KR102881182B1 - 누출 방지 기능을 갖는 에어로졸 발생 시스템 및 카트리지 - Google Patents

누출 방지 기능을 갖는 에어로졸 발생 시스템 및 카트리지

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KR102881182B1
KR102881182B1 KR1020217020243A KR20217020243A KR102881182B1 KR 102881182 B1 KR102881182 B1 KR 102881182B1 KR 1020217020243 A KR1020217020243 A KR 1020217020243A KR 20217020243 A KR20217020243 A KR 20217020243A KR 102881182 B1 KR102881182 B1 KR 102881182B1
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Abstract

에어로졸 발생 시스템(100)은: 에어로졸 발생 기재를 응축된 형태로 유지하는 저장조(23); 공기 유입구(15), 공기 유출구(26), 공기 유입구와 공기 유출구 사이에서 연장되는 기류 통로(24), 및 챔버(33)를 포함하는 하우징(11); 기류 통로에 대해 전체적으로 평행하게 연장되고, 일측은 저장조와 유체 연통하며 타측은 챔버와 유체 연통하며, 응축된 형태의 에어로졸 발생 기재를 가열하여 챔버 내에서 증기를 발생시키도록 구성되는, 액체 투과성 가열 요소(32); 및 기류 통로에 대해 전체적으로 평행하게 연장되고, 일측은 챔버와 유체 연통하고 타측은 기류 통로와 유체 연통하는, 기체 투과성 요소(34)를 포함한다. 유리하게는, 기체 투과성 요소는 증기가 기류 통로 내로 운반되는 것을 허용할 수 있고, 응축된 형태의 에어로졸 발생 기재가 기류 통로 내로 운반되는 것을 억제할 수 있다. 증기는 기류 통로 내에서 적어도 부분적으로 에어로졸로 응축될 수 있다.

Description

누출 방지 기능을 갖는 에어로졸 발생 시스템 및 카트리지
본 발명은 에어로졸 발생 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로는 사용자가 흡입하기 위한 에어로졸을 생성하는 에어로졸 발생 시스템에 관한 것이다.
본원의 제1 양태에서, 에어로졸 발생 시스템이 제공되며, 상기 시스템은:
에어로졸 발생 기재를 응축된 형태로 유지하는 저장조;
공기 유입구, 공기 유출구, 공기 유입구와 공기 유출구 사이에서 연장되는 기류 통로, 및 챔버를 포함하는 하우징;
기류 통로에 대해 전체적으로 평행하게 연장되는 액체 투과성 가열 요소로서, 일측은 저장조와 유체 연통하고 타측은 챔버와 유체 연통하며, 응축된 형태의 에어로졸 발생 기재를 가열하여 챔버 내에서 증기를 발생시키도록 구성되는, 액체 투과성 가열 요소; 및
기류 통로에 대해 전체적으로 평행하게 연장되는 기체 투과성 요소로서, 일측은 챔버와 유체 연통하고 타측은 기류 통로와 유체 연통하는, 기체 투과성 요소를 포함한다.
유리하게는, 기체 투과성 요소는 증기가 기류 통로 내로 운반되는 것을 허용하도록 구성될 수 있고, 응축된 형태의 에어로졸 발생 기재가 기류 통로 내로 운반되는 것을 억제할 수 있도록 구성될 수 있다. 증기는 기류 통로 내에서 적어도 부분적으로 에어로졸로 응축될 수 있다. 기체 투과성 요소는 챔버 내에서 발생된 증기의 실질적으로 전부를 기류 통로 내로 운반하도록 구성될 수 있다. 유리하게는, 챔버 내에서 발생된 증기의 실질적으로 전부가 기류 통로 내에서 에어로졸로 응축된다.
기체 투과성 요소는 메시를 포함할 수 있다. 임의로, 메시는 소수성일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 메시는 임의로 약 10 μm 내지 100 μm의 직경을 갖는 와이어로 형성될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 일부 구성에서, 에어로졸 발생 기재는 임의로 니코틴을 포함한다.
추가적으로 또는 대안적으로, 일부 구성에서, 하우징은 저장조가 배치되는 마우스피스를 포함한다.
추가적으로 또는 대안적으로, 일부 구성에서, 하우징은 액체 투과성 가열 요소 및 기체 투과성 요소를 서로 이격된 관계로 유지하는 분무기 조립체를 포함한다. 임의로, 분무기 조립체는 기류 통로에 대해 전체적으로 평행하게 연장되는 뚜껑을 추가로 포함할 수 있다. 기체 투과성 요소는 임의로 뚜껑과 가열 요소 사이에 배치될 수 있다. 임의로, 뚜껑은 뚜껑의 회전에 반응하여 기류 통로를 차단하도록 구성되는 돌출부를 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 뚜껑은 임의로, 키를 수용하도록 구성된 슬롯을 추가로 포함할 수 있다. 뚜껑은 임의로 키를 슬롯에 넣어 체결한 다음 키를 회전시키는 것에 반응하는 회전식일 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 일부 구성에서, 기류 통로의 제1 부분은 임의로 마우스피스 내에 정의되고 기류 통로의 제2 부분은 분무기 조립체 내에 정의된다.
추가적으로 또는 대안적으로, 일부 구성에서, 기류 통로는 임의로 공기 유입구와 공기 유출구 사이에서 직선으로 연장된다. 이는 구성 및 조립을 단순화할 수 있게 하며, 기류 경로 내의 특정 위치에서 응축물이 모일 가능성을 감소시킬 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 일부 구성에서, 가열 요소는 임의로 메시 가열 요소이다.
추가적으로 또는 대안적으로, 일부 구성에서, 에어로졸 발생 시스템은 전력 공급부 및 전력 공급부에 연결된 제어 회로를 포함하는 임의 장치부를 추가로 포함한다. 장치부는 임의로 하우징에 결합되어 전력 공급부로부터 가열 요소로의 전력 공급을 허용할 수 있다.
본원의 또 다른 양태에서, 에어로졸을 발생시키는 방법이 제공된다. 상기 방법은:
저장조에 의해, 에어로졸 발생 기재를 응축된 형태로 유지하는 단계;
액체 투과성 가열 요소에 의해, 상기 에어로졸 발생 기재를 가열하여 챔버 내에서 증기를 발생시키는 단계;
기체 투과성 요소에 의해, 증기가 기류 통로 내로 운반되는 것을 허용하는 단계;
기체 투과성 요소에 의해, 에어로졸 발생 기재의 응축된 형태가 기류 통로 내로 운반되는 것을 억제하는 단계; 및
기류 통로 내에서, 증기로 에어로졸로 적어도 부분적으로 응축시키는 단계를 포함할 수 있다.
유리하게는, 가열 요소는 하우징 내에서 기류 통로에 대해 전체적으로 평행하게 연장될 수 있다. 하우징은 공기 유입구, 공기 유출구, 공기 유입구와 공기 유출구 사이에서 연장되는 기류 통로, 및 챔버를 추가로 포함할 수 있다. 가열 요소의 일측은 저장조와 유체 연통할 수 있고, 가열 요소의 타측은 챔버와 유체 연통할 수 있다. 기체 투과성 요소는 기류 통로에 대해 전체적으로 평행하게 연장될 수 있고, 기체 투과성 요소의 일측은 챔버와 유체 연통하고, 기체 투과성 요소의 타측은 기류 통로와 유체 연통한다. 상기 방법은 본원에 제공된 시스템을 사용하여 적절히 구현될 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다.
본 시스템 및 방법은 임의의 특징 및 구성의 임의의 적절한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기체 투과성 요소가 메시를 포함하는 경우, 메시는 스테인리스 강과 같은 내부식성 물질로 유리하게 형성될 수 있다. 메시는, 메시의 소수성 또는 소유성을 증가시키는 물질로 코팅될 수 있다. 예를 들어, 탄화규소, 산화규소, 플루오로중합체, 산화티타늄, 또는 산화알루미늄으로 이루어진 나노-코팅이 액상 증착, 기상 증착, 또는 열 플라즈마 증착에 의해, 메시에 도포되거나, 메시를 필라멘트로 형성하기 전에 필라멘트에 도포될 수 있다.
기체 투과성 요소가 복수의 필라멘트로 형성된 메시를 포함하는 경우, 필라멘트는 서로 접촉하는 필라멘트 사이의 각도가 대략 90°가 되도록 정사각형 직조로 배열될 수 있다. 그러나, 서로 접촉하는 필라멘트 사이에 다른 각도가 사용될 수 있다. 바람직하게는, 서로 접촉하는 필라멘트 사이의 각도는 30° 내지 90°이다. 복수의 필라멘트는 직조 직물 또는 부직포를 포함할 수 있다.
에어로졸 발생 시스템은 에어로졸 형성 기재를 유지하기 위한 저장조(기재 챔버)를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 실온에서 액체일 수 있다. 그 경우, 저장조는 액체 저장조로서 설명될 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 실온에서 고형분과 같은 또 다른 응축된 형태일 수 있거나, 실온에서 겔과 같은 또 다른 응축된 형태일 수 있거나, 실온에서 액체와 같은 또 다른 응축된 형태일 수 있다. 에어로졸 발생 요소는 적어도 부분적으로, 저장조와 기류 통로 사이에 제공될 수 있다.
