KR102444412B1 - 반도체 히터를 포함하는 에어로졸 발생 장치 - Google Patents

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Abstract

전력 공급부(40), 에어로졸 발생 물품(50; 60)을 수용하는 공동(14), 및 공동(14) 내에 위치되는 복수의 반도체 히터(22)를 포함하는 에어로졸 발생 장치(10)가 제공된다. 각각의 반도체 히터(22)는 기재 층(32) 및 기재 층(32) 상에 제공되는 가열 층(36)을 포함하며, 상기 가열 층(36)은 연속 층이다. 에어로졸 발생 장치(10)는 전력 공급부(40)로부터 반도체 히터(22) 각각으로의 전력의 공급을 제어하도록 구성되는 제어기(42)를 더 포함한다.

Description

반도체 히터를 포함하는 에어로졸 발생 장치
본 발명은 반도체 히터를 포함하는 에어로졸 발생 장치에 관한 것이다. 본 발명은 전기 작동식 흡연 시스템으로서 특정 적용을 발견한다.
하나의 유형의 에어로졸 발생 시스템은 전기 작동식 흡연 시스템이다. 공지된 핸드헬드 전기 작동식 흡연 시스템은 통상적으로 배터리를 포함하는 에어로졸 발생 장치, 제어 전자 기기 및 에어로졸 발생 장치와 사용하기 위하여 특별히 설계된 에어로졸 발생 물품을 가열하기 위한 전기 히터를 포함하고 있다. 몇몇 실시예에서, 에어로졸 발생 물품은 담배 로드 또는 담배 플러그와 같은 에어로졸 발생 기재를 포함하며, 에어로졸 발생 장치 내에 함유된 히터는, 에어로졸 발생 물품이 에어로졸 발생 장치 내에 삽입될 때 에어로졸 발생 기재 내에 또는 그 주위에 삽입된다. 대안의 전기 작동식 흡연 시스템에서, 에어로졸 발생 물품은 느슨한 담배와 같은 에어로졸 발생 기재를 함유하는 캡슐을 포함할 수 있다.
국제공개공보 WO2016/005601(2016.01.14.).
에어로졸 발생 물품의 가열에 걸쳐 개선된 제어를 제공하는 에어로졸 발생 장치를 제공하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 전력 공급부, 에어로졸 발생 물품을 수용하기 위한 공동(cavity), 및 공동 내에 위치되는 복수의 반도체 히터를 포함하는 에어로졸 발생 장치가 제공된다. 각각의 반도체 히터는 기재 층 및 기재 층 상에 제공되는 가열 층을 포함하며, 상기 가열 층은 연속 층이다. 에어로졸 발생 장치는 전력 공급부로부터 반도체 히터 각각으로의 전력의 공급을 제어하도록 구성되는 제어기를 더 포함한다.
본 발명에 따른 에어로졸 발생 장치는 에어로졸 발생 물품을 수용하기 위해 공동 내에 위치되는 복수의 반도체 히터를 포함한다. 유리하게, 복수의 반도체 히터는 공동 내에 수용되는 에어로졸 발생 물품의 가열에 걸쳐서 개선된 제어를 제공할 수 있다. 각각의 반도체 히터를 사용하는 가열의 온도 및 지속은 금속 또는 세라믹 저항 가열 요소를 포함하는 종래의 저항성 히터와 비교할 때 더 정확히 제어될 수 있다.
유리하게, 각각의 반도체 히터에 연속 가열 층을 제공하는 것은 가열 요소가 패턴화된 전기 전도성 층을 포함하는 공지된 장치와 비교하여 에어로졸 발생 장치의 제조를 단순화할 수 있다.
복수의 반도체 히터는 에어로졸 발생 물품의 개별 부분의 가열을 유리하게 용이하게 할 수 있으며, 그것은 에어로졸 발생 물품으로부터 에어로졸의 개선된 방출을 제공할 수 있다. 에어로졸 발생 물품의 개별 부분을 가열하는 것은 사용자가 제1 시간 기간에 걸쳐서 에어로졸 발생 물품의 제1 부분을 소모하는 것 및 나중의 제2 시간 기간에 걸쳐서 에어로졸 발생 물품의 제2 부분을 소모하는 것을 용이하게 할 수 있다.
유리하게, 복수의 반도체 히터를 사용하여 에어로졸 발생 물품의 개별 부분을 가열하는 것은 에어로졸 발생 물품의 소모의 레벨의 더 정확한 평가를 용이하게 할 수 있다.
유리하게, 복수의 반도체 히터는 금속 또는 세라믹 저항 가열 요소를 포함하는 종래의 에어로졸 발생 장치와 비교할 때 에어로졸 발생 물품의 일부분의 형상 및 크기와 더 밀접하게 매칭하는 기하학적 분포를 갖는 공동 내에 위치될 수 있다. 복수의 반도체 히터의 기하학적 분포를 에어로졸 발생 물품의 일부의 형상 및 크기와 매칭시키는 것은 에어로졸 발생 물품의 더 균일한 가열을 유리하게 제공할 수 있다. 에어로졸 발생 물품의 더 균일한 가열은 에어로졸 발생 물품의 전체 에어로졸 전달을 증가시킬 수 있다.
복수의 반도체 히터 각각은 공동의 내부 표면 상에 제공될 수 있다.
공동은 실질적으로 평면형 벽을 포함할 수 있으며, 상기 복수의 반도체 히터는 실질적으로 평면형 벽 상에 제공된다. 유리하게, 실질적으로 평면형 벽 상에 복수의 반도체 히터를 제공하는 것은 실질적으로 평면형 에어로졸 발생 물품의 가열을 용이하게 할 수 있다. 유리하게, 실질적으로 평면형 벽 상에 반도체 히터를 제공하는 것은 에어로졸 발생 장치의 제조를 단순화할 수 있다.
