KR20230124626A - 에어로졸 발생 시스템에 사용하기 위한 히터 조립체 - Google Patents
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Abstract
에어로졸 발생 시스템(100)에 사용하기 위한 히터 조립체(300)가 제공된다. 히터 조립체(300)는 응축된 형태의 에어로졸 형성 기재를 함유한 유지 재료(302)를 포함한다. 에어로졸 형성 기재는 제1 화합물 및 제2 화합물을 포함하며, 제2 화합물은 제1 화합물보다 더 높은 비등점을 갖는다. 적어도 하나의 기류 경로(306)가 유지 재료(302)를 통해 정의된다. 히터 조립체(300)는 내부 부피를 정의하도록 형상화된 적어도 하나의 가열 요소(304)를 포함하며, 내부 부피는 유지 재료로 충진된다. 내부 부피는 길이 방향 축을 따라 감소하는 단면적을 갖고, 적어도 하나의 기류 경로(306)는 내부 부피의 제1 중심 영역(312) 및 내부 부피의 제2 중심 영역(310)을 통과하고, 제1 및 제2 중심 영역(312,310)은 길이 방향 축을 따라 이격된다.
Description
본 개시는 에어로졸 발생 시스템에 사용하기 위한 히터 조립체, 히터 조립체를 포함한 에어로졸 발생 시스템, 히터 조립체를 포함한 에어로졸 발생 시스템에 사용하기 위한 카트리지, 및 히터 조립체를 포함한 에어로졸 발생 시스템을 사용하는 방법에 관한 것이다.
공지된 많은 에어로졸 발생 시스템에서, 액체 에어로졸 형성 기재는 가열되고 기화되어 증기를 형성한다. 증기는 냉각되고 응축되어 에어로졸을 형성한다. 전기 가열식 흡연 시스템과 같은 일부 에어로졸 발생 시스템에서, 그때 이 에어로졸은 사용자에 의해 흡입된다.
통상적으로, 액체 에어로졸 형성 기재는 가열될 경우에 기화되는 여러 화합물을 포함한다. 이들 화합물은 상이한 비등점을 가질 수 있다. 예를 들어, 액체 에어로졸 형성 기재는 니코틴(대기압에서 약 247℃의 비등점을 가짐) 및 글리세롤(대기압에서 약 290℃의 비등점을 가짐)을 포함할 수 있다.
상이한 비등점을 갖는 화합물을 갖는 액체 에어로졸 형성 기재가 가열될 경우, 더 낮은 비등점을 갖는 화합물은 더 높은 비등점을 갖는 화합물에 앞서 기화될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 비등점이 더 낮은 화합물은 비등점이 더 높은 화합물보다 더 높은 속도로 기화될 수 있다.
이는, 상이한 화합물 간의 상호 작용 및 조합이 제한될 수 있기 때문에, 바람직하지 않을 수 있다. 예를 들어, 액체 에어로졸 형성 기재는 니코틴 화합물 및 유기산 화합물을 포함할 수 있으며, 이들 화합물은 상이한 비등점을 갖는다. 이들 화합물 모두는 기화될 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재 내의 니코틴은, 기화되는 경우에 유리 염기 니코틴을 형성할 수 있다. 그러나, 유리 염기 니코틴보다는 니코틴 염을 갖는 에어로졸을 생성하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 니코틴 염을 형성하기 위해, 유리 염기 니코틴은 기화된 유기산에 의해 양성자화될 수 있다. 그러나, 니코틴이 기화하고 난 후까지 유기산이 아직 기화되지 않았거나, 유리 염기 니코틴의 적절한 비율을 양성자화하는 데 필요한 것보다 더 느리게 기화되는 경우, 이러한 양성자화는 제한될 수 있다.
또한, 에어로졸 형성 기재의 일부 화합물을 다른 화합물보다 더 빠르게 기화시시키면, 바람직하지 않게, 예를 들어 에어로졸 발생 시스템 상의 퍼프의 과정에 걸쳐, 발생된 에어로졸의 특성을 시간에 따라 변화시킬 수 있다. 이는, 가열 요소가 활성화되고 온도가 상승할 경우, 퍼프의 시작을 향해서 가열 요소에 근접한 액체 에어로졸 형성 기재가 제1 온도에 도달할 수 있기 때문이며, 이 온도에서 더 낮은 비등점을 갖는 제1 화합물이 기화되지만 더 높은 비등점을 갖는 제2 화합물이 기화되지 않는다. 그 다음, 퍼프 나중에, 가열 요소에 가까운 액체 에어로졸 형성 기재는, 더 높은 비등점을 갖는 제2 화합물이 기화되는 제2 온도에 도달할 수 있다. 그러나, 이 시점에 의해, 가열 요소에 근접한 액체 에어로졸 형성 기재 내의 제1 화합물의 대부분은 이미 기화되었을 수 있다. 따라서, 퍼프의 시작을 향해, 발생된 에어로졸은 더 큰 비율의 제1 화합물을 포함할 수 있고, 퍼프 나중에 발생된 에어로졸은 더 큰 비율의 제2 화합물을 포함할 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 발생된 에어로졸의 특성은 여러 번의 퍼프 과정에 걸쳐 변할 수 있다. 이는, 액체 에어로졸 형성 기재의 화합물이 적절한 속도로 기화되지 않는 경우에 발생할 수 있다. 예를 들어, 액체 에어로졸 형성 기재는 제1 화합물의 X 질량% 및 제2 화합물의 Y 질량%를 포함할 수 있다. X 대 Y의 제1 화합물 대 제2 화합물의 질량비를 포함한 증기를 생성하기 위해 액체 에어로졸 형성 기재가 기화되지 않는 경우, 증기가 발생됨에 따라 액체 에어로졸 형성 기재의 조성이 변할 수 있다. 이는, 결과적으로 액체 에어로졸 형성 기재에 의해 발생된 에어로졸의 특성의 변화를 초래할 수 있다.
액체 에어로졸 형성 기재의 다양한 화합물의 기화를 제어하는 것이 본 발명의 목적이며, 여기서 이들 화합물은 상이한 비등점을 갖는다.
본 개시에 따르면, 에어로졸 발생 시스템에 사용하기 위한 히터 조립체가 제공된다. 히터 조립체는 유지 재료를 포함할 수 있다. 유지 재료는 에어로졸 형성 기재를 함유할 수 있다. 유지 재료는 응축된 형태로 에어로졸 형성 기재를 함유할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 제1 화합물 및 제2 화합물을 포함할 수 있다. 제2 화합물은 제1 화합물보다 더 높은 비등점을 가질 수 있다. 히터 조립체는, 유지 재료를 통해 정의된 적어도 하나의 기류 경로를 포함할 수 있다. 히터 조립체는 적어도 하나의 가열 요소를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 가열 요소는 내부 부피를 정의하도록 형상화될 수 있다. 내부 부피는 유지 재료로 충진될 수 있다. 내부 부피는 길이 방향 축을 따라 감소하는 단면적을 가질 수 있다. 적어도 하나의 기류 경로는, 내부 부피의 제1 중심 영역을 통과할 수 있다. 적어도 하나의 기류 경로는, 내부 부피의 제2 중심 영역을 통과할 수 있다. 제1 및 제2 중심 영역은 길이 방향 축을 따라 이격될 수 있다.
에어로졸 발생 시스템에 사용될 경우, 히터 조립체는 에어로졸 형성 기재를 가열함으로써 증기 또는 에어로졸을 발생시키도록 구성될 수 있다. 특히, 히터 조립체는, 전력이 가열 요소에 공급될 수 있도록 에어로졸 발생 시스템의 전력 공급부에 연결될 수 있다. 일부 구현예에서, 열은 가열 요소에 의해 저항식으로 또는 유도식으로 발생될 수 있다. 열은 전도에 의해 내부 부피를 충진한 유지 재료로 전달될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 가열 요소는 교번 자기장을 발생시킬 수 있고, 유지 재료는 서셉터 요소를 포함하거나 이로 구성될 수 있고, 유지 재료의 서셉터는 가열 요소에 의해 유도 가열될 수 있다. 가열 요소는 이때 코일일 수 있다. 가열 요소는 인덕터 코일일 수 있다. 임의의 경우에, 유지 재료는 가열될 수 있다. 따라서, 유지 재료에 의해 함유된 에어로졸 형성 기재가 또한 가열될 수 있다. 이는, 유지 재료에 의해 함유된 에어로졸 형성 기재를 기화시킬 수 있다. 유지 재료의 제1 및 제2 중심 영역 모두에서 생성된 증기는 적어도 하나의 기류 경로로 진입할 수 있다. 이러한 증기는 냉각되어, 에어로졸 발생 시스템의 마우스피스를 통해 사용자에 의해 흡입될 수 있는 에어로졸을 형성할 수 있다.
히터 조립체, 및 특히 히터 조립체의 가열 요소에 의해 정의된 내부 부피의 기하학적 구조는, 더 높은 온도의 영역 및 더 낮은 온도의 영역을 유지 재료 내에 제공할 수 있다. 유지 재료의 내부 부피의 제1 중심 영역은 제2 중심 영역과 상이한 온도로 가열될 수 있다. 예를 들어, 제1 중심 영역은 제2 중심 영역보다 낮은 온도로 가열될 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 히터 조립체는 더 높은 속도로 온도를 증가시키는 영역, 및 더 낮은 속도로 온도를 증가시키는 영역을 액체 에어로졸 형성 기재 보관 구성 요소에서 제공할 수 있다.
유리하게는, 히터 조립체는 액체 에어로졸 형성 기재의 상이한 화합물의 기화 제어를 개선할 수 있다. 히터 조립체는 에어로졸 형성 기재의 제1 및 제2 화합물이 바람직한 속도로 동시에 기화되게 할 수 있다. 제1 화합물은 제1 또는 제2 중심 영역 중 하나에서 주로 기화될 수 있다. 제2 화합물은 제1 또는 제2 중심 영역 중 다른 하나에서 주로 기화될 수 있다. 히터 조립체는, 액체 에어로졸 형성 기재의 제1 및 제2 화합물이 보다 바람직한 비율로 기화되게 할 수 있다. 히터 조립체는, 보다 바람직한 조성물을 갖는 에어로졸의 발생을 제공할 수 있다. 히터 조립체는, 바람직한 특성을 갖는 에어로졸의 보다 일관된 발생을 제공할 수 있다.
내부 부피의 제1 및 제2 중심 영역의 온도 차이는, 가열 요소에 의해 정의된 내부 부피의 단면적이 감소하기 때문에 발생할 수 있다. 제1 및 제2 중심 영역이 길이 방향 축을 따라 이격됨에 따라, 제1 중심 영역에서의 유지 재료의 부피의 단면적은 제2 중심 영역에서의 유지 재료의 부피의 단면적과 상이할 수 있다. 따라서, 유지 재료의 내부 부피의 단면적이 더 작은 경우, 가열 요소는 유지 재료의 중심 영역에 더 가까울 수 있다. 예를 들어, 제1 중심 영역에서 유지 재료의 부피의 단면적이 제2 중심 영역에서 부피의 단면적보다 작은 경우, 가열 요소는 제2 중심 영역보다 제1 중심 영역에 더 가까울 수 있다.