에어로졸 발생 요소는 가열 요소를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재를 가열하면 에어로졸 형생 기재로부터 휘발성 화합물이 증기로써 방출될 수 있다. 그런 다음, 증기는 기류 내에서(예컨대 기류 통로 내에서) 냉각되어 에어로졸을 형성할 수 있다.
가열 요소는 저항 가열에 의해 작동하도록 구성될 수 있다. 즉, 가열 요소는 전류가 가열 요소를 통과할 때 열을 발생시키도록 구성될 수 있다.
가열 요소는 유도 가열에 의해 작동되도록 구성될 수 있다. 즉, 가열 요소는, 작동 시 서셉터에서 유도되는 와전류(eddy current)에 의해 가열되는 서셉터를 포함할 수 있다. 히스테리시스 손실도 유도 가열에 기여할 수 있다.
가열 요소는 전도에 의해 에어로졸 형성 기재를 가열하도록 배열될 수 있다. 가열 요소는 에어로졸 형성 기재와 유체 연통할 수(예를 들어, 직접 또는 간접 접촉할 수) 있다. 예를 들어, 가열 요소는 저장조와 유체 연통할 수(예를 들어, 직접 또는 간접 접촉할 수) 있다. 가열 요소는 대류에 의해 에어로졸 형성 기재를 가열하도록 배열될 수 있다. 특히, 가열 요소는 에어로졸 형성 기재를 연속적으로 통과하거나 이를 연속적으로 지나가는 공기의 흐름을 가열하도록 구성될 수 있다.
가열 요소는 액체 투과성(유체 투과성)일 수 있다. 특히, 가열 요소는 증기가 에어로졸 형성 기재로부터 가열 요소를 통과해 챔버로 들어가게 할 수 있다. 가열 요소는 챔버와 저장조 사이에 위치되거나, 저장조에 결합된 채널과 챔버 사이에 위치되거나, 저장조에 결합된 하나 이상의 운반 매체(예컨대 모세관 물질)와 챔버 사이에 위치될 수 있다. 가열 요소는 저장조로부터 챔버를 분리할 수 있거나, 상기 채널로부터 챔버를 분리할 수 있거나, 상기 하나 이상의 운반 매체로부터 챔버를 분리할 수 있다. 가열 요소의 일측은, 챔버와 유체 연통할 수(예를 들어, 직접 또는 간접 접촉할 수) 있고, 가열 요소의 타측은 에어로졸 발생 기재(에어로졸 형성 기재)와 유체 연통할 수(예를 들어, 직접 또는 간접 접촉할 수) 있다.
일부 구현예에서, 가열 요소는 전체적으로 편평한 유체 투과성 가열 요소, 예컨대 메시, 천공된 플레이트 또는 천공된 호일이다.
가열 요소는 복수의 도전성 필라멘트들로 형성된 메시를 포함할 수 있다. 도전성 필라멘트는 필라멘트들 사이의 간극을 정의할 수 있고, 이 간극은 10 μm 내지 100 μm의 폭을 가질 수 있다. 바람직하게는, 필라멘트들은 간극에서 모세관 작용을 유발하므로, 사용시, 기화될 액체 에어로졸 형성 기재가 간극 내로 흡인되어, 히터 조립체와 액체 간의 접촉 면적이 증가한다.
도전성 필라멘트는 160 내지 600 메시 US(± 10%) 크기(즉, 인치당 160 내지 600 개의 필라멘트(± 10%))의 메시를 형성할 수 있다. 간극의 폭은, 바람직하게는 75 μm 내지 25 μm이다. 메시 총 면적에 대한 간극 면적의 비율인 메시의 개방 면적 백분율은 바람직하게는 25% 내지 56%이다. 메시는 상이한 유형의 직조(weave) 또는 격자(lattice) 구조를 사용하여 형성될 수 있다. 대안적으로, 도전성 필라멘트는 서로 평행하게 배열된 필라멘트의 어레이로 이루어진다.
도전성 필라멘트는 8 μm 내지 100 μm, 바람직하게는 8 μm 내지 50 μm, 더 바람직하게는 8 μm 내지 39 μm의 직경을 가질 수 있다.
도전성 필라멘트로 이루어진 메시, 어레이, 또는 직물의 면적은 작을 수 있고, 바람직하게는 25 mm2 이하일 수 있어, 핸드헬드 시스템에 통합될 수 있다. 도전성 필라멘트로 이루어진 메시, 어레이, 또는 직물은, 예를 들어 직사각형일 수 있고 5 mm x 2 mm의 치수를 가질 수 있다.
도전성 필라멘트들은 임의의 적절한 도전성 물질을 포함할 수 있다. 적절한 물질은: 도핑된 세라믹과 같은 반도체; (예를 들어, 이규화 몰리브덴와 같은) 전기 "전도성" 세라믹; 탄소; 흑연; 금속; 금속 합금; 및 세라믹 물질과 금속 물질로 이루어진 복합 물질을 포함하지만 이들로 한정되지는 않는다. 이러한 복합 물질은 도핑된 세라믹 또는 도핑되지 않은 세라믹을 포함할 수 있다. 적합한 도핑된 세라믹의 예는 도핑된 탄화규소를 포함한다. 적합한 금속의 예는 티타늄, 지르코늄, 탄탈륨 및 백금족의 금속을 포함한다. 적합한 금속 합금의 예는 스테인리스강, 콘스탄탄(Constantan), 니켈-, 코발트-, 크롬-, 알루미늄-, 티타늄-, 지르코늄-, 하프늄-, 니오븀-, 몰리브데넘-, 탄탈륨-, 텅스텐-, 주석-, 갈륨-, 망간-, 및 철-함유 합금, 및 니켈, 철, 코발트, 스테인리스강-계 초합금, Timetal®, 철-알루미늄계 합금, 및 철-망간-알루미늄계 합금을 포함한다. Timetal®은 Titanium Metals Corporation의 등록 상표이다. 필라멘트는 하나 이상의 절연체로 코팅될 수 있다. 도전성 필라멘트용으로 바람직한 재료는, 304, 316, 304L, 316L 스테인리스강 및 흑연이다.
히터 요소의 도전성 필라멘트들로 이루어진 메시, 어레이, 또는 직물의 전기 저항은 바람직하게 0.3 내지 4 옴(Ohms)이다. 더욱 바람직하게, 도전성 필라멘트들의 메시, 어레이, 또는 직물의 전기 저항은 0.5 내지 3 옴, 더욱 바람직하게는 약 1 옴이다.
시스템은 가열 요소에 고정된 전기 접점을 포함할 수 있다. 전류는 전기 접점을 통해 가열 요소로 전달되고 가열 요소로부터, 예를 들어, 하우징이 탈착식으로 결합될 수 있는 장치부로부터 전달될 수 있다. 도전성 필라멘트로 이루어진 메시, 어레이, 또는 직물의 전기 저항은 바람직하게는 전기 접점의 전기 저항보다 적어도 수십 배, 더 바람직하게는 수백 배 더 크다. 이는 가열 요소에 의해서 열이 발생되고 전기 접점에 의해서는 열이 발생되지 않도록 한다.
에어로졸 발생 요소는 가열 이외의 방법에 의해 에어로졸 형성 기재를 분무할 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 발생 요소는 진동 멤브레인을 포함할 수 있거나, 에어로졸 형성 기재가 미세 메시를 통과하게 할 수 있다.
저장조(에어로졸 형성 기재 챔버)는 가열 요소 또는 다른 에어로졸 발생 요소에 대한 에어로졸 형성 기재의 공급을 보장하도록 구성된 모세관 물질 또는 다른 액체 유지 물질을 포함하거나 이에 결합될 수 있다.
모세관 물질은 섬유상 구조 또는 스펀지 구조를 가질 수 있다. 모세관 물질은, 바람직하게는 모세관 다발을 포함한다. 예를 들어, 모세관 물질은 복수의 섬유 또는 실(thread)을 포함하거나, 기타 미세 보어관을 포함할 수 있다. 섬유 또는 실은 액체를 히터 또는 다른 에어로졸 발생 요소에 운반하도록 전체적으로 정렬될 수 있다. 대안적으로, 모세관 물질은 스펀지류 또는 발포체류의 물질을 포함할 수 있다. 모세관 물질의 구조는 액체가 모세관 작용에 의해 수송될 수 있는 복수의 작은 보어 또는 관을 형성한다. 모세관 물질은 임의의 적합한 물질 또는 물질의 조합을 포함할 수 있다. 적합한 물질의 예는 스펀지 또는 발포체 물질, 섬유 또는 소성된 분말 형태의 세라믹계 또는 그래파이트계 물질, 발포된 금속 또는 플라스틱 물질, 예를 들어 셀룰로스 아세테이트, 폴리에스테르, 또는 결합된 폴리올레핀, 폴리에틸렌, 테릴렌 또는 폴리프로필렌 섬유, 나일론 섬유 또는 세라믹과 같은 방사되거나 압출된 섬유로 만들어진 섬유상 물질이다.
