KR20230145067A - 에어로졸 생성 디바이스용 가열 조립체 - Google Patents
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Abstract
에어로졸 생성 디바이스(100)용 가열 조립체(200)가 개시된다. 가열 조립체(200)는 에어로졸 기재를 수용하기 위한 개구(204)를 가진 가열 챔버(202)를 포함한다. 전기 절연성 물질(206)의 코팅은 가열 챔버(202)의 표면 상에 형성된다. 전기 전도성 물질(208)의 코팅은 전기 절연성 물질(206)의 코팅을 적어도 부분적으로 코팅한다. 전기 전도성 물질(208)의 코팅은 전류가 공급될 때 줄 가열기의 역할을 하도록 구성된다. 전기 절연성 물질(206)의 코팅은 전기 전도성 물질(208)의 코팅과 가열 챔버(202) 간의 임의의 접촉을 방지한다.
Description
본 발명은 에어로졸 생성 디바이스용 가열 조립체에 관한 것이다. 본 개시내용은 특히 자납형이고 저온일 수 있는 휴대용 에어로졸 생성 디바이스에 적용 가능하다. 이러한 디바이스는, 흡입용 에어로졸을 생성하기 위해, 전도, 대류 및/또는 복사에 의해, 담배 또는 다른 적합한 에어로졸 기재 물질을 태우는 대신 가열할 수 있다.
저감된 위험 또는 수정된 위험 디바이스(기화기로도 알려짐)의 유행 및 사용이 궐련, 시가, 시가릴로, 및 말음 담배와 같은, 종래의 담배 제품의 사용을 그만두기를 원하는 습관성 흡연자를 보조하기 위한 보조기구로서 지난 몇 년간 빠르게 성장해 왔다. 종래의 담배 제품에서 담배를 태우는 것과는 대조적으로, 에어로졸화 가능한 물질을 가열하거나 또는 가온하는 다양한 디바이스 및 시스템이 이용 가능하다.
흔히 이용 가능한 저감된 위험 또는 수정된 위험 디바이스는 가열식 기재 에어로졸 생성 디바이스 또는 비연소 가열식(heat-not-burn: HNB) 디바이스이다. 이 유형의 디바이스는 일반적으로 촉촉한 잎 담배 또는 다른 적합한 에어로졸화 가능한 물질을 포함하는 에어로졸 기재(즉, 소모품)를 일반적으로 150℃ 내지 300℃ 범위의 온도까지 가열함으로써 에어로졸 또는 증기를 생성한다. 에어로졸 기재를 가열하지만, 에어로졸 기재를 연소하거나 또는 태우지 않으면 사용자가 찾는 성분을 포함하지만 연소할 때 발생하는 원하지 않은 부산물을 포함하지 않는 에어로졸을 방출한다. 또한, 담배 또는 다른 에어로졸화 가능한 물질을 가열함으로써 생성되는 에어로졸은 일반적으로 사용자에게 불쾌할 수 있는, 연소로부터 발생할 수 있는 탄 맛 또는 쓴 맛을 포함하지 않는다.
알려진 비연소 가열식 디바이스 내에서, 가열 공정의 효율을 개선시키면서, 또한 디바이스의 신뢰할 수 있는 작동을 보장하는 것이 바람직하다. 가열 조립체를 제작하는 용이성을 개선시키는 것이 또한 바람직하다.
본 발명의 제1 양상에 따르면, 에어로졸 생성 디바이스용 가열 조립체가 제공되고, 가열 조립체는, 에어로졸 기재를 수용하기 위한 개구를 가진 가열 챔버; 가열 챔버의 표면 상에 형성되는 전기 절연성 물질의 코팅; 및 전기 절연성 물질의 코팅을 적어도 부분적으로 코팅하는 전기 전도성 물질의 코팅을 포함하되, 전기 전도성 물질의 코팅은 전류가 공급될 때 줄 가열기(Joule heater)의 역할을 하도록 구성되고, 전기 절연성 물질의 코팅은 전기 전도성 물질의 코팅과 가열 챔버 간의 임의의 접촉을 방지한다.
이 방식으로, 가열 조립체의 에너지 효율이 상당히 개선된다. 특히, 전기 절연성 물질 및 전기 전도성 물질의 층이 아래의 층에 대한 직접적인 결합(예를 들어, 화학적 결합)을 형성하는 코팅으로서 형성될 때, 다른 방식으로 열 손실을 발생시킬 층 아래에 공기 갭 또는 다른 열 파괴부가 없다. 이것은 가열 챔버의 가열 시간 및 냉각 시간의 개선을 발생시키면서, 또한 신뢰할 수 있고 소형인 가열 조립체를 제공한다. 대조적으로, 에어로졸 생성 디바이스용 종래의 가열 조립체 내에서, 가열 요소는 일반적으로 유전체 백킹막 상에 배치되고 열수축막과 같은 폴리머 래핑을 사용하여 가열 챔버에 부착된다. 이 래핑된 층의 구성은 공기 갭의 존재로 인한 상당한 열 손실을 발생시킨다. 게다가, 플라스틱막으로 종래의 조립체를 래핑하는 요건은 수동 생산 공정을 필요로 한다. 가열 요소로서 전기 전도성 물질의 코팅을 활용함으로써, 플라스틱 랩이 더 이상 가열층을 가열 조립체에 고정시킬 필요가 없어서, 가열 조립체의 생산이 수동 공정 대신 자동화된 공정을 사용하여 발생하게 한다. 또한, 별개의 사전 형성된 가열 요소 대신 코팅의 사용은 가열층의 형상 및 결과적인 특성에 대한 개선된 융통성을 허용한다. 예를 들어, 전기 전도성 물질의 코팅은 표면에 밀접하게 형성되지 않아서 차선 열전달을 발생시키는 사전 형성된 가열 요소와 대조적으로, 하부면의 특정한 형태학에 따른다.
용어 "코팅"은 기재 상의 코팅의 적용 동안 형성되는 층을 나타낸다. 예를 들어, 전기 절연성 물질의 코팅은 가열 챔버의 표면에 대한 전기 절연성 물질의 적용 동안 형성된다. 유사하게, 전기 전도성 물질의 코팅은 전기 절연성 물질의 코팅에 대한 전기 전도성 물질의 적용 동안 형성된다. 각각의 코팅은 코팅의 적용 전에 유전체층으로서 존재하지 않는다. 특히, 코팅은 하부 기재에 대한 액체, 증기 또는 기체 물질의 적용에 의해 형성된 층으로서 규정될 수 있다. 이것은 사전 형성되고 이들의 적용 전에 별개의 층으로서 존재하는, PEEK 또는 폴리이미드 막 또는 종래의 가열 트랙과 같은 막과 대조를 이룬다.
바람직하게는, 전기 절연성 물질의 코팅은 가열 챔버의 표면 상의 단단한 층으로서 형성된다. 대조적으로, 종래의 전기 절연성 막, 예컨대, PEEK 또는 폴리이미드는 가열 챔버의 표면 상의 가요성층으로서 부착된다.
바람직하게는, 전기 전도성 물질의 코팅은 전기 절연성 물질의 코팅 상에 형성된다.
바람직하게는, 가열 챔버는 관형이고 전기 절연성 물질의 코팅은 가열 챔버의 원주면 상에 형성된다.
대안적으로, 가열 챔버는 플레이트로서 성형되거나 또는 "C"자 형상이다. 이 경우에, 전기 절연성 물질의 코팅은 가열 챔버의 볼록한 부분 상에 형성될 수 있다.