열은 전도에 의해 가열 요소로부터 유지 요소로 전달될 수 있다. 제1 및 제2 중심 영역의 온도는, 가열 요소와 유지 재료의 각각의 중심 영역 사이의 최단 거리에 따라 달라질 수 있다. 유지 재료의 각각의 중심 영역의 온도는, 가열 요소까지의 최단 거리가 길이 방향 축을 따라 감소함에 따라, 증가할 수 있다. 온도 차이는, 예를 들어 퍼핑의 시작시 가열 요소의 초기 활성화 후에, 히터 조립체가 열적 평형에 있지 않을 경우에 특히 두드러질 수 있다. 이는, 유지 재료를 가열하기 위한 가열 요소의 초기 활성화와 최대 온도에 도달하는 유지 요소의 중심 영역 사이에 지연 또는 지체가 있을 수 있기 때문이다. 지연 또는 지체의 정도는 유지 재료의 열 전도도에 따라 달라질 수 있다. 가열 요소와 각각의 중심 영역 사이의 거리가 클수록, 최대 온도에 도달하기 위한 지연 또는 지체가 더 길어진다.
대안적으로, 가열 요소는 교번 자기장을 발생시키도록 구성될 수 있고, 유지 재료는 서셉터를 포함하거나 이로 구성될 수 있다. 제1 및 제2 중심 영역의 온도는 교번 자기장의 밀도 또는 강도에 따라 달라질 수 있다. 교번 자기장의 자속 밀도 또는 자기장 강도는 내부 부피의 단면적이 감소함에 따라 증가할 수 있다. 교번 자기장의 자속 밀도 또는 자기장 강도는, 가열 요소가 유지 재료의 각각의 중심 영역에 더 가까울수록 증가할 수 있다.
에어로졸 형성 기재의 기화된 화합물은 제1 및 제2 중심 영역을 통과하는 적어도 하나의 기류 경로로 진입할 수 있다. 이는 유리하게는, 기화된 화합물이 상이한 온도에 있을 수 있는 유지 요소의 다른 영역을 통과하기 보다는 기류 경로 내로 직접 통과하는 것을 보장할 수 있다. 적어도 하나의 기류 경로 내의 기화된 화합물은 혼합되거나 달리 조합되어 에어로졸을 형성할 수 있다.
가열 요소는 유지 재료와 접촉할 수 있다. 유지 재료는 섬유상 또는 스펀지 구조를 가질 수 있다. 유지 재료는 모세관 재료를 포함할 수 있다. 유지 재료는 모세관의 다발을 포함할 수 있다. 예를 들어, 유지 재료는 섬유 또는 스레드 또는 미세 보어 튜브 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
유지 재료는 스펀지 유사 또는 발포체 유사 재료를 포함할 수 있다. 액체 유지 재료의 구조는 액체가 모세관 작용에 의해 이송될 수 있는 복수의 작은 보어 또는 튜브를 형성할 수 있다.
유지 재료는 임의의 적합한 재료 또는 재료의 조합을 포함할 수 있다. 적절한 재료는 스폰지 또는 발포체 재료, 섬유 또는 소성된 분말 형태의 세라믹계 또는 그라파이트계 재료, 발포된 금속 또는 플라스틱 재료, 예를 들면 셀룰로오스 아세테이트, 폴리에스테르, 또는 결합된 폴리올레핀, 폴리에틸렌, 테릴렌 또는 폴리프로필렌 섬유, 나일론 섬유 또는 세라믹과 같은 방사 또는 압출된 섬유로 이루어진 섬유상 재료를 포함하나 이에 제한되지 않는다. 바람직하게는, 유지 재료는 세라믹을 포함할 수 있다. 유지 재료는 상이한 물리적 특성을 갖는 상이한 액체 에어로졸 형성 기재와 함께 사용되도록 임의의 적합한 모세관 현상 및 다공성을 가질 수 있다.
가열 요소는 나선형 형상을 가질 수 있다. 길이 방향 축은 나선형 형상의 중심 축을 따라 정의될 수 있다. 나선 형상 가열 요소에 의해 정의된 내부 부피의 단면적은 내부 부피의 제1 단부로부터 내부 부피의 제2 단부까지 감소할 수 있다. 유지 재료의 제1 중심 영역은 내부 부피의 제1 단부를 향해 위치할 수 있다. 유지 재료의 제2 중심 영역은 내부 부피의 제2 단부를 향해 위치할 수 있다. 따라서, 작동시, 제1 중심 영역의 온도는 제2 중심 영역의 온도보다 낮을 수 있다. 이는 전술한 이점을 가질 수 있다.
바람직한 구현예에서, 가열 요소의 나선형 형상은 절단된 나선형이다. 가열 요소의 곡률 반경은 내부 부피의 단면적이 감소하는 것과 동일한 방향으로 길이 방향 축을 따라 감소할 수 있다.
히터 조립체는 제1 가열 요소 및 제2 가열 요소를 포함할 수 있다. 유지 재료의 내부 부피는 제1 가열 요소와 제2 가열 요소 사이에 정의될 수 있다.
제1 가열 요소와 제2 가열 요소 사이의 분리는, 내부 부피의 단면적이 감소하는 것과 동일한 방향으로 길이 방향 축을 따라 감소할 수 있다. 제1 및 제2 저항 가열 요소 각각은 일련의 연결 표면을 포함할 수 있다. 표면은 결국 길이 방향 축에 실질적으로 평행하고 길이 방향 축에 실질적으로 수직일 수 있다. 제1 및 제2 가열 요소는, 제1 및 제2 가열 요소의 실질적으로 평행한 표면 사이의 분리가 길이 방향 축을 따라 감소하도록, 배열될 수 있다. 인접 표면은 단차를 형성할 수 있다. 즉, 단차는 길이 방향 축에 실질적으로 평행한 표면 및 길이 방향 축에 실질적으로 수직인 표면에 의해 형성될 수 있다. 제1 및 제2 가열 요소는 각각 제1 단차 및 제2 단차를 포함할 수 있다. 제1 단차에서의 가열 요소 사이의 분리는 제2 단차에서보다 클 수 있다. 유지 재료의 제1 중심부는 제1 및 제2 가열 요소의 제1 단차 사이에 위치할 수 있다. 유지 재료의 제2 중심부는 제1 및 제2 가열 요소의 제2 단차 사이에 위치할 수 있다. 제1 및 제2 가열 요소는 추가 단차를 포함할 수 있고, 예를 들어 제1 및 제2 가열 요소는 제3 단차를 포함할 수 있다.
제1 중심 영역으로부터 가열 요소까지의 최소 거리는, 제2 중심 영역으로부터 가열 요소까지의 최소 거리보다 클 수 있다.
제1 화합물의 비등점은 160℃ 내지 280℃일 수 있다. 제1 화합물의 비등점은 대략 247℃일 수 있다. 제1 화합물은 니코틴일 수 있다.
제2 화합물의 비등점은 210℃ 내지 330℃일 수 있다. 제2 화합물의 비등점은 약 290℃일 수 있다. 제2 화합물은 글리세롤일 수 있다.
내부 부피는 길이 방향 축을 따라 제1 및 제2 중심 영역으로부터 이격된 제3 중심 영역을 포함할 수 있다. 제3 중심부는 제2 중심 영역과 비교하면 제1 중심 영역의 반대 측에 위치할 수 있다. 작동시, 제3 중심 영역은 제1 중심부 및 제2 중심부의 온도보다 낮은 온도에 도달할 수 있다. 제3 중심 영역으로부터 가열 요소까지의 최소 거리는 제1 중심 영역으로부터 가열 요소까지의 최소 거리보다 크고 제2 중심 영역으로부터 가열 요소까지의 최소 거리보다 클 수 있다. 상이한 온도를 갖는 내부 부피의 영역을 제공하는 것이, 이들 화합물이 상이한 비등점을 갖는 액체 에어로졸 형성 기재의 다양한 화합물의 기화 제어를 어떻게 개선할 수 있는지를 이미 설명하였다. 제1 영역보다 훨씬 낮은 온도를 갖는 제3 중심 영역을 제공함으로써, 기화 제어가 유리하게 더 개선될 수 있다.
또한, 에어로졸 형성 기재는 제3 화합물을 포함할 수 있다. 제3 화합물의 비등점은 제1 화합물의 비등점보다 낮을 수 있다. 제3 화합물의 비등점은 제2 화합물의 비등점보다 낮을 수 있다. 제3 화합물의 비등점은 100℃ 내지 240℃, 바람직하게는 120℃ 내지 220℃일 수 있다. 바람직하게는, 제3 성분의 비등점은 188℃일 수 있다. 제3 화합물은 프로필렌 글리콜일 수 있다. 제3 중심 영역의 저온에서, 제3 구성 요소는 유리하게 주로 기화될 수 있다. 이러한 제3 중심 영역을 제공함으로써, 제1, 제2 및 제3 화합물 각각의 동시 기화가 보장될 수 있다.
적어도 하나의 기류 경로는 길이 방향 축을 따라 제1 중심 영역 및 제2 중심 영역과 이격된 내부 부피의 제3 중심 영역을 통과할 수 있다. 에어로졸 형성 기재가 제3 화합물을 포함할 경우, 이는 세 개의 화합물 모두의 증기가 사용자에 의해 흡입될 적어도 하나의 기류 경로로 진입하는 것을 보장할 수 있다.
히터 조립체는 저항성 히터 장치를 사용할 수 있다. 적어도 하나의 가열 요소는 저항성 가열 요소일 수 있다. 히터 조립체, 특히 가열 요소는 전류 공급부에 전기적으로 연결되거나 연결 가능하도록 구성될 수 있다. 가열 요소는 적합한 전기 기계적 특성을 갖는 임의의 재료를 포함하거나 이로 형성될 수 있다. 적합한 재료는: 도핑된 세라믹, 전기 "전도성" 세라믹(예를 들어, 몰리브덴 디실리사이드와 같은), 탄소, 그래파이트, 금속, 금속 합금, 및 세라믹 재료와 금속 재료로 만든 복합 재료와 같은 반도체를 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 이러한 복합 재료는 도핑된 세라믹 또는 도핑되지 않은 세라믹을 포함할 수 있다. 도핑된 세라믹의 적절한 예는 도핑된 실리콘 카바이드를 포함하고 있다. 적합한 금속의 예는 티타늄, 지르코늄, 탄탈륨 및 백금족의 금속을 포함하고 있다. 적절한 금속 합금의 예는 스테인리스 강, 콘스탄탄, 니켈-, 코발트-, 크롬-, 알루미늄-, 티타늄-, 지르코늄-, 하프늄-, 니오븀-, 몰리브덴-, 탄탈륨-, 텅스텐-, 주석-, 갈륨-, 망간-, 금- 및 철-함유 합금, 및 니켈, 철, 코발트, 스테인리스 강에 기초한 초합금, Timetal®, 철-알루미늄계 합금, 및 철-망간-알루미늄계 합금을 포함한다. Timetal®은 티타늄 메탈사의 등록 상표이다. 와이어는 하나 이상의 전기 절연체로 코팅될 수 있다. 바람직한 재료는 304, 316, 304L, 316L 스테인리스 강, 및 그래파이트일 수 있다.
또한, 상기 재료의 조합이 사용될 수 있다. 예를 들어, 높은 비저항을 갖는 재료는 낮은 비저항을 갖는 재료와 조합될 수 있다. 재료 중 하나가, 예를 들어, 가격, 가공성, 또는 기타 물리적 및 화학적 파라미터와 같은 다른 관점에서 더 유익한 경우, 이는 유리할 수 있다.
적어도 하나의 가열 요소의 저항은 내부 부피의 단면적이 감소하는 것과 동일한 방향으로 길이 방향 축을 따라 증가할 수 있다. 작동시, 이는 유리하게는 가열 요소의 길이를 따라 온도 구배를 제공할 수 있다. 가열 요소의 온도는 내부 부피의 단면적이 감소하는 것과 동일한 방향으로 길이 방향 축을 따라 증가할 수 있다. 전술한 바와 같이, 유지 재료의 제1 및 제2 중심 영역은, 일반적으로 가열 요소에 의해 정의된 내부 부피의 기하학적 구조의 결과로서 상이한 온도로 가열된다. 가열 요소를 따르는 온도 구배는, 유지 재료의 제1 및 제2 중심 영역 사이의 온도 차이를 증가시킬 수 있다. 따라서, 이러한 온도 구배를 갖는 가열 요소를 제공하면, 제1 및 제2 화합물의 기화의 증가된 제어를 허용할 수 있다.