모세관 물질은 가열 요소의 도전성 필라멘트들과 예를 들어, 직접 또는 간접적 접촉인 접촉인 유체 연통하고 있을 수 있다. 모세관 물질은 필라멘트 사이의 간격 내로 연장될 수 있다. 가열 요소는, 모세관 작용에 의해 액체 에어로졸 형성 기재를 간격 내로 흡인할 수 있다.
하우징은 2개 이상의 서로 다른 모세관 물질(둘 이상의 운반 매체)를 함유할 수 있고, 여기서 가열 요소와 접촉하는 제1 모세관 물질은 높은 열 분해 온도를 가지고, 제1 모세관 물질과 접촉하지만 가열 요소와는 접촉하지 않는 제2 모세관 재료는 낮은 열 분해 온도를 가진다. 제1 모세관 재료는 가열 요소를 제2 모세관 재료로부터 분리하는 스페이서로서 효과적으로 작용하여, 제2 모세관 재료는 그의 열 분해 온도를 초과하는 온도에 노출되지 않는다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "열 분해 온도"는, 재료가 분해되어 기체 부산물의 생성에 의해 질량을 잃기 시작하는 온도를 의미한다. 제2 모세관 물질은, 제1 모세관 물질보다 큰 용적을 유리하게 점유할 수 있고, 제1 모세관 물질의 에어로졸 형성 기재보다 많은 에어로졸 형성 기재를 보유할 수 있다. 제2 모세관 물질은 제1 모세관 물질보다 뛰어난 수분 운반(wicking) 성능을 가질 수 있다. 제2 모세관 물질은 제1 모세관 물질보다 덜 비싸거나 높은 충진 성능을 가질 수 있다. 제2 모세관 물질은 폴리프로필렌일 수 있다.
에어로졸 발생 시스템은 챔버를 정의하는 내부 하우징부를 포함할 수 있다. 내부 하우징부는 외부 하우징부에 수용될 수 있다. 외부 하우징 부분은 사용자가 공기 유입구로부터 기류 통로를 통해 공기 유출구로 공기를 흡인하기 위해 퍼핑하는 마우스피스를 포함할 수 있다. 기체 투과성 요소는 내부 하우징부 상에 위치될 수 있다. 기체 투과성 요소는 챔버와 기류 채널 사이에 위치될 수 있다. 기체 투과성 요소는 챔버를 기류 채널로부터 분리할 수 있다. 기체 투과성 요소의 일측은 챔버와 유체 연통할 수(예를 들어, 직접 또는 간접적으로 접촉할 수) 있고, 기체 투과성 요소의 타측은 기류 통로와 유체 연통할 수(예를 들어, 직접 또는 간접적으로 접촉할 수) 있다. 기체 투과성 요소는 클램핑에 의해 내부 하우징부에 고정될 수 있다. 예를 들어, 기체 투과성 요소는 2개의 하우징부 사이에 클램핑될 수 있다. 기체 투과성 요소는 오버몰딩(overmoulding)에 의해 내부 하우징부에 고정될 수 있다. 즉, 내부 하우징부의 일부가 기체 투과성 요소 주위에 성형될 수 있다.
에어로졸 발생 시스템은 하나 이상의 공기 유입구를 포함할 수 있고, 임의로 복수의 공기 유입구를 포함할 수 있다. 에어로졸 발생 시스템은 공기 유출구를 포함할 수 있고, 임의로 복수의 공기 유출구를 포함할 수 있다.
에어로졸 발생 시스템은 외부 하우징부를 가질 수 있다. 외부 하우징부는 사용자가 한 손으로 잡을 수 있도록 구성될 수 있다. 외부 하우징부는 플라스틱 재료 또는 금속으로 형성될 수 있다.
에어로볼 발생 시스템은 에어로졸 형성 기재로 리필할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 실온에서 액체일 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 실온에서 겔 또는 액체일 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 캡슐 또는 정제의 형태로 제공될 수 있거나, 미립자 형태로 제공될 수 있다.
에어로졸 형성 기재는 에어로졸을 형성할 수 있는 휘발성 화합물을 방출할 수 있는 기재이거나 이를 포함할 수 있다. 휘발성 화합물은 에어로졸 형성 기재를 가열함으로써 방출될 수 있다.
에어로졸 형성 기재는 식물계 재료를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 담배를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는, 가열될 때 에어로졸 형성 기재로부터 방출되는 휘발성 담배 향미 화합물을 함유하는 담배 함유 재료를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 대안적으로 비-담배 함유 재료를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 균질화된 식물계 재료를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 균질화된 담배 재료를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 적어도 하나의 에어로졸 형성제를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성제는, 사용 시 치밀하고 안정적인 에어로졸의 형성을 용이하게 하고 시스템의 작동 온도에서 열 감성에 대하여 실질적으로 견디는 임의의 적절한 공지된 화합물 또는 화합물들의 혼합물이다. 적합한 에어로졸 형성제는 당업계에 잘 공지되어 있으며, 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 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 바람직한 에어로졸 형성제는 다가 알코올 또는 그의 혼합물, 예컨대 트리에틸렌 글리콜, 1,3-부탄디올이며, 가장 바람직하게는 글리세린이다. 에어로졸 형성 기재는 향미제 및 물과 같은 다른 첨가제 및 성분을 포함할 수 있다.
시스템은, 히터 요소와 전원에 연결된 전기 회로를 추가로 포함할 수 있고, 전기 회로는, 가열 요소 또는 가열 요소의 하나 이상의 필라멘트의 전기 저항을 모니터링하고, 가열 요소 전기 저항 또는 특히 하나 이상의 필라멘트의 전기 저항에 따라 전력 공급원으로부터 가열 요소로의 전력 공급을 제어하도록 구성된다. 임의로, 전기 회로 및 전력 공급원은 하우징이 탈착식으로 결합될 수 있는 장치부 내에 배치될 수 있다.
전기 회로는 제어를 제공할 수 있는 마이크로프로세서 또는 다른 전기 회로를 포함할 수 있으며, 상기 마이크로프로세서는 프로그래밍 가능한 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 또는 주문형 반도체(ASIC)일 수 있다. 전기 회로는 추가 전자 부품을 포함할 수 있다. 전기 회로는 가열 요소 또는 다른 에어로졸 발생 장치에 대한 전력 공급을 조절하도록 구성될 수 있다. 전력은 시스템의 작동에 이어서 가열 요소에 연속적으로 공급될 수 있거나, 간헐적으로, 예컨대 퍼핑할 때마다(puff by puff) 공급될 수 있다. 전력은 전류 펄스의 형태로 가열 요소에 공급될 수 있다.
시스템은 전동식 흡연 시스템일 수 있다. 시스템은 핸드헬드식 에어로졸 발생 시스템일 수 있다. 에어로졸 발생 시스템은 통상의 엽궐련 또는 궐련에 상응하는 크기를 가질 수 있다. 흡연 시스템은 대략 30 mm 내지 대략 150 mm의 총 길이를 가질 수 있다. 흡연 시스템은 대략 5 mm 내지 대략 30 mm의 외경을 가질 수 있다.
상기 시스템은 유리하게는 하우징의 본체 내에 또는 하우징의 본체에 결합될 수 있는 장치부 내에 전력 공급부, 통상적으로 인산철리튬 배터리와 같은 배터리를 포함한다. 대안으로서, 전력 공급부는 커패시터와 같은 전하 저장 장치의 다른 형태일 수 있다. 전력 공급부는 재충전을 필요로 할 수 있고 한 번 이상의 흡연 체험을 위해 충분한 에너지의 저장을 허용하는 용량을 가질 수 있다. 예를 들면, 전력 공급부는 통상의 궐련을 흡연하는 데 걸리는 통상적인 시간에 상응하는 약 6분의 기간 동안, 또는 6분의 여러 배의 기간 동안 연속적으로 에어로졸을 발생시키기에 충분한 용량을 가질 수 있다. 다른 예에서, 전력 공급부는 소정 회수의 퍼프 또는 이산된 히터의 활성화를 허용하기에 충분한 용량을 가질 수도 있다.
에어로졸 발생 시스템은 카트리지 및 장치부를 포함할 수 있으며, 카트리지는 사용 시 장치부에 결합된다. 카트리지는 에어로졸 형성 기재, 챔버, 및 가열 요소 또는 다른 에어로졸 발생 요소를 포함할 수 있다. 장치부는 전력 공급부 및 전력 공급부에 연결된 제어 회로를 포함할 수 있다. 장치부는 카트리지에 결합되어 전력 공급부로부터 에어로졸 발생 요소로의 전력의 공급을 허용한다.
