KR102524203B1 - 에어로졸 발생 장치에 사용하기 위한 액체 공급 시스템 - Google Patents
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Abstract
에어로졸 발생 장치와 사용하기 위한 액체 공급 시스템으로, 액체 보유 물질(136), 액체 보유 물질로부터 연장되어 있는 액체 유동 채널, 및 액체 유동 채널에 배치된 배리어(125)를 포함하되, 배리어는 60℃ 내지 120℃의 임계 온도를 가지고, 여기서 배리어는 그 임계 온도 아래에서 액체에 불투과성이고 배리어는 그 임계 온도 위에서 액체에 대해 가역적으로 투과성으로 되는, 액체 공급 시스템.
Description
본 발명은 전기 가열식 에어로졸 발생 시스템 및 연관된 장치, 물품 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 이러한 에어로졸 발생 시스템에 사용하기 위한 액체 에어로졸 형성 기재를 저장하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 개시는 또한 이러한 시스템으로부터 그리고 이러한 시스템의 구성요소로부터 액체 에어로졸 형성 기재의 누출을 방지하기 위해 사용되는 배리어 물질에 관한 것이다.
에어로졸 발생 시스템의 하나의 유형은 마우스 말단 및 원위 말단을 갖는 전동식 세장형 핸드헬드 에어로졸 발생 시스템이다. 공지된 핸드헬드 전기 작동식 에어로졸 발생 시스템은 배터리와 제어 전자기기를 포함하고 있는 장치부, 에어로졸 형성 기재의 공급부를 포함하고 있는 카트리지부, 및 전기 작동식 기화기를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재의 공급부와 기화기 모두를 포함하고 있는 카트리지는 때로는 "카토마이저(cartomizer)"로 지칭된다. 기화기는 액체 에어로졸 형성 기재 내에 적셔진 세장형의 심지 주위에 감겨진 히터 와이어의 코일을 포함할 수 있다. 그러나, 일부 기화기는 실질적으로 평면 형상으로 형성된 히터 메쉬를 포함하며, 이송 물질(예를 들어, 심지)의 표면의 상단에 위치한다. 에어로졸 형성 기재 내에 적셔진 모세관 물질이 액체를 심지에 공급한다. 사용자가 시스템의 마우스 말단을 흡인할 때, 공기는 기화기 내로 흡인되고, 히터가 켜지고 에어로졸 형성 기재의 일부분을 기화시킨다. 시스템의 마우스 말단에 있는 마우스 피스 개구는 사용자가 발생된 에어로졸을 흡입할 수 있게 한다.
에어로졸 발생 시스템용 액체 에어로졸 형성 기재는 액체 에어로졸 형성 기재를 보관하기 위한 고 보유 물질(HRM)을 포함하고 있는 액체 공급 시스템(예를 들어, 카트리지)에 제공될 수 있다. 시스템이 사용될 때, 액체 기재는 고 보유 물질로부터 이송 물질(TM)로 전달될 수 있으며, 여기서 에어로졸 형성 기재 물질은 가열되고 기화될 수 있다. 그러나, 보관 중에, 액체 기재가 이송 물질에 조기에 전달되지 않고 카트리지로부터 누출되지 않는 것이 바람직하다.
카트리지로부터 에어로졸 형성 기재의 조기 누출을 방지하는 것이 바람직할 것이다. 에어로졸 발생 시스템이 사용 중일 때 액체 에어로졸 형성 기재의 가열 요소로의 그리고 기류 통로 내로의 전달을 편리하게 허용하는 것이 더 바람직할 것이다.
본 발명의 다양한 측면에서, 마우스 말단 및 원위 말단을 갖는 에어로졸 발생 시스템이 제공된다. 시스템은 에어로졸 발생 기재를 담기에 적절한 액체 저장부를 포함할 수 있다. 시스템은 또한 액체 저장부 위에 배치된 커버, 및 커버와 액체 저장부 사이의 하나 이상의 기류 통로 또는 채널을 포함할 수 있다. 시스템은 액체 에어로졸 형성 기재를 가열하도록 구성되어 있는 가열 요소를 포함할 수 있다.
시스템은 에어로졸 형성 기재를 고 보유 물질에 함유하는 카트리지를 수용하도록 구성되어 있는 에어로졸 발생 장치 또는 베이스 유닛을 포함할 수 있다. 시스템은 에어로졸 발생 시스템이 사용 중일 때 에어로졸 형성 기재를 가열 요소에 전달하도록 구성되어 있는 이송 물질을 포함할 수도 있다.
카트리지는 액체 기재의 기류 통로 내로의 조기 전달을 방지하는 배리어층을 포함할 수 있다. 카트리지는 상류 말단 및 하류 말단을 갖는 액체 유동 채널을 포함할 수 있다. 액체 유동 채널은, 액체가 보관되는 상류 말단으로부터 (예를 들어, 액체 저장부 또는 고 보유 물질로부터) 기류 통로에서의 하류 말단으로 연장될 수 있다. 배리어층은 보관된 액체 기재와 기류 통로 사이에 배리어가 위치되도록 액체 유동 채널을 따라 다양한 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 배리어층은, 가열 요소 상에 (가열 요소와 기류 통로 사이), 이송 물질과 가열 요소 사이, 고 보유 물질과 이송 물질 사이, 고 보유 물질과 가열 요소 사이, 또는 액체 저장부와 고 보유 물질 사이에 배치될 수 있다. 배리어는 고 보유 물질로부터 또는 액체 저장부로부터 이송 물질, 가열 요소, 또는 기류 통로로의 액체 기재의 전달을 방지할 수 있다. 배리어층은 임계 온도 아래의 액체에 대해 불투과성이며 임계 온도, 예컨대 시스템의 사용 중에 달성될 수 있는 온도 지점 또는 위의 액체에 대해 가역적으로 투과성이어서, 액체가 액체 유동 채널을 따라 전달할 수 있게 한다. 본 발명의 일부 측면에 따르면, 배리어층은 얇은 불투과성 필름 또는 소수성 코팅층(coating)일 수도 있다.
한 구현예에서, 배리어층은 히터의 하류에 배치되어 있다. 한 구현예에서, 배리어층은 히터의 상류에, 예컨대 히터와 이송 물질 사이, 또는 히터와 고 보유 물질 사이에 배치되어 있다. 한 구현예에서, 배리어층은 이송 물질의 상류에, 예컨대 이송 물질과 고 보유 물질 사이에 배치되어 있다. 한 구현예에서, 배리어층은 고 보유 물질의 상류에, 예컨대 고 보유 물질과 액체 저장부 사이에 배치되어 있다. 일부 구현예에서, 카트리지는 하나보다 많은 배리어층을 포함하고 있으며, 배리어층은 위에서 논의된 위치들의 임의의 조합에 배치될 수 있다.
본 출원의 시스템은 보관 중에 액체 에어로졸 형성 기재의 누출을 감소시키거나 방지하는 역할을 할 수 있다. 상기 시스템은 사용 전에 수동으로 제거되거나 벗겨질 필요가 없으므로 사용하기 편리하다. 예를 들어, 시스템이 사용될 때, 시스템은 장치의 정상 사용 동안 액체 전달을 허용한다.
본 발명은, 특히, 전기 에너지를 사용해 기재의 연소없이 기재를 가열하여 사용자에 의해 흡입될 수 있는 에어로졸을 형성하는 에어로졸 발생 시스템을 제공한다. 바람직하게, 시스템은 핸드헬드 시스템이 고려될 정도로 충분히 콤팩트하다. 본 발명의 시스템의 일부 실시예는 사용자가 흡입하기 위한 니코틴 함유 에어로졸을 전달할 수 있다.
용어 "에어로졸 발생" 물품, 장치 또는 시스템은, 사용자에 의해 흡입될 수 있는 에어로졸을 형성하기 위해 에어로졸 형성 기재로부터 휘발성 화합물을 방출할 수 있는 물품, 장치 또는 시스템을 지칭한다. 용어 "에어로졸 형성 기재"는, 가열 시에, 에어로졸을 형성할 수 있는 휘발성 화합물을 방출할 수 있는 기재를 지칭한다. 액체 에어로졸 형성 기재는 주위 온도에서, 예를 들어 약 15℃ 내지 약 30℃ 에서 액체인 기재이다. 액체 에어로졸 형성 기재는 액체 용액, 현탁액, 분산액 등을 포함하는 것으로 간주된다.
임의의 적합한 에어로졸 형성 기재는 시스템과 함께 사용될 수 있다. 적합한 에어로졸 형성 기재는 식물계 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 형성 기재는 가열 시 에어로졸 형성 기재로부터 방출되는 휘발성 담배 향미 화합물을 함유하는 담배 또는 담배 함유 재료를 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 에어로졸 형성 기재는 비-담배 함유 재료를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 균질화된 식물계 재료를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 적어도 하나의 에어로졸 형성제를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성제의 예로는, 1,3-부탄디올, 프로필렌 글리콜, 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 포함한다. 에어로졸 형성 기재는 향미제와 같은 다른 첨가제 및 성분을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 에어로졸 형성 기재는 니코틴을 포함하고 있다. 바람직하게는, 에어로졸 형성 기재는 액체 에어로졸 형성 기재이다. 일부 구현예에서, 에어로졸 형성 기재는 글리세롤, 프로필렌 글리콜, 물, 니코틴, 및 선택적으로 하나 이상의 향미제를 포함하고 있다.
