KR20220148169A - 히터 장치 - Google Patents

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KR20220148169A
KR20220148169A KR1020227028541A KR20227028541A KR20220148169A KR 20220148169 A KR20220148169 A KR 20220148169A KR 1020227028541 A KR1020227028541 A KR 1020227028541A KR 20227028541 A KR20227028541 A KR 20227028541A KR 20220148169 A KR20220148169 A KR 20220148169A
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heating chamber
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tubular
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support
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에른스트 훕케스
에른스트 ?g케스
비옐스마 멘노
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제이티 인터내셔널 소시에떼 아노님
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Abstract

설명된 본 발명은 에어로졸 발생 장치(100)를 위한 히터 장치(1)이다. 히터 장치는, 에어로졸 발생 기재를 수용하도록 배치된 공동(11)을 포함하는 튜브형 가열 챔버(10); 가열 챔버를 원주 방향으로 둘러싸도록 감기는 단열재 층(20); 및 가열 챔버의 둘레에 배치된 강성 주변부(40)를 포함하는 단열재 지지 조립체(30)를 포함하며, 단열재 지지 조립체는, 가열 챔버의 둘레의 제위치에 단열재 층을 유지시키기 위해, 가열 챔버 및 단열재 층과 맞물리도록 배치된다. 이러한 가열 장치를 사용하는 장치는 개선된 단열 성능을 나타내며, 단열재를 선택할 때 더 많은 자유를 가능하게 한다. 또한, 본 발명에 따른 히터 장치는, 통상적인 단열 히터(예를 들어, 진공 튜브를 사용하는 것)에 비하여 보다 저비용일 뿐만 아니라, 보다 경량이다. 단열재 지지 조립체는 히터로부터의 열 전달을 감소시키고, 조립의 편의성을 또한 개선한다.

Description

히터 장치
본 개시물은 히터 장치(heater arrangement)에 관한 것으로서, 특히 에어로졸 발생 장치를 위한 히터 장치에 관한 것이다. 본 개시물은 특히 독립식(self-contained)이고 저온일 수 있는 휴대용 에어로졸 발생 장치에 적용 가능하다. 이러한 장치는, 흡입을 위한 에어로졸을 발생시키기 위해, 전도, 대류, 및/또는 복사에 의해, 담배 또는 다른 적합한 에어로졸 기재(substrate) 재료를 연소시키지 않고 가열할 수 있다.
위험 감소 또는 위험 변형 장치(기화기로도 알려짐)의 사용 및 대중성으로 인해, 담배, 시가, 소형 엽궐련(cigarillo), 및 압연 담배와 같은, 전통적인 담배 제품을 금연하길 원하는 습관성 흡연자를 보조하기 위한 보조 기구가 지난 몇 년간 급속히 성장하였다. 담배의 연소에 의존하는 것이 아니라, 흡입을 위한 증기를 방출하기 위해 에어로졸화 가능 물질을 가열하는 다양한 장치 및 시스템이 이용 가능하다.
통상적으로 이용 가능한 위험 감소 또는 위험 변형 장치는, 가열식 기재 에어로졸 발생 장치 또는 비연소 가열식(heat-not-burn) 장치이다. 이러한 유형의 장치는, 전형적으로 습윤 잎담배 또는 다른 적합한 에어로졸화 가능 재료를 포함하는 에어로졸 기재를 전형적으로 150℃ 내지 300℃ 범위의 온도로 가열함으로써, 에어로졸 또는 증기를 발생시킨다. 에어로졸 기재를 발화 또는 연소시키지 않고 이를 가열함으로써, 사용자가 원하는 성분을 포함하지만 독성 및 발암성 발화 및 연소 부산물을 포함하지 않는 에어로졸을 방출시킨다. 또한, 담배 또는 다른 에어로졸화 가능 재료를 가열함으로써 생성되는 에어로졸은, 전형적으로 사용자에게 불쾌할 수 있는 발화 및 연소로 인한 탄 맛 또는 쓴 맛을 포함하지 않으므로, 기재는 연기 및/또는 증기를 더욱 사용자의 입맛에 맞게 하기 위해 그러한 재료에 전형적으로 첨가되는 당분 및 다른 첨가제를 필요로 하지 않는다.
전형적으로, 알려진 에어로졸 발생 장치는, 소모품 에어로졸 발생 기재를 수용하기 위한 가열 챔버, 전원, 및 전원으로부터 가열 챔버로의 전력의 공급을 제어하기 위한 제어 회로를 포함한다. 이러한 장치에서 알려진 한 가지 문제는, 가열 챔버가 장치 내의 제어 회로 및 전원에 불가피하게 인접함으로 인해, 전원 및 전자 회로의 원치 않는 가열을 유발할 수 있다는 점이다. 이러한 가열은 이러한 열-민감성 전자 구성 요소를 손상시킬 수 있으며, 경우에 따라, 이는 가열되도록 설계되지 않은 구성 요소가 너무 뜨거워지는 경우 화재 또는 폭발의 위험으로 위험해질 수도 있다.
본 발명의 목적은, 전술한 문제를 해결하고, 소형의 사용자 친화적 장치를 여전히 제공하면서 열 관리가 개선되는 에어로졸 발생 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 양태에서, 에어로졸 발생 장치를 위한 히터 장치가 제공되고, 히터 장치는, 에어로졸 발생 기재를 수용하도록 배치된 공동(cavity)을 포함하는 튜브형 가열 챔버; 가열 챔버를 원주 방향으로 둘러싸도록 감기는 단열재 층; 가열 챔버의 둘레에 배치된 강성 주변부(rigid surround)를 포함하는 단열재 지지 조립체를 포함하며, 단열재 지지 조립체는, 가열 챔버의 둘레의 제위치에 단열재 층을 유지시키기 위해, 가열 챔버 및 단열재 층과 맞물리도록 배치된다. 이러한 가열 장치를 사용하는 장치는 개선된 단열 성능을 나타내며, 단열재를 선택할 때 더 많은 자유를 가능하게 한다. 또한, 본 발명에 따른 히터 장치는, 통상적인 단열 히터(예를 들어, 진공 튜브를 사용하는 것)에 비하여 보다 저비용일 뿐만 아니라, 보다 경량이다. 단열재 지지 조립체는 히터로부터의 열 전달을 감소시키고, 조립의 편의성을 또한 개선한다.
바람직하게는, 단열재 지지 조립체는 비금속을 포함한다. 바람직하게는, 단열재 지지 조립체는 비금속으로 제조된다. 바람직하게는, 비금속은 내열성 폴리머, 가장 바람직하게는 폴리에테르에테르케톤(PEEK)이다. 이러한 재료는 히터 장치를 둘러싸는 구성 요소로의 열 전달을 감소시키며, 또한 경량이므로, 조립의 편의성 및 유용성을 개선한다.
바람직하게는, 단열재 층은 단열재의 시트를 포함한다. 바람직하게는, 단열재 층은, 튜브형 가열 챔버의 둘레에 한 번 이상의 감긴다. 바람직하게는, 단열재 층은, 세라믹 섬유, 예를 들어 SuperwoolTM, 하나 이상의 금속 산화물, 및 에어로겔 중 하나 이상을 포함한다. 본 발명의 일부 실시예에서, 단열재 층은, 산화 알루미늄, 실리콘 산화물, 및/또는 ZrO2를 포함하는 세라믹 섬유 시트를 포함한다. 바람직하게는, 단열재 층은 블랭킷(blanket), 펠트(felt), 또는 종이로서 형성된다. 특히, 단열재 층은, 가열 챔버의 둘레에 감기는 층을 포함할 수 있다. 단열재 층은, 강성 주변부의 내부 또는 외부에서, 가열 챔버의 둘레에 감기기 위해 적합한 가요성 평면형 단열재 부분을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 강성 주변부는 튜브형 가열 챔버의 원주 둘레로 연장되며, 가열 챔버의 길이의 대부분, 바람직하게는 전체에 걸쳐서 연장된다. 이러한 방식으로, 강성 주변부는, 튜브형 가열 챔버의 원주 및 길이, 즉 원통형 표면적에 걸쳐서 단열재 층을 지지할 수 있다.