가열 요소의 저항은, 가열 요소의 단면적이 감소함에 따라 증가할 수 있다. 가열 요소의 단면 또는 단면적을 변화시키면, 가열 요소의 상이한 온도에 도달하는 상이한 섹션을 초래할 수 있다. 예를 들어, 저항 가열 요소에서, 더 작은 단면적을 갖는 가열 요소의 섹션은 더 큰 저항을 가질 수 있고, 따라서 더 높은 온도로 저항식 가열될 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 이는 더 높은 속도로 온도를 증가시키는 영역, 및 더 낮은 속도로 온도를 증가시키는 영역을 액체 에어로졸 형성 기재 보관 구성 요소에서 제공할 수 있다. 전술한 바와 같이, 이는 더 높은 비등점 및 더 낮은 비등점이 원하는 속도로 동시에 기화되는 액체 에어로졸 형성 기재 화합물을 초래할 수 있다.
가열 요소는 제1 단부와 제2 단부 사이에서 연장될 수 있다. 예를 들어, 가열 요소의 길이는 제1 단부와 제2 단부 사이에서 연장될 수 있다. 가열 요소는 제1 단부와 제2 단부 사이의 제1 지점에서 제1 단면적을 가질 수 있다. 가열 요소는 제1 지점과 제2 지점 사이의 제2 지점에서 제2 단면적을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 단면적은 제2 단면적보다 적어도 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 또는 80% 작을 수 있다.
가열 요소의 길이를 따라 최소 단면적은 가열 요소의 길이를 따라 최대 단면적의 적어도 10% 미만일 수 있다. 가열 요소의 길이를 따라 최소 단면적은 가열 요소의 길이를 따라 최대 단면적의 적어도 20, 40, 60, 또는 80% 미만일 수 있다.
가열 요소의 폭 및/또는 두께는 가열 요소의 길이를 따라 변할 수 있다.
히터 조립체는 유도성 가열 장치를 사용할 수 있다. 저항 장치보다는 유도성 가열의 사용은 저항성 히터와 연관된 전력 손실, 특히 저항성 히터와 전력 전달 시스템 사이의 연결부에서의 접촉 저항, 유도성 가열 시스템에서는 존재하지 않는 접촉 저항으로 인한 손실을 이유로 개선된 에너지 변환을 제공할 수 있다. 기능하기 위해서는, 저항성 히터는 장치 또는 히터 조립체 내에 제공된 납을 통해 전원에 영구적 또는 교체 가능하게 연결된다. 심지어 개선된 자동화 제조 기술에서도, 저항성 히터 시스템은 일반적으로 기생 손실을 생성하는 납에서의 접촉 저항을 갖는다. 교체형 저항성 히터 장치는 교체형 카트리지의 접촉부와 납 사이의 접촉 저항을 증가시키는 막 또는 다른 재료의 축적 때문에 고생할 수도 있다. 대조적으로, 유도성 가열 시스템은 가열 요소와 납 사이의 접촉을 필요로 하지 않으며, 이에 따라 저항성 히터 장치에 존재하는 접촉 저항 문제를 겪지 않는다.
적어도 하나의 가열 요소는 서셉터일 수 있다. 서셉터 요소는 교번 자기장에 의해 가열되도록 구성될 수 있다. 교번 자기장은 에어로졸 발생 시스템에 의해 생성될 수 있다. 교번 자기장은 에어로졸 발생 시스템의 인덕터 코일을 통해 교류를 통과시킴으로써 발생될 수 있으며, 인덕터 코일은 사용시 히터 조립체를 둘러싼다. 교류는 임의의 적절한 주파수를 가질 수 있다. 교류는 고주파 교류일 수 있다. 교류는 100 킬로헤르쯔(kHz) 내지 30 메가헤르쯔(MHz)의 주파수를 가질 수 있다.
가열 요소에 의해 발생된 열은 유지 재료로 전달될 수 있다. 이러한 경우에, 유도 가열 장치는, 예를 들어 에어로졸 발생 시스템의 전력 공급부에 대해, 히터 조립체의 가열 요소와 다른 구성 요소 사이에 전기 접촉부가 형성될 필요가 없는 이점을 가질 수 있다. 또한, 히터 조립체는 보다 저렴하게 제조될 수 있다. 예를 들어, 히터 조립체는 카트리지의 일부로서 제조될 수 있다. 카트리지는 통상적으로 그들이 작동하는 장치보다 훨씬 더 많은 수로 제조된 일회용 물품이다. 따라서, 카트리지의 비용을 감축하면, 더 고가의 장치가 필요한 경우이더라도 제조사 및 소비자 모두에게 상당한 비용 절감으로 이어질 수 있다.
대안적으로, 유지 재료는 서셉터 요소를 포함할 수 있다. 유지 재료는 서셉터 요소로 이루어질 수 있다. 적어도 하나의 가열 요소는 유지 재료의 서셉터 요소를 가열하도록 구성된 인덕터 코일을 형성하거나 포함할 수 있다. 적어도 하나의 가열 요소는 전력 공급부에 전기적으로 연결되거나 연결 가능할 수 있다. 전력 공급부는 교류를 발생시키도록 구성될 수 있다. 가열 요소는 교번 자기장을 발생시키도록 구성될 수 있다. 제1 및 제2 중심 영역의 온도는 자속 밀도 또는 교번 자기장의 자기장 강도에 따라 달라질 수 있다. 교류 자기장의 밀도 또는 강도는, 인덕터 코일을 포함하거나 형성하는 가열 요소에 의해 정의된 내부 부피의 단면적이 감소함에 따라 증가할 수 있다. 교번 자기장의 자속 밀도 또는 자기장 강도는, 가열 요소가 유지 재료의 각각의 중심 영역에 더 가까울수록 증가할 수 있다. 이러한 배열은, 히터 조립체가 열적 평형 또는 최대 온도에 도달했을 때에도 큰 온도 구배가 내부 부피에서 유지뇌는 이점을 가질 수 있다.
히터 조립체는 제1 가열 요소 및 제2 가열 요소를 포함할 수 있으며, 제1 가열 요소 및 제2 가열 요소 각각은 인덕터 코일을 포함하거나 형성한다. 예를 들어, 제1 가열 요소 및 제2 가열 요소는 전술한 바와 같이 단차가 있을 수 있다. 유지 재료의 내부 부피는 제1 가열 요소와 제2 가열 요소 사이에 정의될 수 있다. 제1 가열 요소는 제2 가열 요소와 대향하여 위치할 수 있다. 제1 및 제2 가열 요소 각각은 평평한 인덕터 코일을 포함할 수 있다. 인덕터 코일을 포함한 두 개의 가열 요소를 제공하는 것은 유리하게는 자기장 강도 또는 자속 밀도를 증가시킬 수 있다. 인덕터 코일은 내부 부피 내에서 서로에게 부가하는 자기장을 제공하도록 배열될 수 있다. 유사하게, 제1 및 제2 가열 요소를 통과한 교류는, 내부 부피 내에서 서로에게 추가되는 자기장을 제공하도록 구성될 수 있다. 동일한 주파수의 교류는 제1 및 제2 가열 요소 각각을 통과할 수 있다. 교류는 동일한 전력 공급부에 의해 공급될 수 있다.
적어도 하나의 기류 경로는, 유지 재료를 통해 정의되고 길이 방향 축에 평행한 방향으로 제1 중심 영역 및 제2 중심 영역을 통과하는, 기류 경로를 포함할 수 있다. 기류 경로는, 사용시 공기가 가장 큰 단면적을 갖는 단부로부터 유지 재료로 진입하도록 배열될 수 있다. 즉, 공기는 제1 또는 제2 중심 영역의 냉각기를 먼저 통과할 수 있다. 유입 공기는 히터 조립체가 작동 중일 경우에 유지 재료보다 상당히 냉각될 수 있다. 따라서, 유지 재료로 들어가는 공기는 유리하게는 각각의 중심 영역을 냉각시킬 수 있다. 공기가 제1 또는 제2 중심 영역 중 다른 영역에 도달할 경우, 공기는 히터 조립체에 의해 가열되었을 수 있으므로, 공기의 냉각 효과가 줄어들 수 있다. 따라서, 기류 경로의 이러한 배열은 유리하게는, 제1 중심 영역과 제2 중심 영역 사이의 온도 차이를 증가시킬 수 있다.
대안적으로, 적어도 하나의 기류 경로는 길이 방향 축에 수직인 방향으로 제1 중심 영역을 통과하는 유지 재료를 통해 정의된 제1 기류 경로를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 기류 경로는 길이 방향 축에 수직인 방향으로 제2 중심 영역을 통과하는 유지 재료를 통해 정의된 제2 기류 경로를 포함할 수 있다.
히터 조립체는 에어로졸 형성 기재를 보관하기 위한 저장조를 포함할 수 있다. 히터 조립체는 에어로졸 형성 기재의 저장조를 포함할 수 있다. 저장조는 에어로졸 형성 기재를 유지 재료에 공급하도록 구성될 수 있다. 저장조는, 유지 재료에 의해 충진된 내부 부피가 가장 큰 단면적을 갖는 유지 재료에 에어로졸 형성 기재를 공급하도록 구성될 수 있다. 사용시, 이는 유리하게는 내부 부피의 제1 및 제2 중심 영역 사이의 온도 차이를 증가시킬 수 있는데, 이는, 저장조 내의 에어로졸 형성 기재가 유지 재료 내의 에어로졸 형성 기재보다 더 차갑게 될 수 있기 때문이다.
유지 재료는, 에어로졸 형성 기재를 보관하거나 보관하도록 구성될 수 있다. 유지 재료는 저장조와 유체 연통할 수 있다.
저장조는 에어로졸 형성 기재를 함유하는 저장조 하우징을 포함할 수 있다. 채널은 하우징을 통해 정의될 수 있다. 적어도 하나의 기류 채널은 이 채널을 통과할 수 있다.
본 개시에 따르면, 전술한 바와 같이 히터 조립체를 포함한 에어로졸 발생 시스템이 또한 제공된다. 에어로졸 발생 시스템은 히터 조립체에 연결 가능한 전력 공급부를 추가로 포함할 수 있다. 에어로졸 발생 시스템은 전력 공급부로부터 히터 조립체로 전력의 공급을 제어하기 위한 제어기를 추가로 포함할 수 있다. 따라서, 제어기는 가열 요소의 가열을 제어할 수 있다.
전력 공급부는 배터리일 수 있다. 전력 공급부는 가열 요소에 전력을 공급하도록 구성될 수 있다. 이는, 가열 요소를 가열하기 위한 것일 수 있다.
전력 공급부는 가열 요소를 저항식 가열하기 위해 가열 요소에 전력을 공급하도록 구성될 수 있다. 에어로졸 발생 시스템은 인덕터 코일을 포함할 수 있다.
에어로졸 발생 시스템의 전력 공급부는, 히터 조립체의 적어도 하나의 가열 요소가 인덕터 코일을 형성하거나 포함할 경우, 인덕터 코일에 교류를 제공하도록 구성될 수 있다. 에어로졸 발생 시스템의 전력 공급부는, 히터 조립체의 적어도 하나의 가열 요소가 인덕터 코일을 형성하거나 포함할 경우, 인덕터 코일에 발진 전류를 제공하도록 구성될 수 있다. 발진 전류는 고주파 발진 전류일 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 고주파 발진 전류는 100 kHz 내지 10 MHz의 주파수를 갖는 발진 전류를 의미한다.
