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KR20190026774A - 히터 보호부를 갖는 에어로졸 발생 시스템용 카트리지 - Google Patents

히터 보호부를 갖는 에어로졸 발생 시스템용 카트리지 Download PDF

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KR20190026774A
KR20190026774A KR1020197001898A KR20197001898A KR20190026774A KR 20190026774 A KR20190026774 A KR 20190026774A KR 1020197001898 A KR1020197001898 A KR 1020197001898A KR 20197001898 A KR20197001898 A KR 20197001898A KR 20190026774 A KR20190026774 A KR 20190026774A
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South Korea
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cartridge
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aerosol
device portion
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KR1020197001898A
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패트릭 찰스 실베스트리니
이하르 니콜라예비치 지노빅
키싼 다스나비스 페르난도
Original Assignee
필립모리스 프로덕츠 에스.에이.
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Abstract

본 발명은 에어로졸 발생 시스템용 카트리지를 제공하며, 상기 카트리지는: 에어로졸 형성 기재의 공급품을 수용하는 저장 용기; 저장 용기의 개구를 가로질러 위치된 유체 투과성 가열체; 저장 용기에 결합되어 유체 투과성 가열체를 덮는 보호 커버; 적어도 하나의 공기 유입구, 적어도 하나의 공기 유출구 및 적어도 하나의 공기 유입구로부터 적어도 하나의 공기 유출구까지의 기류 경로를 포함하되, 보호 커버는 기류 경로의 일부가 보호 커버와 유체 투과성 가열체 사이에 있도록 구성된다. 본 발명의 카트리지는 조립하기 간단하고, 간단한 연결을 통해 전력을 공급할 수 있으며, 견고하다.

Description

히터 보호부를 갖는 에어로졸 발생 시스템용 카트리지
본 발명은 에어로졸 발생 시스템, 예컨대 핸드헬드 전동식 에어로졸 발생 시스템에 관한 것이다. 특히 본 발명은 에어로졸 형성 기재 및 히터 조립체를 포함하는 에어로졸 발생 시스템용 카트리지에 관한 것이다.
핸드헬드 전동식 에어로졸 발생 시스템으로서, 배터리 및 제어 전자 장치를 포함하는 장치부, 저장부 내에 유지되는 에어로졸 형성 기재의 공급부를 포함하는 카트리지부, 및 기화기 역할을 하는 전동식 히터 조립체로 이루어지는 시스템이 공지되어 있다. 저장부 내에 유지되는 에어로졸 형성 기재의 공급부와 기화기 둘 모두를 포함하는 카트리지는 때로는 "카토마이저(cartomiser)"로서 지칭된다. 히터 조립체는 저장부 내에 유지되는 에어로졸 형성 기재와 접촉하는 상태의 유체 투과성 가열체를 포함할 수 있다.
유체 투과성 가열체를 갖는 히터 조립체는 잘 깨질 수 있고, 쉽게 손상될 수 있다. 또한, 액체 에어로졸 형성 기재가 사용되는 경우, 카트리지가 사용되지 않을 때 소량의 액체가 유체 투과성 가열체를 통해 누설될 수 있는데, 이는 시스템의 전기 부품의 작동에 지장을 줄 수 있다.
더 견고하면서, 시스템의 전기적 성능에 영향을 미치는 장치 내의 누설 및 응결을 감소시키는 카트리지를 제공하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 제1 양태에서, 에어로졸 발생 시스템용 카트리지가 제공되고, 상기 카트리지로서,
에어로졸 형성 기재의 공급부를 담는 저장 용기;
저장 용기 내에 개구를 가로질러 위치되는 유체 투과성 가열체;
저장 용기에 결합되어 유체 투과성 가열체를 덮는 보호 커버;
적어도 하나의 공기 유입구, 적어도 하나의 공기 유출구 및 적어도 하나의 공기 유입구로부터 적어도 하나의 공기 유출구까지의 기류 경로를 포함하되,
보호 커버는 기류 경로의 일부가 보호 커버와 유체 투과성 가열체 사이에 있도록 구성되는, 카트리지가 제공된다.
보호 커버는 카트리지의 외부 표면의 일 부분을 형성할 수 있다. 카트리지는 에어로졸 발생 시스템의 장치부에 연결되도록 구성될 수 있다. 장치부는 배터리 및 제어 전자 장치를 포함할 수 있다. 카트리지는 장치부에 연결되도록 구성된 장치 단부 및 장치 단부에 대향하는 마우스피스 단부를 포함할 수 있다. 보호 커버는 카트리지의 장치 단부에 있을 수 있다. 특히, 보호 커버는 카트리지가 장치부에 연결될 때 장치부와 가열체 사이에 위치될 수 있다.
유체 투과성 가열체는 카트리지 내의 히터 조립체의 일 부분일 수 있다. 히터 조립체는 유체 투과성 가열체에 연결된 전기 접점 패드를 포함할 수 있다. 보호 커버는 전기 접점 패드를 노출시키는 하나 이상의 접점 개구를 포함할 수 있다. 보호 커버 내의 접점 개구는 장치부와 히터 조립체 사이에 전기적 연결이 이루어지도록 한다. 접점 개구는 저장 용기 내의 개구의 대향 측면 상에 위치될 수 있다.
카트리지는 마우스피스부를 포함할 수 있다. 마우스피스부는 사용자의 입 안으로 삽입되도록 구성될 수 있다. 사용자는 마우스피스부에 대고 빨아서 카트리지 내에서 발생된 에어로졸을 사용자의 입 안으로 흡인할 수 있다. 대안적으로, 분리된 마우스피스부가 제공되거나 마우스피스부는 장치부의 일부로서 제공될 수 있다.
