KR102468024B1 - 에어로졸 발생 장치용 히터를 구비한 용기, 및 에어로졸 발생 장치 - Google Patents

에어로졸 발생 장치용 히터를 구비한 용기, 및 에어로졸 발생 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기 가열식 에어로졸 발생 장치에서 사용하기 위한 에어로졸 발생 기재용 용기에 관한 것이다. 용기는, 적어도 하나의 공기 유입부와 적어도 하나의 공기 유출부를 갖는 케이싱; 액체 에어로졸 발생 기재를 수착하기 위한 관형 액체 보유 요소; 및 적어도 하나의 전기 히터를 포함하는 공기 투과성 모세관 심지 멤브레인을 포함하고; 여기서 멤브레인은, 관형 액체 보유 요소의 말단면 상에 제공되어 있어서, 기류 경로가 적어도 하나의 공기 유입부로부터 멤브레인의 일부를 통해 적어도 하나의 공기 유출부로 제공되어 있다. 또한 본 발명은 전력 공급부; 용기를 수용하기 위한 공동; 전력 공급부에 연결되고, 전력 공급부를 용기의 히터에 결합하도록 구성되어 있는 전기 접촉부들; 및 용기의 적어도 하나의 공기 유입부에 결합되도록 구성되어 있는 공기 유입부를 포함하고 있는 전기 가열식 에어로졸 발생 장치에 관한 것이다.

Description

에어로졸 발생 장치용 히터를 구비한 용기, 및 에어로졸 발생 장치{A CONTAINER HAVING A HEATER FOR AN AEROSOL-GENERATING DEVICE, AND AEROSOL-GENERATING DEVICE}
본 발명은 액체를 증발시키기에 적합한 히터 조립체를 포함하고 있는 에어로졸 발생 시스템용 용기에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 휴대형 에어로졸 발생 시스템, 예를 들어 전기 작동식 흡연 시스템에 관한 것이다.
용기와 에어로졸 발생 장치를 포함하는 에어로졸 발생 시스템이 공지되어 있다. 에어로졸 발생 시스템의 하나의 유형은 전기 작동식 흡연 시스템이다. 배터리 및 제어 전자장치를 포함하는 장치부, 및 에어로졸 형성 기재의 공급부 및 전기 작동식 증발기를 포함하는 카트리지부로 이루어지는 휴대형 전기 작동식 흡연 시스템이 공지되어 있다. 에어로졸 형성 기재의 공급부와 증발기 모두를 포함하는 카트리지는 때로는 “카토마이저(cartomizer)”라고 지칭된다. 증발기는 통상적으로 액체 에어로졸 형성 기재 내에 적셔진 세장형의 심지(elongate wick) 주위에 감겨진 히터 와이어의 코일을 포함하고 있다. 카트리지부는 통상적으로 에어로졸 형성 기재의 공급부 및 전기 작동식 증발기뿐만 아니라, 마우스피스를 포함하고 있으며, 사용자가 사용시 마우스피스를 흡인해서 에어로졸을 입 안으로 흡인한다.
그러나, 이러한 구성은 카트리지를 제조하기가 비교적 비싸다는 단점이 있다. 이는 심지와 코일 조립체를 제조하는 것이 어렵기 때문이다. 또한, 심지와 코일 조립체는 소정의 배향으로 최적으로 작동하지 않는다는 것을 의미하는 중력의 영향에 시달릴 수 있다. 예를 들어, 카트리지 내부의 심지 및/또는 액체 보유 물질에 의해 고정되는 에어로졸 형성 기재를 포함하고 있는 액체가 카트리지 내부에서 이동해서, 상기 심지 및/또는 물질 내부의 액체의 불균일한 분포를 초래할 수 있다.
국제공개공보 WO 2013/083635 A1(2013.06.13).
따라서, 공지된 용기 및 장치의 문제점을 개선하는 용기 및 에어로졸 발생 장치를 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전기 가열식 에어로졸 발생 장치에서 사용하기 위한 액체 에어로졸 발생 기재용 용기를 제공하고 있다. 용기는, 적어도 하나의 공기 유입부와 적어도 하나의 공기 유출부를 갖는 케이싱; 액체 에어로졸 발생 기재를 수착하기 위한 관형 액체 보유(retention) 요소; 및 적어도 하나의 전기 히터를 포함하는 공기 투과성 모세관 심지 멤브레인을 포함하고 있다. 멤브레인은, 관형 액체 보유 요소의 말단면 상에 제공되어 있어서, 기류 경로가 적어도 하나의 공기 유입부로부터 멤브레인의 일부를 통해 적어도 하나의 공기 유출부로 제공되어 있다.
유리하게, 모세관 심지 멤브레인 상에 전기 히터를 제공함으로써, 에어로졸 발생 기재가 더욱 효율적으로 증발될 수 있으며, 그 이유는 그 구성에 의해 히터와 액체 에어로졸 발생 기재 간의 넓은 접촉 면적이 가능하기 때문이다. 또한, 히터는 간단한 제조가 가능하도록 실질적으로 평평할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, “실질적으로 평평한”은 단일 평면으로 형성된 것을 의미하고, 만곡되거나 다른 비평면 형상과 끼워맞추도록 주위에 포장되거나 이와 달리 들어맞지 않는 것을 의미한다. 실질적으로 평평한 히터는 제조 동안에 용이하게 취급되고 강고한 구성을 제공하고 있다.