바람직하게는, 단열재 지지 조립체는, 가열 챔버의 둘레의 제위치에 강성 주변부를 지지하기 위해, 가열 챔버의 일단부 또는 양단부에서만 가열 챔버와 접촉되도록 배치된다. 가열 챔버의 종방향 단부는 가열 챔버 상의 최저 온도 지점이기 때문에, 지지 조립체를 일단부 또는 양단부 지점에 연결함으로써, 단열재 지지 조립체로의 열 전달이 최소화된다. 가열 챔버의 일단부 또는 양단부의 연결 지점 외에, 잔여 단열 지지체는, 바람직하게는 단열 지지체와 가열 챔버의 표면 사이에 갭을 남기도록 지지된다.
바람직하게는, 단열재 지지 조립체는 하나 이상의 환형 지지체를 포함하며, 환형 지지체는 가열 챔버의 단부 둘레에 장착되고, 가열 챔버의 둘레의 제위치에 강성 주변부를 지지한다. 바람직하게는, 환형 지지체는, 가열 챔버의 원주 둘레로 부분적으로 또는 전체적으로 연장된다. 이러한 방식으로, 환형 지지체는, 강성 주변부를 지지하기 위한 견고한 기계적 연결부를 제공할 수 있다. 하나 이상의 환형 지지체는, 가열 챔버의 단부의 대부분의 원주 둘레로 연장되는 환형 본체; 및 가열 챔버의 길이를 따라 연장되는, 환형 본체의 둘레에 주기적으로 배치된 복수의 종방향 스트럿(strut)을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 히터 챔버 및 단열재 지지 조립체의 길이 공차가 보다 크므로, 제조 공정을 지원한다. 바람직하게는, 환형 지지체 및 강성 주변부는, 환형 지지체가 강성 주변부를 지지하도록, 기계적 연결부를 통해 연결되도록 구성된다. 또한, 하나 이상의 환형 지지체는, 히터 조립체가 에어로졸 발생 장치 내의 제위치에 장착될 수 있게 하도록, 에어로졸 발생 장치 내의 프레임과 맞물리도록 구성될 수 있다.
바람직하게는, 단열재 층은, 강성 주변부의 외측 표면의 둘레에 감긴다. 즉, 강성 주변부의 외측 표면은, 가열 챔버의 둘레의 제위치에 단열재 층을 유지시킨다. 강성 주변부는, 단열재 층이 지지되는 가열 챔버의 단부에 연결된 프레임을 포함할 수 있다.
본 발명의 이러한 실시예에서, 바람직하게는 강성 주변부는, 튜브형 가열 챔버의 길이를 따라 연장되는 복수의 종방향 스트럿을 포함하는 프레임을 포함하며, 단열재 층은, 종방향 스트럿에 의해 형성된 외측 표면의 둘레에 감긴다. 프레임은, 가열 챔버의 종방향 단부의 둘레에 각각 위치된 2개의 단부 링을 포함할 수 있으며, 종방향 스트럿은, 가열 챔버의 길이를 따라, 단부 링 사이로 연장된다. 이러한 방식으로, 단열재 층을 제위치에 지지하도록 작용하는 강성 주변부를 위해, 최소 양의 재료가 사용된다. 또한, 단열재 지지 조립체를 위해 필요한 부품의 수가 감소된다.
바람직하게는, 강성 주변부는, 단열재 층을 파지하여 이의 적어도 일부분을 제위치에 유지시키도록 배치된 파지 부재(gripping member)를 포함한다. 일부 실시예에서, 파지 부재는, 단열재 층과 맞물리도록 강성 주변부로부터 반경 방향으로 외향하게 연장된다. 예를 들어, 파지 부재는, 단열재 층을 천공하도록 배치된 가시철(barb) 또는 뾰족한 첨단(sharp point)을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 파지 부재는 감겨진 단열재 위에 배치되어 이를 제자리에 유지시킬 수 있으며, 예를 들어, 파지 부재는 클램프(clamp)를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 단열재 층은 튜브형 가열 챔버의 둘레에 감기며, 강성 주변부 내에 위치된다. 이러한 방식으로, 강성 주변부는 단열재 층의 외측 표면을 지지하여, 이를 제위치에 유지시킨다.
바람직하게는, 강성 주변부는, 가열 챔버의 외측 표면과 케이싱(casing)의 내측 표면 사이에 원통형 공동을 형성하기 위해, 튜브형 가열 챔버를 둘러싸도록 배치된 튜브형 케이싱을 포함하며, 단열재 층은 공동 내에 유지된다. 이러한 방식으로, 주변부는 제위치에서 단열재 층을 둘러싸며, 에어로졸 발생 장치 내의 히터 조립체의 장착을 가능하게 하기 위한 강성 외측 구조물을 제공한다. 바람직하게는 튜브형 케이싱은, 열 관리 특성을 추가로 향상시키기 위한 단열재를 더 포함한다. 바람직하게는, 케이싱의 공동은, 단열재 층이 적어도 하나의 원주 영역에서 케이싱의 내부 표면 및 가열 챔버의 표면과 모두 접촉되도록 하는 치수를 갖는다.
바람직하게는, 원통형 공동은, 2 mm 내지 4 mm, 보다 바람직하게는 2.4 내지 3.5 mm, 가장 바람직하게는 약 3.0 mm의 반경 방향 두께를 갖는다. 단열재 층은, 바람직하게는 공동의 전체 반경 방향 두께를 차지하도록 감긴다.
바람직하게는, 히터 장치는, 튜브형 가열 챔버와 케이싱 사이에서 튜브형 가열 챔버의 일단부에 위치된 환형 지지체를 더 포함하며, 환형 지지체는, 튜브형 가열 챔버의 대부분의 원주 둘레로 연장된다. 이러한 방식으로, 환형 지지체는 튜브형 케이싱을 가열 챔버와 분리시키도록 작용하며, 단열재 지지 조립체로의 열 전달을 최소화하기 위해 가장 저온 지점에서만 가열 챔버와 접촉된다. 환형 지지체는, 예를 들어 에어로졸 발생 장치 내의 프레임에 연결될 수 있게 하기 위해, 케이싱에 의해 완전히 커버될 수 있거나, 케이스의 외부로 연장될 수 있다.
바람직하게는 환형 지지체는, 튜브형 가열 챔버의 축을 따라 연장되어 케이싱 내에 가열 챔버를 유지시키도록 배치되는, 복수의 축방향 스트럿, 예를 들어 3개의 축방향 스트럿을 포함한다. 축방향 스트럿은, 가열 챔버와의 접촉을 최소화하면서, 가열 챔버를 파지하여 케이싱 내의 정확한 위치에서 이를 지지하도록 작용한다.
일부 실시예에서, 튜브형 가열 챔버는, 원주 방향 플랜지(flange)(본원에서 립(lip)으로 지칭됨)를 포함할 수 있다. 단열재 지지 조립체는, 가열 챔버를 지지하기 위해 원주 방향 립을 수용하도록 구성된 연결 특징부를 포함할 수 있다. 특히, 연결 특징부는, 가열 챔버를 제위치에 유지시키기 위해, 립을 수용하여 파지하도록 배치될 수 있으며, 예를 들어, 연결 특징부는, 립과 맞물리도록 배치된 홈 또는 리세스(recess)를 포함할 수 있다. 특히, 튜브형 케이싱 및 환형 지지체는, 튜브형 케이싱 내에 가열 챔버를 고정시키기 위해, 립의 둘레에 함께 체결되도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 가열 챔버를 제위치에 유지시키기 위한 견고한 장치를 제공하는 동시에, 가열 챔버로의 개구부의 둘레에서만 립을 파지함으로써, 가열 챔버로부터 지지 조립체로의 열 전달을 최소화한다.
튜브형 케이싱은 2개의 반원통형 부분을 포함할 수 있으며, 부분은, 가열 챔버의 둘레에 튜브형 케이싱을 형성하기 위해, 종방향 계면을 따라 연결되도록 구성된다. 이에 따라 조립을 원활하게 함으로써, 단열재 층이 가열 챔버 상에 감길 수 있고, 튜브형 케이싱이 단열재 층 및 가열 챔버의 둘레에 연결될 수 있다.
