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KR20180029981A - 기류 관리가 강화된 에어로졸 발생 시스템 - Google Patents

기류 관리가 강화된 에어로졸 발생 시스템

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Publication number
KR20180029981A
KR20180029981A KR1020177037296A KR20177037296A KR20180029981A KR 20180029981 A KR20180029981 A KR 20180029981A KR 1020177037296 A KR1020177037296 A KR 1020177037296A KR 20177037296 A KR20177037296 A KR 20177037296A KR 20180029981 A KR20180029981 A KR 20180029981A
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KR
South Korea
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opening
filament
capillary medium
heater assembly
capillary
Prior art date
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Application number
KR1020177037296A
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KR102659808B1 (ko
Inventor
미첼 토렌스
Original Assignee
필립모리스 프로덕츠 에스.에이.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 필립모리스 프로덕츠 에스.에이. filed Critical 필립모리스 프로덕츠 에스.에이.
Publication of KR20180029981A publication Critical patent/KR20180029981A/ko
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Publication of KR102659808B1 publication Critical patent/KR102659808B1/ko
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    • A24F40/40—Constructional details, e.g. connection of cartridges and battery parts
    • A24F40/46—Shape or structure of electric heating means
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

본 발명은, 액체 에어로졸 형성 기재 및 모세관 매질(22)를 보유하고 개구를 갖는 하우징을 포함하는 액체 저장부, 및 실질적으로 비평면 공기 충돌면을 정의하도록 배열된 도전성 필라멘트의 배열(30)을 포함하는 유체 투과성 히터 조립체를 포함하는 에어로졸 발생 시스템에 관한 것으로, 여기서 유체 투과성 히터 조립체는 하우징의 개구를 가로질러 연장되고, 모세관 매질(22)은 히터 조립체와 접촉하도록 제공되고, 액체 에어로졸 형성 기재는 모세관 매질(22)을 통해 도전성 필라멘트 장치(30)로 흡인되고, 모세관 매질(22)은 기류(42)가 모세관 매질(22)를 통과할 수 있게 하는 모세관 매질 개구(28)를 포함한다. 본 발명은 에어로졸 발생 시스템에 사용하기에 적합한 카트리지의 제조 방법에 더 관한 것이다.

Description

기류 관리가 강화된 에어로졸 발생 시스템
본 발명은 모세관 매질에 젖은 액체를 증발시키기에 적합한 히터 조립체를 포함하는 에어로졸 발생 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 휴대형 에어로졸 발생 시스템, 예를 들어 전동식 흡연 시스템에 관한 것이다.
에어로졸 발생 시스템의 한 유형은 전동식 흡연 시스템이다. 배터리 및 제어 전자 장치를 포함하는 장치부, 에어로졸 형성 기재의 공급부를 포함하는 카트리지부, 및 전동식 증발기로 이루어진 핸드헬드 전동식 흡연 시스템이 공지되어 있다. 에어로졸 형성 기재의 공급부와 증발기 모두를 포함하는 카트리지는 때로는 “카토마이저(cartomizer)”로 지칭된다. 증발기는 일반적으로 액체 에어로졸 형성 기재에 젖은 세장형의 심지(elongate wick) 둘레로 권취된 히터 와이어의 코일을 포함한다. 카트리지부는 일반적으로 에어로졸 형성 기재의 공급부 및 전동식 증발기뿐만 아니라, 사용 중에 사용자가 에어로졸을 입 속으로 흡인하기 위해 입을 대서 빠는 마우스피스도 포함한다.
본 발명은 개선된 에어로졸화 및 보다 양호한 에어로졸의 방울 맺힘을 제공하고, 특히 히터 조립체의 중간 부분에서 핫 스팟(hot spot)의 발생을 방지하는 에어로졸 발생 시스템에 관한 것이다.
히터 조립체 표면에서의 기류를 개선하여 휘발된 증기의 혼합을 촉진하는 에어로졸 발생 시스템을 제공하는 것이 바람직할 것이다.
히터 조립체로부터 마우스피스를 향하여 에어로졸의 기류를 가속화 시킴으로써 휘발된 증기의 더 빠른 냉각을 통해 에어로졸화를 더 개선하는 에어로졸 발생 시스템을 제공하는 것이 더 바람직할 것이다. 일부 구현예에서, 강화된 기류의 혼합과 가속화는 난류와 와류를 도입함으로써 달성된다.
본 발명에 따르면, 액체 에어로졸 형성 기재 및 모세관 재료를 수용하는 하우징을 포함하는 액체 저장부를 포함하는 에어로졸 발생 시스템이 제공된다. 하우징은 개구를 갖는다. 유체 투과성 히터 조립체는 비평면 공기 충돌면을 형성하도록 배치된 도전성 필라멘트의 배열을 포함하되, 유체 투과성 히터 조립체는 하우징의 개구를 가로질러 연장되도록 하우징의 개구와 정렬된다. 모세관 매질은 히터 조립체와 직접 접촉하는 방식으로 액체 저장부 내에 배치된다. 액체 에어로졸 형성 기재는 모세관 매질을 통해 도전성 필라멘트 장치로 흡인된다. 모세관 매질은 기류가 모세관 매질을 통과할 수 있게 하는 개구를 정의한다.
본 발명은 또한 전동식 에어로졸 발생 시스템에 사용하기 위한 카트리지의 제조 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 개구를 갖는 하우징을 포함하는 액체 저장부를 제공하는 단계, 액체 저장부 내에 모세관 재료를 제공하는 단계, 액체 저장부를 액체 에어로졸 형성 기재로 채우는 단계, 및 비평면 공기 충돌면을 실질적으로 정의하도록 배치된 도전성 필라멘트의 배열을 포함하는 유체 투과성 히터 조립체를 제공하는 단계를 포함하며, 여기서 유체 투과성 히터 조립체는 하우징의 개구를 가로질러 연장되고, 모세관 매질은 히터 조립체와 접촉하도록 제공되며, 모세관 매질은 기류가 모세관 매질을 통과할 수 있게 하는 모세관 매질 개구를 포함한다.
액체 저장부의 개구를 가로질러 연장되는 히터 조립체를 제공하면, 견고하면서 제조하기에 비교적 간단한 구조가 가능하다. 이러한 배열은 히터 조립체 및 액체 에어로졸 형성 기재 사이에 큰 접촉 면적을 허용한다. 하우징은 강성 하우징일 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이 “강성 하우징”은 자가 지지형 하우징을 의미한다. 액체 저장부의 강성 하우징은, 바람직하게는 히터 조립체에 기계적 지지를 제공한다.
도 1은 히터 조립체 및 모세관 매질을 포함하는, 본 발명의 일 구현예에 따른 배열의 상측 사시도이며;
도 2a는 중앙 개구를 갖는 만곡된 형상의 필라멘트 장치를 포함하는 히터 조립체의 상측 사시도이고;
도 2b는 중앙 개구를 갖는 깔때기 형상의 필라멘트 장치를 포함하는 히터 조립체의 상측 사시도이고;
도 3은 둘 모두 중앙 개구를 갖는 제1 모세관 매질 및 제2 모세관 매질을 포함하는 모세관 매질의 상측 사시도이며;
도 4a는 히터 조립체 및 모세관 매질을 포함하는, 본 발명의 일 구현예에 따른 배열의 상측 사시도이며;
도 4b는 히터 조립체 및 모세관 매질을 포함하는, 본 발명의 일 구현예에 따른 배열의 상측 사시도이며;
도 4c는 히터 조립체 및 모세관 매질을 포함하는, 본 발명의 일 구현예에 따른 배열의 상측 사시도이며;
도 5는 히터 조립체 및 모세관 매질을 포함하는 카트리지를 포함하는, 본 발명의 일 구현예에 따른 시스템의 개략적인 도시이다.