카트리지는 외부 하우징을 포함할 수 있다. 마우스피스부는 카트리지의 외부 하우징의 일부분을 포함할 수 있다. 외부 하우징은 대략 관형일 수 있다. 외부 하우징은 마우스피스 단부에 공기 유출구를 포함할 수 있다. 외부 하우징은 카트리지의 장치 단부에 연결부를 포함할 수 있다. 연결부는 장치부 상의 대응하는 연동장치 구조체와 결합하도록 구성된, 꼭 끼워 맞춤(snap-fit) 또는 나사 끼워 맞춤(screw-fit)과 같은 기계식 연동장치 구조체를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 공기 유입구가 보호 커버 내에 제공될 수 있다. 대안적으로, 적어도 하나의 공기 유입구는 외부 하우징 내에 제공되거나 외부 하우징과 보호 커버 사이에 제공될 수 있다.
기류 경로는 유체 투과성 가열체 상으로 공기를 안내하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 기류 경로는 유체 투과성 가열체 상으로 공기를 안내하도록 구성될 수 있다. 기류 경로는 가열체와 공기 배출구 사이에, 급격한 굴곡부, 예를 들어 45도를 초과하는 굴곡부를 포함할 수 있다. 급격한 굴곡부는 보호 커버의 벽에 의해 정의될 수 있다. 기류 경로는 실질적으로 U자 형상부를 포함할 수 있다. 기류 경로 내의 급격한 골곡부는 사용자에게 도달하는 에어로졸에서 매우 큰 액적을 제거한다.
보호 커버는 가열체 및 기류 경로를 다른 전기 구성 요소로부터 효과적으로 격리시킬 수 있다. 보호 커버는 유리하게는 기류 경로와 히터 조립체의 전기 접점 패드 사이에 장벽을 제공하도록 형상을 갖는다. 이러한 방식으로, 보호 커버는 저장 용기로부터의 액체 및 기류 경로로부터의 응결이 시스템의 전기 부품과 간섭하는 문제를 감소시킨다. 특히, 기류 경로와 접점 패드 사이에 장벽을 제공하고 장치부의 점점 요소를 제공함으로써, 접점 패드 상에 에어로졸이 존재하고 접점 패드의 접점 표면과 접점 요소가 오염될 가능성이 상당히 감소된다.
추가적으로, 기류 경로 내에서 누설되거나 응결된 액체가 빠져나와 시스템의 다른 구성 요소를 오염시킬 가능성을 더 감소시키기 위해, 액체 유지 재료의 층이 보호 커버의 내부 또는 저장 용기의 외부에 제공되어 기류 경로 내에서 응결된 액체를 흡수할 수 있다.
보호 커버는 임의의 적합한 재료로 형성될 수 있다. 보호 커버는 성형 가능한 플라스틱 재료로 형성될 수 있다. 일 구현예에서, 보호 커버는 액정중합체(LCP)로 형성될 수 있다.
보호 커버는 가열체를 덮는 캡부를 포함할 수 있다. 보호 커버는, 캡부에 연결되고 카트리지의 마우스피스 단부를 향해 저장 용기의 길이를 따라 연장되는 하나 이상의 아암(arm)을 포함할 수 있다. 기류 경로는 보호 커버의 하나 이상의 아암과 저장 용기 사이에 정의될 수 있다.
보호 커버는 꼭 끼워 맞춤과 같은 기계식 연동장치에 의해 카트리지의 외부 하우징 또는 저장 용기에 결합될 수 있다. 대안적으로, 용접이나 접착제와 같은 또 다른 고정 형태가 사용될 수 있다. 보호 커버는 히터 조립체를 저장 용기에 유지시키도록 작용할 수 있다.
저장 용기 및 외부 하우징은 기계식 고정 장치에 의하거나, 용접이나 접착제에 의해 서로 고정될 수 있다. 유리하게는, 저장 용기 및 외부 하우징은 일체형으로 형성될 수 있다. 외부 하우징 및 저장 용기는 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 같은 성형 가능한 플라스틱 재료로 형성될 수 있다.
히터 조립체는 히터 캡을 포함할 수 있는데, 제1 및 제2 히터 캡 개구를 갖는 중공체를 포함하고, 제1 히터 캡 개구는 제2 히터 캡 개구에 대해 중공체의 대향 단부 상에 있다. 유체 투과성 가열체는 실질적으로 편평할 수 있다. 가열체는, 가열체가 제1 히터 캡 개구를 가로질러 연장되도록 히터 캡 상에 장착될 수 있다. 히터 캡은, 가열체가 저장 용기의 개방 단부를 가로질러 연장되도록 저장 용기의 개방 단부에 결합될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "도전성(electrically conductive)"이라는 것은, 1x10-4 Ωm 이하의 비저항을 갖는 재료로 형성된 것을 의미한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "전기 절연성(electrically insulating)"이라는 것은, 1x104 Ωm 이상의 비저항을 갖는 재료로 형성된 것을 의미한다. 히터 조립체와 관련하여 본원에서 사용되는 바와 같이, "유체 투과성(fluid-permeable)"이란 기체상 및 가능하게는 액체상인, 에어로졸 형성 기재가, 히터 조립체의 가열체를 순조롭게 통과할 수 있다는 것을 의미한다..