히터 장치는, 단열재 층을 파지하여 단열재 층의 적어도 일부분을 제위치에 유지시키도록 배치된, 가열 챔버의 외측 표면에 부착된 파지 부재를 더 포함할 수 있다. 바람직하게는, 파지 부재는, 단열재 층 아래의 가열 챔버의 외측 표면에 부착되도록 배치된 가시철 클램프(barbed clamp)를 포함하며, 가시철 클램프는, 단열재 층을 파지하도록 구성된 외향하는 가시철을 포함한다.
튜브형 케이싱은, 튜브형 가열 챔버의 베이스(폐쇄형) 단부의 둘레에서 튜브형 케이싱을 적어도 부분적으로 둘러싸는 베이스 표면을 포함할 수 있다. 튜브형 케이싱은, 케이싱의 베이스 표면과 가열 챔버의 베이스 표면(폐쇄형 단부) 사이에 갭을 제공하도록 배치될 수 있다. 갭 내에 단열재가 제공될 수 있으며, 예를 들어, 단열재는, 가열 챔버의 폐쇄형 단부와 튜브형 케이싱의 베이스 단부 사이의 갭에 위치될 수 있다. 튜브형 케이싱의 베이스 표면은, 가열 챔버(즉, 가열 챔버를 가열하도록 배치된 히터)와의 전기 연결부가 통과할 수 있게 하기 위한 개구부를 더 포함할 수 있다. 바람직하게는, 베이스 표면은, 개구부가 가열 챔버의 종축에 대하여 비스듬히 지향되도록 구성된다. 이러한 방식으로, 열은 튜브형 축을 따라 케이싱의 외부로 직접 지향되는 것이 아니라, 배터리와 같은 민감성 전자 구성 요소로부터 이격되게 지향될 수 있다.
일부 실시형태에서, 튜브형 가열 챔버는, 에어로졸 발생 기재를 수용하도록 배치된 개방 단부, 및 대향하는 폐쇄 단부를 포함하며; 튜브형 케이싱은 적어도 부분적으로 폐쇄된 단부를 포함할 수 있고, 적어도 부분적으로 폐쇄된 단부는, 가열 챔버의 폐쇄 단부와 맞물리도록 내측 표면으로부터 연장되는 돌출부를 포함한다. 튜브형 가열 챔버의 폐쇄 단부는, 폐쇄 단부의 외측 표면의 리세스를 포함할 수 있으며, 돌출부는 리세스와 맞물리도록 구성될 수 있으므로, 가열 챔버와 지지 조립체 사이의 열 전달을 최소화하면서 추가적인 안정성을 제공할 수 있다.
일부 실시형태에서, 튜브형 가열 챔버는, 에어로졸 발생 기재를 수용하도록 배치된 개방 단부, 및 대향하는 폐쇄 단부를 포함하며, 히터 장치는, 단부 캡 지지체(end cap support)를 더 포함할 수 있고, 단부 캡 지지체는, 가열 챔버의 폐쇄 단부의 외측 표면에 용접되며, 가열 챔버의 둘레의 제위치에 튜브형 케이싱을 지지하도록 배치된다. 단부 캡 지지체를 가열 챔버의 베이스에 용접함으로써, 바람직하게는 스폿 용접함으로써, 가열 챔버가 가열 챔버 상의 가장 저온 지점에서 지지되며, 또한, 용접 지점이 열 장벽을 제공함으로써, 단부 캡 지지체로의 열 전달을 감소시킨다. 또한, 단열 효과를 추가로 향상시키기 위해, 용접된 부분의 둘레에서, 단부 캡 지지체와 가열 챔버 사이에 단열재가 제공될 수 있다. 바람직하게는, 단부 캡 지지체는, 디스크 형상의 본체로부터 연장되는 돌출부를 포함하며, 돌출부는 가열 챔버의 폐쇄 단부에 용접된다. 가열 챔버는 폐쇄 단부의 외측 표면 상에 리세스를 포함할 수 있으며, 돌출부는 리세스 내에 용접될 수 있으므로, 추가적인 지지를 제공할 수 있다. 이러한 장치는 감소된 수의 구성 요소를 필요로 한다.
단부 캡 지지체는, 전기 연결부가 통과할 수 있게 하기 위한 개구부를 포함할 수 있다. 단부 캡 지지체는, 바람직하게는 금속 단부 캡이다.
단열재 층은, 케이싱에 의해 둘러싸이기 전에, 테이프 조각에 의해 제자리에 유지될 수 있으므로, 둘러싸이기 전에 그것이 풀리는 것을 방지할 수 있다.
바람직하게는, 튜브형 케이싱 및 하나 이상의 환형 지지체는 PEEK로 제조된다.
튜브형 케이싱은 금속 열 반사 층으로 내부 코팅될 수 있거나, 금속박이 단열재 층과 함께 감길 수 있다.
튜브형 케이싱은, 접착제 층을 갖는 그래파이트(graphite)와 같은, 접착제 지지 층에 의해 외부 커버될 수 있다.
튜브형 케이싱은, 핀/개구, 압입 끼워맞춤, 초음파 용접, 무기 접착제, 나사, 및 자석 중 하나 이상과 같은, 기계적 연결부 및/또는 가이딩 요소에 의해 조립될 수 있다.
본 발명의 추가적인 양태에서, 첨부된 청구범위에 한정된 바와 같은 히터 장치를 포함하는 에어로졸 발생 장치가 제공된다. 바람직하게는, 에어로졸 발생 장치는 내부 지지 프레임을 포함하며, 단열재 지지 조립체는, 히터 조립체가 에어로졸 발생 장치 내의 제위치에 유지되도록, 내부 지지 프레임과 맞물리도록 구성된다.
도 1a 및 도 1b는 에어로졸 발생 장치를 위한 히터 장치의 개략도이다;
도 2a 및 도 2b는 에어로졸 발생 장치의 개략도이다;
도 3a 내지 도 3f는 에어로졸 발생 장치를 위한 히터 장치의 개략도이다;
도 4a 내지 도 4e는 에어로졸 발생 장치를 위한 히터 장치의 개략도이다;
도 5a 내지 도 5e는 에어로졸 발생 장치를 위한 히터 장치의 개략도이다;
도 6a 내지 도 6e는 에어로졸 발생 장치를 위한 히터 장치의 개략도이다.
도 1a 및 도 1b는 도 2에 도시된 것과 같은 에어로졸 발생 장치(100)를 위한 히터 장치(1)를 개략적으로 도시한다. 히터 장치(1)는, 에어로졸 발생 기재를 수용하도록 배치된 공동(11)을 포함하는 튜브형 가열 챔버(10)를 포함한다. 튜브형 가열 챔버(10)는, 가열 챔버(10)를 원주 방향으로 둘러싸도록, 도 1b의 단면도에 도시된 단열재 층(20)으로 감긴다. 히터 장치(1)는, 가열 챔버(10)의 둘레에 배치된 강성 주변부(40)를 포함하는 단열재 지지 조립체(30)를 더 포함한다. 단열재 지지 조립체(30)는, 가열 챔버(10)의 둘레의 제위치에 단열재 층(20)을 유지시키기 위해, 가열 챔버(10) 및 단열재 층(20)과 맞물리도록 배치된다.
히터 챔버(10)를 위한 단열재로서 진공 튜브를 통상적으로 사용하는 알려진 장치와 달리, 본 발명에 따른 히터 장치(1)는, 단열 성능을 개선시킬 수 있게 하는 단열재의 더 많은 선택을 가능하게 한다. 또한, 히터 장치(1)는 진공 튜브에 비하여 보다 저비용이며, 조립하기에 더 용이하고, 경량이므로, 장치 내의 조립 및 지지의 편의성을 추가로 증가시키는 동시에, 보다 가볍고 보다 사용자 친화적인 장치를 사용자에게 제공한다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 단열재 지지 조립체는, 강성 주변부(40)를 포함하는 다중-구성요소 조립체이며, 강성 주변부(40)는, 도 1의 실시예에서, 2개의 반원통형 하우징 부분(41, 42)을 포함하는 2부분 튜브형 하우징의 형태를 취하고, 2개의 반원통형 하우징 부분(41, 42)은, 가열 챔버(10)의 둘레의 제위치에 도 1b에 도시된 단열재 층(20)을 유지시키는 강성 원통형 주변부를 형성하도록, 종방향 계면을 따라 가열 챔버(10)의 둘레에서 연결된다. 도 1의 실시예에서, 가열 챔버(10)는, 도 1b의 단면도에 도시된 바와 같이, 가열 챔버(10)의 외측 표면의 둘레에 원주 방향으로 감기는 박막 히터(12)에 의해 가열된다. 단열재 층(20)이 가열 챔버(10) 및 박막 히터(12)를 둘러싸므로, 강성 주변부(40)로부터 장치의 다른 외부 구성 요소로의 열의 통과를 제한한다.