에어로졸 발생 시스템은 카트리지를 포함할 수 있으며, 카트리지는 히터 조립체를 함유한 카트리지 하우징을 포함한다. 카트리지는 에어로졸 발생 장치와 체결하도록 구성될 수 있다. 전력 공급부는, 카트리지가 에어로졸 발생 장치와 체결하는 경우에만 가열 요소에 전력을 공급하도록 구성될 수 있다.
카트리지는 공기 유입구를 포함할 수 있다. 카트리지는 공기 유출구를 포함할 수 있다. 공기 유입구는 공기 유출구와 유체 연통할 수 있다. 가열 요소는 공기 유입구의 하류에 배치될 수 있다. 가열 요소는 공기 유출구의 상류에 배치될 수 있다.
카트리지는 가열 요소에 전기적으로 연결된 제1 및 제2 전기 접촉부를 포함할 수 있다. 전기 접촉부는 주석, 은, 금, 구리, 알루미늄, 스테인리스 강과 같은 강, 인 청동, 안티몬과 합금된 주석, 지르코늄과 합금된 주석, 비스무스와 합금된 주석, 또는 유기산에 대한 내성을 개선하는 다른 것과 합금된 주석 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
전기 접촉부는, 카트리지가 에어로졸 발생 장치와 체결되는 경우에 에어로졸 발생 장치 상의 대응하는 전기 접촉부와 전기적 연결을 형성하도록 구성될 수 있다.
히터 조립체와 관련하여 선택적으로 설명된 저장조는 대신에 카트리지의 부분을 형성할 수 있다. 히터 조립체 및 특히, 히터 조립체의 유지 재료는 저장조와 유체 연통할 수 있다.
에어로졸 발생 시스템은 에어로졸 발생 장치를 추가로 포함할 수 있다. 카트리지는 에어로졸 발생 장치에 탈착식으로 수용 가능할 수 있다.
에어로졸 발생 장치는, 전력 공급부와 제어기를 함유한 장치 하우징을 포함할 수 있다.
에어로졸 발생 시스템은 적어도 하나의 기류 경로와 유체 연통하는 마우스피스를 추가로 포함할 수 있어서, 사용자가 적어도 하나의 기류 경로를 통해 공기를 흡인할 수 있게 한다. 카트리지는 마우스피스를 포함할 수 있다. 사용시, 카트리지가 에어로졸 발생 장치와 체결하는 경우, 사용자는 카트리지의 마우스피스를 퍼핑할 수 있다. 이는 공기가 공기 유입구를 통해 흐른 다음, 히터 조립체 또는 가열 요소를 가로지르거나, 넘거나, 지나가거나, 통하고, 이어서 공기 유출구를 통해 흐르게 할 수 있다.
에어로졸 발생 시스템은 소형 에어로졸 발생 시스템일 수 있다. 에어로졸 발생 시스템은 전기 가열식 흡연 시스템일 수 있다.
본 개시에 따르면, 전술한 바와 같이 에어로졸 발생 시스템에 사용하기 위한 카트리지가 또한 제공되면, 상기 카트리지는 전I한 바와 같은 히터 조립체를 포함한다.
본 개시에 따르면, 에어로졸 발생 시스템을 사용하는 방법이 또한 제공되며, 상기 에어로졸 발생 시스템은, 응축된 형태의 에어로졸 형성 기재를 함유한 유지 재료(상기 에어로졸 형성 기재는 제1 화합물 및 제2 화합물을 포함하고, 상기 제2 화합물은 상기 제1 화합물보다 더 높은 비등점을 가짐); 상기 유지 재료를 통해 정의된 적어도 하나의 기류 경로; 상기 유지 재료로 충진된 내부 부피를 정의하도록 형상화된 적어도 하나의 가열 요소를 포함한 히터 조립체; 전력 공급부; 및 상기 전력 공급부로부터 상기 히터 조립체에 공급되는 전력을 제어하기 위한 제어기를 포함하되, 상기 내부 부피는 길이 방향 축을 따라 감소하는 단면적을 갖고, 상기 적어도 하나의 기류 경로는 상기 내부 부피의 제1 중심 영역 및 상기 내부 부피의 제2 중심 영역을 통과하고, 상기 제1 및 제2 중심 영역은 상기 길이 방향 축을 따라 이격되고, 상기 방법은 상기 제1 중심 영역이 상기 제2 중심 영역에 대해 상이한 온도로 가열되도록 상기 적어도 하나의 가열 요소를 활성화시켜 상기 유지 재료를 가열하는 단계를 포함한다.
적어도 하나의 가열 요소를 활성화하는 단계는, 제1 중심 영역을 제2 중심 영역의 온도보다 낮은 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 가열 요소를 활성화하는 단계는, 제1 중심 영역을 제2 중심 영역의 온도보다 적어도 20℃ 낮은 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 가열 요소를 활성화하는 단계는, 내부 부피의 제1 중심 영역을 160℃ 내지 280℃의 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 가열 요소를 활성화하는 단계는 내부 부피의 제2 중심 영역을 210 내지 330℃의 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 가열 요소를 활성화시키는 단계는, 적어도 하나의 기류 경로 내로 진입하는 증기가 발생되도록 에어로졸 형성 기재를 가열하는 단계를 포함할 수 있다.
내부 부피의 제1 중심 영역을 통과하는 적어도 하나의 기류 경로의 부분에 진입하는 증기는, 제1 화합물을 제2 화합물보다 중량 기준으로 더 많은 양으로 포함한다.
내부 부피의 제2 중심 영역을 통과하는 적어도 하나의 기류 경로의 일부분에 진입하는 증기는 제1 화합물보다 더 많은 중량으로 제2 화합물을 포함한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "에어로졸"은 가스 내의 고체 입자, 또는 액적의 분산, 또는 고체 입자와 액적의 조합을 지칭한다. 에어로졸은 가시적일 수 있고 또는 비가시적일 수 있다. 에어로졸은 실온에서 통상 액체 또는 고체인 물질의 증기뿐만 아니라, 고체 입자, 또는 액적, 또는 고체 입자와 액적의 조합을 포함할 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "에어로졸 형성 기재"는 에어로졸을 형성할 수 있는 휘발성 화합물을 방출할 수 있는 기재를 지칭한다. 휘발성 화합물은 에어로졸 형성 기재를 가열하거나 연소시킴으로써 방출될 수 있다.
에어로졸 형성 기재는 복수의 화합물을 포함할 수 있다. 복수의 화합물은 상이한 비등점을 가질 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 형성 기재는, 대기압에서 제1 비등점을 갖는 제1 화합물, 및 대기압에서 제2 비등점을 갖는 제2 화합물을 포함할 수 있으며, 제1 비등점은 제2 비등점보다 크다. 에어로졸 형성 기재는 대기압에서 제3 비등점을 갖는 제3 화합물을 포함할 수 있다.
에어로졸 형성 기재는 에어로졸 형성제를 포함할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "에어로졸 형성제"는 사용 시, 예를 들어 안정한 에어로졸의 형성을 용이하게 하고 시스템의 작동 온도에서 열적 열화에 대하여 실질적으로 저항하는 임의의 적합한 화합물 또는 화합물의 혼합물을 지칭한다. 적합한 에어로졸 형성제는 당업계에 잘 공지되어 있으며, 이에 한정되지 않지만, 트리에틸렌 글리콜, 1,3-부탄디올 및 글리세린과 같은 다가 알코올; 글리세롤 모노-, 디- 또는 트리아세테이트와 같은 다가 알코올의 에스테르; 및 디메틸 도데칸디오에이트 및 디메틸 테트라데칸디오에이트와 같은, 모노-, 디- 또는 폴리카르복실산의 지방족 에스테르를 포함한다.
에어로졸 형성 기재는 니코틴을 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 물을 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 글리세린으로도 지칭되는 글리세롤을 포함할 수 있으며, 이는 니코틴보다 더 높은 비등점을 갖는다. 에어로졸 형성 기재는 프로필렌 글리콜을 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 식물계 재료를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 균질화 식물계 재료를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 담배를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 담배 함유 재료를 포함할 수 있다. 담배 함유 재료는 휘발성 담배 향미 화합물을 함유할 수 있다. 이들 화합물은 가열 시에 에어로졸 형성 기재로부터 방출될 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 균질화 담배 재료를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 향미제와 같은 다른 첨가제 및 성분을 포함할 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "액체 에어로졸 형성 기재"는 응축 형태의 에어로졸 형성 기재를 지칭한다. 따라서, "액체 에어로졸 형성 기재"는 액체, 겔 또는 페이스트 중 하나 이상일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재가 겔 또는 페이스트이거나 이를 포함하는 경우, 겔 또는 페이스트는 가열시 액화될 수 있다. 예를 들어, 겔 또는 페이스트는 50, 75, 100, 150, 또는 200℃ 미만의 온도로 가열될 시 액화될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "가열 요소"는 전력이 공급되는 경우에 그 자체가 온도를 상승시키도록 구성되는 요소, 및 서셉터 요소에 결합된 인덕터 코일과 같이, 전력이 공급될 경우에 결합된 구성 요소의 온도를 상승시키도록 구성되는 요소 둘 다를 포함한다.
본원에 사용되는 바와 같이, "서셉터 요소"는 가변 자기장을 받을 때 가열되는 전도성 요소를 의미한다. 이는 서셉터 요소 내에 유도된 와전류 및/또는 이력 손실의 결과일 수 있다. 서셉터 요소 용으로 가능한 재료는 그래파이트, 몰리브덴, 실리콘 카바이드, 스테인리스 강, 니오븀, 알루미늄, 및 거의 모든 다른 전도성 요소를 포함하고 있다. 유리하게는, 서셉터 요소는 페라이트 요소이다. 서셉터 요소의 재료 및 기하학적 구조는 원하는 전기 저항 및 열 발생을 제공하도록 선택될 수 있다.
아래에 비제한적인 실시예의 비포괄적인 목록이 제공되어 있다. 이들 실시예의 특징부 중 임의의 하나 이상은 본원에 설명된 다른 실시예, 구현예, 또는 양태의 임의의 하나 이상의 특징부와 조합될 수 있다.
EX1. 에어로졸 발생 시스템에 사용하기 위한 히터 조립체로서, 상기 히터 조립체는,
응축된 형태의 에어로졸 형성 기재를 함유한 유지 재료(상기 에어로졸 형성 기재는 제1 화합물 및 제2 화합물을 포함하고, 상기 제2 화합물은 상기 제1 화합물보다 더 높은 비등점을 가짐);
상기 유지 재료를 통해 정의된 적어도 하나의 기류 경로; 및
상기 유지 재료로 충진된 내부 부피를 정의하도록 형상화된 적어도 하나의 가열 요소를 포함하되,
상기 내부 부피는 길이 방향 축을 따라 감소하는 단면적을 갖고,
상기 적어도 하나의 기류 경로는 상기 내부 부피의 제1 중심 영역 및 상기 내부 부피의 제2 중심 영역을 통과하며, 상기 제1 및 제2 중심 영역은 상기 길이 방향 축을 따라 이격되는, 조립체.
EX2. 실시예 EX1에 있어서 나선형 형상을 갖는 가열 요소를 포함하는, 히터 조립체.
EX3. 실시예 EX2에 있어서, 상기 가열 요소의 나선형 형상은 절단된 나선형인, 히터 조립체.
EX4. 실시예 EX2 또는 EX3에 있어서, 상기 가열 요소의 곡률 반경은 상기 내부 부피의 단면적이 감소하는 것과 동일한 방향으로 상기 길이 방향 축을 따라 감소하는, 히터 조립체.