바람직하게는, 반도체 히터 각각은 실질적으로 평면이다. 유리하게, 실질적으로 평면형 반도체 히터를 제공하는 것은 반도체 히터 및 에어로졸 발생 장치 둘 모두의 제조를 단순화할 수 있다. 유리하게, 실질적으로 평면형 반도체 히터는 에어로졸 발생 물품이 공동 내에 수용될 때 각각의 반도체 히터 및 에어로졸 발생 물품의 일부분 사이에서 최적화된 접촉을 용이하게 할 수 있다.
반도체 히터 각각은 기재 층 및 기재 층 상에 제공되는 가열 층을 포함한다. 각각의 가열 층은 개별 기재 층 상에 제공될 수 있다. 바람직하게는, 복수의 반도체 히터는 공통 기재 층 및 서로 이격되고 공통 기재 층 상에 각각 제공되는 복수의 가열 층을 포함하며, 상기 각각의 가열 층은 반도체 히터를 형성한다. 유리하게, 공통 기재 층을 사용하는 것은 복수의 반도체 히터 및 에어로졸 발생 장치의 제조를 단순화할 수 있다. 기재 층을 형성하는 적절한 물질은 실리콘이다. 기재 층은 실리콘 웨이퍼일 수 있다.
각각의 가열 층은 볼록 다각형 형상을 가질 수 있다. 즉, 각각의 가열 층의 형상은 가열 층의 경계 상의 임의의 2개의 지점 사이의 어떠한 라인 세그먼트로 가열 층의 외부로 연장되지 않게 될 수 있다. 적절한 형상은 원형, 계란형, 타원형, 삼각형, 직사각형, 정사각형, 오각형 등을 포함한다.
각각의 가열 층은 다결정 실리콘을 포함할 수 있다. 각각의 가열 층은 다결정 실리콘에 원하는 전기 저항을 제공하기 위해 하나 이상의 도펀트를 포함할 수 있다. 적절한 도펀트는 인(phosphorous)이다.
각각의 가열 층은 기재 층 상에 직접 제공될 수 있어, 가열 층과 기재 층 사이에 어떠한 개재 층도 없다.
각각의 반도체 히터는 가열 층과 기재 층 사이에 제공되는 하나 이상의 중간 층을 더 포함할 수 있다. 각각의 반도체 히터는 가열 층과 기재 층 사이에 위치되는 절연 층을 포함할 수 있다. 복수의 반도체 히터가 공통 기재 층을 포함하는 구현예에서, 절연 층은 공통 기재 층 위에 놓이고 복수의 가열 층 아래에 놓이는 공통 절연 층일 수 있다. 절연 층을 형성하는 적절한 물질은 질화 규소다.
각각의 반도체 히터는 가열 층에 전기적으로 연결되는 하나 이상의 전극을 포함할 수 있다. 각각의 전극은 바람직하게는 전기 전도성 물질로 형성된다. 각각의 전극은 적어도 하나의 금속으로 형성될 수 있다. 적어도 하나의 금속은 구리, 아연, 알루미늄, 은, 금, 백금, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다.
각각의 반도체 히터는 가열 층 상에 제공되는 패시베이션 층을 포함할 수 있다. 유리하게, 패시베이션 층은 히터의 작동 동안 가열 층의 산화를 방지할 수 있다. 패시베이션 층을 형성하는 적절한 물질은 이산화 규소이다.
반도체 히터 각각은 약 200℃ 내지 약 400℃의 온도에서 작동하도록 구성될 수 있다. 반도체 히터 각각은 약 3 볼트 내지 약 6 볼트의 전압에서 작동하도록 구성될 수 있다.
반도체 히터 각각은 약 7 ㎟ 미만의 전체 면적에 걸쳐서 연장될 수 있다. 반도체 히터 각각이 가열 층 및 공통 기재 층 또는 공통 절연 층 상에 제공되는 하나 이상의 전기 접촉을 포함하는 구현예에서, 가열 층 및 하나 이상의 전기 접촉은 바람직하게는 약 7 ㎟ 미만의 전체 면적에 걸쳐서 연장된다. 유리하게, 약 7 ㎟ 미만의 크기를 각각 갖는 복수의 반도체 히터를 제공하는 것은 에어로졸 발생 물품의 개별 부분의 정확한 가열을 용이하게 할 수 있다.
반도체 히터 각각은 공동의 내부 표면의 일부분 위에 놓일 수 있으며, 상기 내부 표면의 각각의 부분의 표면적은 약 7 ㎟ 미만이다. 유리하게, 약 7 ㎟ 미만의 크기를 각각 갖는 복수의 반도체 히터를 제공하는 것은 에어로졸 발생 물품의 가열에 걸쳐서 개선된 제어를 용이하게 할 수 있다.
각각의 반도체 히터는 약 7 ㎟ 미만의 표면적을 갖는 공동의 내부 표면의 일부분 위에 직접 놓일 수 있다.
하나 이상의 개재 층은 각각의 반도체 히터가 약 7 ㎟ 미만의 면적을 갖는 공동의 내부 표면의 일부 위에 간접적으로 놓이도록 각각의 반도체 히터와 공동의 내부 표면 사이에 위치될 수 있다.
각각의 반도체 히터가 가열 층 및 공통 기재 층 상에 위치되는 하나 이상의 전극을 포함하는 구현예에서, 가열 층 및 하나의 전극 또는 전극들은 약 7 ㎟ 미만의 표면적을 갖는 공통 기재 층의 일부 위에 놓일 수 있다. 즉, 가열 층 및 하나 이상의 전극은 약 7 ㎟ 미만의 표면적을 갖는 공동의 내부 표면의 일부분 위에 간접적으로 놓인다.
각각의 반도체 히터가 가열 층 및 공통 절연 층 상에 위치되는 하나 이상의 전극을 포함하는 구현예에서, 가열 층 및 하나의 전극 또는 전극들은 약 7 ㎟ 미만의 표면적을 갖는 공통 절연 층의 일부분 위에 놓일 수 있다. 즉, 가열 층 및 하나 이상의 전극은 약 7 ㎟ 미만의 표면적을 갖는 공동의 내부 표면의 일부분 위에 간접적으로 놓인다.