도 1은, 본 발명에 따른 용기의 내부 구성요소들의 분해도를 도시하고 있고;
도 2는 본 발명에 따른 용기의 단면 개략도를 도시하고 있고;
도 3은, 본 발명에 따른 대안적인 용기의 내부 구성요소들의 분해도를 도시하고 있고;
도 4는, 본 발명에 따른 추가 대안적인 용기의 내부 구성요소들의 분해도를 도시하고 있고;
도 5는, 본 발명에 따른 추가 대안적인 용기의 내부 구성요소들의 분해도를 도시하고 있고;
도 6은 본 발명에 따른 대안적인 용기의 단면 개략도를 도시하고 있고;
도 7은 본 발명에 따른 멤브레인 및 히터 구성의 부분의 단면도를 도시하고 있고;
도 8은 선행기술의 종래의 히터 구성을 구비한 멤브레인의 부분의 단면도를 도시하고 있고;
도 9는 본 발명에 따른 전기 히터를 도시하고 있고;
도 10은 본 발명에 따른 에어로졸 발생 장치의 단면 개략도를 도시하고 있고;
도 11은 히터 요소와 멤브레인의 제조 공정을 도시하고 있다.
본원에서 사용하는 바와 같이, "수착된"(sorbed)이란, 액체가 관형 액체 보유 요소의 표면에 흡착되거나(adsorbed), 관형 액체 보유 요소 내부에 흡수되거나(absorbed), 관형 액체 보유 요소의 표면에 흡착되기도 하고 내부에 흡수되기도 하는 것을 의미한다.
적어도 하나의 전기 히터는, 바람직하게, 기류 경로 내의 멤브레인의 일부 상에 제공되어 있다. 더욱 바람직하게, 적어도 하나의 전기 히터는, 기류 경로 내의 멤브레인의 일부 상에만 제공되어 있다. 전기 히터를 전체적으로 기류 경로 내의 멤브레인의 일부 상에만 제공함으로써, 액체 에어로졸 발생 기재가 심지에 의해 히터로 더욱 효율적으로 전달되기 때문에, 에어로졸 발생 장치의 효율을 증가시킬 수 있다.
용기는, 바람직하게, 관형 액체 보유 요소 내에 제공되고 적어도 하나의 공기 유입부로부터 멤브레인을 향하여 연장되어 있는 관형 요소를 더 포함하고 있다. 관형 요소는, 바람직하게, 실질적으로 공기 불투과성을 갖는다. 관형 요소는, 바람직하게, 액체 에어로졸 발생 기재가 기류 경로 내로 유출되는 것을 방지하도록 구성되어 있다. 관형 요소의 길이방향 길이는 관형 액체 보유 요소의 길이방향 길이와 같을 수 있다. 대안적으로, 관형 요소의 길이는, 관형 액체 보유 요소의 길이방향 길이의 약 50% 내지 약 95%일 수도 있다.
사용시, 멤브레인은 관형 액체 보유 요소의 하류 말단에 제공되어 있다.
용기는, 관형 액체 보유 요소의 말단에 인접하여 제공되는 추가 관형 액체 보유 요소를 더 포함하고 있을 수도 있고, 이때, 멤브레인은 관형 액체 보유 요소들 사이에 제공되어 있다. 추가 관형 액체 보유 요소는, 용기가 수평으로부터 경사지게 기울어지게 하려는 노력이 완화되기 때문에, 에어로졸 발생 장치에서 사용시 용기의 신뢰성을 개선할 수 있다.
추가 관형 액체 보유 요소는, 초기 관형 액체 보유 요소 상에 보유되고 있는 것과 동일한 액체 에어로졸 발생 기재를 포함하고 있을 수도 있고, 또는 대안적으로, 향미 액체 같은 다른 액체를 포함하고 있을 수도 있다.
또한, 용기는, 적어도 하나의 전기 히터에 인접하여 제공되는 추가 공기 투과성 모세관 심지 멤브레인을 포함하고 있을 수도 있고, 이때, 박층체는 멤브레인과 추가 멤브레인 내에 캡슐화된 적어도 하나의 히터와 함께 형성되어 있다. 박층체를 이러한 식으로 제공함으로써, 모세관 심지가 히터를 캡슐화하여 더욱 강건한 심지 및 히터 조합을 제공하기 때문에, 에어로졸 발생 장치에서 사용시 용기의 신뢰성을 또한 개선할 수 있다. 추가 멤브레인은 추가 전기 히터를 포함하고 있을 수도 있다. 이처럼, 멤브레인 층, 히터 층, 멤브레인 층 및 히터 층을 포함하는 박층체를 제공하고 있다.
추가 멤브레인은 초기 멤브레인과 동일한 물질로 될 수 있고 또는 초기 멤브레인과는 다른 물질로 될 수 있다. 물질들이 서로 다르면, 그 물질들의 심지 특성이 바람직하게 다르다.
추가 전기 히터는, 바람직하게, 적어도 하나의 전기 히터에 전기적으로 결합된다.
추가 전기 히터를 포함하는 구현예에서, 추가 전기 히터에 인접하는 다른 추가 공기 투과성 모세관 심지 멤브레인을 제공할 수 있고, 이때, 박층체가, 추가 멤브레인 및 다른 추가 멤브레인 내에 캡슐화된 추가 전기 히터와 함께 형성된다. 바람직하게, 본 구현예는 추가 관형 액체 보유 요소를 포함하고, 추가 관형 액체 보유 요소는 멤브레인과 히터 박층체에 인접하여 제공되어 있다.
