KR102543332B1 - 유도 가열 장치, 유도 가열 장치를 포함하는 에어로졸 발생 시스템, 및 유도 가열 장치 작동 방법 - Google Patents

유도 가열 장치, 유도 가열 장치를 포함하는 에어로졸 발생 시스템, 및 유도 가열 장치 작동 방법 Download PDF

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Abstract

유도 가열 장치(100), 에어로졸 발생 시스템, 및 유도 가열 장치 작동 방법으로, 유도 가열 장치(100)는 에어로졸 형성 기재(20) 및 서셉터(1,4)를 포함하고 있는 에어로졸 발생 물품(10)을 수용하도록 구성되어 있으며, 유도 가열 장치(100)는, 에어로졸 발생 물품(10)이 유도 가열 장치(100)에 의해 수용될 때 서셉터(1,4)를 가열하도록 구성되어 있다. 유도 가열 장치(100)는: DC 공급 전압(VDC) 및 전류(IDC)를 제공하기 위한 DC 전력 공급부(150); DC 전력 공급부(150)에 연결된 DC/AC 변환기(162)를 포함하고 있는 전력 공급 전자기기(160); 및 DC/AC 변환기(162)에 연결되어 있고 에어로졸 발생 물품(10)이 유도 가열 장치(100)에 의해 수용될 때 에어로졸 발생 물품(10)의 서셉터(1, 4)에 유도 결합하도록 배열되어 있는 인덕터(110)를 포함하고 있다. 전력 공급 전자기기는(160)는: 에어로졸 발생 물품(10)이 유도 가열 장치(100)에 의해 수용될 때, 에어로졸 발생 물품(10)의 서셉터(1, 4)를 가열하기 위해, DC/AC 변환기(162)를 통해, DC 전력 공급부(150)로부터 인덕터(110)로 전력을 공급하도록 구성되어 있으며, 전력 공급은 시간 간격만큼 분리되어 있는 복수의 펄스로 제공되고 있다. 펄스는 2개 이상의 가열 펄스 및 순차적인 가열 펄스 사이에 하나 이상의 프로브 펄스를 포함하고 있다. 전력 공급 전자기기(160)는 하나 이상의 프로브 펄스 중 하나 이상에서 DC 전력 공급부(150)로부터 공급되는 전류의 하나 이상의 측정치에 기초하여 순차적인 가열 펄스 사이의 시간 간격의 지속 시간을 제어하도록 추가로 구성되어 있다.

Description

유도 가열 장치, 유도 가열 장치를 포함하는 에어로졸 발생 시스템, 및 유도 가열 장치 작동 방법
본 발명은 에어로졸 형성 기재를 가열하기 위한 유도 가열 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 유도 가열 장치를 포함하는 에어로졸 발생 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 에어로졸 발생 시스템을 작동시키는 방법에 관한 것이다.
에어로졸 형성 기재를 갖는 에어로졸 발생 물품 및 에어로졸 형성 기재를 가열하도록 구성되어 있는 전기 작동식 열원을 포함하고 있는 전기 작동식 에어로졸 발생 시스템이 당업계에 공지되어 있다. 이러한 시스템은 통상적으로 열원으로부터 에어로졸 형성 기재까지 열을 전달하여 에어로졸을 발생시키고, 에어로졸 발생 물품을 통해 흡인된 공기에 연행되는 에어로졸 형성 기재로부터 휘발성 화합물을 방출하고, 냉각되고 응축되어 사용자에 의해 흡입될 수 있는 에어로졸을 형성한다.
일부 전기 작동식 에어로졸 발생 시스템은 유도 가열 장치 또는 유도원을 갖는 전기 작동식 에어로졸 발생 장치를 포함하고 있다. 유도 가열 장치는 서셉터에 결합되도록 구성되어 있는 유도원을 통상적으로 포함하고 있다. 유도원은 교류 전자기장을 생성하고, 이는 서셉터 내에서 와전류를 유도한다. 유도된 와전류는 옴 또는 저항 가열을 통해 서셉터를 가열한다. 서셉터는 히스테리시스 손실의 결과로 더 가열된다.
유도 가열 장치를 포함하고 있는 전기 작동식 에어로졸 발생 시스템은 또한 에어로졸 형성 기재와 에어로졸 형성 기재에 열적으로 근접한 서셉터를 갖는 에어로졸 발생 물품을 포함하고 있다. 이들 시스템에서, 유도원은 서셉터 내에서 와전류를 유도하는 교류 전자기장을 발생시킨다. 유도된 와전류는 서셉터를 가열하며, 결국 에어로졸 형성 기재를 가열한다. 통상적으로, 서셉터는 에어로졸 형성 기재와 직접 접촉하고, 열은 주로 전도에 의해 서셉터로부터 에어로졸 형성 기재로 전달된다. 유도 가열 장치와 서셉터를 갖는 에어로졸 발생 물품을 갖는 전기 작동식 에어로졸 발생 시스템의 예는 WO-A1-95/27411 및 WO-A1-2015/177255에 기술되어 있다.
전기 작동식 에어로졸 발생 시스템의 하나의 목표는, 일부 에어로졸 형성 기재의 연소 및 열분해 감성의 공지된 유해한 부산물을 감소시키는 것이다. 이와 같이, 이들 시스템이 에어로졸 형성 기재가, 에어로졸 형성 기재가 연소될 수 있는 온도로 가열되지 않는 것을 보장하는 에어로졸 형성 기재의 온도를 모니터링하는 것이 바람직하다.
에어로졸 형성 기재와 직접 접촉하는 서셉터를 갖는 에어로졸 발생 물품에서, 서셉터의 온도는 에어로졸 형성 기재의 온도를 나타낸다고 가정될 수 있다. 이러한 가정을 사용하여, 에어로졸 형성 기재의 온도는 서셉터의 온도를 모니터링함으로써 모니터링될 수 있다.
통상적으로, 유도 가열 장치에 결합된 에어로졸 발생 물품 내의 서셉터는, 유도 가열 장치 내의 회로에 직접 물리적으로 연결되지 않는다. 결과적으로, 유도 가열 장치가 서셉터의 전기량, 예컨대 전기 저항을 직접 모니터링하고, 전기량과 온도 사이의 알려진 상관 관계로부터 서셉터의 온도를 연산하는 것은 불가능하다.
그러나, 서셉터의 전기량의 직접적인 측정이 없이 서셉터의 온도를 결정하기 위한 일부 선행 기술이 존재한다. 예를 들어, WO-A1-2015/177255, WO-A1-2015/177256 및 WO-A1-2015/177257에서, DC 전력 공급부, 인덕터, 및 인덕터에 연결된 서셉터의 겉보기 저항을 결정하기 위해 DC 전력 공급부에 걸쳐 DC 전압 및 전류를 측정하도록 구성되어 있는 회로를 갖는 장치를 포함하고 있는, 전기 작동식 에어로졸 발생 시스템이 제안된다. 전술한 문헌에서 기술된 바와 같이, 놀랍게도, 서셉터의 겉보기 저항은 서셉터의 특정 온도 범위에 걸쳐 서셉터의 온도에 따라 엄격하게 단조로운 관계 하에 변할 수 있는 것이 밝혀졌다. 엄격하게 단조로운 관계는, 겉보기 저항의 결정으로부터 서셉터의 온도를 명백하게 결정하게 한다. 이는 겉보기 저항의 각각의 결정된 값이 온도의 단지 하나의 단일 값(single value)을 나타내기 때문에, 관계에 모호함이 없다. 서셉터의 온도와 겉보기 저항 간의 단조로운 관계는 서셉터 온도의 결정 및 제어를 가능하게 하고 이에 따라 에어로졸 형성 기재의 온도의 결정 및 제어를 가능하게 한다.
유도 가열 장치를 갖는 전기 작동식 에어로졸 발생 시스템에서 에어로졸 형성 기재의 온도의 결정 및 제어를 개선할 기회가 존재한다. 특히, 유도 가열 장치와 서셉터를 갖는 에어로졸 발생 물품 간의 상호 작용을 개선할 기회가 존재한다.
유도 가열 장치, 및 구현하기 쉽고, 신뢰할 만하고 저렴한 서셉터를 갖는 에어로졸 발생 물품을 포함하고 있는 전기 작동식 에어로졸 발생 시스템에 온도 모니터링 및 제어 기능을 제공하는 것이 바람직할 것이다. 또한, 구현하기 쉽고, 신뢰성 있고 저렴한 유도 가열 수단을 포함하고 있는 에어로졸 발생 장치에 퍼프 검출 기능을 제공하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 제1 측면에 따르면, 에어로졸 형성 기재 및 에어로졸 형성 기재에 열적으로 인접하는 서셉터를 포함하고 있는 에어로졸 발생 물품을 수용하도록 구성되어 있는 유도 가열 장치가 제공되어 있으며, 유도 가열 장치는 유도 가열 장치에 의해 에어로졸 발생 물품이 수용될 때 서셉터를 가열하도록 구성되어 있으며, 유도 가열 장치는: DC 공급 전압 및 전류를 제공하기 위한 DC 전력 공급부; 및 전력 공급 전자기기를 포함하고 있다. 전력 공급 전자기기는: DC 전력 공급부에 연결된 DC/AC 변환기; 및 DC/AC 변환기에 연결되어 에어로졸 발생 물품이 상기 유도 가열 장치에 의해 수용될 때, 에어로졸 발생 물품의 서셉터에 유도 결합되도록 배치되는 인덕터를 포함하고 있다. 전력 공급 전자기기는: 에어로졸 발생 물품이 유도 가열 장치에 의해 수용될 때, 에어로졸 발생 물품의 서셉터를 가열하기 위해, DC/AC 변환기를 통해, DC 전력 공급부로부터 인덕터까지 전력을 공급하고(전력 공급은 시간 간격으로 분리된 복수의 펄스에서 제공됨), 펄스는 둘 이상의 가열 펄스(heating pulse) 및 순차적인(successive) 가열 펄스 사이의 하나 이상의 프로브 펄스(probing pulse)를 포함하고 있다. 전력 공급 전자기기는 또한 하나 이상의 프로브 펄스의 하나 이상으로 DC 전력 공급부로부터 공급되는 전류의 하나 이상의 측정치에 기초하여 순차적인 가열 펄스 사이의 시간 간격의 지속 시간을 제어하도록 구성되어 있다.
시간 간격으로 분리된, 복수의 펄스로 DC 전력 공급부로부터 인덕터에 전력을 공급하는 것은, 유도 가열 장치에 의해 수용된 에어로졸 발생 물품에서 서셉터 및 에어로졸 형성 기재의 가열에 대한 정밀한 제어를 전력 공급 전자기기가 제공하는 것을 가능하게 한다.
DC 전력 공급부로부터 인덕터까지 공급된 전력의 각 펄스 동안, 인덕터는 인덕터에 결합된 에어로졸 발생 물품의 서셉터 내에 와전류를 유도하는 AC 전자기장을 발생시킨다. 서셉터 내의 와전류는 서셉터를 가열하며, 결과적으로 물품의 에어로졸 형성 기재를 가열한다.
DC 전력 공급부로부터의 순차적인 전력 펄스들 간의 시간 간격 동안, DC 전력 공급부로부터 인덕터까지의 전력 공급이 차단된다. 이와 같이, 인덕터는 AC 전자기장을 발생시키지 않거나 감소된 자기장 강도로 AC 전자기장을 발생시킨다. 따라서, DC 전력 공급부로부터 인덕터까지의 순차적인 전력 펄스 간의 시간 간격 동안, 인덕터에 결합된 서셉터는 유도된 와전류에 의해 가열되지 않거나 덜 가열되고 냉각될 기회가 제공된다.
용어 ‘차단하다’는, 교류 전자기장이 인덕터에 의해 효과적으로 발생되지 않도록 DC 전력 공급부로부터 DC 전력의 공급이 중단되거나 감소되는 구현예를 커버하도록 본원에서 사용된다. 유사하게, 용어 ‘재개되다’는, 교류 전자기장이 인덕터에 결합된 서셉터의 가열을 야기하기에 충분한 인덕터에 의해 교류 전자기장이 발생되도록 DC 전력 공급부로부터의 전력 공급이 시작되거나 증가되는 구현예를 커버하도록 본원에서 사용된다.
용어 ‘순차적인’은 본원에서 시리즈로 또는 시퀀스로 된 연속적인, 인접하는 또는 이웃하는 값을 지칭하기 위해 사용된다.
본 발명의 유도 가열 장치의 전력 공급 전자기기는 시간 간격으로 분리된 일련의 또는 시퀀스의 가열 펄스로 DC 전력 공급부로부터 인덕터에 전력을 공급하도록 구성되어 있다. 순차적인 가열 펄스 사이의 시간 간격 동안, 전력 공급 전자기기는 하나 이상의 프로브 펄스로 DC 전력 공급부로부터 인덕터에 전력을 공급하도록 구성되어 있다. 일련의 2개 이상의 프로브 펄스가 순차적인 가열 펄스들 사이에 제공되는 경우, 프로브 펄스는 펄스 시간 간격으로 분리된다.
이후 더욱 상세히 기술되는 바와 같이, 가열 펄스는 일반적으로 인덕터에 결합된 서셉터의 온도를 상승시키거나 유지하도록 의도된다. 인덕터로의 전력 공급이 차단되는 가열 펄스 사이의 시간 간격은 서셉터가 냉각될 수 있게 하도록 의도된다. 이러한 가열 및 냉각 사이클은 서셉터의 온도가 유도 가열 장치에 의해 수용된 에어로졸 발생 물품의 에어로졸 형성 기재로부터 에어로졸의 발생을 위한 최적의 온도 범위와 같은, 원하는 온도 범위 내에서 유지될 수 있게 한다.
순차적인 가열 펄스 사이의 시간 간격으로 인덕터에 공급되는 프로브 펄스는 서셉터가 냉각됨에 따라, 인덕터에 결합된 서셉터의 온도의 간접 표시를 제공하도록 의도된다. 프로브 펄스는 DC 전력 공급부로부터 인덕터에 공급된 전류를 측정하여 인덕터에 결합된 서셉터의 온도를 간접적으로 모니터링하도록 의도된다. 프로브 펄스는 인덕터에 결합된 서셉터의 온도를 실질적으로 상승시키도록 의도된 것이 아니다. 이와 같이, 프로브 펄스의 지속 시간은 통상적으로 가열 펄스의 지속 시간보다 작다. 또한, 일련의 2개 이상의 프로브 펄스가 순차적인 가열 펄스 사이에 제공되는 경우, 프로브 펄스 시간 간격(즉, 프로브 펄스 사이의 시간 간격)의 지속 시간은 통상적으로 프로브 펄스의 지속 시간보다 길다.
, 가열 펄스의 지속 시간에 비해 상대적으로 짧은 프로브 펄스를 제공하고, 프로브 펄스의 지속 시간에 비해서,순차적인 프로브 펄스 사이에 상대적으로 긴 프로브 펄스 시간 간격을 제공하면, 순차적인 가열 펄스 사이의 시간 간격 동안 공급되는 평균 전력이 각각의 가열 펄스 동안 인덕터에 공급되는 전력에 비해 상대적으로 낮도록 보장한다. 이와 같이, 인덕터에 결합된 서셉터는, 프로브 펄스의 존재에도 불구하고 가열 펄스 사이의 시간 간격으로 냉각될 수 있다.