EX5. 실시예 EX1에 있어서, 제1 가열 요소 및 제2 가열 요소를 포함하는, 히터 조립체.
EX6. 실시예 EX5에 있어서, 상기 유지 재료의 내부 부피는 상기 제1 가열 요소와 상기 제2 가열 요소 사이에 정의되는, 히터 조립체.
EX7. 실시예 EX5 또는 EX6에 있어서, 상기 제1 가열 요소와 상기 제2 가열 요소 사이의 분리는 상기 내부 부피의 단면적이 감소하는 것과 동일한 방향으로 상기 길이 방향 축을 따라 감소하는, 히터 조립체.
EX8. 이전 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 중심 영역으로부터 상기 가열 요소까지의 최소 거리는 상기 제2 중심 영역으로부터 상기 가열 요소까지의 최소 거리보다 큰, 히터 조립체.
EX9. 이전 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 화합물의 비등점은 160 내지 280°C인, 히터 조립체.
EX10.이전 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 제2 화합물의 비등점은 210 내지 330°C인, 히터 조립체.
EX11. 이전 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 에어로졸 형성 기재는 제3 화합물을 포함하는, 히터 조립체.
EX12. 실시예 EX11에 있어서, 상기 제3 화합물의 비등점은 120 내지 220℃인, 히터 조립체.
EX13. 실시예 EX11 또는 EX12에 있어서, 상기 적어도 하나의 기류 경로는 상기 길이 방향 축을 따라 상기 제1 중심 영역 및 상기 제2 중심 영역과 이격된 상기 내부 부피의 제3 중심 영역을 통과하는, 히터 조립체.
EX14. 실시예 EX13에 있어서, 상기 제3 중심 영역은 상기 제2 중심 영역과 비교하면 상기 제1 중심 영역의 대향 측면 상에 위치하는, 히터 조립체.
EX15. 실시예 EX13 또는 EX14에 있어서, 상기 제3 중심 영역으로부터 상기 가열 요소까지의 최소 거리는 상기 제1 중심 영역으로부터 상기 가열 요소까지의 최소 거리보다 크고 상기 제2 중심 영역으로부터 상기 가열 요소까지의 최소 거리보다 큰, 히터 조립체.
EX16. 이전 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 적어도 하나의 가열 요소는 저항식 가열 요소인, 히터 조립체.
EX17. 이전 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 적어도 하나의 가열 요소의 저항은, 상기 내부 부피의 단면적이 감소하는 것과 동일한 방향으로 상기 길이 방향 축을 따라 증가하는, 히터 조립체.
EX18. 실시예 EX17에 있어서, 상기 가열 요소의 저항은, 상기 가열 요소의 단면적이 감소하는 결과로서 증가하는, 히터 조립체.
EX19. 실시예 EX1 내지 EX17 중 어느 하나에 있어서, 상기 적어도 하나의 가열 요소는 서셉터인, 히터 조립체.
EX20.실시예 EX1 내지 EX17 중 어느 하나에 있어서, 상기 유지 재료는 서셉터 요소를 포함하고, 상기 적어도 하나의 가열 요소는 상기 유지 재료의 서셉터 요소를 가열하도록 구성된 인덕터 코일을 형성하거나 이를 포함하는, 히터 조립체.
EX21. 실시예 EX20에 있어서, 제1 가열 요소 및 제2 가열 요소를 포함하되, 상기 제1 가열 요소 및 제2 가열 요소 각각은 인덕터 코일을 포함하거나 형성하는, 히터 조립체.
EX22. 이전 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 적어도 하나의 기류 경로는 상기 유지 재료를 통해 정의되고 상기 길이방향 축에 평행한 방향으로 상기 제1 중심 영역 및 제2 중심 영역을 통과하는 기류 경로를 포함하는, 히터 조립체.
EX23. 실시예 EX1 내지 EX21 중 어느 하나에 있어서, 상기 적어도 하나의 기류 경로는 상기 길이 방향 축에 수직인 방향으로 상기 제1 중심 영역을 통과하는 상기 유지 재료를 통해 정의된 제1 기류 경로를 포함하는, 히터 조립체.
EX24. 실시예 EX23에 있어서, 상기 적어도 하나의 기류 경로는 상기 길이 방향 축에 수직인 방향으로 상기 제2 중심 영역을 통과하는 상기 유지 재료를 통해 정의된 제2 기류 경로를 포함하는, 히터 조립체.
EX25. 이전 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 유지 재료는 세라믹으로 형성되는, 히터 조립체.
EX26. 이전 실시예 중 어느 하나에 따른 히터 조립체를 포함하는 에어로졸 발생 시스템.
EX27. 실시예 EX26에 있어서, 상기 히터 조립체에 연결 가능한 전력 공급부; 및
상기 전력 공급부로부터 상기 히터 조립체로 공급되는 전력을 제어하기 위한 제어기를 추가로 포함하는, 에어로졸 발생 시스템.
EX28. 실시예 EX27에 있어서, 상기 에어로졸 발생 시스템의 전력 공급부는, 상기 히터 조립체의 적어도 하나의 가열 요소가 인덕터 코일을 형성하거나 포함할 경우, 상기 인덕터 코일에 고주파 발진 전류를 제공하도록 구성되는, 에어로졸 발생 시스템.
EX29. 실시예 EX26 내지 EX28 중 어느 하나에 있어서, 상기 에어로졸 발생 시스템은 카트리지를 포함하되, 상기 카트리지는 상기 히터 조립체를 함유한 카트리지 하우징을 포함하는, 에어로졸 발생 시스템.
EX30. 실시예 EX29에 있어서, 상기 에어로졸 발생 시스템은 에어로졸 발생 장치를 추가로 포함하고, 상기 카트리지는 상기 에어로졸 발생 장치 내에 탈착식으로 수용 가능한, 에어로졸 발생 시스템.
EX31. 실시예 EX30에 있어서, 상기 에어로졸 발생 장치는 상기 전력 공급부 및 상기 제어기를 함유한 장치 하우징을 포함하는, 에어로졸 발생 시스템.
EX32. 실시예 EX26 내지 EX31 중 어느 하나에 있어서, 적어도 하나의 기류 경로와 유체 연통하는 마우스피스를 추가로 포함하고, 사용자가 상기 적어도 하나의 기류 경로를 통해 공기를 흡인할 수 있게 하는, 에어로졸 발생 시스템.
EX33. 실시예 EX26 내지 EX32 중 어느 하나에 있어서, 상기 에어로졸 발생 시스템은 소형 에어로졸 발생 시스템인, 에어로졸 발생 시스템.
EX34. 실시예 EX26 내지 EX33 중 어느 하나에 있어서, 상기 에어로졸 발생 시스템은 전기 가열식 흡연 시스템인, 에어로졸 발생 시스템.
EX35. 에어로졸 발생 시스템에 사용하기 위한 카트리지로서, 상기 카트리지는 실시예 Ex1 내지 Ex25 중 어느 하나에 정의된 히터 조립체를 포함하는, 카트리지.
EX36. 에어로졸 발생 시스템을 사용하는 방법으로서, 상기 에어로졸 발생 시스템은, 응축된 형태의 에어로졸 형성 기재를 함유한 유지 재료(상기 에어로졸 형성 기재는 제1 화합물 및 제2 화합물을 포함하고, 상기 제2 화합물은 상기 제1 화합물보다 더 높은 비등점을 가짐);
상기 유지 재료를 통해 정의된 적어도 하나의 기류 경로;
상기 유지 재료로 충진된 내부 부피를 정의하도록 형상화된 적어도 하나의 가열 요소를 포함한 히터 조립체;
전력 공급부; 및
상기 전력 공급부로부터 상기 히터 조립체로 공급되는 전력을 제어하기 위한 제어기를 포함하되,
상기 내부 부피는 길이 방향 축을 따라 감소하는 단면적을 갖고,
상기 적어도 하나의 기류 경로는 상기 내부 부피의 제1 중심 영역 및 상기 내부 부피의 제2 중심 영역을 통과하며, 상기 제1 및 제2 중심 영역은 상기 길이 방향 축을 따라 이격되며,
상기 방법은 상기 제1 중심 영역이 상기 제2 중심 영역에 대해 상이한 온도로 가열되도록 상기 적어도 하나의 가열 요소를 활성화시켜 상기 유지 재료를 가열하는 단계를 포함하는, 방법.
EX37. 실시예 EX36에 있어서, 상기 적어도 하나의 가열 요소를 활성화하는 단계는, 상기 제1 중심 영역을 상기 제2 중심 영역의 온도보다 낮은 온도로 가열하는 단계를 포함하는, 방법.
EX38. 실시예 EX36 또는 EX37에 있어서, 상기 적어도 하나의 가열 요소를 활성화하는 단계는, 상기 제1 중심 영역을 상기 제2 중심 영역의 온도보다 적어도 20℃ 낮은 온도로 가열하는 단계를 포함하는, 방법.
EX39. 실시예 EX38에 있어서, 상기 적어도 하나의 가열 요소를 활성화하는 단계는, 상기 내부 부피의 제1 중심 영역을 160 내지 280℃의 온도로 가열하는 단계를 포함하는, 방법.
EX40. 실시예 EX36 내지 EX39 중 어느 하나에 있어서, 상기 적어도 하나의 가열 요소를 활성화하는 단계는, 상기 내부 부피의 제2 중심 영역을 2410 내지 330℃의 온도로 가열하는 단계를 포함하는, 방법.
EX41. 실시예 EX36 내지 EX40 중 어느 하나에 있어서, 상기 적어도 하나의 가열 요소를 활성화하는 단계는, 상기 적어도 하나의 기류 경로 내로 진입하는 증기가 발생되도록 에어로졸 형성 기재를 가열하는 단계를 포함하는, 방법.
EX42. 실시예 EX41에 있어서, 상기 내부 부피의 제1 중심 영역을 통과하는 적어도 하나의 기류 경로의 일부분 내로 들어가는 증기는, 상기 제2 화합물보다 더 많은 중량으로 상기 제1 화합물을 포함하는, 방법.
EX43. 실시예 EX41 또는 EX42에 있어서, 상기 내부 부피의 제2 중심 영역을 통과하는 적어도 하나의 기류 경로의 일부분 내로 들어가는 증기는, 상기 제1 화합물보다 더 많은 중량으로 상기 제2 화합물을 포함하는, 방법.
일 실시예 또는 구현예에 관해 설명된 특징은 또한 다른 실시예 및 구현예에 적용 가능할 수 있다.
이제, 실시예가 도면을 참조하여 추가로 설명될 것이다.
도 1은, 제1 히터 조립체를 통합한 카트리지를 포함하는 제1 에어로졸 발생 시스템의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 2는 도 1의 제1 히터 조립체의 사시도를 나타낸다.
도 3은 에어로졸 발생 시스템과 별도로 도 1의 제1 히터 조립체의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 4는 에어로졸 발생 시스템으로부터 별도로 제2 히터 조립체의 사시도를 나타낸다.
도 5는 도 4의 제2 히터 조립체의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 6은 도 1의 제1 히터 조립체와 유사하지만 상이한 기류 경로 배열을 갖는 제3 히터 조립체의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 7은, 도 1의 제1 히터 조립체와 유사하지만 가열 요소의 길이를 따라 감소되는 단면적을 갖는 가열 요소를 갖는, 제4 히터 조립체의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 8은 제2 에어로졸 발생 시스템의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 9는 두 개의 가열 요소를 포함한 제5 히터 조립체를 나타내며, 가열 요소는 인덕터 코일을 포함한다.
도 1은, 제1 히터 조립체를 통합한 카트리지를 포함하는 제1 에어로졸 발생 시스템의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 2는 도 1의 제1 히터 조립체의 사시도를 나타낸다.