상기 또는 각각의 전기 가열 요소는 바람직하게는 세장형의 단면 형상을 가지고 있다. 세장형의 단면 프로파일을 제공하는 것은 상기 히터와 접촉하는 액체의 양을 증가시키고, 따라서, 상기 히터는 더 효율적으로 된다. 가열 요소로서 와이어 코일을 갖는 종래의 히터는 일반적으로 원형 또는 타원형의 단면 형상을 가지며, 액체의 메니스커스 와이어의 측면에서만 형성할 수도 있다. 이에 비해, 본 발명의 세장형의 단면 형상은 액체의 메니스커스가 히터의 측면들과 상기 상면 모두에서 형성할 수 있게 한다.
세장형의 단면 프로파일은 바람직하게는 직사각형이다. 직사각형 단면 형상은 제조하기가 더 용이하고, 따라서 비용을 감소시킨다.
상기 히터 또는 각 히터는, 바람직하게, 두 개의 전기 접촉부를 포함하고, 전기 접촉부들은 히터로부터 케이싱의 외부면으로 연장되어 있다. 바람직한 구현예에서, 전기 접촉부들은 케이싱의 외부 말단면으로 연장되어 있다. 전기 접촉부들이 케이싱의 외부 말단면으로 연장되어 있는 경우, 전기 접촉부들은, 바람직하게, 용기의 길이방향 축으로부터 제1 및 제2 반경방향 거리에 각각 제공되어 있다. 이렇게 함으로써, 전기 접촉부들은 에어로졸 발생 장치의 전기 접촉부들과 더욱 쉽게 맞춰지게 된다.
상기 또는 각각의 히터의 전기 저항은 바람직하게는 0.3 내지 4 Ohm이다. 더욱 바람직하게, 상기 또는 각각의 히터의 전기 저항은 0.5과 3 Ohm 사이, 더욱 바람직하게는 약 1 Ohm이다. 상기 또는 각각의 히터의 전기 저항은, 바람직하게, 접촉부들의 전기 저항보다 적어도 약 한 자릿수, 더욱 바람직하게는 적어도 두 자릿수 크다. 이는, 히터 요소를 통해 전류를 통과시켜서 발생하는 열이 히터에 국한되도록 보장한다. 만약 시스템이 배터리에 의해 구동되는 경우에 히터에 대해 낮은 전체 저항을 갖는 것이 유리하다. 저 저항, 고 전류 시스템은 히터에 높은 전력의 전달을 허용한다. 이는 히터가 빠르게 원하는 온도로 전기 전도성 필라멘트를 가열할 수 있다.
모세관 심지 멤브레인은, 바람직하게, 고 보유 및 방출 물질이다. 멤브레인의 물질은, 바람직하게, 섬유상 물질이며, 섬유들은 바람직하게 알루미나로 된 것이다. 또한 또는 대안적으로, 멤브레인의 물질은 셀룰로오스 섬유상 매트를 포함하고 있을 수도 있다.
본 발명의 추가 측면에 따르면, 전기 가열식 에어로졸 발생 장치를 제공하고 있다. 장치는, 전력 공급부; 액체 에어로졸 기재를 함유하는, 본원에서 설명하는 바와 같은 용기를 수용하기 위한 공동; 전력 공급부에 연결되고, 전력 공급부를 용기의 히터에 결합하도록 구성되어 있는 전기 접촉부들; 및 용기가 공동 내에 수용되는 경우 용기의 적어도 하나의 공기 유입부에 결합되도록 구성되어 있는 공기 유입부를 포함하고 있다.
장치는, 바람직하게, 장치의 구성요소들을 수용하도록 구성되어 있는 하우징을 더 포함하고 있다. 적어도 하나의 공기 유입부는, 바람직하게, 공동에 인접하는 하우징의 측벽에 제공되어 있다. 더욱 바람직하게, 적어도 하나의 공기 유입부는, 공동의 말단에 인접하는 하우징의 측벽에 제공되어 있다. 적어도 하나의 공기 유입부는, 하우징의 둘레를 제한하는 복수의 공기 유입부일 수도 있다.
용기는, 마우시피스의 사용시 사용자가 발생하는 에어로졸을 흡입할 수 있도록 용기의 말단에 제공되는 마우스피스를 포함하고 있을 수도 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "길이방향"은 용기의 근위 말단과 대향 원위 말단 사이의 방향을 의미하며, 에어로졸 발생 장치의 근위 말단 또는 마우스피스와 원위 말단 사이의 방향을 의미한다.
에어로졸 형성 기재는 바람직하게는 에어로졸을 형성할 수 있는 휘발성 화합물들을 방출할 수 있는 기재이다. 휘발성 화합물은 에어로졸 형성 기재를 가열하여 방출된다.
에어로졸 형성 기재는 고체 및 액체 성분 모두를 포함하고 있을 수도 있다.