카트리지는 공기 유출구를 포함할 수 있다. 카트리지는 에어로졸 발생 기재를 응축된 형태로 유지하는 저장조를 포함할 수 있다. 카트리지는 하우징을 포함할 수 있다. 카트리지는 액체 투과성 가열 요소를 포함할 수 있다. 카트리지는 기체 투과성 요소를 포함할 수 있다. 카트리지는 챔버를 포함할 수 있다. 카트리지는 내부 하우징부 및 외부 하우징부를 포함할 수 있다. 장치부는 내부 하우징부 또는 외부 하우징부, 또는 둘 다와 결합되는 장치 하우징을 포함할 수 있다. 기류 통로는 카트리지 및 장치부를 통해 연장될 수 있거나, 카트리지부만을 통해 연장될 수 있다.
전기 접점은 카트리지 내에 있을 수 있고, 장치부 상의 상응하는 전기 접점과 맞물릴 수 있다.
본 발명에서 제공된 구성은 다수의 이점을 제공한다. 특히, 본 구성은 에어로졸 발생 시스템 또는 에어로졸 발생 시스템 내의 카트리지로부터의 액체 누출을 감소시킬 수 있다. 챔버를 제공하면, 예를 들어 액체 투과성 가열 요소를 통해 누출될 수 있는 응축된 형태의 에어로졸 발생 기재가 모일 수 있는 위치가 제공된다. 기체 투과성 요소를 제공하면, 모인 응축된 형태의 에어로졸 발생 기재가 기류 통로 내로 운반되는 것이 억제된다. 현재 개시된 주제는 또한 견고하고 간단히 제조할 수 있는 시스템을 제공한다.
이제 본 발명의 구현예는 단지 예시로서 첨부된 도면을 참조하여 기술될 것이며, 첨부 도면 중,
도 1은 본 발명에 따른 에어로졸 발생 시스템의 개략도이고;
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 카트리지의 사시도로서, 특정 요소가 부분적으로 투명하게 도시되어 있고;
도 3은 도 2의 카트리지의 단면도이고;
도 4는 도 2의 카트리지의 분해도이고;
도 5는 본 발명의 다른 일 구현예에 따른 카트리지 및 키의 사시도이고;
도 6은 도 5의 카트리지의 사시도로서, 특정 요소가 부분적으로 투명하게 도시되어 있고;
도 7a는 도 5의 카트리지가 폐쇄 위치에 있을 때의 횡단면도이고;
도 7b는 도 5의 카트리지가 개방 위치에 있을 때의 횡단면도이고;
도 8은 도 5의 카트리지의 분해도이며;
도 9는 본 발명에 따라 에어로졸을 발생시키는 방법에서의 작동 흐름도를 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 에어로졸 발생 시스템(100)의 개략도이다. 에어로졸 발생 시스템은 사용자 흡입용 에어로졸을 발생시키도록 구성된 핸드헬드 흡연 시스템이다. 특히, 도 1에 도시된 시스템은 니코틴 및 향미 화합물을 함유하는 에어로졸을 발생시키는 흡연 시스템이다.
도 1의 시스템(100)은 2개의 부분들, 즉 장치부(10) 및 카트리지(20)를 포함한다. 사용 시, 카트리지(20)는 장치부(10)에 부착된다.
장치부(10)는 재충전식 배터리(12) 및 전기 제어 회로(13)를 유지하는 장치 하우징(11)을 포함한다. 재충전식 배터리(12)는 인산철리튬 배터리이다. 제어 회로(13)는 프로그래밍 가능한 마이크로프로세서 및 기류 센서를 포함한다. 선택적으로, 장치부(10)는 장치부 공기 유입구(15), 장치부 공기 유출구(16), 및 장치부 공기 유입구와 장치부 공기 유출구 사이에서 연장되는 장치부 기류 통로(14)를 포함한다.
카트리지(20)(및 이를 포함하는, 시스템(100))는, 응축된 형태의 에어로졸 발생 기재를 보유하는 저장조(23); 공기 유입구(25), 공기 유출구(26), 공기 유입구와 공기 유출구 사이에서 연장되는 기류 통로(24), 및 챔버(33)를 포함하는 하우징(21); 기류 통로(24)에 대해 전체적으로 평행하게 연장되는 액체 투과성 가열 요소(32)(또는 다른 에어로졸 발생 요소); 및 기류 통로(24)에 대해 전체적으로 평행하게 연장되는 기체 투과성 요소(34)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 구성에서, 가열 요소(32)의 일측은 저장조(23)와 유체 연통하고(예를 들어, 직접 또는 간접적으로 접촉하고), 가열 요소(32)의 타측은 챔버(33)와 유체 연통한다(예를 들어, 직접 또는 간접적으로 접촉한다). 예를 들어, 가열 요소(32)는 저장조(23)와 직접 접촉할 수 있거나, 채널 또는 이송 매체(31)를 통해 저장조(23)와 간접적으로 접촉할 수 있다. 가열 요소(32)는 본원의 다른 곳에서 설명된 바와 같은 방식으로 응축된 형태의 에어로졸 발생 기재를 가열하여 챔버(33) 내에서 증기를 발생시키도록 구성될 수 있다. 기체 투과성 요소(34)의 일측은 챔버(33)와 유체 연통할 수(예를 들어, 직접 또는 간접적으로 접촉할 수) 있고, 기체 투과성 요소(34)의 타측은 기류 통로(24)와 유체 연통할 수(예를 들어, 직접 또는 간접적으로 접촉할 수) 있다. 기체 투과성 요소(34)는 기류 통로(24) 내 증기가 운반되는 것을 허용하도록 구성될 수 있고, 응축된 형태의 에어로졸 발생 기재가 기류 통로(34) 내로 운반되는 것을 억제하도록 구성될 수 있다. 증기는 기류 통로(24) 내에서 에어로졸로 적어도 부분적으로 응축된다.
카트리지(20)는 예를 들어 스냅 끼워맞춤 연결에 의해 장치 하우징(11)에 탈착식으로 부착된 카트리지 하우징(21)을 포함한다. 카트리지 하우징(21)은 에어로졸 발생 요소를 유지하며, 에어로졸 발생 요소는, 일 구성에서, 가열 요소(32)이거나 이를 포함한다. 가열 요소(32)는 예를 들어, 저항 가열 요소이거나 이를 포함할 수 있다. 전력은 제어 회로(13)의 제어 하에, 배터리(12)로부터 가열 요소로 제공될 수 있다. 이러한 전력은 금속(들)과 같은 전도성 물질의 임의의 적절한 조합을 통해 배터리(12)로부터 가열 요소(32)로 전도될 수 있다.
카트리지(20)는 또한 에어로졸 형성 기재를 응축된 형태로 저장조(기재 챔버)(23) 내에 유지한다. 일부 구성에서, 저장조(23)는 측벽(22) 및 카트리지 하우징(21)에 의해 구획되고, 채널 또는 하나 이상의 운반 매체를 통해 히터(32)에 유체적으로 결합되며, 이 예에서, 에어로졸 형성 기재는 실온에서 액체 혼합물이고, 니코틴, 향미제, 글리세롤 또는 프로필렌 글리콜과 같은 에어로졸 형성제, 및 물을 포함한다. 그러나, 임의의 다른 응축된 형태의 에어로졸 형성 기재가 적절히 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 일부 구성에서, 하나 이상의 모세관 물질(31)과 같은 하나 이상의 운반 매체가 기재 챔버(23) 내에 제공될 수 있고, 중력에 대한 시스템(100)의 배향에 관계없이, 가열 요소(32)로의 에어로졸 형성 기재의 전달을 촉진하도록 배열될 수 있다.
기류 통로(14, 24)를 포함하는 전체 기류 통로는 시스템을 통과하여 정의된다. 이 예에서, 기류 통로의 일부분(24)은 카트리지(20)를 통과하고, 기류 통로의 일부분(14)은 장치부(10)를 통과한다. 제어 회로(13)에 포함된 기류 센서는 장치부 내의 기류 통로의 일부분(14)을 통과하는 기류를 검출하도록 위치된다. 시스템(100)의 기류 통로는 공기 유입구(15)에서 공기 유출구(26)까지 연장된다. 장치부(10) 내에서, 장치부 기류 통로(14)는 장치부 공기 유입구(15)에서 장치부 공기 유출구(16)까지 연장된다. 카트리지(20) 내에서, 기류 통로(24)는 공기 유입구(25)에서 공기 유출구(26)까지 연장된다. 공기 유출구(26)는 카트리지(20)의 마우스피스 단부 내에 있다. 사용자가 카트리지(20)의 마우스피스 단부 상에서 퍼핑할 때, 카트리지(20) 내의 공기는 공기 유입구(25)로부터 기류 통로(24)를 통해 공기 유출구(26)로 흡인된다.
도 1에 도시된 구성에서, 히터(32)는 일반적으로 편평하고, 채널 또는 하나 이상의 모세관 물질(31)과 챔버(33) 사이에 위치하며; 기체 투과성 요소(34)는 일반적으로 편평하고, 챔버(33)와 기류 통로(24) 사이에 위치한다. 히터(32) 및 기체 투과성 요소(34)는 서로 실질적으로 평행하게 배열될 수 있고/있거나 챔버(33)에 의해 서로 이격될 수 있다. 작동 시, 가열 요소(32)는 가열에 의해 에어로졸 형성 기재를 기화시켜 증기를 형성한다. 증기는 메시 가열 요소(32)를 통과하여 챔버(33) 내로 들어갈 수 있다. 기체 투과성 요소(34)는 기류 통로(24) 내로 증기가 운반되는 것을 허용한다. 증기는 기류 통로(24)를 통해 흐르는 공기에 비말동반되고 냉각되어 에어로졸을 형성한 후 공기 유출구(26)를 통해 시스템을 빠져나간다.