도 3은 에어로졸 발생 시스템과 별도로 도 1의 제1 히터 조립체의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 4는 에어로졸 발생 시스템으로부터 별도로 제2 히터 조립체의 사시도를 나타낸다.
도 5는 도 4의 제2 히터 조립체의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 6은 도 1의 제1 히터 조립체와 유사하지만 상이한 기류 경로 배열을 갖는 제3 히터 조립체의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 7은, 도 1의 제1 히터 조립체와 유사하지만 가열 요소의 길이를 따라 감소되는 단면적을 갖는 가열 요소를 갖는, 제4 히터 조립체의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 8은 제2 에어로졸 발생 시스템의 개략적인 단면도를 나타낸다.
도 9는 두 개의 가열 요소를 포함한 제5 히터 조립체를 나타내며, 가열 요소는 인덕터 코일을 포함한다.
도 1은 제1 에어로졸 발생 시스템(100)의 단면도를 나타낸다. 에어로졸 발생 시스템(100)은 에어로졸 발생 장치(150) 및 카트리지(200)를 포함한다. 이 예에서, 에어로졸 발생 시스템(100)은 전기 작동식 흡연 시스템이다.
에어로졸 발생 장치(150)는 휴대용이며, 종래의 엽궐련 또는 궐련에 필적할만한 크기를 갖는다. 장치(150)는 리튬 철 인산염 배터리와 같은 배터리(152), 및 배터리(152)에 전기적으로 연결된 제어기(154)를 포함한다. 장치(150)는 또한 배터리(152)에 전기적으로 연결되는 두 개의 전기 접촉부(156, 158)를 포함한다. 이러한 전기적 연결은 유선 연결이고 도 1에 나타내지 않는다. 도 1에서, 에어로졸 발생 장치(150)는 카트리지(200)와 체결된다. 이 예시에서, 카트리지(200)는, 에어로졸 발생 장치(150)의 대응하는 나사 스레드(162)와 결합된 카트리지(200)의 나사 스레드(206)를 통해 에어로졸 발생 장치(150)와 체결된다.
카트리지(200)는 제1 및 제2 전기 접촉부(214, 216), 공기 유입구(202), 공기 유출구(204), 및 제1 히터 조립체(300)를 포함한다. 공기 유입구(202)는 공기 유출구(204)와 유체 연통한다. 히터 조립체(300)는 공기 유입구(202)의 하류 및 공기 유출구(204)의 상류에 위치한다. 히터 조립체(300)는, 액체 에어로졸 형성 기재의 저장조(303)와 유체 연통하는 유지 재료(302)를 포함한다. 저장조(303)는 히터 조립체(300)에 대한 별도의 구성 요소로서 본원에서 설명된다. 그러나, 일부 구현예에서, 저장조(300)는 히터 조립체의 일부를 형성한다. 히터 조립체(300)는 또한 나선형 형상의 가열 요소(304)를 포함한다. 제1 및 제2 전기 접촉부(214, 216)는 가열 요소(304)에 전기적으로 연결된다. 기류 경로(306)는 유지 재료(302)의 중심을 통해 정의된다.
이러한 시스템(100)에서, 임의의 적절한 기재가 사용될 수 있지만, 액체 에어로졸 형성 기재는 약 74 중량%의 글리세린, 24 중량%의 프로필렌 글리콜, 및 2 중량%의 니코틴을 포함한다. 대기압에서, 니코틴은 약 247℃의 비등점을 갖고, 글리세린은 약 290℃의 비등점을 갖고, 프로필렌 글리콜은 약 188℃의 비등점을 갖는다. 따라서, 이러한 액체 에어로졸 형성 기재를 초기에 가열하여 에어로졸을 형성할 경우, 일부 시스템은 바람직하지 않게 많은 양의 프로필렌 글리콜(기재를 형성하는 화합물의 가장 낮은 비등점을 가짐)을 비율적이지 않게 기화시킬 수 있다. 이는, 사용자에게 전달되는 덜 바람직한 에어로졸, 예컨대 원하는 것보다 작은 비율의 니코틴을 포함하는 에어로졸을 초래할 수 있다. 이는 또한, 더 긴 기간에 걸쳐 기판 내 화합물의 상대 비율을 바람직하지 않게 변화시킬 수 있다. 본 발명은, 이렇게 바람직하지 않은 효과를 제거하거나 적어도 감소시킬 수 있다.
사용시, 사용자는 카트리지(200)의 공기 유출구(204) 상에서 퍼핑한다. 동시에, 사용자는 에어로졸 발생 장치(150) 상의 버튼(도시되지 않음)을 누른다. 이 버튼을 누르면 제어기(154)에 신호를 송신하며, 이는, 전력을 배터리(152)로부터 장치의 전기 접촉부(156, 158) 및 카트리지의 전기 접촉부(214, 216)를 통해 가열 요소(304)로 공급시킨다. 이는, 전류가 가열 요소(304)를 통해 흐르게 하여, 가열 요소(304)를 저항식 가열한다. 다른 예시에서, 기류 센서, 또는 압력 센서는 카트리지(200) 내에 위치하고 제어기(154)에 전기적으로 연결된다. 기류 센서, 또는 압력 센서는 사용자가 카트리지(200)의 공기 유출구(204) 상에서 퍼핑함을 감지하고 제어기(154)에 신호를 송신하여 가열 요소(304)에 전력을 제공한다. 따라서, 이들 예시에서, 사용자가 가열 요소(304)를 가열하기 위해 버튼을 누를 필요는 없다.
사용자가 카트리지(200)의 공기 유출구(204) 상에서 퍼핑함에 따라, 공기가 공기 유입구(202) 내로 흡인된다. 그 다음, 이러한 공기는 저장조(303)를 통해 정의된 채널(313)을 통해 이동한 다음, 유지 재료(306)를 통해 공기 유출구(204)를 향해 정의된 기류 경로(306)를 통해 이동한다. 이러한 공기 흐름은, 액체 에어로졸 형성 기재 보관 구성 요소(302) 내의 액체 에어로졸 형성 기재를 가열하는 가열 요소(304)에 의해 형성된 증기를 비말동반한다. 그 다음, 이렇게 비말동반된 증기는 냉각되고 응축되어 에어로졸을 형성한다. 그 다음, 이 에어로졸은 공기 유출구(204)를 통해 사용자에게 전달된다. 유지 재료(302) 내의 액체 에어로졸 형성 기재가 가열되고, 기화되고, 기류에 비말동반됨에 따라, 저장조(303)로부터의 액체 에어로졸 형성 기재는 유지 재료(302) 내로 이동한다. 저장조(303)로부터의 이러한 액체 에어로졸 형성 기재는 기화된 액체 에어로졸 형성 기재를 효과적으로 대체한다. 저장조(303)로부터의 액체 에어로졸 형성 기재는 모세관 작용에 의해 유지 재료(302) 내로 적어도 부분적으로 흡인될 수 있다. 이는, 액체 에어로졸 형성 기재 보관 구성 요소(302)가 섬유성 구조를 갖는 모세관 재료이기 때문이다. 이 예시에서, 유지 재료(302)는 섬유성 구조를 갖는 모세관 재료이다. 도 1에 나타낸 예시에서, 모세관 재료는 폴리에스테르로 형성되지만, 임의의 적합한 재료가 사용될 수 있다.
히터 조립체는 도 2 및 도 3에 보다 명확하게 나타나고, 이는, 에어로졸 발생 시스템의 나머지 부분과 별도로 히터 조립체(300)를 예시한다.
도 2는, 히터 조립체(300)의 사시도를 나타내는데, 이는 가열 요소(304)가 어떻게 나선형이고, 절단된 나선형의 형태를 갖는지를 나타낸다. 가열 요소(304)의 나선형 형상은, 유지 재료(302)로 충진된 내부 부피를 정의한다. 내부 부피의 단면적은 나선형 형상의 중심을 통해 정의된 길이 방향 축을 따라 감소한다. 내부 부피를 충진하는 유지 재료(302)는, 절단된 원뿔 형상을 갖는다. 가열 요소(304)는 재료의 스트립이다. 본 실시예에서, 임의의 적절한 재료가 사용될 수 있지만, 재료는 스테인리스 강이다.
가열 요소(304)는 그의 길이를 따라 균일한 단면적 및 그의 길이를 따라 균일한 두께 및 폭을 갖는다. 가열 요소(304)는 그의 길이를 따라 균일한 저항을 갖는다. 따라서, 사용시 및 전력이 가열 요소(304)에 공급될 경우, 가열 요소(304)의 가열 전력은 가열 요소(304)의 길이를 따라 실질적으로 일정하다. 그러나, 가열 요소(304)에 의해 정의된 내부 부피의 기하학적 구조 때문에, 유지 재료의 중심은 더 높은 온도의 영역 및 더 낮은 온도의 영역을 포함한다. 이는 도 3에 보다 명확하게 나타나 있다.
도 3은 히터 조립체(300)의 단면도를 나타낸다. 유지 재료(302)로 충진된 내부 부피의 세 개의 중심 영역은 점선으로 표시되어 있다. 세 개의 중심 영역은 길이 방향 축을 따라 이격된다. 제1 중심 영역(312)은 제2 중심 영역(310)과 제3 중심 영역(308) 사이에 위치한다. 제2 중심 영역(310)은 길이 방향 축의 제1 단부를 향해 위치하며, 내부 부피의 단면적은 가장 작다. 제3 중심 영역(308)은 내부 부피의 단면적이 가장 큰 길이 방향 축의 제2 단부를 향해 위치한다. 사용시, 기류 경로(306)를 통과하는 공기는, 제3 중심 영역(308), 제1 중심 영역(312) 및 제2 중심 영역(310)을 순차적으로 통과한다.
전술한 바와 같이, 유지 재료(302)의 내부 부피의 단면적은 길이 방향 축을 따라 감소한다. 열은 전도에 의해 가열 요소로부터 유지 요소로 전달되고, 따라서 제1 및 제2 중심 영역의 온도는 가열 요소와 유지 재료의 각각의 중심 영역 사이의 최단 거리에 의존한다. 유지 재료의 부피의 단면적이 더 작은 경우, 가열 요소(304)는 유지 재료의 중심에 더 가깝다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 제2 중심 영역(310)은 제1 중심 영역(312)보다 가열 요소(304)에 더 가깝고, 결국 제3 중심 영역(308)보다 가열 요소(304)에 더 가깝다. 이는, 제3 중심 영역(308)이 제1 중심 영역(312)보다 낮은 온도로 가열되고, 결국 제2 중심 영역(310)보다 낮은 온도로 가열되는 상태로, 내부 부피를 충진하는 유지 재료의 불균일한 가열을 초래한다.
제1, 제2 및 제3 중심 영역(312, 310 및 308) 사이의 온도 차이는, 제2 및 제3 중심 영역(310,308)에서 발생된 증기와 비교하면 상이한 중량%의 니코틴을 포함한 제1 중심 영역(312)에서 발생된 증기를 초래한다. 유사하게, 제1 중심 영역에서 발생된 증기는, 제2 중심 영역 및 제3 중심 영역과 비교하면 상이한 중량%의 글리세롤 및 프로필렌 글리콜을 포함한다. 특히, 가장 낮은 비등점을 갖는 프로필렌 글리콜은 가장 차가운 제3 중심 영역에서 기화되고, 프로필렌 글리콜보다 더 높은 비등점을 갖는 니코틴은 중간 제1 중심 영역(312)에서 주로 기화되고, 가장 높은 비등점을 갖는 글리세롤은 가장 뜨거운 제2 중심 영역(310)에서 주로 기화된다.