가열 펄스 사이의 시간 간격 동안 인덕터에 결합된 서셉터의 온도를 모니터링하는 것은 인덕터에 결합된 서셉터의 온도에 대한 특히 미세한 제어를 가능하게 할 수 있다. 이는 전력 공급 전자기기가 급하고 예기치 않은 온도 변화에 빠르게 반응하게 할 수 있다.
순차적인 가열 펄스 사이의 시간 간격에서 인덕터에 공급된 프로브 펄스의 전류 측정치에 기초하여 순차적인 가열 펄스 사이의 시간 지속 기간을 제어하는 것은 선행 기술의 장치에 비해 여러 장점들을 제공할 수 있으며, 이는 아래에서 상세히 설명될 것이다.
전력 공급 전자기기는 특히 가열 펄스 후에 하나 이상의 프로브 펄스 중 하나 이상에서 DC 전력 공급부로부터 공급된 전류의 측정치에 기초하여 순차적인 가열 펄스 사이의 시간 간격의 지속 시간을 제어하도록 구성되어 있다. 전술한 선행 기술의 문헌에서 설명된 바와 같이, DC 전력 공급부로부터 공급된 전류는 인덕터에 결합된 서셉터의 온도 및 겉보기 저항과 관련되는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 본 발명의 전력 공급 전자기기는 인덕터에 결합된 서셉터의 온도에 간접적으로 기초하여 DC 전력 공급부에 의해 공급되는 전력의 순차적인 가열 펄스 사이의 시간 간격의 지속 시간을 제어하도록 구성되어 있다. 순차적인 가열 펄스 사이의 각각의 프로브 펄스에 대해 측정된 전류는 인덕터에 결합된 서셉터의 온도의 간접 측정치를 제공한다.
서셉터의 온도에 기초하여 순차적인 가열 펄스 사이에서의 시간 간격의 지속 시간을 제어하여, 본 발명의 유도 가열 장치는 가열 사이클 동안 인덕터에 결합된 에어로졸 발생 물품의 서셉터의 온도 변동을 보상할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 유도 가열 장치는, 서셉터에 결합된 서셉터의 온도가 최대 임계에 도달하거나 최대 임계를 초과하여 상승하도록 결정되면, 순차적인 펄스 사이의 시간 간격 지속 시간을 증가시키도록 구성될 수 있고, 인덕터에 결합된 서셉터의 온도가 최소 임계에 도달하거나 최소 임계 미만으로 떨어지는 것처럼 보이는 경우 순차적인 펄스 사이의 시간 간격 지속 시간을 감소시키도록 구성될 수 있다.
본 발명의 유도 가열 장치는 다른 공지된 유도 가열 장치와 비교하여, 유도 가열 장치에 의해 수용된 에어로졸 발생 물품의 에어로졸 형성 기재가 가열되는 것을 개선하여 제공할 수 있다. 본 발명의 유도 가열 장치는 선행 기술의 유도 가열 장치와 비교하여 개선된 에어로졸 발생 및 개선된 사용자 경험을 더 제공할 수 있다.
소정의 에어로졸 형성 기재는 좁은 온도 범위에서만 가열될 때 충분하거나 만족스러운 에어로졸을 발생시킬 수 있다. 이와 같이, 이들 에어로졸 형성 기재는 인덕터에 결합된 서셉터의 가열을 미세하거나 면밀하게 제어하는 것을 가능하게 하지 않는 유도 가열 장치와 함께 사용하기에 적합하지 않을 수 있다. 본 발명의 유도 가열 장치는 인덕터에 결합된 서셉터의 가열의 개선된, 미세하거나 면밀한 제어를 제공하며, 본 발명의 유도 가열 장치는 이러한 에어로졸 형성 기재를 포함하고 있는 에어로졸 발생 물품과 함께 사용될 수 있게 한다.
일부 에어로졸 형성 기재는 특정 온도 범위, 예컨대 약 200℃ 내지 약 240℃에서만 만족스러운 에어로졸을 발생시킬 수 있다. 따라서, 일부 구현예에서, 유도 가열 장치는 특정 온도나 그 부근 또는 특정 온도 범위 내에서 인덕터에 결합된 서셉터의 온도를 유지하도록 구성될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 ‘유도 가열 장치는 교류 전자기장을 발생시키는 유도원을 포함하고 있는 장치를 설명하는 데에 사용된다. 유도원은 서셉터와 결합하고 상호 작용할 수 있다. 유도원의 교번 자기장은 저항 가열을 통해 서셉터를 가열할 수 있는 서셉터에 와전류를 발생시킬 수 있다. 서셉터는 또한 히스테리시스 손실의 결과로서 더 가열될 수 있다.
본원에서 사용하는 바와 같이, 용어 ‘에어로졸 발생 장치’ 또는 ‘전기 작동식 에어로졸 발생 장치’는, 에어로졸 형성 기재를 갖는 에어로졸 발생 물품의 에어로졸 형성 기재와 상호 작용하여 에어로졸을 발생시키는 장치를 기술하는 데 사용된다. 에어로졸 발생 장치는 에어로졸 발생 물품과 상호 작용하여 사용자의 입을 통해서 사용자의 폐 속으로 직접 흡입될 수 있는 에어로졸을 발생시키는 장치일 수 있다. 에어로졸 발생 장치는 에어로졸 발생 물품 용 홀더일 수 있다. 에어로졸 발생 장치는 유도 가열 장치일 수 있고 유도원을 포함할 수 있다.
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 ‘에어로졸 발생 물품’은 에어로졸 형성 기재를 포함하고 있는 물품을 기술하는 데 사용된다. 특히, 본 발명과 관련하여 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 ‘에어로졸 발생 물품’은 에어로졸 형성 기재 및 에어로졸 형성 기재와 열 연통하는 서셉터를 포함하고 있는 물품을 의미하는 데 사용된다.
에어로졸 발생 물품은 유도형 열원을 포함하고 있는 전기 작동식 에어로졸 발생 장치와 체결되도록 디자인될 수 있다. 유도 열원, 또는 인덕터는, 에어로졸 발생 물품이 변동 전자기장 내에 위치될 때 서셉터를 가열하기 위해 변동 전자기장을 발생시킬 수 있다. 사용 시, 에어로졸 발생 물품은, 서셉터가 인덕터에 의해 발생된 변동 전자기장 속에 위치하도록 전기 작동식 에어로졸 발생 장치와 체결될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 ‘에어로졸 형성 기재’는 에어로졸을 형성할 수 있는, 가열 시에 휘발성 화합물을 방출할 수 있는 기재를 설명하는 데에 사용된다. 본원에서 기재된 에어로졸 발생 물품의 에어로졸 형성 기재에서 발생된 에어로졸은 가시적 또는 비가시적일 수도 있고, 증기(예를 들면, 실온에서는 보통 액체 또는 고체인, 기체 상태에 있는 물질의 미립자)뿐만 아니라, 기체 및 응축된 증기의 액적을 포함할 수도 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 ‘서셉터’는 전자기 에너지를 열로 변환할 수 있는 물질을 기술하는 데 사용된다. 변동 전자기장 내에 위치될 경우 서셉터 내에 유도된 와전류는 서셉터를 가열한다. 또한, 서셉터 내부의 히스테리시스 손실은 서셉터를 추가로 가열한다. 서셉터가 에어로졸 형성 기재와 열 접촉하거나 근접하기 때문에, 에어로졸 형성 기재가 서셉터에 의해 가열된다.
용어 ‘열적 근위’는 본 명세서에서 서셉터 및 에어로졸 형성 기재를 참조하여, 적절한 양의 열이 서셉터로부터 에어로졸 형성 기재까지 전달되어 에어로졸을 생성시키도록, 서셉터가 에어로졸 형성 기재에 대해 상대적으로 위치하고 있다는 것을 의미하도록 사용된다. 예를 들어, 용어 ‘열적 근위’는 서셉터가 에어로졸 형성 기재와 물리적으로 접촉하는 구현예를 포함하는 것을 의미한다. 용어 ‘열적 근위’는 또한 서셉터가 에어로졸 형성 기재로부터 이격되고 대류나 복사를 통해 적절한 양의 열을 에어로졸 형성 기재까지 전달하도록 구성되어 있는 구현예를 포함하는 것을 의미한다.
전력 공급 전자기기는 시간 간격으로 분리된 2개 이상의 가열 펄스, 및 순차적인 가열 펄스 사이의 시간 간격으로 하나 이상의 프로브 펄스로 인덕터에 전력을 공급하도록 구성되어 있다. 전력 공급 전자기기는 임의의 적절한 수의 가열 펄스를 공급하도록 구성될 수 있다. 전력 공급 전자기기는 가열 펄스의 세트 또는 그룹을 공급하도록 구성될 수 있다. 가열 펄스의 세트 또는 그룹은 임의의 적절한 수의 가열 펄스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 가열 펄스의 세트 또는 그룹은 2개 내지 20개의 가열 펄스를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 가열 펄스의 수는 에어로졸 발생 경험을 위해 미리 결정될 수 있다. 일부 구현예에서, 에어로졸 발생 경험에서의 가열 펄스의 수는 가변적일 수 있다. 에어로졸 발생 경험에서의 가열 펄스의 수는 사용자에 의해 제어가능한 것일 수 있다. 전력 공급 전자기기는 순차적인 가열 펄스 사이에 임의의 적절한 수의 프로브 펄스를 공급하도록 구성될 수 있다. 전력 공급 전자기기는 순차적인 가열 펄스들 사이에 프로브 펄스의 세트 또는 그룹을 공급하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프로브 펄스의 세트 또는 그룹은 1 내지 50개의 프로브 펄스를 포함할 수 있다. 순차적인 가열 펄스 사이의 프로브 펄스의 수는 가변적일 수 있다.
전력 공급 전자기기는 순차적인 펄스 사이의 시간 간격의 지속 시간을 제어하도록 구성되어 있다. 인덕터에 결합된 서셉터가 순차적인 가열 펄스 사이의 시간 간격에 걸쳐서 냉각될 수 있게 하기 때문에, 전력 공급 전자기기는 순차적인 가열 펄스 사이의 시간 간격의 지속 시간을 제어하여 시리즈의 다음 가열 펄스의 시작시 서셉터의 온도를 조정하도록 구성될 수 있다. 일부 구현예에서, 가열 펄스의 지속 시간은 실질적으로 고정되거나 일정할 수 있다. 그러나, 통상적으로 가열 펄스의 지속 시간은 고정되지 않는다. 이후 더욱 상세히 기술되는 바와 같이, 전력 공급 전자기기는 가열 펄스에서 DC 전력 공급부에 의해 공급되는 전류의 하나 이상의 측정치에 기초하여 각각의 가열 펄스의 지속 시간을 제어하도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 각각의 가열 펄스의 지속 시간은 가열 펄스에서 서셉터의 온도에 의존할 수 있다.
가열 펄스의 지속 시간 및 순차적인 가열 펄스 사이의 시간 간격의 지속 시간의 독립적인 조정은 인덕터에 결합된 서셉터의 특히 효과적이고 효율적인 가열을 제공하며 서셉터에 열적 근위에 있는 에어로졸 형성 기재로부터 만족스러운 에어로졸을 생성할 수 있다.
2개의 순차적인 가열 펄스 사이의 시간 간격 동안, 인덕터에 결합된 서셉터가 냉각되게 한다. 2개의 순차적인 펄스 사이의 시간 간격의 지속 시간은, 만족스러운 에어로졸의 발생을 위해 서셉터가 최대 온도 미만으로 냉각될 수 있을 만큼 이상적으로 충분히 길지만, 만족스러운 에어로졸의 발생을 위해 서셉터가 최소 온도 미만으로 냉각될 수 있을 만큼 길지는 않다. 이와 같이, 각각의 서셉터 및 에어로졸 형성 기재 배치는 순차적인 가열 펄스 사이에서 시간 간격 동안 상이하고 특정한 이상적인 지속 시간을 가질 수 있다.
DC 전력 공급부로부터의 전류의 변동은 서셉터 또는 에어로졸 발생 물품의 변화를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 가열 펄스 또는 프로브 펄스에서 측정된 전류의 급격한 증가는 서셉터가 급하게 냉각되었음을 나타낼 수 있다. 서셉터의 신속한 냉각은 사용자에 의해 에어로졸 발생 물품 상의 퍼프 동안 서셉터에 걸쳐 흡인되는 공기에 의해 발생할 수 있다. 이와 같이, 유도 가열 장치의 전력 공급 전자기기는 DC 전력 공급부로부터 공급된 전류의 측정치의 변동에 기초하여 퍼프를 검출하도록 구성될 수 있다.
통상적으로, DC 전력 공급부는 DC 전력 공급부로부터 인덕터에 전력이 공급될 때 일정한 전압을 공급한다. 통상적으로, DC 전력 공급부에 의해 공급되는 전압은 각각의 펄스에서 실질적으로 유사하다. DC 전력 공급부에 의해 공급되는 전압은 각각의 가열 펄스에서 실질적으로 유사할 수 있다. DC 전력 공급부에 의해 공급되는 전압은 각각의 프로브 펄스에서 실질적으로 유사할 수 있다. 각각의 프로브 펄스에서 DC 전력 공급부에 의해 공급되는 전압은 각각의 가열 펄스에서 DC 전력 공급부에 의해 공급되는 전압과 실질적으로 동일할 수 있다. 그러나, 일부 구현예에서, 각각의 프로브 펄스에서 DC 전력 공급부에 의해 공급되는 전압은 각 가열 펄스에서 DC 전력 공급부에 의해 공급되는 전압보다 낮을 수 있다.
프로브 펄스는 임의의 적절한 지속 시간을 가질 수 있다. 2개 이상의 프로브 펄스가 2개의 순차적인 가열 펄스 사이의 시간 간격으로 DC 전력 공급부로부터 인덕터에 공급되는 경우, 각각의 프로브 펄스는 실질적으로 유사한 지속 시간을 가질 수 있다. 각각의 프로브 펄스의 지속 시간은 프로브 펄스 지속 시간과 실질적으로 동일할 수 있다. 프로브 펄스 지속 시간은 미리 결정된 값일 수 있다. 프로브 펄스 지속 시간은 전력 공급 전자기기의 메모리에 저장될 수 있다. 프로브 펄스 지속 시간은 약 2 밀리초 내지 약 20 밀리초 또는 약 5 밀리초 내지 약 15 밀리초일 수 있다. 프로브 펄스 지속 시간은 약 10밀리초 사이일 수 있다. 프로브 펄스 지속 시간은 통상적으로 가열 펄스의 지속 시간보다 실질적으로 짧아서, 프로브 펄스가 인덕터에 결합된 서셉터의 온도를 실질적으로 증가시키지 않게 된다.
2개 이상의 프로브 펄스가 2개의 순차적인 가열 펄스 사이의 시간 간격에서 DC 전력 공급부로부터 인덕터에 공급되는 경우, 순차적인 프로브 펄스는 프로브 펄스 시간 간격으로 분리될 수 있다. 프로브 펄스 시간 간격은 미리 결정된 값일 수 있다. 프로브 펄스 시간 간격은 전력 공급 전자기기의 메모리에 저장될 수 있다. 통상적으로, 프로브 펄스 시간 간격 지속 시간은 프로브 펄스 지속 시간보다 길어서, 인덕터에 결합된 서셉터가 프로브 펄스 사이에서 냉각될 수 있게 한다. 프로브 펄스 시간 간격은 실질적으로 일정하거나 고정된 것일 수 있다. 프로브 펄스 시간 간격은 약 50 밀리초 내지 약 50 밀리초 또는 약 70 밀리초 내지 약 120 밀리초일 수 있다. 프로브 펄스 시간 간격 지속 시간은 약 90 밀리초일 수 있다.