도 1a 및 도 1b의 실시예에서, 단열재 지지 조립체(40)는 가열 챔버 지지체(50)를 더 포함한다. 이 경우, 가열 챔버 지지체(50)는, 튜브형 가열 챔버(10)의 단부(13, 14)와 맞물리고 강성 주변부(40)와도 맞물리는 환형 또는 부분적으로 환형 지지체의 형태를 취함으로써, 이들이 강성 주변부(40) 내의 제위치에 가열 챔버(10)를 유지시킨다. 아래에 추가로 설명되는 바와 같이, 히터 챔버 지지체(50)는, 가열 챔버(10)로부터 에어로졸 발생 장치(100)의 연결 구성 요소 및 강성 주변부(40)로의 열 전달을 최소화하기 위해, 가열 챔버(10) 상의 가장 저온 지점인 가열 챔버(10)의 종방향 단부(13, 14)와만 접촉된다.
그 다음, 도 1b에 도시된 바와 같은 조립된 히터 조립체(1)는, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같은 에어로졸 발생 장치 내에 장착될 수 있다. 특히, 히터 조립체(1)는, 히터 조립체 프레임(110)에 의해 에어로졸 발생 장치(100)의 하우징(101) 내에 유지될 수 있다. 히터 챔버 지지체(50)는, 히터 챔버 프레임(110) 상의 연결 특징부와 연결되도록 구성됨으로써, 히터 조립체(1)는, 단열재 지지 조립체의 히터 지지체(50)와 프레임(110) 간의 맞물림에 의해, 장치(100)의 하우징(101) 내에 지지된다. 이러한 방식으로, 가열 챔버(10) 및 장치(100)의 나머지 내부 구성 요소 및 하우징(101) 간의 열 연결 지점이 최소화된다. 특히, 챔버 지지체(50)가 종방향 단부(가장 저온 지점)에서만 가열 챔버(10)와 접촉되기 때문에, 그리고 또한 가열 챔버 지지체(40) 및 프레임(110) 및 주변부(40) 간의 접촉이 최소화되기 때문에, 장치의 나머지 구성 요소로의 열의 확산이 상당히 제한된다.
히터 챔버 지지체(50) 및 강성 주변부(40)를 포함하는 단열재 지지 조립체는, 바람직하게는 PEEK와 같은 내열성 폴리머 재료를 포함한다. 바람직하게는, 단열재 층은, 단열을 추가로 개선하기 위해, 적어도 한 번의 턴(turn), 바람직하게는 다수의 턴으로, 가열 챔버의 둘레에 원주 방향으로 감기는 시트의 형태이다. 단열재 층(20)을 위해 상이한 재료가 선택될 수 있다. 실시예는 에어로겔 또는 세라믹 섬유 재료, 즉 금속 산화물 섬유 재료를 포함한다. 예를 들어, 세라믹 섬유 시트는 산화 알루미늄, 실리콘 산화물, 및/또는 ZrO2를 포함한다. 이러한 재료의 일 실시예는, Superwool™ 블랭킷이다.
강성 주변부는, 가열 챔버(10)의 둘레의 제위치에 단열재 시트(20)를 지지하도록 구성된다. 도 1의 실시예에서, 바람직하게는, 강성 주변부를 형성하는 튜브형 하우징(40)은, 2 내지 4 밀리미터, 그리고 바람직하게는 약 3 밀리미터의 반경 방향 두께를 갖는 원통형 공동을 제공하기 위한 크기를 갖는다. 단열재 지지 조립체(30)는, 히터(12)로부터의 연결부가 제어 회로 및 배터리로 통과하기 위한 개구부를 제공하도록 형성되는 베이스 가열 챔버 지지체(51)를 포함한다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 바람직하게는, 베이스 가열 챔버 지지체(51)는, 히터 조립체(1)의 신장 축에 대하여 비스듬히 연결부를 지향시킴으로써, 신장 축과 평행한 직접적인 열 경로를 차단하는 통로를 제공하도록 형성된다. 이에 따라, 직접적으로 가열 챔버로부터 장치의 배터리 및 다른 내부 구성 요소를 향해 하향하는 열의 통로를 최소화하고, 그 대신에, 열 관리를 추가로 개선하기 위해, 히터 조립체(1)의 신장 축에 거의 수직인 방향으로 측방향으로 열을 외부로 지향시킨다.
따라서, 본 발명의 이러한 전반적인 원리는, 바람직하게는 단지 단부 지점에서, 가열 챔버와의 최소 접촉만을 유지하면서, 가열 챔버(10) 및 히터(12)의 둘레의 제위치에 단열재 층(20)을 견고하게 유지시키기 위해, 가열 챔버(10)를 둘러싸는 경량 조립체(40)를 제공하므로, 에어로졸 발생 장치(1)에 적용하기 위해, 저렴하고 경량이며 조립하기에 용이한 진공 튜브의 대안을 제공한다. 이러한 전반적인 개념 내에서, 히터 장치(1)는 다수의 상이한 방식으로 구현될 수 있다. 본 발명이 구현될 수 있는 특정 예시적인 장치는 도 3, 도 4, 도 5 및 도 6에 도시되며, 이제 상세히 설명될 것이다. 이하의 실시예의 개별 구성 요소는 실시예 간에 교환될 수 있으며, 다양한 실시형태의 특징부는 본 발명의 위의 광범위한 원리 내에서 조합될 수 있다.
도 3a 내지 도 3f는, 강성 주변부가 2부분 원통형 케이싱(41, 42)의 형태를 취하는 도 1a 및 도 1b에 도시된 것과 유사한 히터 장치(1)의 일 실시예를 개략적으로 도시한다. 전술한 바와 같이, 튜브형 가열 챔버(10)는, 소모품 에어로졸 발생 기재가 이를 통하여 내부 공동(11) 내에 삽입될 수 있는 개방 단부(13), 및 챔버(10)의 대향 종방향 단부의 대향하는 폐쇄 단부(14)를 포함한다. 가열 챔버(10)는, 가요성 전기 절연 백킹 필름(backing film) 상의 저항성 가열 트랙을 포함하는 박막 히터(12)로 감기고, 연결부(16)는, 제어 회로 및 전원과의 연결을 위해, 가열 챔버(10)의 베이스(14) 단부로부터 외부로 연장된다.
단열재 지지 조립체(40)의 제1 구성 요소는, 가열 챔버(10)의 베이스 단부(14) 위에 그리고 박막 히터(12) 위에 슬리브로 연결되는(sleeved), 베이스 가열 챔버 지지체(51)이다. 제1 가열 챔버 지지체(51)는, 가열 챔버(10)의 베이스 단부(14)의 원주 둘레로 적어도 부분적으로 연장되는 환형 본체(53)를 포함하며, 환형 본체(53)로부터 가열 챔버(10)의 길이를 따라 부분적으로 연장되는 다수의 축방향 스트럿(52)을 더 포함한다. 이러한 방식으로, 스트럿(52)은 가열 챔버(10)의 단부(14)와 맞물리며, 그것이 주변부(40) 내에 견고하게 장착될 수 있게 하는 지지를 제공한다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 스트럿(52)은, 박막 히터(12) 및 가열 챔버(10)를 견고하게 파지하도록 박막 히터(12)에 걸쳐서 연장된다. 그 다음, 단열재 시트의 형태인 단열재 층(20)은, 도 3c에 도시된 바와 같이, 가열 챔버, 박막 히터(12), 및 제1 가열 챔버 지지체(51)의 스트럿(52)의 둘레에 원주 방향으로 감긴다. 그 다음, 조립된 가열 챔버(10) 및 단열재 층(20)은, 도 3c에 도시된 바와 같이, 강성 주변부(40)의 제1 반원통형 부분(42) 내에 위치된다.