히터 조립체는 간단하게 제조할 수 있도록 실질적으로 편평한 가열체를 포함할 수 있다. 기하학적으로, 용어 "실질적으로 편평한" 도전성 가열체는 도전성 필라멘트의 배열이 실질적으로 2개의 치수를 갖는 위상의 매니폴드 형태인 것을 지칭하는데 사용된다. 따라서, 실질적으로 편평한 도전성 가열체는 3차원에서 연장되는 것 보다는 표면을 따라 2개의 치수에서 실질적으로 더 연장된다. 특히, 표면 내의 2개의 치수에서 실질적으로 편평한 가열체의 치수는, 표면에 수직인 제3 치수보다 적어도 5배 크다. 실질적으로 편평한 가열체의 예는 2개의 실질적으로 평행한 가상면 사이의 구조이고, 이러한 2개의 가상면 간의 거리는 표면 내의 연장부보다 실질적으로 작다. 일부 구현예에서, 실질적으로 편평한 가열체는 평면형이다. 다른 구현예에서, 실질적으로 편평한 가열체는, 하나 이상의 치수를 따라 만곡되어, 예를 들어, 돔 형상 또는 브리지 형상을 형성한다.
용어 "필라멘트"는, 2개의 전기 접점 사이에 배치된 전기적 경로를 가리키도록 본 명세서 전체에 걸쳐 사용된다. 필라멘트는, 임의로 분기되어 여러 개의 경로 또는 필라멘트로 각각 분기되거나, 여러 전기적 경로로부터 하나의 경로로 수렴될 수 있다. 필라멘트는 원형, 정사각형, 납작한 형상, 또는 임의의 다른 형태의 단면을 가질 수 있다. 필라멘트는 직선형 또는 곡선형으로 배열될 수 있다.
가열체는, 예를 들어, 서로 평행하게 배치된 필라멘트의 어레이일 수 있다. 바람직하게는, 필라멘트는 메쉬를 형성할 수 있다. 메쉬는 직물 또는 부직포일 수 있다. 메쉬는 상이한 유형의 평직 또는 격자(lattice) 구조를 사용하여 형성될 수 있다. 대안적으로, 도전성 가열체는 필라멘트 어레이 또는 필라멘트 직물로 구성된다. 도전성 필라멘트의 메쉬, 어레이 또는 직물은 또한 액체를 보유하는 능력을 특징으로 할 수도 있다.
바람직한 구현예에서, 실질적으로 편평한 가열체는 와이어 메쉬로 성형된 와이어로 제작될 수 있다. 바람직하게는, 메쉬는 평직 디자인을 가진다. 바람직하게는, 가열체는 메쉬 스트립으로 제조된 와이어 그릴이다.
도전성 필라멘트는 필라멘트 사이의 간극들을 정의할 수 있고, 간극들은 10 ㎛ 내지 100 ㎛의 폭을 가질 수 있다. 바람직하게는, 필라멘트는 간극 내에서 모세관 작용을 일으키므로, 사용시에 기화될 액체가 간극 내로 흡인되어, 가열체와 액체 에어로졸 형성 기재 간의 접촉 면적을 증가시킨다.
도전성 필라멘트는 센티미터 당 60 내지 240 필라멘트(± 10%) 크기의 메쉬를 형성할 수 있다. 바람직하게는, 메쉬 밀도는 센티미터 당 100 내지 140 필라멘트(± 10%)이다. 더 바람직하게는, 메쉬 밀도는 센티미터 당 대략 115 필라멘트이다. 간극의 폭은 100 ㎛ 내지 25 ㎛, 바람직하게는 80 ㎛ 내지 70 ㎛, 더 바람직하게는 대략 74 ㎛일 수 있다. 메쉬의 전체 면적에 대한 간극 면적의 비율인, 메쉬의 개방 면적의 백분율은 40% 내지 90%, 바람직하게는 85% 내지 80%, 더 바람직하게는 대략 82%일 수 있다.
도전성 필라멘트는, 8 ㎛ 내지 100 ㎛, 바람직하게는, 10 ㎛ 내지 50 ㎛, 더 바람직하게는 12 ㎛ 내지 25 ㎛, 가장 바람직하게는 대략 16 ㎛의 직경을 가질 수 있다. 필라멘트는 둥근 단면을 가질 수 있거나 평탄화된 단면을 가질 수 있다.
도전성 필라멘트의 메쉬, 어레이, 또는 직물의 면적은 예를 들어 50 ㎟ 이하, 바람직하게는 25 ㎟ 이하, 더 바람직하게는 대략 15 ㎟일 수 있다. 크기는, 가열체를 핸드헬드 시스템 내에 포함시킬 수 있도록 선택된다. 도전성 필라멘트의 메쉬, 어레이 또는 직물의 크기가 상기 면적의 50 ㎟ 이하이면, 액체 에어로졸 형성 기재에 대한 도전성 필라멘트의 메쉬, 어레이 또는 직물의 충분한 접촉을 계속해서 보장하면서 도전성 필라멘트들의 메쉬, 어레이 또는 직물을 가열하는 데 필요한 총 전력량을 감소시킨다. 도전성 필라멘트의 메쉬, 어레이 또는 직물은 예를 들어, 직사각형일 수 있고 길이는 2 ㎜ 내지 10 ㎜이고, 폭은 2 ㎜ 내지 10 ㎜일 수 있다. 바람직하게는, 메쉬는 대략 5 ㎜Х3 ㎜의 치수를 가진다.
가열체의 필라멘트는 적합한 전기적 특성을 갖는 임의의 재료로 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. 이러한 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 백금족의 금속을 포함한다.