히터 조립체는 간단한 제조를 가능하게 하는 실질적으로 편평한 구성으로부터 형성될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, “실질적으로 편평한”이라는 것은 초기에 단일 평면으로 형성된 것으로, 만곡되거나 달리 비평면인 형상의 주위를 감싸거나 달리 이에 맞춰져 있지 않는 것을 의미한다. 기하학적으로, 용어 "실질적으로 편평한" 도전성 필라멘트 장치는 실질적으로 이차원 위상 윤곽 또는 프로파일의 형태인 도전성 필라멘트 장치를 지칭하는데 사용된다. 따라서, 실질적으로 편평한 도전성 필라멘트 장치는, 삼차원보다는 실질적으로 표면을 따라 이차원으로 연장된다. 구체적으로, 실질적으로 편평한 필라멘트 장치의 표면 내에서 이차원 방향으로의 치수는, 그 표면에 법선 방향인 삼차원 방향으로의 치수보다 적어도 5 배 더 크다. 실질적으로 편평한 필라멘트 장치의 예는 2 개의 실질적으로 평행한 가상면 사이의 구조이고, 여기서 이들 2 개의 가상면 간의 거리는 표면 내에서 연장된 것보다 실질적으로 작다.
초기에 실질적으로 편평한 필라멘트의 배열은 변형되거나, 형상화되거나, 달리 변경되어 비평면 공기 충돌면을 정의하는 필라멘트 장치를 정의한다. 일 구현예에서, 초기에 실질적으로 편평한 필라멘트 장치는 하나 이상의 치수를 따라 만곡되도록, 예를 들어 볼록하거나 “돔(dome)” 형상, 오목한 형상, 브리지(bridge) 형상, 또는 소용돌이나 “깔때기” 형상을 형성하도록 형성된다. 일 구현예에서, 필라멘트 장치는 필라멘트 장치에 도달하여 충돌하는 기류와 마주하는 오목면을 정의한다. 필라멘트 장치의 비평면 형상은 필라멘트 장치에 도달하는 기류 상으로 난류와 와류가 도입될 것을 감안한 것이다. 필라멘트 장치의 위치 및 형상은 필라멘트 장치의 공기 충돌면으로 유도된 기류가 공기 충돌면을 중심으로 회전하도록 배열된다.
“필라멘트”라는 용어는, 두 개의 전기적 접촉부 사이에 배열된 전기적 경로를 가리키도록 명세서 전체에 걸쳐 사용되고 있다. 필라멘트는, 임의로 분기되어 여러 경로 또는 필라멘트로 각각 갈라져 있을 수도 있고, 또는 여러 전기적 경로들로부터 하나의 경로로 수렴할 수 있다. 필라멘트는 둥근형, 정사각형, 편평한 형상, 또는 단면의 다른 임의의 형태일 수 있다. 필라멘트는 직선형 또는 곡선형으로 배열되어 있을 수 있다.
구문 “필라멘트 장치” 또는 “필라멘트의 배열”은 복수의 필라멘트의 배열을 지칭하도록 명세서 전체에 걸쳐 상호 교환 가능하게 사용된다. 필라멘트 구조는, 예를 들어, 서로 평행하게 배열된 필라멘트들의 어레이일 수 있다. 필라멘트들은 메쉬를 형성할 수 있다. 메쉬는 직물 또는 부직포일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐, 기류와 접촉되는 필라멘트 장치의 표면은 필라멘트 장치의 “공기 충돌면”으로도 지칭된다.
도전성 필라멘트들은 필라멘트들 사이의 간극들을 정의할 수 있고, 간극들은 10 ㎛ 내지 100 ㎛의 폭을 가질 수 있다. 바람직하게는, 필라멘트는 간극에서 모세관 작용을 일으키므로, 사용 시, 기화될 액체가 간극 내로 흡인되어 히터 조립체와 액체 간의 접촉 면적을 증가시킨다.
유체가 필라멘트를 통과할 수 있게 하는 복수의 간극을 갖는 필라멘트 장치를 제공함으로써, 필라멘트 장치는 유체 투과성이다. 이는 기상 및 가능하게는 액상인 에어로졸 형성 기재가 필라멘트 장치를 쉽게 통과하여, 히터 조립체를 통과할 수 있다는 것을 의미한다.
필라멘트 장치는 공기 충돌면 주변의 기류를 맞춤 조절할 수 있도록 구성된다. 이는 휘발된 증기의 혼합을 촉진하여 강화된 에어로졸화를 유도하는 난류와 와류를 도입함으로써 수행된다.
본 발명의 일부 구현예에서, 필라멘트 장치는 기류가 통과할 수 있게 하는 필라멘트 개구를 정의하며, 여기서 모세관 매질의 개구는 필라멘트 개구로 연장되어 모세관 매질을 통과하는 공기 덕트(duct)를 형성한다. 필라멘트 장치, 필라멘트 개구, 및 모세관 매질 개구의 위치 및 형상은 필라멘트 장치의 공기 충돌면으로 유도된 기류가 공기 충돌면을 중심으로 회전하도록 배열된다.
필라멘트 장치의 필라멘트 개구는 필라멘트 장치 중 필라멘트들 간의 간극보다 실질적으로 더 크다. 실질적으로 더 크다는 것은 필라멘트 개구가 2 개의 필라멘트 사이의 간극의 면적보다 적어도 5 배, 적어도 10 개, 적어도 50 배, 또는 적어도 100 배 더 큰 면적을 커버한다는 것을 의미한다. 필라멘트 개구의 면적과 필라멘트 개구를 포함하는 필라멘트 장치의 단면적의 관계는 적어도 1%, 적어도 2%, 적어도 3%, 적어도 4%, 적어도 5%, 적어도 10%, 또는 적어도 25%이다.
필라멘트 개구의 위치는 모세관 매질 개구의 위치와 실질적으로 일치할 수 있다. 필라멘트 개구 단면의 형상 및 크기는 모세관 매질 개구 단면의 형상 및 크기일 수 있다.
히터 조립체 및 모세관 매질은 필라멘트 장치의 공기 충돌면에 도달하는 기류의 적어도 일부가 모세관 매질을 통과하는 모세관 매질 개구에 의해 정의된 공기 덕트를 통해 가이드되도록 하는 방식으로 에어로졸 발생 시스템 내에 배치될 수 있다. 공기 덕트를 통하는 기류는 공기 덕트의 흡입에 의해 가속화되므로, 휘발된 증기의 더 빠른 냉각을 통해 에어로졸화를 개선한다.
대안적으로, 히터 조립체 및 모세관 매질은 필라멘트 장치의 공기 충돌면에 도달하는 기류가 모세관 매질을 통과하는 모세관 매질 개구에 의해 정의된 공기 덕트를 통해 가이드되도록 에어로졸 발생 시스템 내에 배치될 수 있다.
도전성 필라멘트는 160 내지 600 Mesh US (+/- 10%)(즉, 인치 당 160 내지 600 필라멘트(+/- 10%)) 크기의 메쉬를 형성할 수 있다. 간극들의 폭은 바람직하게는 25 ㎛ 내지 75 ㎛이다. 메쉬의 총 면적에 대한 간극 면적의 비율인, 메쉬의 개방 면적 백분율은 바람직하게 25% 내지 56%이다. 메쉬는 상이한 유형의 직조(weave) 또는 격자(lattice) 구조를 사용하여 형성될 수 있다. 대안적으로, 도전성 필라멘트는 서로 평행하게 배열된 필라멘트의 어레이로 이루어진다. 도전성 필라멘트의 메쉬, 어레이 또는 직물은 당업계에서 주지하는 바와 같이, 액체를 유지하는 능력을 특징으로 할 수도 있다.