에어로졸 형성 기재는 니코틴을 포함하고 있을 수도 있다. 니코틴 함유 에어로졸 형성 기재는 니코틴 염 매트릭스일 수도 있다. 에어로졸 형성 기재는 식물계 물질을 포함할 수도 있다. 에어로졸 형성 기재는 담배를 포함할 수도 있고, 바람직하게는, 담배 함유 물질은, 가열시 에어로졸 형성 기재로부터 방출되는 휘발성 담배 향미 화합물을 함유한다. 에어로졸 형성 기재는 균질화된 담배 물질을 포함할 수도 있다.
대안적으로, 에어로졸 형성 기재는 비-담배 함유 물질을 포함할 수도 있다. 에어로졸 형성 기재는 균질화된 식물계 물질을 포함할 수도 있다.
에어로졸 형성 기재는 적어도 하나의 에어로졸 형성제를 포함할 수도 있다. 에어로졸 형성제는, 사용시, 조밀하고도 안정적인 에어로졸의 형성을 용이하게 하며 에어로졸 발생 장치의 작동 온도에서의 열적 감성에 실질적으로 저항하는 것으로 공지되어 있는 임의의 적절한 화합물 또는 화합물들의 혼합물일 수도 있다. 적합한 에어로졸 형성제는 당 기술분야에 잘 공지되어 있고, 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(dimethyl dodecanedioate) 및 디메틸 테트라데칸디오에이트(dimethyl tetradecanedioate)와 같은, 모노-, 디- 또는 폴리카르복실산의 지방족 에스테르를 포함하고 있다. 특히 바람직한 에어로졸 형성제는, 다가 알코올 또는 이들의 혼합물, 예컨대, 트리에틸렌 글리콜, 1,3-부탄디올, 및 가장 바람직하게는, 글리세린이다.
에어로졸 형성 기재는 다른 첨가제 및 향미제와 같은 재료를 포함할 수도 있다.
에어로졸 형성 기재는, 바람직하게는, 니코틴 및 적어도 하나의 에어로졸 형성제를 포함하고 있다. 특히 바람직한 구현예에서, 에어로졸 형성제는 글리세린이다.
용기는 바람직하게는 약 150mg 내지 약 400mg의 에어로졸 형성 기재, 보다 바람직하게는 약 200mg 내지 약 300mg의 에어로졸 형성 기재, 바람직한 구현예에서는, 약 250mg의 에어로졸 형성 기재로 충진된다.
전력 공급부는 배터리일 수 있으며, 다수의 충전 및 방전 사이클이 가능하도록 구성되어 있는 충전지일 수도 있다. 배터리는 리튬계 배터리, 예를 들면, 리튬-코발트, 리튬-철-인산염, 리튬티탄산염 또는 리튬-폴리머 배터리일 수도 있다. 배터리는 대안적으로 니켈-금속 하이브리드 배터리 또는 니켈 카드뮴 배터리일 수도 있다. 배터리 용량은 바람직하게 충전이 필요하기 전에 사용자에 의한 복수 회의 사용을 허용하도록 선택된다. 배터리 용량은 바람직하게 충전이 필요하기 전에 사용자가 최소 20회 사용하기에 충분하다.
대안으로서, 전력 공급부는 콘덴서와 같은 다른 형태의 전하 저장 장치일 수도 있다. 전력 공급부는 재충전이 필요할 수도 있으며 하나 이상의 흡연 경험하기에 충분한 에너지의 저장을 허용하는 용량을 가질 수도 있다; 예를 들면, 전력 공급부는 통상의 궐련을 흡연하는 데에 걸리는 통상적인 시간에 대응하여, 약 6분의 기간 동안, 또는 6분의 2배인 기간 동안 에어로졸의 연속적인 발생을 허용하기에 충분한 용량을 가지고 있을 수도 있다. 다른 실시예에서, 전력 공급부는 미리 정해진 수의 퍼프 또는 히터 조립체의 개별 활성화를 허용하기에 충분한 용량을 가지고 있을 수도 있다.
에어로졸 발생 장치는 바람직하게 제어 전자 장치를 추가로 포함하고 있다. 제어 전자 장치는 바람직하게 전력 공급부로부터 적어도 하나의 히터로 전력을 공급하고 조절하도록 구성되어 있다. 전력은 히터 조립체에 공급되어서 시스템의 활성화를 연속적으로 수반할 수도 있거나, 또는 예를 들면 퍼프마다를 기준으로 간헐적으로 공급될 수도 있다. 전력은 전류 펄스 형태로 히터 조립체에 공급될 수도 있다.
제어 전자 장치는 프로그래밍 가능 마이크로프로세서일 수도 있는 마이크로프로세서를 포함할 수도 있다. 제어 전자 장치는 전자 구성요소들을 더 포함할 수도 있다.
에어로졸 발생 장치는 용기를 수용하기 위한 공동에 인접하여 온도 센서를 추가로 포함하고 있을 수도 있다. 온도 센서는 제어 전자 장치가 작동 온도로 온도를 유지할 수 있도록 하기 위해 제어 전자 장치와 통신한다. 온도 센서는 열전대일 수 있거나, 대안적으로, 적어도 하나의 히터는 온도에 관한 정보를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 이 대안에서, 적어도 하나의 히터의 온도 의존 저항성은 공지되어 있으며, 기술자들에게 공지된 방식으로 적어도 하나의 히터의 온도를 결정하기 위해 사용된다.