바람직하게는, 전기 전도성 물질의 코팅은 전기 절연성 물질의 코팅에 화학적으로 결합된다. 즉, 전기 절연성 전도성 물질(208)의 코팅이 전기 절연성 물질(206)의 코팅과 자체 화학적 결합을 형성하여, 접착제 또는 다른 결합 물질을 위한 요건을 제거한다.
바람직하게는, 전기 전도성 물질의 코팅은 물리적 또는 화학적 증착에 의해 전기 절연성 물질의 코팅 상에 증착된다.
바람직하게는, 전기 전도성 물질의 코팅은 금속 또는 금속 산화물이다.
가능한 대안에서, 전기 전도성 물질의 코팅은 비금속, 바람직하게는 탄소이다.
바람직하게는, 전기 전도성 물질의 코팅은 전기 절연성 물질의 코팅 상에서 구불구불한 패턴으로서 형성된다. 이 방식으로, 전기 전도성 물질의 코팅은 에어로졸 기재로의 균일한 열 분포를 제공하면서 에너지 효율을 유지할 수 있다. 게다가, 전기 전도성 물질의 코팅의 열 특성은 전기 전도성 물질의 코팅을 상이한 패턴으로 형성함으로써, 가열 조립체의 작동 요건에 따라 조정될 수 있다. 특정한 패턴이 또한 형성되어 부가적인 기능, 예를 들어, 서미스터 또는 안테나 기능을 가진 전기 절연성 물질의 코팅을 제공할 수 있다. 패턴은 단일 가열기 트랙 또는 경로 또는 독립적으로 또는 동시에 가열될 수 있는 2개 이상의 가열기 트랙 또는 경로를 형성할 수 있다.
바람직하게는, 전기 전도성 물질의 코팅은 가열 챔버의 원주 방향으로 전기 절연성 물질의 코팅을 전부 둘러싸는 끊김없는 표면(unbroken surface)으로서 형성된다. 이 방식으로, 제작 공정이 간소화되면서 가열 챔버 내에 수용된 에어로졸 기재가 균일한 열 분포를 수용하는 것을 보장한다.
바람직하게는, 전기 전도성 물질의 코팅은 가열 챔버의 축방향으로 연장되는 복수의 원주방향으로 이격된 밴드(band)로서 형성된다. 이 방식으로, 전기 전도성 물질의 코팅이 예를 들어, 금속 증발 공정에 의해 선택적으로 적용되어, 가열 챔버 및/또는 에어로졸 기재의 구성에 의존적인 집중된 가열 구역을 제공할 수 있다. 예를 들어, 밴드는 가열 챔버의 오목한 구역 및/또는 평평한 구역에 대응하여 위치될 수 있다.
바람직하게는, 전기 절연성 물질의 코팅이 형성되는 가열 챔버의 원주면은 가열 챔버의 외부면이다. 이 방식으로, 전기 전도성 물질의 코팅이 가열 조립체의 외부에 배치되어 작동 동안, 열이 전기 전도성 물질의 코팅에서 생성되고 전기 절연성 물질의 코팅에 걸쳐 가열 챔버로 전도되어, 가열 챔버 내에 수용된 에어로졸 기재를 가열한다.
바람직하게는, 전기 절연성 물질의 코팅이 형성되는 가열 챔버의 원주면은 가열 챔버의 내부면이다. 가열 챔버의 내부면은 에어로졸 생성 물품의 적어도 일부를 개구를 통해 수용하기 위한 공동부와 대면하는 표면이다. 이 방식으로, 전기 전도성 물질의 코팅이 가열 챔버의 내부 내에 배치되어 작동 동안, 가열 챔버 내에 수용된 에어로졸 기재가 전기 전도성 물질의 코팅과 인터페이싱하고 전기 전도성 물질의 코팅에 의해 직접적으로 가열된다.
바람직하게는, 가열 조립체가 전기 전도성 물질의 코팅의 제1 축방향 단부에 연결된 제1 전극 및 전기 전도성 물질의 코팅의 제2 대향 축방향 단부에 연결된 제2 전극을 더 포함하여, 사용 시, 전류가 제1 전극으로부터 전기 전도성 물질의 코팅을 통해 제2 전극으로 흐를 수 있게 한다.
바람직하게는, 제1 전극과 제2 전극은 원주 방향으로 가열 챔버를 둘러싸는 링으로서 각각 형성된다. 이 방식으로, 소형이고 단단한 구성의 전극이 제공된다. 게다가, 각각의 전극이 가열 챔버 주위의 전기 전도성 물질의 코팅과 직접적으로 인터페이싱할 때, 집중된 가열 영역이 생성될 수 있다.
바람직하게는, 가열 조립체는 전기 전도성 물질의 코팅의 표면 상에 제3 물질의 국부적 접점을 포함한다. 이 국부적 접점은 납 또는 은과 같은 경납땜 물질로 전기 와이어를 쉽게 경납땜하거나 또는 납땜하기 위한 스폿을 형성할 수 있다. 제3 물질은 전기 전도성 물질 상에 고정, 예를 들어, 코팅 그리고 경납땜 물질로 경납땜되는 능력을 위해 선택된다. 국부적 접점은 금 또는 니켈 또는 다른 금속일 수 있다. 제3 물질은, 예를 들어, 전기도금에 의해 적용될 수 있다.
바람직하게는, 전기 전도성 물질의 코팅은 100 ㎛ 미만의 두께를 갖는다. 예에서, 두께는 50 ㎛ 미만, 예를 들어, 5 내지 45 ㎛이다. 이 방식으로, 얇고 에너지 효율적인 가열층이 제공된다.
바람직하게는, 가열 챔버의 외부면은 가열 챔버의 축방향으로 연장되는 하나 이상의 오목한 구역을 갖는다. 이 방식으로, 구역이 가열 챔버의 내부를 향하여 내향으로 돌출되어, 가열 챔버와 가열 챔버 내에 수용된 에어로졸 기재 간의 접촉 수준을 증가시킬 수 있다.
바람직하게는, 하나 이상의 오목한 구역과 일치하는 전기 전도성 물질의 코팅이 형성된다. 이 방식으로, 전기 전도성 물질의 코팅은 오목한 구역과 인접한 에어로졸 기재의 부분, 예를 들어, 내향 돌출부에 의해 접촉되는 에어로졸 기재의 부분을 우선적으로 가열할 수 있다. 바람직하게는, 전기 전도성 물질의 코팅은 2개 이상의 오목한 구역 사이에 또한 형성된다. 이 방식으로, 전기 전도성 물질의 코팅은 또한 내향 돌출부에 의해 접촉되는 에어로졸 기재의 부분 사이에 위치된 에어로졸 기재의 부분을 가열한다.
바람직하게는, 전기 절연성 물질의 코팅은 세라믹, 규소, 유리, 산화규소, 탄소 및 다이아몬드-유사 탄소(diamond-like carbon: DLC) 중 하나 이상을 포함한다. 이 방식으로, 전기 절연성 물질의 코팅은, 예를 들어, 종래의 전기 절연성막 내에서 종종 사용되는 폴리이미드와 비교하여 높은 전기 파괴 전압 및 높은 열 전도율을 나타낸다. 이러한 물질은 또한 얇은 코팅이 사용되게 하여 가열 챔버 내에 수용된 에어로졸 기재로의 개선된 열 전달을 제공한다. 이 특성은 유리하게는 가열 챔버의 가열 시간 및 냉각 시간을 감소시키고, 가열 조립체의 에너지 효율을 개선시킨다. 게다가, 이러한 물질은 폴리이미드보다 더 높은 열 안정성을 나타낸다.