본 개시의 측면들에 따르면, 에어로졸 형성 기재는 시스템의 액체 저장부 및/또는 카트리지에 저장될 수 있다. 액체 저장부는 소모성 부품의 일부(예를 들어, 카트리지)일 수 있고, 이것은 액체 저장부 내의 에어로졸 형성 기재의 공급이 감소되거나 고갈될 때 사용자가 교체할 수 있다. 예를 들어, 사용된 액체 저장부는 에어로졸 형성 기재로 적절한 양으로 채워진 다른 액체 저장부로 교체될 수 있다. 카트리지는 에어로졸 형성 기재 없이 제공될 수도 있고, 사용자는 카트리지 상에 제공된 액체 포트를 통해 원하는 기재로 카트리지(예를 들어, 액체 저장부 또는 고 보유 물질)를 채울 수도 있다. 일부 구현예에서 액체 저장부는 사용자에 의해 재충전 가능하지 않을 수 있다.
일부 측면에 따르면, 카트리지는 액체 저장 구획부를 포함하지 않는다. 대신, 에어로졸 형성 기재는 고 보유 물질에 저장될 수 있다. 액체 저장 구획부를 포함하지 않는 구현예들에서, 액체 에어로졸 형성 기재의 양 및 이에 따라 장치에서 이용가능한 퍼프 수는 액체 저장 구획부를 포함하고 있는 장치에서 더욱 작을 수 있다.
본 개시의 측면들은 액체 저장 유닛 및 시스템에 관한 것이다. 액체 저장 유닛은 액체 저장부와 가열 요소 둘 모두를 포함하고 있는 카트리지의 액체 저장부일 수 있다. 대안적으로, 액체 저장 유닛은 가열 요소를 갖는 별개의 모듈에 탈착식으로 연결 가능한 것일 수 있다. 이러한 액체 저장 유닛은 "캡슐"로 지칭될 수 있다. 본 개시에 설명된 액체 저장 유닛은 일반적으로 카트리지(액체 공급 시스템)라고 지칭될 수 있지만, 본 발명의 측면들은 동등하게 적용 가능한 캡슐(액체 저장 유닛)이다.
바람직하게는, 시스템은 베이스 유닛에 탈착식으로 연결 가능한 캡슐을 포함하고 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "탈착식으로 연결 가능한"은 어느 한 부분에 상당한 손상을 주지 않고도, 탈착식으로 연결 가능한 부분이 서로 연결되고 연결 해제될 수 있다는 것을 의미한다. 카트리지는 나사산 맞물림, 스냅 끼워 맞춤 맞물림, 죔쇠 끼워 맞춤 맞물림, 자기 맞물림 등과 같이 임의의 적절한 방식으로 베이스 유닛에 연결될 수 있다.
시스템이 별도의 기화 유닛(예를 들어, 가열 요소를 함유한 별도의 유닛) 및 캡슐을 포함하고 있는 경우, 캡슐은 캡슐이 기화 유닛에 연결되지 않을 때 에어로졸 형성 기재가 저장조를 빠져나가는 것을 방지하기 위해 원위 말단부 개구에 대해 상대적으로 위치된 밸브를 포함할 수 있다. 밸브는, 캡슐을 기화 유닛에 연결하는 동작이 밸브를 개방시키고, 기화 유닛으로부터 캡슐을 분리하는 동작이 밸브를 폐쇄시키도록 작동 가능할 수 있다. 임의의 적절한 밸브가 사용될 수 있다.
액체 공급 시스템은 강성 하우징일 수 있는, 하우징을 포함하고 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이 "강성 하우징"은 자가 지지형 하우징을 의미한다. 하우징은 중합 재료, 금속 재료, 또는 유리와 같은 임의의 적합한 재료 또는 재료의 조합으로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 액체 저장부의 하우징은 열가소성 재료로 형성될 수 있다. 임의의 적합한 열가소성 재료가 사용될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 통로는 에어로졸 흐름 경로의 적어도 일부를 형성하는 하우징을 통해 정의된다.
액체 저장 유닛은, 고 보유 물질 내의 에어로졸 형성 기재, 에어로졸 형성 기재를 가열 요소에 전달하도록 구성되어 있는 이송 물질, 및 고 보유 물질과 이송 물질 사이의 배리어층 또는 코팅층을 포함하고 있다. 배리어층은 가역적 배리어 품질을 가질 수 있다. 즉, 배리어층은 임계 온도 위에서 가역적으로 투과성으로 될 수 있다. "고 보유 물질(high retention material)"은 액체(예를 들어, 수성 액체)를 흡수 및/또는 저장할 수 있고, 액체를 (예를 들어, 모세관 작용에 의해) 이송 물질에 전달할 수 있는 물질이다. "이송 물질"은 액체를 물질의 한 말단에서 타 말단으로, 예를 들어, 모세관 작용에 의해 능동적으로 전달하는, 심지와 같은 물질이다. 용어 "배리어"는 층을 액체에 불투과성으로 만들거나 액체의 전달을 방지하는 특성을 지칭한다. 용어 "방지하다"는 적어도 부분적으로 정지 또는 억제하는 의미와 함께 사용되고, 완전히 정지 또는 억제하는 것을 포함한다. 용어 "가역적" 배리어는 배리어 품질(예를 들어, 수성 액체에 대한 불투과성)이 환경 조건(예를 들어, 온도)에 따라 손실되고 회복될 수 있음을 의미한다.
고 보유 물질은 섬유상 또는 스펀지 구조를 가질 수 있다. 바람직하게는, 고 보유 물질은 웹, 매트 또는 섬유 다발을 포함하고 있다. 섬유는 정렬된 방향으로 액체를 운반하도록 전체적으로 정렬될 수 있다. 대안적으로, 고 보유 물질은 스폰지류 또는 폼류의 물질을 포함할 수 있다. 고 보유 물질은 임의의 적절한 물질 또는 물질들의 조합을 포함할 수도 있다. 적합한 재료의 예는 스폰지 또는 폼 재료, 섬유 또는 소결된 분말 형태인 세라믹계 또는 그래파이트계 재료, 예를 들어 방적 섬유나 압출 섬유로 만든 섬유상 재료, 또는 세라믹이나 유리이다.
카트리지가 에어로졸 발생 장치의 베이스 유닛과 결합되면, 이송 물질의 적어도 일부는 이송 물질에 의해 반송된 액체 에어로졸 형성 기재가 가열 요소에 의해 가열되어 에어로졸을 발생시키도록 가열 요소에 충분히 가깝게 위치된다. 이송 물질은 바람직하게는 가열 요소와 접촉한다. 대안적으로, 이송 물질과 유체 투과성 가열 요소 사이에 개재 층이 있을 수 있으며, 개재 층은 이송 물질과 가열 요소 사이의 유체 연통을 제공하는 것을 돕는다. 카트리지가 이송 물질을 포함하지 않는 다른 대안적인 구현예에서, 가열 요소는 배리어층을 직접 또는 고 보유 물질을 통해 가열할 수 있다.
임의의 적합한 가열 요소가 사용될 수 있다. 바람직하게는, 가열 요소는 유체 투과성 가열 요소를 포함한다. 상기 유체 투과성 가열 요소는 실질적으로 편평할 수 있고 전기 전도성 필라멘트들로 만든 것일 수 있다. 전기 전도성 필라멘트들은 단일 평면에 놓여 있을 수도 있다. 대안적으로, 실질적으로 편평한 가열 요소는, 예를 들어 원뿔 형상, 돔 형상, 아크 형상 또는 브리지 형상을 형성하는 하나 이상의 치수들을 따라 휘어질 수 있다.
대안적으로, 유체 투과성 가열 요소는 중공 관형 또는 원통형 형상을 형성할 수 있다. 중공 관형 또는 원통형 형상은 전기 전도성 필라멘트들로 만든 것일 수도 있다. 중공 관형 또는 원통형 형상은, 예를 들어 전기 전도성 필라멘트를 포함하고 있는 실질적으로 편평한 가열 요소를 롤업하는 것과, 같은 임의의 적절한 방법에 의해 형성될 수 있다. 전기 전도성 필라멘트들은 중공 관형 또는 원통형 형상의 측면 표면을 형성할 수 있다. 중공 관형 또는 원통형 히터의 횡단면은 원형, 타원형 또는 다각형일 수 있다.