적합한 금속 합금의 예는 스테인리스 강, 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 강을 기본으로 하는 초합금, Timetal®, 철-알루미늄 기재 합금, 및 철-망간-알루미늄 기재 합금을 포함한다. Timetal®은 티타늄 메탈 회사(Titanium Metals Corporation)의 등록 상표이다. 필라멘트는 하나 이상의 절연체로 코팅될 수 있다. 도전성 필라멘트를 위한 바람직한 재료는 스테인리스 강 및 흑연이며, 더 바람직하게는 AISI 304, 316, 304L, 316L과 같은 300 시리즈 스테인리스 강이다. 추가적으로, 도전성 가열체는 위의 재료의 조합을 포함할 수 있다. 재료의 조합은 실질적으로 편평한 가열체의 저항 제어를 개선하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 높은 고유 저항을 갖는 재료가 낮은 고유 저항을 갖는 재료와 조합될 수 있다. 재료 중 하나가, 예를 들어, 가격, 가공성, 또는 기타 물리 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 비저항 히터는 배터리 에너지를 더 효율적으로 사용할 수 있게 한다.
바람직하게는, 필라멘트는 와이어로 제조된다. 더 바람직하게는, 와이어는 금속으로 제조되고, 가장 바람직하게는 스테인리스 강으로 제조된다.
가열체의 도전성 필라멘트의 메쉬, 어레이 또는 직물의 전기 저항은 0.3 Ω 내지 4 Ω일 수 있다. 바람직하게는, 전기 저항은 0.5 Ω 이상이다. 더 바람직하게는, 도전성 필라멘트의 메쉬, 어레이 또는 직물의 전기 저항은 0.6 Ω 내지 0.8 Ω, 가장 바람직하게는 약 0.68 Ω이다. 도전성 필라멘트의 메쉬, 어레이 또는 직물의 전기 저항은 바람직하게는 도전성 접점 영역의 전기 저항보다 적어도 수십 배, 더 바람직하게는 수백 배만큼 더 크다. 이는, 전류를 가열체를 통해 통과시킴으로써 발생된 열이 도전성 필라멘트의 메쉬 또는 어레이에 국한되도록 보장한다. 배터리에 의해 전력이 공급되는 시스템의 경우, 가열체에 대해 낮은 전체 저항을 갖는 것이 유리하다. 저저항 고전류 시스템은 고전력이 가열체에 전달되는 것을 가능하게 한다. 이는 가열체가 도전성 필라멘트를 원하는 온도로 신속하게 가열하는 것을 가능하게 한다.
저장 용기 또는 캡은 액체 에어로졸 형성 기재를 유지시키기 위한 액체 보유 재료를 유지시킬 수 있다. 액체 보유 재료는 발포체 및 섬유 집합체의 스폰지일 수 있다. 액체 보유 재료는 중합체 또는 공중합체로 형성될 수 있다. 일 구현예에서, 액체 보유 재료는 방사된 중합체이다.
바람직하게는, 저장 용기 또는 캡은 액체 에어로졸 형성 기재를 가열체까지 전달하기 위한 모세관 재료를 보유한다. 모세관 재료는 가열체와 접촉하는 상태로 제공될 수 있다. 바람직하게는, 모세관 재료는 가열체와 보유 재료 사이에 배치된다.
모세관 재료는 가열체의 표면의 적어도 일부와 접촉하여 액체 에어로졸 형성 기재의 존재를 보장할 수 있는 재료로 만들어질 수 있다. 모세관 재료는 필라멘트 간의 간극 내로 연장될 수 있다. 가열체는, 모세관 작용에 의해 액체 에어로졸 형성 기재를 간극 내로 흡인할 수 있다.
모세관 재료는 액체를 재료의 일 단부로부터 타 단부로 능동적으로 전달하는 재료이다. 모세관 재료는 섬유상 또는 스폰지 구조를 가질 수 있다. 모세관 재료는 바람직하게는 모세관 다발을 포함한다. 예를 들어, 모세관 재료는 복수의 섬유 또는 스레드(thread) 또는 기타 미세 보어(bore) 관을 포함할 수 있다. 섬유 또는 스레드는 대체로 액체 에어로졸 형성 기재를 가열체를 향해 전달하도록 정렬될 수 있다. 대안적으로, 모세관 재료는 스폰지류 또는 발포체류의 재료를 포함할 수 있다. 모세관 재료의 구조는 액체가 모세관 작용에 의해 운반될 수 있는 복수의 작은 보어 또는 튜브를 형성한다. 모세관 재료는 임의의 적합한 재료 또는 재료의 조합을 포함할 수 있다. 적합한 재료의 예는 스폰지 또는 발포체 재료, 섬유 또는 소성된 분말 형태의 세라믹계 또는 흑연계 재료, 발포된 금속 또는 플라스틱 재료, 예를 들어 초산 셀룰로오스, 폴리에스테르, 또는 결합된 폴리올레핀, 폴리에틸렌, 테릴렌 또는 폴리프로필렌 섬유, 나일론 섬유 또는 세라믹과 같은 방사되거나 압출된 섬유로 이루어진 섬유상 재료이다. 모세관 재료는 상이한 액체 물성과 함께 사용되기 위해 임의의 적합한 모세관 현상 및 다공성을 가질 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재는 점도, 표면 장력, 밀도, 열 전도성, 비등점 및 증기 압력을 포함하지만 이에 한정되지 않는 물리적 특성을 갖는데, 이는 모세관 작용에 의해 액체 에어로졸 형성 기재가 모세관 매질을 통해 운송될 수 있게 한다.