에어로졸 발생 장치는 적어도 하나의 가스 센서를 더 포함할 수 있다. 에어로졸 발생 장치는 복수의 가스 센서를 포함할 수 있다. 유리하게, 가스 센서는 에어로졸 발생 장치의 작동을 모니터링하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 산화 가스 또는 환원 가스의 존재는 에어로졸 발생 장치에 의해 가열되는 에어로졸 발생 물품으로부터 에어로졸 형성 기재의 공핍을 표시할 수 있다. 산화 가스 또는 환원 가스의 존재는 에어로졸 발생 물품이 에어로졸 발생 장치에 의해 에어로졸 발생 물품의 작동 온도보다 더 높은 온도로 가열되는 것을 표시할 수 있다.
각각의 가스 센서는 반도체 가스 센서일 수 있다.
바람직하게는, 각각의 반도체 가스 센서는 반도체 히터 중 적어도 하나에 근접하여 위치된다. 유리하게, 반도체 히터 중 적어도 하나에 근접하여 각각의 가스 센서를 위치시키는 것은 가스 센서의 작동 동안 각각의 가스 센서를 가열하는 하나 이상의 부가적인 히터를 제공할 필요를 제거할 수 있다. 바람직하게는, 제어기는 가스 센서에 근접하는 반도체 히터가 활성화될 때 각각의 가스 센서를 활성화시키도록 구성된다. 제어기는 각각 활성화된 반도체 가스 센서를 사용하여 적어도 하나의 가스의 양을 모니터링하도록 구성될 수 있다. 즉, 제어기는 각각 활성화된 반도체 가스 센서를 사용하여 공동 내에서 적어도 하나의 가스의 양을 모니터링할 수 있다. 제어기는 활성화된 반도체 가스 센서로 결정되는 적어도 하나의 가스의 양에 응답하여, 또는 활성화된 반도체 가스 센서로 결정되는 적어도 하나의 가스의 양의 변화에 응답하여 활성화된 반도체 가스 센서에 근접하는 반도체 히터로의 전력의 공급을 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어기는 적어도 하나의 가스의 결정된 양이 증가할 때 활성화된 반도체 가스 센서에 근접하는 반도체 히터로 전력의 공급을 감소시키도록 구성될 수 있다. 제어기는 적어도 하나의 가스의 양이 미리 결정된 임계값을 초과할 때 활성화된 반도체 가스 센서에 근접하는 반도체 히터를 비활성화시키도록 구성될 수 있다. 제어기는 센서의 전기 저항이나 전기 저항의 변화를 모니터링하도록 구성될 수 있다. 센서의 전기 저항이나 전기 저항의 변화는 환원 가스나 산화 가스가 존재하는 것을 나타낸다.
적어도 하나의 반도체 가스 센서는 반도체 히터 중 하나 위에 놓일 수 있다. 즉, 반도체 가스 센서 아래에 놓여있는 반도체 히터는 가스 센서 히터일 수 있다. 제어기는 반도체 가스 센서를 가열하기 위해 전력 공급부로부터 가스 센서 히터로의 전력의 공급을 제어하도록 구성될 수 있다. 즉, 제어기는 전력 공급부로부터 가스 센서 히터의 가열 층으로의 전력의 공급을 제어하도록 구성될 수 있다. 제어기는 공동 내에서 적어도 하나의 가스의 양을 결정하기 위해 반도체 가스 센서의 전기 저항을 동시에 측정하도록 구성될 수 있다. 제어기는 공동 내의 적어도 하나의 가스의 결정된 양 또는 공동 내의 적어도 하나의 가스의 결정된 양의 변화에 응답하여 가스 센서 히터로의 전력의 공급을 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어기는 적어도 하나의 가스의 결정된 양이 증가할 때 가스 센서 히터로의 전력의 공급을 감소시키도록 구성될 수 있다. 제어기는 공동 내의 적어도 하나의 가스의 결정된 양이 미리 결정된 임계값을 초과할 때 가스 센서 히터로의 전력의 공급을 종결하도록 구성될 수 있다.
각각의 반도체 가스 센서는 금속 산화물 가스 센서일 수 있다. 일 실시예에서, 가스 센서는 N-형 반도체 가스 센서이며, 특히 산화 주석 가스 센스이다. N-형 반도체 센서는 일산화탄소(CO)나 암모니아와 같은 환원 가스의 존재 하에서는 전기 저항이 감소하고, 산소, 일산화 질소(NO), 또는 이산화 질소(NO2)와 같은 산화 가스의 존재 하에서는 전기 저항이 증가한다. P-형 반도체 가스 센서도 사용될 수 있다. P-형 반도체 가스 센서는 상반된 방식으로 작동하므로, 환원 가스의 존재 하에서 전기 저항이 증가하고, 산화 가스의 존재 하에서는 전기 저항이 감소한다.
복수의 반도체 히터 중 적어도 하나는 적어도 하나의 가스 센서로서의 기능을 하도록 구성될 수 있다. 반도체 히터 중 적어도 하나의 가열 층은 가스 센서로서의 기능을 하도록 구성될 수 있다. 즉, 가열 층은 조합된 가열 및 가스 감지 층으로서의 기능을 할 수 있다. 제어기는 하나 이상의 가스의 존재 또는 부재를 결정하기 위해 가열 층의 적어도 하나의 전기적 특성을 측정하도록 구성될 수 있다. 제어기는 적어도 하나의 가스의 양을 측정하기 위해 가열 층의 적어도 하나의 전기적 특성을 측정하도록 구성될 수 있다. 제어기는 가열 층의 전기 저항을 측정하도록 구성될 수 있다. 제어기는 동시에 조합된 가열 및 가스 감지 층을 가열하기 위해 전력 공급부로부터 조합된 가열 및 가스 감지 층으로의 전력의 공급을 제어하며; 그리고 공동 내에서 적어도 하나의 가스의 양을 결정하기 위해 조합된 가열 및 가스 감지 층의 전기 저항을 측정하도록 구성될 수 있다. 제어기는 공동 내의 적어도 하나의 가스의 결정된 양 또는 공동 내의 적어도 하나의 가스의 결정된 양의 변화에 응답하여 조합된 가열 및 가스 감지 층으로의 전력의 공급을 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어기는 적어도 하나의 가스의 결정된 양이 증가할 때 조합된 가열 및 가스 감지 층으로의 전력의 공급을 감소시키도록 구성될 수 있다. 제어기는 공동 내의 적어도 하나의 가스의 결정된 양이 미리 결정된 임계값을 초과할 때 조합된 가열 및 가스 감지 층으로의 전력의 공급을 종결하도록 구성될 수 있다.