바람직하게는, 전기 절연성 물질의 코팅은 플라즈마 강화 화학적 기상 증착을 사용하여 증착된다. 플라즈마 강화 화학적 기상 증착을 사용하여 전기 절연 물질층을 증착시키는 것은 무선 주파수 전기 여기원 및 CH4를 포함하는 운반 기체를 사용하여 다이아몬드-유사-탄소(DLC) 또는 다이아몬드를 포함하는 박막을 증착시키는 것을 포함한다. 바람직하게는, 전기 전도성 물질의 코팅은 화학적 증착; 물리적 증착; 잉크젯; 또는 그라비어 중 하나를 사용하여 증착된다. 예를 들어, 전기 전도성 물질의 코팅은 열 증발, 진공 증발, 금속 빔 증발, 스퍼터링, 펄스 레이저 증착, 화학적 기상 증착(CVD) 또는 아크-PVD(음극 아크 증착)을 사용하여 적용될 수 있다.
바람직하게는, 전기 전도성 물질의 코팅은 에칭, 마스킹, 레이저 컷팅 또는 스크린 프린팅 중 하나를 사용하여 전기 절연성 물질의 코팅 상에서 구불구불한 패턴으로서 형성된다.
바람직하게는, 전기 전도성 물질의 코팅은 티타늄을 포함한다(그리고 임의로 티타늄으로 이루어진다). 또 다른 예에서, 전기 절연성 물질의 코팅은 은 또는 은 잉크를 포함한다(그리고 임의로 은 또는 은 잉크로 이루어진다).
바람직하게는, 전기 절연성 물질의 코팅은 0.3 내지 10 ㎛의 두께를 갖는다. 이 방식으로, 전기 절연성 물질의 코팅에 걸친 열 전달의 효율이 개선되면서, 가열 챔버가 적절하게 전기적으로 절연되는 것을 보장한다.
바람직하게는, 가열 챔버는 가열 챔버의 축방향으로 연장되는 하나 이상의 평탄화된 구역을 포함한다. 이 방식으로, 하나 이상의 평탄화된 구역이 가열 챔버 내에 수용된 에어로졸 기재의 외부면을 압축시키는 역할을 하여, 하나 이상의 평탄화된 구역과 에어로졸 기재 간의 더 가깝고 더 일관된 접촉을 발생시킨다.
이것은 가열 챔버로부터 에어로졸 기재로의 개선된 열 전달을 제공한다.
예를 들어, 하나 이상의 평탄화된 구역의 방향으로 가열 챔버의 반경이 가열 챔버 내에 수용된 (예를 들어, 원통형) 에어로졸 기재의 반경보다 더 작을 수 있어서, 하나 이상의 평탄화된 구역이 에어로졸 기재의 하나 이상의 인접한 부분을 압축시킨다. 대조적으로, 하나 이상의 만곡된 구역(즉, 가열 챔버의 일반적으로 원통형 형상을 획정하는, 평탄화된 구역 사이의 가열 챔버의 구역)의 방향으로 가열 챔버의 반경이 가열 챔버 내에 수용된 (예를 들어, 원통형) 에어로졸 기재의 반경과 동일하거나 또는 그보다 더 작을 수 있어서, 하나 이상의 만곡된 구역이 에어로졸 기재의 인접한 부분을 압축시키지 않는다. 따라서 유리하게는, 하나 이상의 기류 채널은 하나 이상의 만곡된 구역과 에어로졸 기재 사이의 가열 챔버의 길이를 따라 획정될 수 있다.
바람직하게는, 전기 절연성 물질의 코팅은 하나 이상의 평탄화된 구역 상에 형성된다. 따라서, 전기 절연성 물질의 코팅 상에 형성되는 전기 전도성 물질의 코팅은 또한 하나 이상의 평탄화된 구역과 인접하게 위치된다. 하나의 예에서, 전기 절연성 물질의 코팅은 가열 챔버의 하나 이상의 평탄화된 구역의 내부면 상에 형성될 수 있다. 또 다른 예에서, 전기 절연성 물질의 코팅은 가열 챔버의 하나 이상의 평탄화된 구역의 외부면 상에 형성될 수 있다.
바람직하게는, 가열 챔버는 2개의 분리 가능한 몸체 부분을 포함한다.
본 발명의 제2 양상에 따르면, 제1 양상에 따른 가열 조립체를 제작하는 방법이 제공된다.
바람직하게는, 제작 방법은, 에어로졸 기재를 수용하기 위한 개구를 가진 가열 챔버를 제공하는 단계로서, 전기 절연성 물질의 코팅이 가열 챔버의 표면 상에 형성되는, 단계; 및 전기 절연성 물질의 코팅을 적어도 부분적으로 코팅하는 전기 전도성 물질의 코팅을 증착시키는 단계로서, 전기 전도성 물질의 코팅이 전류가 공급될 때 줄 가열기의 역할을 하도록 구성되고, 전기 절연성 물질의 코팅이 전도성 물질의 코팅과 가열 챔버 간의 임의의 접촉을 방지하는, 단계를 포함한다.
바람직하게는, 전기 절연성 물질의 코팅은 가열 챔버의 표면 주위에 전기 절연성 물질의 코팅을 증착시킴으로써 가열 챔버의 표면 주위에 형성된다.
바람직하게는, 가열 챔버는 관형이고 전기 절연성 물질의 코팅은 가열 챔버의 원주면 상에 형성된다.
대안적으로, 가열 챔버는 플레이트로서 성형되거나 또는 "C"자 형상이다. 이 경우에, 전기 절연성 물질의 코팅은 가열 챔버의 볼록한 부분 상에 형성될 수 있다.
본 발명의 제3 양상에 따르면, 제1 양상에 따른 가열 조립체를 포함하는 에어로졸 생성 디바이스가 제공된다.
본 발명의 제4 양상에 따르면, 제3 양상에 따른 에어로졸 생성 디바이스 및 에어로졸 기재를 포함하는 에어로졸 생성 시스템이 제공된다.
본 발명의 실시형태가 이제 도면을 참조하여, 예로서 설명되고, 도면에서:
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 예시적인 에어로졸 생성 디바이스이다;
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 전기 절연성 물질의 코팅 및 전기 전도성 물질의 코팅을 포함하는 가열 조립체의 개략적인 단면도이다;
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 구불구불한 패턴으로 형성된 전기 전도성 물질의 코팅을 포함하는 가열 조립체의 사시도이다;
도 4는 본 발명의 실시형태에 따른 구불구불한 패턴으로 형성된 전기 전도성 물질의 코팅을 포함하는 가열 조립체의 사시도이다;
도 5는 본 발명의 실시형태에 따른 원주 방향으로 가열 챔버를 전부 둘러싸는 전기 전도성 물질의 코팅을 포함하는 가열 조립체의 사시도이다;
도 6은 본 발명의 실시형태에 따른 원주 방향으로 가열 챔버를 전부 둘러싸는 전기 전도성 물질의 코팅을 포함하는 가열 조립체의 사시도이다;
도 7은 본 발명의 실시형태에 따른 가열 챔버의 하나 이상의 평탄화된 구역과 인접하게 배치된 전기 전도성 물질의 코팅을 포함하는 가열 조립체의 사시도이다;
도 8은 본 발명의 실시형태에 따른 가열 챔버의 하나 이상의 오목한 구역과 인접하게 배치된 전기 전도성 물질의 코팅을 포함하는 가열 조립체의 사시도이다; 그리고
도 9a, 도 9b 및 도 9c는 본 발명의 실시형태에 따른 가열 챔버의 내부 내에 배치된 전기 전도성 물질의 코팅을 포함하는 가열 조립체의 사시도이다.