기체 투과성 요소(34)는 메시를 포함할 수 있다. 기체 투과성 요소(34)(예, 메시)는 특정 직경보다 큰 직경을 갖는 액적이 챔버(33)를 이탈하는 것을 억제하고, 따라서 이러한 액적이 기류 통로(24)에 들어가는 것을 억제한다. 따라서, 기체 투과성 요소(34)는 응축된 형태의 에어로졸 발생 기재가 기류 통로(24) 내로 운반되는 것을 억제할 수 있고, 따라서 사용자 경험을 개선한다.
장치부(10)와 카트리지(20)의 이러한 예로 구성되는 시스템(100)은 세장형이며, 그 폭 또는 그 두께보다 상당히 큰 길이를 갖는다. 마우스피스 단부는 시스템(100)의 길이의 일 단부에 있고, 예를 들어 공기 유출구(26)를 포함하는 단부에 위치될 수 있다. 이러한 형상은 시스템(100)을 사용할 때 사용자가 한 손으로 시스템을 편안하게 잡을 수 있게 한다. 시스템(100)의 길이는 길이방향으로 연장된다고 할 수 있다. 요소(14, 24)를 포함하는 기류 통로는 기체 투과성 요소(34)를 지나 길이 방향으로 연장된다. 유체 투과성 가열 요소(32) 및 기체 투과성 요소(34)는 각각 및 독립적으로 전체적으로 편평할 수 있으며, 길이 방향에 대해 평행하게 연장된다. 가열 요소(32) 및 기체 투과성 요소도 각각 및 독립적으로 세장형일 수 있으며, 그 길이는 길이 방향으로 연장된다. 이러한 배열은 비교적 큰 표면적을 갖는 가열 요소 및 기체 투과성 요소가 얇고 쥐기 편한 시스템 내에 수용될 수 있게 한다.
작동 시, 가열 요소(32)는, 제어 회로(13)에 의해, 사용자가 퍼핑하는 동안에만 활성화될 수 있거나, 예를 들어, 장치부(10) 내에 있고 제어 회로(13)에 작동 가능하게 결합된 스위치를 통해 시스템(100)의 전원이 켜진 후 연속적으로 활성화될 수 있다. 첫 번째 경우에, 사용자 퍼핑은, 흐름 센서(제어 회로(13)의 일부이며, 구체적으로 도시되지 않음)가 임계 기류 속도를 초과하는 기류를 장치부 기류 통로(14)를 통해 검출할 때 검출된다. 흐름 센서의 출력에 응답하여, 제어 회로(13)는 가열 요소(32)에 전력을 공급한다. 가열 요소(32)에 대한 전력 공급은 사용자 퍼핑의 검출 후 소정의 기간 동안 제공될 수 있거나, 흐름 센서로부터의 신호에 기초하여/하거나 가열 요소 온도 또는 저항의 측정치와 같이 제어 회로(13)에 의해 수신된 다른 입력에 기초하여, 스위치-오프 조건이 충족될 때까지 제어될 수 있다. 일 예에서, 가열 요소(32)에는 사용자 퍼핑의 검출 후 3초 동안 6와트의 전력이 공급된다. 가열 요소(32)에 전력이 공급되면 가열 요소가 가열된다. 가열 요소가 충분히 뜨거울 때, 가열 요소(32)에 근접한 액체 에어로졸 형성 기재가 기화되어 챔버(33)로 들어가고, 여기서부터는 기체 투과성 요소(34)를 통해 운반된다.
두 번째 경우에, 시스템(100)의 활성화 후에, 가열 요소(32)에는 작동 동안 제어 회로(13)에 의해 연속적으로 전력이 공급된다. 활성화는, 제어 회로(13)와 작동 가능하게 연결된 버튼을 누르거나 스위치를 활성화시키는 것과 같은, 시스템에 대한 사용자 입력에 기초할 수 있다. 일 구현예에서, 장치의 활성화 후에, 가열 요소(32)에는 사용자 퍼핑과 상관없이 3.3 와트의 전력이 공급된다. 다시, 이는 측정된 가열 요소 온도 또는 저항과 같이 제어 회로(13)에 대한 다른 입력에 기초하여 조정될 수 있다. 시스템은 활성화 후 또는 추가 사용자 입력에 기초하여 소정의 시간 후에 스위치 오프될 수 있다.
다른 대안으로서, 사용자 퍼핑 사이에 3.3와트와 같은 더 낮은 전력이 공급되지만, 각각의 사용자 퍼핑의 검출 후 2초 동안은 7와트와 같은 더 높은 전력이 공급되는 하이브리드 전력 공급 체계가 사용될 수 있다. 이는 더 많은 부피의 에어로졸을 발생시킬 수 있다.
발생된 증기는 가열 요소(32)를 통과해 챔버 내로 들어가고, 여기서부터는 기체 투과성 요소(34)를 통해 운반된 다음, 기류 통로(24)를 통해 기류에 비말동반된다. 증기는 기류 내에서 냉각되어 에어로졸을 형성한다. 에어로졸은 공기 유출구(26)를 통과하여, 사용자의 입 속으로 들어간다.
모세관 물질 또는 다른 운반 매체(31)를 포함하는 구성에서, 가열 요소(32)에 의해 기화되는 응축된 형태의 에어로졸 발생 기재(예를 들어, 액체 또는 겔)는 모세관 물질(31)을 떠난다. 이러한 응축된 형태(예를 들어, 액체 또는 겔)는 여전히 기재 챔버(23) 내에 남아 있는 응축된 형태(예를 들어, 액체 또는 겔)로 대체되어, 가열 요소의 근위에는 다음 사용자 퍼핑을 위해 응축된 형태(예를 들어, 액체 또는 겔)가 준비된다.
모든 기화된 에어로졸 형성 기재가 사용자 퍼핑에 의해 시스템(100) 밖으로 흡인되는 것은 아닐 수도 있다. 이 경우, 에어로졸 형성 기재는 응축되어 챔버(33) 내에서 큰 액적을 형성할 수 있다. 또한, 시스템의 사용 중에 또는 사용 간에, 일부 액체가 증발되지 않고 가열 요소(32)를 통과하는 것이 가능할 수 있다. 기체 투과성 요소(34)는 에어로졸 발생 기재의 응축된 형태가 기류 통로(24) 내로 운반되는 것을 억제하기 때문에, 큰 액적 또는 더 많은 양의 응축된 형태의 에어로졸 발생 기재가 기류 통로(24) 및 공기 유출구(26)를 통해 사용자의 입 안으로 흡인되지 않을 수 있어서, 사용자 경험을 개선한다. 예를 들어, 큰 액적이 사용자의 입에 도달하는 경우 사용자에게 불쾌한 경험을 제공할 수 있다. 따라서, 기체 투과성 요소(34)는 카트리지(20)로부터의 액체 누출로부터 사용자 및 장치부(10) 내의 제어 회로(13)와 배터리(12) 모두를 보호한다. 기체 투과성 요소(34)는 하나의 메시 층을 포함할 수 있거나, 둘 이상의 메시 층을 포함할 수 있다. 층은 상이한 크기를 가질 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 카트리지(220)의 사시도로서, 일부 요소는 부분적으로 투명하게 도시되어 있다. 도 3은 도 2의 카트리지(220)의 횡단면도이다. 도 4는 도 2의 카트리지(220)의 분해도이다.
도 2 내지 도 4에 도시된 카트리지(220)는 외부 하우징(221) 및 내부 하우징(231)을 포함한다. 외부 하우징(221)은 기류 통로(224), 공기 유출구(226), 저장조(223), 및 슬롯(241)을 포함한다. 내부 하우징(231)은, 외부 하우징(221) 내에 있는 내부 하우징(231)을 잠그고 정상적인 사용 동안 저장부(223)에 대한 접근 또는 저장부의 누출을 억제하도록 슬롯(241)과 단단하게 결합하도록 구성된 탭(242)을 포함한다. 내부 하우징(231)은 외부 하우징(221)의 기류 통로(224) 내로 연장되고(예를 들어, 슬립 꼭끼워맞춤(snug slip-fit) 결합 또는 다른 적절한 결합 방식으로) 이에 결합하여, 저장부(223)로부터 기류 통로(224) 내로 응축된 형태의 에어로졸 발생 기재가 누출되는 것을 억제하는 돌출부(238)를 포함한다.