가스 센서로서의 기능을 하도록 구성되는 각각의 반도체 히터는 가열 층을 가열하기 위해 전력 공급부로부터 가열 층으로의 전력을 공급하기 위한 가열 층에 전기적으로 연결된 하나 이상의 제1 전극을 포함할 수 있다. 하나 이상의 제1 전극은 적어도 2개의 제1 전극을 포함할 수 있다. 가스 센서로서의 기능을 하도록 구성되는 각각의 반도체 히터는 제어기에 의한 가열 층의 적어도 하나의 전기적 특성의 측정을 위해 가열 층에 전기적으로 연결되는 하나 이상의 제2 전극을 포함할 수 있다. 하나 이상의 제2 전극은 적어도 2개의 제2 전극을 포함할 수 있다.
각각의 가스 센서는 약 200℃ 내지 약 400℃의 온도에서 작동하도록 구성될 수 있다. 반도체 가스 센서와 같은 가스 센서는 가스가 센서와 직접 접촉할 때 발생하는 화학 반응에 의해 작동한다. 약 200℃ 내지 약 400℃의 온도에서 센서는 화학 반응 속도가 증가될 때 더 민감하다.
에어로졸 발생 장치가 복수의 가스 센서를 포함하는 구현예에서, 가스 센서 중 적어도 2개는 상이한 가스에 민감하도록 구성될 수 있다. 하나의 센서는 환원 가스를 검출하도록 구성될 수 있고, 다른 하나는 산화 가스를 검출하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 가스 센서 둘 모두 환원 가스에 민감할 수 있으나, 상이한 가스에 특히 민감하도록(가스 감지 층의 조성, 제조 또는 도핑을 변화시킴으로써) 다르게 튜닝될 수 있다. 예를 들어, 하나의 가스 센서는 CO를 감지하도록 튜닝되는 반면, 다른 하나는 NO2에 민감하도록 튜닝될 수 있다.
바람직하게는, 제어기는 복수의 반도체 히터를 순차적으로 활성화 및 비활성화시키도록 구성된다. 즉, 제어기는 전력 공급부로부터 반도체 히터 각각으로의 전력의 공급을 순차적으로 제어하도록 구성될 수 있다. 제어기는 복수의 반도체 히터를 하나씩 활성화 비활성화시키도록 구성될 수 있다. 제어기는 2개 이상의 그룹에서 복수의 반도체 히터를 활성화시키도록 구성될 수 있으며, 그룹 내의 반도체 히터의 전부는 동시에 활성화된다. 제어기는 이전 히터 또는 히터의 그룹이 활성된 후이지만 이전 히터 또는 히터의 그룹이 비활성화되었기 전에 다음 히터 또는 히터의 그룹을 활성화시키도록 구성될 수 있다.
전력 공급부는 직류(DC) 전원을 포함할 수 있다. 바람직한 구현예에서, 전력 공급부는 배터리를 포함한다. 예를 들어, 전력 공급부는 니켈-금속 하이브리드 배터리, 니켈 카드뮴 배터리, 또는 리튬계 배터리, 예를 들어 리튬-코발트, 리튬-철-인산염, 또는 리튬-폴리머 배터리를 포함할 수 있다.
에어로졸 발생 물품은 물품 및 장치가 에어로졸 발생 시스템을 함께 형성하도록 에어로졸 발생 장치의 공동 내에 수용될 수 있다. 본원에 설명되는 바와 같이, 복수의 반도체 히터를 포함하는 에어로졸 발생 장치를 제공하는 것은 금속 또는 세라믹 저항 가열 요소를 포함하는 종래의 에어로졸 발생 장치와 비교할 때 에어로졸 발생 물품의 일부의 형상 및 크기와 더 밀접하게 매칭하는 기하학적 분포에서 히터를 제공하는 것을 용이하게 할 수 있다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 전력 공급부, 에어로졸 발생 물품을 수용하는 공동, 및 공동 내에 위치되는 복수의 반도체 히터를 포함하는 에어로졸 발생 장치가 제공된다. 에어로졸 발생 장치는 전력 공급부로부터 반도체 히터 각각으로의 전력의 공급을 제어하도록 구성되는 제어기를 더 포함한다.
반도체 히터 각각은 기재 층 및 기재 층 상에 제공되는 가열 층을 포함할 수 있다. 각각의 가열 층은 실질적으로 연속 층일 수 있다. 각각의 가열 층은 기재 층 상에 패턴을 형성할 수 있다. 유리하게, 기재 층 상에 패턴을 형성하는 가열 층을 제공하는 것은 히터의 작동 동안 반도체 히터에 걸쳐 원하는 온도 분포를 제공할 수 있다.
본 발명의 제2 양태에 따른 에어로졸 발생 장치는 본 발명의 제1 양태를 참조하여 본원에 기술된 임의의 선택적이거나 바람직한 특징을 포함할 수 있다.