가열체는 적어도 2개의 도전성 접점 패드를 가질 수 있다. 도전성 접점 패드는 가열체의 에지 영역에 위치할 수 있다. 바람직하게는, 적어도 2개의 도전성 접점 패드는 가열체의 극단에 위치될 수 있다. 도전성 접점 패드는 도전성 필라멘트에 직접 고정될 수 있다. 도전성 접점 패드는 주석 패치를 포함할 수 있다. 대안적으로, 도전성 접점 패드는 도전성 필라멘트와 일체형일 수 있다.
카트리지는, 일단 카트리지의 액체 저장부가 비어있거나 카트리지 내의 액체량이 최소 용적 임계 미만이면 새로운 카트리지로 교체될 일회용 물품일 수 있다. 바람직하게는, 카트리지는 액체 에어로졸 형성 기재로 사전 로딩된다. 카트리지는 재충진식일 수 있다.
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, 가열될 때 에어로졸 형성 기재로부터 방출되는 휘발성 담배 향미 화합물을 함유하는 담배 함유 재료를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 비-담배 함유 재료를 대안적으로 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 형성 기재는 향미제와 같은 다른 첨가제 및 성분을 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 양태에서, 본 발명의 제1 양태에 따른 카트리지 및 장치부를 포함하는 에어로졸 발생 시스템으로서, 카트리지는 장치부에 연결되도록 구성되고, 장치부는 전원과 제어 전자 장치를 포함하는 시스템이 제공된다. 카트리지가 장치부에 연결될 때, 유체 투과성 가열체는 전원에 전기적으로 연결될 수 있다.
장치부는 카트리지 상의 대응 연결부에 연결부와 맞물리기 위한 연결부를 포함할 수 있다.
장치부는, 장치부가 카트리지에 연결될 때 가열체에 전기적 연결을 제공하는 적어도 하나의 전기 접점 요소를 포함할 수 있다. 전기 접점 요소는 보호 커버 내의 접점 개구를 통해 연장될 수 있다. 전기 접점 요소는 세장형일 수 있다. 전기 접점 요소는 스프링이 장착된 것일 수 있다. 전기 접점 요소는 카트리지 내의 접기 접점 패드와 접촉할 수 있다.
전원은 유리하게는 리튬 이온 배터리와 같은 배터리일 수 있다. 일 대안예로서, 전원은 커패시터와 같은 전하 저장 장치의 다른 형태일 수 있다. 전원은 재충전을 필요로 할 수 있다. 예를 들어, 전원은 약 6분의 기간 동안, 또는 6분의 여러 배의 기간 동안 연속적으로 에어로졸을 발생시키기에 충분한 용량을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 전원은 소정의 퍼핑 횟수 또는 히터 조립체의 개별 활성화를 가능하게 하는 충분한 용량을 가질 수 있다.
제어 전자 장치는 마이크로 제어기를 포함할 수 있다. 마이크로 제어기는 바람직하게는 프로그래밍 가능한 마이크로 제어기일 수 있다. 전기 회로는 추가 전자 부품을 더 포함할 수 있다. 전기 회로는 히터 조립체에 대한 전력 공급을 조절하도록 구성될 수 있다. 전력은 시스템이 활성화된 후 히터 조립체에 연속적으로 공급되거나, 간헐적으로, 예컨대 퍼핑할 때 마다 공급될 수 있다. 전력은 전류의 펄스 형태로 히터 조립체에 공급될 수 있다.
바람직하게는, 에어로졸 발생 시스템은 핸드헬드 시스템이다. 바람직하게는, 에어로졸 발생 시스템은 휴대용이다. 에어로졸 발생 시스템은 통상의 엽궐련 또는 궐련에 필적하는 크기를 가질 수 있다. 흡연 시스템은 대략 30 ㎜ 내지 대략 150 ㎜의 총 길이를 가질 수 있다. 흡연 시스템은 대략 5 ㎜ 내지 대략 30 ㎜의 외경을 가질 수 있다.
본 발명의 일 양태를 참조하여 설명된 특징은 본 발명의 다른 양태에 적용될 수 있다.
이제 본 발명의 구현예는 첨부된 도면을 참조하여 단지 예시하기 위한 목적으로 설명될 것이며, 여기서:
도 1은 본 발명의 구현예에 따른 에어로졸 발생 시스템의 간략한 단면도이고;
도 2는 도 1에 도시된 시스템의 사시도이고;
도 3a는 도 1의 카트리지의 사시도이고;
도 3b는 도 1의 장치부의 사시도이고;
도 4는 도 3에 도시된 유형의 카트리지의 분해도이고;
도 5는 도 3의 보호 커버의 사시도이고;
도 6은 도 3에 도시된 카트리지가 포함된 시스템을 통과하는 기류를 도시하며;
도 7은 본 발명의 다른 구현예에 따른 대안 기류 경로를 도시한다.
도 1은 본 발명의 구현예에 따른 에어로졸 발생 시스템(10)의 단순화된 단면도이다. 도 1의 시스템은 함께 결합된 카트리지(20) 및 장치부(40)를 포함한다.