내부 하우징(231)은 제1 및 제2 모세관 물질(둘 이상의 운반 매체)(239, 235), 요소(232, 237)를 포함하는 히터 조립체, 기체 투과성 요소(234), 및 뚜껑(236)을 유지한다. 히터 조립체는 액체 투과성 가열 요소(232)를 지지하는 히터 마운트(237)를 포함한다. 내부 하우징(231)은 모세관 물질(239, 235)를 히터 마운트(237) 내에 유지시키고, 가열 요소(232)와 유체 연통한다(예를 들어,직접 또는 간접적으로 접촉한다). 카트리지(220)는 또한, 메시 가열 요소와 카트리지의 외부 표면 사이에서 연장되는 전기 접촉 요소(240)를(마우스피스 단부의 반대쪽에 있는) 카트리지의 장치부 단부에 포함한다. 전기 접촉 요소(240)는 시스템의 장치부 상의 상응하는 전기 접점(예: 도 1을 참조하여 전술한 장치부(10)와 유사하게 구성됨)과 인터페이스하여 제어 회로(예, 제어 회로(13))의 제어 하에 배터리(예, 배터리(12))에 의한 가열 요소(232)로의 전력 공급을 가능하게 한다. 기체 투과성 요소(234)는 뚜껑(236)에 의해 외부 하우징(231) 내의 히터 조립체에 클램핑되는데, 뚜껑은 내부 하우징(231) 내의 내부 표면 내에(예를 들어, 슬립 꼭끼워맞춤 결합 또는 다른 적절한 결합 방식으로) 끼워맞춤되고 이와 결합하여 뚜껑(236)의 외부 측벽 주위에서 응축된 형태의 에어로졸 발생 기재가 누출되는 것을 억제한다. 기류 통로(224)는 내부 하우징(231) 및 공기 유입구(225)와 공기 유출구(226) 사이에서 내부 하우징(231)과 외부 하우징(221)을 통해 정의된다. 공기 유입구(225)는, 예를 들어 도 1을 참조하여 기술된 장치부(10)의 공기 유출구(16)에 공기 유입구(25)를 결합하는 것과 유사한 방식으로, 장치부의 공기 유출구에 결합될 수 있다. 히터(232)와 기체 투과성 요소(234) 사이의 공간은 챔버(233)를 정의한다. 탄성중합체 밀봉 요소(243)가 내부 하우징(231)과 외부 하우징(221) 사이에 액밀시일(liquid tight seal)을 제공하도록 제공된다.
하나의 예시적인 구성에서, 기체 투과성 요소(234)의 메시는 약 50 μm의 직경을 갖는 스테인리스강 와이어로 만들어진다. 메시의 애퍼쳐는 약 100 μm의 직경을 갖는다. 메시는 탄화규소로 코팅될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 가열 요소(232)의 메시는 스테인리스 강으로 형성될 수도 있고, 약 400 메시 US(약 400 필라멘트/인치)의 메시 크기를 갖는다. 필라멘트들의 직경은 약 16 μm이다. 메시를 형성하는 필라멘트들은 필라멘트들 사이의 간극들을 정의할 수 있다. 이 예에서의 간극들의 폭은 약 37 μm이지만, 더 크거나 작은 간극을 사용할 수도 있다. 이러한 대략적 치수의 메시를 사용하면, 에어로졸 형성 기재의 메니스커스를 간극 내에 형성할 수 있고, 히터 조립체의 메시가 에어로졸 형성 기재를 모세관 작용에 의해 흡인할 수 있다. 가열 요소 메시의 개방 면적, 즉 메시의 전체 면적에 대한 간극 면적의 비율은 유리하게는 25 내지 56%이다. 히터 조립체의 총 전기 저항은 약 1 옴이다.
내부 하우징(231) 및 외부 하우징(221)은 금속 또는 견고한 플라스틱 재료로 형성될 수 있다. 유사하게, 히터 마운트(237) 및/또는 뚜껑(236)은 내열성 플라스틱 재료로 형성될 수 있다.
도 2 내지 도 4의 카트리지는 조립이 간단하다. 내부 하우징(231), 모세관 물질(들)(239, 235), 요소(232, 237)를 포함하는 히터 조립체, 기체 투과성 요소(234), 뚜껑(236), 및 밀봉 요소(243의 조립체는 분무기 조립체로서 설명될 수 있다. 분무기 조립체가 먼저 조립된다. 그런 다음, 분무기 조립체를 외부 하우징(221) 내로 밀어 넣는다. 내부 하우징(231) 상의 한 쌍의 돌출부(242)는 외부 하우징(221) 상의 상응하는 애퍼쳐 또는 슬롯(241) 내로 끼워맞춤되어 내부 하우징을 외부 하우징에 고정시킨다. 에어로졸 형성 기재를 유지하는 챔버(223)는 내부 하우징 및 외부 하우징(231, 221) 둘 다에 의해 정의될 수 있다. 외부 하우징(221)은 분무기 조립체가 부착되기 전에 액체(또는 다른 응축된 상) 에어로졸 형성 기재를 포함할 수 있다. 대안적으로, 에어로졸 형성 기재 챔버는 분무기 조립체가 충진 포트(미도시)를 통해 외부 하우징에 부착된 후에 충진될 수 있다.
도 2 내지 도 4의 카트리지는 도 1과 관련하여 설명된 방식으로 작동한다.
도 5는 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 카트리지(520) 및 키(560)의 사시도이다. 도 6은 도 5의 카트리지의 사시도로서, 특정 요소가 부분적으로 투명하게 도시되어 있다. 도 7a는 도 5의 카트리지가 폐쇄 위치에 있을 때의 횡단면도이다. 도 7b는 도 5의 카트리지가 개방 위치에 있을 때의 횡단면도이다. 도 8은 도 5의 카트리지의 분해도이다.
도 5 내지 도 8에 도시된 카트리지(520)는 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명된 카트리지(220)와 많은 점에서 유사하다. 예를 들어, 도 5 내지 도 8에 도시된 카트리지(520)는 외부 하우징(521) 및 내부 하우징(531)을 포함한다. 외부 하우징(521)은 기류 통로(524), 공기 유출구(526), 저장조(523), 및 슬롯(541)을 포함한다. 내부 하우징(531)은 외부 하우징(521) 내에서 내부 하우징(531)을 잠그고 정상적인 사용 동안 저장부(523)에 대한 접근 또는 저장부의 누출을 억제하도록 슬롯(541)과 단단히 결합하도록 구성된 탭(542)을 포함한다. 내부 하우징(531)은 외부 하우징(521)의 기류 통로(524) 내로 연장되고(예를 들어, 슬립 꼭끼워맞춤 결합 또는 다른 적절한 결합 방식으로) 이에 결합하여, 저장부(523)로부터 기류 통로(524) 내로 응축된 형태의 에어로졸 발생 기재가 누출되는 것을 억제하는 돌출부(538)를 포함한다.
도 2 내지 도 4를 참조하여 설명된 바와 유사하게, 카트리지(520)의 내부 하우징(531)은 제1 및 제2 모세관 물질(둘 이상의 운반 매체)(539, 535), 히터 조립체, 기체 투과성 요소(534), 및 뚜껑(536)을 유지한다. 히터 조립체는 액체 투과성 가열 요소(532)를 지지하는 히터 마운트(537)를 포함한다. 내부 하우징(531)은 모세관 물질(539, 535)을 히터 마운트(537) 내에 유지시키고, 본원의 다른 곳에서 설명된 바와 유사하게 가열 요소(532)와유체 연통한다(예를 들어, 직접적으로 또는 간접적으로 접촉한다). 카트리지(520)는 또한, 메시 가열 요소와 카트리지의 외부 표면 사이에서 연장되는 전기 접촉 요소(540)를 (마우스피스 단부의 반대쪽에 있는)카트리지의 장치부 단부에 포함한다. 전기 접촉 요소(540)는 시스템의 장치부 상의 상응하는 전기 접점(예: 도 1을 참조하여 전술한 장치부(10)와 유사하게 구성됨)과 인터페이스하여 제어 회로(예, 제어 회로(13))의 제어 하에 배터리(예, 배터리(12))에 의한 가열 요소(532)로의 전력의 공급을 가능하게 한다. 히터(532)와 기체 투과성 요소(534) 사이의 공간은 챔버(533)를 정의한다. 탄성중합체 밀봉 요소(543)는 내부 하우징(531)과 외부 하우징(521) 사이에서 액밀 시일을 제공하도록 제공된다.
기체 투과성 요소(534)는 뚜껑(536)에 의해 내부 하우징(531) 내의 히터 조립체에 클램핑되는데, 뚜껑은 내부 하우징(531)의 내부 표면 내에(예를 들어, 슬립 꼭끼워맞춤 결합 또는 다른 적절한 결합 방식으로) 끼워맞춤되고 이와 결합하여 뚜껑(536)의 외부 측벽 주위에서 응축된 형태의 에어로졸 발생 기재가 누출되는 것을 억제한다. 도 5 내지 도 8에 도시된 구성에서, 뚜껑(536)은 회전 가능하며, 따라서 더 자유로운 동작을 허용하도록 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명된 뚜껑(236)보다 약간 헐겁게 끼워맞춤될 수 있다. 밀봉 링(538)은, 에어로졸 발생 기재가 뚜껑(536)의 측벽 주위에서 누출되는 것을 억제하기 위해 액밀 시일을 유지하면서 뚜껑(536)의 자유로운 회전 동작을 용이하게 하도록 구성될 수 있다.