가열 요소는 내부 가열 요소(카트리지의 내부) 또는 외부 가열 요소(에어로졸 발생 장치의 일부 및 카트리지의 외부)일 수 있다. 가열 요소는 배리어층에 인접하거나, 이송 물질에 인접하거나, 고 보유 물질에 인접하거나, 액체 저장부에 인접하게 배열되거나 또는 이들의 조합일 수 있다. 가열 요소가 외부 가열 요소인 경우, 카트리지의 구성요소들은, 카트리지가 에어로졸 발생 장치에 설치될 때 원하는 구성요소가 가열 요소에 인접하게 되도록 외부 가열 요소를 수용하도록 배열될 수 있다.
가열 요소는 저항성 필라멘트들을 포함할 수 있다. 용어 "필라멘트"는 2개의 전기 접촉부 사이에 배치된 전기적 경로를 지칭한다. 필라멘트는 원형, 정사각형, 편평한 형상, 또는 임의의 다른 형태의 단면을 가질 수 있으며 10μm와 100μm 사이의 직경을 가질 수도 있다. 필라멘트는 직선형 또는 만곡된 방식으로 배열될 수 있고, 분지되고, 분기되고, 수렴될 수 있다. 하나 이상의 저항성 필라멘트가 코일, 메쉬, 어레이, 직물 등을 형성할 수 있다. 가열 요소로 전류를 인가하면 요소의 저항 특성으로 인해 가열이 발생한다. 일부 바람직한 구현예에서, 가열 요소는 실질적으로 편평한 형상으로 배열된 메쉬, 어레이 또는 직물을 형성한다.
가열 요소는 바람직하게 유체 투과성이다. 이는, 10μm와 100μm 사이의 간극이 필라멘트들 사이에 형성되도록 전기 전도성 필라멘트들을 배열하여 달성될 수도 있다. 필라멘트들은 간극들 내에서 모세관 작용을 일어나게 해서, 사용시 기화될 액체가 간극들 내로 흡인되어, 가열 요소와 액체 간의 접촉 면적을 증가시킬 수 있다. 전기 전도성 필라멘트는 160 내지 600 mesh US(+/- 10%)(즉, 63 내지 236 센티미터당 필라멘트(+/- 10%) (즉, 160 내지 600 인치당 필라멘트(+/- 10%)) 메쉬 크기를 갖는 메쉬를 형성할 수 있다. 유체 투과성 가열 요소의 면적은, 예를 들어 50mm2 이하로, 작을 수 있다.
메쉬는 상이한 유형의 직조 또는 격자 구조 또는 평행한 필라멘트들의 어레이를 사용하여 형성될 수 있다. 필라멘트들은 개별적으로 형성되고 함께 직조되어 메쉬를 형성할 수도 있고, 또는 필라멘트들은 호일과 같은 시트 물질을 에칭하여 형성될 수도 있다.
가열 요소의 필라멘트는 적합한 전기적 특성을 갖는 임의의 재료로 형성될 수 있다. 적절한 물질은, 이들에만 한정되지는 않지만, 도핑된 세라믹과 같은 반도체, 전기 전도성 세라믹(예컨대, 이규화 몰리브덴), 카본, 흑연, 금속, 금속 합금, 세라믹 물질과 금속 물질로 제조된 복합 물질, 및 이들의 조합을 포함한다. 바람직하게는, 필라멘트는 와이어로 만들어진다. 더 바람직하게는, 와이어는 금속으로 제조되고, 가장 바람직하게는 스테인리스 강으로 제조된다.
본 발명의 시스템은 액체 에어로졸 형성 기재를 보유하기 위해 고 보유 물질을 갖는 카트리지를 포함하고 있다. 일부 실시예에서, 고 보유 물질은 사용 중에 액체 에어로졸 형성 기재를 이송 물질에 전달하도록 배열되어 있다. 일부 실시예에서, 카트리지는 이송 물질을 포함하고 있지 않으며, 고 보유 물질은 액체 에어로졸 형성 기재를 가열 요소 또는 기류 통로에 직접 전달하도록 배열되어 있다.
고 보유 물질은 복수의 작은 보어 또는 미세 채널을 형성하는 섬유성 또는 다공성 구조를 갖는 모세관 물질을 포함할 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재는 모세관 작용에 의해 모세관 물질을 통해 이송될 수 있다. 고 보유 물질은 복수의 섬유, 스레드, 또는 모세관의 다발을 형성하는 다른 미세 보어 관을 포함할 수 있다. 섬유 또는 스레드는 액체 에어로졸 형성 기재가 이송 물질을 향해 운반되도록 대체로 정렬될 수 있다. 대안적으로, 보유 물질은 스폰지류 또는 폼류의 물질을 포함할 수 있다. 보유 물질은 임의의 적절한 물질 또는 물질들의 조합을 포함할 수도 있다. 적합한 물질의 예는 스펀지 또는 폼 재료, 섬유 또는 소성된 분말 형태의 세라믹계 또는 흑연계 재료, 폼형 금속 또는 플라스틱 재료, 섬유상 재료(예를 들어 셀룰로오스 아세테이트, 폴리에스테르, 결합된 폴리올레핀, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 섬유, 나일론 섬유, 세라믹 섬유와 같은 방사되거나 압출된 섬유)를 포함한다. 하나의 예시적인 구현예에서, 보유 물질은 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 포함할 수 있다. 보유 물질은 이송 물질보다 단위 체적당 더 많은 액체를 보유하도록 이송 물질에 비해 우수한 위킹 성능을 가질 수 있다. 또한, 이송 물질은 고 보유 물질보다 높은 열 분해 온도를 가질 수 있다.
카트리지는 또한 에어로졸 형성 기재를 가열 요소에 전달하도록 배열된 이송 물질을 포함할 수 있다. 이송 물질은 디스크의 형상일 수 있다. 이러한 디스크들은 물질의 시트에서 펀칭하여 편리하게 제조될 수 있다. 그러나, 임의의 다른 적절한 형상, 예컨대 정사각형, 직사각형, 타원형, 난형, 또는 다른 곡선형 또는 다각형 형상 또는 불규칙한 형상이 사용될 수 있다. 이송 물질의 두께는 이송 물질의 길이 또는 폭 또는 직경보다 작을 수 있다. 두께에 대한 길이 또는 폭 또는 직경의 임의의 적절한 종횡비가 사용될 수 있다. 이송 물질의 두께에 대한 이송 물질의 길이 또는 폭 또는 직경의 종횡비는 3:1보다 클 수 있다.
대안적으로, 이송 물질은 중공 관형 또는 원통형 가열 요소에 따른 중공 관형 또는 원통형의 형상일 수도 있다. 중공 관형 또는 원통형 이송 물질은, 예를 들어 물질의 시트를 롤업하는 것과 같은 임의의 적절한 방법에 의해 형성될 수 있다. 이송 물질의 관 또는 원통의 내경은 중공 관형 또는 원통형 히터의 외경보다 더 클 수 있다.
이송 물질은 고 보유 물질과 대면하는 제1 표면 및 가열 요소와 대면하는 대향하는 제2 표면을 가질 수 있다. 바람직한 구현예에서, 이송 물질의 제2 표면은 히터와 접촉하고 있다. 히터가 평면형 표면을 갖는 경우, 제2 표면은 평면형일 수 있고 히터의 평면형 표면과 접촉할 수 있다. 히터가 윤곽 표면을 갖는 경우, 제2 표면은 히터의 윤곽 표면을 따르고 히터의 윤곽 표면과 접촉하는 윤곽을 가질 수 있다. 예를 들어, 히터가 볼록한 돔 형상 표면을 갖는 경우, 이송 물질의 제2 표면은 돔 형상을 따를 수 있다. 이러한 형상은 이송 물질에 첨가될 수 있거나 이송 물질을 제조하는 부산물일 수 있다. 제1 표면 및 제2 표면은 각각 중공 원통형 이송 물질의 외부 표면 및 내부 표면에 대응한다. 가열 요소는, 이송 물질을 함유하는 카트리지에 또는 이송 물질을 함유하는 캡슐을 수용하도록 구성되어 있는 장치에 있든지 간에, 일부 제조 공정의 결과로서 잔류 볼형 형상을 가질 수도 있고, 따라서 이송 물질의 표면은 가열 요소의 형상에 맞출 수도 있다.
이송 물질은 모세관 물질을 포함할 수 있다. 모세관 물질은 모세관 작용에 의해 물질을 통해 액체를 전달하는 물질이다. 이송 물질은 섬유성 또는 다공성 구조를 가질 수 있다. 이송 물질은, 바람직하게는 모세관 다발을 포함하고 있다. 예를 들어, 이송 물질은 복수의 섬유 또는 스레드(threads) 또는 기타 미세 보어(bore) 관을 포함할 수 있다. 이송 물질은 이송 물질의 두께 방향에 직교하거나 법선 방향으로 액체를 주로 이송하도록 구성될 수 있다. 이송 물질은 바람직하게는, 모세관 작용이 섬유들 사이의 작은 공간 또는 미세 채널에서 일어나도록 세장형 섬유를 포함할 수도 있다.