도전성 필라멘트들은, 10 ㎛ 내지 100 ㎛, 바람직하게는, 8 ㎛ 내지 50 ㎛, 더 바람직하게는 8 ㎛내지 39 ㎛의 직경을 가질 수 있다. 필라멘트는 둥근 단면을 가질 수 있거나 평탄화된 단면을 가질 수 있다.
도전성 필라멘트의 메쉬, 어레이 또는 직물의 면적은 작을 수 있고, 바람직하게는 25 평방 밀리미터 이하일 수 있으므로, 핸드헬드 시스템에 포함될 수 있다. 도전성 필라멘트의 메쉬, 어레이 또는 직물은, 예를 들어 3 mm 내지 10 mm, 바람직하게는 5 mm의 직경을 갖는 원형일 수 있다. 메쉬는, 직사각형일 수 있고, 예를 들어 5 mm x 2 mm의 치수를 가질 수도 있다. 바람직하게, 도전성 필라멘트의 메쉬 또는 어레이는 히터 조립체 면적의 10% 내지 50%의 면적을 덮는다. 더 바람직하게, 도전성 필라멘트의 메쉬 또는 어레이는 히터 조립체 면적의 15% 내지 25%의 면적을 덮는다. 도전성 필라멘트들의 메쉬, 어레이 또는 직물의 크기가 상기 면적의 10% 및 50%, 또는 25 mm2 이하이면, 휘발되어야 하는 하나 이상의 모세관 매질에 제공된 액체에 대한 도전성 필라멘트들의 메쉬, 어레이 또는 직물의 충분한 접촉을 여전히 보장하면서 도전성 필라멘트들의 메쉬, 어레이 또는 직물을 가열하는 데 필요한 총 전력량을 감소시킨다.
히터 필라멘트들은 호일과 같은 시트 재료를 에칭하여 형성될 수 있다. 이는, 히터 조립체가 평행한 필라멘트들의 어레이를 포함하는 경우에 특히 유리할 수 있다. 히터 조립체가 필라멘트의 메쉬 또는 직물을 포함하는 경우, 필라멘트는 개별적으로 형성되어 함께 니팅(knitted)될 수 있다. 대안적으로, 히터 필라멘트들은 예를 들어 스테인리스 강과 같은 도전성 호일을 스탬핑하여 형성될 수 있다.
히터 조립체의 필라멘트들은 적절한 전기적 특성을 갖는 임의의 재료로부터 형성될 수 있다. 적합한 재료는: 도핑된 세라믹, "도전성" 세라믹(예컨대, 이규화 몰리브덴), 탄소, 흑연, 금속, 금속 합금, 세라믹 재료와 금속 재료의 복합 재료와 같은 반도체를 포함하되 이에 한정되지 않는다. 이와 같은 복합 재료는 도핑된 세라믹 또는 도핑되지 않은 세라믹을 포함할 수 있다. 적합한 도핑된 세라믹의 예는 도핑된 실리콘 카바이드를 포함한다. 적합한 금속의 예는 티타늄, 지르코늄, 탄탈륨 및 백금족 금속을 포함한다. 적합한 금속 합금의 예는 스테인리스 스틸, 콘스탄탄(Constantan), 니켈-, 코발트-, 크롬-, 알루미늄-, 티타늄-, 지르코늄-, 하프늄-, 니오븀-, 몰리브데넘-, 탄탈륨-, 텅스텐-, 주석-, 갈륨-, 망간- 및 철-함유 합금, 및 니켈, 철, 코발트, 스테인리스 스틸을 기본으로 하는 초합금, Timetal®, 철-알루미늄 기재 합금, 및 철-망간-알루미늄 기재 합금을 포함한다. Timetal®은 티타늄 메탈 코포레이션(Titanium Metals Corporation)의 등록 상표이다. 필라멘트들은 하나 이상의 절연체로 코팅될 수 있다. 도전성 필라멘트용으로 바람직한 재료는 304, 316, 304L, 316L 스테인리스 강 및 흑연이다. 추가적으로, 도전성 필라멘트 장치는 상기 재료의 조합을 포함할 수 있다. 재료의 조합은 실질적으로 편평한 필라멘트 장치의 저항 제어를 개선하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 고 고유 저항을 갖는 재료가 저 고유 저항을 갖는 재료와 조합될 수 있다. 재료 중 하나가, 가령, 가격, 가공성, 또는 기타 물리적 및 화학적 파라미터와 같은 다른 관점에서 더 유익한 경우, 이는 유리할 수 있다. 유리하게는, 저항이 증가된 실질적으로 편평한 필라멘트 장치는 기생 손실을 감소시킨다. 유리하게는, 고 저항성 히터는 배터리 에너지를 더욱 효율적으로 사용할 수 있게 한다. 배터리 에너지는, 인쇄 회로 기판 상에서 및 접촉부에서 손실된 에너지와 도전성 필라멘트 장치에 전달된 에너지 간에 비례하여 분배된다. 따라서, 히터의 도전성 필라멘트 장치에 이용 가능한 에너지는 도전성 필라멘트 장치의 저항이 높을수록 높아진다.
대안적으로, 도전성 필라멘트 장치는 탄소사 섬유(carbon thread textile)로 형성될 수 있다. 탄소사 섬유는 고 저항성을 갖는 금속 히터보다 일반적으로 원가가 저렴하다는 장점이 있다. 또한, 탄소 섬유사는 일반적으로 금속 메쉬보다 더 가요성이다. 다른 장점은 탄소 섬유사와 이송 매질(가령, 고 방출 재료) 간의 접촉이 유체 투과성 히터 조립체를 구성하는 동안 잘 보존될 수 있다는 점이다.
유체 투과성 히터 조립체와 이송 매질, 예컨대 섬유 또는 다공성 세라믹 재료로 만든 심지 등의 모세관 이송 매질 간의 안정적인 접촉은 유체 투과성 히터 조립체의 일정한 습윤성을 개선한다. 이는, 도전성 필라멘트 장치의 과열 및 액체의 의도되지 않은 열적 분해의 위험성을 유리하게 감소시킨다.
히터 조립체는 필라멘트들이 지지되는 전기 절연성 기재를 포함할 수 있다. 전기 절연성 기재는, 임의의 적절한 재료를 포함할 수 있으며, 고온(300℃ 초과)과 급속한 온도 변화를 견딜 수 있는 재료인 것이 바람직하다. 적합한 재료의 일 예는 Kapton®과 같은 폴리이미드 필름이다. 전기 절연성 기재는 기재에 형성된 애퍼처(aperture)를 가질 수 있으며, 도전성 필라멘트는 애퍼처를 가로질러 연장된다. 히터 조립체는 도전성 필라멘트에 연결된 전기 접촉부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전기 접촉부는 도전성 필라멘트 장치에 접착제로 접착, 용접, 또는 기계적으로 클램핑될 수 있다. 대안으로, 도전성 필라멘트 구조는, 예를 들어, 금속 잉크를 사용하여 전기 절연성 기재 상에 인쇄될 수 있다. 이러한 구성에서, 바람직하게, 전기 절연성 기재는, 도전성 필라멘트 장치가 다공성 재료의 표면에 직접 부착될 수 있도록 다공성 물질이다. 바람직하게, 이러한 구현예에서, 기재의 다공성은, 도전성 필라멘트 장치를 향하여 액체가 흡인될 수 있는 전기 절연성 기재의 “개구”로서 기능한다.