일련의 2개 이상의 프로브 펄스가 2개의 순차적인 가열 펄스 사이의 시간 간격에서 DC 전력 공급부로부터 인덕터에 공급되고, 각각의 프로브 펄스가 프로브 펄스 시간을 가지고 순차적인 프로브 펄스가 프로브 펄스 시간 간격으로 분리되는 경우, 일련의 또는 시퀀스의 프로브 펄스는 실질적으로 규칙적일 수 있다. 전력 공급 전자기기는, 가열 펄스의 종료 후에 프로브 펄스 시간 간격이 경과한 후에 시리즈의 제1 프로브 펄스를 공급하도록 구성될 수 있다. 전력 공급 전자기기는, 순차적인 가열 펄스 사이의 시간 간격이 경과했을 때, 시리즈의 최종 프로브 펄스의 종료 후에 프로브 펄스 시간 간격이 경과한 후에 다음 가열 펄스를 공급하도록 구성될 수 있다.
일부 구현예에서, 순차적인 가열 펄스 사이의 프로브 펄스의 수는 고정된 것일 수 있다. 그러나, 통상적으로, 순차적인 가열 펄스 사이의 프로브 펄스의 수는 고정된 것이 아니다. 통상적으로, 순차적인 가열 펄스 사이의 프로브 펄스의 수는 순차적인 가열 펄스 사이의 서셉터의 냉각 속도에 의존한다.
일부 구현예에서, 전력 공급 전자기기는 순차적인 가열 펄스 사이에서 DC 전력 공급부로부터 인덕터에 규칙적인 시리즈 또는 시퀀스의 프로브 펄스를 공급하도록 구성되어 있다. 각각의 프로브 펄스는 프로브 펄스 지속 시간과 실질적으로 동일한 지속 시간을 가질 수 있고 순차적인 프로브 펄스 사이의 시간 간격은 프로브 펄스 시간 간격과 실질적으로 동일할 수 있다. 이들 구현예에서, 순차적인 가열 펄스 사이에서 인덕터에 공급되는 프로브 펄스의 수는 순차적인 가열 펄스 사이의 결정된 시간 간격에 의존한다.
일부 구현예에서, 가열 펄스는 적어도 제1 가열 펄스 및 제1 가열 펄스로부터 시간 간격만큼 분리된 제2 가열 펄스를 포함하고 있다. 전력 공급 전자기기는 제1 가열 펄스 및 제2 가열 펄스 사이의 시간 간격에서 하나 이상의 프로브 펄스로 DC 전력 공급부로부터 인덕터에 전력을 공급하도록 구성될 수 있다. 또한 전력 공급 전자기기는 하나 이상의 프로브 펄스에서 DC 전력 공급부로부터 공급되는 전류의 측정치에 기초하여 제1 및 제2 가열 펄스 사이의 시간 간격의 지속 시간을 제어하도록 구성될 수 있다.
일부 구현예에서, 전력 공급 전자기기는 하나 이상의 프로브 펄스에서의 전류의 하나 이상의 측정치를 하나 이상의 목표 조건에 비교하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 프로브 펄스에서 DC 전력 공급부에 의해 공급되는 전류의 측정치는 다음 가열 펄스가 개시되기 전에 하나 이상의 목표 조건을 충족시키도록 요구될 수 있다. 이와 같이, 전력 공급 전자기기는 하나 이상의 목표 조건에 하나 이상의 프로브 펄스에서의 전류의 하나 이상의 측정치를 비교한 것에 기초하여 순차적인 가열 펄스 사이의 시간 간격의 지속 시간을 제어하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 목표 조건은 전력 공급 전자기기의 메모리 상에 저장될 수 있다.
목표 조건은 임의의 적합한 목표 조건일 수 있다.
목표 조건은 하나 이상의 프로브 펄스에서 전류의 측정치를 절대값에 비교하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 목표 조건은 참조 전류 값과 실질적으로 같거나 초과하는 프로브 펄스에서 전류의 측정치를 포함할 수 있다. 참조 전류 값은 전력 공급 전자기기의 메모리에 저장될 수 있다. 전력 공급 전자기기는, 프로브 펄스에서 측정된 전류가 참조 전류 값과 실질적으로 같거나 초과하면 제2 가열 펄스에서 DC 전력 공급부로부터 인덕터에 전력을 공급하도록 구성될 수 있다.
목표 조건은 일련의 프로브 펄스에서 순차적인 프로브 펄스에 대한 전류의 측정치 사이의 비교와 같은, 상대 값 또는 조건을 포함할 수 있다. 예를 들어, 목표 조건은 일련의 프로브 펄스에서 순차적인 프로브 펄스에 대한 전류의 측정치의 감소를 포함할 수 있다. 전력 공급 전자기기는 순차적인 프로브 펄스에 대하여 측정된 전류가 감소하면 제2 가열 펄스에서 DC 전력 공급부로부터 인덕터에 전력을 공급하도록 구성될 수 있다.
일부 구현예에서, 목표 조건은 시퀀스 또는 일련의 조건 또는 목표를 포함할 수 있다. 전력 공급 전자기기는 순차적인 프로브 펄스에서의 전류의 측정치를 시퀀스 또는 일련의 목표 조건들의 각각과, 즉, 시퀀스 또는 시리즈의 순서대로, 비교하도록 구성될 수 있다.
일부 구현예에서, 전력 공급 전자기기는, 일련의 프로브 펄스에서 측정된 전류가 일련의 프로브 펄스에서 최소 전류라고 결정하고, 일련의 프로브 펄스에서 최소 전류가 발생된 것으로 결정되면 제2 가열 펄스에서 인덕터에 전력을 공급하도록 구성될 수 있다. 전력 공급 전자기기는 일련의 프로브 펄스에서 측정된 전류가 임의의 적절한 방식으로 일련의 프로브 펄스에서 최소 전류인지를 결정하도록 구성될 수 있다. 전력 공급 전자기기는, 일련의 프로브 펄스에서 순차적인 프로브 펄스를 비교하고, 제1 쌍의 순차적인 프로브 펄스에서 DC 전력 공급부로부터 공급된 전류가 순차적인 프로브 펄스 사이에서 감소하는지 결정하고, 제2 쌍의 순차적인 프로브 펄스에서 DC 전력 공급부로부터 공급된 전류가 순차적인 프로브 펄스 사이에서 증가하는지 결정하는 것에 의해 일련의 프로브 펄스에서 측정된 전류가 일련의 프로브 펄스에서 최소 전류인지 결정하도록 구성될 수 있다.
일부 구현예에서, 전력 공급 전자기기의 메모리 상에 저장된 목표 조건들의 시퀀스는 다음을 포함할 수 있다: 제1 쌍의 순차적인 프로브 펄스에서 DC 전력 공급부로부터 공급된 전류가 순차적인 프로브 펄스 사이에서 감소하고; 제2 쌍의 순차적인 프로브 펄스에서 DC 전력 공급부로부터 공급된 전류가 순차적인 프로브 펄스 사이에서 증가한다. 제2 쌍의 순차적인 프로브 펄스는 제1 쌍의 순차적인 프로브 펄스 후에 임의의 적절한 쌍의 순차적인 프로브 펄스일 수 있다. 예를 들어, 제2 쌍의 순차적인 프로브 펄스는 제1 쌍의 순차적인 프로브 펄스 중 두번째 펄스를 포함할 수 있고, 제2 쌍의 순차적인 프로브 펄스는 제1 쌍의 순차적인 프로브 펄스를 바로 뒤따를 수 있고(즉, 제2 쌍의 순차적인 프로브 펄스의 첫번째 펄스가 제2 쌍의 순차적인 프로브 펄스의 두번째 펄스에 대한 순차적인 프로브 펄스일 수 있음) 또는 하나 이상의 프로브 펄스는 제1 쌍의 순차적인 프로브 펄스와 제2 쌍의 순차적인 프로브 펄스 사이에서 인덕터에 공급될 수 있다.
일부 구현예에서, 전력 공급 전자기기의 메모리 상에 저장된 목표 조건들의 시퀀스는 다음을 포함할 수 있다: 제1 쌍의 순차적인 프로브 펄스에서 DC 전력 공급부로부터 공급된 전류가 순차적인 프로브 펄스 사이에서 감소하고; 제2 쌍의 순차적인 프로브 펄스에서 DC 전력 공급부로부터 공급된 전류가 순차적인 프로브 펄스 사이에서 증가하고; 제2 쌍의 순차적인 프로브 펄스에서 또는 이후에 DC 전력 공급부로부터 공급되는 전류가 참조 전류 값과 같거나 크다.
일부 구현예에서, 전력 공급 전자기기는, 각각의 가열 펄스에 대해, 다음 중 적어도 하나를 결정하도록 구성되어 있다: DC 전력 공급부로부터 공급된 전류가 최소 전류 값에 있는 시점; DC 전력 공급부로부터 공급된 전류가 최대 전류 값에 있는 시점; 및 결정된 최소 및 최대 전류 값 사이의 중간 지점. 전력 공급 전자기기는 결정된 최소, 최대 및 중간 지점 전류 값 중 적어도 하나에 기초하여 참조 또는 목표 전류 값을 결정하도록 추가로 구성될 수 있다. 결정된 참조 또는 목표 값은 목표 조건일 수 있다. 전력 공급 전자기기는 순차적인 가열 펄스 사이의 하나 이상의 프로브 펄스에서의 DC 전류의 측정치 및 참조 또는 목표 전류 값 사이의 비교에 기초하여 2개의 순차적인 가열 펄스 사이의 시간 간격의 지속 시간을 제어하도록 구성될 수 있다.
전력 공급 전자기기는, 프로브 펄스에서의 전류의 측정치의 하나 이상이 목표 조건과 일치하거나 제1 가열 펄스의 종료 후의 시간이 최대 시간 간격 지속 시간에 도달하면 제2 가열 펄스에서 인덕터에 전력을 공급하도록 추가로 구성될 수 있다. 최대 시간 간격 지속 시간은 미리 결정될 수 있다. 최대 시간 간격 지속 시간은 전력 공급 전자기기의 메모리에 저장될 수 있다.
일부 구현예에서, 전력 공급 전자기기는 최대 시간 간격 지속 시간이 제1 가열 펄스의 종료로부터 경과한 후에 제2 가열 펄스에서 DC 전력 공급부로부터 인덕터에 전력을 공급하도록 구성될 수 있다. 이는, 목표 조건이 특정 시간 기간 내에 충족되지 않더라도 유도 가열 장치가 서셉터를 가열하기 위해 인덕터에 가열 펄스를 계속 공급하게 할 수 있다. 최대 시간 간격 지속 시간은 임의의 적절한 지속 시간일 수 있다. 예를 들어, 최대 시간 간격 지속 시간은 약 3 초 내지 약 6 초 또는 약 4 초 내지 약 5 초 일 수 있다. 최대 시간 간격 지속 시간은 약 4.5 초일 수 있다. 최대 시간 간격 지속 시간은 전력 공급 전자기기의 메모리에 저장될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 전력 공급 전자기기는 제1 가열 펄스에서 DC 전력 공급부로부터 인덕터에 전력을 공급하고, 인덕터로의 전력 공급을 차단하여 제1 가열 펄스를 종료하도록 구성되어 있다. 전력 공급 전자기기는 제1 가열 펄스의 종료로부터 프로브 펄스 시간 간격이 경과한 후에 제1 프로브 펄스에서 인덕터에 전력을 공급하도록 추가로 구성되어 있다. 전력 공급 전자기기는 또한 제1 프로브 펄스에서 DC 전력 공급부로부터 공급된 전류를 측정하고, 제1 프로브 펄스의 시작으로부터 프로브 펄스 지속 시간이 경과한 후에, 인덕터로의 전력 공급을 차단하여 제1 프로브 펄스를 종료하도록 구성되어 있다. 전력 공급 전자기기는 제1 프로브 펄스에서 전류의 하나 이상의 측정치 중 하나를 하나 이상의 목표 조건에 비교하고, 전류의 측정치 중 하나 이상이 목표 조건에 일치하는 경우, 제2 가열 펄스에서 인덕터에 전력을 공급하도록 구성되어 있다.
또 다른 예시적인 실시예에서, 전력 공급 전자기기는 제1 프로브 펄스의 종료로부터 프로브 펄스 시간 간격이 경과한 후에, 제1 프로브 펄스에서의 전류의 하나 이상의 측정치가 목표 조건과 일치하지 않으면, 제2 프로브 펄스에서 인덕터에 전력을 공급하도록 구성되어 있다. 전력 공급 전자기기는 제2 프로브 펄스에서 DC 전력 공급부로부터 공급된 전류를 측정하고, 인덕터로의 전력 공급을 차단하여 제2 프로브 펄스의 시작으로부터 프로브 펄스 지속 시간이 경과한 후에 제2 프로브 펄스를 종료하도록 추가로 구성되어 있다. 전력 공급 전자기기는 또한 제2 프로브 펄스에서 전류의 하나 이상의 측정치를 하나 이상의 목표 조건과 비교하고, 하나 이상의 프로브 펄스에서의 전류의 측정치 중 하나 이상이 목표 조건과 일치하면, 제2 가열 펄스에서 인덕터에 전력을 공급하도록 구성되어 있다.
또 다른 예시적인 구현예에서, 전력 공급 전자기기는 일련의 프로브 펄스에서 DC 전력 공급부로부터 인덕터에 전력을 계속 공급하도록 구성되어 있으며, 여기서 각각의 프로브 펄스는 프로브 펄스 지속 시간과 실질적으로 동일한 지속 시간을 가지며, 순차적인 프로브 펄스는 프로브 펄스 시간 간격과 실질적으로 동일한 시간 간격만큼 분리되어 있다. 전력 공급 전자기기는, 프로브 펄스에서의 전류의 측정치 중 하나 이상이 목표 조건과 일치하거나 제1 가열 펄스의 종료 후에 시간 기간이 최대 시간 간격 지속 시간에 도달하면 제2 가열 펄스에서 인덕터에 전력을 공급하도록 추가로 구성되어 있다.
전력 공급 전자기기는, 측정된 전류 값이 인덕터에 결합된 서셉터의 온도가 최대 온도에 있거나 초과한다고 나타내면, DC 전력 공급부로부터 인덕터로 전력 공급을 차단시키도록 구성될 수 있다. 이를 달성하기 위해, 인덕터에 결합된 서셉터의 최대 온도에 상응하는, 참조 최대 전류 값은 전력 공급 전자기기의 메모리에 저장될 수 있다. 전력 공급 전자기기는 DC 전력 공급부로부터 인덕터로 공급되는 전류를 측정하고, 측정된 DC 전류를 저장된 참조 전류 값과 비교하고, 비교에 기초하여 DC 전력 공급부로부터 인덕터로 전력 공급을 차단하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 참조 최소 전류 값은 전력 공급 전자기기의 메모리에 저장될 수 있고, 전력 공급 전자기기는, 측정된 전류 값이 참조 최소 전류 값에 도달하거나 그 미만으로 떨어지는 경우 DC 전력 공급부로부터 인덕터로 전력 공급을 차단하도록 구성될 수 있다. 일부 구현예에서, DC 전력 공급부로부터 인덕터로의 전력 공급에 있어 이러한 차단은, 가열 펄스의 종료를 정의할 수 있다. 이들 구현예에서, 가열 펄스의 종료는 가열 펄스에서 DC 전력 공급부로부터 공급된 전류의 측정치로부터 결정된다. 이들 구현예에서, 가열 펄스의 지속 시간은 고정되지 않지만, 인덕터에 공급되는 전류에 의존하며, 따라서 서셉터의 온도에 간접적으로 의존한다.
일부 구현예에서, 전력 공급 전자기기는 각각의 가열 펄스에서 DC 전력 공급부로부터 측정된 전류 값의 변화율의 변동을 검출하도록 구성될 수 있다. 이들 구현예에서, 전력 공급 전자기기는 측정된 전류 값의 변화율의 변동의 검출에 기초하여 DC 전력 공급부로부터 인덕터로 전력 공급을 차단하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 유도 가열 장치의 인덕터에 결합된 서셉터는, 아래에서 더욱 상세히 기술되는 바와 같이, 에어로졸 형성 기재에 대해 임의의 미리 설정된 최대 가열 온도 미만인 퀴리 온도를 갖는 물질을 포함할 수 있다. 서셉터가 퀴리 온도로 가열될 때, 가열 펄스에서 측정된 전류 값의 변화율이 변할 수 있다. 다시 말해, 최대 또는 최소와 같은 극값은, 서셉터 물질 내에서 상 변화가 일어나기 때문에 측정된 전류의 변화율 내에서 검출될 수 있다. 이는 서셉터가 퀴리 온도에 있고 에어로졸 형성 기재가 미리 설정된 최대 온도에 있다는 표시를 제공할 수 있다. 따라서, 전력 공급 전자기기는, 에어로졸 형성 기재의 추가 가열을 정지하거나 방지하기 위해 가열 펄스에서 DC 전력 공급부로부터 전력 공급을 차단하도록 구성될 수 있다. 일부 구현예에서, DC 전력 공급부로부터 인덕터로 전력 공급에 있어 이러한 차단은, 각각의 가열 펄스의 종료를 정의할 수 있다.
서셉터의 온도를 제어하여 에어로졸 발생 물품 내의 서셉터의 온도를 제어하기 위한 다양한 제안들이 본 기술분야에서 이루어졌다. 예를 들어, WO-A1-2015/177294에서, 제1 서셉터 물질 및 제2 서셉터 물질을 갖는 서셉터를 포함하고 있는 에어로졸 발생 시스템이 제안된다. 제1 서셉터 물질은 제2 서셉터 물질에 대해 열적 근위에 있다.
용어 ‘열적 근위’는 서셉터가 인덕터에 의해 발생된 교류 전자기장에 의해 가열될 때 열이 제1 서셉터 물질과 제2 서셉터 물질 사이에서 전달되도록 제1 서셉터 물질이 제2 서셉터 물질에 대해 상대적으로 위치되는 것을 의미하기 위해 제1 서셉터 물질 및 제2 서셉터 물질을 갖는 서셉터를 참조하여 본원에서 사용된다. 예를 들어, 용어 ‘열적 근위’는 제1 서셉터 물질이 제2 서셉터 물질과 긴밀하게 물리적으로 접촉하는 구현예를 포함하는 것을 의미한다. 용어 ‘열적 근위’는 또한 제1 서셉터 물질이 제2 서셉터 물질 및 제1 및 제2 서셉터 물질로부터 이격된 구현예를 포함하는 것을 의미한다.
일부 구현예에서, 제1 및 제2 서셉터 물질은, 긴밀한 접촉 상태나 긴밀한 물리적 접촉 상태에 있어 단일 서셉터를 형성하게 될 수 있다. 이들 구현예에서, 가열되었을 때 제1 및 제2 서셉터 물질은 실질적으로 동일한 온도를 갖는다.
에어로졸 형성 기재의 가열을 위해 최적화될 수 있는, 제1 서셉터 물질은 에어로졸 형성 기재에 대해 미리 정의된 최대 가열 온도보다 높은 제1 퀴리 온도를 가질 수 있다. 에어로졸 형성 기재의 온도를 조정하기 위해 최적화될 수 있는, 제2 서셉터 물질은 에어로졸 형성 기재에 대해 미리 정의된 최대 가열 온도 미만인 제2 퀴리 온도를 가질 수 있다. 서셉터가 제2 퀴리 온도에 도달하면, 제2 서셉터 물질의 자기 특성이 변한다. 제2 퀴리 온도에서 제2 서셉터 물질은 강자성 상(ferromagnetic phase)으로부터 상자성 상(paramagnetic phase)으로 가역적으로 변한다. 에어로졸 형성 기재의 유도 가열 동안, 이러한 제2 서셉터 물질의 상 변화는 제2 서셉터 물질과의 물리적인 접촉 없이 유도 가열 장치에 의해 검출될 수 있다. 상 변화의 검출로 인해 유도 가열 장치가 에어로졸 형성 기재의 가열에 대한 제어를 가능하게 할 수 있다.
예를 들어, 제2 퀴리 온도와 연관된 상 변화의 검출에 대해, 유도 가열이 자동으로 정지될 수도 있다. 따라서, 에어로졸 형성 기재의 가열에 대한 주된 책임이 있는 제1 서셉터 물질가 이 퀴리 온도를 갖지 않거나 최대 희망 가열 온도보다 높은 제1 퀴리 온도를 갖더라도, 에어로졸 형성 기재의 과열이 회피될 수 있다. 유도 가열이 정지된 후, 서셉터는 제2 퀴리 온도보다 낮은 온도에 도달할 때까지 냉각된다. 이 시점에서, 제2 서셉터 물질은 그의 강자성 특성을 다시 회복한다.
본 발명의 유도 가열 장치는 제1 서셉터 물질 및 제2 서셉터 물질을 갖는 서셉터를 포함하고 있는 에어로졸 발생 물품을 수용하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 유도 가열 장치는 서셉터 내의 제2 서셉터 물질의 위상 변화의 검출에 기초하여 DC 전력 공급부로부터 인덕터까지 전력 공급을 제어하도록 추가로 구성될 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 유도 가열 장치의 전력 공급 전자기기는 인덕터에 결합된 서셉터의 제2 서셉터 물질의 상 변화를 검출하고 위상 변화의 검출 시 DC 전력 공급부로부터 공급되는 전력을 정지시키거나 감소시키도록 구성될 수 있다.
일부 특정 구현예에서, 유도 가열 장치는 제1 서셉터 물질 및 제2 서셉터 물질을 포함하고 있는 서셉터를 포함하고 있는 에어로졸 발생 물품을 수용하도록 구성될 수 있으며, 제1 서셉터 물질은 제2 서셉터 물질에 열적 근위에 배치되어 있고, 제2 서셉터 물질은 500℃ 보다 낮은 퀴리 온도를 갖는다. 각각의 가열 펄스에 대해, 본 발명의 유도 가열 장치의 전력 공급 전자기기는: DC 전력 공급부로부터 공급되는 전류가 최대 전류 값에 있는 시점을 결정하고; 최대 전류 값이 결정될 때 DC 전력 공급부로부터 인덕터로 전력 공급을 중단, 감소 또는 차단시켜 가열 펄스를 종료시키고; 프로브 펄스의 측정된 전류에 기초하여 결정된 시간 간격 후에, 전력이 DC 전력 공급부로부터 인덕터로 일련의 가열 펄스에서 공급되도록, 제2 가열 펄스에서 DC 전력 공급부로부터 전력 공급을 시작하거나 증가시키도록 구성될 수 있다.
이들 특정 구현예에서, 전력 공급 전자기기는 DC 전력 공급부에 의해 공급되는 전력의 순차적인 가열 펄스 사이의 시간 간격의 지속 시간을 제어하도록 구성될 뿐만 아니라, 전력 공급 전자기기는 DC 전력 공급부로부터 공급되는 전류의 측정치에 기초하여 각각의 가열 펄스의 지속 기간을 제어하도록 구성되어 있다.
DC 전력 공급부로부터 공급된 전류 및 2개의 서셉터 물질을 갖는 서셉터의 온도 사이의 관계는 특히 도 9를 참조하여 아래에서 더욱 상세히 기술된다. 그러나, 일반적으로, DC 전력 공급부로부터 공급되는 전류의 프로파일은 서셉터가 제2 퀴리 온도에 도달하고 제2 서셉터 물질이 상 변화를 겪음에 따라 일시적 변곡을 나타낸다.
예를 들어, 이러한 특정 구현예들 중 일부에서 서셉터의 겉보기 저항은 서셉터가 제2 퀴리 온도로 가열됨에 따라 증가한다. 서셉터가 제2 퀴리 온도에 도달하면, 서셉터의 겉보기 저항은 제1 극한치, 이 예에서는 최대 값을 나타내고, 이어서 서셉터의 겉보기 저항이 일시적으로 감소한다. 이 일시적인 감소는 위상 변화 동안 제2 서셉터가 자기 특성을 잃는 것이 원인이다. 일단 상 변화가 완료되면, 서셉터의 겉보기 저항은 제2 극한치, 이 예에서는 최소 값을 나타내고, 이어서 서셉터의 겉보기 저항은 DC 전력 공급부가 서셉터를 가열하기 위해 인덕터에 전력을 계속 공급함에 따라 다시 증가한다.
DC 전력 공급부로부터 공급된 측정된 전류는, 옴의 법칙으로부터 예상되는 바와 같이, 서셉터의 겉보기 저항과의 반비례 관계를 나타낸다. 이와 같이, 이러한 예시적인 구현예에서, 측정된 전류는 서셉터가 제2 퀴리 온도로 가열됨에 따라 감소한다. 제2 퀴리 온도에서, 측정된 전류는 최소 IDCMIN에 도달하고 최대 IDCMAX에 도달할 때까지 일시적으로 증가한 후에 서셉터가 더 가열됨에 따라 측정된 전류가 다시 감소한다.
본 발명의 유도 가열 장치의 전력 공급 전자기기는 제2 서셉터 물질의 퀴리 전이를 검출하도록 구성될 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 유도 가열 장치의 전력 공급 전자기기는 제2 서셉터 물질의 상 변화에 의해 야기된 DC 전력 공급부로부터 공급되는 전류의 프로파일에서 임시 변곡을 검출하도록 구성될 수 있다. 퀴리 전이의 검출은 전력 공급 전자기기가 서셉터에 공급되는 전력의 양을 정지시키거나 감소시켜 서셉터가 에어로졸 형성 기재를 과열하는 것을 회피할 때를 결정할 수 있게 한다.
DC 전력 공급부로부터 공급되는 전류의 측정치에서 극한, 예를 들어 최대 또는 최소를 검출하는 것은 서셉터 물질의 상 변화가 발생하고 있음을 나타낼 수 있다. 특히, DC 전력 공급부로부터 공급된 전류에서의 제1 극한, 예를 들어 최소의 검출은 서셉터가 제2 퀴리 온도에 도달했음을 나타낼 수 있다. DC 전력 공급부로부터 공급된 전류에서의 제2 극한, 예를 들어 최대의 검출은 서셉터 물질의 상 변화가 발생하였음을 나타낼 수 있다.
DC 전력 공급부로부터 공급된 전류에서의 변곡은 서셉터의 온도의 지표를 제공한다. 제2 서셉터 물질의 퀴리 온도는 에어로졸 형성 기재를 점화하지 않고 에어로졸 형성 기재로부터 적절하거나 만족스러운 에어로졸을 발생시키기 위한 온도 범위 내에 있도록 선택될 수 있다.
일부 구현예에서, 전력 공급 전자기기는 가열 펄스에서 전류의 최대 값을 검출하도록 구성될 수 있다. 전력 공급 전자기기는, 최대 값이 검출될 때 DC 전력 공급부로부터 인덕터까지 전력 공급을 차단하도록 구성될 수 있다. 이러한 차단은 가열 펄스의 종료를 정의할 수 있다.
전력 공급 전자기기는, DC 전력 공급부로부터 공급되는 전류가 가열 펄스에서 최소 전류 값에 있는 때를 결정하도록 구성될 수 있다.
일부 특정 구현예에서, 전력 공급 전자기기는: 가열 펄스의 결정된 최소 전류 값과 가열 펄스의 결정된 최대 전류 값 사이의 중간 지점을 결정하도록 구성될 수 있다.
전력 공급 전자기기는 가열 펄스에서 결정된 최대, 최소 및 중간 지점 전류 값 중 적어도 하나를 전력 공급 전자기기의 메모리에 저장하도록 구성될 수 있다. 전력 공급 전자기기는 또한 하나 이상의 프로브 펄스에서의 전류의 측정치를 가열 펄스의 저장된 최대, 최소 및 중간 지점 전류 값 중 적어도 하나에 비교하도록 구성될 수 있다. 전력 공급 전자기기는 상기 비교에 기초하여 순차적인 가열 펄스 사이의 시간 간격의 지속 시간을 제어하도록 구성될 수 있다.
미리 정해진 목표 또는 참조 전류 값이 아니라, 가열 펄스에서 결정된 최대 및 최소 전류 값 사이에서 결정된 최대, 최소 전류 및 중간 지점 중 적어도 하나를, 하나 이상의 프로브 펄스에서의 전류의 측정치가 비교되는 목표 또는 참조 전류 값으로서 사용함으로써, 본 발명의 유도 가열 장치는 전력 공급 전자기기의 메모리 상에 다수의 목표 또는 참조 값을 저장할 것을 필요로 하지 않으면서 서셉터 및 에어로졸 형성 기재의 상이한 배열과 함께 사용하기에 적합할 수 있다.
각각의 특정 서셉터와 에어로졸 형성 기재 배열에 대해, 결정된 최대 및 최소 전류 값은 동일하거나 매우 유사해야 한다. 이는, 각각의 특정 서셉터와 에어로졸 형성 기재 배열에 대해, 결정된 최대 및 최소 전류 값은 서셉터가 특정 온도에 있을 때(즉, 서셉터가 제2 퀴리 온도에 또는 그 근처에 있을 때) 발생해야 하며, 이는 각 가열 펄스마다 동일해야 한다. 따라서, 결정된 최대 및 최소 전류 값 사이의 중간 지점은 각 순차적인 가열 펄스에 대해 또한 동일하거나 매우 유사해야 한다.
결정된 최대 및 최소 전류 값 사이의 중간 지점은 각 가열 펄스 마다 적절한 초기 전류 값이라는 것이 발견되었다. 따라서, 전력 공급 전자기기는, 가열 펄스의 초기 전류 값이 다수의 펄스에 걸쳐 결정된 최소 및 최대 전류 값 사이의 중간 지점에 또는 그 주위에 있도록 순차적인 가열 펄스 사이의 시간 간격 지속 시간을 조정하도록 구성될 수 있다.
일부 구현예에서, 전력 공급 전자기기는 하나 이상의 프로브 펄스에서 DC 전력 공급부로부터 공급된 전류 및 DC 전력 공급부에 걸린 전압의 하나 이상의 측정치에 기초하여 순차적인 가열 펄스 사이의 시간 간격의 지속 시간을 제어하도록 구성되어 있다. 바람직하게는, 전력 공급 전자기기는 하나 이상의 프로브 펄스에서 DC 전력 공급부로부터 공급된 전류 및 DC 전력 공급부에 걸린 전압의 하나 이상의 측정치에 기초하여 전도율 값을 결정하도록 구성되어 있다. 전도율 값은 전류 측정치 및 전압 측정치의 몫이나 비율로부터 결정될 수 있다. 전력 공급 전자기기는 하나 이상의 전류 측정치 및 하나 이상의 전압 측정치의 몫을 결정하도록 구성될 수 있다. 즉, 전력 공급 전자기기는 하나 이상의 전압의 측정치에 의해 하나 이상의 전류의 측정치를 나누어서 전도율 값을 결정하도록 구성될 수 있다.
바람직하게는, 전력 공급 전자기기는 결정된 전도율 값 중 하나 이상에 기초하여 순차적인 가열 펄스 사이의 시간 간격의 지속 시간을 제어하도록 구성되어 있다. 놀랍게도, 순차적인 가열 펄스 사이의 시간 간격의 지속 시간을 제어하는 것은, 전류 단독의 측정치에 기초한 제어에 비해 서셉터의 온도 제어의 개선된 안정성과 신뢰성을 제공하였음을 발견하였다.
본원에서 언급된 전류의 측정치에 대한 모든 언급은 전압의 측정치를 추가로 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 본원에서 언급된 전류의 측정치에 대한 모든 언급은 전압의 측정치 및 전도율의 결정치를 추가로 포함할 수 있음을 이해할 것이다. 본원에서 언급된 목표 전류 값 및 목표 전류 조건에 대한 언급은 목표 전도율 값 및 목표 전도율 조건을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 즉, 전류의 하나 이상의 측정치에 기초하여 순차적인 가열 펄스 사이의 시간 간격의 지속 시간을 제어하도록 구성되어 있는 제어 회로에 대한 언급은, 전력 공급 전자기기가 하나 이상의 전도율의 결정치에 기초하여 순차적인 가열 펄스 사이의 시간 간격의 지속 시간을 제어하도록 구성되어 있는 구현예를 또한 포함할 수 있다.
본 발명의 제1 측면에 따른 유도 가열 장치 및 에어로졸 발생 물품은, 본 발명의 제2 측면에 따른 전기 작동식 에어로졸 발생 시스템을 형성할 수 있다. 에어로졸 발생 물품은 에어로졸 형성 기재 및 서셉터에 열적으로 근접한 서셉터를 포함할 수 있다. 유도 가열 장치는 서셉터를 수용하고 에어로졸 발생 물품이 유도 가열 장치에 의해 수용될 때 서셉터를 가열하도록 구성될 수 있다. 유도 가열 장치의 인덕터는 변동 전자기장을 발생시켜 서셉터에 와전류를 유도하여 서셉터가 가열되게 할 수 있다.
본 발명에 따른 유도 가열 장치 또는 전기 작동식 에어로졸 발생 장치는: 하우징; 에어로졸 발생 물품을 수용하기 위한 공동, 공동 내부에 변동 전자기장을 발생시키도록 배치되는 인덕터, 인덕터에 전력을 공급하기 위한 DC 전력 공급부; 전력 공급부로부터 인덕터까지 전력 공급을 제어하도록 구성되어 있는 전력 공급 전자기기를 포함할 수 있다.
유도 가열 장치는 인덕터에 전력을 공급하기 위한 DC 전력 공급부를 포함하고 있다. DC 전력 공급부는 DC 공급 전압과 전류를 공급하도록 구성되어 있다. DC 전력 공급부는 임의의 적절한 DC 전력 공급부일 수 있다. 예를 들어, DC 전력 공급부는 일회용 배터리 또는 충전식 배터리일 수 있다. 일부 구현예에서, 전력 공급부는 리튬-이온 배터리일 수 있다. 다른 구현예에서, 전력 공급부는 니켈-수소합금 배터리, 니켈 카드뮴 배터리, 또는 리튬계 배터리, 예를 들어 리튬-코발트, 리튬-철-인산염, 리튬티탄산염 또는 리튬-폴리머 배터리일 수 있다. 일부 구현예에서, DC 전력 공급부는 하나 이상의 커패시터, 슈퍼 커패시터 또는 하이브리드 커패시터를 포함할 수 있다. DC 전력 공급부는 하나 이상의 리튬 이온 하이브리드 커패시터를 포함할 수 있다.
DC 전력 공급부는 임의의 적절한 DC 전압 및 전류를 공급하도록 구성될 수 있다. DC 전력 공급부는 약 6.25 와트 내지 약 22.5 와트 범위의 DC 전력에 상응하는, 약 2.5 볼트 내지 약 4.5 볼트 범위의 DC 전압과 약 2.5 암페어 내지 약 5 암페어 범위의 전류를 공급하도록 구성될 수 있다.
유도 가열 장치는 또한 에어로졸 발생 물품의 서셉터에 결합하기 위한 인덕터를 포함하고 있다. 인덕터는 코일을 포함할 수 있다. 코일은 나선형으로 권선된 원통형 인덕터 코일일 수 있다. 인덕터는 장치의 공동의 내부 표면 상이나 내부 표면에 인접하여 위치될 수 있다. 코일은 공동을 둘러쌀 수 있다. 일부 구현예에서, 인덕터 코일은, 장방(oblong) 형상을 갖고, 약 0.15cm3 내지 약 1.10cm3 범위의 내부 부피를 정의할 수 있다. 예를 들어, 나선형으로 권선된 원통형 인덕터 코일의 내경은, 약 5 mm 내지 약 10 mm 또는 약 7 mm일 수 있고, 나선형으로 권선된 원통형 인덕터 코일의 길이는 약 8 mm 내지 약 14 mm일 수 있다. 인덕터 코일 와이어의 직경이나 두께는, 원형 단면의 코일 와이어 또는 평평한 직사각형 단면의 코일 와이어가 사용되는지 여부에 따라 약 0.5 mm 내지 약 1 mm일 수 있다. 나선형으로 권선된 원통형 인덕터 코일은 공동의 내부 표면 상에 또는 내부 표면에 인접하여 위치될 수 있다. 공동의 내부 표면 상에 또는 내부 표면에 인접하여 위치하는 나선형으로 권선된 원통형 인덕터 코일은 장치를 소형화할 수 있다. 인덕터는 하나의 코일 또는 하나보다 많은 코일을 포함할 수 있다.
유도 가열 장치는 또한 DC 전력 공급부로부터 인덕터까지 전력 공급을 제어하도록 구성되는 전력 공급 전자기기를 포함하고 있다.
전력 공급 전자기기는, 인덕터에 공급하기 위해 DC 전력 공급부로부터 전류를 AC 전류로 변환하기 위한 DC/AC 변환기 또는 인버터를 포함할 수 있다.
DC/AC 변환기는 고주파수에서 작동하도록 구성될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 “고 주파수”는, 약 1 메가 헤르츠(MHz) 내지 약 30 메가 헤르츠(MHz) 범위, 약 1 메가 헤르츠(MHz) 내지 약 10 메가 헤르츠(MHz) 범위(1 MHz 내지 10 MHz의 범위를 포함), 및 약 5 메가 헤르츠(MHz) 내지 약 7 메가 헤르츠(MHz) 범위(5 MHz 내지 7 MHz의 범위를 포함)의 주파수를 기술하는 데 사용된다.
DC/AC 변환기는 LC 부하 네트워크를 포함할 수 있다. LC 부하 네트워크는 에어로졸 발생 물품의 서셉터에 결합되기 위한 인덕터를 포함할 수 있다. 인덕터는 LC 부하 네트워크 내의 커패시터와 직렬로 배치될 수 있다. LC 부하 네트워크는 션트(shunt) 커패시터를 더 포함할 수 있다.
LC 부하 네트워크는 저 옴 부하에서 작동하도록 구성될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 “저저항 부하(low ohmic load)”는 약 2 옴보다 작은 옴 부하를 기술하는 데 사용된다. 인덕터의 전기 저항은 일반적으로 옴의 몇 십분의 일일 수 있다. 일반적으로, 서셉터의 전기 저항은 인덕터의 전기 저항보다 높을 수 있어서, 서셉터는 에어로졸 형성 기재를 가열하기 위해 공급되는 전력의 대부분을 효율적으로 변환하도록 구성될 수 있다. 서셉터의 가열 동안 서셉터의 전기 저항은 또한 일반적으로 서셉터의 온도가 증가함에 따라 증가할 것이다. 작동 시, 서셉터의 전기 저항은 인덕터의 전기 저항에 효과적으로 첨가되어 LC 부하 네트워크의 옴 부하를 증가시킬 수 있다.
DC/AC 변환기는 전력 증폭기를 포함할 수 있다. 특히, DC/AC 변환기는 트랜지스터 스위치 및 트랜지스터 스위치 드라이버 회로를 포함하고 있는 클래스-E 전력 증폭기를 포함할 수 있다. 클래스-E 전력 증폭기는 일반적으로 공지되어 있으며, 예를 들어, 미국 뉴저지 주 뉴잉턴 소재 아메리칸 라디오 릴레이 리그(ARRL)에서 발행하는 격월간 잡지 QEX의 “클래스-E RF 전력 증폭기”(저자: Nathan O. Sokal, 2001년 1월/2월 판, 9~20페이지)라는 기사에서 자세히 기술된다. 클래스-E 전력 증폭기는 유리하게도 고주파수에서 작동할 수 있는 반면, 적은 수의 구성요소를 포함하고 있는 비교적 간단한 회로 구조를 갖는다(예, Class-E 전력 증폭기는 하나의 트랜지스터 스위치만을 필요로하는데, 이는 2개의 트랜지스터 중 하나가 스위치 오프될 때, 2개의 트랜지스터 중 다른 하나가 스위치 온되도록 보장하기 위해 고주파에서 제어되는 2개의 트랜지스터 스위치를 필요로 하는 Class-D 전력 증폭기보다 유리하다). 또한, 클래스-E 전력 증폭기는 스위칭 변환 동안 스위칭 트랜지스터를 가로 질러서 낮은 전력 손실을 갖는 것으로 알려져 있다. 클래스-E 전력 증폭기는 단일 트랜지스터 스위치만을 갖는 단일단(single-ended) 일차 클래스-E 전력 증폭기일 수 있다.
클래스-E 전력 증폭기를 포함하고 있는 구현예에서, 트랜지스터 스위치는 임의의 적합한 유형의 트랜지스터일 수 있다. 예를 들어, 트랜지스터는양극성-접합 트랜지스터(BJT) 또는 전계 효과 트랜지스터(FET), 예컨대 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET) 또는 금속 반도체 전계 효과 트랜지스터(MESFET)일 수 있다.
본 발명의 유도 가열 장치의 다른 일 측면에 따르면, 클래스-E 전력 증폭기는 출력 임피던스를 갖고, 전력 공급 전자기기는, 클래스 E 전력 증폭기의 출력 임피던스를 LC 부하 네트워크의 저 옴 부하에 매칭하기 위한 매칭 네트워크를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 매칭 네트워크는 소형 매칭 변압기를 포함할 수 있다. 매칭 네트워크는 인버터(또는 변환기)와 인덕터 사이의 전력 전달 효율을 개선할 수 있다.
전력 공급 전자기기는 또한 마이크로컨트롤러를 포함할 수 있다. 마이크로컨트롤러는 DC 전력 공급부가 인덕터까지 공급하는 전력의 각 펄스의 지속 기간을 제어하도록 프로그래밍될 수 있다. 마이크로컨트롤러는 DC 전력 공급부가 인덕터까지 공급하는 전력의 순차적인 펄스 사이의 시간 간격 지속 시간을 제어하도록 프로그래밍될 수 있다. 마이크로컨트롤러는 유도 가열 장치와 결합된 에어로졸 발생 물품의 서셉터의 겉보기 저항(Ra)을 결정하도록 프로그래밍될 수 있다. 마이크로컨트롤러는 DC 전력 공급부로부터 공급된 DC 전압(VDC) 및 DC 전력 공급부로부터 도출된 전류(IDC) 중 적어도 하나의 측정치로부터 서셉터의 겉보기 저항(Ra)을 결정하도록 프로그래밍될 수 있다. 마이크로컨트롤러는 겉보기 저항(Ra)으로부터 에어로졸 발생 물품의 서셉터 온도를 결정하도록 더 프로그래밍될 수 있다. 마이크로컨트롤러는 또한 서셉터의 온도로부터 에어로졸 형성 기재의 온도를 결정하도록 더 프로그래밍될 수 있다.
전력 공급 전자기기는 DC 전력 공급부로부터 도출된 전류를 측정하도록 구성될 수 있다. 전력 공급 전자기기는 DC 전력 공급부로부터 도출된 전류를 측정하기 위한 전류 센서를 포함할 수 있다. 전력 공급 전자기기에는 임의의 적합한 전류 센서가 제공될 수 있다.
전력 공급 전자기기는 또한 DC 전력 공급부에 의해 공급되는 DC 전압을 측정하도록 구성될 수 있다. 전력 공급 전자기기는 DC 전력 공급부에 의해 공급되는 DC 전압을 측정하기 위한 전압 센서를 포함할 수 있다. 전력 공급 전자기기는 임의의 적절한 전압 센서를 포함할 수 있다.
서셉터의 겉보기 저항은 DC 전압의 측정 및 DC 전력 공급부로부터 도출된 전류의 측정치로부터 결정될 수 있음을 확인하였다. 놀랍게도, 서셉터의 겉보기 저항은 서셉터의 특정 온도 범위에 걸쳐 서셉터의 온도에 따라 엄격하게 단조로운 관계 하에 변한다. 이러한 엄격하게 단조로운 관계는, 본 발명에 따른(비접촉) 유도 가열 장치의 각 겉보기 옴 저항으로부터 서셉터의 온도를 명확하게 결정할 수 있게 하며, 겉보기 저항의 각각의 결정된 값이 온도의 단 하나의 값만을 대표하기 때문에 관계에 모호성이 없다. 서셉터의 온도와 겉보기 저항 간의 관계가 단조적이긴 하지만, 반드시 선형적인 것은 아니다. 서셉터의 온도와 겉보기 저항 간의 단조로운 관계는 서셉터 온도의 결정 및 제어를 가능하게 하고 이에 따라 에어로졸 형성 기재의 온도의 결정 및 제어를 가능하게 한다.
서셉터의 겉보기 저항은 옴의 법칙에 따라 DC 전력 공급부로부터 도출된 전류와 DC 전력 공급부에 의해 공급되는 DC 전압 사이의 알려진 관계로부터 연산될 수 있다. 통상적으로, 서셉터의 겉보기 저항은 DC 전력 공급부로부터 도출된 전류의 측정치에 기초하여 결정된다. 서셉터의 겉보기 저항은 또한 DC 전력 공급부로부터 공급된 DC 전압의 측정치에 기초하여 결정된다. 그러나, 일부 구현예에서, DC 전력 공급부는 일정한 DC 전압 값을 공급하도록 구성될 수 있다. 이들 구현예에서, DC 전력 공급부에 의해 공급되는 정전압 값은 공지되어 있을 수 있고, 전력 공급 전자기기의 마이크로프로세서의 메모리에서와 같이 저장될 수 있고, 서셉터의 겉보기 저항의 결정에서 사용될 수 있다. 그러므로, 정전압 DC 전력 공급부를 포함하고 있는 구현예에서, 전력 공급 장치 전자기기가 DC 전력 공급부에 의해 공급되는 DC 전압을 측정하도록 구성되는 것은 필수적이지 않다. 이는 구성요소의 수, 복잡도, 전력 공급 전자기기의 크기 및 비용 중 하나 이상을 감소시킬 수 있다. 정전압 DC 전력 공급부를 포함하고 있는 일부 구현예에서, 전력 공급 전자기기는 DC 전력 공급부에 의해 공급되는 DC 전압을 측정하도록 구성될 수 있고, DC 전압의 측정치는 서셉터의 겉보기 저항의 결정에 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, DC 전력 공급부가 정전압 값을 공급하는 DC 전력 공급부를 포함하고 있는 경우, 전력 공급 전자기기는 정전압 DC 전력 공급부에 의해 공급되는 정전압 값을 나타내는 기준 정전압 값을 저장하도록 구성될 수 있다. 이들 구현예에서, 전력 공급 전자기기는 DC 전력 공급부에 의해 공급되는 DC 전압을 모니터링할 필요가 없다. 그러나, 이들 구현예에서, DC 전력 공급부에 의해 공급되는 DC 전압 값을 모니터링하기 위한 전압 센서가 제공될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
전력 공급 전자기기는 DC 초크(choke)로서 배치된 추가 인덕터를 또한 포함할 수 있다.
전력 공급 전자기기의 크기 또는 총 부피는 특히 작을 수 있다. 예를 들어, 전력 공급 전자기기의 크기 또는 총 부피는 2cm3 이하일 수 있다. 이 작은 크기는 전력 공급 전자기기의 구성요소의 적은 개수로 인한 것이다. 특히 작은 크기 또는 부피는, LC 부하 네트워크의 인덕터가 에어로졸 형성 물품의 서셉터에 유도 결합하기 위한 인덕터로서 사용되는 구현예에서 가능하다. 특히 작은 크기 또는 부피는 매칭 네트워크를 포함하지 않는 구현예에서도 가능하다. 전력 공급 전자기기의 작은 크기 또는 작은 부피는 유도 가열 장치의 전체 크기 또는 부피를 특히 작게 유지하는 것을 돕는다.
유도 가열 장치는 또한 에어로졸 발생 물품을 수용하기 위한 공동을 포함하고 있다. 공동은, 에어로졸 발생 물품의 에어로졸 형성 기재의 적어도 일부분을 수용하기 위한 형상의 내부 표면을 가질 수 있다. 공동은, 작동하는 동안에 공동에 에어로졸 발생 물품의 에어로졸 형성 기재의 일부분이 수용되면 작동 동안 LC 부하 네트워크의 인덕터가 에어로졸 형성 기재의 서셉터에 유도 결합되도록 배치될 수 있다. 이 배치는 LC 부하 네트워크의 인덕터가 에어로졸 발생 물품의 서셉터에 결합하고, 와전류의 유도를 통해 서셉터를 가열할 수 있게 한다. 이 배치는, 클래스-E 전력 증폭기의 출력 임피던스(impedance)를 부하에 매칭하기 위한 매칭 네트워크 같은 추가 구성요소들을 필요 없게 하며, 따라서, 전력 공급 전자기기의 크기를 더욱 최소화할 수 있다.
유도 가열 장치는 장치를 작동시키기 위한 수단을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 장치를 작동시키기 위한 수단은 간단한 사용자 조작 스위치를 포함할 수 있다.
전체적으로, 본 발명의 유도 가열 장치는, 소형이며, 다루기 쉽고, 효율적이며, 깨끗하고, 강건한 가열 장치를 제공한다. 이는 주로 기재의 비접촉 가열 및 전력 공급 전자기기의 배치 및 구성 때문이다.
저 옴 부하를 형성하고, LC 부하 네트워크의 인덕터의 전기 저항보다 상당히 높은 전기 저항을 갖는 서셉터의 경우, 위에서 명시한 바와 같이, 본 발명의 유도 가열 장치는 서셉터를 약 5초 전후, 또는 심지어 일부 구현예에서 5초 미만의 시한 내에 300~400℃ 범위의 온도까지 가열할 수 있다. 동시에, 유도 가열 장치의 인덕터의 온도는, 대부분의 전력이 인덕터보다는 서셉터에서 열로 변환됨으로써 서셉터의 온도보다 충분히 낮게 유지될 수 있다.
일부 구현예에서, 유도 가열 장치는 에어로졸 형성 기재가 약 200℃ 내지 약 240℃의 평균 온도로 가열될 수 있도록 에어로졸 형성 기재 내에 배치된 서셉터에 전력을 공급하도록 구성될 수 있다.
유도 가열 장치는 약 1 kA/m 내지 약 5 kA/m, 약 2 kA/m 내지 약 3 kA/m 또는 약 2.5 kA/m의 자계 강도(H-자계 강도)를 갖는 변동 전자기장을 발생시킬 수 있다. 유도 가열 장치는 약 1 Mhz 내지 약 30 Mhz, 약 1 Mhz 내지 약 10 Mhz, 또는 약 5 Mhz 내지 약 7 Mhz의 주파수를 갖는 변동 전자기장을 발생시킬 수 있다.
유도 가열 장치는 사용자가 한 손의 손가락 사이에서 파지하는 데 편안한 휴대용 또는 핸드헬드 전기 작동식 에어로졸 발생 장치일 수 있다.
유도 가열 장치는 약 70mm 내지 약 120mm의 길이를 가질 수 있다.
유도 가열 장치는 실질적으로 원통형일 수 있다.
구체적으로, 유도 가열 장치는: 장치 하우징; 및 장치 하우징 내에 배치되는 공동을 포함하되, 공동은 상기 에어로졸 형성 기재의 적어도 일부를 수용하도록 성형되는 내부 표면을 가지며, 공동은 에어로졸 형성 기재의 일부를 공동 내에 수용할 시, 인덕터가 장치의 작동 동안에 유도 가열 장치의 서셉터에 유도 결합되도록 배치된다. 전력 공급 전자기기는 또한 고주파에서 작동하도록 구성될 수 있으며, DC/AC 변환기는 저저항 부하에서 작동하도록 구성되어 있는 LC 부하 네트워크를 포함하되, LC 부하 네트워크는 커패시터 및 인덕터로 이루어지고 옴 저항을 갖는 직렬 연결을 포함하며, 전력 공급 전자기기는 DC 전력 공급부로부터 인덕터까지 공급되는 전력을 제어하도록 프로그래밍된 마이크로컨트롤러를 포함하고 있다.
본 발명의 제2 측면에 따르면, 에어로졸 발생 시스템의 부분으로서 에어로졸 발생 물품이 또한 제공되어 있다. 에어로졸 발생 물품은 2개의 말단을 포함하고 있는 로드 형태일 수 있다: 마우스 말단 또는 근위 말단(이를 통해 에어로졸이 에어로졸 발생 물품을 빠져나가고, 사용자에게 전달됨) 및 원위 말단. 사용 시, 에어로졸 발생 물품에 의해 발생된 에어로졸을 흡입하기 위해서, 사용자는 마우스 말단 상에서 흡인할 수 있다. 마우스 말단은 원위 말단의 하류에 있다. 또한 상기 원위 말단은 상류 말단이라고 지칭될 수도 있고 마우스 말단의 상류에 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 ‘상류’ 및 ‘하류’는 그 사용 중에 사용자가 에어로졸 발생 물품 위를 흡인하는 방향에 대하여 에어로졸 발생 물품의 요소들, 또는 요소들의 부분들의 상대적 위치를 설명하는 데에 사용된다.
에어로졸 발생 물품과 관련하여 본원에서 사용될 때, 용어 ‘길이방향(longitudinal)’은 상기 에어로졸 발생 물품의 마우스 말단과 원위 말단 사이의 방향을 설명하는 데에 사용되고, 용어 ‘가로방향(transverse)’은 상기 길이방향에 수직인 방향을 설명하는 데에 사용된다.
에어로졸 발생 물품과 관련하여 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 ‘직경’은 상기 에어로졸 발생 물품의 가로방향으로의 최대 치수를 설명하는 데에 사용된다. 에어로졸 발생 물품과 관련하여 본원에서 사용될 때, 용어 ‘길이’는 에어로졸 발생 물품의 길이방향으로의 최대 치수를 설명하는 데에 사용된다.
상기 에어로졸 발생 물품은 카트리지를 포함하고 있다. 서셉터는 에어로졸 형성 기재와 열적 근위에 배치된다. 따라서, 서셉터가 가열될 때, 에어로졸 형성 기재가 가열되어 에어로졸이 형성된다. 서셉터는 에어로졸 형성 기재와 직접 또는 긴밀하게 물리적으로 접촉하면서, 예를 들면 에어로졸 형성 기재 내부에 배치될 수 있다.
서셉터는 핀, 로드 또는 블레이드 형태일 수 있다. 서셉터는 약 5mm 내지 약 15mm, 또는 약 6mm 내지 약 12mm 또는 약 8mm 내지 약 10mm의 길이를 가질 수 있다. 서셉터는 약 1mm 내지 6mm의 폭을 가질 수 있고, 약 10μm 내지 약 500μm 또는 약 10μm 내지 100μm의 두께를 가질 수 있다. 서셉터가 일정한 단면, 예를 들어 원형 단면을 갖는 경우, 약 1mm 내지 약 5mm의 폭 또는 직경을 가질 수 있다.
서셉터는 그의 폭 치수 또는 그의 두께 치수보다 큰 길이 치수, 예를 들어 그의 폭 치수 또는 그의 두께 치수의 2배보다 큰 길이 치수를 가질 수 있다. 따라서, 서셉터는 세장형 서셉터로서 설명될 수 있다. 서셉터는 로드 내부에 실질적으로 길이방향으로 배치될 수 있다. 이는 세장형 서셉터의 길이 치수가 로드의 길이방향에 약 평행하게 되도록, 예를 들어 로드의 길이방향에 ± 10도 이내로 평행하게 되도록 배열되어 있는 것을 의미한다. 세장형 서셉터 요소는 로드 내의 반경 방향 중심 위치에 위치될 수 있고, 로드의 길이방향 축을 따라 연장될 수 있다.
일부 구현예에서, 에어로졸 발생 물품은 단일 서셉터를 함유할 수 있다. 다른 구현예에서, 에어로졸 발생 물품은 하나보다 많은 서셉터를 포함할 수 있다. 에어로졸 발생 물품은 하나보다 많은 세장형 서셉터를 포함할 수 있다. 따라서, 가열이 에어로졸 형성 기재의 다른 부분들에서 효율적으로 실시될 수 있다.
일부 바람직한 구현예에서, 서셉터는 제1 서셉터 물질 및 제2 서셉터 물질을 포함하고 있다. 제1 서셉터 물질은 제2 서셉터 물질에 열적 근위에 배치될 수 있다. 제1 서셉터 물질은 제2 서셉터 물질에 긴밀하게 물리적으로 접촉된 상태로 배치될 수 있다. 제2 서셉터 물질은 500℃ 보다 낮은퀴리 온도를 가질 수 있다. 제1 서셉터 물질은 서셉터가 변동성 전자기장에 배치될 때, 서셉터를 가열하는데 주로 사용될 수 있다. 임의의 적합한 물질이 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 서셉터 물질은 알루미늄일 수 있거나, 스테인리스 강과 같이 철을 함유한 물질일 수 있다. 제2 서셉터 물질은 서셉터가 제2 서셉터 물질의 퀴리 온도인 특정 온도에 도달한 때를 표시하는 데 주로 사용될 수 있다. 제2 서셉터 물질의 퀴리 온도는 작동 동안에 전체 서셉터의 온도를 조정하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 제2 서셉터 물질의 퀴리 온도는 에어로졸 형성 기재의 발화점 아래여야 한다. 제2 서셉터 물질로 적합한 물질은 니켈 및 특정 니켈 합금을 포함할 수 있다.
퀴리 온도를 갖는 제2 서셉터 물질 및 퀴리 온도를 갖지 않는 제1 서셉터 물질, 또는 서로 구별되는 제1 및 제2 퀴리 온도를 갖는 제1 및 제2 서셉터 물질을 갖는 적어도 하나의 제1 및 제2 서셉터 물질을 제공함으로써, 에어로졸 형성 기재를 가열과 가열 온도 제어는 분리될 수 있다. 제1 서셉터 물질은 열 손실에 관하여 최적화될 수 있는 반면, 제2 서셉터 물질은 온도 제어에 관하여 최적화될 수 있다. 제2 서셉터 물질은 임의의 현저한 가열 특성을 가질 필요가 없다. 제2 서셉터 물질은 제1 서셉터 물질의 미리 정의된 최대 희망 가열 온도에 대응하는 퀴리 온도 또는 제2 퀴리 온도를 갖도록 선택될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 ‘제2 퀴리 온도(second Curie temperature)’는 제2 서셉터 물질의 퀴리 온도를 지칭한다.
더 구체적으로, 서셉터는 제1 퀴리 온도를 갖는 제1 서셉터 물질 및 제2 퀴리 온도를 갖는 제2 서셉터 물질을 포함하되, 제1 서셉터 물질은 제2 서셉터 물질에 열적 근위에 배치된다. 제2 퀴리 온도는 제1 퀴리 온도보다 낮을 수 있다.
최대 희망 가열 온도는 에어로졸 형성 기재가 국부적으로 과열되거나 타지 않도록 정의될 수 있다. 제1 및 제2 서셉터 물질을 포함하고 있는 서셉터는 단일 구조를 가질 수 있고, 이중 물질(bi-material) 서셉터 또는 다중 물질(multi-material) 서셉터라 명명할 수 있다. 제1 및 제2 서셉터 물질이 바로 근접하는 것은 정확한 온도 제어를 제공함에 있어서 이점이 있을 수 있다.
제1 서셉터 물질은 약 500℃ 보다 높은 퀴리 온도를 갖는 자성 물질인 것이 바람직하다. 제1 서셉터 물질의 퀴리 온도는 서셉터가 가열될 수 있어야 하는 임의의 최대 온도 이상인 것이 가열 효율성의 관점에서 바람직할 수 있다. 제2 퀴리 온도는 약 400℃ 미만, 약 380℃ 미만 또는 360℃ 미만으로 선택되는 것이 바람직할 수 있다. 제2 서셉터 물질은 바람직한 최대 가열 온도와 실질적으로 동일한 제2 퀴리 온도를 갖도록 선택된 자성 물질일 수 있다. 즉, 제2 퀴리 온도는 에어로졸 형성 기재로부터 에어로졸을 발생시키기 위해 서셉터가 가열되어야 하는 온도와 약 동일할 수 있다. 제2 퀴리 온도는, 예를 들어 약 200℃ 내지 약 400℃ 또는 약 250℃ 내지 약 360℃일 수 있다.
일부 구현예에서, 제2 서셉터 물질의 제2 퀴리 온도는, 제2 퀴리 온도와 같은 온도에 있는 서셉터에 의해 가열될 시에, 에어로졸 형성 기재의 전체 평균 온도가 240℃를 초과하지 않도록 선택될 수도 있다. 여기서 에어로졸 형성 기재의 전체 평균 온도는 에어로졸 형성 기재의 중앙 영역 및 주변 영역에서의 다수의 온도 측정의 산술 평균으로서 정의된다. 전체 평균 온도의 최대값을 미리 정의하여, 에어로졸 형성 기재를 에어로졸의 최적의 생산에 맞출 수 있다.
제1 서셉터 물질은 최대 가열 효율을 위해 선택될 수 있다. 변동 자기장 내에 위치하고 있는 자성 서셉터 물질의 유도 가열은 서셉터 내에 유도된 와전류로 인한 저항 가열 및 자기 히스테리시스 손실(magnetic hysteresis loss)에 의해 발생된 열의 조합에 의해 생긴다.
일부 구현예에서, 제1 서셉터 물질은 400℃ 초과의 퀴리 온도를 갖는 강자성 금속일 수 있다. 제1 서셉터는 철 또는 스틸과 같은 철 합금, 또는 철 니켈 합금일 수 있다. 제1 서셉터 물질은 400 시리즈 스테인리스 강, 예를 들어, 410 급 스테인리스 강, 또는 420 급 스테인리스 강, 또는 430 급 스테인리스 강일 수 있다.
다른 구현예에서, 제1 서셉터 물질은 대안적으로 적절한 비자성 물질, 예를 들아 알루미늄일 수 있다. 비자성 물질에서, 유도 가열은 오직 와전류로 인한 저항 가열에 의해서만 생긴다.
제2 서셉터 물질은 원하는 범위 이내, 예를 들면 200℃ 내지 400℃의 특정 온도에서의 검출 가능한 퀴리 온도를 갖기 위해 선택될 수 있다. 제2 서셉터 물질은 또한 서셉터의 가열에 기여할 수 있게 하지만, 이 특성은 그의 퀴리 온도보다 덜 중요하다. 제2 서셉터 물질은 강자성 금속, 예를 들어 니켈 또는 니켈 합금일 수 있다. 니켈은 에어로졸 발생 물품 내의 가열의 온도 제어에 이상적일 수 있는 약 354℃의 퀴리 온도를 갖는다.
제1 및 제2 서셉터 물질은 열적 근위에 있을 수 있고, 예컨대 긴밀하게 접촉된 상태로 단일 서셉터 형성할 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 서셉터 물질은 가열되었을 때 동일한 온도를 갖는다. 에어로졸 형성 기재의 가열을 위해 최적화될 수 있는, 제1 서셉터 물질은 미리 정의된 최대 가열 온도보다 높은 제1 퀴리 온도를 가질 수 있다.
서셉터는 특정 인덕터와 함께 사용된 때에 1 와트(Watt) 내지 8 와트, 예를 들어 1.5 와트 내지 6와트의 에너지를 소실하도록 구성될 수 있다. 구성되어 있다는 것은, 서셉터가 특정 제1 서셉터 물질을 포함할 수 있고, 공지된 주파수 및 공지된 자기장 강도의 변동 자기장을 발생시키는 특정 전도체와 함께 사용된 때에 1와트 내지 8와트의 에너지 소실을 허용하는 특정 치수를 가질 수 있는 것을 의미한다.
제1 서셉터 물질 및 제2 서셉터 물질을 갖는 적절한 서셉터는 국제 특허 공개 번호 WO-A1-2015177294A1에 보다 상세히 기술된다.
에어로졸 발생 물품은 또한 에어로졸 형성 기재를 포함하고 있다. 에어로졸 형성 기재는 고체 에어로졸 형성 기재일 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 고체 및 액체 성분 모두를 포함할 수 있다.
상기 에어로졸 형성 기재는 니코틴을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 에어로졸 형성 기재는 담배를 포함할 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 형성 물질은 균질화 담배 시트로부터 형성될 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 균질화 담배 시트를 주름지게 하여 형성된 로드일 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 균질화 담배 물질의 밀집된 질감 시트를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 균질화 담배 물질의 주름진 권축 시트를 포함할 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 ‘균질화 담배 물질(homogenised tobacco material)’은 미립자 담배를 응집(agglomerating)시켜서 형성된 물질을 나타낸다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 ‘시트’는 그것의 두께보다 실질적으로 큰 폭과 길이를 갖는 적층체 요소를 나타낸다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 ‘주름진’은 에어로졸 발생 물품의 길이방향 축에 실질적으로 가로 방향으로 엉켜 있거나, 접혀 있거나, 또는 그렇지 않으면 압축되었거나 또는 수축되어 있는 시트를 설명하는 데 사용된다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 ‘질감 시트’는 권축된, 양각된, 음각된, 천공된 또는 그렇지 않으면 변형된 시트를 나타낸다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 ‘권축된 시트’는 복수의 실질적으로 평행한 리지(ridge) 또는 물결주름을 갖는 시트를 가리킨다.
에어로졸 형성 기재는 비-담배 함유 에어로졸 형성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 형성 기재는 니코틴염 및 에어로졸 형성제를 포함하고 있는 시트로 형성될 수 있다.
에어로졸 형성 기재는 적어도 하나의 에어로졸 형성제를 포함할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 ‘에어로졸 형성제’는, 사용 시, 에어로졸의 형성을 촉진시키고 에어로졸 발생 물품의 작동 온도에서 열적 감성에 실질적으로 내성이 있는, 임의의 적절한 공지된 화합물 또는 화합물들의 혼합물을 설명하는 데 사용된다. 적절한 에어로졸 형성제는 본 기술 분야에 공지되어 있다.
에어로졸 형성 기재가 고체 에어로졸 형성 기재인 경우, 고체 에어로졸 형성 기재는, 예를 들면 허브 잎, 담배 잎, 담배 엽맥들, 팽화 담배(expanded tobacco) 및 균질화 담배 중 하나 이상을 포함하고 있는 분말, 과립, 펠릿(pellet), 조각(shred), 가닥, 스트립 또는 시트 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 고체 에어로졸 형성 기재는 고체 에어로졸 형성 기재의 가열 시에 방출될, 담배 또는 비담배 휘발성 향미 화합물을 함유할 수 있다. 고체 에어로졸 형성 기재는, 예를 들면 추가적인 담배 휘발성 향미 화합물 또는 비담배 휘발성 향미 화합물을 포함하고 있는 하나 이상의 캡슐을 또한 함유할 수 있고, 이러한 캡슐들은 고체 에어로졸 형성 기재의 가열 중 용융될 수 있다.
고체 에어로졸 형성 기재는 열적으로 안정적인 캐리어에 제공되거나 캐리어에 매립될 수 있다.
에어로졸 형성 기재는 종이 또는 다른 래퍼에 의해 둘러싸여 있는 에어로졸 형성 물질을 포함하고 있는 플러그의 형태일 수 있다. 에어로졸 형성 기재가 플러그 형태인 경우에, 임의의 래퍼를 포함하고 있는 전체 플러그가 에어로졸 형성 기재로 간주된다. 하나 이상의 서셉터는 세장형일 수 있고 하나 이상의 세장형 서셉터는 에어로졸 형성 물질과 직접적으로 또는 긴밀하게 물리적으로 접촉된 상태로 플러그 내에 위치될 수 있다.
에어로졸 형성 기재는 적어도 약 5mm의 외경을 가질 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 약 5mm 내지 약 12mm의 외경을 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 에어로졸 발생 기재는 약 7.2mm +/-10%의 외경을 가질 수 있다.
에어로졸 형성 기재는 약 5mm 내지 약 15mm의 길이를 가질 수 있다. 세장형 서셉터는 에어로졸 형성 기재와 길이와 약 동일한 길이를 가질 수 있다.
에어로졸 형성 기재는 실질적으로 원통형일 수 있다.
에어로졸 발생 물품은 에어로졸 형성 기재의 바로 하류에 위치된 지지 요소를 포함할 수도 있다. 상기 지지 요소는 에어로졸 형성 기재와 접경할 수 있다.
에어로졸 발생 물품은 에어로졸 냉각 요소는 에어로졸 형성 기재의 하류에 위치되는 에어로졸 냉각 요소를 또한 포함할 수 있으며, 예를 들어 에어로졸 냉각 요소는 지지 요소의 바로 하류에 위치될 수 있고, 지지 요소와 접경할 수 있다. 에어로졸 냉각 요소는 지지 요소와 에어로졸 발생 물품의 극단적인 하류 말단에 위치하고 있는 마우스피스 사이에 위치할 수 있다. 에어로졸 냉각 요소는 열 교환기라 불릴 수 있다.
에어로졸 발생 물품은 에어로졸 발생 물품의 마우스 말단에 위치하고 있는 마우스피스를 더 포함할 수 있다. 마우스피스는 에어로졸 냉각 요소의 바로 하류에 위치할 수 있고 에어로졸 냉각 요소와 접경할 수 있다. 마우스피스는 필터를 포함할 수 있다. 필터는 하나 이상의 적합한 여과 물질로 형성될 수 있다. 이러한 많은 여과 물질이 당 기술분야에 공지되어 있다. 일 구현예에서, 마우스피스는 셀룰로오스 아세테이트 토우로 형성된 필터를 포함할 수 있다.
에어로졸 발생 물품의 요소들, 예를 들면 에어로졸 형성 기재 및 에어로졸 발생 물품의 임의의 다른 요소들, 예를 들어 지지 요소, 에어로졸 냉각 요소, 및 마우스피스가 외부 래퍼에 의해 둘러싸여 있을 수 있다. 외부 래퍼는 임의의 적합한 물질 또는 물질들의 조합으로 형성될 수 있다. 외부 래퍼는 궐련 종이일 수 있다.
에어로졸 발생 물품은 약 5mm 내지 약 12mm, 예를 들어 약 6mm 내지 약 8mm의 외경을 가질 수 있다. 에어로졸 발생 물품은 7.2mm +/-10%의 외경을 가질 수 있다.
에어로졸 발생 물품은, 약 30mm 내지 약 100mm의 총 길이를 가질 수 있다. 에어로졸 발생 물품은 약 40mm 내지 약 50mm, 예를 들어 45mm의 총 길이를 가질 수 있다.
본 발명의 제3 측면에 따르면, 본 발명의 제1 측면에 따른 유도 가열 장치의 작동 방법이 제공된다. 상기 방법은:
에어로졸 발생 물품이 유도 가열 장치에 의해 수용될 때 에어로졸 발생 물품의 서셉터를 가열하기 위해, DC/AC 변환기를 통해, DC 전력 공급부로부터 인덕터로 전력을 공급하는 단계로, 전력의 공급은 시간 간격만큼 분리되어 있는 복수의 펄스에서 제공되며, 펄스는 둘 이상의 가열 펄스 및 순차적인 가열 펄스 사이의 하나 이상의 프로브 펄스를 포함하는 것인, 단계; 및
하나 이상의 프로브 펄스에서 DC 전력 공급부로부터 공급되는 전류의 하나 이상의 측정치에 기초하여 순차적인 가열 펄스 사이의 시간 간격의 지속 시간을 제어하는 단계를 포함하고 있다.
일부 구현예에서, 상기 방법은:
제1 가열 펄스, 및 상기 시간 간격에 의해 상기 제1 가열 펄스로부터 분리된, 제2 가열 펄스에서 상기 인덕터에 전력을 공급하는 단계;
상기 제1 가열 펄스 및 상기 제2 가열 펄스 사이의 시간 간격에서 하나 이상의 프로브 펄스에서 상기 인덕터에 전력을 공급하는 단계;
상기 프로브 펄스 중 하나 이상에서 상기 DC 전력 공급부로부터 공급된 전류를 측정하는 단계; 및
상기 제1 및 제2 가열 펄스 사이의 상기 하나 이상의 프로브 펄스에서 상기 DC 전력 공급부로부터 공급된 전류의 측정치에 기초하여 상기 제1 및 제2 가열 펄스 사이의 시간 간격의 지속 시간을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 제1 및 제2 가열 펄스 사이의 시간 간격에서 하나 이상의 프로브 펄스를 공급하는 단계를 포함할 수 있다. 각각의 프로브 펄스는 프로브 펄스 지속 시간과 실질적으로 동일한 지속 시간을 가질 수 있다. 2개 이상의 프로브 펄스가 인덕터에 공급되는 경우, 각각의 순차적인 프로브 펄스는 프로브 펄스 시간 간격 지속 시간과 실질적으로 동일한 시간 간격만큼 분리될 수 있다.
예시적인 구현예에서, 상기 방법은
상기 제1 가열 펄스로 상기 DC 전력 공급부로부터 상기 인덕터에 전력을 공급하는 단계;
상기 인덕터로의 전력 공급을 차단해서 상기 제1 가열 펄스를 종료하는 단계;
상기 제1 가열 펄스의 종료로부터 프로브 펄스 시간 간격이 경과한 후, 제1 프로브 펄스로 상기 인덕터에 전력을 공급하는 단계;
상기 제1 프로브 펄스에서 상기 DC 전력 공급부로부터 공급된 전류를 측정하는 단계;
상기 제1 프로브 펄스의 시작으로부터 프로브 펄스 지속 시간이 경과한 후, 상기 인덕터로의 전력 공급을 차단해서 상기 제1 프로브 펄스를 종료하는 단계;
상기 제1 프로브 펄스의 종료로부터 상기 프로브 펄스 시간 간격 지속 시간이 경과한 후에, 제2 프로브 펄스로 상기 인덕터에 전력을 공급하는 단계;
상기 제2 프로브 펄스에서 상기 DC 전력 공급부로부터 공급된 전류를 측정하는 단계; 및
상기 제2 프로브 펄스의 시작으로부터 상기 프로브 펄스 지속 시간이 경과한 후, 상기 인덕터로의 전력 공급을 차단해서 상기 제2 프로브 펄스를 종료하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 결정된 시간 간격이 제1 가열 펄스의 종료로부터 경과한 후에 제2 가열 펄스로 DC 전력 공급부로부터 인덕터에 전력을 공급하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 제1 및 제2 가열 펄스 사이의 일련의 프로브 펄스에서 최종 프로브 펄스의 종료로부터 상기 프로브 펄스 시간 간격 지속 시간이 경과한 후 상기 제2 가열 펄스로 DC 전력 공급부로부터 상기 인덕터에 전력을 공급하는 단계를 포함할 수도 있다.
각 프로브 펄스에서 DC 전력 공급부로부터 공급된 전류는 프로브 펄스에서 임의의 적절한 시간에 측정될 수 있다. 일부 구현예에서, 전류는 프로브 펄스의 시작 시에 측정될 수 있다. 일부 구현예에서, 각 프로브 펄스에서의 전류는 프로브 펄스의 종료 시에 측정될 수 있다. 즉, 각 프로브 펄스의 최종 전류가 측정될 수 있다. 일부 구현예에서, 각 프로브 펄스에 대해 둘 이상의 전류 측정이 행해질 수 있다.
일부 구현예에서, 제1 및 제2 순차적인 가열 펄스 사이의 시간 간격의 지속 시간의 결정은: 전력 공급 전자기기의 메모리 상에 하나 이상의 목표 조건을 저장하고; 하나 이상의 프로브 펄스에서의 DC 전력 공급부로부터 공급된 전류의 하나 이상의 측정치를 하나 이상의 목표 조건에 비교하고; 및 비교에 기초하여 제1 및 제2 가열 펄스 사이의 시간 간격의 지속 시간을 결정하는 것을 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 제1 및 제2 가열 펄스 사이의 시간 간격의 지속 시간의 결정은: 하나 이상의 프로브 펄스에서의 DC 전력 공급부로부터 공급된 전류의 하나 이상의 측정치를 비교하고; 및 하나 이상의 프로브 펄스에서 DC 전력 공급부로부터 공급된 전류의 측정치들 중 하나 이상이 목표 조건과 일치하면, 제2 가열 펄스로 인덕터에 전력을 공급하는 것을 더 포함하고 있다.