에어로졸 발생 장치는 제어 전자 장치와 통신하는 퍼프 검출기를 포함하고 있을 수도 있다. 퍼프 검출기는 바람직하게 사용자가 에어로졸 발생 장치의 마우스피스를 흡인할 때를 검출하도록 구성되어 있다. 제어 전자 장치는 바람직하게 퍼프 검출기로부터의 입력에 의존하여 적어도 하나의 가열 요소로의 전력을 제어하도록 추가로 구성되어 있다.
에어로졸 발생 장치는 바람직하게 스위치 또는 버튼과 같은 사용자 입력을 추가로 포함하고 있다. 이는 사용자가 장치를 켤 수 있도록 한다. 스위치 또는 버튼은 에어로졸 발생을 개시할 수 있거나, 퍼프 검출기로부터의 입력을 대기하도록 제어 전자 장치를 준비시킬 수 있다.
에어로졸 발생 장치는 공동과 다른 구성 요소들을 포함하는 하우징을 추가로 포함하고 있다. 에어로졸 발생 장치의 하우징은 바람직하게 원형 단면을 가진 세장형 실린더와 같이 세장형이다. 상기 하우징은 임의의 적절한 물질 또는 물질들의 조합을 포함할 수도 있다. 적절한 물질의 예로는, 금속, 합금, 플라스틱 또는 그러한 물질들 중 하나 이상을 포함하는 복합 물질, 또는 음식이나 제약에 적용하는 데 적절한 열가소성 물질, 예컨대, 폴리프로필렌, 폴리에테르케톤(PEEK) 및 폴리에틸렌이 있다. 바람직하게, 상기 물질은 경량이며 비-취성(non-brittle)이다.
바람직하게, 상기 에어로졸 발생 시스템은 휴대용이다. 에어로졸 발생 시스템은 통상의 엽궐련 또는 궐련에 필적한 크기를 가질 수도 있다. 흡연 시스템은 대략 30mm와 대략 150mm 사이의 총 길이를 가질 수도 있다. 흡연 시스템은 대략 5mm와 대략 30mm 사이의 외부 직경을 가질 수도 있다.
상기 에어로졸 발생 장치는, 추가 히터를 포함하고 있을 수도 있다. 상기 추가 히터는 용기를 수용하기 위한 공동 내에 제공될 수도 있다. 상기 추가 히터는 전력 공급부로부터 전력을 수신하도록 구성되어 있다. 상기 추가 히터는 에어로졸 발생 기재가 더욱 빨리 작동 온도에 도달할 수 있게 할 수도 있다.
본 발명의 하나의 측면에서의 임의의 특징은 임의의 적절한 조합으로 본 발명의 다른 측면들에 적용될 수도 있다. 특히, 방법 측면들은 장치 측면들에 적용될 수도 있고, 그 반대일 수도 있다. 또한, 하나의 측면에서의 어느 하나, 일부 및/또는 모든 특징은 임의의 적절한 조합으로, 임의의 다른 측면에서의 어느 하나, 일부 및/또는 모든 특징에 적용될 수도 있다.
또한, 본 발명의 임의의 측면들에서 설명되고 정의된 다양한 특징들의 조합이 구현될 수 있고 그리고/또는 공급될 수 있고 그리고/또는 독립적으로 사용될 수도 있음을 이해해야 한다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 단지 예시하기 위한 목적으로 더욱 설명될 것이다.
도 1은, 용기의 내부 구성요소들의 분해도를 도시하고 있다. 용기의 구성요소들은, 관형 요소(100)의 형태로 된 고 보유 방출 물질, 모세관 심지 멤브레인(102), 및 전기 접촉부들(106, 108)을 갖는 전기 가열 요소(104)를 포함하고 있다. 관형 요소(100)는, 액체 에어로졸 발생 기재를 수용하도록 구성되어 있다.
관형 요소(100)의 고 보유 방출 물질은, 예를 들어, 폴리에틸렌-폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 조성물로 형성될 수 있다. 다른 적절한 물질들은, 유리 매트(matted) 섬유 또는 기타 저 밀도 발포체의 다양한 형태들(예를 들어, 폴리에틸렌, 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 또는 천연 셀룰로오스-물질 스폰지)을 포함하고 있다.
고 보유 방출 물질은 제1 및 제2 부분을 포함하고 있을 수도 있고, 그 물질의 제1 부분은 제2 부분과는 다른 물성을 갖는다. 서로 다른 물성은, 높은 또는 낮은 분해 온도, 높은 또는 낮은 심지 능력, 및 큰 또는 작은 흡수 용량일 수도 있다. 예를 들어, 높은 보유가 필요하다면, 기공 직경이 12마이크로미터를 초과하는 물질을 사용할 수 있다. 반면, 액체 전달이 필요하다면, 10 내지 12마이크로미터의 기공 크기를 사용할 수 있다. 높은 열적 안정성 또는 저항이 필요한 경우, 예를 들어, 동작 동안 약 200℃ 내지 250℃의 동작 온도를 사용하는 경우, 유리, 알루미나, 스테인리스 스틸, 실리카, 황마, 아마, 탄소 섬유, 및 아라미드(케블라) 섬유를, 실, 로프, 직물 또는 부직물 매트, 및 섬유 매트 또는 펠트의 형태로 사용할 수 있다. 최대 200℃의 온도에서, 유리 매트 섬유 또는 기타 저 밀도 발포체(예를 들어, 폴리에틸렌, 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 또는 천연 셀룰로오스 물질 스폰지), 및 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 및 폴리에틸렌 테레프탈레이프의 조합 같은 다른 물질들을 사용할 수 있다.