카트리지는 액체 에어로졸 형성 기재의 공급부 및 히터 조립체를 포함한다. 장치부는 전원 및 제어 회로를 포함한다. 장치부는 액체 에어로졸 형성 기재를 증발시키기 위해 카트리지 내의 히터 조립체에 대한 전력을 공급하는 역할을 한다. 기화된 에어로졸 형성 기재는 시스템을 통과하는(카트리지의 마우스피스 상에서 사용자가 퍼핑하여 생성되는)기류 내에 비말 동반된다. 기화된 에어로졸 형성 기재는 사용자의 입 안으로 흡인되기 전에 기류 내에서 냉각되어 에어로졸을 형성한다.
도 2는 도 1에 도시된 시스템의 사시도이다. 도 3a는 장치부로부터 분리된 카트리지의 사시도이다. 도 3b는 카트리지로부터 분리된 장치부의 사시도이다.
장치부(40)는 리튬 이온 배터리(42) 및 제어 회로(44)가 유지되는 하우징(46)을 포함한다. 장치부는 또한 도 3b에 도시된 바와 같이, 카트리지 내의 히터 조립체 상의 전기 접점 패드와 접촉하도록 구성된 스프링이 장착된 전기 접점 요소(45)를 포함한다. 제어 회로 내의 스위치를 작동시켜 장치를 활성화시키는 버튼(41)이 제공된다. 장치가 활성화되면, 제어 회로가 배터리로부터 카트리지 내의 히터에 전력을 공급한다. 제어 회로는, 당 업계에 공지된 바와 같이, 활성화 후에 많은 상이한 방식으로, 히터에 대한 전력 공급을 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 히터의 온도, 시스템을 통해 검출된 기류, 활성화 후의 시간, 카트리지 내의 결정되거나 추정된 액체 양, 카트리지의 신원(identity) 및 주변 조건에 기초하여 히터에 공급되는 전력을 제어하도록 구성될 수 있다.
카트리지(20)는 사용자가 퍼핑할 수 있는 마우스피스(23)를 포함하는 마우스피스 단부를 가진다. 마우스피스 단부는 장치부에서 멀리 떨어져 위치한다. 카트리지의 장치 단부는 장치부의 근위에 위치한다.
도 4는 도 3a에 도시된 유형의 카트리지의 분해도이다. 카트리지(20)는 하우징(22)을 포함한다. 하우징 내에는 액체 에어로졸 형성 기재(26)를 보유하는 저장 용기(24)가 있다. 저장 용기는 장치 단부에서 개방된다. 편평한 메쉬 가열체를 포함하는 히터 조립체는 히터 캡(30) 상에 고정된다. 히터 캡은 저장 용기의 개방 단부 상에 꼭 끼워 맞춤 된다. 액체 보유(32) 재료는 캡 내에 위치된다. 도 4의 분해도에 도시된 모세관 재료(31)는 히터 조립체(28)와 보유 재료(32) 사이에 위치된다. 보호 커버(33)는 하우징에 꼭 끼워 맞춤 되고, 저장 용기에 대해 히터 조립체와 히터 캡을 유지시킨다. 보호 커버는 또한 가열체를 덮어 손상되지 않도록 보호한다.
보호 커버(33)는 도 5에 더 명확하게 도시된다. 보호 커버는 히터 조립체를 덮는 전방 벽면을 갖는 캡부를 가진다. 접점 개구(39)는 전방 벽 내에 형성되고 도 3b에 도시된 스프링이 장착된 전기 접점 요소(45)를 수용하도록 위치된다. 공기 유입구(37)는 또한 전방 벽 내에 형성된다. 도 6을 참조하여 후술하는 바와 같이, 희석 공기 유입구(50)는 측벽에 형성되어 히터 조립체로부터의 증기와 혼합될 공기를 추가로 공급한다. 보호 커버는 또한 카트리지 내에서 저장 용기 둘레로 연장되는 아암(arm)(35)을 포함한다. 카트리지 내의 기류 경로의 일부는 아암(35)과 저장 용기(24)의 벽 사이에 정의된다.
보호 커버는 카트리지 하우징(22)과의 꼭 끼워 맞춤(snap fit) 결합에 의해 제 위치에 유지된다. 리브(34)는 보호 커버의 캡부 둘레로 연장되고 카트리지 하우징 내의 대응하는 함몰부와 맞물린다. 이 위치에서, 보호 커버(33)는 또한 히터 조립체(28)의 일부에 대해 가압하여 히터 조립체(28) 및 히터 캡(30)을 저장 용기의 개방 단부 상에 유지시킨다.
히터 캡(30)은 전면에 형성된 개구를 갖고 히터 조립체는 상기 개구를 가로질러 연장된다. 히터 조립체는, 히터 캡 및 가열체에 고정되고, 개구를 가로지르는 도전성 히터 필라멘트의 메쉬를 포함하며, 개구의 대향 측면 상의 전기 접점에 고정되는 한 쌍의 전기 접점 패드를 포함한다. 이 유형의 히터 조립체는 WO2015/117702호에 기술된다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 보호 커버(33)가 카트리지 내에 있는 경우, 히터 조립체의 주변부에 대해 가압하지만 가열체와 접촉하지는 않는다. 도 6을 참조하여 후술하는 바와 같이, 보호 커버(33)와 히터 조립체(28) 및 저장 용기(24) 사이에는 가열체를 향하고 가열체로부터 나오는 기류 경로가 제공된다.