본 발명의 제3 양태에 따르면, 본원에 기술된 임의의 구현예에 따라 본 발명의 제1 양태 또는 제2 양태에 따른 에어로졸 발생 물품 및 에어로졸 발생 장치를 포함하는 에어로졸 발생 시스템이 제공된다. 에어로졸 발생 물품은 적어도 하나의 에어로졸 형성 기재를 포함하며, 복수의 반도체 히터는 에어로졸 발생 물품이 공동 내에 수용될 때 적어도 하나의 에어로졸 형성 기재를 가열하도록 구성된다.
에어로졸 발생 물품은 베이스 층을 포함할 수 있으며, 적어도 하나의 에어로졸 형성 기재는 베이스 층의 표면 상에 위치된다. 복수의 반도체 히터가 공동의 실질적으로 평면형 벽 상에 제공되는 구현예에서, 베이스 층은 바람직하게는 실질적으로 평면이다.
적어도 하나의 에어로졸 형성 기재는 에어로졸 발생 물품이 공동 내에 수용될 때 반도체 히터 중 적어도 2개 위에 놓이도록 구성되는 에어로졸 형성 기재를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 에어로졸 형성 기재는 에어로졸 발생 물품이 공동 내에 수용될 때 반도체 히터의 전부 위에 놓이도록 구성되는 단일 에어로졸 형성 기재일 수 있다.
적어도 하나의 에어로졸 형성 기재는 복수의 에어로졸 형성 기재를 포함할 수 있으며, 상기 각각의 에어로졸 형성 기재는 에어로졸 발생 물품이 공동 내에 수용될 때 반도체 히터 중 적어도 하나 위에 놓이도록 구성된다. 에어로졸 형성 기재의 수는 반도체 히터의 수와 동일할 수 있으며, 각각의 에어로졸 형성 기재는 에어로졸 발생 물품이 공동 내에 수용될 때 반도체 히터 중 하나 위에 놓이도록 구성된다.
반도체 히터 각각이 공동의 내부 표면의 일부 위에 놓여있는 구현예에서, 내부 표면의 각각의 부분의 표면적은 약 7 ㎟ 미만이며, 바람직하게는 에어로졸 형성 기재 각각은 베이스 층의 표면 상에 위치되고, 상기 베이스 층의 표면의 각각의 부분의 표면적은 약 7 ㎟ 미만이다. 유리하게, 약 7 ㎟ 미만의 표면적 위에 각각 놓여있는 복수의 에어로졸 형성 기재를 제공하는 것은 대응하는 반도체 히터에 의한 각각의 에어로졸 형성 기재의 균일한 가열을 용이하게 할 수 있다.
본 발명의 제4 양태에 따르면, 베이스 층 및 베이스 층의 표면 상에 제공되는 복수의 에어로졸 형성 기재를 포함하는 에어로졸 발생 물품이 제공된다. 각각의 에어로졸 형성 기재는 베이스 층의 표면의 일부분 위에 놓이며, 상기 베이스 층의 표면의 각각의 부분의 표면적은 약 7 ㎟ 미만이다. 바람직하게는, 베이스 층은 실질적으로 평면이다.
에어로졸 발생 장치의 이하의 선택적이며 바람직한 특징은 본 발명의 제3 양태에 적용된다. 에어로졸 발생 물품의 이하의 선택적이며 바람직한 특징은 본 발명의 제3 및 제4 양태 둘 모두에 적용된다.
바람직하게는, 에어로졸 발생 물품은 하나 이상의 에어로졸 형성 기재가 제거 가능한 커버 층과 베이스 층 사이에서 밀봉되도록 베이스 층 위에 놓이고 베이스 층에 고정되는 제거 가능한 커버 층을 포함한다. 제거 가능한 커버 층은 비다공성 폴리머 필름을 포함할 수 있다.
에어로졸 발생 물품이 복수의 에어로졸 형성 기재를 포함하는 구현예에서, 복수의 에어로졸 형성 기재는 베이스 층 상에 위치되는 복수의 제1 에어로졸 형성 기재 및 베이스 층 상에 위치되는 복수의 제2 에어로졸 형성 기재를 포함할 수 있으며, 상기 제2 에어로졸 형성 기재는 제1 에어로졸 형성 기재와 상이하다.
제어기는 제1 에어로졸 형성 기재가 제2 에어로졸 형성 기재로부터 개별적으로 가열되기 위해 복수의 반도체 히터를 순차적으로 활성화시키도록 구성될 수 있다. 제어기는 제1 에어로졸 형성 기재의 적어도 일부가 제2 에어로졸 형성 기재의 적어도 일부와 동시에 가열되기 위해 복수의 반도체 히터를 활성화시키도록 구성될 수 있다.
제1 및 제2 에어로졸 형성 기재 둘 모두는 고체 에어로졸 형성 기재를 각각 포함할 수 있다. 제1 및 제2 에어로졸 형성 기재 둘 모두는 액체 에어로졸 형성 기재를 각각 포함할 수 있다. 제1 에어로졸 형성 기재 각각은 고체 에어로졸 형성 기재를 포함할 수 있고 제2 에어로졸 형성 기재 각각은 액체 에어로졸 형성 기재를 포함할 수 있다. 제1 에어로졸 형성 기재 각각은 액체 에어로졸 형성 기재를 포함할 수 있고 제2 에어로졸 형성 기재 각각은 고체 에어로졸 형성 기재를 포함할 수 있다.
제1 및 제2 에어로졸 형성 기재 중 적어도 하나가 액체 에어로졸 형성 기재를 포함하는 구현예에서, 에어로졸 형성 기재 각각은 베이스 층 상에 위치되는 다공성 기재 물질 및 다공성 기재 물질 상에 흡수되는 액체 에어로졸 형성 기재를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 다공성 기재 물질은 약 0.1 g/㎤ 내지 약 0.3 g/㎤의 밀도를 갖는다.
바람직하게는, 다공성 기재 물질은 약 15% 내지 약 55%의 공극률을 갖는다.
다공성 기재 물질은 유리, 셀룰로오스, 세라믹, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리(사이클로헥산디메틸렌 테레프탈레이트)(PCT), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 발포 폴리테트라플루오로에틸렌(ePTFE), 및 BAREX® 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 다공성 기재 물질은 액체 에어로졸 형성 물질에 대하여 화학적으로 불활성이다.
적어도 하나의 고체 에어로졸 형성 기재를 포함하는 구현예에서, 고체 에어로졸 형성 기재는 담배를 포함할 수 있다. 고체 에어로졸 형성 기재는 가열 시에 기재로부터 방출되는 휘발성 담배 향미제 화합물을 함유하는 담배 함유 물질을 포함할 수 있다. 고체 에어로졸 형성 기재는 비담배 물질을 포함할 수 있다. 고체 에어로졸 형성 기재는 담배 함유 물질과 비담배 함유 물질을 포함할 수 있다.
고체 에어로졸 형성 기재는 적어도 하나의 에어로졸 형성제를 포함할 수 있다. 적절한 에어로졸 형성제는: 프로필렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 1,3-부탄디올 그리고 글리세린과 같은 다가 알코올; 글리세롤 모노-, 디- 또는 트리아세테이트와 같은 다가 알코올의 에스테르; 및 디메틸 도데칸디오에이트 그리고 디메틸 테트라데칸디오에이트와 같은 모노-, 디- 또는 폴리카르복실산의 지방족 에스테르를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
바람직한 에어로졸 형성제는 프로필렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 1,3-부탄디올 같은 다가 알코올 또는 그들의 혼합물이며, 가장 바람직하게는 글리세린이다.
고체 에어로졸 형성 기재는 단일의 에어로졸 형성제를 포함할 수 있다. 대안적으로, 고체 에어로졸 형성 기재는 2개 이상의 에어로졸 형성제의 조합을 포함할 수 있다.
고체 에어로졸 형성 기재는 건조 중량 기준으로 5%보다 큰 에어로졸 형성제 함량을 가질 수 있다.
고체 에어로졸 형성 기재는 건조 중량 기준으로 약 5% 내지 약 30%의 에어로졸 형성제 함량을 가질 수 있다.
고체 에어로졸 형성 기재는 건조 중량 기준으로 약 20%의 에어로졸 형성제 함량을 가질 수 있다.
적어도 하나의 액체 에어로졸 형성 기재를 포함하는 구현예에서, 액체 에어로졸 형성 기재는 니코틴 용액을 포함할 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재는 바람직하게는 가열 시 액체로부터 방출되는 휘발성 담배 향미료 화합물을 포함하는 담배 함유 물질을 포함한다. 액체 에어로졸 형성 기재는 비담배 물질을 포함할 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재는 물, 용매, 에탄올, 식물 추출물 및 천연 또는 인공 향미제를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 액체 에어로졸 형성 기재는 에어로졸 형성제를 더 포함한다.
에어로졸 발생 물품이 복수의 제1 에어로졸 형성 기재 및 복수의 제2 에어로졸 형성 기재를 포함하는 구현예에서, 복수의 제1 에어로졸 형성 기재는 니코틴 용액을 각각 포함할 수 있고 복수의 제2 에어로졸 형성 기재는 산을 각각 포함할 수 있다.
산은 유기 산 또는 무기 산을 포함할 수 있다.
바람직하게, 산은, 유기 산을 포함하고, 보다 바람직하게는 카르복실산, 가장 바람직하게는 알파-케토(alpha-keto) 또는 2-옥소산(2-oxo acid) 또는 락트산을 포함한다.
유리하게, 산은, 3-메틸-2-옥소펜타논산, 피루브산, 2-옥소펜타논산, 4-메틸-2-옥소펜타논산, 3-메틸-2-옥소부타논산, 2-옥소옥타논산, 락트산, 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 산을 포함한다. 유리하게, 산은 피루브산 또는 락트산을 포함한다. 더욱 유리하게, 산은 락트산을 포함하고 있다.
에어로졸 발생 물품이 니코틴 용액을 각각 포함하는 복수의 제1 에어로졸 형성 기재 및 산을 각각 포함하는 복수의 제2 에어로졸 형성 기재를 포함하는 구현예에서, 바람직하게는 제어기는 제1 에어로졸 형성 기재의 적어도 일부가 제2 에어로졸 형성 기재의 적어도 일부와 동시에 가열되기 위해 복수의 반도체 히터를 활성화시키도록 구성된다. 유리하게, 액체 니코틴 용액 및 산을 동시에 가열하는 것은 니코틴 염 입자를 포함하는 에어로졸을 형성하기 위해 가스 상에서 반응하는 니코틴 에어로졸 및 산 에어로졸을 발생시킬 수 있다.
에어로졸 형성 기재 중 적어도 하나는 향미제를 포함할 수 있다. 적절한 향미제는 멘톨을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 단지 예시의 목적으로 더 설명될 것이다:
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 에어로졸 발생 장치의 단면도를 나타낸다;
도 2는 도 1의 에어로졸 발생 장치의 복수의 반도체 히터의 상면도를 나타낸다;
도 3은 도 1의 에어로졸 발생 장치의 반도체 히터 중 하나의 상세한 단면도를 나타낸다;
도 4는 본 발명의 제1 구현예에 따른 에어로졸 발생 물품의 사시도를 나타낸다;
도 5는 본 발명의 제2 구현예에 따른 에어로졸 발생 물품의 사시도를 나타내며; 그리고
도 6은 에어로졸 발생 시스템을 형성하기 위해 도 1의 에어로졸 발생 장치와 조합된 도 5의 에어로졸 발생 물품의 단면도를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 에어로졸 발생 장치(10)의 단면도를 나타낸다. 에어로졸 발생 장치는 에어로졸 발생 물품을 수용하기 위한 공동(14)을 정의하는 하우징(12)을 포함한다. 공기 유입구(16)는 공동(14)의 상류 단부에 제공되고 마우스피스(18)는 하우징(12)의 하류 단부에 제공된다. 공기 배출구(20)는 기류 경로가 공기 유입구(16)와 공기 배출구(20) 사이의 공동(14)을 통해 정의되도록 공동(14)과 유체 연통되는 마우스피스(18)에 제공된다. 사용 동안, 사용자는 공기 유입구(16)를 통해 공동(14) 내로 그리고 공동(14)으로부터 공기 배출구(20)를 통해 공기를 흡인하기 위해 마우스피스(18)를 흡인한다.