이러한 실시예에서, 가열 챔버의 개방 단부(13) 둘레의 원주 방향 플랜지 또는 립(15)은, 강성 주변부(40)의 제1 부분(42)의 개방 단부(42b)의 내측 표면의 둘레로 연장되는 해당 원주 방향 리세스(43) 내에 수용된다. 그 다음, 도 3d에 도시된 바와 같이, 제2 가열 챔버 지지체(52)는 가열 챔버의 개방 단부(42b)에 연결되며, 강성 주변부(40)의 반원통형 부분(41, 42)의 개방 단부 둘레의 연결 지점 및 립(15)과 맞물린다. 가열 챔버의 립(15)은, 가열 챔버 지지체(52) 및 튜브형 케이싱의 개방 단부(41b, 42b)에 의해 형성된 리세스 내에 유지된다.
가열 챔버(10)의 가열 챔버 지지체(52), 튜브형 케이싱(41, 42), 및 립(15)의 이러한 기계적 연결부는 도 1b의 확대된 상세도로 도시된다. 특히, 가열 챔버 지지체(52)는, 가열 챔버 지지체(52)와 케이싱(40)의 반원통형 부분(41, 42)의 단부(41b, 42b) 사이에 가열 챔버(10)의 립(15)을 파지하도록 하는 방식으로, 튜브형 케이싱 부분(41, 42)의 개방 단부의 연결 지점으로 클립핑(clipped)되는 것으로 도시된다. 이러한 방식으로, 원통형 림(15)의 개방 단부에서만 가열 챔버(10)와의 직접 접촉이 있으므로, 히터 지지체(52)로의 열 전달을 감소시킨다.
도 3e로 돌아가면, 그 다음, 원통형 하우징(40)의 제2 부분(41)은, 도 3f에 도시된 바와 같은 히터 조립체(1)를 제공하기 위해, 튜브형 가열 챔버(10) 및 단열재의 둘레의 완전한 하우징을 형성하기 위한 위치로 클립핑된다. 제2 가열 챔버 지지체(52)와 함께, 케이싱(40)의 베이스에서의 기계적 연결 부분(43)은, 조립된 히터 조립체(1)를 에어로졸 발생 장치(100) 내에 연결할 수 있게 한다.
본 발명에 따른 히터 조립체(1)의 추가적인 실시예는 도 4a 내지 도 4e에 도시된다. 이러한 장치는, 가열 챔버(10)의 둘레의 제위치에 단열재 층(20)을 유지시키도록 작용하는 강성 주변부(40)를 포함하는 단열재 지지 조립체(30)의 사용 시에 동일한 본 발명의 핵심 개념을 사용한다. 그러나, 본 발명의 이러한 실시예에서, 강성 주변부(40)가 이의 외측 표면에 단열재 층(20)을 유지시키도록 단열재 층(20)의 외부에 위치되는 대신에, 강성 주변부(40)는, 이의 (반경 방향으로) 내측 표면과 접촉되게, 아래로부터 단열재 층(20)을 지지하는 프레임(40)을 포함한다. 특히, 프레임(40)은, 단열 표면(20)이 감기는 지지 표면을 제공한다.
도 1 및 도 3의 실시예와 마찬가지로, 이러한 실시예에서, 가열 챔버(10)는, 도 4a에 도시된 바와 같이, 가열 챔버(10)의 외측 표면의 둘레에 원주 방향으로 감기는 박막 히터(12)에 의해 가열된다. 전술한 바와 같이, 이 경우, 강성 주변부(40)는, 튜브형 가열 챔버(10)의 둘레에 슬리브로 연결된 튜브형 프레임(45)의 형태이다. 강성 주변부(40)를 제공하는 프레임(45)은, 2개의 단부 링(46), 및 튜브형 가열 챔버(10)의 신장 축에 해당하는 방향으로 단부 링(46) 사이로 연장되는 복수의 종방향 스트럿을 포함한다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 튜브형 가열 챔버(10)가 프레임(45) 내에 삽입됨으로써, 가열 챔버(10)는 프레임(45)에 의해 둘러싸이고, 종방향 스트럿(47)은 가열 챔버(10)의 길이에 따라 연장된다.
도 1 및 도 3의 실시예와 마찬가지로, 챔버의 개방 단부의 단부 링(46a)은, 가열 챔버(10)의 개방 단부(13)의 둘레로 연장되는 원주 방향 립(15)과 맞물리도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 도 1b의 확대된 상세도에 도시된 것과 유사한 연결 기구가 사용될 수 있으며, 가열 챔버 지지체(52) 및 프레임(45)의 단부 링(46a)은, 가열 챔버의 립(15)의 둘레에 기계적으로 맞물려서 이를 제위치에 고정시킨다. 이러한 실시예에서, 지지 프레임(45)의 도 4b에 도시된 베이스 단부 링(46b)은, 도 1 및 도 3의 실시예의 제1 가열 챔버 지지체(51)를 대신한다. 특히, 프레임(45)은 가열 챔버(10)의 베이스 단부(14)를 지나서 연장되며, 이는 연결 특징부(43)를 사용하여, 에어로졸 발생 장치(100) 내의 프레임(45)과 연결하기 위해 유사한 방식으로 사용될 수 있다.
튜브형 가열 챔버(10) 및 박막 히터(12)가 프레임(45) 및 가열 챔버 지지체(52)의 기계적 연결에 의해, 그리고 박막 히터(12)의 외측 표면 상의 종방향 스트럿(47)의 접촉에 의해 유지됨으로써, 그 다음, 단열재 시트(20)는, 종방향 스트럿(47) 프레임(45)에 의해 형성된 프레임(45)의 외측 표면의 둘레에 감긴다. 이 경우, 프레임(45)은, 도 4d에 도시된 바와 같이, 단열재 시트(20)를 천공하여 파지하는 가시철(48)의 형태의 하나 이상의 파지 수단(48)을 더 포함할 수 있다. 그 다음, 단열재 시트(20)는 프레임(45)의 둘레에 원주 방향으로 감기고, 가시철(48)과 맞물려서 고정된다. 모든 실시예에서와 마찬가지로, 단열재 층(20)을 제위치에 유지시키기 위한 접착제 테이프 조각과 같은, 다른 부착 수단이 대신에 또는 추가적으로 사용될 수 있다.
이전에 설명된 실시예와 마찬가지로, 도 4e에 도시된 히터 장치(1)는, 가열 챔버(10)와 맞물려서 가열 챔버(10)의 둘레의 제위치에 단열재 층(20)을 유지시키는 단열재 지지 조립체에 의해 유지된 단열재 시트(20)를 포함한다. 그 다음, 조립된 히터 조립체(1)는, 도 2a 및 도 2b에 도시된 것과 같은 에어로졸 발생 장치(100) 내에 연결될 수 있다. 특히, 프레임(45)의 단부 링(46)은, 이러한 실시예에서, 베이스 단부 링(46b) 상의 클립(43)과 같은 기계적 부착 수단을 포함할 수 있으므로, 에어로졸 발생 장치(100) 내의 가열 챔버 프레임(110)과의 기계적 연결을 가능하게 한다. 또한, 히터 챔버 지지체(52)는, 도 2b에 도시된 바와 같이, 장치의 내부 구성 요소와의 연결을 가능하게 할 수 있으며, 이는 프레임(110)과 함께, 장치(100) 내의 제위치에 히터 조립체(1)를 견고하게 유지시키도록 작용하는 단부 캡(120)과 연결된다.
본 발명에 따른 히터 장치의 추가적인 실시예는 도 5a 내지 도 5e에 도시된다. 도 5의 장치는 도 1 및 도 3의 실시예와 유사한 방식으로 강성 주변부로서 튜브형 하우징(40)을 사용하지만, 단열재 시트(20)를 부착하는 대안적인 수단, 및 튜브형 하우징(40)을 가열 챔버(10)와 맞물리는 대안적인 수단을 사용한다.