도 5 내지 도 8에 도시된 뚜껑(536)은 사용자가 키(560)를 체결하고 키(560)를 돌리는 것에 반응하여, 공기 유입구(525)와 공기 유출구(526) 사이에서 내부 하우징(531)과 외부 하우징(521)을 통과하는 기류 통로(524)를 개폐하도록 구성된다. 보다 구체적으로, 공기 유입구(525)는, 예를 들어 도 1을 참조하여 설명된 장치부(10)의 공기 유출구(16)에 공기 유입구(55)를 결합하는 것과 유사한 방식으로 장치부의 공기 유출구에 결합될 수 있다. 키(560) 상의 돌출부(563, 564)는 외부 하우징(521) 내에 정의된 애퍼쳐(561, 562)를 통해 뚜껑(536) 내에 정의된 슬롯(565, 566)과 각각 결합된다. 키(560)를 제1 방향(예: 시계 방향 또는 시계 반대 방향)으로 돌리면 뚜껑(536)의 돌출부(567)가 이에 반응하여 기류 통로(524) 내로 연장할 수 있어, 도 7a에 도시된 바와 같은 방식으로 공기 유입구(525)와 공기 유출구(526) 사이의 공기 흐름이 차단되므로, 흡연 유사 경험을 위한 시스템의 사용이 불활성화된다. 키(560)를 제2 방향(예, 시계 반대 방향 또는 시계 방향)으로 돌리면 뚜껑(536)의 돌출부(567)가 이에 반응하여 기류 통로(524)로부터 복귀하여, 도 7b에 도시된 바와 같은 방식으로 공동(567)을 통해 공기 유입구(525)와 공기 유출구(526) 사이에서 공기 흐름이 허용되므로, 흡연 유사 경험을 위한 시스템의 사용이 활성화된다. 분무기 조립체 내의 공동(568)은 공기 유입구(525)와 공기 유출구(526) 사이에서 기류 통로의 제1 부분을 형성하는 것으로 간주될 수 있고, 하우징(521)은 공기 유입구(515)와 공기 유출구(526) 사이에서 기류 통로의 제2 부분을 형성하는 것으로 간주될 수 있다. 따라서, 사용자는 키(560)를 카트리지(520)와 체결하여 키를 돌림으로써 기류 통로(524)를 개방하거나 폐쇄하여 시스템의 활성화 또는 비활성화를 제어할 수 있고, 원하는 활성화 또는 비활성화 상태로 시스템을 유지시키기 위해 키(560)를 제거할 수 있다.
임의로, 애퍼쳐(561, 562)의 단부의 위치는 키(560)를 돌리는 사용자가 선택된 위치 범위(예를 들어, 도 7a에 도시된 바와 같은 단일 폐쇄 위치와 도 7b에 도시된 바와 같은 단일 개방 위치 사이)를 통해서만 뚜껑(536)을 돌릴 수 있도록 뚜껑(536)의 회전 한계를 정의할 수 있다. 일 구성에서, 애퍼쳐(561, 562)는 뚜껑(536)이 키(560)를 사용하여 약 90도만큼 회전될 수 있도록 구성된다.
카트리지(520)의 다른 구성 요소는 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명된 상응하는 구성 요소와 유사하게 구성될 수 있고, 카트리지(520)는 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명된 것과 유사하게 뚜껑(536)의 상단 내에 정의된 오목부 내에 가압 밀봉 링(538)이 추가된 상태로 조립될 수 있다. 도 5 내지 도 8의 카트리지는 도 1과 관련하여 설명된 방식으로 작동한다.
도 9는 본 발명에 따라 에어로졸을 발생시키는 방법(90)에서의 작동 흐름도를 도시한다. 방법(90)에서의 작동은, 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명된 카트리지(220), 및/또는 도 5 내지 도 8을 참조하여 설명된 카트리지(520)가 포함된, 도 1을 참조하여 설명된 시스템(100)을 사용하여 구현될 수 있다.
도 9에 도시된 방법(90)은, 저장부에 의해, 에어로졸 발생 기재를 응축된 형태로 유지하는 단계를 포함한다(단계(91)). 예를 들어, 카트리지(20)의 저장부(23), 카트리지(220)의 저장부(223), 또는 카트리지(520)의 저장부(523)는 에어로졸 발생 기재를 응축된 형태로 유지할 수 있다. 응축된 형태는 고체, 겔, 또는 액체를 포함할 수 있다. 하나의 비제한적인 예에서, 에어로졸 발생 기재는 액체이거나 이를 포함한다.
도 9에 도시된 방법(90)은 또한, 액체 투과성 가열 요소에 의해, 에어로졸 발생 기재를 가열하여 챔버 내에서 증기를 발생시키는 단계를 포함한다(단계 (92)). 예를 들어, 카트리지(20)의 히터(32)는 저장부(23)로부터 전달된 에어로졸 발생 기재를 가열할 수 있고, 이에 따라 챔버(33) 내에서 증기를 발생시킨다. 또 다른 예로서, 카트리지(220)의 히터(232)는 저장부(223)로부터 전달된 에어로졸 발생 기재를 가열할 수 있고, 이에 따라 챔버(233) 내에서 증기를 발생시킨다. 또 다른 예로서, 카트리지(520)의 히터(532)는 저장부(523)로부터 전달된 에어로졸 발생 기재를 가열할 수 있고, 이에 따라 챔버(533) 내에서 증기를 발생시킨다. 그러나, 단계(92)는 예를 들어, 본원의 다른 곳에서 설명된 바와 같은, 가열 이외의 단계를 사용하여 챔버 내에서 증기를 발생시키도록 적절히 변형될 수 있다는 것을 주목해야 한다.
도 9에 도시된 방법(90)은 또한 기체 투과성 요소에 의해, 기류 통로 내로 증기를 운반하는 단계를 포함한다(단계(93)). 예를 들어, 기체 투과성 요소(34)는 챔버(33)로부터 기류 통로(24) 내로 증기가 운반되게 할 수 있다. 또 다른 예로서, 기체 투과성 요소(234)는 챔버(233)로부터 기류 통로(224) 내로 증기가 운반되게 할 수 있다. 또 다른 예로서, 기체 투과성 요소(534)는 챔버(533)로부터 기류 통로(524) 내로 증기가 운반되게 할 수 있다.
도 9에 도시된 방법(90)은 또한, 기체 투과성 요소에 의해, 기류 통로 내로의 에어로졸 발생 기재의 응축된 형태의 운반을 억제하는 단계를 포함한다(작동(94)). 예를 들어, 기체 투과성 요소(34)는 챔버(33)로부터 기류 통로(24) 내로 액적 또는 더 많은 양의 에어로졸 발생 기재가 운반되는 것을 억제할 수 있다. 다른 예로서, 기체 투과성 요소(234)는 챔버(233)로부터 기류 통로(224) 내로 액적 또는 더 많은 양의 에어로졸 발생 기재가 운반되는 것을 억제할 수 있다. 또 다른 예로서, 기체 투과성 요소(534)는 챔버(533)로부터 기류 통로(524) 내로 액적 또는 더 많은 양의 에어로졸 발생 기재가 운반되는 것을 억제할 수 있다.
도 9에 도시된 방법(90)은 또한 기류 통로 내에서 증기를 에어로졸로 적어도 부분적으로 응축시키는 단계를 포함한다(단계(95)). 예를 들어, 기체 투과성 요소(34)가 기류 통로(24) 내로 운반할 수 있는 증기는 이러한 통로 내로 운반된 후에 에어로졸로 응축될 수 있다. 또는, 예를 들어, 기체 투과성 요소(234)가 기류 통로(224) 내로 운반할 수 있는 증기는 이러한 통로 내로 운반된 후에 에어로졸로 응축될 수 있다. 또는, 예를 들어, 기체 투과성 요소(534)가 기류 통로(524) 내로 운반할 수 있는 증기는 이러한 통로 내로 운반된 후에 에어로졸로 응축될 수 있다.
임의로, 단계(92)에 사용된 가열 요소(예: 32, 232, 또는 532) 또는 다른 에어로졸 발생 요소는 하우징(예: 21, 221, 521) 내에서 기류 통로(예: 24, 224, 524)에 대해 전체적으로 평행하게 연장될 수 있다. 임의로, 하우징(예: 21, 221, 521)은 공기 유입구(예: 25, 225, 525), 공기 유출구(예: 26, 226, 526), 및 공기 유입구와 공기 유출구 사이에서 연장되는 기류 통로를 추가로 포함할 수 있다. 임의로, 챔버(예: 33, 233, 533)는 하우징(21, 221, 521) 내에 배치될 수 있다. 임의로, 가열 요소(예: 32, 232, 또는 532)의 일측은, 저장부(예: 23, 223, 523)와 유체 연통할 수 (예를 들어, 직접 또는 간접적으로 접촉할 수) 있고, 가열 요소의 타측은 챔버(예: 33, 233, 533)와 유체 연통할 수(예를 들어, 직접 또는 간접적으로 접촉할 수) 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 단계(93 및 94)에 사용된 기체 투과성 요소(예, 34, 234, 534)는 기류 통로(예: 24, 224, 524)에 대해 평행하게 임의로 연장된다. 임의로, 기체 투과성 요소(예를 들어, 34, 234, 534)의 일측은, 챔버(예를 들어, 33, 233, 533)와 유체 연통할 수(예를 들어, 직접 또는 간접적으로 접촉할 수) 있고, 기체 투과성 요소의 타측은 기류 통로(예를 들어, 24, 224, 524)와 유체 연통할 수(예를 들어, 직접 또는 간접적으로 접촉할 수) 있다.
