公开(公告)号：
KR1020220125314A
IPC分类号：
A24F40/46 | A24F40/20 | A24F40/485 | A24F40/57 | A24F40/60 | A24F40/70 | A24F40/80 | F24H3/00 | H05B3/04 | H05B3/06 | H05B3/16
当前申请(专利权)人：
푸이즈 에이치앤비 테크놀로지즈 엘엘씨
原始申请(专利权)人：
푸이즈 에이치앤비 테크놀로지즈 엘엘씨
当前申请(专利权)人地址：
미국 테네시 37221 네슈빌 킹피셔 포인트 903
发明人：
푸이즈 조셉 엠. | 푸이즈 리차드 씨. | 고르도브스키 아나톨리 | 립스키 유리
摘要：
공기 예열 요소를 구비하는 기화기용 히터는 케이싱, 담배를 위치시키기 위한 원통형 가열 챔버로서 천공된 바닥을 갖는 터널, 저항형의 가열 요소, 열교환기를 포함하고, 열교환기는 히터에 의한 공기를 순환 및 예열하기 위한 공기 채널, 상단부 및 하단부, 상단부에 만들어진 공기 흡입구를 포함한다. 유출구는 터널의 히터에 의해 예열된 공기의 흡입을 위한 열교환기의 공기 채널의 출구와 연통한다. 케이싱은 박막 유전체 내열 재료의 테이프 형태로 만들어지며, 일측의 단부에는 접점이 있는 저항 물질의 얇은 레이어가 배치되어 가열 요소를 형성하고, 타측에는 고정되고 중간을 향해 기울어진 상부 및 하부 스페이서와 유연한 내열 재료로 만들어진 에지가 있다. 위에서 언급한 가열 요소가 있는 테이프는 외부에 위치하여 원통으로 감겨 터널을 형성하고, 추가적으로 여러 개의 상호 연결된 나선형 코일로 감겨지며 상단부와 하단부가 나선형 케이싱을 형성하여 상단부가 내부에 위치한 하부 스페이서와 에지는 나선형 열교환기를 형성하고, 나선형 열교환기는 나선형 및 미로 순환과 공기의 예열을 위한 상단 및 하단 그리고 중간 나선형 공기 덕트를 포함하고, 바닥에 공기 흡입을 위한 추가 유입구를 포함한다.
权利要求：
청구항 1
담배 스틱을 가열하고 공기가 담배 스틱을 통과하기 전에 공기를 예열하기 위한 열교환기로서,롤링 또는 와인딩된 박막 재료의 복수 개의 레이어를 포함하는 롤 또는 와인딩으로서, 상기 롤 또는 와인딩은 담배 스틱을 수용하기 위한 상기 롤 또는 와인딩의 길이 방향의 롤링 또는 와인딩 축을 통해 적어도 부분적으로 연장되는 터널을 형성하는 중공 코어를 갖고, 상기 롤링 또는 와인딩된 박막 재료의 레이어는 롤링 또는 와인딩된 박막 재료의 인접한 레이어 사이의 상호 연결된 공기 흐름 채널을 형성하는 스페이서에 의해 이격되는 롤 또는 와인딩;상기 터널에 인접한 상기 박막 재료의 내측 레이어 상에 구비된 저항 가열 요소;상기 공기 흐름 채널 중 적어도 하나로 공기를 흡입하는 적어도 하나의 유입구; 및상기 공기 흐름 채널 중 적어도 다른 하나와 상기 터널을 연통시키는 적어도 하나의 유출구;를 포함하는, 열교환기.
청구항 2
제1항에 있어서,적어도 하나의 상기 유입구는 상기 터널에 인접한 적어도 제1공기 흐름 채널과 연통하고, 상기 제1공기 흐름 채널은 상기 유입구에서 상기 박막 재료의 외측 레이어를 향해 나선형으로 외측으로 연장되고, 상기 제1공기 흐름 채널은 상기 박막 재료의 외측 레이어에서 상기 터널과 연통하는 상기 유출구를 향해 나선형으로 내측으로 연장되는 제2공기 흐름 채널과 연통하는, 열교환기.
청구항 3
제1항에 있어서,상기 롤링 또는 와인딩된 박막 재료의 인접한 레이어 사이의 적어도 하나의 공기 흐름 채널은 롤 또는 와인딩의 길이 방향의 롤링 또는 와인딩 축과 평행한 제1방향으로 연장되는 제1부분, 상기 제1방향과 반대이며 상기 롤 또는 와인딩의 길이 방향의 롤링 또는 와인딩 축과 평행한 제2방향으로 연장되는 제2부분 및 상기 제1부분 및 상기 제2부분을 연결하는 제3부분을 포함하고,적어도 하나의 상기 유입구는 상기 롤링 또는 와인딩된 박막 재료의 인접한 외측 레이어 사이의 적어도 하나의 공기 흐름 채널과 연통하고, 적어도 하나의 상기 공기 흐름 채널은 외측 레이어에서 상기 터널과 연통하는 상기 유출구를 향해 나선형으로 내측으로 연장되는, 열교환기.
청구항 4
제1항에 있어서,상호 연결된 상기 공기 흐름 채널의 부피는 500 mm3내지 1000 mm3인, 열교환기.
청구항 5
제1항에 있어서,상호 연결된 상기 공기 흐름 채널의 부피는 상기 터널의 부피보다 300% 내지 600% 더 큰, 열교환기.
청구항 6
제1항에 있어서,상호 연결된 상기 공기 흐름 채널의 부피는 2500 내지 6000 mm3인, 열교환기.
청구항 7
제1항에 있어서,작동 중 상기 저항 가열 요소의 작동 온도와 상기 열교환기의 외측 표면은 150℃보다 큰 온도 차이를 갖는, 열교환기.
청구항 8
제1항에 있어서,작동 중 상기 저항 가열 요소의 작동 온도와 상기 열교환기의 외측 표면은 190℃보다 큰 온도 차이를 갖고, 상기 열교환기는 진공 단열을 포함하지 않는, 열교환기.
청구항 9
제1항에 있어서,상기 열교환기는 각각의 퍼프(puff) 중 포세이지(forsage)를 사용하는, 열교환기.
청구항 10
제1항에 있어서,상기 터널에 삽입되는 담배 스틱의 일부를 관통하는 관통형 히터를 더 포함하는, 열교환기.
청구항 11
제1항에 있어서, 상기 열교환기는 담배 스틱과 함께 사용되는 경우 230℃ 이하의 히터 온도에서 세션당 평균 7 mg의 퍼프 당 증발 질량을 달성하고, 퍼프 부피 55 ml, 퍼프 시간 3초 및 총 12번의 퍼프에 걸쳐 30초마다의 퍼프 빈도를 사용하여 측정되는, 열교환기.
청구항 12
제1항에 있어서,상기 터널의 벽은 상기 터널 내의 베이스 부분에서 개방 단부를 향해 상향 경사를 갖는, 열교환기.
청구항 13
제1항에 있어서,상기 열교환기는 2개의 나선형 공기 흐름을 포함하는, 열교환기.
청구항 14
제1항에 있어서,상기 열교환기는 비나선형 공기 흐름 및 적어도 4개의 격벽을 갖는 단일 채널 덕트를 포함하는, 열교환기.
청구항 15
제1항에 있어서,상기 저항 가열 요소는 니크롬 및 FeCrAl 합금 중 적어도 하나를 포함하는 고저항 금속 및 스테인리스 스틸, 니켈 또는 티타늄 중 적어도 하나를 포함하는 저저항 금속을 포함하는, 열교환기.
청구항 16
제1항에 있어서,상기 터널의 바닥에 구비되는 시트를 더 포함하고, 상기 시트는 상기 열교환기에 의해 예열된 공기의 상기 터널로 흡입을 위한 벽 구멍 및 상부 축 구멍을 갖는, 열교환기.
청구항 17
제1항에 따른 열교환기를 외부 하우징에 포함하고, 배터리를 더 포함하는 담배 스틱 가열 장치.
청구항 18
제17항에 있어서,상기 열교환기의 외부 표면은 베이핑 세션 중에 50℃보다 높은 온도에 도달하지 않는, 담배 스틱 가열 장치.
청구항 19
제17항에 있어서, 상기 열교환기의 외부 표면은 베이핑 세션 중에 상기 가열 요소의 작동 온도의 45%를 초과하는 작동 온도에 도달하지 않는, 담배 스틱 가열 장치.
청구항 20
제17항에 있어서, 외측에서 중간으로 증가하는 공기 채널 폭을 갖는 단일 채널 열교환기를 포함하는, 담배 스틱 가열 장치.
청구항 21
담배 스틱을 가열하고 공기가 담배 스틱을 통과하기 전에 공기를 예열하기 위한 열교환기를 형성하기 위한 테이프 형태의 박막 재료로서,테이프 형태의 박막 재료;상기 테이프 형태의 박막 재료의 일단에 구비된 저항 가열 요소;상기 테이프 형태의 박막 재료의 표면에서 융기되어 주변에 구비되는 적어도 하나의 제1스페이서; 및상기 테이프 형태의 박막 재료의 표면에서 융기되어 상기 테이프 형태의 박막 재료를 적어도 2개의 부분으로 분할하는 제2스페이서;를 포함하는, 테이프 형태의 박막 재료.
청구항 22
담배 스틱을 가열하고 공기가 담배 스틱을 통과하기 전에 공기를 예열하기 위한 열교환기의 제조방법으로서,일단이 코어에 인접하게 코어 주변에 제21항에 따른 테이프 형태의 박막 필름을 와인딩하는 단계를 포함하는, 방법.
技术领域：
[0001]본 출원은 2020년 1월 10일에 출원된 미국 가출원 번호 62/959,544 및 2020년 10월 2일에 출원된 미국 가출원 번호 17/061,767의 이익을 주장하며, 그 전체 내용이 여기에 참조로 포함된다.
背景技术：
[0002]본 발명은 흡연 또는 전자담배 제품에 관한 것으로, 특히 훈제 또는 기화 가능한 스틱 가열 장치를 위한 휴대용 또는 고정식 전자 제품의 일부로 사용되는 열분해(연소(burning), 연기(smoldering))가 없는 궐련(cigarette) 또는 흡연할 수 있는(smokable) 또는 기화 가능한 담배(tobacco) 스틱을 베이핑(vaping)하기 위한 전자 기화기 장치의 일부로 사용하기 위한 가열 시스템 및 그 제조방법에 관한 것이다.
해결하려는 과제
[0003]담배 스틱 가열용 휴대용 및 고정식 전자 장치의 일부로 사용할 수 있는 열분해(연소, 연기) 없는 궐련/담배 스틱을 베이핑하기 위한 전자 기화기 장치의 일부로 사용하기 위한 가열 시스템과 같은 흡연 물품이 종래 기술로 알려져 있다. 종래의 실시예에서, 담배 스틱은 일반적으로 종이로 만들어지고 종종 필터를 포함하는 원통형 튜브에 담배(종종 증기제가 첨가된 재생 담배)를 포함한다. 예를 들면 Philip Morris Products SA의 IQOS® 장치에 사용되는 HEATSTICKS® 또는 British American Tobacco의 GLO®(즉, NeostiksTM)에서 사용하는 담배 스틱이 있다. 일부 히터에서는 담배 스틱에서 활성 물질(니코틴)이 증발될 때 담배의 외부 전기 가열만 사용된다(즉, 히터가 담배를 관통하지 않고, 담배 기재(substrate)를 포함하는 종이 원통의 외부 부분과 접촉하게 됨). 담배 스틱이 담배 기재를 관통하지 않고 가열되는 상업용 장치의 예는 British American Tobacco에서 판매하는 GlO® 장치이다. Philip Morris International에서 가장 두드러지게 판매되는 IQOS®와 같은 다른 히터에서 가열은 담배 스틱 내부에 있으며, 즉, 담배 스틱은 담배 기재와 접촉하는 가열된 블레이드에 의해 관통된다.
[0004]담배 스틱 장치의 폼 팩터는 장치 개발자가 완전히 인식하지 못한 고유한 문제를 나타낸다. 전통적인 가연성 담배의 경우 흡연자는 일반적으로 필터에서 손가락으로 담배를 잡고 담배의 "타는" 부분에서 달성된 상당한 온도에도 불구하고, 담배 재료의 거리 및 약한 열전달 특성은 사용자가 열과 관련된 불리한 문제를 인식하지 못하기에 충분하다.
[0005]또한 열원은 열분해로 담배와 티핑 페이퍼(tipping paper)를 태울 목적으로 충분한 열을 제공한다.
[0006]담배 스틱을 위한 궐련형 장치의 구조는 가연성 궐련과 상당히 다르다. 담배 스틱은 상대적으로 높은 열 요구사항(180-400℃)을 가지며 히터는 담배 스틱의 담배 부분을 둘러싸거나 밀접하게 접촉하거나 근접하거나 직접 접촉해야 한다. 배터리와 장치 무게로 인해 사용자가 담배처럼 뜨거운 부분에서 두 손가락으로 장치를 가볍게 잡고 있을 가능성이 낮고(손이 담배를 타는 끝에서 멀리 잡는 경향이 있음), 이는 오늘날의 배터리 장치로는 불가능하다. 장치는 단순히 너무 무겁고 사용자가 필터 부분으로 담배 스틱을 잡고 싶어도 필요한 강도가 부족한 경향이 있다. 따라서 사용자는 가열되는 영역 위 또는 주변에서 장치를 잡을 가능성이 높다.
[0007]이 폼 팩터의 현실은 갈등을 야기한다. 담배 스틱은 니코틴, 증기제(예를 들어 식물성 글리세린, 프로필렌 글리콜 등)를 방출할 수 있도록 충분히 가열되어야 한다. 맛과 향, 그러나 장치의 외부는 담을 수 있을 만큼 충분히 시원해야 한다. 이 갈등에는 세 번째 역학, 즉 히터 성능과 에너지 사용 문제가 있다. 궐련형 장치에 대한 열 요구사항은 상대적으로 높고 작동 온도에 도달할 때까지 시동 시간 문제가 있으며. 소비자는 종종 재충전 전에 여러 담배 스틱 "흡연" 또는 "베이핑" 세션을 허용하는 배터리를 원한다.
[0008]이러한 기술적 문제 외에도 공중 보건 문제와 같은 중요한 고려 사항이 있다. 특히, 전통적인 전자 담배(즉, 담배 스틱과 반대되는 액체 기반)와 전자 담배의 청소년 채택에 대한 우려가 증가하고 있다. 이는 원하는 인구 통계학적인 기존 흡연자에게 보다 구체적으로 어필할 수 있는 한, 담배 스틱 기반 장치의 가능한 이점이다. 그러나 IQOS® 및 GLO®와 같은 담배 스틱 장치의 비용은 많은 소비자, 특히 담배가 저렴하게 유지되는 특정 시장에서 손이 닿지 않는 곳에 있다. 예를 들어, 아르헨티나와 같은 국가에서는 담배 한 갑이 약 1달러에 판매되므로 가연성 담배에 대한 대안이 필요한 많은 흡연자들에게 60달러짜리 장치를 판매하기 어렵다.
과제의 해결 수단
[0009]본 발명의 특정 실시예의 목적은 기존 장치보다 제조가 더 빠르고 제조 비용이 저렴한 효과적인 궐련형 장치(heat not burn device)를 제공하는 것
具体实施方式：
[0092]본 발명의 열교환기는 특정 실시예에서 담배 스틱이 삽입되는 원통이다. 저항 히터는 선택적으로 얇은 내열성 재료로 만들어진 원통에 적용된다. 원통 주변에는 사용자가 퍼프를 마실 때 공기가 흐르는 다중 채널 또는 단일 채널 덕트가 있다. 공기가 담배 스틱 내부로 들어가기 전에 공기 채널을 통해 한 번 이상 또는 여러 번 회전한다. 이것은 외부 구조로의 열전달을 최소화하고 동시에 경로를 따라 공기를 가열한다.
[0093]열교환기의 공기는 3회 이상, 바람직하게는 5회 이상, 더욱 바람직하게는 8회 이상, 더욱 더 바람직하게는 10회 이상 이동할 수 있다.
[0094]도 1 내지 도 8을 참조하면, 공기 예열 요소가 있는 기화기 장치용 히터(5)는 열교환기(1)의 외부 부분, 원통형 담배 가열 챔버인 선택적으로 천공된 바닥(3)이 있는 터널(2), 저항 가열 요소(에어 히터: 4)를 포함하고,
[0095]열교환기(1)는 공기 순환 및 공기 히터(4)에 의한 예열을 위한 공기 채널, 상단부(6) 및 하단부(7), 공기 흡입을 위해 상단부(6)에 형성된 유입구(8), 공기 흡입을 위해 하단부(7)에 만들어진 유입구(17), 공기 히터에 의해 예열된 공기의 터널(2)로의 흡입을 위한 열교환기 공기 흐름 채널(16)과 연통하는 유출구(9)(도 5, 도 6 및 도 8)를 포함한다.
[0096]도 5에 도시된 바와 같이, 열교환기(1)는 박막 유전체 내열 재료의 테이프로 만들어지며, 예를 들어 접점(4')이 있는 저항 물질(10)의 얇은 층 형태의 히터(4)가 일단에 배치되어 발열 요소(4), 중간을 향해 경사진 상부 스페이서(11), 하부 스페이서(12) 및 에지(13)를 형성하고, 이들은 유연한 내열성 재료로 만들어지며 타단에 고정된다. 간단하게 하기 위해 유출구(9)는 도 5에 도시되어 있지 않다. 열교환기를 만드는 데 사용되는 테이프 또는 얇은 재료는 도 9, 도 10 및 도 11에서 부분적으로 롤링된 형태로, 도 13에서 대체 형식으로 볼 수도 있다.
[0097]도 13은 나선형이 아닌 공기 흐름 패턴을 형성하는 테이프를 나타낸다. 비나선형 열교환기는 도 18에 나와 있다.
[0098]나선형 열교환기로 돌아가서, 가열 요소(4)가 외측에 위치한 상기 테이프는 원통으로 말려 터널(2)을 형성하고 추가적으로 여러 개의 상호 연결된 나선형 코일로 감겨지고, 상부 및 하부가 있는 나선형 케이싱(1)을 형성하여, 내측에 위치한 상부 스페이서(11), 하부 스페이서(12) 에지(13)가 나선형 열교환기(5)를 형성한다. 도 9 내지 도 11 및 도 13과, 도 6 및 도 7에 나타낸 열교환기의 내부를 참조한다.
[0099]열교환기(5)는 나선형 및 미로 순환 및 공기의 예열을 위한 상부(14), 하부(15) 및 중간(16) 나선형 공기 덕트를 포함한다. 하단부(7)에는 공기 공기 흡입을 위한 추가적인 유입구(17)가 형성되어 있다. 상부 나선형 공기 덕트 입구(14)는 상단부(6)에 위치한 유입구(8)와 연통되고, 그 출구는 중간 나선형 공기 덕트(16)의 입구와 연통된다.
[0100]하부 나선 공기 덕트(15)의 입구는 하단에 위치한 유입구(17)와 연통되고, 그 출구는 중간 나선 공기 덕트(16)의 입구와 연통된다. 중간 나선 덕트(16)의 출구는 히터(4) 영역과 접촉하고 히터(4)에 의해 예열된 공기를 터널(2)로 흡입하기 위한 유출구(9)와 연통한다.
[0101]제공되는 히터의 추가적인 차이점은 다음과 같은 디자인 개선 사항이다. 테이프의 나선형 코일은 상부 스페이서(11), 하부 스페이서(12) 및 에지(13)에 적용된 접착 물질에 의해 함께 접착되며, 여기서 접착 물질은 오직 예시로서 Dow Corning 736 실리콘 내열 실란트 또는 그와 동등한 것이다.
[0102]발열 요소(4)의 저항 물질(10)은 니크롬 또는 FeCrAl 합금 중에서 선택되는 고저항 금속 또는 스테인리스 스틸, 니켈 또는 티타늄 중에서 선택되는 저저항 금속을 사용하였다. 도 6에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 터널(2)의 바닥(3)에 시트(18)가 제공되며, 히터(4)에 의해 예열된 공기를 터널(2)로 흡입하기 위한 벽 구멍(19) 및 상부 축 구멍이 있다. 공기 예열이 있는 기화기 장치용으로 제공된 히터는 담배 또는 담배 스틱(24)(도 8)을 가열 및 기화하도록 설계된 휴대용 또는 고정식 전자 장치의 일부로 사용되며, 이는 담배 및 가열 요소(4)(온도 센서)가 있는 히터, 전자 조정 및 제어 모듈(21), 파워 서플라이(22) 및 가열 활성화 센서 버튼(23)을 포함할 수 있다. 가열 요소(4)는 동시에 히터 및 온도 센서일 수 있다. 가열 또는 냉각할 때 가열 요소(4)의 저항 물질(10)은 저항을 변경하고 이러한 특성은 온도 센서로 사용될 수 있다.
[0103]전자 조정 및 제어 모듈(21)은 선택적으로 히터에 전원을 공급하고, PWM 매개변수를 조정하고, 히터 온도 센서로부터의 피드백 신호를 처리하고, 히터 전원 공급 전압을 전환하고, 활성화 센서로부터 신호를 처리한다. 파워 서플라이(22)은 장치에 전력을 제공한다. 장치의 휴대용 버전에서 전원 공급 장치는 리튬 이온, 리튬 폴리머, 리튬 철 인산염, 니켈 카드뮴 축전지 또는 이러한 유형의 전지로 구성된 축전지 또는 특히 전기 소스 및 연소 기반 난방 시스템을 포함하는 기타 알려진 전원일 수 있다.
[0104]장치의 고정 버전에서 전원 공급 장치는 AC 주전원에 연결된 전원일 수 있다. 가열 활성화 센서(23)는 가열 프로세스를 시작하기 위한 것이다. 사용자가 편리한 위치에 있는 장치의 케이스에 위치한 버튼을 수동 가열 활성화 센서(23)로 사용할 수 있다. 히터(4)의 온도 센서는 히터(4)의 온도를 모니터링하도록 설계되었으며, 히터는 개별적으로 또는 가열 영역에 직접 배치된 여러 요소로 사용될 수 있다. 히터 온도 센서의 기능은 저항 가열 요소(4) 자체에 의해 수행될 수 있다.
[0105]특히 다중 히터가 있는 실시예에서 다중 온도 센서가 사용될 수 있다.
[0106]공기 예열 기능이 있는 기화기에 제공된 히터는 다음과 같이 담배 또는 담배 스틱을 가열 및 기화하기 위한 휴대용 또는 고정식 전자 장치의 일부로 사용된다. 베이핑 세션의 경우, 사용자는 히터의 챔버(2)에 담배 또는 담배 스틱(24)을 놓는다. 또한, 사용자는 가열 활성화 센서 버튼(23)을 누른다. 버튼(23)으로부터의 신호는 전자 조정 및 제어 모듈(21)에 의해 수신된다. 전자 조정 및 제어 모듈에서 PWM 발생기는 특정 주파수 및 기간의 펄스 생성을 시작한다. 또한, 펄스는 가열 요소(4)에 공급 전압의 인가를 전환하는 키 전원 요소에 의해 수신된다. 가열 요소(4)가 가열되기 시작한다. 사용자가 흡입한다. 공기는 각각 상단부 및 하단부(6, 7)에 위치한 구멍(8, 17)으로 들어간다. 또한 공기는 채널(14 및 15)를 따라 중간 채널(16)로 들어간다.
[0107]또한, 공기는 채널(16)을 따라 가열 요소(4)가 위치한 열교환기로 들어간다. 또한, 구멍(9)을 통해 공기는 터널(2)에 설치된 담배 스틱(24)과 터널(3)의 바닥 사이에 형성된 공간으로 들어간다. 또한, 가열된 공기는 시트(18)의 구멍을 따라 궐련(24)의 기재로 들어간다. 가열된 기판을 통과하는 공기는 기판에서 증발하는 활성 물질(및 기타 물질)로 풍부해진다. 또한, 농축된 공기는 담배 스틱 필터를 통해 사용자의 입으로 흐른다. 히터의 설정 온도를 유지하기 위해 온도 센서 -가열 요소(4), 전자 조정 및 제어 모듈로 오는 신호가 사용된다
[0108]도 9는 롤링 공정 초기에 열교환기가 만들어지는 테이프의 외부를 나타내며, 에지(13)와 스페이서(11, 12)를 나타내고, 도 10은 에지(13)와 구멍(9)이 있는 도 9의 것에서 진행되는 롤링을 나타낸다. 도 11은 에지(13) 및 스페이서(11, 12)의 추가 롤링과 함께 도 10의 롤링이 진행됨에 따른 롤링을 도시한다.
[0109]도 12는 터널(2)의 천공된 바닥(3)이 있는 열교환기(5)의 저면 사시도이다.
[0110]도 13은 격벽이 있는 단일 채널 열교환기를 형성하는 데 사용되는 펼쳐진 테이프이다(예시 C에서 논의됨). 여기서 29는 유입구, 30은 격벽, 31은 공기 흐름, 32는 히터로, 관통형 히터와 결합될 수 있으며, 9'는 유출구다.
[0111]도 14는 IQOS® 3 장치를 나타낸 것으로, 여기서 33은 IQOS® 3 장치의 공기 흐름을 나타낸다.
[0112]도 15 내지 도 17은 다양한 베이핑 단계에서 열교환기 및 담배 스틱(24) 내의 온도 분포의 하나의 비제한적인 예를 도시한다. 도 15 내지 도 17에서 대략적인 온도 범위는 설명 목적으로만 다음과 같이 점선 및 해칭으로 표시된다.
[0113]173℃ 내지 200℃.
[0114]147℃ 내지 172℃.
[0115]91℃ 내지 146℃.
[0116]55℃ 내지 90℃.
[0117]15℃ 내지 54℃.
[0118]이들 온도 범위는 단지 단일 실시예에서 예시 목적을 위한 것이며 이 실시예의 변형에서 달성될 수 있는 온도 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.
[0119]도 15는 흡연 세션 시작 시(퍼프 전) 열교환기의 공기 온도를 도시한다. 밀접하게 이격된 점(34)은 히터(미도시) 주변의 따뜻한 영역을 나타낸다. 더 멀리 이격된 점(35)는 더 시원한 영역을 나타낸다.
[0120]도 16은 퍼프 직전의 열교환기(1)의 공기 온도를 도시한다. 밀접하게 이격된 점(34)은 따뜻한 지역을 나타내며 열은 담배 스틱(24)을 포함하는 터널에 집중되기 시작한다. 더 멀리 이격된 점(35)는 더 시원한 영역을 나타낸다.
[0121]도 17은 퍼프 동안 열교환기(1)의 공기 온도를 도시한다. 밀접하게 이격된 점(34)은 따뜻한 영역을 나타내며 열은 담배 스틱(24)을 포함하는 터널에 거의 완전히 집중된다. 가까운 점(34)은 따뜻한 영역을 나타낸다. 더 먼 점(35)은 더 시원한 영역을 나타낸다.
[0122]도 18은 나선형이 아닌 공기 흐름이 있는 조립된 단일 챔버 열교환기(1')를 나타낸다. 도 18의 열교환기(1')는 도 13에 도시된 것과 유사한 테이프로 조립될 수 있다. 도 18의 열교환기(1')에서 29는 유입구, 30은 격벽, 31은 공기 흐름이다.
[0123]도 19 및 20은 담배 스틱 대신에 느슨한 허브와 함께 선택적으로 사용될 수 있는 열교환기와 함께 비원통형 터널(2')을 도시한다. 34는 비원통형 열교환기이다.
[0124]도 20은 비원통형 열교환기(34) 및 느슨한 허브와 함께 사용될 수 있는 터널(2')의 천공된 바닥(35)과 함께 비원통형 터널(2')을 도시한다.
[0125]도 21은 BAT의 GLO® 장치의 공기 흐름을 나타낸다. 36은 바닥 입구로부터의 공기 흐름이다.
[0126]도 22는 나선형 열교환기에서의 공기 흐름을 보여주는 개략도이다. 37은 담배 스틱으로의 공기 흐름이다. 38은 공기 입구이다. 39는 히터에서 외부로의 열전달이다.
[0127]도 23은 도 8에 예시된 장치로 퍼프에 상응하는 포세이지 전압 및 가열 요소온도 증가를 나타낸다.
[0128]온도 센서(4)로부터의 신호에 따라, 전자 조정 및 제어 모듈(21)에 설치된 컨트롤러는 PWM 주파수를 감소 또는 증가시킨다. 이렇게 하면 설정 온도가 일정한 수준으로 유지된다. 베이핑 주기의 지속 시간은 일반적으로 3~4분이다. 베이핑 주기 기간은 더 짧게 설정될 수 있다(즉, 3분, 2분 또는 1분 또는 각 경우에 대략 그 정도).
[0129]워밍업 주기의 지속 시간 또는 장치를 켠 후 작동 모드에 도달할 때까지의 시간은 본 발명의 특정 실시예에서 최소화된다. 작동 모드(즉, 작동 온도)는 30초 미만, 바람직하게는 15초 미만, 더 바람직하게는 10초 미만, 가장 바람직하게는 7초 미만의 기간 내에 도달한다. 본 발명의 목적은 여기에 설명된 제조를 위한 롤링 기술을 사용하여 제조된 가열 장치에 대한 이러한 짧은 기간의 워밍업 사이클을 제공하는 것이다.
[0130]도 24는 일련의 격벽으로 들어가기 전에 열교환기의 상단에서 실행되는 상부 공기 덕트가 있는 열교환기를 보여주는 개략도이다. 특정 다른 실시예에서와 같이, 주요 구조 요소는 선택적으로 실리콘 배플이 적용되는 얇은 내열성 필름(43)이며, 이는 41 및 42 공기 덕트를 형성한다. 가열 요소(47)는 내열성 필름(44)의 표면에 배치되고 접점(45)이 제공된다. 구멍(46)은 가열 요소(47)를 위한 것이다. 도 24의 디자인은 열교환기의 상부에 위치한 추가 공기 덕트(41)를 제공한다. 사용할 때 공기는 처음에 덕트 시스템의 이 부분을 통과한다. 주변 공기가 아직 구조 요소의 열로 가열될 시간이 없기 때문에 열교환기 상부의 온도를 낮출 수 있다.
[0131]도 24에 계속하여, 공기 덕트(41)는 격벽의 미로로 설계된 공기 덕트(42)와 연통한다. 공기 덕트(42)로부터의 공기 출구는 구멍(46)을 통해 가열 챔버(48)와 연통한다. 저항성 가열 요소(47)는 선택적으로 얇은 금속 포일로 만들어지고 선택적으로 가열 챔버의 외부에 위치되며, 이 경우 가열 요소는 가열 챔버(48)에 배치된 담배 스틱과 직접 접촉하지 않는다.
[0132]도 24의 열교환기의 실시예에 대한 공기 흐름의 전체 사이클을 자세히 설명하기 위해, 사용자가 담배 스틱을 퍼프할 때 주변 공기의 신선한 부분이 유입구(40)으로 들어가고 상부 공기 덕트(41)를 따른다. 상부 공기 덕트(41)를 통과하는 공기는 히터 구성의 이 부분으로부터 열을 취한다. 41에는 미로 형태가 없다는 점에 유의해야 한다. 공기는 미로 공기 덕트(42)로 들어간다. 미로 공기 덕트를 통과하는 공기는 히터 구조의 파티션과 벽에서 열을 흡수하기 때문에 가열된다. 열교환기의 중간 부분에 도달하면 공기는 구성에서 가장 뜨거운 지점인 가열 요소(47) 근처에서 흐른다. 그 다음 예열된 공기는 구멍(46)을 통해 담배 스틱이 위치하는 가열 챔버(48) 내로 통과한다. 공기는 담배를 통과하고 담배 기재의 에어로졸화 가능한 성분이 풍부하여 사용자에 의해 흡입된다.
[0133]공기 예열이 있는 기화기 장치용 청구된 히터는 제조 가능성을 크게 향상시키는 단순한 디자인을 가지며 담배 스틱의 가열 및 기화를 위한 휴대용 또는 고정식 전자 장치의 일부로 사용되는 경우, 케이싱의 외벽이 실질적으로 가열되거나 실질적으로 가열되지 않도록 개선된 단열 특성을 특징으로 한다. 본 발명의 목적이다.
[0134]열교환기는 담배 스틱의 담배 부분 주위를 돌고 있다는 점에 유의하는 것이 중요하다. 이 아키텍처는 공기를 예열하고 장치 외부를 단열하는 방법으로서 열교환기의 기능에 매우 중요하다.
[0135]열교환기의 효과적인 냉각 기능으로 인해 케이싱 외부의 온도가 낮아진다. 열교환기의 외부 표면은 베이핑 세션 동안 가열 요소 자체의 최대 온도보다 적어도 35% 낮거나, 바람직하게는 가열 요소 자체의 최대 온도보다 적어도 45% 낮거나, 보다 바람직하게는 가열 요소 자체의 최대 온도보다 적어도 55% 낮은 최대 온도에 도달할 수 있다. 실시예에서 알 수 있듯이 더 큰 차이가 가능하다. 대략 67%의 온도 감소에 대해 표 3의 결과를 참조하고, 여기서 열교환기 외부의 온도는 가열 요소의 온도의 약 33%이다. 따라서, 본 발명의 실시예는 열교환기의 외부와 히터의 온도를 비교하여 65%보다 큰 열 차이를 허용할 수 있다.
[0136]위의 정보는 모든 전문 기업에서 산업적 방식으로 공기 예열이 있는 기화기 장치용 히터의 대규모 제조 가능성을 확인하고, 증기 제품, 특히 열분해(연소, 연기)가 없거나 실질적으로 없는 궐련(담배 스틱)의 베이핑을 위한 기화기 장치의 일부로 사용되기 위한 히터에서의 넓은 응용을 확인할 수 있다.
[0137]장치의 외부 케이스는 알려진 모양을 포함할 수 있다. 케이스는 하나 이상의 진공 챔버를 제한 없이 포함하는 단열 재료를 선택적으로 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 케이스는 열교환기 주위에서 바깥쪽으로 연장된 다음 장치의 용이한 유지를 위해 아래로 좁아지며, 즉, 장치의 바닥은 케이스가 열교환기 주위에 있는 것보다 더 좁다. 다른 케이스 디자인이 고려된다.
[0138]본 발명이 예시적인 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다양한 변경이 이루어질 수 있고 균등물이 그 요소를 대체할 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 본질적인 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명의 교시에 특정 상황 또는 재료를 적용하기 위해 많은 수정이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 발명을 수행하기 위해 고려되는 최상의 모드로서 개시된 특정 실시예로 제한되지 않고, 본 발명이 첨부된 청구범위의 범위 내에 속하는 모든 실시예를 포함할 것으로 의도된다.
[0139]실시예 A 다중 테스트
[0140]테스트의 일반적인 목적은 특정 온도 조건에서 작동하는 나선형 열교환기의 능력을 평가하고 성능 특성을 결정하는 것이었다. 테스트는 또한 나선형 열교환기의 효율성과 단열 품질을 결정하기 위한 것이었다.
[0141]6가지 유형의 테스트가 수행되었다. (1) "퍼프 중에만 전력 공급"(열교환기를 플라스틱 케이스에 설치하지 않음) (2) "퍼프 중에만 전력 공급"(플라스틱 케이스에 열교환기를 설치함) (3) "세션 중 예열 및 전력 공급"(플라스틱 케이스에 열교환기를 설치하지 않음) (4) "세션 중 예열 및 전력 공급"(플라스틱 케이스에 열교환기를 설치함) (5) "퍼프 중 예열 및 전력 포세이지"(플라스틱 케이스에 열교환기를 설치하지 않음) 및 (6) "퍼프 중 예열 및 전력 포세이지"(플라스틱 케이스에 열교환기를 설치함).
[0142]다중 채널 덕트의 열효율을 결정하려면 열교환기가 없는 히터(즉, 다중 채널 덕트)를 테스트해야 한다. 이 테스트는 위에서 언급한 테스트 1 내지 6의 결과와 비교하기 위한 것이다. 열교환기가 없는 히터의 테스트는 7 내지 12로 번호가 매겨져 있다. (7) “퍼프 중에만 전력 공급”(플라스틱 케이스에 히터를 설치하지 않음);(8) "퍼프 중에만 전력 공급"(플라스틱 케이스에 히터를 설치함); (9) "퍼프 중에만 전력 공급"(플라스틱 케이스에 히터를 설치하지 않음); (10) "세션 중 예열 및 전력 공급"(플라스틱 케이스에 히터를 설치함); (11) "퍼프 중 예열 및 전력 포세이지"(플라스틱 케이스에 히터를 설치하지 않음); 및 (12) "퍼프 중 예열 및 전력 포세이지"(플라스틱 케이스에 히터를 설치함).
[0143]"스네일" 히터 교환기의 가능한 고장 및 변형을 식별하려면 100개비의 담배를 피우는 스트레스 테스트도 수행해야 한다.
[0144]테스트 조건 및 테스트 목표
[0145]"퍼프 중에만 전력 공급" 모드(플라스틱 케이스에 히터를 설치하지 않음)에서 히터 테스트. 이 작동 모드에서는 퍼프 동안에만 히터에 전압이 인가된다. 시험 중에 다음을 결정하는 것이 바람직하다. (a) 히터가 필요한 온도에 빠르게 도달하는 능력 (b) 최적의 히터 온도 (c) 히터 외부 표면의 온도 측정값 (d) 흡연 세션 중 베이프(vape) 출력 볼륨(기존 단위) (e) 관능적 연기 테스트(증기)를 수행 (f) 이 시험을 위한 이 작동 모드의 적합성에 대한 결론에 도달.
[0146]"퍼프 중에만 전력 공급" 모드(플라스틱 케이스에 히터를 설치함)에서 히터 테스트. 이 작동 모드에서는 퍼프 중에만 히터에 전압이 인가된다. 시험 중에 다음을 결정하는 것이 필요하다. (a) 히터가 필요한 온도에 빠르게 도달하는 능력 (b) 최적 히터 온도 (c) 히터 외부 표면의 온도 측정값 (d) 플라스틱 케이스 외부 표면의 온도 측정값 (e) 흡연 세션 중 베이프 출력 볼륨(기존 단위) (f) 히터의 온도 영역에 대한 플라스틱 케이스의 영향 (g) 관능적 연기 테스트(증기)를 수행 (8) 이 작동 모드의 적합성에 대한 결론에 도달.
[0147]"세션 중 예열 및 전력 공급" 모드(플라스틱 케이스에 히터를 설치하지 않음)에서 히터 테스트. 이 작동 모드에서는 히터에 전압을 가하여 예열하고 전체 흡연 세션 동안 미리 설정된 가열 온도를 유지한다. 시험 중에 다음을 결정하는 것이 필요하다. (a) 흡연 세션을 시작하는 데 필요한 예열 시간 (b) 최적의 히터 온도 (c) 히터 외부 표면의 온도 측정값 (d) 흡연 세션 중 베이프 출력 볼륨(기존 단위) (e) 관능적 연기 테스트(증기)를 수행 (f) 이 작동 모드의 적합성에 대한 결론에 도달.
[0148]"세션 중 예열 및 전력 공급" 모드(플라스틱 케이스에 히터를 설치함)에서 히터 테스트. 이 작동 모드에서는 히터에 전압을 가하여 예열하고 전체 흡연 세션 동안 미리 설정된 가열 온도를 유지한다. 시험 중에 다음을 결정하는 것이 필요하다. (a) 흡연 세션을 시작하는 데 필요한 예열 시간 (b) 최적의 히터 온도 (c) 히터 외부 표면의 온도 측정값 (d) 플라스틱 케이스의 외부 표면에 있는 온도 측정값 (e) 흡연 세션 중 베이프 출력 볼륨(기존 단위) (f) 히터의 온도 영역에 대한 플라스틱 케이스의 영향 (g) 관능적 연기 테스트(증기) 수행 (8) 이 작동 모드의 적합성에 대한 결론에 도달.
[0149]"퍼프 중 예열 및 전력 포세이지" 모드(플라스틱 케이스에 히터를 설치하지 않음)에서 히터 테스트. 이 작동 모드에서는 히터에 전압을 인가하여 예열하고 세션 내내 대기 온도를 유지한다. 조일(tightening) 때 히터에 증가된 전압이 인가되고, 따라서 조일 때 온도가 상승한다. 시험 중에 다음을 결정하는 것이 필요하다. (a) 흡연 세션을 시작하는 데 필요한 예열 시간 (b) 최적의 히터 온도 (c) 히터 외부 표면의 온도 측정값 (d) 흡연 세션 중 베이프 출력 볼륨(기존 단위) (e) 관능적 연기 테스트(증기)를 수행 (f) 이 작동 모드의 적합성에 대한 결론에 도달.
[0150]"퍼프 중 예열 및 전력 포세이지" 모드(플라스틱 케이스에 히터를 설치함)에서 히터 테스트. 이 작동 모드에서는 히터에 전압을 인가하여 예열하고 세션 내내 대기 온도를 유지한다. 조일 때 히터에 증가된 전압이 인가되어 조일 때 온도가 상승한다. 시험 중에 다음을 결정하는 것이 필요하다. (a) 흡연 세션을 시작하는 데 필요한 예열 시간 (b) 최적의 히터 온도 (c) 히터 외부 표면의 온도 측정값 (d) 플라스틱 케이스의 외부 표면에 있는 온도 측정값(e) 흡연 세션 중 베이프 출력 볼륨(기존 단위) (f) 플라스틱 케이스가 히터의 온도 영역에 미치는 영향 (g) 관능적 연기 테스트(증기)를 수행 (h) 이 작동 모드의 적합성에 대한 결론에 도달.
[0151]"퍼프 중에만 전력 공급" 모드(플라스틱 케이스에 히터를 설치하지 않음)에서 다중 채널 공기 덕트 없는 히터 테스트. 이 작동 모드에서는 퍼프 동안에만 히터에 전압이 인가된다. 시험 중에 다음을 결정하는 것이 필요하다. (a) 히터가 필요한 온도에 빠르게 도달하는 능력 (b) 최적의 히터 온도 (c) 히터 외부 표면의 온도 측정값 (d) 흡연 세션 중 베이프 출력 볼륨(기존 단위) (e) 관능적 연기 테스트(증기)를 수행 (f) 시험 번호 (1)에서 얻은 매개변수와의 차이를 기록.
[0152]"퍼프 중에만 전력 공급" 모드(플라스틱 케이스에 히터 설치)에서 다중 채널 공기 덕트 없는 히터를 테스트. 이 작동 모드에서는 퍼프 동안에만 히터에 전압이 인가된다. 시험 중에 다음을 결정하는 것이 필요하다. (a) 히터가 필요한 온도에 빠르게 도달하는 능력 (b) 최적의 히터 온도 (c) 히터 외부 표면의 온도 측정값 (d) 플라스틱 케이스의 외부 표면에 있는 온도 측정값 (e) 흡연 세션 중 베이프 출력 볼륨(기존 단위) (f) 히터의 온도 영역에 대한 플라스틱 케이스의 영향 (g) 관능적 연기 테스트(증기)를 수행 (h) 시험 번호 (2)에서 얻은 매개변수와의 차이를 기록.
[0153]"세션 중 예열 및 전력 공급" 모드(플라스틱 케이스에 히터를 설치하지 않음)에서 다중 채널 공기 덕트가 없는 히터 테스트. 이 작동 모드에서는 히터에 전압을 가하여 예열하고 전체 흡연 세션 동안