이송 물질은 적어도 160℃ 이상, 예를 들어 약 250℃ 이상의 열 분해 온도를 갖는 내열성 물질로 만든 것일 수 있다. 이송 물질은 면 또는 처리된 면, 예를 들어 아세틸화된 면의 섬유 또는 스레드를 포함할 수 있다. 또한 다른 적합한 물질들, 예를 들면, 세라믹- 또는 흑연계 섬유성 물질 또는 섬유유리, 셀룰로오스 아세테이트 또는 임의의 적절한 내열성 중합체와 같은 방사되거나, 인발되거나 또는 압출된 섬유로부터 만들어진 물질이 사용될 수도 있다. 이송 물질의 섬유는 각각 10μm 내지 40μm, 보다 구체적으로는 15μm 내지 30μm의 두께를 가질 수 있다. 상기 이송 물질은 상이한 물성을 갖는 액체와 함께 사용되도록 임의의 적절한 모세관 현상 및 다공성을 가질 수도 있다. 이송 물질은 모세관 작용에 의해 액체 에어로졸 형성 기재를 이송할 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재는 점도, 표면 장력, 밀도, 열 전도성, 비등점, 증기 압력 등을 포함하는 물리적 특성을 가질 수 있는데, 이는 액체 에어로졸 형성 기재가 모세관 작용에 의해 이송 물질을 통해 이송되는 것을 용이하게 하도록 재단된다.
본 개시의 측면들에 따르면, 카트리지는 액체 유동 채널 내에 배리어층을 포함하고 있다. 본 개시의 측면들에 따르면, 카트리지는 액체 에어로졸 형성 기재와 기류 통로 사이에 배리어층을 포함하고 있다.
용어 "층"은, 본원에서, 고 보유 물질에, 이송 물질에, 또는 둘 모두에 적용될 수 있거나, 또는 두 가지 물질 사이에 쌓일 수 있는, 별개의 층, 필름, 또는 코팅층인 배리어를 지칭하기 위해 사용된다.
배리어층은 임계 온도 아래에서 수성 액체에 대해 불투과성 또는 실질적으로 불투과성일 수 있으며 임계 온도 이상에서 액체에 대해 가역적으로 투과성이 된다. 일부 구현예에서, 배리어층은 임계 온도 아래에서 소수성이다. 배리어층은 온도 의존적인 방식으로 액체에 대해 가역적으로 투과성이 될 수도 있다(예를 들어, 친수성이 되거나 기공을 생성함). 예를 들어, 배리어층의 물질은, 배리어층이 소정의 임계 온도 이상에서 액체(예를 들어, 수성 액체)에 대해 투과성이 되도록 선택될 수 있다. 배리어층은 임계 온도 아래에서 불투과성일 수 있고 임계 온도 위에서 투과성일 수 있다. 일부 구현예에서, 배리어층은 임계 온도 아래에서 밀폐되고 임계 온도 위에서 개방되는 게이트 또는 기공을 포함하고 있다. 한 구현예에 따르면, 배리어층은 임계 온도 이상에서 투과성으로 될 수 있고, 층의 온도가 임계 온도 아래로 낮아지면 재차 불투과성으로 될 수 있다.
배리어층의 투과성은 배리어를 통한 액체 에어로졸 형성 기재(예를 들어, e-액체)의 투과를 평가하여 결정될 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재 2mL(VG/PG의 상이한 비율에 기초하고 순수한 PG 및 순수 VG에 기초함)을 주위 온도(0℃ 내지 50℃) 및 25% 내지 90%의 상대 습도 하에서 막의 최상부면 상에 놓는다. 최상부면 상에 남아있는 액체의 양을 모니터링한다. 막의 최상부면 상의 액체의 감소율이 1주 동안 1중량% 이내인 경우, 막은 불투과성으로 간주될 것이다.
소정의 임계 온도는, 시스템의 활성화 시에 가열 요소가 이송 물질과 배리어층을 가열하기 시작할 때, 배리어층이 투과성이 되어서, 액체가 고 보유 물질 또는 액체 저장부로부터 통과하게 할 수 있도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 가열 요소는 약 200℃ 의 온도로 가열하고, 열은 배리어층 내로 (예를 들어, 이송 물질 내로 그리고 이송 물질을 통해 전도됨으로써) 전도된다. 가열 요소는 이송 물질을 약 200℃ 의 온도로, 또는 적어도 150℃, 적어도 175℃ 또는 적어도 200℃의 온도로 가열할 수 있다. 가열 요소는 이송 물질을 최대 175℃, 최대 200℃, 최대 210℃, 최대 220℃, 또는 최대 240℃로 가열할 수 있다. 가열 요소는 배리어층을 (직접적 또는 간접적으로) 소정의 임계 온도 또는 그 위로 가열할 수 있다. 소정의 임계 온도는 60℃ 이상, 70℃ 이상, 80℃ 이상, 90℃ 이상, 또는 100℃ 이상일 수 있다. 소정의 임계 온도는 200℃ 이하, 180℃ 이하, 150℃ 이하, 130℃ 이하, 120℃ 이하, 105℃ 이하, 또는 100℃ 이하일 수 있다. 소정의 임계 온도는 배리어층의 재료, 구성, 크기 및 다른 품질을 선택하는 것에 의해 영향을 받을 수 있다.
바람직하게는, 배리어층은 무독성 물질로 제조되거나, 무독성 분해 생성물을 생산하거나, 무독성 물질로부터 만들어지고 무독성 분해 생성물을 생산한다. 의료 용품 또는 식품 포장을 위해 승인된 물질이 바람직하다. 예를 들어, 의료 용품(예를 들어, 약물 전달, 봉합사, 접착 배리어 등), 식품 포장에 사용하기 위해, 또는 의료 용품 및 식품 포장을 위해 사용하기 위해 미국에서 연방 의약품 협회(Federal Drug Administration, "FDA")에 의해 승인된 물질이 배리어층에 사용하기에 적절하다고 간주된다.
배리어층의 물질은 원하는 가역적 배리어 품질을 갖도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 배리어층은 배리어층의 형성 동안 또는 그 후에 게이트를 형성하는 물질을 포함할 수 있다. 게이트는 팽윤, 수축, 사슬 붕괴 등을 비롯한, 다양한 기작에 의해 온도 의존 방식으로 개방되고 폐쇄될 수 있다. 예를 들어, 게이트는 임계 온도 아래에서의 팽윤과 임계 온도 위에서의 수축을 보여주는 공유 가교 결합된 가역적 중합체(예를 들어, 가교 결합된 하이드로겔)를 포함하고 있는 온도 반응성 물질에 의해 형성될 수 있다. 배리어층 내의 기공 또는 게이트는 약 0.01μm 내지 약 0.1μm, 또는 적어도 0.01μm, 적어도 0.02μm, 또는 적어도 0.05μm, 또는 최대 0.2μm, 최대 0.5μm, 또는 최대 1μm의 크기(예를 들어, 직경)를 가질 수 있다.
배리어층에 적합한 물질의 한 그룹은 온도 변화로 인해 중합체-중합체 또는 용매-중합체(예를 들어, 물-중합체) 상호작용의 변화를 보여주는 공유 가교 결합된 가역적 중합체를 포함하고 있다. 이러한 물질의 게이트는, 기능성 그래프트된 중합체 또는 블록 공중합체 또는 미소구체를 막-형성 물질과 배합하여 제작될 수 있다. 역 U자 형 상 전이 곡선 및 임계 온도에 적합한 범위에서 임계 용액 온도("UCST")를 나타내는 중합체 시스템이 배리어층에 사용하기에 적절한 것으로 간주된다. UCST 및 따라서 임계 온도는 작용기(예를 들어, 아미노기)의 선택 또는 수 및/또는 중합체 사슬의 화학 구조에 의해 조정될 수 있다. 적합한 중합체 시스템의 예는, 아미노-기를 갖는 폴리(알릴우레아-코-알릴아민)(PAU-Am) (예를 들어, PAU 및 아지도페닐-PAU 또는 "AP-PAU"), 및 폴리(펜타플루오로페닐 아크릴레이트)를 포함한다. 이들 가역적 중합체의 임계 온도는 40℃ 이상, 50℃ 이상, 또는 60℃ 이상; 또는 100℃ 이하, 90℃ 이하, 80℃ 이하, 70℃ 이하, 또는 65℃ 이하일 수 있다.