이러한 선택 사항을 포함하는 예시적인 구성들이 도 1, 도 2 내지 도 4, 및 도 5 내지 도 8을 참조하여 제공된다.
임의로 기체 투과성 요소(예를 들어, 34, 234, 534)는 메시를 포함한다. 메시는 임의로 소수성이다. 추가적으로 또는 대안적으로, 메시는 임의로 약 10 μm 내지 100 μm의 직경을 갖는 와이어로 형성된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 에어로졸 발생 기재는 임의로 니코틴을 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 하우징(예, 21, 221, 521)은 저장부(예, 23, 223, 523)가 배치되는 마우스피스(21, 221, 521의 원위 단부)를 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 시스템은 액체 투과성 가열 요소(예: 32, 232, 또는 532) 및 기체 투과성 요소(예: 34, 234, 534)를 서로 이격된 관계로 유지하는 분무기 조립체를 추가로 포함한다. 임의로, 분무기 조립체는 기류 통로에 대해 전체적으로 평행하게 연장되는 뚜껑(예: 36, 236, 또는 536)을 추가로 포함하며, 기체 투과성 요소(예: 34, 234, 534)는 뚜껑과 가열 요소 사이에 배치된다. 임의로, 뚜껑은 뚜껑의 회전에 반응하여 기류 통로(예: 24, 224, 524)를 차단하도록 구성된 돌출부(567)를 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 임의로 뚜껑은 키(560)를 수용하도록 구성된 슬롯(예: 561, 562)을 추가로 포함하며, 뚜껑은 키를 슬롯에 넣어 체결한 다음 키를 회전시키는 것에 반응하는 회전식이다. 추가적으로 또는 대안적으로, 기류 통로의 제1 부분은 임의로 마우스피스 내에 정의되고(예: 21, 221, 521의 원위 단부), 기류 통로의 제2 부분은 분무기 조립체 내에 정의된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 기류 통로는 임의로 공기 유입구(예: 25, 225, 525)와 공기 유출구(예: 26, 226, 526) 사이에서 직선으로 연장된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 가열 요소(예: 32, 232, 532)는 임의로 메시 가열 요소이다. 추가적으로 또는 대안적으로, 시스템은 임의로 전력 공급부(예: 12) 및 전력 공급부에 연결된 제어 회로(예: 13)를 포함하는 장치부(예: 10)를 추가로 포함하고, 장치부는 전력 공급부로부터 가열 요소(예: 32, 232, 532)로의 전력 공급을 허용하도록 하우징(예: 21, 221, 521)에 결합된다.
설명된 예에서, 액체 투과성 히터와 기체 투과성 요소 모두는 카트리지 내에 있다. 그러나, 이러한 요소들 각각 또는 모두가 예를 들어 장치부 내에 위치될 수 있다는 것이 명백하다. 또한, 기류 채널 및 특히 기화 챔버의 형상 및 크기가 변경되어 사용자에게 전달되는 에어로졸의 특히 원하는 특성을 제공할 수 있다는 것이 명백하다.
특정 예가 액체 에어로졸 형성 기재를 사용하는 것을 설명하였지만, 기체 투과성 요소의 제공은 다른 형태의 에어로졸 형성 기재를 사용하는 시스템에서 유익한 것이 명백하다. 실온에서 고체 또는 겔인 에어로졸 형성 기재는 기화 챔버 내에서 액체 형태로 응축되는 휘발성 성분을 여전히 방출할 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 형성 기재는 겔 정제로서 제공될 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 미립자 또는 살담배를 포함할 수 있다.
실시예가 에어로졸을 형성하기 위한 저항 가열 요소의 사용을 설명하지만, 기체 투과성 요소의 제공은 유도 가열식 가열 요소와 같은 상이한 종류의 가열 요소를 사용하여 작동하는 시스템에 유익한 것이 명백하다. 가열 요소가 에어로졸 형성 기재와 챔버 사이에 위치된 유체 투과성 가열 요소일 필요는 없다. 가열 요소는 에어로졸 형성 기재 챔버의 벽을 가열하여 증기를 발생시키는 오븐 히터일 수 있다. 증기는 기체 투과성 요소를 통과해 기류 통로로 전달될 수 있다. 기체 투과성 요소의 제공은 가열 이외의 수단에 의해 에어로졸을 형성하는 시스템에 더 유익할 수 있다.

Claims (15)

  1. 에어로졸 발생 시스템으로서,
    에어로졸 발생 기재를 응축된 형태로 유지하는 저장조;
    공기 유입구, 공기 유출구, 공기 유입구와 공기 유출구 사이에서 연장되는 기류 통로, 및 챔버를 포함하는 하우징;
    기류 통로에 대해 전체적으로 평행하게 연장되는 액체 투과성 가열 요소로서, 일측은 저장조와 유체 연통하고 타측은 챔버와 유체 연통하며, 응축된 형태의 에어로졸 발생 기재를 가열하여 챔버 내에서 증기를 발생시키도록 구성되는, 액체 투과성 가열 요소; 및
    기류 통로에 대해 전체적으로 평행하게 연장되는 기체 투과성 요소로서, 일측은 챔버와 유체 연통하고, 타측은 기류 통로와 유체 연통하는, 기체 투과성 요소를 포함하고,
    기체 투과성 요소는 증기가 기류 통로 내로 운반되는 것을 허용하도록 구성되고, 응축된 형태의 에어로졸 발생 기재가 기류 통로 내로 운반되는 것을 억제하도록 구성되며,
    증기는 기류 통로 내에서 에어로졸로 적어도 부분적으로 응축되는, 에어로졸 발생 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 기체 투과성 요소는 메시를 포함하는, 에어로졸 발생 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 메시는 소수성인, 에어로졸 발생 시스템.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 메시는 10 μm 내지 100 μm의 직경을 갖는 와이어로 형성되는, 에어로졸 발생 시스템.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 에어로졸 발생 기재는 니코틴을 포함하는, 에어로졸 발생 시스템.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 하우징은 저장조가 배치되는 마우스피스를 포함하는, 에어로졸 발생 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 액체 투과성 가열 요소 및 기체 투과성 요소를 서로 이격된 관계로 유지하는 분무기 조립체를 더 포함하는, 에어로졸 발생 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 분무기 조립체는 기류 통로에 대해 전체적으로 평행하게 연장되는 뚜껑을 더 포함하되, 기체 투과성 요소는 뚜껑과 가열 요소 사이에 배치되는, 에어로졸 발생 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 뚜껑은 뚜껑의 회전에 반응하여 기류 통로를 차단하도록 구성된 돌출부를 포함하는, 에어로졸 발생 시스템.
  10. 제8항에 있어서, 뚜껑은 키를 수용하도록 구성된 슬롯을 더 포함하되, 뚜껑은 키를 슬롯에 넣어 체결한 다음 키를 회전시키는 것에 반응하는 회전식인, 에어로졸 발생 시스템.
  11. 제7항에 있어서, 기류 통로의 제1 부분은 마우스피스 내에 정의되고 기류 통로의 제2 부분은 분무기 조립체 내에 정의되는, 에어로졸 발생 시스템.
  12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 기류 통로는 공기 유입구와 공기 유출구 사이에서 직선으로 연장되는, 에어로졸 발생 시스템.
  13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 가열 요소는 메시 가열 요소인, 에어로졸 발생 시스템.
  14. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 전력 공급부 및 전력 공급부에 연결된 제어 회로를 포함하는 장치부를 더 포함하되, 장치부는 하우징에 결합되어 전력 공급부로부터 가열 요소로의 전력 공급을 허용하는, 에어로졸 발생 시스템.
  15. 에어로졸을 발생시키는 방법으로서, 상기 방법은:
    저장조에 의해, 에어로졸 발생 기재를 응축된 형태로 유지하는 단계;
    액체 투과성 가열 요소에 의해, 에어로졸 발생 기재를 가열하여 챔버 내에서 증기를 발생시키는 단계,
    기체 투과성 요소에 의해, 증기가 기류 통로 내로 운반되는 것을 허용하는 단계;
    기체 투과성 요소에 의해, 에어로졸 발생 기재의 응축된 형태가 기류 통로 내로 운반되는 것을 억제하는 단계; 및
    기류 통로 내에서 증기를 에어로졸로 적어도 부분적으로 응축시키는 단계를 포함하는, 에어로졸을 발생시키는 방법.
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