멤브레인(102)은 직물 매트 같은 섬유상 매트로 형성될 수 있다. 섬유들은 알루미나 또는 셀룰로오스로 형성될 수 있다.
전기 가열 요소는, 가열 요소가 스탬핑 공정에 의해 형성될 수 있도록 하는 스테인리스 스틸로 된 것이다.
도 1에 도시한 구성요소들은, 도 2에 도시한 바와 같이 용기(202)의 하우징(200) 내에 수용된다. 용기는 공기 유입부(204) 및 공기 유출부(206)를 더 포함하고 있다. 실질적으로 공기 불투과성의 관형 부분(208)이 관형 요소(100) 내에 제공되어 있다. 관형 부분(208)은 공기 유입부(204)로부터 공기 유출부(206)를 향하여 연장되어 있다. 관형 부분(208)의 길이방향 길이는 관형 요소(100)의 길이방향 길이의 적어도 50%일 수 있지만, 바람직한 예에서는, 그 길이방향 길이가 적어도 약 80%이다. 전기 접촉부들(106, 108)(도 2에는 미도시함)은, 공기 유입부(204) 말단에서 하우징의 외부 말단면 상에 제공되어 있다.
알 수 있듯이, 사용시, 기류 경로는, 공기 유입부(204)로부터 관형 부분(208)을 통해 및 멤브레인(102)을 통해 공기 유출부(206)로 연장되어 있다. 에어로졸 발생 장치의 용기의 작동이 이하에서 상세히 설명된다.
도 3은 대안적인 용기의 내부 구성요소들의 분해도를 도시하고 있다. 상세한 설명 전체에 걸쳐, 유사한 참조 번호들은 유사한 구성요소들을 가리킨다. 도 3의 예는 도 1에 도시한 바와 같은 내부 구성요소들을 포함하고 있지만, 알 수 있듯이, 액체 에어로졸 발생 기재를 수용하기 위한 추가 관형 요소(300)가 멤브레인(102)에 인접하여 제공되어 있다. 도 3에 도시한 내부 구성요소들은 도 2에 도시한 하우징과 유사한 하우징 내에 포함될 수 있다. 관형 요소들(100, 300)의 길이방향 길이는 이 예에서 도시한 바와 같이 동일할 수 있다. 대안적으로, 예를 들어, 관형 요소(100)가 관형 요소(300)와는 다른 액체를 포함하는 경우, 각 요소(100, 300)의 길이방향 길이가 다를 수 있다. 예를 들어, 관형 요소(300)가 향미제를 포함하는 경우, 관형 요소(300)의 길이방향 길이는 관형 요소(100)의 길이방향 길이보다 작을 수 있다.
도 4는 추가 대안적인 용기의 내부 구성요소들의 분해도를 도시하고 있다. 도 4에 도시한 예는, 추가 모세관 심지 멤브레인(400)이 제공되어 있다는 점을 제외하고는 도 3에 도시한 예와 유사하다. 추가 멤브레인(400)은 히터(104) 및 멤브레인(102)과 함께 박층체를 형성하도록 배치된다.
다른 추가 예는, 추가 가열 요소(500)와 추가 모세관 심지 멤브레인(502)이 제공되어 있는 도 5에 도시되어 있다. 추가 가열 요소(500)와 멤브레인(502)은, 멤브레인(102) 층, 가열 요소(104) 층, 멤브레인(400) 층, 가열 요소(500) 층, 및 멤브레인(502) 층을 포함하는 박층체를 형성하도록 배열되어 있다. 가열 요소(500)는 전기 접촉부들(504, 506)을 포함하고 있다. 전기 접촉부들(504, 506)은 가열 요소(104)의 대응하는 레그들에 전기적으로 결합되어 있다. 이러한 식으로, 사용 동안, 전기 접촉부들(106, 108)을 통해 수신되는 전력은 가열 요소(104)와 가열 요소(500) 모두를 가열한다.
도 6은 도 3에 도시한 구성요소들을 포함하는 용기(600)의 개략적인 단면도를 도시하고 있다. 용기는, 하우징(602), 공기 유입부(604), 및 공기 유출부(606)를 포함하고 있다. 실질적으로 공기 불투과성의 관형 부분(608)은 관형 요소(100) 내에 제공되어 있다. 관형 부분(608)은 공기 유입부(604)로부터 공기 유출부(606)를 향하여 연장되어 있다. 관형 부분(608)의 길이방향 길이는, 관형 요소(100)의 길이방향 길이의 적어도 50%일 수 있지만, 바람직한 예에서, 길이방향 길이는 적어도 약 80%이다. 전기 접촉부들(106, 108)(도 2에는 미도시함)은, 공기 유입부(604) 말단에서 하우징의 외부 말단면 상에 제공되어 있다.
알 수 있듯이, 사용시, 기류 경로는, 공기 유입부(604)로부터 관형 부분(608)을 통해, 멤브레인(102)을 통해, 관형 부분(300)을 통해 공기 유출부(606)로 연장되어 있다. 에어로졸 발생 장치의 용기의 작동이 이하에서 상세히 설명된다.