배리어층에 적합한 게이트 형성 물질의 다른 그룹은 흡착된 또는 표면-접목된(surface-grafted) 사슬을 포함하고 있다. 표면-접목된 사슬은 온도에 따라 친수성이거나 소수성일 수 있다. 이러한 배리어층에서, 접목된 모이어티가 기공들 내의 선형 중합체 또는 가교 결합된 중합체를 구성하도록 기능성 단량체("이로부터 접목") 또는 기능성 중합체 또는 미소구체("이로 접목")를 막 상의 활성 부위 상으로 접목시킴으로써 배리어층 막 상에 게이트가 형성된다. 단량체는 화학적, 방사선, 라디칼, UV-유도 또는 플라즈마-유도 접목에 의해 접목될 수 있다. 중합체 및/또는 미소구체는 층에 화학적으로 결합(예를 들어, 공유 결합)될 수 있다. 배리어층을 위한 적절한 막 형성 물질은 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리(에테르술폰)(PES), 중공 섬유 막, 및 폴리스티렌-b-폴리(4-비닐피리딘)(PS-b-P4VP) 디블록 공중합체 막을 포함한다. 적절한 흡착되거나 표면-접목된 사슬 물질(예를 들어, 게이트 형성 물질)은 폴리(N-이소프로필아크릴아미드)(PNIPAAm; 30-35℃ 범위의 임계 온도); 폴리(2-에틸-2-옥사졸린) (PEOx; 약 60℃의 임계 온도); 폴리(2-에틸-2-옥사진) (PEOZI; 약 56℃의 임계 온도); PEO-b-PPO 블록 공중합체 (약 80℃의 임계 온도); 및 천연 열-반응성 중합체(생의학 적용예용 FDA에 의해 승인됨), 예컨대 히드록시프로필메틸 셀룰로오스 (HPMC; 약 69℃의 임계 온도)를 포함한다. 상기 막 형성 및 게이트 형성 물질로 제조된 배리어층의 임계 온도는 40℃ 이상, 50℃ 이상, 또는 60℃ 이상; 또는 100℃ 이하, 90℃ 이하, 80℃ 이하, 70℃ 이하, 또는 65℃ 이하일 수 있다. 임계 온도는 친수성 단량체의 양 및 유형을 변경함으로써(예를 들어, 임계 온도를 증가시키기 위한 양을 감소시킴으로써) 변형될 수 있다. 예를 들어, NIPAAm(N-이소프로필아크릴아미드)이 아크릴아미드와 같은 친수성 단량체와 공중합되는 경우에, 18%의 아크릴아미드가 중합체에 혼입될 때에는 임계 온도는 약 45℃ 까지 증가하며, 반면에 40%의 소수성 N-사차 부틸아크릴아미드(N-tBAAm)가 중합체에 첨가될 때에는 임계 온도는 약 10℃ 까지 감소한다.
한 구현예에서, 배리어는 변형된 막으로 만들어지며, 이때 막은 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리(에테르술폰)(PES), 중공 섬유 막, 및 폴리스티렌-b-폴리(4-비닐피리딘)(PS-b-P4VP) 디블록 공중합체 막을 포함한다. 한 구현예에서, 막은 온도 반응성 물질로 변형된다. 온도 반응성 물질은 선형 중합체 사슬, 가교 결합된 하이드로겔 망, 미소구체, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 온도 반응성 물질은 폴리(알릴우레아-코-알릴아민)(PAU-Am), 폴리(펜타플루오로페닐 아크릴레이트), 또는 이들의 조합을 포함하는 공유 가교 결합된 가역적 중합체를 포함할 수 있다. 온도 반응성 물질은 폴리(N-이소프로필아크릴아미드)(PNIPAAm), 폴리(2-에틸-2-옥사졸린)(PEOx), 폴리(2-에틸-2-옥사진)(PEOZI), PEO-b-PPO 블록 공중합체, 하이드록시프로필메틸 셀룰로오스(HPMC), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
물질들의 조합은 주어진 장치에 적합한 임계 온도를 재단하기 위해 사용될 수 있다.
원하는 임계 온도를 달성하기 위해 변할 수 있는 배리어층 물질의 다른 측면들은 단량체 구조 및 선별, 분자량, 중합체의 결정도, 배리어층의 두께 등을 포함한다. 이러한 동일한 품질은 또한 배리어층의 투과성 변화율을 조정하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 임계 온도에 도달하면, 배리어층이 2s 미만, 1s 미만, 또는 0.5s 미만 만에 투과성으로 되는 것이 바람직할 수도 있다. 임계 온도에 도달하면 배리어층이 가능한 한 빠르게 투과성으로 되고 원하는 최소 시간이 없는 것이 바람직할 수도 있다. 그러나, 실제로, 배리어층은 10ms 이상, 50ms 이상, 또는 100ms 이상 만에 투과성으로 될 수 있다. 일부 구현예에서, 배리어층은 적어도 10ms, 적어도 50ms, 또는 적어도 100ms 만에, 및 최대 0.5s, 최대 1s, 최대 2s, 또는 최대 4s 만에 투과성으로 된다.
배리어층은 약 10μm 이상, 약 20μm 이상, 약 50μm 이상, 또는 약 100μm 이상의 두께를 가질 수 있다. 배리어층은 약 1000μm 이하, 약 800μm 이하, 약 500μm 이하, 또는 약 300μm 이하의 두께를 가질 수 있다.
일부 바람직한 구현예에서, 고 보유 물질, 이송 물질, 및 상기 고 보유 물질과 상기 이송 물질을 분리하는 배리어층 내에 액체 에어로졸 형성 기재를 함유하는 카트리지는 4개월 이상; 5개월 이상; 6개월 이상; 7개월 이상; 또는 8개월 이상의 저장 수명을 갖는다. 카트리지는 최대 24개월, 최대 18개월, 또는 최대 12개월까지의 저장 수명을 가질 수 있다. 용어 "저장 수명(shelf life)"은, 제품(예를 들어, 액체 에어로졸 형성 기재 및/또는 배리어층)이 현저하게 저하되거나, 사용가능하게 되지 않거나, 또는 소비자에게 받아들여지지 않는(예를 들어, 새지 않음) 기간을 지칭하기 위해 본원에서 사용된다.
본 개시의 카트리지는 에어로졸 발생 장치 내에 미리 탑재될 수 있거나 사용자가 장치 내에 삽입할 수 있다. 카트리지가 에어로졸 발생 장치 내에 배치될 때, 이송 물질이 가열 요소에 의해 작동 가능하게 결합되어 이송 물질이 가열 요소에 의해 가열될 수 있도록 한다. 이송 물질의 가열은 또한 배리어층을 가열하고 배리어층을 액체(예를 들어, 수성 액체)에 대해 투과성으로 만든다. 카트리지가 이송 물질을 포함하고 있지 않은 구현예에서, 가열 요소는 배리어층을 직접 가열할 수 있다. 일단 배리어층이 액체에 투과성으로 되면, 고 보유 물질로부터의 액체 에어로졸 형성 기재는 이송 물질 내로 (예를 들어, 모세관 작용에 의해) 전달되고 가열 요소에 의해 가열될 수 있다. 배리어층의 냉각은 배리어층을 재차 액체 예컨대 수성 액체)에 불투과성으로 만들 수 있다.
하나 이상의 공기 유입구가 카트리지의 또는 베이스 유닛의 하우징 내에 형성되어 공기를 카트리지 내로 흡인시켜서, 에어로졸 발생 기재의 가열로 발생된 에어로졸을 연행할 수 있다. 그 다음, 에어로졸 포함 기류는 카트리지 내의 통로 또는 카트리지를 통해 장치의 마우스 말단으로 안내될 수 있다.
베이스 유닛은 하우징 및 하우징 내에 배치된 전력 공급부를 포함하고 있다. 베이스 유닛은 또한 하우징 내에 배치되고 전력 공급부에 전기적으로 결합된 전자 회로를 포함할 수 있다. 베이스 유닛이 카트리지와 연결될 때, 상기 부분의 접촉부가 카트리지의 접촉부에 전기적으로 결합되도록, 베이스 유닛은 하우징의 외부에 있거나, 하우징을 통해 노출되거나, 하우징에 의해 효과적으로 형성되는 접촉부를 포함할 수 있다. 상기 부분의 접촉부는 전자 회로 및 전력 공급부에 전기적으로 결합된다. 따라서, 상기 부분이 카트리지에 연결될 때, 가열 요소는 전력 공급부 및 회로에 전기적으로 결합된다.
바람직하게는, 전자 회로는 기재의 가열로 생성된 에어로졸이 사용자에게 전달되는 것을 제어하도록 구성된다. 제어 전자 회로는 임의의 적합한 형태로 제공될 수 있고, 예를 들어 컨트롤러 또는 메모리와 컨트롤러를 포함할 수 있다. 제어기는 주문형 집적 회로(ASIC) 상태 기계, 디지털 신호 프로세서, 게이트 어레이, 마이크로프로세서, 또는 등가의 이산 또는 집적 논리 회로 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 제어 전자 회로는 회로의 하나 이상의 구성요소가 제어 회로의 기능 또는 양태를 수행하게 하는 명령을 포함하는 메모리를 포함할 수 있다. 본 개시의 제어 회로가 가질 수 있는 기능은 소프트웨어, 펌웨어 및 하드웨어 중 하나 이상으로 구현될 수 있다.