각각의 이전의 실시예와 마찬가지로, 히터(12)는, 도 5a에 도시된 바와 같이, 가열 챔버(10)의 외측 표면의 둘레에 감긴다. 도 5의 실시예는, 박막 히터의 둘레에 슬리브로 연결되는 클램프(31)의 형태의 추가적인 구성 요소를 포함하며, 가시철 표면(32)의 형태의 파지 수단(32)을 포함하고, 가시철 표면(32)은 가열 챔버(10)로부터 반경 방향으로 외향하게 연장되며, 가열 재료의 시트(20)를 고정시키기 위해, 도 4의 장치의 가시철(4)과 유사한 방식으로 작용한다. 클램프(31)는, 단열재 시트(20)를 파지하기 위한 대안적인 수단(예를 들어, 접착제, 또는 다른 유형의 파지 부재)으로 대체될 수 있다. 이러한 실시예에서, 클램프(31)는, 도 5b에 도시된 바와 같이, 단열재 시트(20)와 맞물려서 파지하도록 배치된 외향하는 톱니형 에지(32)를 갖는 박막 히터(12) 및 가열 챔버(10) 상에 슬리브로 연결되는 C자 형상의 구성 요소의 형태이다. 단열재 시트(20)는, 도 5c에 도시된 바와 같이, 박막 히터(12) 및 가열 챔버(10)의 둘레를 원주 방향으로 한 번 이상 감도록 파지 수단(31) 상에 감긴다.
도 5c 내지 도 5e에 도시된 바와 같이, 강성 주변부(40)는, 종방향 계면을 따라 연결되어 단열된 가열 챔버(10)의 둘레에 완전한 원통형 하우징을 형성하는, 2개의 반원통형 하우징 부분(41 및 42)을 포함하는 튜브형 케이싱 또는 하우징(40)의 형태이다. 멀티파트(multipart) 하우징을 사용하는 본 발명의 모든 유사한 실시예와 마찬가지로, 부분(41, 42)은 기계적으로 또는 접착제 또는 다른 고정 수단을 사용하여 함께 클립핑될 수 있다. 도 5의 실시예의 강성 주변부(40)를 제공하는 튜브형 케이싱은, 튜브형 가열 챔버(10)와 맞물리는 방식의 도 1 및 도 3의 실시예와 상이하다. 이러한 실시예에서, 튜브형 케이싱(40)은, 가열 챔버(10)의 폐쇄 단부(14)에서 외측 베이스 표면과 접촉되도록 베이스 내부 표면으로부터 연장되는 내부 돌출부(49)를 포함한다.
돌출부(49)는, 튜브형 하우징(40) 내의 제위치에 가열 챔버(10)를 유지시키기 위한 안정화된 접촉을 제공하기 위해, 가열 챔버(20)와 맞물리도록 구성된다. 일부 실시예에서, 튜브형 가열 챔버(10)는, 돌출부(49)가 가열 챔버(10)의 추가적인 안정화를 제공하도록 맞물리는, 폐쇄 단부(14)의 외측 베이스 표면 상에 제공된 해당 리세스를 가질 수 있다. 돌출부(49)는 2개의 반원통형 부분(41, 42) 중 하나 상에 제공될 수 있다. 도 5의 경우, 이는 도 5c에 도시된 바와 같은 하부 반원통형 부분(42) 상에 제공된다. 튜브형 하우징(40)의 다른 반원통형 부분(42)은, 히터의 연결부가 통과할 수 있게 하기 위해, 베이스 단부(41a)에 개구부를 가질 수 있다. 특히, 도 5d에 도시된 부분(41)은, 히터 연결부가 통과할 수 있는 개구부를 남기기 위해, 베이스 단부(41a)에서 완전히 개방될 수 있다.
튜브형 케이싱(41b, 42b)의 개방 단부는, 가열 챔버(10)의 제1 개방 단부(13)의 둘레에 제공된 원주 방향 립(15)과 맞물리도록 구성된 개구부의 내측 표면의 둘레에 제공된 원주 방향 리세스(43)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 튜브형 케이싱(40)은 가열 챔버(10)와 상이한 방식으로 맞물릴 수 있으며, 예를 들어, 챔버의 외측 표면과 접촉되는 반경 방향으로 내향하게 연장되는 다수의 돌출부를 갖거나, 가열 챔버(10)의 개방 단부(13)의 둘레에 원주 방향 융기부(ridge)(15)를 필요로 하지 않는, 챔버와 맞물리는 칼라(collar) 부분을 갖는다.
단열 시트(20)로 감기는 가열 챔버(10)는, 도 5c에 도시된 바와 같이, 하우징(40)의 제1 반원통형 부분(42) 내에 위치된다. 돌출부(49)는 가열 챔버(10)의 베이스와 맞물리며, 가열 챔버의 개방 단부(13)는 하우징(40)의 개방 단부(41B, 42B)의 대향 표면과 맞물림으로써, 도 3 및 도 4의 실시예에 존재하는 추가적인 히터 지지체를 필요로 함이 없이, 하우징(41, 42) 내의 제위치에 가열 챔버(10)를 고정시킨다. 도 5e에 도시된 조립된 히터 장치(1)는, 전술한 바와 같이, 에어로졸 발생 장치(100) 내의 히터 장치(1)의 연결을 원활하게 하기 위해, 튜브형 하우징(40)의 외측 표면 및/또는 단부 상에 제공된 하나 이상의 기계적 특징부(43)를 가질 수 있다. 이러한 장치는, 가열 챔버의 원통형 외측 표면과의 접촉이 없다는 것을 고려하면, 요구되는 단열재 지지 조립체의 구성 요소의 수를 감소시키며, 우수한 단열을 제공한다.
본 발명에 따른 히터 장치(1)의 추가적인 실시예는 도 6a 내지 도 6e에 도시된다. 이러한 실시예는, 가열 챔버(10)의 베이스 단부(14) 상에 용접되는 용접된 지지 캡(33)을 포함하고, 튜브형 케이싱(40)을 지지하기 위한 수단을 사용한다는 점에서, 전술한 것과 상이하다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 지지 캡(33)은, 개방 부분(35)을 갖는 실질적으로 원형 디스크 형상을 갖는 실질적으로 평면형 구성 요소이므로, 이는 개구부(35)를 형성하도록 반경 방향 세그먼트가 제거된 원형 디스크와 유사하다. 지지 캡(33)은, 디스크 형상의 본체의 평면형 평면으로부터 이격되게 수직으로 연장되는 돌출부(34)를 추가적으로 포함한다. 돌출부(34)는, 가열 챔버(10)의 폐쇄 단부(14)에서 베이스 표면과 맞물리도록 구성된다. 도 6c에 도시된 바와 같이, 돌출부는, 다수의 용접 지점(36)에서, 가열 챔버(10)의 폐쇄 단부(14)의 베이스 표면에 스폿 용접될 수 있다. 이러한 실시예에서, 가열 챔버(10)의 베이스 단부(14)는, 지지 캡(33)의 돌출부(34)를 수용하도록 구성된 리세스(18)를 포함한다.
이러한 방식으로의 스폿 용접은, 가열 챔버(10)와 지지 캡(33) 사이의 열 장벽을 제공함으로써, 열 캡(10)과 지지 캡(33) 사이의 열 전달을 상당히 제한한다. 또한, 지지 캡(33)은 가열 챔버(10) 상의 가장 저온 지점에 용접되기 때문에, 가열 챔버로부터 주변 구성 요소로의 단열 지지체로의 열 전달이 추가로 감소된다. 가열 챔버(10)에 연결되면, 지지 캡(33)은, 주변 하우징과 연결되어 에어로졸 발생 장치(100) 내에 히터 장치(1)를 장착하기 위한 수단을 제공한다. 도 6c에 도시된 바와 같이, 지지 캡(33)으로의 열 전달을 추가로 감소시키기 위해, 가열 챔버(10)의 베이스와 지지 캡(33) 사이에 단열재의 추가적인 부분(37)이 제공될 수 있다.
본 발명의 이전의 실시예와 마찬가지로, 히터(12)는, 도 6b에 도시된 바와 같이, 튜브형 가열 챔버(10)의 외측 표면의 둘레에 원주 방향으로 감긴다. 가열 챔버(10)에 이미 연결된 지지 캡(33)을 통해, 히터(12)를 위한 전기 연결부(16)는, 도 6b에 도시된 바와 같이, 이들이 지지 캡(33)에 제공된 갭(35)을 통과하도록 정렬될 수 있다.