도 10은 본 발명의 실시형태에 따른 가열 챔버의 외부 상에 구불구불한 패턴으로 형성된 전기 전도성 물질의 코팅을 포함하는 가열 조립체의 사시도이다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 예시적인 에어로졸 생성 디바이스이다;
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 전기 절연성 물질의 코팅 및 전기 전도성 물질의 코팅을 포함하는 가열 조립체의 개략적인 단면도이다;
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 구불구불한 패턴으로 형성된 전기 전도성 물질의 코팅을 포함하는 가열 조립체의 사시도이다;
도 4는 본 발명의 실시형태에 따른 구불구불한 패턴으로 형성된 전기 전도성 물질의 코팅을 포함하는 가열 조립체의 사시도이다;
도 5는 본 발명의 실시형태에 따른 원주 방향으로 가열 챔버를 전부 둘러싸는 전기 전도성 물질의 코팅을 포함하는 가열 조립체의 사시도이다;
도 6은 본 발명의 실시형태에 따른 원주 방향으로 가열 챔버를 전부 둘러싸는 전기 전도성 물질의 코팅을 포함하는 가열 조립체의 사시도이다;
도 7은 본 발명의 실시형태에 따른 가열 챔버의 하나 이상의 평탄화된 구역과 인접하게 배치된 전기 전도성 물질의 코팅을 포함하는 가열 조립체의 사시도이다;
도 8은 본 발명의 실시형태에 따른 가열 챔버의 하나 이상의 오목한 구역과 인접하게 배치된 전기 전도성 물질의 코팅을 포함하는 가열 조립체의 사시도이다; 그리고
도 9a, 도 9b 및 도 9c는 본 발명의 실시형태에 따른 가열 챔버의 내부 내에 배치된 전기 전도성 물질의 코팅을 포함하는 가열 조립체의 사시도이다.
도 10은 본 발명의 실시형태에 따른 가열 챔버의 외부 상에 구불구불한 패턴으로 형성된 전기 전도성 물질의 코팅을 포함하는 가열 조립체의 사시도이다.
본 명세서의 도면은 제1 숫자 또는 숫자들이 도면 번호에 대응하고 나머지 숫자들이 도면의 요소 또는 컴포넌트를 식별하는 번호매김 관습을 따른다. 상이한 도면 간의 유사한 요소 또는 컴포넌트는 유사한 숫자의 사용에 의해 식별될 수 있다. 예를 들어, 206은 도 2의 요소 "06"을 참조할 수 있고, 유사한 요소는 도 3에서 306으로서 참조될 수 있다. 당업자라면 각각의 요소의 특성 및 구성의 설명이 다른 실시형태의 대응하는 요소에 동일하게 적용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 에어로졸 생성 디바이스(100)를 예시한다. 에어로졸 생성 디바이스(100)는 내부 컴포넌트가 보이는 조립된 구성으로 예시된다. 에어로졸 생성 디바이스(100)는 담배-증기 디바이스로서 또한 지칭될 수 있는 비연소 가열식 디바이스이고, 에어로졸 기재, 예컨대, 에어로졸 생성 물질의 막대, 예를 들어, 담배를 수용하도록 구성된 가열 조립체(200)를 포함한다. 가열 조립체(200)는 에어로졸 생성 물질의 막대를 태우지 않고 가열하여 사용자에 의한 흡입을 위한 증기 또는 에어로졸을 생성하도록 작동 가능하다. 물론, 당업자라면 도 1에 도시된 에어로졸 생성 디바이스(100)가 단순히 본 발명에 따른 예시적인 에어로졸 생성 디바이스임을 이해할 것이다. 담배-증기 제품, 기화기, 또는 전자 담배의 다른 유형 및 구성이 또한 본 발명에 따른 에어로졸 생성 디바이스로서 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 가열 조립체(200)의 개략적인 단면도를 나타낸다. 가열 조립체(200)는 내부에 소모품으로서 또한 지칭되는 에어로졸 기재를 보유하도록 구성된 열 전도성 셸로서 또한 지칭되는 가열 챔버(202)를 포함한다. 특히, 가열 챔버(202)는 에어로졸 기재의 막대가 배치될 수 있는 실질적으로 원통형 공동부를 획정한다. 가열 챔버(202)는 관형, 예를 들어, 원통형이고, 가열 챔버(202)의 길이방향 단부에 배치된 개구(204)를 갖는다. 사용 시, 사용자가 에어로졸 기재를 가열 챔버(202)의 개구(204)를 통해 삽입할 수 있으므로 에어로졸 기재는 가열 챔버(202) 내에 배치되고 가열 챔버(202)의 내부면(201)과 인터페이싱한다. 가열 챔버(202)의 길이는, 에어로졸 기재의 일부가 가열 챔버(202)의 개구(204)를 통해, 즉, 가열 조립체(200) 외부로 돌출하고, 사용자의 입에 수용될 수 있도록 구성될 수 있다.
가열 챔버(202)는, 열의 효율적인 전달이 가열 챔버(202)의 측벽을 통해 에어로졸 기재로 제공되면서 또한 가열 챔버(202)가 충분한 구조적 안정성 및 내구성을 갖도록 금속을 포함하고, 바람직하게는 금속으로 이루어진다. 적합한 금속의 예는 강 또는 스테인리스 강 또는 알루미늄을 포함한다.
가열 챔버(202)의 (원주) 측벽의 두께는 바람직하게는 0.1 ㎜ 이하, 또는 더욱 바람직하게는 0.07 내지 0.09 ㎜이다. 이것은 충분한 구조적 안정성을 유지하면서 가열 챔버(202)의 측벽을 통해 소모품으로의 효율적인 열 전달을 허용한다. 가열 챔버(202)는 개구(204) 반대편에 폐쇄된 단부를 갖고, 폐쇄된 단부는 바람직하게는 0.2 내지 0.6 ㎜의 두께를 갖고, 이는 추가의 구조적 견고성을 가열 챔버(202)에 부가한다. 가열 챔버(202)를 제작하는 방법이 동시 계류중인 PCT/EP2020/074147에서 설명된다.
당업자라면 가열 챔버(202)가 원통형인 것으로 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 가열 챔버(202)는 입방형, 원추형, 반구형 또는 다른 형상의 공동부로서 형성될 수 있고, 상보적인 형상의 에어로졸 기재를 수용하도록 구성될 수 있다. 게다가, 일부 실시형태에서, 가열 챔버(202)가 에어로졸 기재를 전부 둘러쌀 수 없지만, 대신에 오직 에어로졸 기재의 제한된 영역과 접촉할 수 있다.
예를 들어, 가열 챔버(202)가 실질적으로 원통형일 수 있지만 도 6 및 도 8을 참조하여 나중에 설명되는 바와 같이, 가열 챔버(202)의 내부면(201) 상에 세장형 돌출부를 형성하도록 내향으로 돌출되는 하나 이상의 세장형 오목한 구역을 포함할 수 있다. 오목한 구역은 유체가 압력하에서 가열 챔버(202)로 주입될 때 가열 챔버(202)의 외부면(203)으로 밀어넣어짐으로써 생성될 수 있으므로 가열 챔버의 내부면(201) 상에 세로로 이어지는 복수의 대응하는 세장형 돌출부를 제공한다.