전자 회로는 히터 요소 또는 가열 요소의 하나 이상의 필라멘트의 전기 저항을 모니터링하고, 가열 요소 또는 하나 이상의 필라멘트의 전기 저항에 따라 가열 요소에 대한 전력 공급을 제어하도록 구성될 수 있다. 전자 회로는, 프로그래밍 가능한 마이크로프로세서일 수 있는 마이크로프로세서를 포함할 수 있다. 전자 회로는 전력 공급을 조절하도록 구성될 수 있다. 전력은 전류의 펄스 형태로 히터 조립체에 공급될 수 있다.
전력 공급부를 포함하는 부분은 시스템을 활성화시키기 위한 스위치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 부분은 시스템을 활성화시키거나 선택적으로 비활성화시키도록 눌러질 수 있는 버튼을 포함할 수 있다. 대안적으로, 시스템은 사용자가 마우스피스를 통해 공기를 흡입하는 것에 의해 야기되는 기류를 센서가 감지할 때 시스템을 활성화하도록 구성되어 있는 센서를 포함할 수 있다.
전력 공급부는 일반적으로 배터리이지만, 커패시터와 같은 다른 형태의 전하 저장 장치를 포함할 수 있다. 전력 공급부는 충전식일 수 있다.
베이스 유닛의 하우징은 바람직하게는 강성 하우징이다. 임의의 적절한 재료 또는 재료의 조합이 강성 하우징을 형성하는 데 사용될 수 있다. 적절한 재료의 예는 금속, 합금, 플라스틱 또는 이들 재료 중 하나 이상을 포함하는 복합 재료, 또는 식품이나 제약에 적용하기에 적합한 열가소성 수지, 예를 들어 폴리프로필렌, 폴리에테르케톤(PEEK), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 및 폴리에틸렌을 포함한다.
본 발명의 에어로졸 발생 시스템은 적어도 액체 공급 시스템의 위에 배치될 수 있는 커버를 포함할 수 있다. 예를 들어, 커버는 카트리지를 수용하도록 구성되는 원위 말단 개구를 포함하고 있다. 시스템이 개별적인 기화 유닛을 포함하고 있는 경우, 커버는 기화 유닛의 적어도 일부의 위로 연장될 수도 있고, 베이스 유닛의 적어도 일부의 위로 연장될 수도 있다. 커버는 적어도 카트리지에 대한 위치에서 해제 가능하게 고정 가능할 수 있다. 커버는 나사산 결합, 스냅 핏 결합, 억지 끼워 맞춤 결합, 자기 결합 등과 같은 임의의 적합한 방식으로 카트리지 또는 베이스 유닛에 연결될 수 있다.
카트리지의 커버 또는 하우징은 에어로졸 발생 시스템의 마우스 말단을 정의하는 마우스피스를 형성할 수 있다. 바람직하게는, 마우스피스는 일반적으로 원통형이고, 마우스 말단을 향해 내측으로 테이퍼질 수 있다. 마우스피스는 마우스 말단 개구를 한정할 수 있어, 에어로졸 형성 기재의 가열로부터 초래된 에어로졸이 장치를 빠져나가도록 한다.
용어 "원위", "상류", "근위", 및 "하류"는, 에어로졸 발생 시스템의 구성요소 또는 구성요소 일부의 상대 위치를 설명하는 데 사용된다. 본 발명에 따른 에어로졸 발생 시스템은 근위 말단 및 사용시 사용자에게 전달하기 위해 에어로졸이 시스템의 근위 말단을 빠져나오는 대향 원위 말단을 갖는다. 에어로졸 발생 물품의 근위 말단은 또한 마우스 말단으로 지칭될 수 있다. 사용 시, 에어로졸 발생 시스템에 의해 발생된 에어로졸을 흡입하기 위해, 사용자는 에어로졸 발생 시스템의 근위 말단을 흡인한다. 용어 상류 및 하류는, 사용자가 근위 말단을 흡인할 때 에어로졸 발생 시스템을 통한 에어로졸 이동 방향에 상대적이다. 커버 또는 하우징과 카트리지는 공기가 흐를 수 있는 이들 사이에 하나 이상의 채널을 형성하도록 협력한다.
커버는 세장형 하우징을 포함하며, 상기 하우징은 바람직하게는 강성이다. 하우징은 임의의 적합한 물질 또는 물질들의 조합을 포함할 수 있다. 적합한 물질의 예는 금속, 합금, 플라스틱 또는 이들 물질 중 하나 이상을 포함하는 복합 재료, 또는 식품이나 약제학적 적용에 적합한 열가소성 수지, 예를 들어 폴리프로필렌, 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 및 폴리에틸렌을 포함한다.
본 발명에 따른 에어로졸 발생 시스템은 모든 부분이 연결될 때 임의의 적합한 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 시스템은 약 50mm 내지 약 200mm의 길이를 가질 수 있다. 바람직하게는, 시스템은 약 100mm 내지 약 190mm의 길이를 갖는다. 더욱 바람직하게, 시스템은 약 140mm 내지 약 170mm의 길이를 갖는다.
본 명세서에서 사용된 모든 과학 기술 용어는 달리 특정되지 않는 한 당업계에서 일반적으로 사용되는 의미를 가진다. 본원에서 제공된 정의는 본원에서 빈번하게 사용되는 특정 용어의 이해를 용이하게 하기 위한 것이다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태 부정관사("a", "an"), 및 정관사("the")는 그 내용을 명확하게 달리 기술하지 않는 한, 복수의 대상물을 갖는 구현예를 포함한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "및/또는"은 일반적으로 열거된 요소들 중 하나 또는 전부, 또는 열거된 요소들 중 임의의 2개 이상의 조합을 의미하기 위해 사용된다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "가진다(have)", "갖는(having)", "포함하다(include)", "포함하는(including)", "포함하다(comprise)", "포함하는(comprising)" 등은 개방형의 의미로 사용되며, 일반적으로 "포함하지만, 이에 한정되지 않는" 것을 의미한다. "~로 본질적으로 이루어지는(consisting essentially of)", "~로 이루어지는(consisting of)" 등은 "포함하는"등에 포함되는 것임이 이해될 것이다.
단어 "바람직한" 및 "바람직하게는"는 특정한 상황 하에서 특정한 이득을 제공할 수 있는 본 발명의 구현예를 지칭한다. 그러나, 다른 구현예 또한 동일하거나 다른 상황 하에서 바람직할 수 있다. 또한, 하나 이상의 바람직한 구현예의 설명은 다른 실시예가 유용하지 않음을 암시하는 것이 아니며, 청구항을 포함하는 본 개시의 범위로부터 다른 실시예를 배제하도록 의도되지 않는다.
본원에서 사용된 바와 같은 용어 "실질적으로"는 "상당히"와 동일한 의미를 갖고, 적어도 약 90%, 적어도 약 95%, 또는 적어도 약 98%로 이어지는 용어를 수정하는 것으로 이해될 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같은 용어 "실질적으로 아닌"은 "상당히 아닌"과 동일한 의미를 갖고, "실질적으로"의 반대 의미를 갖는 것, 즉 10% 이하, 5% 이하, 또는 2% 이하로 이어지는 용어를 수정하는 것으로 이해될 수 있다.
본 개시에 기재된 하나 이상의 측면을 도시하는 도면이 이제 참조될 것이다. 그러나, 도면에 도시되지 않은 다른 측면들이 본 개시의 범주 및 사상에 포함되어 있다는 것이 이해될 것이다. 도면에서 사용되는 유사한 번호는 유사한 부품, 단계 등을 지칭한다. 그러나, 주어진 도면 내의 구성 요소를 지칭하는 번호를 사용하는 것이 동일한 번호로 라벨링된 다른 도면 내의 구성요소를 한정하고자 하는 것이 아니라는 것을 이해해야 한다. 또한, 상이한 도면에서 구성요소를 지칭하는 상이한 번호를 사용하는 것은 상이한 번호의 구성요소가 다른 번호의 구성요소와 동일하거나 유사할 수 없음을 표시하고자 하는 것이 아니다.
도 1은 에어로졸 발생 시스템의 실시예의 개략도이다.
도 2는 한 구현예에 따른 액체 공급 시스템의 개략도이다.
도 3은 에어로졸 발생 시스템의 다른 실시예의 개략도이다.
도 4는 한 구현예에 따른 액체 공급 시스템의 일부에 대한 개략도이다.
개략도는 반드시 축척에 비례하지는 않으며, 제한이 아닌 예시의 목적으로 제공된다.
도 1은 에어로졸 발생 시스템의 실시예의 개략도이다.
도 2는 한 구현예에 따른 액체 공급 시스템의 개략도이다.
도 3은 에어로졸 발생 시스템의 다른 실시예의 개략도이다.
도 4는 한 구현예에 따른 액체 공급 시스템의 일부에 대한 개략도이다.
개략도는 반드시 축척에 비례하지는 않으며, 제한이 아닌 예시의 목적으로 제공된다.