박막 히터(12)가 도 6d에 도시된 바와 같이 가열 챔버의 외측 표면의 둘레에 감기면, 단열 시트(20)는 박막 히터(12)의 외측 표면의 둘레에 감긴다. 도 1, 도 3 및 도 5의 실시예와 마찬가지로, 강성 주변부(40)는 2부분 튜브형 하우징(41, 42)에 의해 제공되며, 그 다음, 2부분 튜브형 하우징(41, 42)은 단열된 가열 챔버(10)의 둘레에 연결되어 튜브형 케이싱(40)을 형성하고, 튜브형 케이싱(40)은 가열 챔버(10)의 둘레의 제위치에 단열 시트(20)를 유지시키도록 작용한다. 또 다시, 반원통형 하우징 부분(41, 42)은 종방향 계면을 따라 기계적으로 연결될 수 있거나, 다른 수단에 의해, 예를 들어 접착제로 고정될 수 있다.
전술한 바와 같이, 튜브형 케이싱(41b, 42b)의 개방 단부는, 강성 주변부(40) 내의 가열 챔버의 추가적인 안정화 및 지지를 제공하기 위해, 가열 챔버의 개방 단부(13)와 맞물릴 수 있다. 이는 케이싱(40)의 개구부 둘레에 제공된 해당 원주 방향 리세스(43) 내에 수용되는, 도 6a 및 도 6b에 가장 명확하게 도시된 바와 같은 원주 방향 립 또는 플랜지(15)의 제공을 통해 달성될 수 있다. 튜브형 케이싱(41, 42)은, 히터 장치가 에어로졸 발생 장치(100) 내에 장착될 수 있도록 하기 위한 하나 이상의 기계적 특징부를 추가적으로 포함할 수 있다.
본 발명의 범위 내에서, 다수의 추가적인 특징 및 변형이 위의 실시예에 적용될 수 있다. 단열재는 가열 챔버를 중심으로 한 번 또는 여러 번 감기는 시트의 형태일 수 있다. 강성 주변부가 케이싱의 형태인 경우, 이는 감겨진 단열재의 외측 표면과 맞물리기 위한 치수를 가질 수 있다. 각각의 경우, 단열재 층(20)은 접착제 테이프 조각에 의해 추가적으로 지지될 수 있으므로, 추가적인 지지를 제공할 수 있다. 튜브형 가열 챔버(10)를 추가로 단열시키기 위해, 히터의 폐쇄 단부 근처의 베이스 표면에서 튜브형 케이싱(41, 42) 내에 추가적인 단열재가 제공될 수 있다.
단열재 지지 조립체(30)는, 예를 들어, 핀/개구, 압입 끼워맞춤, 초음파 용접, 무기 접착제, 나사, 또는 자석과 같은, 기계적 연결 및/또는 가이딩 요소에 의해 조립될 수 있다. 강성 주변부(40)를 제자리에 추가로 고정시키기 위해, 강성 주변부(40)는, 접착제 층을 갖는 그래파이트 층과 같은, 접착제 지지 층에 의해 외부 커버될 수 있다. 또한, 강성 주변부는, 일부 실시예에서, 장치의 열 관리 특성을 추가로 향상시키기 위해 슈퍼 단열재 층과 함께 감길 수 있는 금속 열 반사 층 또는 금속박으로 내부 코팅될 수 있다.
따라서, 본 발명은 에어로졸 발생 장치 내의 가열 챔버를 단열시키기 위해, 저비용이고, 경량이며, 조립하기에 용이한 수단을 제공한다.
정의 및 대안적인 실시형태
설명된 실시형태의 많은 특징은 별개의 이점을 갖는 별개의 기능을 수행한다는 점을 위의 설명으로부터 이해할 것이다. 따라서, 청구범위에 한정된 본 발명의 실시형태로부터 각각의 이러한 별개의 특징의 생략 또는 포함이 개별적으로 선택될 수 있다.
"히터"라는 용어는 에어로졸 기재로부터 에어로졸을 형성하기에 충분한 열 에너지를 출력하기 위한 임의의 장치를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 히터로부터 에어로졸 기재로의 열 에너지의 전달은 전도, 대류, 복사, 또는 이러한 수단의 임의의 조합일 수 있다. 제한적이지 않은 실시예로서, 전도성 히터는 에어로졸 기재와 직접 접촉되어 에어로졸 기재를 가압할 수 있거나, 이들은 전도, 대류, 및/또는 복사에 의해 에어로졸 기재의 가열을 자체적으로 유발하는 가열 챔버와 같은 별개의 구성 요소와 접촉될 수 있다.
히터는 전동식일 수 있거나, 연소에 의해 작동될 수 있거나, 임의의 다른 적합한 수단에 의해 작동될 수 있다. 전동식 히터는, 저항성 트랙 요소(선택적으로 단열 패키징을 포함함), 유도 가열 시스템(예를 들어, 전자석 및 고주파 발진기를 포함함) 등을 포함할 수 있다. 히터는 에어로졸 기재의 외부 둘레에 배치될 수 있거나, 이는 에어로졸 기재 내로 부분적으로 또는 완전히 관통할 수 있거나, 이들의 임의의 조합일 수 있다. 예를 들어, 전술한 실시형태의 히터 대신에, 에어로졸 발생 장치는, 가열 챔버 내의 에어로졸 기재로 연장되는 블레이드형 히터를 가질 수 있다.
에어로졸 기재는, 경우에 따라, 더 원활하거나 달리 더 만족스러운 경험을 유발하거나 향미를 첨가하기 위한 추가적인 성분을 갖는, 예를 들어 건조된 또는 경화된 형태의 담배를 포함한다. 일부 실시예에서, 담배와 같은 에어로졸 기재는 기화제로 처리될 수 있다. 기화제는 에어로졸 기재로부터의 증기의 발생을 개선할 수 있다. 기화제는 예를 들어, 글리세롤과 같은 폴리올, 또는 프로필렌 글리콜과 같은 글리콜을 포함할 수 있다. 경우에 따라, 에어로졸 기재는 담배 또는 심지어 니코틴을 함유하지 않을 수 있지만, 대신에 향미, 기화, 부드러움 개선, 및/또는 다른 즐거운 효과를 제공하기 위한 자연적으로 또는 인공적으로 유도된 성분을 함유할 수 있다. 에어로졸 기재는, 썰은, 펠릿형, 분말형, 과립형, 스트립 또는 시트 형태, 선택적으로 이들의 조합의 고체 또는 페이스트식 재료로서 제공될 수 있다. 동일하게, 에어로졸 기재는 액체 또는 겔일 수 있다. 실제로, 일부 실시예는 고체 및 액체/겔 성분을 모두 포함할 수 있다.
결과적으로, 에어로졸 발생 장치(1)는, "가열식 담배 장치", "비연소식 가열 담배 장치", "담배 제품을 기화시키기 위한 장치" 등으로 동일하게 지칭될 수 있으며, 이는 이러한 효과를 달성하기 위해 적합한 장치로서 해석된다. 본원에 개시된 특징은 임의의 에어로졸 기재를 기화시키도록 설계된 장치에도 동일하게 적용 가능하다.
에어로졸 발생 장치는, 미리 패키징된 기재 캐리어 내에 에어로졸 기재를 수용하도록 배치될 수 있다. 기재 캐리어는 에어로졸 기재가 적합한 방식으로 배치된 관형 영역을 갖는 담배와 대체로 흡사할 수 있다. 필터, 증기 포집 영역, 냉각 영역, 및 다른 구조물이 일부 설계에 포함될 수도 있다. 예를 들어, 에어로졸 기재를 제자리에 고정시키기 위해, 추가로 담배와의 유사성 등을 위해, 종이 또는 다른 평탄한 가요성 재료(예를 들어, 포일)의 외부층이 제공될 수도 있다. 기재 캐리어는 가열 챔버 내에 끼워 맞춰질 수 있거나, 에어로졸 발생 장치(1)가 기재 캐리어를 구비하는 동안, 덮개가 계속 개방되도록, 가열 챔버보다 더 길 수 있다. 이러한 실시형태에서, 에어로졸은, 에어로졸 발생 장치를 위한 마우스피스로서 작용하는 기재 캐리어로부터 직접 제공될 수 있다.