보호 커버는, 가열체를 지나가는 기류 경로와 전기 접점 패드 사이에 장벽을 제공하도록 형상을 가진다. 보호 커버는 접점 패드의 노출된 부분과 가열체의 중앙부 사이에서 히터 조립체와 접촉함으로써 이러한 장벽을 제공하고, 히터 조립체를 저장 용기에 고정시킨다. 이러한 배치는 누설되거나 응결된 액체 에어로졸 형성 기재가 전기 접점 패드 및 전기 접점 요소의 접점 표면을 오염시킬 가능성을 감소시킨다. 또한, 기류 경로로부터 누설되거나 응결된 액체가 탈출하여 시스템의 다른 구성 요소를 오염시킬 가능성을 더욱 줄이기 위해, 액체 유지 재료의 층(미도시)이 보호 커버의 내부 또는 저장 용기의 외부에 제공되어 기류 경로 내에서 응결된 액체를 흡수할 수 있다.
카트리지(20)는 압입 끼워맞춤(push fit)에 의해 장치부(40)와 결합된다. 카트리지 하우징은 두 배향으로만 장치부에 결합되도록 형상을 가짐으로써, 스프링이 장착된 전기 접점 요소(45)가 개구(39)에 수용되고 히터 조립체의 접점 패드와 접촉하는 것을 보장한다. 장치부의 연결 리브(48)는 카트리지와 장치부를 함께 유지시키도록 카트리지 하우징 상의 함몰부(25)와 맞물린다.
카트리지 하우징(22) 및 저장 용기(24)는 일체형으로 성형되고 폴리프로필렌으로 형성된다. 액체 보유 재료(32)는 폴리프로필렌 PET 공중합체로 형성된다. 모세관 재료(31)는 유리 섬유로 형성된다. 히터 캡은 폴리에테르에테르케톤(PEEK)으로 형성된다. 가열체는 스테인리스 강으로 형성되고 전기 접점 패드는 주석으로 형성된다. 보호 커버는 액정중합체(LCP)로 형성된다.
이 실시예에서 액체 에어로졸 형성 기재(26)는 39 중량%의 글리세린, 39 중량%의 프로필렌 글리콜, 20 중량%의 물과 향미제, 및 2 중량%의 니코틴을 포함한다. 물론 다른 기재를 사용하는 것이 가능하다. 에어로졸 형성 기재는 액체 기재일 필요는 없지만, 대신 고체 기재일 수 있다.
카트리지를 조립하기 위해 저장 용기는 에어로졸 형성 기재로 먼저 충진된다. 그 다음, 액체 보유 재료(32)는 저장 용기의 개방 단부 및 액체 보유 재료 상에 배치된 모세관 재료(31) 내로 들어온다. 히터 조립체가 이미 고정된 히터 캡은 저장 용기의 개방 단부에 배치된다. 저장 용기 및 히터 캡은 히터 캡이 저장 용기 상에 올바른 배향으로 배치되도록 열쇠 맞춤(keying) 기능을 포함할 수 있다. 그런 다음 보호 커버(33)는 하우징(22)에 끼워맞춤 되어 모든 카트리지 구성 요소를 제 위치에 유지시킨다.
시스템은 사용자의 손에 편안하게 쥐여지는 크기의 핸드헬드 시스템이다. 작동시, 카트리지와 장치부가 함께 결합된 후, 사용자는 버튼(41)을 눌러 장치를 활성화시킨다. 이어서, 사용자는 장치의 마우스피스(23) 상에서 퍼핑하여 시스템을 통해 공기를 흡인한다. 제어 회로는 검출된 사용자 퍼핑에 기초하여 히터 조립체에 전력을 공급하거나, 장치의 작동 후에 연속적으로 전력을 공급할 수 있다. 가열체는 가열체의 부근에서 에어로졸 형성 기재를 기화시키기에 충분한 온도로 가열된다. 기화된 에어로졸 형성 기재는 가열체를 통과하여 시스템을 통과하는 기류의 일부가 된다.
도 6은 사용자가 마우스피스(23) 상에서 퍼핑할 경우 카트리지를 통과하는 기류를 도시한다. 공기는 장치 본체의 하우징과 카트리지(22)의 하우징 사이에 형성된 유입구(60)를 통해 시스템으로 흡입된다. 그 후, 공기는 장치부의 연결부에 형성된 구멍과 장치부와 보호 커버(33) 사이에 형성된 공동을 통과한다. 그런 다음, 공기는 보호 커버의 전방 벽상의 공기 유입구(37) 및 희석 공기 유입구(50)를 통해 카트리지 내로 흡인된다. 공기 유입공(37)을 통해 흡인된 공기는 가열체 상에서 충돌하고, 기화된 에어로졸 형성 기재를 비말 동반한다. 공기와 증기의 혼합물은 가열체를 떠나 보호 커버(33)와 저장 용기(24) 사이의 기류 경로(54)를 따라 멀리 흡인된다. 희석 공기 유입구(50)를 통해 흡인된 공기는 히터 조립체로부터의 증기/공기 혼합물과 혼합된다. 혼합물이 기류 경로(54)를 통해 이동함에 따라 증기는 냉각되어 에어로졸이 형성된다. 이 에어로졸은 마우스피스(23)를 통해 사용자의 입 안으로 흡인된다.
기류는 저장 용기의 외부를 따르는 90도의 굴곡부를 포함한다. 기류 내의 임의의 대형 액적 또는 찌꺼기는 굴곡부를 우회하는 것이 아니라 보호 커버(33)에 부딪치게 된다. 이는 바람직한 에어로졸이 사용자에게 도달하는 것을 보장하도록 돕는다.