에어로졸 발생 장치(10)는 공동(14)의 평면형 벽(24) 상에 제공되는 복수의 반도체 히터(22)를 더 포함한다. 반도체 히터(22) 각각은 공통 지지 층(28) 상에 제공되는 히터 패키지(26)를 포함한다. 복수의 반도체 히터(22)는 히터 어레이(30)를 형성하며, 그것은 도 2에 더 분명히 도시된다.
도 3은 개별 반도체 히터(22)의 단면도를 나타낸다. 각각의 반도체 히터(22)는 공통 지지 층(28) 상에 제공되는 히터 패키지(26)를 포함한다. 공통 지지 층(28)은 공통 기재 층(32) 및 공통 기재 층(32) 위에 놓이는 공통 절연 층(34)을 포함한다. 공통 기재 층(32)은 실리콘 웨이퍼이고 공통 절연 층은 질화 규소를 포함한다.
각각의 히터 패키지(26)는 공통 절연 층(34)의 일부분 위에 놓이는 가열 층(36) 및 가열 층(36)에 전기적으로 연결되는 적어도 2개의 전극(38)을 포함한다. 각각의 히터 패키지(26)는 약 7 ㎟ 미만의 표면적을 갖는 공통 절연 층(34)의 일부 위에 놓인다. 가열 층(36)은 가열 층(36)에 원하는 전기 저항을 제공하기 위해 인으로 도핑되는 다결정 실리콘을 포함한다. 전극(38)은 백금과 같은 금속을 포함한다.
에어로졸 발생 장치(10)는 전력 공급부(40) 및 하우징(12) 내에 위치되는 제어기(42)를 더 포함한다. 에어로졸 발생 장치(10)의 작동 동안, 제어기(42)는 반도체 히터(22)를 활성화시키기 위해 전력 공급부(40)로부터 대응하는 전극(38)을 통해 각각의 반도체 히터(22)로 전류의 공급을 제어한다. 제어기(42)는 복수의 반도체 히터(22)를 그룹으로 활성화시키도록 구성되며, 각각의 그룹은 순차적으로 활성화되고 비활성된다.
제어기(42)는 히터가 적어도 하나의 가스의 양을 측정 및 모니터링하기 위해 활성될 때 각각의 반도체 히터(22)의 가열 층(36)의 전기 저항을 측정 및 모니터링하도록 더 구성된다. 이러한 방식으로, 각각의 반도체 히터(22)는 또한 가스 센서로서의 기능을 한다. 예를 들어, 각각의 가열 층(36)은 에어로졸 발생 물품 상의 에어로졸 형성 기재가 에어로졸 발생 물품의 작동 온도 위의 온도로 가열될 때 발생되는 가스에 민감할 수 있다. 이러한 시나리오에서, 제어기는 반도체 히터(22)의 가열 층(36)의 측정된 전기 저항이 가스의 존재를 나타낼 때 반도체 히터(22)를 비활성화시키도록 구성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제1 구현예에 따른 에어로졸 발생 물품(50)을 나타낸다. 에어로졸 발생 물품(50)은 베이스 층(52) 및 층(52) 상에 제공되는 에어로졸 형성 기재(54)를 포함한다. 에어로졸 형성 기재(54)는 고체 담배 함유 물질의 실질적으로 연속 층을 포함한다. 제거 가능한 커버 층(56)은 베이스 층(52)과 제거 가능한 커버 층(56) 사이에서 에어로졸 형성 기재(54)를 밀봉하기 위해 베이스 층(52)에 고정된다. 제거 가능한 커버 층은 비다공성 폴리머 필름으로 형성된다.
사용 동안, 제거 가능한 커버 층(56)은 베이스 층(52)으로부터 제거되고 에어로졸 발생 물품(50)은 도 1에 도시된 에어로졸 발생 장치(10)의 공동(14) 내에 삽입되어 에어로졸 발생 시스템을 형성한다. 그 다음, 제어기(42)는 에어로졸 형성 기재(54)의 개별 부분을 순차적으로 가열하기 위해 반도체 히터(22)의 그룹을 순차적으로 활성화 및 비활성화시킨다.
도 5는 본 발명의 제2 구현예에 따른 에어로졸 발생 물품(60)을 나타낸다. 에어로졸 발생 물품(60)은 베이스 층(52) 및 베이스 층(52)과 동일한 커버 층(56) 및 도 4에 도시된 에어로졸 발생 물품(50)의 커버 층(56)을 포함한다. 그러나, 에어로졸 발생 물품(60)은 베이스 층(52) 상에 위치되고 베이스 층(52)과 커버 층(56) 사이에서 밀봉되는 복수의 별개의 에어로졸 형성 기재(64)를 포함한다. 에어로졸 형성 기재(64) 각각은 다공성 기재 물질 및 다공성 기재 물질 상에 흡수되는 액체 에어로졸 형성 기재를 포함한다. 에어로졸 형성 기재(64) 각각은 약 7 ㎟ 미만의 표면적을 갖는 베이스 층(52)의 일부 위에 놓인다.
복수의 에어로졸 형성 기재(64)는 3개의 그룹으로 분할된다: 액체 니코틴 용액을 각각 포함하는 복수의 제1 에어로졸 형성 기재(68); 휘발성 산을 각각 포함하는 복수의 제2 에어로졸 형성 기재(70); 및 향미제를 각각 포함하는 복수의 제3 에어로졸 형성 기재(72).