또 다른 예에서, 가열 챔버(202)가 실질적으로 원통형일 수 있지만 도 5 및 도 7을 참조하여 나중에 설명되는 바와 같이, 가열 챔버(202)의 축방향으로 연장되는 하나 이상의 평탄화된 구역을 포함할 수 있다. 이 경우에, 가열 챔버(202)는 가열 챔버(202) 내에 수용되는 에어로졸 기재의 막대가 가열 챔버(202)의 하나 이상의 평탄화된 구역에 의해 압축되도록 구성될 수 있다. 가열 챔버의 원주면의 다른 구역(즉, 하나 이상의 평탄화된 구역을 연결시키는 가열 챔버의 부분)은 이들이 수용된 에어로졸 기재의 막대와 접촉하지 않아서, 가열 챔버의 길이를 따라 하나 이상의 기류 채널을 형성하도록 구성될 수 있다. 전기 절연층으로서 또한 지칭되는 전기 절연성 물질(206)의 코팅은 가열 챔버(202)의 외부면(203)을 둘러싼다. 특히, 전기 절연성 물질(206)의 코팅은 가열 챔버(202)의 원주 외부면(203)과 인접하게 있다(즉, 인접한다, 접촉한다). 전기 절연성 물질(206)의 코팅은 가열 챔버(202)의 외부면(203)에 직접적으로 결합되고, 즉, 화학적 결합은 전기 절연성 물질(206)의 코팅과 가열 챔버(202) 간에 형성된다. 도 2에서, 전기 절연성 물질(206)의 코팅은 오직 가열 챔버(202)의 외부면(203)의 길이의 일부를 따라 연장되는 것으로서 도시된다. 그러나, 당업자라면 다른 실시형태에서, 전기 절연성 물질(206)의 코팅이 가열 챔버(202)의 전체 길이를 따라 연장될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 게다가, 당업자라면 전기 절연성 물질(206)의 코팅이 가열 챔버(202)의 외부면을 부분적으로만 둘러쌀 수 있다는 것을 이해할 것이다.
전기 절연성 물질(206)의 코팅은 바람직하게는 높은 전기 파괴 전압(예를 들어, 약 100V 이상) 및 높은 열 전도율을 나타내는 물질을 포함한다. 예를 들어, 전기 절연성 물질(206)의 코팅은 세라믹, 규소, 유리, 산화규소, 탄소 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 전기 절연성 물질(206)의 코팅은 다이아몬드-유사-탄소(DLC)를 포함할 수 있다(또는 임의로 다이아몬드-유사-탄소로 이루어질 수 있다). 바람직하게는, 전기 절연성 물질(206)의 코팅은 0.3 내지 10 ㎛, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 6 ㎛의 두께를 갖는다. 이러한 특성은 가열 챔버(202) 내에 수용된 에어로졸 기재로의 개선된 열 전달을 제공하면서, 가열 챔버(202)가 전기 절연되는 것을 보장한다. 유리하게는, 가열 챔버(202)의 가열 시간 및 냉각 시간이 감소되어, 가열 조립체(200)의 에너지 효율을 개선시킬 수 있다.
전기 전도성 물질(208)의 코팅은 전기 절연성 물질(206)의 코팅 위에 있다(즉, 코팅한다). 즉, 전기 전도성 물질(208)의 코팅은 가열 챔버(202)에 대한 전기 절연성 물질(206)의 코팅 반대편에서 전기 절연성 물질(206)의 코팅에 직접적으로 결합된다. 이 방식으로, 층 간의 완전한 부착을 보장하는 화학적 결합이 전기 전도성 물질(208)의 코팅과 전기 절연성 물질(206)의 코팅 간에 형성된다.
전기 전도성 물질(208)의 코팅은 줄 가열기로서 작동하도록 구성된다. 즉, 전기 전도성 물질(208)의 코팅은 전류의 흐름에 응답하여 열을 배출하도록 구성된다. 이 물리적인 효과는 줄 가열, 저항성 가열 또는 옴 가열로서 지칭될 수 있다. 사용 시, 전력이 전력원, 예컨대, 배터리(미도시)로부터 전기 전도성 물질(208)의 코팅으로 공급될 수 있으므로 전기 전도성 물질(208)의 코팅의 온도가 증가되고 열 에너지가 전기 절연성 물질(206)의 코팅에 걸쳐 가열 챔버(202)로 전달된다. 가열 챔버(202) 내에 수용된 에어로졸 기재가 가열 챔버(202)에 의해 전도성으로 가열되어 사용자에 의한 흡입용 에어로졸을 생성한다.
전기 전도성 물질(208)의 코팅은 바람직하게는 금속을 포함한다. 예를 들어, 전기 전도성 물질(208)의 코팅은 바람직하게는 주로 티타늄을 포함할 수 있다(그리고 임의로 티타늄으로 이루어진다). 또 다른 예에서, 전기 절연성 물질의 코팅은 은 또는 은 잉크를 포함할 수 있다(그리고 임의로 은 또는 은 잉크로 이루어진다). 특히, 은 잉크의 코팅은 전기 절연성 물질의 코팅 상에 부틸 카르비톨의 은 잉크 플레이크를 적용함으로써, 예를 들어, 이 조성물을 스크린 프린팅하고 후속하여 경화, 예를 들어, 20분 동안 340℃에서 경화시킴으로써 형성될 수 있다. 코팅은 또한 탄소 또는 금속 산화물 반도체 또는 전도체를 포함할 수 있다. 금속 산화물의 예는 TiO2, NiO, TiN 또는 TiB2이다. 물질의 전기 전도율은 (20℃에서) 10-3 S/m 초과, 바람직하게는 102 S/m 초과, 가장 바람직하게는 10-3 내지 107 S/m이다.
전기 전도성 물질(208)의 코팅은 화학적 증착(chemical deposition: CVD), 물리적 증착(physical deposition: PVD), 열 증발, 진공 증발, 금속 빔 증발, 스퍼터링, 펄스 레이저 증착, 아크-PVD(음극 아크 증착), 잉크젯, 그라비어 또는 스크린 프린팅을 포함하는 다양한 기법을 사용하여 증착되거나 또는 프린팅될 수 있다.
당업자라면 가열 챔버(202)가 저항성 가열기가 아니고, 따라서 전류를 수용하지 않아야 한다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 전기 절연성 물질(206)의 코팅이 유리하게는 전기 전도성 물질(208)의 코팅과 가열 챔버(202) 간의 접촉을 방지함으로써 가열 요소(208)와 가열 챔버(202) 간에 발생하는 단락을 방지하면서, 전기 전도성 물질(208)의 코팅으로부터 가열 챔버(202)로의 효율적인 열의 전달을 허용한다. 즉, 전기 절연성 물질(206)의 코팅은 전기 전도성 물질(208)의 코팅과 가열 챔버(202)를 분리시키고 전류가 전기 전도성 물질(208)의 코팅으로부터 가열 챔버(202)로 흐르지 않는 것을 보장한다.
가열 챔버(202), 전기 절연성 물질(206)의 코팅 및 전기 전도성 물질(208)의 코팅이 서로 직접적인 결합을 형성할(즉, 이들이 이들의 계면에서 화학적으로 결합될) 때, 공기 갭 또는 다른 열 파괴부가 컴포넌트 사이에 존재하지 않는다. 유리하게는, 이것은 작동 동안 열 손실을 제한하고 가열 조립체(200)의 에너지 효율을 상당히 개선시킨다.