가열 요소(104, 500)와 멤브레인(102, 400)의 단면도인 도 7에 도시한 바와 같이, 가열 요소(104, 500)를 형성하는 데 사용되는 전기 저항 물질은 세장형 단면 형상을 갖는다. 이 예에서의 세장형 단면 형상은 직사각형이다. 알 수 있듯이, 메니스커스(700)는 가열 요소의 에지 상에 형성된다. 또한, 메니스커스(702)는 가열 요소의 노출면 상에 형성된다. 이러한 식으로, 가열 요소에 인접하는 액체의 볼륨은, 종래의 가열 요소에 비해 증가되고, 따라서, 액체가 더욱 효율적으로 증발될 수 있다.
종래의 가열 요소(800)는 도 8에 도시되어 있다. 알 수 있듯이, 메니스커스(802)는 가열 요소의 측면에만 형성되고, 노출면 상에는 형성되지 않는다.
도 9는 가열 요소(104, 500) 및 도 7에 도시한 단면 A-A를 도시하고 있다.
전기 가열 요소(104, 500)는, 스테인리스 스틸 같은 전기 저항 물질을 스탬핑한 후 스탬핑된 가열 요소를 멤브레인에 부착하여 형성된다.
도 10은, 전술한 바와 같이 용기와 함께 사용하도록 구성되어 있는 에어로졸 발생 장치(1000)의 단면도를 도시하고 있다. 장치는, 전력 공급부(1004)을 구비하는 외측 하우징(1002), 제어 회로(1006), 및 전술한 바와 같이 용기(202, 600)를 수용하기 위한 공동(1008)를 포함하고 있다. 하우징(1002)은, 폴리프로필렌 같은 열가소성제로 형성된다. 장치(1000)는, 공동(1008)의 말단에 제공되는 전기 접촉부들(1010)을 더 포함하고 있다. 전기 접촉부들은, 전력이 전력 공급부(1004)으로부터 가열 요소(104, 500)에 제공될 수 있게끔 용기의 전기 접촉부들을 연결하도록 구성되어 있다. 전기 접촉부들(1016)은, 용기가 임의의 회전 배향으로 삽입될 수 있도록 실질적으로 연속적인 동심 링들일 수 있고, 또는 단일 접촉부들일 수 있고, 용기는, 전기 연결이 이루어지는 것을 확실히 하게끔 한 회전 배향으로만 삽입될 수 있도록 공동에 대하여 키(key) 역할을 할 수 있다.
하우징은, 또한, 공동(1008)와 유체 연통하는 적어도 하나의 공기 유입부(1012)를 포함하고 있다. 적어도 하나의 공기 유입부는, 천공부의 형태로 하우징의 둘레 주위에 배열된 복수의 공기 유입부일 수도 있다.
사용시, 사용자는 용기(202, 600)를 공동(1008) 내에 삽입한다. 전기 연결이 이루어지고, 사용자는, 스위치(미도시함)를 활성화하거나 장치를 퍼프하여 장치를 활성화할 수 있다. 장치가 퍼프에 의해 활성화되는 경우, 마이크로폰 같은 퍼프 센서, 또는 가열 요소의 저항이나 저항률의 측정을 제공하고 있다. 퍼프 검출시, 전력 또는 추가 전력은, 경우에 따라, 사용자에 의해 후속하여 흡입되는 액체 에어로졸 발생 기재를 증발시키도록 가열 요소에 제공되어 있다. 제어 회로(1006)는, 가열 요소의 온도가 동작 온도에서 유지되게끔 가열 요소에 제공되는 전력을 제어하도록 구성되어 있다.
사용자가 장치를 퍼프함에 따라, 공기가 공기 유입부(1012)를 통해 장치 내로 흡인되고, 이어서, 공기는 전술한 바와 같이 기류 경로를 따라 진행한다. 공기가 공기 투과성 멤브레인(102, 400, 502)을 통과함에 따라, 증발된 에어로졸 발생 기재가 연행된다. 알 수 있듯이, 이 예에서, 용기(202, 600)는, 관형 요소(300)의 공기 유출부와 유체 연통하고 이에 따라 에어로졸이 사용자에 의해 흡입되는 마우스피스(1014)를 더 구비한다.
위 예들에서, 에어로졸 발생 장치는, 전기 흡연 장치며, 관형 요소들(100, 300) 상에 보유되는 액체 에어로졸 발생 기재는, 니코틴, 및 글리세린 또는 프로필렌 글리콜 같은 에어로졸 형성기를 포함하고 있다
가열 요소와 멤브레인의 제조 공정을 도 11을 참조하여 설명한다.
도 11a는 모세관 심지 멤브레인 물질의 웹을 포함하는 보빈(1100)을 도시하고 있다. 모세관 심지 멤브레인 물질은, 미리 스탬핑된 가열 요소(1102)를 수용하도록 구성되어 있다. 적절한 다이 및 펀치 구조를 이용하여 가열 요소를 스탬핑할 수 있다. 따라서, 도 11a에 도시한 공정 단계에서는, 다수의 가열 요소를 갖는 모세관 심지 멤브레인 물질의 실질적으로 연속적인 웹을 형성한다.
도 11b는 공정의 다음 단계를 도시하고 있다. 모세관 심지 멤브레인 물질의 웹을, 펀치(1104)와 다이를 사용하여 개별적인 디스크들(1106)로 절단하며, 각 디스크는 가열 요소를 갖는다. 디스크들은, 관형 요소의 직경과 실질적으로 같은 직경을 갖는다.