본원에 사용된 바와 같은 "에어로졸"이란 용어는 분무, 안개, 또는 연기와 같은 가스 또는 공기 중에 분산된 입자계를 의미한다. 따라서, "에어로졸화하다"라는 용어는, 에어로졸로 만들거나/만들고 에어로졸로서 분산시키는 것을 의미한다. “에어로졸/에어로졸화하다”의 의미는 "휘발시키다", "분무하다" 및 "기화시키다" 각각과 일치한다는 것을 유의한다. 의심의 여지를 없애기 위해, 에어로졸은, 분무화된, 휘발된 또는 기화된 입자를 포함하는 분무 또는 액적을 일관되게 표현하기 위해 사용된다. 또한, 에어로졸은 분무화된, 휘발된 또는 기화된 입자의 임의의 조합물을 포함하는 분무 또는 액적을 포함한다.

Claims (30)

  1. 에어로졸 발생 장치를 위한 히터 장치로서,
    상기 히터 장치는,
    에어로졸 발생 기재를 수용하도록 배치된 공동을 포함하는 튜브형 가열 챔버;
    상기 가열 챔버를 원주 방향으로 둘러싸도록 감기는 단열재 층;
    상기 가열 챔버의 둘레에 배치된 강성 주변부를 포함하는 단열재 지지 조립체를 포함하며,
    상기 단열재 지지 조립체는, 상기 가열 챔버의 둘레의 제위치에 상기 단열재 층을 유지시키기 위해, 상기 가열 챔버 및 상기 단열재 층과 맞물리도록 배치되는,
    에어로졸 발생 장치를 위한 히터 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단열재 지지 조립체는, 상기 가열 챔버의 둘레의 제위치에 상기 강성 주변부를 지지하기 위해, 상기 가열 챔버의 일단부 또는 양단부에서만 상기 가열 챔버와 접촉되도록 배치되는, 에어로졸 발생 장치를 위한 히터 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 단열재 지지 조립체는 하나 이상의 환형 지지체를 포함하며,
    상기 환형 지지체는 상기 가열 챔버의 단부의 둘레에 장착되고, 상기 가열 챔버의 둘레의 제위치에 상기 강성 주변부를 지지하는, 히터 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단열재 층은 상기 강성 주변부의 외측 표면의 둘레에 감기는, 에어로졸 발생 장치를 위한 히터 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 강성 주변부는, 상기 튜브형 가열 챔버의 길이를 따라 연장되는 복수의 종방향 스트럿을 포함하는 프레임을 포함하며,
    상기 단열재 층은 상기 종방향 스트럿에 의해 형성된 외측 표면의 둘레에 감기는, 에어로졸 발생 장치를 위한 히터 장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 강성 주변부는, 상기 강성 주변부로부터 반경 방향으로 외향하게 연장되는 파지 부재를 포함하며,
    상기 파지 부재는, 상기 단열재 층을 파지하여 이의 적어도 일부분을 제위치에 유지시키도록 배치되는, 히터 장치.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강성 주변부는, 상기 가열 챔버의 외측 표면과 케이싱의 내측 표면 사이에 원통형 공동을 형성하기 위해, 상기 튜브형 가열 챔버를 둘러싸도록 배치된 튜브형 케이싱을 포함하며,
    상기 단열재 층은 상기 공동 내에 유지되는, 히터 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 원통형 공동은 2 mm 내지 4 mm의 반경 방향 두께를 갖는, 히터 장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 튜브형 가열 챔버와 케이싱 사이에서 상기 튜브형 가열 챔버의 일단부에 위치된 환형 지지체를 더 포함하며,
    상기 환형 지지체는 상기 튜브형 가열 챔버의 대부분의 원주 둘레로 연장되는, 히터 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 환형 지지체는, 상기 튜브형 가열 챔버의 축을 따라 연장되어 상기 케이싱 내에 상기 가열 챔버를 유지시키도록 배치되는, 복수의 축방향 스트럿을 포함하는, 히터 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    원주 방향 립을 더 포함하며,
    상기 단열재 지지 조립체는, 상기 가열 챔버를 제위치에 유지시키기 위해, 상기 원주 방향 립을 수용하도록 배치된 연결 특징부를 포함하는, 히터 장치.
  12. 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 튜브형 케이싱은 2개의 반원통형 부분을 포함하며,
    상기 부분은, 상기 가열 챔버의 둘레에 상기 튜브형 케이싱을 형성하기 위해, 종방향 계면을 따라 연결되도록 구성되는, 히터 장치.
  13. 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단열재 층을 파지하여 상기 단열재 층의 적어도 일부분을 제위치에 유지시키도록 배치된 상기 가열 챔버의 외측 표면에 부착된 파지 부재를 더 포함하는, 히터 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 파지 부재는, 상기 단열재 층의 아래의 가열 챔버의 외측 표면에 부착되도록 배치된 가시철 클램프를 포함하며,
    상기 가시철 클램프는, 상기 단열재 층을 파지하도록 구성된 외향하는 가시철을 포함하는, 히터 장치.
  15. 제7항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 튜브형 케이싱은, 상기 튜브형 가열 챔버의 폐쇄 단부의 둘레에 상기 튜브형 케이싱을 적어도 부분적으로 둘러싸는 베이스 표면을 포함하며,
    상기 튜브형 케이싱은, 상기 케이싱의 베이스 표면과 상기 가열 챔버의 상기 폐쇄 단부 사이에 갭을 제공하도록 배치되는, 히터 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 튜브형 가열 챔버의 상기 폐쇄 단부와 상기 튜브형 케이싱의 상기 베이스 표면 사이의 상기 갭 내에 제공된 단열재를 포함하는, 히터 장치.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    상기 튜브형 케이싱의 상기 베이스 표면은, 상기 가열 챔버와의 전기 연결부가 통과할 수 있도록 하기 위한 개구부를 더 포함하는, 히터 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 베이스 표면은, 상기 개구부가 상기 가열 챔버의 종축에 대하여 비스듬히 지향되도록 구성되는, 히터 장치.
  19. 제7항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 튜브형 가열 챔버는, 상기 에어로졸 발생 기재를 수용하도록 배치된 개방 단부, 및 대향하는 폐쇄 단부를 포함하며,
    상기 튜브형 케이싱은 폐쇄 단부를 포함하고, 상기 폐쇄 단부는, 상기 가열 챔버의 상기 폐쇄 단부와 맞물리도록 내측 표면으로부터 연장되는 돌출부를 포함하는, 히터 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 튜브형 가열 챔버의 상기 폐쇄 단부는, 상기 폐쇄 단부의 외측 표면에 리세스를 포함하며,
    상기 돌출부는 상기 리세스와 맞물리도록 구성되는, 히터 장치.
  21. 제7항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 튜브형 가열 챔버는, 상기 에어로졸 발생 기재를 수용하도록 배치된 개방 단부, 및 대향하는 폐쇄 단부를 포함하며,
    상기 히터 장치는,
    단부 캡 지지체를 더 포함하고,
    상기 단부 캡 지지체는 상기 가열 챔버의 상기 폐쇄 단부의 외측 표면에 용접되며, 상기 가열 챔버의 둘레의 제위치에 상기 튜브형 케이싱을 지지하도록 배치되는, 히터 장치.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 단부 캡 지지체는 실질적으로 디스크 형상의 본체를 포함하며, 돌출부가 상기 본체로부터 연장되고,
    상기 돌출부는 상기 튜브형 가열 챔버의 상기 폐쇄 단부의 외측 표면에 용접되는, 히터 장치.
  23. 제7항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 튜브형 케이싱은 금속 열 반사 층으로 내부 코팅되거나, 금속박이 상기 단열재 층과 함께 감기는, 히터 장치.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단열재 층은 세라믹 섬유를 포함하는, 히터 장치.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 단열재 층은 금속 산화물을 포함하는, 히터 장치.
  26. 제24항 또는 제25항에 있어서,
    상기 단열재 층은 산화 알루미늄, 실리콘 산화물, 및/또는 ZrO2를 포함하는, 히터 장치.
  27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단열재 층은 에어로겔을 포함하는, 히터 장치.
  28. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단열재 층은 블랭킷, 펠트, 또는 종이로서 형성되는, 히터 장치.
  29. 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단열재 지지 조립체는 비금속 재료를 포함하는, 히터 장치.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 단열재 지지 조립체는, 비금속, 바람직하게는 내열성 폴리머, 가장 바람직하게는 폴리에테르에테르케톤(PEEK)으로 제조되는, 히터 장치.
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