도 2에 예시된 실시형태에서, 전기 전도성 물질(208)의 코팅은 가열 챔버의 원주 방향으로 전기 절연성 물질(206)의 코팅을 전부 둘러싸는 연속적인 표면으로서 형성된다. 즉, 전기 전도성 물질(208)의 코팅이 전기 절연성 물질(206)의 코팅을 덮어서 전기 절연성 물질(206)의 코팅의 부분이 적어도 원주 방향으로 노출되지 않는다. 그러나, 아래에서 논의될 바와 같이, 대안적인 실시형태에서, 전기 전도성 물질(208)의 코팅은 전기 절연성 물질(206)의 코팅을 부분적으로만 덮을 수 있고 다양한 패턴 및 구성으로 배치될 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 가열 조립체(300)를 나타낸다. 이 실시형태에서, 전기 전도성 물질(308)의 코팅은 전기 절연성 물질(306)의 코팅 상에 구불구불한 또는 나선형 패턴으로서 형성된다. 예를 들어, 전기 전도성 물질(308)의 코팅은 에칭, 마스킹, 레이저 컷팅 또는 스크린 프린팅에 의해 성형되어 예시된 패턴을 형성할 수 있다. 물론, 당업자라면 전기 전도성 물질(308)의 코팅에 의해 형성되는 특정한 패턴이 가열 조립체(300)의 기능 요건에 따라 달라질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 패턴이 전기 경로를 형성하여, 사용 시, 전기 전도성 물질(308)의 코팅에 공급되는 전류가 전기 경로를 따라 이동하고 열 에너지를 생성한다.
도 4는 전기 전도성 물질(408)의 코팅이 도 3의 패턴과 상이한 배치로 구불구불한 패턴으로서 형성되는, 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 가열 조립체를 나타낸다. 전기 전도성 물질(408)의 코팅이 패터닝되어 전기 절연성 물질(406)의 코팅에 걸쳐 구불구불한 전기 전도성 물질의 스트립을 형성한다. 전기 전도성 물질(408)의 코팅에 의해 형성되는 경로는 전류가 공급되게 하는 전기 경로의 역할을 하고, 가열 챔버(402) 내에 수용된 에어로졸 기재에 균일한 열 분포를 제공할 수 있다.
다른 예에서, 전기 전도성 물질(308, 408)의 코팅은 하나 이상의 부가적인 기능을 위해 패터닝되고/되거나 성형될 수 있다. 예를 들어, 전기 전도성 물질(308, 408)의 코팅은, 예를 들어, 서미스터 또는 안테나로서 기능하는 특정한 패턴을 생성하도록 성형될 수 있다.
도 5 및 도 6은 전기 전도성 물질(508, 608)의 코팅이 전기 절연성 물질(506, 606)의 코팅을 전부 감싸는 전기 전도성 물질의 끊김없는 표면으로서 적용되는 2개의 대안적인 실시형태를 예시한다. 즉, 전기 전도성 물질(508, 608)의 코팅이 원주 방향으로 가열 챔버(502, 602)를 둘러싸서 전기 절연성 물질(506, 606)의 코팅이 노출되지 않는다.
도 5에서, 가열 챔버(502)는 가열 챔버(502)의 축방향으로 연장되는, 가열 챔버(502)의 반대편에 형성된 2개의 평탄화된 구역(512)을 포함하는 관형 부재이다. 그러나, 당업자라면 평탄화된 구역(512)의 수가 3개 이상일 수 있고, 평탄화된 구역(512)이 가열 챔버(502)의 원주 주위에서 이격되는 것을 이해할 것이다. 평탄화된 구역(512) 사이의 가열 챔버(502)의 구역은 만곡된 구역으로서 지칭될 수 있다.
유리하게는, 사용 시, 평탄화된 구역(512) 사이의 거리보다 더 긴 직경을 가진 에어로졸 기재(예를 들어, 원통형 에어로졸 기재)가 가열 챔버(502) 내에 수용될 때, 평탄화된 구역(512)은 에어로졸 기재의 인접한 구역을 압축시킬 것이다. 따라서, 같은 높이의 계면이 각각의 평탄화된 구역(512)과 에어로졸 기재 사이에 형성되어, 개선된 열 전달을 발생시킨다. 동시에, 에어로졸 기재의 직경이 가열 챔버(502)의 만곡된 구역 사이의 방사 거리 미만일 수 있으므로, 만곡된 구역이 에어로졸 기재와 접촉하지 않고 2개의 기류 채널이 가열 챔버(502)의 길이를 따라 가열 챔버(502)의 만곡된 구역과 에어로졸 기재 사이에 획정된다.
가열 조립체(510)는 전기 전도성 물질(508)의 축방향으로 먼 구역에, 예를 들어, 가열 챔버(502)의 축방향으로 전기 전도성 물질(508)의 대향 단부에 위치된 2개의 전극(510)(또한 전기 연결기로서 지칭됨)을 또한 포함한다. 각각의 전극(510)은 전기 전도성 물질(508)의 코팅을 원주방향으로 둘러싸고 이것과 인터페이싱하는 링을 형성하는 와이어 또는 밴드로서 구성된다. 이 방식으로, 하나의 전극(510)으로부터 전기 전도성 물질(508)의 코팅을 통해 다른 전극(510)으로의 전기 경로가 형성될 수 있다. 따라서, 전류가 전극(510) 중 하나에 공급될 때, 전류는 전기 전도성 물질(508)의 코팅을 통해 이동하고 가열 챔버(502)의 전체 원주 주위에 열을 생성한다.
도 6에서, 가열 챔버(602)는 길이방향 만입부로서 또한 지칭될 수 있는 복수의 오목한 구역(614)을 포함하는 관형 부재이다. 오목한 구역(614)은 가열 챔버(602)의 길이와 평행하게 연장되고 가열 챔버(602)의 내부면(601) 상에 세장형 돌출부를 형성한다. 즉, 돌출부는 공동부의 내부를 향하여 돌출한다. 따라서, 에어로졸 기재가 가열 챔버(602) 내에 수용될 때, 세장형 돌출부는 에어로졸 기재와의 증가된 접촉을 제공하여, 집중된 가열 효과를 발생시킨다. 전기 전도성 물질(608)의 코팅은 전기 절연성 물질(606)의 코팅에 걸쳐 균일한 층으로서 형성된다. 특히, 전기 전도성 물질(608)의 코팅은 또한 오목한 구역(614) 내에 형성된다. 도 5와 유사하게, 가열 조립체(600)는 전기 전도성 물질(608)의 코팅을 둘러싸고 이것과 인터페이싱하는 환형 전극(610)을 포함한다. 실시형태 둘 다에서, 전극(510, 610)이 전기 전도성 물질(508, 608)의 코팅과 인터페이싱할 때, 이들은 집중된 가열 영역을 생성할 수 있다.
도 7 및 도 8은 전기 전도성 물질(708, 808)의 코팅이 가열 챔버(702, 802)의 선택된 구역 상에만 형성되는 2개의 대안적인 실시형태를 예시한다. 특히, 전기 전도성 물질(708, 808)의 코팅은 가열 챔버(702, 802)의 축방향으로 연장되는 복수의 원주방향으로 이격된 밴드로서 형성된다.