필라멘트 장치의 도전성 필라멘트들의 메쉬, 어레이 또는 직물의 전기 저항은 바람직하게 0.3 옴(Ohms) 내지 4 옴이다. 더 바람직하게는, 도전성 필라멘트들의 메쉬, 어레이 또는 직물의 전기 저항은 0.5 옴 내지 3 옴, 더 바람직하게는 약 1 옴이다. 도전성 필라멘트들의 메쉬, 어레이 또는 직물의 전기 저항은 바람직하게는 접촉부들의 전기 저항보다 적어도 10의 1승, 더 바람직하게는 10의 2승만큼 더 크다. 이는, 필라멘트 장치에 전류를 통과시킴으로써 발생된 열이 도전성 필라멘트들의 메쉬 또는 어레이에 국한되도록 한다. 시스템이 배터리 구동식인 경우, 필라멘트 장치에 대해 낮은 전체 저항을 갖는 것이 유리하다. 저 저항, 고 전류 시스템은 히터에 높은 전력이 전달될 수 있도록 한다. 이는 히터가 빠르게 원하는 온도로 도전성 필라멘트를 가열할 수 있다.
제1 및 제2 도전성 접촉부는 도전성 필라멘트에 직접 고정될 수 있다. 접촉부는 도전성 필라멘트와 전기 절연성 기재 사이에 위치될 수 있다. 예를 들어, 접촉부는 절연 기재 상에 도금된 구리 호일로 형성될 수 있다. 접촉부는 절연성 기재의 경우보다 필라멘트와 더욱 용이하게 결합할 수도 있다.
필라멘트 개구를 갖는 필라멘트 장치의 구현예에서, 제1 도전성 접촉부는 필라멘트 개구에 대한 필라멘트 장치의 내측 경계선에 위치될 수 있다. 제1 도전성 접촉부는 모세관 매질 개구를 통해 가이드될 수 있다. 제2 도전성 접촉부는 필라멘트 장치의 외측 경계선에 위치될 수 있다.
대안적으로, 제1 및 제2 도전성 접촉부는 도전성 필라멘트와 일체형일 수 있다. 예를 들어, 필라멘트 장치는 도전성 시트를 에칭하여 2 개의 접촉부 사이에 복수의 필라멘트를 제공함으로써 형성될 수 있다.
액체 저장부의 하우징은 모세관 매질을 함유한다. 모세관 매질은 액체를 일 단부에서 타 단부로 능동적으로 전달하는 재료이다. 모세관 매질은 액체를 히터 조립체로 전달하도록 하우징 내에 유리하게 배향되어 있다.
모세관 매질은 섬유성 또는 스폰지 구조를 가질 수 있다. 모세관 매질은 바람직하게는 모세관 다발을 포함한다. 예를 들어, 모세관 매질은 복수의 섬유나 스레드(thread), 또는 다른 미세 보어 튜브를 포함할 수 있다. 섬유들 또는 스레드는 일반적으로 액체를 히터에 전달하도록 정렬될 수 있다. 대안적으로, 모세관 매질은 스폰지류 또는 발포체류 재료를 포함할 수 있다. 모세관 매질의 구조는 액체가 모세관 작용에 의해 운반될 수 있는 복수의 작은 구멍 또는 관을 형성한다. 모세관 매질은 임의의 적합한 재료 또는 재료의 조합을 포함할 수 있다. 적합한 재료의 예는 스폰지 또는 발포체 재료, 섬유 또는 소성된 분말 형태의 세라믹계 또는 그라파이트계 재료, 발포된 금속 또는 플라스틱 재료, 예를 들면 초산 셀룰로오스, 폴리에스테르, 또는 결합된 폴리올레핀, 폴리에틸렌, 테릴렌 또는 폴리프로필렌 섬유, 나일론 섬유 또는 세라믹과 같은 스펀지 또는 압출된 섬유로 이루어진 섬유상 재료이다. 모세관 매질은 상이한 액체 물리적 특성과 함께 사용되도록 임의의 적합한 모세상(capillarity) 및 다공성을 가질 수 있다. 액체는 점도, 표면 장력, 밀도, 열 전도성, 비등점 및 증기압을 포함하되 이에 한정되지 않는 물성을 가지며, 이는 액체가 모세관 작용에 의해 모세관 장치를 통해 운반될 수 있게 한다.
모세관 매질은 도전성 필라멘트들과 접촉한다. 모세관 매질은 필라멘트들 사이의 간극 내로 연장될 수 있다. 히터 조립체는, 모세관 작용에 의해 액체 에어로졸 형성 기재를 간극 내로 흡인할 수 있다. 모세관 매질은, 구멍의 실질적으로 전체에 걸쳐 도전성 필라멘트들과 접촉할 수 있다. 일 구현예에서, 도전성 필라멘트 장치와 접촉하는 모세관 매질은 필라멘트 심지일 수 있다.
유리하게는, 히터 조립체와 모세관 매질은 대략 동일한 면적을 갖는 크기일 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 대략이라는 것은, 히터 조립체가 모세관 매질보다 0 내지 15% 더 클 수 있음을 의미한다. 히터 조립체의 형상은, 히터 조립체와 모세관 매질이 실질적으로 중첩되도록 모세관 매질의 형상과 유사할 수 있다. 히터 조립체와 모세관 매질의 크기와 형상이 실질적으로 유사하면, 제조가 간략화될 수 있으며 제조 공정의 강건성이 개선될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 모세관 매질은, 에어로졸 발생을 촉진하기 위해 히터 조립체의 도전성 필라멘트들의 메쉬, 어레이 또는 섬유와 직접 접촉하는 모세관 매질의 하나 이상의 층을 포함하는 두 개 이상의 모세관 매질을 포함할 수 있다. 모세관 매질은 본원에서 설명된 재료를 포함할 수 있다.
모세관 매질 중 적어도 하나는, 도전성 필라멘트들의 메쉬, 어레이 또는 섬유와 접촉하는 모세관 매질에 액체가 충분하게 제공되지 않는 경우에 발생하는 “건조 가열"을 방지하기 위해 해당 모세관 매질에 최소량의 액체가 존재하도록 충분한 부피를 가질 수 있다. 상기 모세관 매질의 최소 부피는 사용자가 20 내지 40 회 퍼핑할 수 있도록 제공될 수 있다. 1 내지 4초의 길이인 1 회의 퍼핑 동안 휘발되는 액체의 평균 부피는 일반적으로 액체 1 내지 4 mg이다. 따라서, 액체 형성 기재를 포함하는 20 내지 160 mg의 액체를 유지하기 위한 부피를 갖는 적어도 하나의 모세관 매질을 제공하면 건조 가열을 방지할 수 있다.
하우징은 두 개 이상의 상이한 재료를 모세관 매질로서 함유할 수 있으며, 여기서 필라멘트 장치와 접촉하는 제1 모세관 매질은 높은 열 분해 온도를 가지고, 제1 모세관 매질과 접촉하지만 필라멘트 장치과는 접촉하지 않는 제2 모세관 매질은 낮은 열 분해 온도를 가진다. 제1 모세관 매질은 히터 요소를 제2 모세관 매질로부터 분리하는 스페이서로서 효과적으로 작용함으로써, 제2 모세관 매질이 열 분해 온도보다 높은 온도에 노출되지 않도록 한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, “열 분해 온도”는, 재료가 분해되어 기체 부산물의 생성에 의해 질량을 잃기 시작하는 온도를 의미한다. 제2 모세관 매질은, 제1 모세관 매질보다 큰 부피를 유리하게 차지할 수 있고, 제1 모세관 매질보다 에어로졸 형성 기재를 더 많이 보유할 수 있다. 제2 모세관 매질은 제1 모세관 매질보다 뛰어난 수분 운반(wicking) 성능을 가질 수 있다. 제2 모세관 매질은 제1 모세관 매질보다 저렴할 수 있다. 제2 모세관 매질은 폴리프로필렌일 수 있다.
제1 모세관 매질은, 제1 모세관 매질에 전체에 걸쳐 충분한 온도 강하를 제공하기 위해 히터 조립체를 제2 모세관 매질로부터 적어도 1.5 mm, 바람직하게는 1.5 mm 내지 2 mm의 거리만큼 분리시킬 수 있다.
모세관 매질 개구의 크기와 위치는 에어로졸 발생 시스템의 기류 특성, 또는 히터 조립체의 온도 프로파일, 또는 두 가지 모두에 따라 선택될 수 있다. 모세관 매질 개구의 위치 및 형상은 필라멘트 장치의 공기 충돌면으로 가이드된 기류가 공기 충돌면을 중심으로 회전하도록 배치된다. 일부 구현예에서, 모세관 매질 개구는 모세관 매질의 단면 중심을 향해 위치될 수 있다. 바람직하게는, 모세관 매질 개구는 모세관 매질의 단면 중심에 위치된다. 바람직하게는, 모세관 매질은 원통 형상이다. 바람직하게는, 모세관 매질 개구를 통과하는 공기 덕트는 원통 형상이다.
용어 “모세관 매질의 단면 중심을 향해”는 모세관 매질의 외주로부터 이격되고 모세관 매질 단면의 총 면적보다 작은 면적을 갖는 모세관 매질 단면의 중심부를 지칭한다. 예를 들어, 중심부는 모세관 매질 단면의 총 면적의 약 80% 미만, 약 60% 미만, 약 40% 미만, 또는 약 20% 미만의 면적을 가질 수 있다.
필라멘트 개구를 갖는 구현예에서, 필라멘트 개구는 필라멘트 장치의 중심부에 위치될 수 있으며, 여기서 필라멘트 개구는 모세관 매질 개구에 의해 연장되어 모세관 매질을 통과하는 공기 덕트를 형성한다. 이 경우, 더 많은 에어로졸이 필라멘트 장치의 중심에서 필라멘트 장치를 통과한다. 이는 필라멘트 장치의 중심이 가장 중요한 기화 영역인 에어로졸 발생 시스템에 있어서, 예를 들어 히터 조립체의 온도가 필라멘트 장치의 중심에서 더 높은 에어로졸 발생 시스템에 있어서 유리하다. 필라멘트 장치, 필라멘트 개구, 및 모세관 매질 개구의 위치 및 형상은 필라멘트 장치의 공기 충돌면으로 가이드된 기류가 공기 충돌면을 중심으로 회전하도록 배열된다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 필라멘트 장치의 “중심부”는 필라멘트 장치의 외주로부터 이격되고 필라멘트 장치의 총 면적보다 작은 면적을 갖는 필라멘트 장치의 일부를 지칭한다. 예를 들어, 중심부는 필라멘트 장치의 총 면적의 약 80% 미만, 약 60% 미만, 약 40% 미만, 또는 약 20% 미만의 면적을 가질 수 있다.
에어로졸 발생 시스템의 공기 유입부는 시스템의 메인 하우징에 배치될 수 있다. 대기는 시스템 내부로 향하고, 히터 조립체의 공기 충돌면으로 가이드된다. 히터 조립체의 공기 충돌면에 도달하는 기류는 모세관 매질 개구에 의해 형성된 공기 덕트를 통해 가이드된다. 기류는 히터 조립체의 표면 상에서 에어로졸 형성 기재를 가열하여 생성된 에어로졸을 비말 동반한다. 이어서, 에어로졸 함유 공기는, 카트리지 하우징과 메인 하우징 사이에서 카트리지를 따라, （하류측 단부에 도달하기 전에 또는 도달할 때) 추가 흐름 경로로부터의 대기와 혼합되는 시스템의 하류측 단부로 가이드될 수 있다. 공기 덕트를 통해 에어로졸을 가이드하면 기류가 가속화되므로, 더 빠른 냉각을 통해 에어로졸화가 개선될 수 있다.
공기 유입부는 대기가 모세관 매질 개구에 의해 형성된 공기 덕트에 대해 약 90 도 이하의 각도로 가열체를 향해 흡인되도록 시스템의 메인 하우징의 측벽에 제공될 수 있다. 따라서, 기류의 적어도 대부분이 히터 조립체의 공기 충돌면을 따라 실질적으로 평행하게 가이드된 다음 모세관 매질에 의해 형성된 공기 덕트 내로 다시 향한다. 본 발명의 특정 기류 경로에 의해 에어로졸 증기를 효과적으로 운반하는 난류 및 와류가 기류에 발생한다. 또한, 에어로졸 형성을 개선할 수도 있는 냉각 속도가 증가될 수 있다. 대기는 공기 덕트를 통해 히터 조립체의 표면으로 가이드될 수 있고, 즉 기류의 방향이 기류의 바람직한 방향과 비교해 반전된다. 또한 본 구현예에서, 공기 덕트를 통해 대기를 가이드하면 기류가 가속화되므로, 에어로졸화가 개선될 수 있다.
카트리지 하우징의 원위 단부의 영역에 배치된 제2 채널의 유입부 개구는, 또한, 카트리지의 근위 단부에 가열체가 배치되는 대체 시스템에 제공될 수 있다. 제2 흐름 경로는 카트리지의 외부로 지나갈 수 있을 뿐만 아니라 카트리지를 통할 수도 있다. 이어서, 대기는, 카트리지의 반개방 벽에서 카트리지에 유입되고, 카트리지를 통과하여, 카트리지의 근위 말단에 배치된 가열체를 통과함으로써 카트리지를 남겨 둔다. 이에 따라, 대기는 에어로졸 형성 기재를 통과할 수 있고 또는 대기가 기재 자체를 통과하지 않고 기재 옆의 채널에서만 통과하도록 고체 에어로졸 형성 기재에 배치된 한 개 또는 여러 개의 채널을 통과할 수 있다.
대기가 카트리지에 유입될 수 있도록, 카트리지 하우징의 벽, 바람직하게는, 가열체의 반대측에 있는 벽, 바람직하게는, 바닥 벽에는, 적어도 하나의 반개구 유입부가 제공된다. 반개방 유입부는, 공기가 카트리지에 유입될 수 있게 하지만 어떠한 공기나 액체도 반개방 유입부를 통해 카트리지를 벗어날 수는 없게 한다. 반개구 유입부는, 예를 들어, 공기에 대해서만 한 방향으로 투과성이 있고 반대 방향으로는 공기와 액체가 투과할 수 없는 반투과성 멤브레인일 수 있다. 반개방 유입부는, 또한, 예를 들어, 일방향 밸브일 수 있다. 바람직하게, 반개방 유입부는, 특정한 조건이 충족될 때에만, 예를 들어, 밸브 또는 멤브레인을 통과하는 공기의 부피 또는 카트리지의 최소 가압인 경우에만, 공기가 유입부를 통과할 수 있게 한다.