이제 도 1을 참조하면, 에어로졸 발생 시스템(1)은 2개의 주요 구성요소, 카트리지(100) 및 베이스 유닛(300)을 포함하고 있다. 카트리지(100)는 마우스 말단(101)으로부터 연결 말단(115)으로 연장되어 있다. 카트리지(100)는 베이스 유닛(300)의 대응하는 연결 말단(315)에 제거 가능하게 연결되어 있다. 베이스 유닛(300)은 배터리(310), 제어 회로(320), 및 임의의 연관된 전자 회로(예를 들어, 전기 전도체 및 하우징을 통해 연장되는 접촉부)가 배치되어 있는 하우징(305)를 함유하고 있다. 에어로졸 발생 시스템(1)은 휴대용일 수 있으며 엽궐련 또는 궐련과 같은 통상의 흡연 물품에 필적한 크기를 가질 수도 있다.
카트리지(100)는 히터 조립체(120) 및 제2 부분(135)에 연결된 제1 부분(130)을 갖는 액체 저장 구획부(103)를 포함하고 있는 하우징(105)을 포함하고 있다. 액체 에어로졸 형성 기재(131)는 액체 저장 구획부에 보유된다. 액체 저장 구획부(103)의 제1 부분(130)은 액체 저장 구획부(103)의 제2 부분(135)와 유체 연통하고 있어서, 제1 부분(130) 내의 액체가 제2 부분(135)으로 통과할 수 있다(도 2 참조). 제2 부분(135)은 고 보유 물질(136), 배리어층(125) 및 이송 물질(124)을 포함하고 있다. 히터 조립체(120)는 이송 물질(124)을 통해 제2 부분(135)에 접촉하고 있다. 도시된 구현예에서, 히터 조립체(120)는 유체 투과성 가열 요소이다.
기류 통로(140, 145)는 카트리지(100)를 통해 하우징(105)의 일측에 형성된 공기 유입구(150)로부터 히터 조립체(120)를 지나서 그리고 히터 조립체(120)로부터 하우징(105)의 마우스 말단(101)에 형성된 마우스피스 개구(110)로 연장되어 있다. 마우스피스는 연결 말단(115)에 대향하는 카트리지(100)의 마우스 말단(101)에 배열되어 있다.
도시된 예시적인 구현예에서, 카트리지(100)의 구성요소들은 액체 저장부(103)의 제1 부분(130)이 히터 조립체(120)와 마우스 말단(101) 사이에 배치되고, 액체 저장부(103)의 제2 부분(135)이 연결 말단(115)에 인접하여 히터 조립체(120)의 대향 측면 상에 위치하도록 배열되어 있다. 즉, 히터 조립체(120)는 액체 저장 구획부(103)의 2개의 부분들(130, 135) 사이에 배치되고 배리어층(125)이 투과성으로 된 후에 제2 부분(135)으로부터 액체를 수용하도록 배열되어 있다. 기류 통로(140, 145)는 히터 조립체(120)를 지나 액체 저장 구획부(103)의 제1 부분(130)과 제2 부분(135) 사이에 연장되어 있다.
시스템은 사용자가 카트리지의 마우스피스 개구(110)를 뻐끔뻐끔 피우거나 빨아들여서 에어로졸을 장치로부터 흡인할 수 있도록 구성되어 있다. 제어 회로(320)는 시스템(1)이 활성화될 때 배터리(310)로부터 카트리지(100)로의 전력 공급을 제어한다. 제어 회로(320)는 기류 센서(미도시)를 포함할 수 있고, 사용자가 카트리지(100)를 뻐끔뻐끔 피울 때 기류 센서에 의해 검출되는 히터 조립체(120)에 전력을 공급할 수 있다. 대안적으로, 시스템(1)은 버튼을 눌러 활성화할 수 있습니다. 시스템(1)이 활성화되면, 히터 조립체(120)가 활성화되어, 이송 물질(124) 및 배리어층(125)을 가열하게 된다. 일단 배리어층(125)이 소정의 임계 온도에 도달하면, 배리어층(125)은 액체에 대해 투과성으로 되어서(예를 들어, 배리어층의 게이트가 개방됨), 고 보유 물질(136)로부터의 액체 에어로졸 형성 기재(131)가 이송 물질(124) 상으로 전달되도록 한다. 히터 조립체(120)는 액체 에어로졸 형성 기재(131)를 가열하고 기류 통로(140)를 통과하는 기류에 연행되는 증기를 발생시킨다. 증기는 통로(145) 내의 기류 내에서 냉각되어 에어로졸을 형성하며, 이는 이어서 마우스피스 개구(110)를 통해 사용자의 입 안으로 흡인된다.
도 2는 한 구현예에 따른 예시적인 카트리지(100)의 개략도이다. 카트리지(100)는 마우스 말단(101)으로부터 마우스 말단(101) 반대편 연결 말단(115)으로 연장되어 있는 외부 하우징(105)을 갖는다. 외부 하우징(105)은 마우스피스 개구(110)를 정의하는 마우스피스(102)를 포함하고 있다. 하우징(105) 내에는 액체 에어로졸 형성 기재(131)를 유지하는 액체 저장 구획부(103)가 배치되어 있다. 액체 저장 구획부(103)는 제1 부분(130) 및 제2 부분(135)을 갖는다. 액체 저장 구획부(103)는 또한 상부 저장 구획부 하우징(137), 히터 장착부(134), 및 말단 캡(138)에 의해 추가로 정의될 수 있다. 유체 투과성 가열 요소(122)를 포함하고 있는 히터 조립체(120)가 히터 장착부(134)에 유지되어 있다. 배리어층(125)에 의해 분리되어 있는, 보유 물질(136) 및 이송 물질(124)은, 이송 물질(124)이 히터 조립체(120)와 접경하게 되도록 액체 저장 구획부(103)의 제2 부분(135)에 제공된다. 보유 물질(136)은 배리어층(125)이 그 임계 온도까지 가열되면 액체를 이송 물질(124)에 전달하도록 배열되어 있다.
액체 저장 구획부(103)의 제1 부분(130) 내의 액체는 히터 조립체(120)의 어느 한 측면 상의 액체 채널(133)을 통해 액체 저장 구획부(103)의 제2 부분(135)으로 이동할 수 있다. 하나의 채널만이 필요하더라도, 대칭 구조를 제공하도록 2개의 채널이 본 실시예에서 보여지고 있다. 채널(133)은 상부 저장 구획부 하우징(137)과 히터 장착부(134) 사이에 정의된 둘러싸인 액체 유동 경로이다.
유체 투과성 가열 요소(122)는 일반적으로 평면형이고 이송 물질(124)에 인접하여, 이송 물질(124) 및 기류 통로(140) 사이에 배열되어 있다. 이송 물질(124)의 제1 표면은 배리어층(125)을 향하며, 제1 표면의 반대쪽의 제2 표면은 유체 투과성 가열 요소(122)와 접촉하고 있다. 이송 물질(124)의 제1 표면은 일단 배리어층(125)이 그의 임계 온도에 도달하여 액체에 대해 투과성이 되게 되면(예를 들어, 배리어층의 게이트가 개방됨) 고 보유 물질(136)과 유체 연통할 수 있다.
유체 투과성 가열 요소(122)는 기류 통로(140)의 최하부 벽면을 형성할 수 있다. 히터 장착부(134) 및 상부 저장 구획부 하우징(137)의 표면은 기류 통로(140)의 측면 및 최상부 벽면을 각각 형성할 수 있다. 기류 통로(145)의 수직 부분은 마우스피스 개구(110)를 향하여, 액체 저장 구획부의 제1 부분(130)을 통해 연장되어 있다.
도 2의 배열은 단지 에어로졸 발생 시스템용 카트리지의 하나의, 비한정적, 실시예이다. 다른 배열들이 가능하다. 예를 들어, 유체 투과성 가열 요소, 이송 물질 및 보유 물질은 본 발명의 측면으로부터 벗어나지 않고 상이한 순서로 배열될 수 있다.
도 3은 에어로졸 발생 시스템(2)의 대안적인 배치를 보여주고 있고 관형 또는 원통형 히터 조립체(220) 및 액체 저장 구획부(203)를 포함하고 있다. 도 1에 도시된 시스템과 유사하게, 에어로졸 발생 시스템(2)은 2개의 주요 구성요소, 카트리지(200) 및 베이스 유닛(300)을 포함하고 있다. 카트리지(200)는 마우스 말단(201)으로부터 연결 말단(215)으로 연장되어 있다. 카트리지(200)는 베이스 유닛(300)의 대응하는 연결 말단(315)에 제거 가능하게 연결되어 있다. 베이스 유닛(300)이 도 1에 도시된 바와 같다. 에어로졸 발생 시스템(2)은 휴대용일 수 있으며 엽궐련 또는 궐련과 같은 통상의 흡연 물품에 필적한 크기를 가질 수도 있다.
카트리지(200)는 히터 조립체(220) 및 액체 저장 구획부(203)를 함유하는 하우징(205)을 포함하고 있다. 히터 조립체(220)는 유체 투과성 가열 요소(222)를 포함하고 있다. 도 3에 도시된 실시예에서, 가열 요소(222) 및 액체 저장 구획부(203)는 원통형이며 및 동축으로 되어 있어서 액체 저장 구획부(203)가 가열 요소(222)를 적어도 부분적으로 둘러싸도록 한다. 액체 에어로졸 형성 기재(131)는 액체 저장 구획부(203) 내에 보유된다.