유지 재료(302)의 중심 영역 사이의 온도 차이는, 예를 들어 가열 요소의 초기 활성화 후에, 히터 조립체가 열 평형에 있지 않을 경우에 특히 두드러진다. 이는, 유지 재료를 가열하기 위한 가열 요소의 초기 활성화와 최대 온도에 도달하는 유지 요소의 중심 영역 사이에 지연 또는 지체가 있기 때문이다. 지연 또는 지체의 정도는 유지 재료의 열 전도도에 따라 달라진다. 가열 요소와 각각의 중심 영역 사이의 거리가 클수록, 최대 온도에 도달하기 위한 지연 또는 지체가 더 길어진다.
기류 경로(306)는 길이 방향 축에 평행한 방향으로 제1, 제2 및 제3 중심 영역(312,310,308)을 통과한다. 기류 경로(306)는, 공기가 사용시 가장 큰 단면적을 갖는 유지 재료(302)의 단부로부터 기류 경로로 진입하도록 배열된다. 즉, 제3 중심 영역(308)을 먼저 통과한다. 작동시, 제3 중심 영역(308)은 가장 차가운 곳이다. 유입 공기는, 히터 조립체가 작동 중일 경우에 유지 재료(302)보다 상당히 냉각된다. 따라서, 기류 경로로 진입하는 공기는 유리하게는, 제3 중심 영역을 냉각시키도록 작용할 수 있다. 공기가 제1 및 그 다음 제2 중심 영역(312,310)에 도달할 경우, 공기는 히터 조립체에 의해 가열되어 공기의 냉각 효과가 점진적으로 줄어든다. 따라서, 기류 경로(306)의 이러한 배열은 제3 중심 영역, 제1 중심 영역 및 제2 중심 영역 사이의 온도 차이를 증가시킨다.
도 4 및 도 5는, 제1 가열 요소(404) 및 제2 가열 요소(405)를 포함한 제2 히터 조립체(400)를 나타낸다. 도 4는 제2 히터 조립체(400)의 사시도를 나타내고, 도 5는 히터 조립체의 단면도를 나타낸다. 제1 가열 요소(404) 및 제2 가열 요소(405) 둘 모두는 단차가 있고, 가열 요소가 점진적으로 더 가깝게 함께 되도록 구성된 세 개의 단차를 포함한다. 이는 도 5에 가장 명확하게 나타나 있다. 제1 및 제2 가열 요소(404, 405) 사이에는 유지 재료(402)로 충진되는 내부 부피가 정의된다. 내부 부피의 단면적은 단차형 가열 요소의 결과로서 길이방향 축을 따라 감소한다. 길이 방향 축은 내부 부피의 중심을 통해 정의된다. 제1 및 제2 가열 요소(404,405)는 모두 재료의 형상화된 스트립이다. 본 실시예에서, 임의의 적절한 재료가 사용될 수 있지만, 재료는 스테인리스 강이다.
도 5는 가열 요소(404,405)에 의해 정의된 내부 부피의 세 개의 중심 영역을 나타낸다. 세 개의 중심 영역은 점선으로 표시된다. 세 개의 중심 영역은 길이 방향 축을 따라 이격된다. 제1 중심 영역(412)은 제2 중심 영역(410)과 제3 중심 영역(408) 사이에 위치한다. 제2 중심 영역(410)은 길이 방향 축의 제1 단부를 향해 위치하며, 내부 부피의 단면적은 가장 작다. 제3 중심 영역(408)은 내부 부피의 단면적이 가장 큰 길이 방향 축의 제2 단부를 향해 위치한다. 사용시, 기류 경로(406)를 통과하는 공기는, 제3 중심 영역(408), 제1 중심 영역(412) 및 제2 중심 영역(410)을 순차적으로 통과한다. 사용시, 기류 경로(306)를 통과하는 공기는, 제3 중심 영역(408), 제1 중심 영역(412) 및 제2 중심 영역(410)을 순차적으로 통과한다.
따라서, 제1 히터 조립체와 마찬가지로, 제2 히터 조립체는 제1, 제2 및 제3 중심부가 상이한 방향인 배열을 제공한다.
도 6은 제3 히터 조립체(500)를 나타낸다. 제3 히터 조립체(500)는 제1 및 제2 히터 조립체에 나타낸 바와 같이 두 개의 기류 경로(506, 507), 오히려 단일 기류 경로를 포함한다. 가열 요소(304)에 의해 정의된 내부 부피는 유지 재료(502)로 충진된다. 제1 기류 경로(506)는 내부 부피의 제1 중심 영역(508)을 통해 정의된다. 제2 기류 경로(507)는 내부 부피의 제2 중심 영역(510)을 통해 정의된다. 물론, 내부 부피는, 제1 및 중심 영역(508,510) 사이 및 어느 하나의 측면을 포함하는, 다른 중심 영역을 포함한다. 그러나, 도 6은 이들 중심 영역을 통해 정의된 기류 경로를 나타내지 않는다. 일부 구현예에서, 히터 조립체(500)는 유지 재료의 상이한 중심 영역을 통과하는 추가 기류 경로를 포함할 수 있다.
다른 모든 양태에서, 제3 히터 조립체(500)는 제1 히터 조립체(300)와 동일하다.
도 7은 제4 히터 조립체를 나타낸다. 제4 히터 조립체(600)는 나선형 형상의 가열 요소(604)를 포함한다. 나선형 가열 요소는, 가열 요소의 폭이 내부 부피의 단면적이 감소하는 것과 동일한 방향으로 길이 방향 축을 따라 감소하는 점에서, 제1 히터 조립체의 가열 요소(304)와 상이하다. 다른 모든 양태에서, 제4 히터 조립체(600)는 제1 히터 조립체(300)와 동일하다.
가열 요소(604)의 저항은 폭이 감소함에 따라 증가한다. 따라서, 사용시, 가열 요소는 그 길이를 따라 더 뜨거워진다. 이는 제1 및 제2 중심 영역의 온도 차이를 증가시킨다. 따라서, 이러한 온도 구배를 갖는 가열 요소를 제공하면, 제1 및 제2 화합물의 기화의 증가된 제어를 허용한다.
도 8은 제2 에어로졸 발생 시스템(800)의 개략적인 단면도를 나타낸다. 에어로졸 발생 시스템(800)은 에어로졸 발생 장치(850), 및 제2 히터 조립체(700)를 통합한 카트리지(900)를 포함한다. 이 예시에서, 에어로졸 발생 시스템(800)은 전기 작동식 흡연 시스템이다.
에어로졸 발생 장치(850)는 휴대용이며, 종래의 엽궐련 또는 궐련에 필적할만한 크기를 갖는다. 장치(850)는 리튬 철 인산염 배터리와 같은 배터리(852), 및 배터리(852)에 전기적으로 연결된 제어기(854)를 포함한다. 장치(850)는 또한 배터리(852)에 전기적으로 연결된 유도 코일(856)을 포함한다. 장치(850)는 또한 공기 유입구(858) 및 공기 유입구(858)와 유체 연통하는 공기 유출구(860)를 포함한다.
카트리지(900)는 공기 유입구(902), 공기 유출구(904), 및 제2 히터 조립체(700)를 포함한다. 공기 유입구(902)는 공기 유출구(904)와 유체 연통한다. 히터 조립체(700)는 공기 유입구(902)의 하류 및 공기 유출구(904)의 상류에 위치한다. 카트리지(500)가 에어로졸 발생 장치(850)와 체결될 경우, 도 8에 나타낸 바와 같이, 장치(850)의 공기 유출구(860)는 카트리지(900)의 공기 유입구(802)에 인접한다. 따라서, 사용시, 사용자가 카트리지(900)의 공기 유출구(904)를 퍼프할 경우, 공기는 장치(850)의 공기 유입구(858)를 통해 흐른 다음 장치(850)의 공기 유출구(860)를 통해 흐른 다음, 카트리지(900)의 공기 유입구(902)를 통해 흐른 다음, 히터 조립체(700)를 지나서, 이어서 카트리지(900)의 공기 유출구(904)를 통해 흐른다.
이러한 시스템(800)에서, 임의의 적절한 기재가 사용될 수 있지만, 액체 에어로졸 형성 기재는 약 98 중량%의 글리세린과 2 중량%의 니코틴을 포함한다. 대기압에서, 니코틴은 약 247℃의 비등점을 갖고, 글리세린은 약 290℃의 비등점을 갖는다. 따라서, 이러한 액체 에어로졸 형성 기재를 초기에 가열하여 에어로졸을 형성할 경우, 일부 시스템은 바람직하지 않게 많은 양의 니코틴(기재를 형성하는 화합물의 가장 낮은 비등점을 가짐)을 비율적이지 않게 기화시킬 수 있다. 이는 사용자에게 전달되는 덜 바람직한 에어로졸을 초래할 수 있다. 이는 또한, 더 긴 기간에 걸쳐 기판 내 화합물의 상대 비율을 바람직하지 않게 변화시킬 수 있다. 본 발명은, 이렇게 바람직하지 않은 효과를 제거하거나 적어도 감소시킬 수 있다.
도 8에서, 카트리지(900)는 에어로졸 발생 장치(850)와 체결된다. 이 예시에서, 카트리지(900)는, 에어로졸 발생 장치(850) 상의 대응하는 돌출부(862, 864)와 스냅 끼워맞춤 연결을 형성하는 애퍼처(906, 908)를 통해 에어로졸 발생 장치(850)와 체결된다.
히터 조립체(700)는 나선형 가열 요소(704), 및 나선형 요소에 의해 정의된 내부 부피를 충진하는 유지 재료(702)를 포함한다. 이는, 도 1과 관련하여 설명된 제1 히터 조립체(300)와 유사한 배열이다. 가열 요소(704)는 서셉터 재료 스트립을 포함한다. 이 예시에서, 서셉터 재료는 알루미늄이지만, 임의의 적절한 서셉터 재료가 사용될 수 있다.
이 예시에서, 유지 재료(702)는 섬유성 구조를 갖는 모세관 재료이다. 모세관 재료는 폴리에스테르로 형성되지만, 임의의 적합한 재료가 사용될 수 있다.
사용시, 사용자는 카트리지(900)의 공기 유출구(704) 상에서 퍼핑한다. 동시에, 사용자는 에어로졸 발생 장치(850) 상의 버튼(미도시)을 누른다. 이 버튼을 누르면 제어기(854)에 신호를 송신하며, 이는 배터리(852)가 고주파 전류를 유도 코일(856)에 공급하는 것을 초래한다. 이는 유도 코일(856)로 하여금 변동 전자기장을 생성하게 한다. 가열 요소(704)는 이 필드 내에 위치한다. 따라서, 이러한 변동 전자기장은 가열 요소(704)에서 와전류 및 히스테리시스 손실을 발생시킨다. 따라서, 가열 요소(704)는 유도 가열된다. 다른 예시에서, 기류 센서, 또는 압력 센서는 장치(850) 내에 위치하고 제어기(854)에 전기적으로 연결된다. 기류 센서, 또는 압력 센서는 사용자가 카트리지(900)의 공기 유출구(904) 상에서 퍼핑함을 감지하고 제어기(854)에 신호를 송신하여 유도 코일(856)에 고주파 전류를 공급함으로써 가열 요소(904)를 가열시킨다. 따라서, 이들 예시에서, 사용자가 가열 요소(704)를 가열하기 위해 버튼을 누를 필요는 없다.
가열 요소(704)가 가열됨에 따라, 더 높은 온도의 영역 및 더 낮은 온도의 영역이 유지 재료(702)에 생성된다. 더 높은 온도의 영역 및 더 낮은 온도의 영역의 생성은, 유지 재료(602) 내의 더 높은 비등점 및 더 낮은 비등점을 갖는 액체 에어로졸 형성 기재의 화합물을 동시에 기화시킨다. 이러한 효과는 도 1에 나타낸 에어로졸 발생 시스템과 관련하여 전술되었다.