이러한 일방향 밸브는, 예를 들어, 의료용 장치에서 사용되는 것과 같은 시판되고 있는 밸브일 수 있는데, 예컨대, （멤브레인을 가로지르는) LMS Mediflow 일방향 밸브, LMS SureFlow 일방향 밸브, 또는 LMS 체크 밸브가 있다. 카트리지를 통과하는 기류를 갖는 카트리지에 사용되는 적절한 멤브레인은, 예를 들어, 의료용 장치에서 사용되는 바와 같은 환기형 멤브레인, 예를 들어, Qosina Ref. 11066, 즉, 아기 젖병에 사용되는 것과 같은 소수성 필터 또는 밸브를 구비하는 환기형 캡이다. 이러한 밸브와 멤브레인은, 전기 가열식 흡연 시스템의 응용분야에 적절한 임의의 재료로 제조될 수 있다. 의료용 장치에 적절한 재료 및 FDA 승인 재료를 사용할 수 있으며, 예를 들어, 매우 높은 기계적 저항과 넓은 온도 범위 내의 열적 안정성을 갖는 그래핀이 있다. 바람직하게, 밸브는, 한 개의 또는 여러 개의 밸브를 용기 하우징의 벽 내에 포함시키는 것을 지지하기 위한 부드러운 탄성 재료로 제조된다.
대기가 기재를 통과할 수 있게 함으로써, 에어로졸 형성 기재의 에어로졸화를 지원한다. 퍼핑하는 동안, 카트리지에 가압이 발생하며, 이는 반개방 유입부를 기동할 수 있다. 이어서, 대기가 카트리지, 바람직하게는 고 유지 재료나 고 방출 재료(HRM) 또는 액체를 지나서 가열체를 교차하므로, 가열체가 액체를 충분히 가열하면 액체의 에어로졸화가 발생되고 유지된다. 또한, 퍼핑하는 동안 발생하는 감압으로 인해, 모세관 매질과 같은 등의 이송 재료 내의 액체가 가열체로 공급되는 것이 제한될 수 있다. 카트리지를 통한 주변 기류는 카트리지 내의 압력 차를 동등하게 할 수 있고 이에 따라 가열체를 향하는 방해 받지 않는 모세관 작용을 지원한다.
또한, 반개방 유입부는, 또한 또는 대안으로, 카트리지 하우징의 한 개의 또는 여러 개의 측벽에 제공될 수 있다. 측벽의 반개방 유입부는, 가열체가 배치되어 있는 카트리지 하우징의 개방된 최상단을 향하여 카트리지 내에 측방향 기류를 제공한다. 바람직하게, 측방향 기류는 에어로졸 형성 기재를 통과한다.
시스템은, 히터 조립체와 전기 전력 공급부에 연결된 전기 회로를 더 포함할 수 있고, 전기 회로는, 히터 조립체의 또는 히터 조립체의 하나 이상의 필라멘트의 전기 저항을 감시하고 히터 조립체 또는 하나 이상의 필라멘트의 전기 저항에 의존하는 히터 조립체로의 전력 공급을 제어하도록 구성되어 있다.
전기 회로는, 프로그래밍 가능한 마이크로프로세서일 수 있는 마이크로프로세서를 포함할 수 있다. 상기 전기 회로는 전자 부품을 더 포함할 수 있다. 전기 회로는 히터 조립체에 대한 전력 공급을 조절하도록 구성되어 있을 수도 있다. 전력은 히터 조립체에 공급되어서 시스템의 활성화를 연속적으로 수반할 수도 있거나, 또는 예를 들면 퍼핑마다를 기준으로 간헐적으로 공급될 수도 있다. 전력은 전류 펄스 형태로 히터 조립체에 공급될 수도 있다.
상기 시스템은 유리하게 하우징의 본체 내부에 전력 공급부, 통상적으로는 배터리를 포함하고 있다. 하나의 대안으로서, 전원은 캐패시터와 같은 전하 저장 장치의 다른 형태일 수 있다. 전력 공급부는 재충전을 필요로 할 수도 있고 하나 이상의 흡연 체험을 위해 충분한 에너지의 저장을 허용하는 용량을 가질 수도 있다; 예를 들면, 전력 공급부는 약 6분의 기간 동안, 또는 6분의 2배인 기간 동안 에어로졸의 연속적인 발생을 허용하기에 충분한 용량을 가질 수도 있다. 다른 구현예에서, 전력 공급부는 미리 정해진 수의 퍼프 또는 히터 조립체의 개별 활성화를 허용하기에 충분한 용량을 가지고 있을 수도 있다.
바람직하게, 상기 에어로졸 발생 시스템은 하우징을 포함하고 있다. 바람직하게는, 하우징은 세장형이다. 하우징은 임의의 적절한 재료 또는 재료의 조합을 포함할 수 있다. 적절한 재료의 예는, 금속, 합금, 플라스틱 또는 이들 재료 중 하나 이상을 함유하는 복합 재료, 또는 식품이나 제약에 적용하기에 적합한 열가소성 수지, 예컨대, 폴리프로필렌, 폴리에테르케톤(PEEK) 및 폴리에틸렌을 포함한다. 재료는 가볍고 비-취성(non-brittle)인 것이 바람직하다.
에어로졸 형성 기재는 에어로졸을 형성할 수 있는 휘발성 화합물을 방출할 수 있는 기재이다. 휘발성 화합물은 에어로졸 형성 기재를 가열하여 방출될 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 식물계 재료를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 담배를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 가열시에 에어로졸 형성 기재로부터 방출되는, 휘발성 담배 향미 화합물들을 함유하는 담배 함유 물질을 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는, 대안적으로, 비-담배 함유 물질을 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 균질화 식물계 재료를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 균질화 담배 재료를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 적어도 하나의 에어로졸 형성제를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 향미제와 같은 다른 첨가제 및 성분을 포함할 수 있다.
상기 시스템은 메인 유닛 및 상기 메인 유닛에 착탈식으로 연결된 카트리지를 포함할 수 있으며, 여기서 액체 저장부와 히터 조립체는 카트리지 내에 제공되고, 상기 메인 유닛은 전원을 포함한다.
에어로졸 발생 시스템은 전동식 흡연 시스템일 수 있다. 바람직하게, 상기 에어로졸 발생 시스템은 휴대용이다. 에어로졸 발생 시스템은 통상의 엽궐련 또는 궐련에 필적하는 크기를 가질 수 있다. 상기 흡연 시스템은 약 30 mm 내지 약 150 mm의 총 길이를 가질 수 있다. 상기 흡연 시스템은 약 5 mm 내지 약 30 mm의 외경을 가질 수 있다.
전동식 에어로졸 발생 시스템에 사용하기 위한 카트리지의 제조 방법에 있어서, 액체 저장부를 채우는 단계는 히터 조립체를 제공하는 단계 이전에 또는 이후에 수행될 수 있다. 히터 조립체는 액체 저장부의 하우징에 고정될 수 있다. 고정하는 단계는, 예를 들어, 히터 조립체를 액체 저장부에 열 밀봉, 접착, 또는 용접하는 단계를 포함할 수 있다.
일 양태에 관하여 설명한 특징들은 본 발명의 다른 양태에 동일하게 적용될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, “도전성”이라는 것은, 1 x 10-4Ωm 이하의 고유 저항을 갖는 재료로부터 형성되었음을 의미한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, “전기 절연성”이라는 것은, 1 x 104 Ωm 이상의 고유 저항을 갖는 재료로부터 형성되었음을 의미한다.
히터 조립체와 관련하여 본원에서 사용되는 바와 같이, "유체 투과성"이란 기상 및 가능하게는 액상 에어로졸 형성 기재가, 용이하게 히터 조립체를 통과할 수 있다는 것을 의미한다.