카트리지(200)는 고 보유 물질(236), 배리어층(225) 및 이송 물질(224)을 더 포함하고 있다. 도시된 실시예에서, 고 보유 물질(236)은 액체 저장 구획부(203)에 인접하여 배열되어 있으며 배리어층(225)은 고 보유 물질(236)에 인접하여 고 보유 물질(236) 및 이송 물질(224) 사이에 배열되어 있다. 도시된 요소들 각각은 원통형 또는 관형일 수 있다. 각각의 요소는 서로 동축일 수 있다.
가열 요소(222)는 일단 배리어층(225)이 투과성으로 제조되었다면 이송 물질(224)을 통해 액체 저장 구획부(203)와 고 보유 물질(236)로부터 액체를 수용하도록 배열되어 있다.
카트리지는 대안적으로 액체 저장 구획부(203) 없이 제조될 수 있으며, 이 경우 액체 에어로졸 형성 기재(131)는 고 보유 물질(236) 내에 저장될 수 있다. 액체 저장 구획부(203)를 포함하지 않는 구현예에서, 액체 에어로졸 형성 기재(131)의 양과 이에 따른 장치로부터 이용가능한 퍼프의 수는 액체 저장 구획부(203)를 포함하고 있는 장치로부터 보다 작을 수 있다.
카트리지는 또한 대안적으로 이송 물질(224) 없이 제조될 수 있으며, 이 경우 배리어층(225)은 가열 요소(222)와 인접하거나 바로 인접하여(예를 들어, 접촉 상태) 배열될 수 있다.
일부 구현예에서, 카트리지는 액체 저장 구획부(203) 및 이송 물질(224) 없이 준비된다.
가열 요소(222)는 기류를 용이하게 하기 위해 그의 중심에 공동을 형성하고 있다. 기류 통로(240, 245)는 카트리지(200)를 통해 하우징(205)의 일측에 형성된 공기 유입구(250)로부터, 가열 요소(222)의 중심 공동을 통해 하우징 (205)의 마우스 말단(201)에 형성된 마우스피스 개구(210)로 연장되어 있다. 마우스피스는 연결 말단(215)에 대향하는 카트리지(200)의 마우스 말단(201)에 배열될 수 있다.
시스템 (2)은 도 1 및 도 2의 시스템(1)에 대해 설명된 것과 유사한 방식으로 사용되도록 구성되어 있다.
도 4는 본 개시의 측면들에 따른 액체 저장 유닛(30)의 개략도이다. 액체 저장 유닛(30)은 예를 들어, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같은, 에어로졸 발생 시스템(1, 2)의 베이스 유닛(300)과 결합될 수 있는, 카트리지(100, 200) 내부에 수용될 수 있다.
도 4에 도시된 대로, 액체 공급 시스템(30)은 액체 에어로졸 형성 기재(131)를 함유하는 고 보유 물질(136), 및 에어로졸 발생 시스템(1)의 히터 조립체(120)와 접촉하도록 배열된 이송 물질(124)을 포함하고 있다. 고 보유 물질(136)은 임계 온도 아래에서, 액체 에어로졸 형성 기재(131)에 불투과성이며 액체 에어로졸 형성 기재(131)가 이송 물질(124)에 도달하는 것을 방지하는, 배리어층(125)에 의해 적어도 한 측면이 덮여 있다 (단계 a). 그러나, 열이 배리어층(125)에 인가될 때 (단계 b), 그 온도를 소정의 임계 온도(예를 들어, 60℃ 이상의 온도로) 가져오게 되어, 배리어층(125)의 구조가 변하여, 상기 층에서 게이트가 개방되게 하며 액체가 고 보유 물질(136) 로부터 이송 물질 (124)로 통과할 수 있게 한다 (단계 c).
본 발명의 다양한 수정 및 변형은 본 발명의 범위 및 사상에서 벗어남이 없이 숙련자에게 명백할 것이다. 본 발명이 특정 바람직한 구현예와 관련하여 설명되었지만, 청구범위에 기재된 발명은 이러한 특정 구현예에 지나치게 한정되지 않아야 한다는 것을 이해해야 한다. 실제로, 기계 분야, 전기 분야 및 에어로졸 발생 물품 제조 또는 관련 분야의 숙련자에게 명백한, 본 발명을 수행하기 위하여 설명된 모드들의 다양한 변형이 이하의 청구범위의 범위 이내에 있는 것으로 의도되어 있다.
Claims (14)
- 에어로졸 발생 장치와 사용하기 위한 액체 공급 시스템으로서, 상기 액체 공급 시스템은
액체 보유 물질;
상기 액체 보유 물질로부터 연장되어 있는 액체 유동 채널; 및
상기 액체 유동 채널에 배치된 배리어를 포함하되, 상기 배리어는 60℃ 내지 120℃의 임계 온도를 가지고, 상기 배리어는 그 임계 온도 아래에서 액체에 불투과성이고 상기 배리어는 상기 임계 온도 위에서 액체에 가역적으로 투과성으로 되고, 상기 배리어는 중합체 층 및 그 안에 분산된 온도 반응성 물질을 포함하고, 상기 온도 반응성 물질은 상기 임계 온도 위에서 상기 중합체 층에 기공을 형성하는, 액체 공급 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 배리어는 70℃ 내지 120℃의 임계 온도를 갖는 물질을 포함하는 것인, 액체 공급 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 액체 공급 시스템은 상기 액체 보유 물질의 하류 측에 배치된 액체 이송 물질을 더 포함하는 것인, 액체 공급 시스템.
- 제3항에 있어서, 상기 배리어는 상기 액체 이송 물질의 하류 측, 또는 상기 액체 이송 물질과 상기 액체 보유 물질 사이에 배치되는 것인, 액체 공급 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 액체 공급 시스템은 상기 액체 보유 물질의 상류 측에 배치된 액체 저장부를 더 포함하는 것인, 액체 공급 시스템.
- 제5항에 있어서, 상기 배리어는 상기 액체 보유 물질과 상기 액체 저장부 사이에 배치되는 것인, 액체 공급 시스템.
- 제3항에 있어서, 상기 배리어는 상기 액체 보유 물질 상에 또는 상기 액체 이송 물질 상에 또는 둘 모두에 배치된 증착된 필름, 코팅층(coating) 또는 적층된 층을 포함하는 것인, 액체 공급 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 온도 반응성 물질은 선형 중합체 사슬, 가교 결합된 하이드로겔 망, 미소구체(microspheres), 또는 이들의 조합을 포함하는 것인, 액체 공급 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 온도 반응성 물질은 폴리(알릴우레아-코-알릴아민) (PAU-Am), 폴리(펜타플루오로페닐 아크릴레이트), 또는 이들의 조합을 포함하는 공유 가교 결합된 가역적 중합체를 포함하는 것인, 액체 공급 시스템.
- 제8항에 있어서, 상기 온도 반응성 물질은 폴리(N-이소프로필아크릴아미드)(PNIPAAm), 폴리(2-에틸-2-옥사졸린)(PEOx), 폴리(2-에틸-2-옥사진)(PEOZI), PEO-b-PPO 블록 공중합체, 하이드록시프로필메틸 셀룰로오스(HPMC), 또는 이들의 조합을 포함하는 것인, 액체 공급 시스템.
- 에어로졸 발생 장치와 사용하기 위한 카트리지로서, 상기 카트리지는
하우징;
상기 하우징 내에 배치된 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 액체 공급 시스템; 및
상기 액체 보유 물질에 함유된 액체 에어로졸 형성 기재의 체적을 포함하는, 카트리지. - 에어로졸 발생 시스템으로서,
카트리지 내에 배치된 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 액체 공급 시스템, 및 상기 액체 공급 시스템 내에 배치된 액체를 포함하는 카트리지; 및
상기 카트리지를 수용하고; 상기 임계 온도 위의 온도로 상기 배리어를 가열하고; 그리고 상기 액체 보유 물질로부터 공급된 액체의 적어도 일부분을 가열하도록 구성되어 있는 에어로졸 발생 장치를 포함하는, 에어로졸 발생 시스템. - 에어로졸 발생 시스템으로서,
카트리지 내에 배치된 제3항 또는 제4항에 따른 액체 공급 시스템, 및 상기 액체 공급 시스템 내에 배치된 액체를 포함하는 카트리지; 및
상기 카트리지를 수용하고; 상기 임계 온도 위의 온도로 상기 배리어를 가열하고; 그리고 상기 액체가 상기 액체 이송 물질로 전달되었으면 상기 액체 이송 물질을 200℃ 이상의 온도로 가열해서 상기 액체의 적어도 일부분을 에어로졸화시키도록 구성되어 있는 에어로졸 발생 장치를 포함하는, 에어로졸 발생 시스템. - 삭제
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E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |