KR102253231B1

KR102253231B1 - 흡연 기계

Info

Publication number: KR102253231B1
Application number: KR1020157034056A
Authority: KR
Inventors: 잰 베르베크; 존 파울크너
Original assignee: 필립모리스 프로덕츠 에스.에이.
Priority date: 2013-06-24
Filing date: 2014-06-23
Publication date: 2021-05-21
Also published as: KR20160021764A; WO2014206934A1; PL3013161T3; DK3013161T3; ES2666696T3; BR112015030097A2; JP2016521988A; NO3013161T3; CN105357988A; EP3013161A1; WO2014206934A8; BR112015030097B1; US10477887B2; RU2015154986A; CN105357988B; RU2651445C2; EP3013161B1; PT3013161T; HUE038206T2; US20160113321A1

Abstract

실질적으로 환형인 포트부, 흡연 물품들을 수용하기 위한 복수의 흡연 물품 포트, 및 복수의 분석 포트를 포함하는 포트 모듈로, 포트부는 내부 표면 및 내부 표면으로부터 방사상 이격되어 있는 외부 표면을 가지고, 포트부를 통해 동일한 치수의 복수의 에어로졸 흐름 채널이 정의될 수 있고, 각 에어로졸 흐름 채널은 포트부의 내부 표면에 위치하는 흡연 물품 포트와 포트부의 외부 표면에 위치하는 분석 포트 사이에서 포트부를 통해 방사상 연장되어 있는 것인, 포트 모듈; 및 포트부의 외부 표면으로부터 방사상 외측으로 위치하고, 흡연 물품 포트에 결합된 흡연 물품에 의해 발생되는 에어로졸의 분석을 위한 분석 포트에 결합가능한, 적어도 하나의 에어로졸 분석 모듈을 포함하는, 모듈형 흡연 시스템이 제공되어 있다.

Description

흡연 기계{SMOKING MACHINE}

본 발명은, 흡연 기계, 더욱 구체적으로는, 다중 포트 흡연 기계에 관한 것이며, 그리고 복수의 흡연 물품에 의해 발생되는 에어로졸을 분석하는 방법에 관한 것이다.

제어되는 흡연 조건 하에서 복수의 궐련 또는 기타 흡연 물품에 의해 생성되는 담배 연기의 성분들을 수집 및 분석하기 위한 다중 포트 흡연 기계는 당업계에 공지되어 있다. 사용시, 궐련의 마우스 말단은 기계 상의 흡연 포트에 연결된 홀더 내에 위치하며, 하나 이상의 기계적으로 구동되는 가스 시린지 또는 펌프를 사용하여, 공기가, 불이 붙은 궐련을 통해 규칙적인 간격으로 흡인된다. 궐련을 통해 흡인되는 담배의 주류연의 미립자 및 증기 상 성분들은, 예를 들어, 유리 섬유 (Cambridge) 필터, 집진기(impinger), 및 가스 수집 백 같은 하나 이상의 포획 시스템을 사용하여 수집되고, 이어서 예를 들어 타르, 니코틴, 및 일산화탄소의 수율을 결정하도록 분석된다.

다중 포트 흡연 기계의 두 개의 일반적인 유형은 선형 흡연 기계 및 회전형 흡연 기계로 알려져 있다.

선형 흡연 기계에 있어서, 예를 들어, 독일 함부르크에 소재하는 Borgwaldt KC에 의해 시판되고 있는 LM450 선형 흡연 기계(Linear Smoking Machine)에 있어서, 각 흡연 포트는, 해당 흡연 포트에 연결된 홀더 내에 배치된 궐련을 통해 공기를 흡인하는 별도의 시린지 또는 펌프에 결합되어 있다. 사용시, 주류연은 각 궐련을 통해 동시에 흡인되고, 별도로 수집되는데, 다시 말하면, 주류연은 흡연 포트마다 개별적으로 수집된다.

회전형 흡연 기계에 있어서, 예를 들어, 독일 함부르크에 소재하는 Borgwaldt KC에 의해 시판되고 있는 RM200A 회전형 흡연 기계(Rotary Smoking Machine)에 있어서, 흡연 포트들은, 흡연 포트들에 연결된 홀더들 내에 배치된 궐련들을 통해 공기를 차례대로 흡인하는 단일 정적 시린지 또는 펌프에 대하여 회전되는 헤드 상에 탑재된다. 사용시, 각 궐련을 통해 연속적으로 흡인되는 주류연은 누적식으로 수집된다.

다수의 흡연 물품으로부터의 누적식 주류연 샘플을 단일 실행으로 수집할 수 있게 하여, 회전형 흡연 기계들은 짧은 기간에 강건한 흡연 매트릭스를 생성하는 장점을 갖는다.

당 기술분야에서는, 연소되기보다는 소비자가 흡입하는 에어로졸을 형성하도록 담배 물질이 가열되어서 연기를 형성하는 다수의 흡연 물품이 제안되어 왔다. 가열 식 흡연 물품의 알려져 있는 한 가지 유형에 있어서, 에어로졸은, 가연성 연료 요소 또는 열원으로부터 가연성 연료 요소 내에, 가연성 연료 요소 주위에, 또는 가연성 연료 요소의 하류에 위치할 수 있는 물리적으로 개별적인 담배 물질로의 열 전달에 의해 생성된다. 가열식 흡연 물품의 다른 한 가지 유형에 있어서, 담배 물질은 하나 이상의 전기 가열 요소에 의해 가열되어서 에어로졸을 생성한다.

미국 특허출원공개공보 US 4 858 628 A 유럽 특허출원공개공보 EP 2 193 727 A1

실행될 분석의 서로 다른 유형들에 대하여 흡연 물품의 서로 다른 유형들로부터의 연기의 수집과 분석을 가능하게 하는 흡연 기계를 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 에어로졸이 흡연 물품마다 수집되는 모드인 "선형(linear)" 모드 및 각 흡연 물품과 트랩 또는 분석기 사이의 에어로졸을 위한 동일한 경로 길이를 갖고 복수의 흡연 물품에 대하여 에어로졸이 누적식으로 수집될 수 있는 모드인 "회전형(rotary)" 모드 모두에서 작동할 수 있는 흡연 기계를 제공하는 것이 바람직하다.

제1 측면에서는, 모듈형 흡연 시스템을 제공하고 있으며, 이 모듈형 흡연 시스템은, 실질적으로 환형인 포트부(carousel), 흡연 물품들을 수용하기 위한 복수의 흡연 물품 포트, 및 복수의 분석 포트를 포함하는 포트 모듈(carousel module)로서, 상기 포트부는 내부 표면 및 상기 내부 표면으로부터 방사상 이격되어 있는 외부 표면을 가지고, 상기 포트부를 통해 동일한 치수의 복수의 에어로졸 흐름 채널이 정의될 수 있고, 각 에어로졸 흐름 채널은 상기 포트부의 내부 표면에 위치하는 흡연 물품 포트와 상기 포트부의 외부 표면에 위치하는 분석 포트 사이에서 상기 포트부를 통해 방사상 연장되어 있는 것인, 상기 포트 모듈; 및 상기 포트부의 외부 표면으로부터 방사상 외측으로 위치하고, 흡연 물품 포트에 결합된 흡연 물품에 의해 발생되는 에어로졸의 분석을 위한 분석 포트에 결합가능한, 적어도 하나의 에어로졸 분석 모듈(aerosol analysis module)을 포함하고 있다.

모듈형 흡연 시스템은, 에어로졸 분석 모듈이 포트 모듈과는 별개인 모듈로서 형성될 수 있는 장점을 제공하고 있다. 이는, 서로 다른 분석 모듈들이 분석 포트에 결합될 수 있게 하며 유지보수와 보정을 위해 제거될 수 있게 한다. 포트부의 외부 표면 상에 분석 포트 또는 포트들을 제공하여, 분석 모듈 또는 모듈들은, 작동 동안 및 시스템의 설정 동안 전부에서 쉽게 접근될 수 있다. 그리고, 복수의 분석 모듈을 위한 충분한 공간이 존재한다.

도 1은 모듈형 흡연 시스템의 다중 포트 포트 모듈의 개략적인 사시도.
도 2는 포트 모듈의 두 개의 동심 링 형성 부분을 도시하는 도 1의 포트 모듈의 개략적인 사시도.
도 3은 포트 모듈의 일부분을 통해 정의된 에어로졸 흐름 채널을 도시하는 단면도.
도 4는 포트 모듈에 결합된 두 개의 분석 모델을 도시하는 도 1의 포트부의 단면도.
도 5는 복수의 분석 모듈에 결합된 포트 모듈을 도시하는 모듈형 흡연 기계의 일부분의 개략적인 평면도.
도 6은, 포트 모듈, 및 전기 작동식 흡연 장치를 지지하기 위한 지지 모듈을 도시하는 모듈형 흡연 기계의 일부분의 단면도.
도 7은, 모듈형 흡연 시스템의 작동 동안 이차 연기를 수집하기 위한 밀봉된 내부 영역을 갖는 포트 모듈을 도시하는 모듈형 흡연 시스템의 일부분의 단면도.
도 8은 포트 모듈을 포함하는 모듈형 흡연 시스템의 개략도.

이러한 점에서, "환형 포트부(annular carousel)"라는 용어는, 원형 단면을 갖는 포트부로 한정되지 않으며, 정다각형 단면 등의 임의의 단면을 가질 수도 있다.

흡연 물품은, 에어로졸을 형성할 수 있는 휘발성 화합물을 방출할 수 있는 에어로졸 형성 기재를 포함하는 임의의 물품일 수도 있다. 흡연 물품은 비가연성 흡연 물품일 수도 있고 또는 가연성 흡연 물품일 수도 있다. 비가연성 흡연 물품은, 에어로졸 형성 기재를 연소하지 않고, 예를 들어, 에어로졸 형성 기재를 가열하여, 또는 화학 반응에 의해, 또는 에어로졸 형성 기재의 기계적 자극에 의해, 휘발성 화합물을 방출한다. 가연성 흡연 물품은, 예를 들어, 종래의 궐련에서와 같이, 에어로졸 형성 기재의 직접적인 연소에 의해 에어로졸을 방출한다. 이러한 점에서, 에어로졸은 가스 내의 고체 입자들 또는 액적들 또는 고체 입자들과 액적들의 결합물의 분산제를 의미한다. 에어로졸은 가시적일 수도 있고 또는 비가시적일 수도 있다. 에어로졸은, 실온에서 통상 액체 또는 고체인 물질들의 증기, 및 고체 입자들 또는 액적들 또는 고체 입자들과 액적들의 결합물을 포함할 수도 있다.

유리하게는, 모듈형 흡연 시스템은, 제1 분석 포트에 결합가능한 제1 에어로졸 분석 모듈로서, 상기 제1 분석 포트는 제1 에어로졸 흐름 채널을 통해 제1 흡연 물품 포트에 연결되어 있는, 상기 제1 에어로졸 분석 모듈; 및 제2 분석 포트에 결합가능한 제2 에어로졸 분석 모듈로서, 상기 제2 분석 포트는 제2 에어로졸 흐름 채널을 통해 제2 흡연 물품에 연결되어 있는, 상기 제2 에어로졸 분석 모듈을 더 포함하고, 상기 제1 흡연 물품 포트와 상기 제1 분석 모듈 사이의 에어로졸 흐름 경로는, 상기 제2 흡연 물품 포트와 상기 제2 분석 모듈 사이의 에어로졸 흐름 경로와 동일한 길이를 갖는다.

모듈형 흡연 시스템은 복수의 에어로졸 분석 모듈을 더 포함할 수도 있고, 상기 복수의 에어로졸 분석 모듈의 각각은 분석 포트에 결합가능하고, 상기 복수의 에어로졸 분석 모듈의 각각과 결합된 분석 포트 사이의 에어로졸 흐름 경로는 실질적으로 동일한 치수를 갖는다.

각 흡연 모듈에 동일한 흐름 경로 길이를 제공하여, 서로 다른 흡연 물품 포트들로부터 실행된 분석 결과들을, 그 결과들을 임의로 조절할 필요 없이, 유효하게 비교할 수 있다.

유리하게는, 모듈형 흡연 시스템은 선형 흡연 모드나 회전형 흡연 모드에서 작동할 수도 있으며, 에어로졸 흐름 경로는 선형 흡연 모드와 회전형 흡연 모드 모두에서 작동시 동일한 길이를 갖는다. 이는, 서로 다른 흡연 모드들로부터 얻은 분석 결과들을 유효하게 비교할 수 있다는 장점을 제공하고 있다. 이러한 점에서, "선형" 모드는 흡연 물품 포트마다 에어로졸이 분석되는 모드이고, "회전형" 모드는 복수의 흡연 물품 포트에 대하여 에어로졸이 누적식으로 수집되는 모드이다.

모듈형 흡연 시스템은, 적어도 두 개의 서로 다른 유형의 에어로졸 분석을 실행하기 위해 적어도 두 개의 서로 다른 유형의 에어로졸 분석 모듈을 포함할 수도 있다. 현재로서는, 흡연 물품을 완전히 특징화하고 평가하기 위해서는 서로 다른 여러 유형의 분석을 수행해야 한다. 서로 다른 분석 모듈들이 사용될 수 있는 모듈형 시스템을 제공하여, 초기 투자, 유지보수, 및 사용자 훈련 면에서 복수의 흡연 기계를 위한 필요성에 연관된 비용을 감소시킨다. 또한, 서로 다른 분석 모듈들이 사용될 수 있는 모듈형 시스템을 제공하여, 서로 다른 유형의 흡연 물품들에 대한 특정한 사용자 요건들을 충족시키는 유연성을 제공하고 있다.

분석 모듈의 서로 다른 여러 개의 유형들을 사용할 수 있다. 에어로졸 내의 관심 대상인 성분들은 필요로 하는 모듈 또는 모듈들의 조합을 결정한다. 또한, 당 기술분야에 공지되어 있는, 특정한 에어로졸 성분들 또는 전체적인 에어로졸의 특성들을 측정하기 위한 서로 다른 기술들과 장치가 존재한다. 다음에 따르는 예들은, 단독으로 또는 조합하여 사용될 수 있는 분석 모듈의 예들이다. 그러나, 필요에 따라 다른 분석 모듈들을 사용할 수도 있다.

- 자동 필터 추출을 이용하거나 이용하지 않는, 수동 또는 자동 총 미립자 물질(total particulate matter; TPM) 결정을 위한 분석 모듈;

- 전체 연기 분석을 위한 분석 모듈(예를 들어, 콜드 트랩(cold trap));

- 액체를 통해 에어로졸을 버블링(bubble)하기 위한 집진기(impinger); 및/또는

- 일산화탄소 같은 하나 이상의 특정 성분들에 대한 퍼프 때마다의 온라인 분석 모듈.

포트부의 내부 표면은 포트부의 외부 표면으로부터 밀봉된 제1 영역 내에 위치해서, 흡연 물품 포트에 결합되어 있는 동안 흡연 물품의 흡연에 의해 발생되는 이차 에어로졸이 제1 영역 내에 보유된다. 이는, 일부 사용자들에게 바람직한 작동 환경을 제공할 수도 있다. 게다가, 제1 영역 내에 보유된 이차 에어로졸은 분석을 위해 이차 에어로졸 분석 모듈에 이송될 수도 있다.

포트부는 제1 링과 제2 링을 포함할 수도 있고, 상기 제1 링은, 포트부의 내부 표면을 정의하고, 상기 제1 링의 내부 표면과 외부 표면 사이에서 상기 제1 링을 통해 방사상 연장되어 있는 복수의 채널을 갖고, 상기 외부 링은, 포트부의 외부 표면을 정의하고, 상기 제2 링의 내부 표면과 외부 표면 사이에서 상기 제2 링을 통해 방사상 연장되어 있는 복수의 채널을 갖고, 상기 제1 링을 통해 정의된 복수의 채널은 상기 제2 링을 통해 정의된 복수의 채널과 중첩 배치되어서, 에어로졸 흐름 채널들을 정의할 수 있다.

상기 제1 링과 제2 링 모두는 고정형이어서, 상기 포트부의 내부 표면에 위치하는 각 흡연 물품 포트가 상기 포트부의 외부 표면에 위치하는 대응하는 분석 포트에 연결될 수도 있다.

대안적으로, 제1 링은 제2 링에 대하여 회전가능할 수도 있어서, 포트부의 내부 표면에 위치하는 각 흡연 물품 포트가 포트부의 외부 표면에 위치하는 복수의 분석 포트 중 임의의 분석 포트에 연결될 수 있다.

모듈형 흡연 시스템은, 포트부 및 분석 모듈에 더하여, 상호교환가능 모듈들로서 제공될 수 있는, 당 기술분야에 공지되어 있을 수 있는 추가 구성요소들을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 시스템은, 변속 모듈, 매거진 모듈, 제품 탑재 모듈, 제품 점화 모듈, 제품 배출기 모듈, 폐기물 수집 모듈, 유틸리티 공급 모듈, 부류연 모듈, 구성 모듈, 데이터베이스 모듈, 데이터 이송 모듈, 자동화 모듈, GUI 모듈, 기계 안전 모듈, 집기 놓기 모듈, 장치 취급 모듈, 펌프 모듈, 및 희석 모듈 중 하나 이상을 포함하고 있을 수도 있다. 각 모듈은 적용분야 변수들의 범위 및 세트를 위해 설정되고 보정된다. 일단 원하는 모듈들이 조립되면, 흡연 시스템은 통합 시험을 거칠 수도 있고, 이때, 통합 시험 전에 각 모듈에 대하여 (구성 모듈이 사용되는 경우 이 구성 모듈에 의해 정의된 변수들을 제외한) 모든 변수들이 정의되고 설정되어 있다.

모듈형 흡연 시스템은, 분석 포트를 에어로졸을 분석 모듈 내로 흡인하기 위한 흡입 수단을 포함할 수도 있다. 흡입 수단은, 분석 모듈의 일부로서 제공될 수도 있고 또는 별개의 모듈로서 제공될 수도 있다. 흡입 수단은 가스 시린지 또는 펌프일 수도 있다.

제2 측면에서는, 흡연 물품에 의해 발생되는 에어로졸을 분석하는 방법을 제공하며, 이 방법은, 흡연 물품이 포트부로부터 내측으로 방사상 연장되도록 흡연 기계의 환형 포트부의 내부 표면 상에 위치하는 흡연 물품 포트 내에 흡연 물품의 마우스피스 말단을 위치시키는 단계, 상기 포트부를 통해 정의된 방사상 연장되어 있는 채널을 통해 상기 흡연 물품에 의해 발생되는 에어로졸을, 상기 포트부의 외부 표면 상에 위치하는 제1 분석 모듈 내로 흡인하고, 상기 포트부의 외부 표면에 대하여 상기 포트부의 내부 표면을 회전시키는 단계, 및 상기 포트부를 통해 정의된 방사상 연장되어 있는 채널을 통해 상기 흡연 물품에 의해 발생되는 에어로졸을, 상기 포트부의 외부 표면 상에 위치하는 제2 분석 모듈 내로 흡인하는 단계를 포함하되, 상기 제2 분석 모듈은 상기 제1 분석 모듈과는 다른 분석을 수행한다.

상기 방법은 제1 측면에 따른 장치에서 수행될 수도 있다.

제3 측면에서는, 복수의 흡연 물품에 의해 발생되는 에어로졸을 동시에 분석하는 방법을 제공하며, 이 방법은, 상기 복수의 흡연 물품의 각각이 환형 포트부로부터 내측으로 방사상 연장되도록 복수의 흡연 물품의 각각의 마우스피스 말단을 흡연 기계의 환형 포트부의 내부 표면 상에 위치하는 복수의 흡연 물품 중 하나에 위치시키는 단계, 및 에어로졸 흐름 경로를 따라 상기 복수의 흡연 물품의 각각에 의해 발생되는 에어로졸을 상기 포트부의 외부 표면 상에 위치하는 대응하는 복수의 분석 모듈의 각각 내로 흡인하는 단계를 포함하되, 상기 복수의 흡연 물품의 각각과 이에 대응하는 분석 모듈 사이의 에어로졸 흐름 경로는 동일한 치수를 갖는다.

분석 모듈들은 서로 동일할 수도 있고 또는 서로 다를 수도 있다.

일 측면에 관하여 설명한 특징부들이 본 발명의 다른 측면들에 동일하게 적용될 수 있다는 점은 명백하다.

이제 도면들을 참조하여 본 발명의 특정 구현예들이 설명될 것이다.

도 1은 모듈형 흡연 시스템을 위한 포트 모듈(10)을 도시하고 있다. 포트 모듈(10)은, 두 개의 메쉬된 동심 링인, 내부 링(12)과 외부 링(14)을 포함하고 있다. 내부 링은 내부 링의 내부 표면(13)을 정의하고, 외부 링은 내부 링의 내부 표면(13)으로부터 방사상 이격되어 있는 외부 링의 외부 표면(15)을 정의한다. 복수의 흡연 물품 포트(20)는 내부 링의 내부 표면(13)에 위치하고 있다. 복수의 분석 포트(30)는 외부 링의 외부 표면(15)에 위치하고 있다. 포트부의 크기에 따라 임의의 개수의 분석 포트를 제공할 수도 있지만, 8개 내지 24개 사이의 포트가 양호한 개수인 것으로 밝혀져 있다. 흡연 물품 포트들(20)의 각각은 흡연 물품(40)을 수용할 수 있어서, 작동시, 흡연 물품(40)에 의해 발생되는 주류연이 흡연 물품 포트(20) 내로 흡인된다.

도 2와 도 3은 포트 모듈(10)의 더욱 상세를 도시하고 있다. 도 2에서, 외부 링(14)은 내부 링(12)으로부터 분리된 것으로 도시되어 있다. 방사상 연장되어 있는 채널들(51)은 내부 링의 외부 표면(18)과 내부 링의 내부 표면(13) 사이에서 내부 링(12)을 통해 연장되어 있다. 마찬가지로, 방사상 연장되어 있는 채널들(52)은 외부 링의 내부 표면(19)과 외부 링의 외부 표면(15) 사이에서 외부 링을 통해 연장되어 있다. 내부 링의 외부 표면(18)과 외부 링의 내부 표면(19)은, 포트 모듈이 조립되는 경우, 내부 링이 외부 링에 대하여 회전가능하도록 미끄럼 체결 상태로 배열되어 있다. 내부 링을 통해 정의된 방사상 연장되어 있는 채널들(51)은, 외부 링을 통해 방사상 연장되어 있는 채널들(52)과 중첩할 수도 있고 이에 따라 포트 모듈(10)의 내부 링과 외부 링 모두를 통해 방사상 연장되어 있는 에어로졸 흐름 채널들(55)을 형성할 수 있도록 위치하고 있다. 완전히 조립된 경우, 에어로졸 흐름 채널들(55)은 흡연 물품 포트(20)와 분석 포트(30) 사이에서 포트 모듈(10)을 통해 방사상 연장되어 있어서, 흡연 물품 포트(20) 내에 수용된 흡연 물품(40)에 의해 발생되는 에어로졸이 에어로졸 흐름 채널(55)을 통해 분석 포트(30)에 결합된 분석 모듈(100) 내로 흡인될 수 있게 된다.

에어로졸 흐름 채널(55)의 단면도가 도 3에 도시되어 있다. 이 도면에서, 흡연 물품 포트(20)가 흡연 물품(40)의 마우스피스 말단(41)을 수용하기 위한 치수를 갖는다는 것을 볼 수 있다. 흡연 물품 포트(20)는 흡연 물품(40) 주위를 밀봉하기 위한 레버린스 밀봉부(labyrinth seal)를 포함할 수도 있다. 흡연 물품(40)에 의해 발생되는 에어로졸은, 포트 모듈을 통해 정의된 에어로졸 흐름 채널(55)을 통해 흡인될 수도 있고, 분석 모듈, 또는 분석 포트(30)에 부착되거나 결합된, 다른 임의의 모듈에 전달될 수도 있다.

흡연 물품은, 종래의 궐련, 또는 가열식 궐련 등의 다른 에어로졸 발생 수단일 수도 있다.

본원에서 설명하는 바와 같은 모듈형 흡연 시스템의 장점은, 모듈형 흡연 시스템 내에 하나보다 많은 에어로졸 분석 모듈을 동시에 배열해서, 흡연 물품(40)과 분석 모듈(100, 110) 사이의 임의의 에어로졸 흐름 경로가 최소한의 길이를 갖고 또는 다른 에어로졸 흐름 경로와 실질적으로 동일한 치수를 가질 수 있다는 점이다.

에어로졸이 흡연 물품으로부터 전달된 후 짧은 거리 내에서 에어로졸을 수용하기 위해서는 에어로졸 분석 모듈을 흡연 기계의 흡연 물품에 최대한 가깝게 위치시키는 것이 바람직할 수도 있다. 흡연 물품으로부터 흡인되는 연기 등의 에어로졸은, 길거나 회선형(convoluted) 에어로졸 흐름 경로를 따라 전달되면 변경될 수도 있다. 따라서, 흡연 물품 같은 에어로졸 발생 장치로부터 떨어져 위치하는 분석 기계를 사용하여 정확한 결과를 생성하는 것은 어렵다. 표준 흡연 기계에서, 흡연 물품 포트들은 포트부의 외부 표면 상에 배열되어 있고, 에어로졸을 하나 이상의 분석 유닛에 이송하기 위한 포트들은 흡연 물품 포트들의 내부에 방사상 위치하고 있다. 따라서, 분석 유닛들을 위한 공간이 없으며, 흡연 물품들에 의해 발생되는 임의의 에어로졸을 각 분석 유닛으로 이송할 필요가 있다.

하나보다 많은 분석 모듈(100, 110)을 포트부의 주변에 배열하여, 흡연 물품 포트와 분석 모듈(100, 110) 사이의 임의의 에어로졸 흐름 경로가 동일한 치수를 갖는 것을 보장할 수 있다. 도 4는, 제1 분석 모듈(100)과 제2 분석 모듈(110)에 결합된 경우 전술한 바와 같은 포트 모듈을 도시하고 있다. 제1 및 제2 분석 모듈들은 흡연 물품들(40)에 의해 발생되는 에어로졸의 서로 다른 측면들을 분석한다. 포트 모듈(10)의 방사상 외부 위치에 각 분석 모듈을 배열하여, 각 분석 모듈로의 에어로졸 흐름 경로가 실질적으로 동일한 치수를 가질 수 있게 한다. 게다가, 시스템의 조립과 분해 동안 및 시스템의 작동 동안 각 분석 모듈에 액세스하는 데 충분한 공간이 있다.

내부 링(12)은 고정적인, 외부 링(14)에 대하여 내부 링이 회전될 수 있게 하는 인덱싱(indexing) 수단을 포함하고 있다. 내부 링(12)을 통해 정의된 채널들(51)은 고정식 외부 링(14)을 통해 정의된 채널들(52)과 순차적으로 정렬되어 있을 수도 있다. 이러한 식으로, 임의의 단일 흡연 물품(40)을 복수의 분석 모듈에 의해 분석할 수도 있고, 각 분석 모듈은 서로 다른 분석 포트(30)에 결합되어 있다. 또한, 회전가능 작동 모드에 대응하는 단일 분석 모듈에 의해 복수의 흡연 물품을 분석할 수도 있다.

도 5는 복수의 분석 모듈에 결합된 포트 모듈의 평면도를 제공하고 있다. 도 5에 도시한 구현예에서, 복수의 흡연 물품의 각각은 분석 모듈에 의해 동시에 분석될 수도 있다. 분석 모듈들 각각은 동일한 유형의 분석을 수행할 수도 있고, 또는 각 분석 모듈은 흡연 물품에 의해 발생되는 에어로졸의 서로 다른 측면을 분석할 수도 있다. 상기 시스템은, 각 분석 모듈이 개별적인 흡연 물품들을 분석하도록 구성되어 있는 선형 모드, 또는 각 분석 모듈이 해당 분석 모듈과 순차적으로 회전 정렬되어 있는 복수의 흡연 물품으로부터 수집된 에어로졸을 분석하도록 구성되어 있는 회전형 모드에서 작동할 수도 있다.

스테퍼 모터(stepper motor) 또는 서보 모터(servo motor) 등의 임의의 적절한 회전 구동부(도시하지 않음)를 제공할 수도 있고, 임의의 적절한 제어 및 기어링 메커니즘을 사용하여 내부 및 외부 링들(12, 14)의 정확한 정렬을 보장할 수도 있다.

종래의 궐련 또는 일체형 가연성 열원이 있는 가열식 궐련의 형태로 된 흡연 물품들은, 흡연 물품 포트들 내에 삽입되는 경우 편리하게 자가 지지(self-supporting)될 수도 있다. 따라서, 이러한 흡연 물품들은, 각자의 마우스 말단들이 흡연 물품 포트들 내에 수용되는 경우 완전히 지지된다. 다른 유형의 흡연 물품들, 예를 들어, 전기 가열식 흡연 물품 또는 전기 작동식 에어로졸 발생 장치는, 지지 모듈에 의해 제공될 수 있는 추가 지지 수단을 필요로 할 수도 있다.

도 6은, 전술한 바와 같이 흡연 장치들의 마우스 말단이 포트 모듈의 흡연 물품 포트들 내에 수용될 수 있도록 하는 위치에서 흡연 장치들(161)을 지지하기 위한 환형 지지부(165)를 갖는 지지 모듈(160)을 더 포함하는 모듈형 흡연 시스템의 한 구현예를 도시하고 있다.

흡연 물품에 의한 주류연 발생기의 분석을 설명하였지만, 흡연 프로세스 동안 흡연 물품으로부터 전개되는 이차 연기 또는 부류연(sidestream smoke)을 분석하는 것도 바람직할 수 있다. 종래의 흡연 기계에서는, 흡연 기계에서 흡연되는 흡연 물품으로부터 발달하는 부류연을 정확하게 검색하는 것이 어렵다. 도 7에 예시한 바와 같은 본 발명의 잠재적으로 유리한 구현예는, 부류연이 효율적으로 복구되게 할 수도 있다.

포트 모듈의 고정식 외부 링(14)으로부터 연장되어 있는 벽들(200)은 포트 모듈의 회전가능 내부 링(12)을 둘러싸고 있는 밀봉된 영역(210)을 동봉하고 있다. 포트 모듈 내에 수용된 흡연 물품들은, 내부 링(12)으로부터 내측으로 방사상 연장되어 있으며, 따라서 모듈형 흡연 기계의 작동 동안 밀봉된 영역(210) 내에 함유되어 있다. 이러한 내부 영역을 밀봉하여, 부류연 모듈을 사용하여 흡연 기계의 작동 동안 흡연 물품들에 의해 발생되는 임의의 부류연을 추출할 수 있고, 예를 들어 추가 분석 모듈(250)에서, 추출되어 있는 임의의 이러한 부류연을 분석할 수 있다. 따라서, 본원에서 설명하는 바와 같은 모듈형 흡연 시스템은, 복수의 흡연 물품에 의해 발생되는 주류연과 부류연 모두를 동시에 분석할 수도 있다. 또한, 내부 영역을 조작자로부터 밀봉하여, 일부 사용자들에게 바람직한 작동 환경을 제공할 수도 있다.

흡연 시스템의 추가 구성요소들은 시스템의 동작을 완전히 자동화하도록 제공될 수도 있다. 이러한 구성요소들은 추가 모듈들로서 제공될 수도 있다. 도 8은, 다양한 조합으로 사용될 수 있는 가능한 추가 모듈들을 도시하는 개략도이다.

포트 모듈(10)은 변속 모듈(transmission module; 150)에 의해 회전된다. 변속 모듈은 내부 링(12)을 회전시키는 스테퍼 모터 또는 서보 모터일 수도 있다. 변속 모듈은 자동화 모듈(410)에 의해 제어된다. 자동화 모듈은 프로그래밍가능 로직 컨트롤러 또는 마이크로프로세서 실행 소프트웨어를 포함한다. 다른 제어 모듈은, 시스템의 자동 구성을 실행하도록 마이크로프로세서에서 실행되는 소프트웨어를 포함하는 구성 모듈이다.

분석 모듈들(100, 110)은 포트부의 외부면 상의 다른 모듈들과 함께 도시되어 있다. 펌프 모듈(120)은 흡연 물품을 통해 공기를 흡인하는 데 사용된다. 펌프 모듈은 단일 피스톤을 포함할 수도 있고, 또는 연속 흡연을 달성하도록 이중 피스톤을 포함할 수도 있다. 펌프 모듈은 자동화 모듈에 의해 제어되어서 원하는 퍼프 프로파일을 제공하게 된다. 희석 모듈(130)은 에어로졸의 연속 흐름을 희석해서 목표 농도를 달성하는 데 사용된다. 희석은 단일 단계 또는 여러 단계들로 달성될 수도 있다. 폐기 모듈(140)은 폐기 분석산물(waste analysis product)들을 수집한다.

포트부의 내부면 상에는, 사용될 수 있는 복수의 추가 모듈이 있다. 이러한 모듈들도 자동화 모듈(410)에 의해 제어된다. 점화 모듈(320)은 점화 프로토콜에 따라 흡연 물품을 점화한다. 점화는, 흡연 물품이 포트부 상에 있을 때 수행될 수도 있고, 또는 흡연 물품이 포트부 상으로 탑재되기 전에 수행될 수도 있다. 흡연 물품의 유형에 따라, 서로 다른 점화 방법들을 사용할 수도 있다. 탑재 모듈(310)은 흡연 물품을 포트부 상에 탑재한다. 흡연 물품은, 궐련, 또는 전자 흡연 장치, 또는 궐련을 이용한 흡연 장치일 수도 있다. 집기 놓기 모듈(pick and place module; 300)은 흡연 물품을 제품 취급 또는 점화 모듈로부터 탑재 모듈(310)로 이송한다. 재사용가능 흡연 물품들에 대해서는, 집기 놓기 모듈(300)이 흡연 물품을 사용 후에 장치 취급 모듈로 다시 이동시킬 수도 있다. 장치 취급 모듈(360)은, 포트부로부터 떨어져 있는 흡연 장치를 취급하고, 배터리 충전, 장치 검증, 재충진 등의 동작을 수행할 수도 있다. 배출기 모듈(330)은 배출 조건들이 충족되는지 여부를 검증한 후 흡연 물품을 배출한다. 장치 취급 모듈이 시스템 내에 포함되어 있다면, 배출기 모듈은 장치들로부터 궐련을 배출할 수도 있다. 그렇지 않은 경우에는, 배출기 유닛은 흡연 물품들을 흡연 포트들로부터 직접 배출할 수도 있다. 부류 모듈(340)은 흡연 물품 주위의 기류를 제어하고, 부류연을 배기한다. 매거진 모듈(magazine module; 370)은, 한 번의 흡연 실행(smokerun)에 대하여 제한된 개수의 흡연 물품을 함유하고 있다. 흡연 실행은, 세포 또는 동물의 급성, 만성, 또는 아만성 노출이 가능하도록 하루당 수 시간의 흡연에 이르기까지 하나의 흡연 물품의 흡연일 수도 있다. 매거진 모듈은, 흡연 실행의 지속 시간에 따른 용량을 제공하여 이를 지지한다. 매거진 모듈은 시스템의 요구시 흡연 물품들을 방출한다.

폐기 모듈(350)은, 흡연 물품들로부터 재를 수집하고, 사용된 흡연 물품 꽁초들을 폐기 용기 내에 수집한다.

그래픽 유저 인터페이스(GUI) 모듈(440)은, 사용자가 시스템을 제어 및 구성하고 데이터를 볼 수 있도록 제공된다. 또한, GUI 모듈은 사용자 접속 암호의 입력을 요구할 수도 있다.

데이터 모듈들은 흡연 기계 데이터를 기록하고 이송하도록 제공된다. 데이터베이스 모듈(510)은 분석 모듈들로부터 및 나머지 모듈들의 동작으로부터 얻은 데이터를 캡처한다. 데이터 이송 모듈(520)은, 캡처된 데이터 또는 캡처된 데이터의 일부분을 외부 데이터베이스에 자동 이송하도록 제공될 수도 있다.

유틸리티 공급 모듈도 포함될 수도 있다. 유틸리티 공급 모듈은, 분포 그리드를 갖는 유틸리티 공급을 위한 중심 연결부를 포함하고 있으며, 공급될 유틸리티를 조절한다. 예를 들어, 압축 공기에 대해서는, 이것은, 그리드에 연결하기 위한 퀵 커넥터, 압력을 정확하게 설정하고 유지하기 위한 압력 규제기, 및 복수의 연결점을 갖는 분포 라인을 갖는 연결 튜빙이다. 압축 공기를 필요로 하는 각 모듈은, 해당 모듈이 시스템 상에 설치되어 있는 경우 공급 유닛에 연결되는 퀵 커넥터를 갖는 튜빙을 구비하고 있다.

또한, 안전 모듈을 사용할 수도 있다. 안전 모듈은, 인증된 안전 릴레이를 함유하고 있으며, 예를 들어, 조작자가 위험에 노출되지 않는 것을 보장하도록 차광기 또는 자성 접촉부(magnetic contact)를 함유하고 있다. 안전 모듈은, 기계 동역원이나 전원이 조작자에게 영향을 끼칠 수 있기 전에 기계 중단을 보장한다. 안전 모듈은, 예를 들어, 독일 Postfach 23 55, 90713 Furth에 소재하는 Siemens AG, Industry Automation Control Components and Systems Engineering에 의해 시판되고 있는 SIRIUS 3SK1 Safety Relays를 포함할 수 있다.

전술한 예시적인 구현예들은 예시일 뿐이며 한정적인 것이 아니다. 전술한 예시적인 구현예들을 고려할 때, 전술한 예시적인 구현예들과 부합하는 다른 구현예들도 통상의 기술자에게는 자명한 것이다.

10: 포트 모듈
12: 내부 링
13: 내부 링의 내부 표면
14: 외부 링
15: 외부 링의 외부 표면
18: 내부 링의 외부 표면
19: 외부 링의 내부 표면
20: 흡연 물품 포트
30: 분석 포트
40: 흡연 물품
41: 마우스피스 말단
51: 내부 링을 통해 방사상 연장되어 있는 채널
52: 외부 링을 통해 방사상 연장되어 있는 채널
55: 에어로졸 흐름 채널
100: 제1 분석 모듈
110: 제2 분석 모듈
120: 펌프 모듈
140: 폐기 모듈
150: 변속 모듈
160: 지지 모듈
161: 흡연 장치
165: 환형지지부
200: 연장 되어 있는 벽돌
210: 밀봉된 영역
250: 추가 분석 모듈
300: 집기 놓기 모듈
310: 탑재 모듈
320: 점화모듈
330: 배출기 모듈
340: 부류 모듈
350: 폐기 모듈
360: 장치 취급 모듈
370: 매거진 모듈
410: 자동화 모듈
440: 그래픽 유저 인터페이스 모듈
510: 데이터 베이스 모듈
520: 데이터 이송 모듈

Claims

모듈형 흡연 시스템으로,
실질적으로 환형인 포트부, 흡연 물품들을 수용하기 위한 복수의 흡연 물품 포트, 및 복수의 분석 포트를 포함하는 포트 모듈로, 상기 포트부는 내부 표면 및 상기 내부 표면으로부터 방사상 이격되어 있는 외부 표면을 가지고, 상기 포트부를 통해 동일한 치수의 복수의 에어로졸 흐름 채널이 정의될 수 있고, 각 에어로졸 흐름 채널은 상기 포트부의 내부 표면에 위치하는 흡연 물품 포트와 상기 포트부의 외부 표면에 위치하는 분석 포트 사이에서 상기 포트부를 통해 방사상 연장되어 있는 것인, 상기 포트 모듈; 및
상기 포트부의 외부 표면으로부터 방사상 외측으로 위치하고, 흡연 물품 포트에 결합된 흡연 물품에 의해 발생되는 에어로졸의 분석을 위한 분석 포트에 결합가능한, 적어도 하나의 에어로졸 분석 모듈을 포함하는, 모듈형 흡연 시스템.
제1항에 있어서,
제1 분석 포트에 결합가능한 제1 에어로졸 분석 모듈로, 상기 제1 분석 포트는 제1 에어로졸 흐름 채널을 통해 제1 흡연 물품 포트에 연결되어 있는, 상기 제1 에어로졸 분석 모듈; 및
제2 분석 포트에 결합가능한 제2 에어로졸 분석 모듈로, 상기 제2 분석 포트는 제2 에어로졸 흐름 채널을 통해 제2 흡연 물품 포트에 연결되어 있는, 상기 제2 에어로졸 분석 모듈을 포함하고,
상기 제1 흡연 물품 포트와 상기 제1 분석 모듈 사이의 에어로졸 흐름 경로는, 상기 제2 흡연 물품 포트와 상기 제2 분석 모듈 사이의 에어로졸 흐름 경로와 동일한 길이를 갖는, 모듈형 흡연 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 복수의 에어로졸 분석 모듈을 포함하되, 상기 복수의 에어로졸 분석 모듈의 각각은 분석 포트에 결합가능하고, 상기 복수의 에어로졸 분석 모듈의 각각과 결합된 분석 포트 사이의 에어로졸 흐름 경로는 실질적으로 동일한 치수를 갖는, 모듈형 흡연 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 선형 흡연 모드나 회전형 흡연 모드에서 작동가능하고, 에어로졸 흐름 경로는 선형 흡연 모드와 회전형 흡연 모드 모두에서 작동시 동일한 길이를 갖는, 모듈형 흡연 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 두 개의 서로 다른 유형의 에어로졸 분석을 실행하기 위해 적어도 두 개의 서로 다른 유형의 에어로졸 분석 모듈을 포함하는, 모듈형 흡연 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 포트부의 내부 표면은 상기 포트부의 외부 표면으로부터 밀봉된 제1 영역 내에 위치해서, 흡연 물품 포트에 결합되어 있는 동안 흡연 물품의 흡연에 의해 발생되는 이차 에어로졸이 상기 제1 영역 내에 보유되는, 모듈형 흡연 시스템.
제6항에 있어서, 상기 제1 영역 내에 보유된 이차 에어로졸은 분석을 위해 이차 에어로졸 분석 모듈에 이송되는, 모듈형 흡연 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 포트부는 제1 링과 제2 링을 포함하되,
상기 제1 링은, 상기 포트부의 내부 표면을 정의하고, 상기 제1 링의 내부 표면과 외부 표면 사이에서 상기 제1 링을 통해 방사상 연장되어 있는 복수의 채널을 가지고, 상기 제2 링은, 상기 포트부의 외부 표면을 정의하고, 상기 제2 링의 내부 표면과 외부 표면 사이에서 상기 제2 링을 통해 방사상 연장되어 있는 복수의 채널을 가지고, 상기 제1 링을 통해 정의된 복수의 채널은 상기 제2 링을 통해 정의된 복수의 채널과 중첩하게 배치되어서, 에어로졸 흐름 채널들을 정의하는, 모듈형 흡연 시스템.
제8항에 있어서, 상기 제1 링과 제2 링 모두는 고정형이어서, 상기 포트부의 내부 표면에 위치하는 각 흡연 물품 포트가 상기 포트부의 외부 표면에 위치하는 대응하는 분석 포트에 연결되어 있는, 모듈형 흡연 시스템.
제8항에 있어서, 상기 제1 링은 상기 제2 링에 대하여 회전가능해서, 상기 포트부의 내부 표면에 위치하는 각 흡연 물품 포트가 상기 포트부의 외부 표면에 위치하는 복수의 분석 포트 중 임의의 분석 포트에 연결될 수 있는, 모듈형 흡연 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
변속 모듈, 매거진 모듈, 제품 탑재 모듈, 제품 점화 모듈, 제품 배출기 모듈, 폐기물 수집 모듈, 유틸리티 공급 모듈, 부류연 모듈, 구성 모듈, 데이터베이스 모듈, 데이터 이송 모듈, 자동화 모듈, GUI 모듈, 기계 안전 모듈, 집기 놓기 모듈, 장치 취급 모듈, 펌프 모듈, 및 희석 모듈을 포함하는 목록으로부터 선택되는 적어도 하나의 모듈을 더 포함하는, 모듈형 흡연 시스템.
흡연 물품에 의해 발생되는 에어로졸을 분석하는 방법으로,
흡연 기계의 환형 포트부의 내부 표면 상에 위치하는 흡연 물품 포트 내에 상기 흡연 물품의 마우스피스 말단을 위치시켜서 상기 흡연 물품이 상기 포트부로부터 내측으로 방사상 연장되도록 하는 단계,
상기 포트부를 통해 정의된 방사상 연장되어 있는 채널을 통해 상기 흡연 물품에 의해 발생되는 에어로졸을, 상기 포트부의 외부 표면 상에 위치하는 제1 분석 모듈 내로 흡인하고, 상기 포트부의 외부 표면에 대하여 상기 포트부의 내부 표면을 회전시키는 단계, 및
상기 포트부를 통해 정의된 방사상 연장되어 있는 채널을 통해 상기 흡연 물품에 의해 발생되는 에어로졸을, 상기 포트부의 외부 표면 상에 위치하는 제2 분석 모듈 내로 흡인하는 단계를 포함하되, 상기 제2 분석 모듈은 상기 제1 분석 모듈과는 다른 분석을 수행하는, 방법.
제10항에 따른 상기 모듈형 흡연 시스템에서 수행되는, 흡연 물품에 의해 발생되는 에어로졸을 분석하는 방법에 있어서,
흡연 기계의 환형 포트부의 내부 표면 상에 위치하는 흡연 물품 포트 내에 상기 흡연 물품의 마우스피스 말단을 위치시켜서 상기 흡연 물품이 상기 포트부로부터 내측으로 방사상 연장되도록 하는 단계,
상기 포트부를 통해 정의된 방사상 연장되어 있는 채널을 통해 상기 흡연 물품에 의해 발생되는 에어로졸을, 상기 포트부의 외부 표면 상에 위치하는 제1 분석 모듈 내로 흡인하고, 상기 포트부의 외부 표면에 대하여 상기 포트부의 내부 표면을 회전시키는 단계, 및
상기 포트부를 통해 정의된 방사상 연장되어 있는 채널을 통해 상기 흡연 물품에 의해 발생되는 에어로졸을, 상기 포트부의 외부 표면 상에 위치하는 제2 분석 모듈 내로 흡인하는 단계를 포함하되, 상기 제2 분석 모듈은 상기 제1 분석 모듈과는 다른 분석을 수행하는, 방법.
복수의 흡연 물품에 의해 발생되는 에어로졸을 동시에 분석하는 방법으로, 복수의 흡연 물품의 각각의 마우스피스 말단을 흡연 기계의 환형 포트부의 내부 표면 상에 위치하는 복수의 흡연 물품 포트 중 하나에 위치시켜서 상기 복수의 흡연 물품의 각각이 상기 포트부로부터 내측으로 방사상 연장되도록 하는 단계, 및
에어로졸 흐름 경로를 따라 상기 복수의 흡연 물품의 각각에 의해 발생되는 에어로졸을 상기 포트부의 외부 표면 상에 위치하는 대응하는 복수의 분석 모듈의 각각 내로 흡인하는 단계를 포함하되, 상기 복수의 흡연 물품의 각각과 이에 대응하는 분석 모듈 사이의 에어로졸 흐름 경로는 동일한 치수를 갖는, 방법.