본 발명의 구현예들은 첨부된 도면을 참조하여 단지 예시하기 위한 목적으로 더욱 설명될 것이며, 여기서:
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 필라멘트 장치(30)을 도시한다. 필라멘트 장치(30)은 필라멘트 개구(32)를 갖는다. 모세관 매질(22)은 필라멘트 장치(30)과 접촉한다. 모세관 매질은 모세관 매질(22)을 통과하는 공기 덕트의 역할을 하는 모세관 매질 개구(28)를 갖는다. 대기는 기류(40)로 유도되어 필라멘트 장치(30)의 공기 충돌면으로 유도된다. 모세관 매체 (22)를 통한 공기 덕트의 흡입은 기류의 가속화를 야기하여, 휘발된 증기가 공기 덕트를 통해 기류(42) 중으로 흡인된다.
도 2a 및 도 2b는 각각이 필라멘트 장치(30)의 중앙부에 필라멘트 개구(32)를 갖는 다양한 형상의 필라멘트 장치(30)을 도시한다.
도 2a는 일 치수를 따라 만곡된 비평면 필라멘트 장치(30)을 도시한다. 만곡된 형상은 공기 충돌면 상에서 기류(40)가 회전하도록 한다. 이 효과는 선택적인 필라멘트 개구(32)에 의해 더 증가된다.
도 2b는 선택적인 필라멘트 개구(32)를 깔때기 형상의 필라멘트 장치(30)의 바닥에 갖는 깔때기 형상의 비평면 필라멘트 장치(30)을 도시한다. 깔때기 형상은 공기 충돌면 상에서 기류(40)가 회전하도록 한다. 이 효과는 선택적인 필라멘트 개구(32)에 의해 더 증가된다.
도 3은 에어로졸 발생 시스템에 사용될 모세관 매질(22)을 도시한다. 2 개의 모세관 매질(44, 46)이 사용되고 있다. 크기가 더 큰 제2 모세관 매질(46)은 히터 조립체의 필라멘트 장치(30)과 접촉하는 제1 모세관 매질(44)의 반대측에 제공된다. 제1 모세관 매질(44) 및 제2 모세관 매질(46) 모두는 액체 에어로졸 형성 기재를 보유한다. 필라멘트 장치와 접촉하는 제1 모세관 매질(44)은 제2 모세관 매질(46)보다 높은 열 분해 온도(적어도 160℃ 이상, 예컨대 대략 250℃)를 가진다. 제1 모세관 매질(44)은 제2 모세관 매질이 열 분해 온도보다 높은 온도에 노출되지 않도록 필라멘트 장치(30)을 제2 모세관 매질(46)로부터 분리하는 스페이서로서 작용한다. 제1 모세관 매질(44)은 가요성이며, 바람직하게는 모세관 매질과 히터 조립체 간의 접촉 면적이 최대가 되도록 히터 조립체의 비평면 형상에 수용된다.
제1 모세관 매질 전체에 걸친 열 구배(thermal gradient)는 제2 모세관 매질이 열 분해 온도보다 낮은 온도에 노출되도록 한다. 제2 모세관 매질(46)은 제1 모세관 매질(44) 보다 우수한 수분 운반(wicking) 성능을 갖도록 선택될 수 있고, 제1 모세관 매질보다 더 많은 단위 부피 당 액체를 보유할 수 있으며, 제1 모세관 매질보다 더 저렴할 수 있다. 모세관 매질(22)은 모세관 매질(22)을 통과하는 공기 덕트의 역할을 하는 모세관 매질 개구(28)를 포함한다.
도 4a 내지 도 4c는 필라멘트 장치(30)의 표면 상에서 휘발된 증기와 혼합된 후 모세관 매질 개구(28)에 의해 형성된 공기 덕트를 통해 기류(42)를 가이드하는 2 개의 개별적인 모세관 매질(44, 46)과 필라멘트 장치(30)의 독창적인 조합을 도시한다. 대안적으로, 기류는 역방향으로 가이드될 수 있다. 즉 대기가 기류(40)로서 공기 덕트를 통해 필라멘트 장치(30)의 표면으로 가이드될 수 있다.
도 4a는 필라멘트 개구(32)를 필라멘트 장치(30)의 바닥 단부에 갖는 깔때기 형 비평면 필라멘트 장치(30)을 도시하며, 여기서 필라멘트 개구(32)는 모세관 매질 개구(28)를 연장시킨다. 깔때기 형상은 휘발된 증기와 대기의 혼합을 촉진하는 난류와 와류를 생성한다.
도 4b는 만곡된 형상의 비평면 필라멘트 장치(30)을 도시한다. 만곡된 형상은 휘발된 증기와 대기의 혼합을 강화하는 난류와 와류를 생성한다. 도 4b의 필라멘트 장치(30)이 전용 필라멘트 개구(32)를 나타내지 않는 것을 제외하고는, 도 4c의 필라멘트 장치(30)은 도 2a에 도시된 필라멘트 장치(30)과 상당 부분 대응된다. 필라멘트 장치(30) 중의 간극으로 인해, 필라멘트 장치(30)은 전용 필라멘트 개구(32) 없이도 유체 및 공기 투과성이다. 따라서, 모세관 매질(44, 46)의 공기 덕트를 통한 흡입 효과는 모세관 개구(28)가 필라멘트 개구(32)에 의해 연장되지 않는 경우에도 주어진다.
도 4c는 전용 필라멘트 개구(32)가 없는 깔때기 형상의 필라멘트 장치(30)을 갖는 4b에 대응된다. 필라멘트 장치(30)의 깔때기 형상은 필라멘트 장치(30)의 공기 충돌면에 도달하여 휘발된 증기와 대기의 혼합을 촉진하는 난류와 완류를 생성하는 공기의 회전을 감안한 것이다. 필라멘트 장치(30) 중의 간극으로 인해, 필라멘트 장치(30)은 전용 필라멘트 개구(32) 없이도 유체 및 공기 투과성이다.
도 4a 및 도 4c에 예시된 구현예에서, 필라멘트 장치(30)의 하부는 제2 모세관 매질(46)과 직접 접촉한다. 물론, 모세관 매질(44)의 크기는 모세관 매질이 필라멘트 장치(30) 전체를 커버하고, 필라멘트 장치(30)과 제2 필라멘트 매질(46) 간의 직접 접촉이 방지되도록 커질 수 있다.
도 5는 본 발명의 구현예 중 하나에 따른 필라멘트 장치(30) 및 본 발명의 구현예 중 하나에 따른 모세관 매질(22)을 포함하는 히터 조립체를 갖는 카트리지(20)를 포함하는 에어로졸 발생 시스템의 개략적 도시이다. 에어로졸 발생 시스템은 에어로졸 발생 장치(10) 및 별도의 카트리지(20)를 포함한다. 이 실시예에서, 에어로졸 발생 시스템은 전동식 흡연 시스템이다.