도 7에서, 가열 챔버(702)가 도 5의 가열 챔버(502)와 동일한 형상이지만, 전기 전도성 물질(708)의 코팅(그리고 도 2에서 참조 부호(206)로 보이는 바와 같은, 하부 전기 절연성 물질(706)의 코팅)이 오직 가열 챔버(702)의 평탄화된 구역(712)과 인접하게 위치되고 가열 챔버(702)의 전체 원주 주위에서 연장되지 않는다. 즉, 전기 전도성 물질(708)의 코팅은 가열 챔버(702)의 평탄화된 구역(712)과 일치하는 복수의(예를 들어, 2개의) 축방향 밴드로서 형성된다. 이 방식으로, 전극(710)을 통해 전류가 공급될 때, 전기 전도성 물질(708)의 코팅은 평탄화된 구역(712)과 인접한 가열 챔버(702) 내에 수용된 에어로졸 기재의 구역을 우선적으로 가열하는 집중된 가열 효과를 제공한다. 전극(710)은 가열 챔버(702)를 둘러싸고 가열 챔버(702)의 길이를 따라 축방향으로 먼 지점에서, 평탄화된 구역(712)에 대응하는, 가열 챔버(702)의 각각의 측면 상의 전기 전도성 물질(708)의 코팅과 인터페이싱하는, 실질적으로 환형 밴드 또는 와이어로서 형성된다. 도시된 실시형태에서, 전기 절연성 물질(706)의 코팅은 또한 오직 전기 전도성 물질(708)의 코팅과 일치하는(즉, 정확하게 아래에 있는) 평탄화된 구역(712) 상에 형성되고, 가열 챔버(702)를 둘러싸지 않는다. 그 결과, 전극(710)은 전극(710)이 오직 가열 챔버(702), 그리고 특히 가열 챔버(702)의 평탄화된 구역(712)과 인접한 전기 전도성 물질(708)의 코팅과 접촉하도록 배치된다. 이 방식으로, 전극(710)은 가열 챔버(702)의 외부면과 직접적으로 접촉하지 않고, 공기 갭은 가열 챔버(702)의 원주의 나머지 주위에서 가열 챔버(702)의 외부면과 전극(710) 사이에 제공된다.
그러나, 당업자라면 대안적인 실시형태에서, 전기 절연성 물질(706)의 코팅이 원주 방향으로 가열 챔버(702)를 전부 둘러쌀 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이 경우에, 전극(710)은 가열 챔버(702), 그리고 특히 가열 챔버(702)의 전체 원주 주위에서, 전기 절연성 물질(706) 및 전기 전도성 물질(708)과 접촉할 수 있다.
도 8에서, 가열 챔버(802)가 도 6의 가열 챔버(602)와 동일한 형상이지만, 전기 전도성 물질(808)의 코팅(그리고 하부 전기 절연성 물질(806)의 코팅)이 오목한 구역(814)과 일치하게(예를 들어, 오목한 구역 내에) 위치되고, 가열 챔버(802)의 전체 원주 주위에서 연장되지 않는다. 즉, 전기 전도성 물질(808)의 코팅은 오목한 구역(814)과 인접하게 연장되는 복수의 축방향 밴드로서 형성된다. 이 방식으로, 전극(810)을 통해 전류가 공급될 때, 전기 전도성 물질(808)의 코팅은 오목한 구역(814)과 인접한 에어로졸 기재의 부분에서 가열 챔버(802) 내에 수용된 에어로졸 기재를 우선적으로 가열하는 집중된 가열 효과를 제공한다. 즉, 가열 챔버(802)의 내부면(801) 상에 형성된 세장형 돌출부에 의해 접촉되는 에어로졸 기재의 각각의 부분은 다량의 열 에너지를 수용한다. 다시, 전극(810)은 가열 챔버(802)를 둘러싸고 오목한 구역(814)에서 그리고 가열 챔버(802)의 길이를 따라 축방향으로 먼 구역에서 전기 전도성 물질(808)의 코팅과 인터페이싱하는 환형 밴드 또는 와이어로서 형성된다.
도시된 실시형태에서, 전기 절연성 물질(806)의 코팅은 오직 전기 전도성 물질(808)의 코팅과 일치하는(즉, 정확하게 아래에 있는) 오목한 구역(814) 내에 형성되고, 가열 챔버(802)를 둘러싸지 않는다. 그 결과, 전극(810)은 전극(810)이 오직 가열 챔버(802), 그리고 특히 가열 챔버(802)의 오목한 구역(814)과 인접한 전기 전도성 물질(808)의 코팅과 접촉하도록 배치된다. 특히, 전극은 가열 챔버 주위에 원주방향으로 배치되고 가열 챔버로부터 멀고 오목한 구역(814)과 접촉하는, 방사상 돌출부, 예를 들어, 작은 스트립 또는 탭을 포함하는 링으로 형성될 수 있다. 이 방식으로, 전극(810)은 가열 챔버(802)의 외부면과 직접적으로 접촉하지 않고, 공기 갭은 가열 챔버(802)의 원주의 나머지 주위에서 가열 챔버(802)의 외부면과 전극(810) 사이에 제공된다.
그러나, 당업자라면 대안적인 실시형태에서, 전기 절연성 물질(806)의 코팅이 원주 방향으로 가열 챔버(802)를 전부 둘러쌀 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이 경우에, 전극(810)은 가열 챔버(802), 특히 가열 챔버(802)의 전체 원주 주위의, 전기 절연성 물질(906) 및 전기 전도성 물질(908)과 접촉할 수 있다.
전기 전도성 물질(708, 808)의 코팅의 축방향 밴드는 금속 증발 또는 스크린 프린팅과 같은, 이전에 논의된 바와 같은 다양한 증착 또는 프린팅 기법을 사용하여 형성될 수 있다.
당업자라면 대안적인 실시형태에서, 전기 전도성 물질(708, 808) 및 하부 전기 절연성 물질(706, 806)의 복수의 원주방향으로 이격된 밴드가 대신에 각각의 가열 챔버(702, 802)의 내부면(701, 801) 상에 형성될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 전기 절연성 물질(706)의 코팅은 가열 챔버(702)의 평탄화된 구역(712)의 내부면(701) 상의 복수의(예를 들어, 2개의) 축방향 밴드로서 형성될 수 있다. 전기 전도성 물질(708)의 코팅이 전기 절연성 물질(706)의 코팅 상에 형성되어, 가열 챔버(702)의 내부에 노출되는 전기 전도성 물질의 대응하는 축방향 밴드 및 상부 축방향 밴드를 형성할 수 있다. 유사하게, 전기 절연성 물질(806)의 코팅은 오목한 구역(814)과 일치하는 가열 챔버(808)의 내부면(801) 상의 복수의(예를 들어, 2개의) 축방향 밴드로서 형성될 수 있다. 전기 전도성 물질(808)의 코팅이 전기 절연성 물질(806)의 코팅 상에 형성되어, 가열 챔버(802)의 내부에 노출되는 전기 전도성 물질의 대응하는 축방향 밴드 및 상부 축방향 밴드를 형성할 수 있다. 즉, 전기 전도성 물질(808)은 가열 챔버(802)의 내부로 돌출된다.
도 9a, 도 9b 및 도 9c는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 가열 조립체(900)의 다양한 사시도를 나타낸다. 이전에 예시된 실시형태와 대조적으로, 가열 조립체(900)는 가열 챔버(902)의 내부면(901) 상에 형성되는 전기 절연성 물질(906)의 코팅을 포함한다. 전기 전도성 물질(908)의 코팅이 전기 절연성 물질(906)의 코팅 위에 있어서, 전기 전도성 물질(908)의 코팅이 가열 챔버(902)의 내부 내에 위치된다. 따라서, 에어로졸 기재가 가열 챔버(902) 내에 수용될 때, 전기 전도성 물질(908)의 코팅은 열과 직접적으로 접촉하여 열을 에어로졸 기재로 전달한다.