도 7은 대안적인 구현예에서의 기류를 도시한다. 도 7의 구현예에서, 보호 커버는 상이한 공기 유입구를 가지며 가열체를 먼저 통과하지 않고 마우스피스에 도달하는 공기 흐름을 차단시키도록 변경된다. 기류는 급격한 굴곡부를 또한 포함한다. 굴곡부는 저장 용기의 외부 표면을 따르는, 실질적으로 U자 형상이다. 보호 커버의 전방벽에는 공기 유입구가 없으며, 도 6에 도시된 희석 공기 유입구의 위치에 있는 유입구(75)만이 존재한다. 도 7의 보호 커버(73)는 도 6의 보호 커버와 동일한 전체 형상을 가진다. 공기는 유입구(75)를 통해 카트리지 내로 흡인된다. 돌출부(77)는 마우스피스(33)로 직행하는 공기를 차단(또는 감소)시켜 이를 가열체로 유도한다. 돌출부(77)는, 가열체를 먼저 통과하지 않는 임의의 상당량의 공기가 유입구(75)로부터 마우스피스 유출구로 흐르는 것을 방지하도록 성형될 수 있다. 공기는 가열체(28)를 가로질러 통과하여, 기화된 에어로졸 형성 기재를 비말 동반한다. 공기와 증기의 혼합물은 가열체를 떠나 보호 커버(73)와 저장 용기(24) 사이의 기류 경로(79)를 따라 흡인된다. 혼합물이 기류 경로(79)를 통해 이동함에 따라 증기는 냉각되고 에어로졸이 형성된다. 이 에어로졸은 마우스피스(23)를 통해 사용자의 입 안으로 흡인된다.
도면을 참조하여 설명된 카트리지는 쉽게 제조되고 조립될 수 있다. 카트리지는 견고하고, 가열체는 운송 및 취급 중에 손상으로부터 보호된다. 카트리지는 시스템의 장치부로부터 카트리지 내의 히터 조립체까지 간단하고 직접적인 전기 연결이 이루어지는 것을 가능하게 한다.r
전술한 예시적인 구현예는 예시적이지만 제한적인 것은 아니다. 위에서 논의된 예시적인 구현예를 고려하면, 상기 예시적인 구현예와 일치하는 다른 구현예는 이제 당업자에게 명백해질 것이다.

Claims (15)

  1. 에어로졸 발생 시스템용 카트리지로서:
    에어로졸 형성 기재의 공급부를 포함하는 저장 용기;
    상기 저장 용기 내에 개구를 가로질러 위치되는 유체 투과성 가열체;
    상기 저장 용기에 결합되어 상기 유체 투과성 가열체를 덮는 보호 커버;
    적어도 하나의 공기 유입구, 적어도 하나의 공기 유출구 및 상기 적어도 하나의 공기 유입구로부터 상기 적어도 하나의 공기 유출까지의 기류 경로를 포함하되,
    상기 보호 커버는 상기 기류 경로의 일부가 상기 보호 커버와 상기 유체 투과성 가열체 사이에 있도록 구성되는, 카트리지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보호 커버는 상기 카트리지의 외부 표면의 부분을 형성하는, 카트리지.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 카트리지는 상기 에어로졸 발생 시스템의 장치부(배터리 및 제어 전자 장치를 포함함)와 연결되도록 구성되고, 상기 카트리지는 상기 장치부에 연결되도록 구성된 장치 단부 및 상기 장치 단부에 대향하는 마우스피스 단부를 갖고, 상기 보호 커버는 상기 카트리지의 상기 장치 단부에 위치되는, 카트리지.
  4. 제3항에 있어서, 상기 보호 커버는 상기 카트리지가 상기 장치부에 연결될 때 상기 장치부와 상기 가열체 사이에 위치되는, 카트리지.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유체 투과성 가열체에 연결되는 전기 접점 패드를 더 포함하되, 상기 보호 커버는 상기 접점 패드를 노출시키는 하나 이상의 접점 개구를 포함하는, 카트리지.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 공기 유입구는 상기 보호 커버 내에 제공되는, 카트리지.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기류 경로는 상기 가열체와 상기 공기 유출구 사이에 급격한 굴곡부를 포함하는, 카트리지.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 사용자의 입 안으로 삽입되도록 구성된 마우스피스부를 더 포함하는, 카트리지.
  9. 제8항에 있어서, 상기 마우스피스부는 상기 카트리지의 외부 하우징의 일 부분을 포함하는, 카트리지.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보호 커버는 기계식 연동장치에 의해 상기 카트리지의 외부 하우징 또는 상기 저장 용기에 결합되는, 카트리지.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열체는 메쉬를 형성하는 복수의 필라멘트를 포함하는, 카트리지.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보호 커버는 상기 가열체를 상기 저장 용기에 유지시키는, 카트리지.
  13. 에어로졸 발생 시스템으로서, 상기 에어로졸 발생 시스템은: 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 카트리지; 및 전원 및 제어 전자 장치를 포함하는 장치부를 포함하되, 상기 카트리지는 상기 장치부에 연결되도록 구성되며, 상기 카트리지가 상기 장치부에 연결될 때, 상기 유체 투과성 가열체는 상기 전원에 전기적으로 연결되는, 에어로졸 발생 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 장치부는, 상기 장치부가 상기 카트리지에 연결될 때 상기 가열체에 전기적 연결을 제공하도록 구성된 적어도 하나의 전기 접점 요소를 포함하고, 상기 전기 접점 요소는 상기 보호 커버 내의 접점 개구를 통해 연장되는, 에어로졸 발생 시스템.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 시스템은 핸드헬드 에어로졸 발생 시스템인, 에어로졸 발생 시스템.
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