사용 동안, 제거 가능한 커버 층(56)은 도 6에 도시된 바와 같이, 베이스 층(52)으로부터 제거되고 에어로졸 발생 물품(60)은 도 1에 도시된 에어로졸 발생 장치(10)의 공동(14) 내에 삽입되어 에어로졸 발생 시스템(80)을 형성한다. 에어로졸 형성 기재(64)의 배열은 에어로졸 발생 물품(60)이 공동(14) 내에 수용될 때 각각의 에어로졸 형성 기재(64)가 반도체 히터(22) 위에 놓이게 되어 있다.
그 다음, 제어기(42)는 별개의 에어로졸 형성 기재(64)를 순차적으로 가열하기 위해 반도체 히터(22)의 그룹을 순차적으로 활성화 및 비활성화시킨다. 순차적인 활성화의 각각 단계에서, 제어기(42)는 제1 에어로졸 형성 기재(68) 중 하나, 제2 에어로졸 형성 기재(70) 중 하나 및 제3 에어로졸 형성 기재(72) 중 하나를 동시에 가열하기 위해 적절한 반도체 히터(22)를 활성화시킨다. 가열된 제1 에어로졸 형성 기재(68)로부터 방출되는 니코틴 증기 및 가열된 제2 에어로졸 형성 기재(70)로부터 방출되는 산 증기는 가스상에서 반응하여 공기 배출구(20)를 통한 사용자로의 전달을 위해 니코틴 염 입자를 포함하는 에어로졸을 형성한다. 가열된 제3 에어로졸 형성 기재(72)로부터 방출되는 향미제는 향미제를 사용자에게 전달되는 에어로졸에 부여한다.

Claims (17)

  1. 에어로졸 발생 장치로서:
    전력 공급부;
    에어로졸 발생 물품을 수용하기 위한 공동(cavity);
    상기 공동 내에 위치되는 복수의 반도체 히터로서, 각각의 반도체 히터가 기재 층 및 기재 층 상에 제공되는 가열 층을 포함하며, 상기 가열 층이 연속 층인, 복수의 반도체 히터;
    적어도 하나의 반도체 가스 센서로서, 상기 반도체 히터 중 적어도 하나의 가열 층은 가열 층이 조합된 가열 및 가스 감지 층이도록 반도체 가스 센서로서 작동 가능한, 적어도 하나의 반도체 가스 센서; 및
    각각의 반도체 히터에 전력 공급부로부터 전력의 공급을 제어하도록 구성되는 제어기;를 포함하는, 에어로졸 발생 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어기는 상기 공동 내에서 적어도 하나의 가스의 양을 결정하기 위해 상기 조합된 가열 및 가스 감지 층의 전기 저항을 측정하도록 구성되는, 에어로졸 발생 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어기는 동시에:
    상기 조합된 가열 및 가스 감지 층을 가열하기 위해 상기 전력 공급부로부터 상기 조합된 가열 및 가스 감지 층으로의 전력의 공급을 제어하며; 그리고
    공동 내에서 적어도 하나의 가스의 양을 결정하기 위해 상기 조합된 가열 및 가스 감지 층의 전기 저항을 측정하도록;
    구성되는, 에어로졸 발생 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어기는 공동 내의 적어도 하나의 가스의 결정된 양에 응답하여 상기 조합된 가열 및 가스 감지 층으로의 전력의 공급을 제어하도록 구성되는, 에어로졸 발생 장치.
  5. 에어로졸 발생 장치는:
    전력 공급부;
    에어로졸 발생 물품을 수용하기 위한 공동(cavity);
    상기 공동 내에 위치되는 복수의 반도체 히터로서, 각각의 반도체 히터가 기재 층 및 기재 층 상에 제공되는 가열 층을 포함하며, 상기 가열 층이 연속 층인, 복수의 반도체 히터;
    적어도 하나의 반도체 가스 센서로서, 상기 적어도 하나의 반도체 가스 센서는 가스 센서 히터 위에 놓이는 반도체 가스 센서를 포함하며, 가스 센서 히터는 상기 복수의 반도체 히터 중 하나인, 적어도 하나의 반도체 가스 센서; 및
    각각의 반도체 히터에 전력 공급부로부터 전력의 공급을 제어하도록 구성되는 제어기;를 포함하는, 에어로졸 발생 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어기는 동시에:
    반도체 가스 센서를 가열하기 위해 전력 공급부로부터 가스 센서 히터로의 전력의 공급을 제어하며; 그리고
    공동 내에서 적어도 하나의 가스의 양을 결정하기 위해 반도체 가스 센서의 전기 저항을 측정하도록;
    구성되는, 에어로졸 발생 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제어기는 상기 공동 내의 적어도 하나의 가스의 결정된 양에 응답하여 가스 센서 히터로의 전력의 공급을 제어하도록 구성되는, 에어로졸 발생 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 공통 기재 층을 포함하며, 상기 복수의 반도체 히터의 가열 층은 서로로부터 이격되고 공통 기재 층 상에 제공되는, 에어로졸 발생 장치.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 반도체 히터의 가열 층은 볼록 다각형 형상을 갖는, 에어로졸 발생 장치.
  10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 반도체 히터 각각은 상기 공동의 내부 표면 상에 제공되는, 에어로졸 발생 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 공동은 평면형 벽을 포함하며, 상기 복수의 반도체 히터는 평면형 벽 상에 제공되는, 에어로졸 발생 장치.
  12. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반도체 히터 각각은 평면인, 에어로졸 발생 장치.
  13. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반도체 히터 각각은 7 ㎟ 미만의 전체 면적에 걸쳐서 연장되는, 에어로졸 발생 장치.
  14. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 반도체 가스 센서는 상기 공동 내에서 상이한 가스에 민감한 적어도 2개의 반도체 가스 센서를 포함하는, 에어로졸 발생 장치.
  15. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기는 전력 공급부로부터 반도체 히터 각각으로의 전력의 공급을 순차적으로(sequentially) 제어하도록 구성되는, 에어로졸 발생 장치.
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  17. 삭제
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