도 9a에 예시된 바와 같이, 전기 전도성 물질(908)의 코팅은 가열 챔버(902)의 각각의 평탄화된 구역(912)과 인접하게 구불구불한 패턴으로서 형성된다. 그러나, 대안적인 실시형태에서, 전기 전도성 물질(908)의 코팅은 가열 챔버(902)의 내부면(901)을 전부 둘러싸는 끊김없는 표면으로서 형성될 수 있다. 게다가, 당업자라면, 이전에 논의된 바와 같이, 가열 챔버(902)의 형상이 변경될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
이 실시형태에서, 전기 절연성 물질(906)의 코팅이 전기 전도성 물질(908)의 코팅 바로 아래에 있고, 즉, 2개의 코팅이 정확하게 일치하므로 전기 절연성 물질(906)의 코팅이 노출되지 않는다. 그러나, 대안적인 실시형태에서, 전기 전도성 물질(908)의 코팅은 전기 절연성 물질(906)의 코팅을 부분적으로만 덮을 수 있다. 예를 들어, 전기 절연성 물질(906)의 코팅은 원주 방향으로 가열 챔버(902)의 전체 내부면(901) 주위에서 연장될 수 있다.
도 9a 및 도 9b에 예시된 바와 같이, 가열 챔버(902)는 2개의 분리 가능한 몸체 부분을 포함한다. 전기 전도성 물질(908)의 코팅이 배치되어 몸체 부분 사이의 계면을 통해 가열 챔버(902)의 내부에 진입하고 나가는 전기 경로를 형성한다. 따라서, 전기 전도성 물질(908)의 코팅은 가열 챔버(902)의 개구(904)에서 전기 전도성 물질(908)의 코팅을 노출시키는 일 없이 전력원에 안전하게 연결될 수 있다.
가열 챔버의 별개의 몸체 부분은 내열 폴리머 물질, 예컨대, PEEK로 형성될 수 있다. 이들은 사출 성형에 의해 생성될 수 있다. 이들은 압입 및/또는 접착제, 예컨대, 초음파 용접 또는 풀칠에 의해 가열 챔버를 형성하기 위해 조립될 수 있다. 각각의 몸체는 조립 이음부를 따른 결합 요소를 포함하여 조립 동안 적절한 안내 및 피팅을 제공할 수 있다.
당업자라면 대안적인 실시형태에서, 가열 챔버(902)가 분리 가능한 몸체 부분 대신, 단일 장치로서 형성될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 당업자라면 또한 모든 이전의 실시형태의 가열 챔버가 2개의 분리 가능한 몸체 부분을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 가열 조립체(1000)의 사시도를 나타낸다. 가열 조립체(1000)는, 전기 전도성 물질(1008)의 코팅이 관형 가열 챔버(1002)의 각각의 평탄화된 구역(1012)과 인접하게 구불구불한 패턴으로서 형성된다는 점에서 도 9a, 도 9b 및 도 9c의 가열 조립체(900)에 대응한다. 그러나, 이 실시형태에서, 전기 절연성 물질(1006)의 코팅은 가열 챔버(100)의 외부면(1008) 상에 형성된다. 전기 전도성 물질(1008)의 코팅이 전기 절연성 물질(1006)의 코팅 상에 형성되어, 전기 전도성 물질(1008)의 코팅이 전기 절연성 물질(1006)의 코팅 바로 위에 있고 동일한 구불구불한 패턴을 따른다.
도 10에서, 가열 챔버(1002)가 단일 장치로서 형성되는 것으로 예시되지만, 당업자라면 대안적인 실시형태에서 가열 챔버(1002)가 또한 도 9a, 도 9b 및 도 9c에 대해 설명된 바와 같이 2개의 분리 가능한 몸체 부분을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
Claims (15)
- 에어로졸 생성 디바이스용 가열 조립체로서,
에어로졸 기재를 수용하기 위한 개구를 가진 가열 챔버;
상기 가열 챔버의 표면 상에 형성되는 전기 절연성 물질의 코팅; 및
상기 전기 절연성 물질의 코팅을 적어도 부분적으로 코팅하는 전기 전도성 물질의 코팅
을 포함하되,
상기 전기 전도성 물질의 코팅은 전류가 공급될 때 줄 가열기(Joule heater)의 역할을 하도록 구성되고,
상기 전기 절연성 물질의 코팅은 상기 전기 전도성 물질의 코팅과 상기 가열 챔버 간의 임의의 접촉을 방지하는, 가열 조립체. - 제1항에 있어서, 상기 가열 챔버는 관형이고, 상기 전기 절연성 물질의 코팅은 상기 가열 챔버의 원주면 상에 형성되는, 가열 조립체.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전기 전도성 물질의 코팅은 상기 전기 절연성 물질의 코팅에 화학적으로 결합되는, 가열 조립체.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 전도성 물질의 코팅은 물리적 또는 화학적 증착에 의해 상기 전기 절연성 물질의 코팅 상에 증착되는, 가열 조립체.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 전도성 물질의 코팅은 금속, 금속 산화물 또는 탄소인, 가열 조립체.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 전도성 물질의 코팅은 상기 전기 절연성 물질의 코팅 상에 구불구불한 패턴으로서 형성되는, 가열 조립체.
- 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 전도성 물질의 코팅은 상기 가열 챔버의 원주 방향으로 상기 전기 절연성 물질의 코팅을 전부 둘러싸는 끊김없는 표면(unbroken surface)으로서 형성되는, 가열 조립체.
- 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 전도성 물질의 코팅은 상기 가열 챔버의 축방향으로 연장되는 복수의 원주방향으로 이격된 밴드(band)로서 형성되는, 가열 조립체.
- 제2항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 절연성 물질의 코팅이 형성되는 상기 가열 챔버의 상기 원주면은 상기 가열 챔버의 외부면인, 가열 조립체.
- 제2항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 절연성 물질의 코팅이 형성되는 상기 가열 챔버의 상기 원주면은 상기 가열 챔버의 내부면인, 가열 조립체.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 전도성 물질의 코팅의 제1 축방향 단부에 연결된 제1 전극 및 상기 전기 전도성 물질의 코팅의 제2 대향 축방향 단부에 연결된 제2 전극을 더 포함하여, 사용 시, 전류가 상기 제1 전극으로부터 상기 전기 전도성 물질의 코팅을 통해 상기 제2 전극으로 흐를 수 있게 하는, 가열 조립체.
- 제11항에 있어서, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 각각 원주 방향으로 상기 가열 챔버를 둘러싸는 링으로서 형성되는, 가열 조립체.
- 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 조립체는 상기 전기 전도성 물질의 코팅의 표면 상에 배치된 제3 물질의 국부적 접점을 포함하고, 상기 국부적 접점은 경납땜 물질을 사용하여 전기 와이어에 연결되도록 구성되는, 가열 조립체.
- 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 챔버의 상기 외부면은 상기 가열 챔버의 축방향으로 연장되는 하나 이상의 오목한 구역을 갖고, 바람직하게는 상기 전기 전도성 물질의 코팅은 상기 하나 이상의 오목한 구역과 일치하게 형성되는, 가열 조립체.
- 에어로졸 생성 디바이스용 가열 조립체를 제작하는 방법으로서,
에어로졸 기재를 수용하기 위한 개구를 가진 가열 챔버를 제공하는 단계;
상기 가열 챔버의 표면 상에 전기 절연성 물질의 코팅을 형성하는 단계; 및
상기 전기 절연성 물질의 코팅 상에 전기 전도성 물질의 코팅을 형성하는 단계
를 포함하되, 상기 전기 전도성 물질의 코팅은 상기 전기 절연성 물질의 코팅을 적어도 부분적으로 코팅하고, 상기 전기 전도성 물질의 코팅은 전류가 공급될 때 줄 가열기의 역할을 하도록 구성되고, 상기 전기 절연성 물질의 코팅은 상기 전기 전도성 물질의 코팅과 상기 가열 챔버 간의 임의의 접촉을 방지하는, 방법.
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