사용자가 카트리지(900)의 공기 유출구(904) 상에서 퍼핑함에 따라, 공기가 공기 유입구(858) 내로 흡인된다. 그 다음, 이러한 공기는 저장조(803)를 통해 정의된 채널(813)을 통해 이동한 다음, 유지 재료(702)를 통해 공기 유출구(904)를 향해 정의된 기류 경로(806)를 통해 이동한다. 이러한 공기 흐름은 유지 재료(703) 내 액체 에어로졸 형성 기재의 가열에 의해 형성된 증기를 비말동반한다. 그 다음, 이렇게 비말동반된 증기는 냉각되고 응축되어 에어로졸을 형성한다. 그 다음, 이러한 공기는 공기 유출구(904)를 향해 이동한다. 이러한 공기 흐름은 가열 요소(704)에 의한 액체 에어로졸 형성 기재의 가열에 의해 형성된 증기를 비말동반한다. 그 다음, 이렇게 비말동반된 증기는 냉각되고 응축되어 에어로졸을 형성한다. 그 다음, 이 에어로졸은 공기 유출구(904)를 통해 사용자에게 전달된다.
도 9는, 대안적인 유도 가열 메커니즘을 사용하는, 제6 히터 조립체(1000)를 나타낸다. 제6 히터 조립체(1000)는 제1 가열 요소(1004) 및 제2 가열 요소(1005)를 포함한다. 제1 가열 요소(1004) 및 제2 가열 요소(1005) 둘 모두는 폴리아미드로 제조된 전기 절연성 기재를 포함한다. 전기 절연성 기재는 세 개의 단차를 포함한 단차형 형상을 갖는다. 상기 단차는 가열 요소가 함께 점진적으로 더 가깝게 되도록 구성된다. 각각의 가열 요소(1004,1005)는 각 단차 상에 평평한 나선형 형태의 유도 코일(1008)을 포함한다. 유도 코일(1008)은 전기 절연성 기재에 부착되거나 그 안에 매립된다.
제1 및 제2 가열 요소(1004, 1005) 사이에는 유지 재료(1002)로 충진되는 내부 부피가 정의된다. 내부 부피의 단면적은 단차형 가열 요소의 결과로서 길이방향 축을 따라 감소한다. 길이 방향 축은 내부 부피의 중심을 통해 정의된다. 기류 경로(1006)는 길이 방향 축에 평행한 유지 재료의 중심을 통해 정의된다. 이는 도 4 및 도 5에 나타낸 것과 유사한 배열이다. 그러나, 본 구현예에서, 평평한 나선형 코일 형상의 인덕터 코일(1008)이 각각의 가열 요소 상에 형성된다.
또한, 유지 재료(1006)는 서셉터 재료로 구성된다. 본 구현예에서, 서셉터 재료는 발포 금속으로 구성되지만, 임의의 적절한 재료가 사용될 수 있다. 유도 코일을 포함한 가열 요소는 에어로졸 발생 시스템의 배터리에 연결된다. 이것이 도 9에 나타나 있지 않다.
사용시, 신호가 에어로졸 발생 시스템의 제어기로 전송되고, 이는, 배터리가 가열 요소(1004, 1005)의 유도 코일(1008)에 고주파 전류를 공급시킨다. 이는, 유도 코일(1008)로 하여금 변동 전자기장을 생성하게 한다. 서셉터 재료로 이루어진 유지 재료(1006)는 이 필드 내에 위치한다. 따라서, 이러한 변동 전자기장은 유지 재료(1002)에서 와전류 및 히스테리시스 손실을 발생시킨다. 따라서, 유지 재료(1002)는 유도 가열된다.
유지 재료(1002)의 온도는 자속 밀도 또는 교번 자기장의 자기장 강도에 의존한다. 유도 코일 사이의 자속 밀도는, 유도 코일이 서로 더 가까워짐에 따라 증가한다. 따라서, 이전의 구현예와 관련하여 설명된 바와 같이, 유지 재료는 가열 요소(1004,1005)의 상이한 단차에 대응하는 상이한 구역에서 상이한 온도로 가열된다. 유지 재료(1006)의 제1 중심 영역은 제2 또는 제3 중심 영역과 상이한 온도로 가열된다. 이것이 도 9에 나타나 있지 않다.
도 10은 제7 히터 조립체(1100)의 개략적인 단면도를 나타낸다. 제7 히터 조립체(1100)는 제1 가열 요소(1104) 및 제2 가열 요소(1105)를 포함한다. 도 9의 히터 조립체(1000)에서와 같이, 제1 가열 요소(1004) 및 제2 가열 요소(1005) 모두는 폴리아미드로 제조된 전기 절연성 기재를 포함한다. 제1 가열 요소(1104) 및 제2 가열 요소(1105) 둘 모두의 전기 절연성 기재는 단차가 있고, 가열 요소가 점진적으로 더 가깝게 함께 되도록 구성된 세 개의 단차를 포함한다. 각각의 가열 요소(1104,1105)는 각 단차 상에 평평한 나선형의 형태로 유도 코일(도 10에는 미도시)을 포함한다.
제1 및 제2 가열 요소(1004, 1005) 사이에는 유지 재료(1102)로 충진된 내부 부피가 정의된다. 내부 부피의 단면적은 단차형 가열 요소의 결과로서 길이방향 축을 따라 감소한다. 길이 방향 축은 내부 부피의 중심을 통해 정의된다. 기류 경로(1006)는 길이 방향 축에 평행한 유지 재료(1102)의 중심을 통해 정의된다. 이는 도 9에 나타낸 것과 유사한 배열이다. 그러나, 도 10에 나타낸 구현예에서, 유지 재료는 서셉터 재료로 구성되지 않는다. 대신에, 서셉터 재료는 기류 경로(1106)를 둘러싸는 원통형 메시(1103)의 형태로 제공된다.
사용시, 신호가 에어로졸 발생 시스템(도 10에는 미도시)의 제어기로 전송되고, 이는, 배터리가 가열 요소(1004,1005)의 유도 코일에 고주파 전류를 공급시킨다. 이는 유도 코일(1008)로 하여금 변동 전자기장을 생성하게 한다. 서셉터 재료로 이루어진 유지 재료(1002)는 이 필드 내에 위치한다. 따라서, 이러한 변동 전자기장은 원통형 메시(1103)에서 와전류 및 히스테리시스 손실을 발생시킨다. 따라서, 원통형 메시(1103)는 유도 가열되고, 그 열은 유지 재료(1102)에 함유된 에어로졸 형성 기재를 가열하기 위해 유지 재료(1102)에 전도된다.
유지 재료(1106)의 온도는 자속 밀도 또는 교번 자기장의 자기장 강도에 의존한다. 인덕터 코일 사이의 자속 밀도는, 인덕터 코일이 서로 더 가까워짐에 따라 증가한다. 따라서, 이전의 구현예와 관련하여 설명된 바와 같이, 유지 재료는 가열 요소(1104,1105)의 상이한 단차에 대응하는 상이한 중심 영역(1108, 1110, 1112)에서 상이한 온도로 가열된다.
Claims (15)
- 에어로졸 발생 시스템에 사용하기 위한 히터 조립체로서, 상기 히터 조립체는,
응축된 형태의 에어로졸 형성 기재를 함유한 유지 재료(상기 에어로졸 형성 기재는 제1 화합물 및 제2 화합물을 포함하고, 상기 제2 화합물은 상기 제1 화합물보다 더 높은 비등점을 가짐);
상기 유지 재료를 통해 정의된 적어도 하나의 기류 경로; 및
상기 유지 재료로 충진된 내부 부피를 정의하도록 형상화된 적어도 하나의 가열 요소를 포함하되,
상기 내부 부피는 길이 방향 축을 따라 감소하는 단면적을 갖고,
상기 적어도 하나의 기류 경로는 상기 내부 부피의 제1 중심 영역 및 상기 내부 부피의 제2 중심 영역을 통과하며, 상기 제1 및 제2 중심 영역은 상기 길이 방향 축을 따라 이격되는, 조립체. - 제1항에 있어서 나선형 형상을 갖는 가열 요소를 포함하는, 히터 조립체.
- 제1항에 있어서, 제1 가열 요소 및 제2 가열 요소를 포함하되, 상기 유지 재료의 내부 부피는 상기 제1 가열 요소와 상기 제2 가열 요소 사이에 정의되는, 히터 조립체.
- 제3항에 있어서, 상기 제1 가열 요소와 상기 제2 가열 요소 사이의 분리는 상기 내부 부피의 단면적이 감소하는 것과 동일한 방향으로 상기 길이 방향 축을 따라 감소하는, 히터 조립체.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 중심 영역으로부터 상기 가열 요소까지의 최소 거리는 상기 제2 중심 영역으로부터 상기 가열 요소까지의 최소 거리보다 큰, 히터 조립체.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 가열 요소는 저항식 가열 요소인, 히터 조립체.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 가열 요소의 저항은, 상기 내부 부피의 단면적이 감소하는 것과 동일한 방향으로 상기 길이 방향 축을 따라 증가하는, 히터 조립체.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 가열 요소는 서셉터인, 히터 조립체.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유지 재료는 서셉터 요소를 포함하고, 상기 적어도 하나의 가열 요소는 상기 유지 재료의 서셉터 요소를 가열하도록 구성된 인덕터 코일을 형성하거나 이를 포함하는, 히터 조립체.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 기류 경로는 상기 길이 방향 축에 수직인 방향으로 상기 제1 중심 영역을 통과하는 상기 유지 재료를 통해 정의된 제1 기류 경로를 포함하는, 히터 조립체.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 히터 조립체를 포함하는 에어로졸 발생 시스템.
- 제11항에 있어서, 상기 히터 조립체에 연결 가능한 전력 공급부; 및
상기 전력 공급부로부터 상기 히터 조립체로 공급되는 전력을 제어하기 위한 제어기를 추가로 포함하는, 에어로졸 발생 시스템. - 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 에어로졸 발생 시스템은 에어로졸 발생 장치를 추가로 포함하고, 상기 카트리지는 상기 에어로졸 발생 장치 내에 탈착식으로 수용 가능한, 에어로졸 발생 시스템.
- 에어로졸 발생 시스템에 사용하기 위한 카트리지로서, 상기 카트리지는 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 정의된 히터 조립체를 포함하는, 카트리지.
- 에어로졸 발생 시스템을 사용하는 방법으로서, 상기 에어로졸 발생 시스템은, 응축된 형태의 에어로졸 형성 기재를 함유한 유지 재료(상기 에어로졸 형성 기재는 제1 화합물 및 제2 화합물을 포함하고, 상기 제2 화합물은 상기 제1 화합물보다 더 높은 비등점을 가짐);
상기 유지 재료를 통해 정의된 적어도 하나의 기류 경로;
상기 유지 재료로 충진된 내부 부피를 정의하도록 형상화된 적어도 하나의 가열 요소를 포함한 히터 조립체;
전력 공급부; 및
상기 전력 공급부로부터 상기 히터 조립체로 공급되는 전력을 제어하기 위한 제어기를 포함하되,
상기 내부 부피는 길이 방향 축을 따라 감소하는 단면적을 갖고,
상기 적어도 하나의 기류 경로는 상기 내부 부피의 제1 중심 영역 및 상기 내부 부피의 제2 중심 영역을 통과하며, 상기 제1 및 제2 중심 영역은 상기 길이 방향 축을 따라 이격되며,
상기 방법은 상기 제1 중심 영역이 상기 제2 중심 영역에 대해 상이한 온도로 가열되도록 상기 적어도 하나의 가열 요소를 활성화시켜 상기 유지 재료를 가열하는 단계를 포함하는, 방법.
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