도 11c는, 용기 내에 삽입되도록 멤브레인과 가열 요소 디스크(102)가 관형 요소(100)에 부착되는 것을 도시하고 있다. 이어서, 관형 요소를 용기의 케이싱 내에 삽입하고, 액체를 관형 요소에 첨가한다.
본 발명에 따른 히터 조립체를 포함하고 있는 다른 카트리지 디자인들이 이제 당업자에게 이해될 수 있다.
전술한 예시적인 구현예들은 예시일 뿐이며 한정적인 것이 아니다. 상기한 예시적인 구현예들의 관점에서, 이제 상기 예시적인 구현예와 일치하는 다른 구현예들이 당업자에게 명백할 것이다.
100,300,500: 관형 요소
102,400,502: 멤브레인
104,500,800: 전기 가열 요소
106,108,504,506,1010,1016: 전기 접촉부
200,602: 하우징
202,600: 용기
204,604,1012: 공기 유입부
206,606: 공기 유출부
208,608: 관형 부분
700,702: 메니스커스
1000: 에어로졸 발생 장치
1002: 외측 하우징
1004: 전력 공급부
1006: 제어 회로
1008: 공동
1014: 마우스피스
1100: 보빈
1102: 가열 요소
1104: 펀치
1106,102: 디스크

Claims (14)

  1. 전기 가열식 에어로졸 발생 장치에서 사용하기 위한 에어로졸 발생 기재용 용기로, 상기 용기는,
    적어도 하나의 공기 유입부와 적어도 하나의 공기 유출부를 갖는 케이싱;
    에어로졸 발생 기재를 수착하기 위한 관형 액체 보유 요소;
    적어도 하나의 전기 히터를 포함하는 공기 투과성 모세관 심지 멤브레인; 및
    상기 관형 액체 보유 요소 내에 제공되고, 상기 적어도 하나의 공기 유입부로부터 상기 멤브레인을 향하여 연장되어 있는 관형 요소;를 포함하고,
    여기서 상기 멤브레인은 상기 관형 액체 보유 요소의 말단면 상에 제공되어 있어서, 기류 경로가 상기 적어도 하나의 공기 유입부로부터 상기 멤브레인의 일부를 통해 상기 적어도 하나의 공기 유출부로 제공되어 있으며,
    상기 관형 요소의 길이방향 길이는 상기 관형 액체 보유 요소의 길이방향 길이와 동일한, 용기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전기 히터는 상기 기류 경로 내의 상기 멤브레인의 일부 상에 제공되어 있는, 용기.
  3. 제1항에 있어서, 사용시, 상기 멤브레인은 상기 관형 액체 보유 요소의 하류 말단에 제공되어 있는, 용기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 관형 액체 보유 요소의 말단에 인접하여 제공되어 있는 추가 관형 액체 보유 요소를 더 포함해서, 상기 멤브레인은 상기 관형 액체 보유 요소들 사이에 제공되어 있는, 용기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전기 히터에 인접하여 제공되는 추가 공기 투과성 모세관 심지 멤브레인을 더 포함하여서, 상기 멤브레인, 상기 적어도 하나의 전기 히터, 및 상기 추가 멤브레인을 배열하여 박층체가 형성되고, 상기 적어도 하나의 전기 히터는 상기 멤브레인과 상기 추가 멤브레인 내에 캡슐화되는, 용기.
  6. 제5항에 있어서, 상기 추가 멤브레인 상에 제공되어 있는 추가 전기 히터를 더 포함하는, 용기.
  7. 제6항에 있어서, 상기 추가 전기 히터는 상기 적어도 하나의 전기 히터에 전기적으로 결합되어 있는, 용기.
  8. 제6항에 있어서, 상기 추가 전기 히터에 인접하여 제공되는 다른 추가 공기 투과성 모세관 심지 멤브레인을 더 포함하여서, 상기 추가 멤브레인, 상기 추가 전기 히터, 및 상기 다른 추가 멤브레인을 배열하여 박층체가 형성되고, 상기 추가 전기 히터는 상기 추가 멤브레인과 상기 다른 추가 멤브레인 내에 캡슐화되는, 용기.
  9. 제1항에 있어서, 각각의 전기 히터는 세장형의 단면 형상을 가지는, 용기.
  10. 제8항에 있어서, 각각의 전기 히터는 직사각형 단면 형상을 가지는, 용기.
  11. 제1항에 있어서, 각각의 전기 히터는 두 개의 전기 접촉부를 포함하되, 상기 전기 접촉부들은 상기 전기 히터로부터 상기 케이싱의 외부면으로 연장되어 있는, 용기.
  12. 제11항에 있어서, 상기 전기 접촉부들은 상기 케이싱의 외부 말단면으로 연장되어 있는, 용기.
  13. 전기 가열식 에어로졸 발생 장치로,
    전력 공급부;
    에어로졸 형성 기재를 함유하는 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 용기를 수용하기 위한 공동;
    상기 전력 공급부에 연결되고, 상기 전력 공급부를 용기의 전기 히터에 결합하도록 구성되어 있는 전기 접촉부들; 및
    용기가 상기 공동 내에 수용될 때 상기 용기의 적어도 하나의 공기 유입부에 결합되도록 구성되어 있는 공기 유입부를 포함하는, 전기 가열식 에어로졸 발생 장치.
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