카트리지(20)는 에어로졸 형성 기재를 함유하고 있으며, 장치 내의 공동(18)에 수용되도록 구성되어 있다. 카트리지(20)는 카트리지(20)에 제공된 에어로졸 형성 기재가 고갈되는 경우 사용자에 의해 교체 가능해야 한다. 도 5는 장치 내에 삽입되기 직전의 카트리지(20)를 도시하고 있으며, 도 5의 화살표(1)는 카트리지(20)의 삽입 방향을 나타낸다. 필라멘트 장치(30) 및 모세관 매질(22)을 갖는 히터 조립체는 커버(26) 뒤의 카트리지(20) 내에 위치된다. 에어로졸 발생 장치(10)는 휴대용이며, 종래의 엽궐련 또는 궐련에 필적할만한 크기를 가지고 있다. 장치(10)는 본체(11) 및 마우스피스부(12)를 포함하고 있다. 본체(11)는 인산 철 리튬 배터리와 같은 전원(14), 제어 전자 장치(16), 및 공동(18)을 포함한다. 마우스피스부(12)는 힌지 연결부(21)에 의해 본체(11)에 연결되고, 도 5에 도시된 개방 위치와 폐쇄 위치 사이를 이동할 수 있다. 마우스피스부(12)는 카트리지(20)의 삽입과 제거가 가능하도록 개방 위치에 놓이고, 에어로졸을 발생시키기 위해 시스템이 사용될 때 폐쇄 위치에 놓인다. 마우스피스부는 복수의 공기 유입부(13) 및 유출부(15)를 포함하고 있다. 사용시, 사용자는, 유출부에 대고 빨아들이거나 퍼핑하여 공기가 공기 유입부(13)로부터 마우스피스부 및 카트리지(20)을 통해 유출부(15)로 흡인하고, 이어서 사용자의 입이나 폐로 흡인한다. 내부 배플(17)은 마우스피스부(12)를 통해 흐르는 공기가 카트리지를 지나도록 강제한다.
공동(18)은 원형 단면을 가지고, 카트리지(20)의 하우징(24)을 수용하도록 크기를 갖는다. 전기 접속부(19)는 제어 전자 장치(16)와 배터리(14) 간의 전기 접속 및 카트리지(20) 상의 대응하는 전기 접촉을 제공하도록 공동(18)의 측부에 제공된다.
본 개시에 따른 필라멘트 장치(30)을 갖는 히터 조립체를 포함하는 다른 카트리지 디자인 및 본 개시에 따른 모세관 매질(22)가 이제 당업자에 의해 고안될 수 있다. 예를 들어, 카트리지(20)는 마우스피스부(12)를 포함할 수 있고, 둘 이상의 히터 조립체를 포함할 수 있고, 임의의 바람직한 형상을 가질 수 있다. 또한, 본 개시에 따른 히터 조립체는 이미 설명된 것과 다른 유형의 시스템, 예컨대 가습기, 공기 청정기, 및 다른 에어로졸 발생 시스템에 사용될 수 있다.
전술한 예시적인 구현예들은 예시적이되 한정적인 것은 아니다. 위에서 논의된 예시적인 구현예들을 고려하면, 상기 예시적인 구현예와 일치하는 다른 구현예들은 이제 당업자에게 명백해질 것이다.
10: 에어로졸 발생 장치
11: 본체
12: 마우스피스부
13: 공기 유입부
14: 전원
15: 유출부
16: 제어 전자 장치
17: 내부 배플
18: 공동
19: 전기 접속부
20: 카트리지
22: 모세관 매질
24: 하우징
28: 모세관 매질 개구
30: 필라멘트 장치
32: 필라멘트 개구
40: 기류
42: 기류
44: 제1 모세관 매질
46: 제2 모세관 매질

Claims (14)

  1. 에어로졸 발생 시스템으로서:
    액체 에어로졸 형성 기재 및 모세관 매질(22)을 보유하며 개구를 갖는 하우징을 포함하는 액체 저장부;
    실질적으로 비평면 공기 충돌면을 정의하도록 배열된 도전성 필라멘트의 배열(30)을 포함하는 유체 투과성 히터 조립체를 포함하되, 상기 유체 투과성 히터 조립체는 상기 하우징의 개구를 가로질러 연장되고,
    모세관 매질(22)은 상기 히터 조립체와 접촉하도록 제공되고,
    상기 액체 에어로졸 형성 기재는 모세관 매질(22)을 통해 도전성 필라멘트 장치(30)로 흡인되며,
    모세관 매질(22)은 기류(42)가 모세관 매질(22)을 통과할 수 있게 하는 모세관 매질 개구(28)를 포함하는, 에어로졸 발생 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 필라멘트 장치(30)은 기류(42)가 상기 공기 충돌층을 통과할 수 있게 하는 필라멘트 개구(32)를 정의하고, 모세관 매질 개구(28)는 모세관 매질(22)을 통해 필라멘트 개구(32)를 연장하는, 에어로졸 발생 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 필라멘트 개구(32)의 위치는 모세관 매질 개구(28)의 위치와 실질적으로 일치하는, 에어로졸 발생 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 필라멘트 장치(30)은 하나 이상의 치수를 따라 만곡된 것인, 에어로졸 발생 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 필라멘트 장치(30)은 깔때기 형상인, 에어로졸 발생 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 모세관 매질(22)은 원통형이고, 모세관 매질 개구(28)는 중심 개구인, 에어로졸 발생 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에어로졸 발생 시스템은 상기 유체 투과성 히터 조립체(30)에서 기화된 액체가 기류(42)에 의해 모세관 매질 개구(28)을 통해 운반되도록 구성되고, 모세관 매질 개구(28)를 통해 기류(42)를 가이드하면 기류(42)가 가속화되는, 에어로졸 발생 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 필라멘트 장치(30)의 위치 및 형상은 필라멘트 장치(30)의 상기 공기 충돌면으로 가이드된 기류(40)가 기류 충돌면을 중심으로 회전하도록 치수를 가지고 배치된 것인, 에어로졸 발생 시스템.
  9. 제2항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 히터 조립체는 필라멘트 개구(32)에 대해 필라멘트 장치(30)의 내측 경계선에 위치된 제1 도전성 접촉부(34) 및 필라멘트 장치(30)의 외측 경계선에 위치된 제2 도전성 접촉부(36)를 포함하고, 제1 도전성 접촉부(34)는 모세관 매질 개구(28)를 통해 가이드되는 것인, 에어로졸 발생 시스템.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템은 주 장치(10) 및 주 장치(10)에 제거 가능하게 결합된 카트리지(20)를 포함하고, 여기서 상기 액체 저장부와 상기 히터 조립체는 카트리지(20)에 제공되어 있고, 주 장치(10)는 전원(14)을 포함하는 것인, 에어로졸 발생 시스템.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템은 전동식 흡연 시스템인, 에어로졸 발생 시스템.
  12. 전동식 에어로졸 발생 시스템에 사용하기 위한 카트리지를 제조하는 방법으로서,
    개구를 가지는 하우징을 포함하는 액체 저장부를 제공하는 단계;
    모세관 재료(22)를 상기 액체 저장부 내에 제공하는 단계;
    상기 액체 저장부를 액체 에어로졸 형성 기재로 채우는 단계; 및
    실질적으로 비평면인 공기 충돌면을 정의하도록 배열된 도전성 필라멘트의 배열(30)을 포함하는 유체 투과성 히터 조립체를 포함하되, 상기 유체 투과성 히터 조립체는 상기 하우징의 개구를 가로질러 연장되고,
    모세관 매질(22)은 상기 히터 조립체와 접촉하도록 제공되고,
    모세관 매질(22)은 기류(42)가 모세관 매질(22)을 통과할 수 있게 하는 모세관 매질 개구(28)를 포함하는, 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 유체 투과성 히터 조립체는 변형되어 비평면형 공기 충돌층을 형성하는 초기에 편평한 필라멘트 장치(30)로부터 형성된 것인, 방법.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 유체 투과성 히터 조립체는 상기 히터 조립체를 상기 액체 저장부의 하우징에 열 밀봉, 접착 또는 용접함으로써 상기 액체 저장부에 고정된, 방법.
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