일부 구현예에서, 전력 공급 전자기기의 메모리 상에 저장된 목표 조건은 일련의 조건 또는 목표를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 전력 공급 전자기기의 메모리 상에 저장된 목표 조건은
제1 쌍의 순차적인 프로브 펄스에서의 DC 전력 공급부로부터 공급된 전류가 순차적인 프로브 펄스들 사이에서 감소하고;
제2 쌍의 순차적인 프로브 펄스에서의 DC 전력 공급부로부터 공급된 전류가 순차적인 프로브 펄스들 사이에서 증가하고; 그리고
상기 제2 쌍의 순차적인 프로브 펄스에서 또는 그 이후에 상기 DC 전력 공급부로부터 공급된 전류가 참조 전류 값과 같거나 큰 것을 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 상기 방법은: 전력 공급 전자기기의 메모리 상에 참조 최대 시간 간격을 저장하는 단계; 및 참조 최대 시간 간격이 제1 가열 펄스의 종료 후에 경과했을 때 제2 가열 펄스로 DC 전력 공급부로부터 인덕터에 전력을 공급하는 단계를 포함하고 있다.
일부 구현예에서, 상기 방법은 하나 이상의 프로브 펄스에서 DC 전력 공급부로부터 공급되는 전류 및 DC 전력 공급부에 걸린 전압의 하나 이상의 측정치에 기초하여 순차적인 가열 펄스 사이의 시간 간격의 지속 시간을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
이러한 구현예에서, 상기 방법은:
하나 이상의 프로브 펄스에서 DC 전력 공급부로부터 공급되는 전류 및 DC 전력 공급부에 걸린 전압의 하나 이상의 측정치로부터 전도율 값을 결정하는 단계;
상기 전류 및 전압의 측정치 중 하나 이상에 기초하여 하나 이상의 전도율 값을 결정하는 단계; 및
상기 결정된 전도율 값의 하나 이상에 기초하여 순차적인 가열 펄스 사이의 시간 간격의 지속 시간을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
하나 이상의 전도율 값은 전류의 측정치 중 하나 이상 및 전압의 측정치 중 하나 이상의 몫을 계산하여 결정될 수 있다.
본 발명의 제4 측면에 따르면, 본 발명의 제1 측면에 따른 유도 가열 장치를 작동시키기 위한 방법이 제공되며, 유도 가열 장치는 제1 서셉터 물질 및 제2 서셉터 물질을 포함하고 있는 서셉터를 포함하고 있는 에어로졸 발생 물품을 수용하도록 구성되고, 제1 서셉터 물질은 제2 서셉터 물질에 열적 근위에 배치되고, 제2 서셉터 물질은 500℃ 보다 낮은퀴리 온도를 가진다. 상기 방법은:
상기 에어로졸 발생 물품이 유도 가열 장치에 의해 수용될 때 에어로졸 발생 물품의 서셉터를 가열하기 위해 DC/AC 변환기를 통해 DC 전력 공급부로부터 인덕터로 전력을 공급하는 단계;
DC 전력 공급부로부터 공급되는 전류가 최소 전류 값이 되는 때를 결정하는 단계;
DC 전력 공급부로부터 공급되는 전류가 최대 전류 값이 되는 때를 결정하는 단계;
최대 전류 값이 결정되면 DC 전력 공급부로부터 인덕터로 전력 공급을 차단해서 제1 가열 펄스를 종료하는 단계;
상기 제1 가열 펄스의 종료로부터 프로브 펄스 시간 간격이 경과한 후, 하나 이상의 프로브 펄스로 DC 전력 공급부로부터 인덕터에 전력을 공급하는 단계로, 각각의 프로브 펄스는 프로브 지속 시간과 실질적으로 동일한 지속 시간을 가지고 순차적인 프로브 펄스는 상기 프로브 펄스 시간 간격 지속 시간과 실질적으로 동일한 지속 시간을 갖는 시간 간격만큼 분리되어 있는, 단계;
각각의 프로브 펄스에서 상기 DC 전력 공급부로부터 공급되는 전류를 측정하는 단계;
하나 이상의 프로브 펄스에서 DC 전력 공급부로부터 공급된 전류의 하나 이상의 측정치에 기초하여 상기 제1 및 제2 가열 펄스 사이의 시간 간격을 결정하는 단계; 및
상기 제1 가열 펄스의 종료 후에 상기 결정된 시간 간격이 경과했을 때 상기 제2 가열 펄스로 상기 DC 전력 공급부로부터 상기 인덕터에 전력을 공급하는 단계를 포함하고 있다.
일부 구현예에서, 제1 및 제2 가열 펄스 사이의 시간 간격의 결정은: 전력 공급 전자기기의 메모리 상에 하나 이상의 목표 조건을 저장하고; 하나 이상의 프로브 펄스에서 DC 전력 공급부로부터 공급되는 전류의 하나 이상의 측정치를 비교하는 것을 포함하고 있다.
일부 구현예에서, 전력 공급 전자기기의 메모리 상에 저장된 목표 조건은 참조 전류이며, 상기 방법은, 하나 이상의 전류의 측정치가 참조 전류와 같거나 더 큰 경우, 제2 가열 펄스로 DC 전력 공급부로부터 인덕터에 전력을 공급하는 단계를 포함하고 있다.
일부 구현예에서, 전력 공급 전자기기의 메모리 상에 저장된 목표 조건은 시퀀스 또는 일련의 조건 또는 목표를 포함할 수 있다. 전력 공급 전자기기는 순차적인 프로브 펄스로부터 순차적인 전류의 측정치를 시퀀스 또는 일련의 목표 조건 각각과 순서대로 비교하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 전력 공급 전자기기의 메모리 상에 저장된 목표 조건들의 시퀀스는:
제1 쌍의 순차적인 프로브 펄스에서의 DC 전력 공급부로부터 공급된 전류가 순차적인 프로브 펄스들 사이에서 감소하고;
제2 쌍의 순차적인 프로브 펄스에서의 DC 전력 공급부로부터 공급된 전류가 순차적인 프로브 펄스들 사이에서 증가하고; 그리고
상기 제2 쌍의 순차적인 프로브 펄스에서 또는 그 이후에 상기 DC 전력 공급부로부터 공급된 전류가 참조 전류 값과 같거나 큰 것을 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 참조 전류 값은 제1 가열 펄스의 최소 전류 값일 수 있다. 이들 구현예에서, 상기 방법은 제1 가열 펄스의 최소 전류 값을 목표 조건으로서 저장하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 제5 측면에 따르면, 본 발명의 제1 측면에 따른 유도 가열 장치의 제어 시스템이 제공되어 있다. 제어 시스템은 본 발명의 제3 또는 제4 측면에 따른 방법 단계들 중 임의의 것을 수행하도록 프로그래밍된 마이크로컨트롤러를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면과 관련하여 기술된 특징들은 단독으로 또는 본 발명의 다른 기술된 측면 및 특징들과 함께 본 발명의 다른 측면들에 적용될 수 있음이 이해될 것이다.
대체로 용어 “약”은 본원에서 특정한 값에 관하여 사용될 때마다, 용어 “약”은 다음에 오는 값이 기술적 고려 사항들 때문에 정확하게 그 특정한 값일 필요는 없다는 의미로 이해될 것이다. 그러나, 본원에서 사용된 특정한 값에 관한 용어 “약”은, 용어 “약” 다음에 오는 특정한 값을 포함하는 것이며 또한 명시적으로 개시하는 것으로 이해해야 한다.
하나의 측면 또는 구현예에 관하여 설명된 특징들은 또한 다른 측면들 및 구현예들에 적용될 수도 있다. 이제 도면들을 참조하여 특정 구현예들이 설명될 것이다.
도 1a는 본 발명의 한 구현예에 따른 에어로졸 발생 시스템의 에어로졸 발생 물품에서 사용하기 위한 서셉터의 평면도이고;
도 1b는 도 1a의 서셉터의 측면도이고;
도 2a는 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 에어로졸 발생 시스템의 에어로졸 발생 물품에서 사용하기 위한 또 다른 서셉터의 평면도이고;
도 2b는 도 2a의 서셉터의 측면도이고;
도 3은 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같은 서셉터를 포함하고 있는 에어로졸 발생 물품의 특정 구현예의 개략적인 단면도이고;
도 4는 도 3에 도시된 에어로졸 발생 물품에 사용하기 위한 전기 작동식 에어로졸 발생 장치의 특정 구현예의 개략적인 단면도이고;
도 5는 도 4의 전기 작동식 에어로졸 발생 장치와 체결되어 있는 도 3의 에어로졸 발생 물품의 개략 단면도이고;
도 6은 도 4에 관하여 설명된 에어로졸 발생 장치의 전자 구성요소들을 보여주는 블록도이고;
도 7은 도 3의 유도 가열 장치의 전력 전자기기의 구성요소의 개략도이고;
도 8은 도 7의 전력 전자기기의 LC 부하 네트워크(부하의 유도 및 옴 저항을 포함)의 인덕터에 대한 개략도이고;
도 9은 서셉터 물질이 그의 퀴리점과 연관된 상 전이를 겪게 될 때에 일어나는 원격 검출 가능한 전류 변화를 도시하는 전류 대 시간의 그래프이며;
도 10은 본 발명에 따른, 가열 펄스 사이의 프로브 펄스의 전류의 측정치에 기초하여 순차적인 가열 펄스 사이의 지속 시간의 제어를 보여주는 전류 대 시간의 그래프이며; 그리고
도 11은 순차적인 가열 펄스 사이의 복수의 프로브 펄스를 보여주는 전류 대 시간의 그래프이다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 한 구현예에 따른 에어로졸 발생 시스템의 에어로졸 발생 물품에서 사용하기 위한 단일 다중 물질 서셉터의 특정 실시예를 도시하고 있다. 서셉터(1)는 12mm의 길이 및 4mm의 폭을 갖는 세장형 스트립 형태이다. 서셉터는 제2 서셉터 물질(3)에 긴밀하게 결합되는 제1 서셉터 물질(2)로 형성된다. 제1 서셉터 물질(2)은 12mm x 4mm x 35μm의 치수를 갖는 430 급 스테인리스강 스트립 형태이다. 제2 서셉터 물질(3)은 3mm x 2mm x 10μm 치수의 니켈 패치이다. 니켈 패치는 스테인리스강 스트립 상에 전기도금되어 있다. 430 급 스테인리스강은 400℃ 초과의 퀴리 온도를 갖는 강자성 물질이다. 니켈은 약 354℃의 퀴리 온도를 갖는 강자성 물질이다.
본 발명의 다른 구현예에서, 제1 및 제2 서셉터 물질을 형성하는 물질은 다양할 수 있다. 본 발명의 다른 구현예들에서, 제1 서셉터 물질과 긴밀하게 물리적으로 접촉된 상태로 위치하고 있는 하나보다 많은 제2 서셉터 물질 패치가 있을 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 에어로졸 발생 시스템의 에어로졸 발생 물품에서 사용하기 위한 단일 다중 물질 서셉터의 제2 특정 실시예를 도시하고 있다. 서셉터(4)는 12mm의 길이 및 4mm의 폭을 갖는 세장형 스트립 형태이다. 서셉터는 제2 서셉터 물질(6)에 긴밀하게 연결된 제1 서셉터 물질(5)로 형성된다. 제1 서셉터 물질(5)은 12mm x 4mm x 25μm의 치수를 갖는 430 급 스테인리스강 스트립 형태이다. 제2 서셉터 물질(6)는 12mm x 4mm x 10μm의 치수를 갖는 니켈 스트립 형태이다. 서셉터는 니켈 스트립(6)을 스테인리스강 스트립(5)에 피복하여 형성된다. 상기 서셉터의 총 두께는 35μm이다. 도 2의 서셉터(4)는 이층 또는 다층 서셉터라고 불릴 수 있다.
도 3는 본 발명의 구현예에 따른 에어로졸 발생 시스템의 에어로졸 발생 물품(10)을 도시하고 있다. 에어로졸 발생 물품(10)은 동축 정렬로 배열되어 있는 4개의 요소, 즉 에어로졸 형성 기재(20), 지지 요소(30), 에어로졸 냉각 요소(40), 및 마우스피스(50)를 포함하고 있다. 이들 4개의 요소 각각은 실질적으로 원통형 요소이고, 각각이 실질적으로 동일한 직경을 가진다. 이들 4개의 요소는 연속적으로 배열되어 있고 외부 래퍼(60)에 의해 둘러싸여서 원통형 로드를 형성하고 있다. 세장형 이층 서셉터(4)는 에어로졸 형성 기재와 긴밀하게 물리적으로 접촉하면서, 에어로졸 형성 기재 내부에 위치하고 있다. 서셉터(4)는 도 2에 관하여 전술된 서셉터이다. 서셉터(4)는 에어로졸 형성 기재의 길이와 약 동일한 길이(12mm)를 가지고, 에어로졸 형성 기재의 방사상 중앙 축을 따라 위치하고 있다.
에어로졸 발생 물품(10)은 사용자가 사용하는 동안에 사용자의 입 안에 넣는 근위 또는 마우스 말단(70), 및 이 마우스 말단(70)에 대한 에어로졸 발생 물품(10)의 대향 말단에 위치하고 있는 원위 말단(80)을 갖는다. 조립되면, 에어로졸 발생 물품(10)의 총 길이는 약 45mm이고, 직경은 약 7.2mm이다.
사용 시 사용자에 의해 에어로졸 발생 물품을 통해 공기가 원위 말단(80)으로부터 마우스 말단(70)으로 흡인된다. 에어로졸 발생 물품의 원위 말단(80)은 또한 에어로졸 발생 물품(10)의 상류 말단으로서 설명될 수도 있고, 에어로졸 발생 물품(10)의 마우스 말단(70)은 또한 에어로졸 발생 물품(10)의 하류 말단으로서 설명될 수도 있다. 마우스 말단(70)과 원위 말단(80) 사이에 위치하고 있는 에어로졸 발생 물품(10)의 요소들은 마우스 말단(70)의 상류, 또는 원위 말단(80)의 하류인 것으로서 설명될 수 있다.
에어로졸 형성 기재(20)는 에어로졸 발생 물품(10)의 극단적인 원위 또는 상류 말단(80)에 위치하고 있다. 도 3에 도시된 구현예에서, 에어로졸 형성 기재(20)는 래퍼에 의해 둘러싸여 있는 권축된 균질화 담배 물질의 주름진 시트를 포함하고 있다. 균질화 담배 물질의 권축된 시트는 에어로졸 형성제로서 글리세린을 포함하고 있다.
지지 요소(30)는 에어로졸 형성 기재(20)의 바로 하류에 위치하고 에어로졸 형성 기재(20)와 접경하고 있다. 도 3에 도시된 구현예에서, 지지 요소는 중공형 초산 셀룰로오스 관이다. 지지 요소(30)는 에어로졸 형성 기재(20)를 에어로졸 발생 물품의 극단적인 원위 말단(80)에 위치시킨다. 지지 요소(30)는 또한 스페이서로서 기능해서 에어로졸 형성 기재(20)로부터 에어로졸 발생 물품(10)의 에어로졸 냉각 요소(40)를 이격시킨다.
에어로졸 냉각 요소(40)는 지지 요소(30)의 바로 하류에 위치하고 지지 요소(30)와 접경하고 있다. 사용시, 에어로졸 형성 기재(20)로부터 방출된 휘발성 물질들은 에어로졸 발생 물품(10)의 마우스 말단(70)을 향해서 에어로졸 냉각 요소(40)를 따라 통과한다. 휘발성 물질은 에어로졸 냉각 요소(40) 내부에서 냉각되어 사용자가 흡입하는 에어로졸을 형성할 수 있다. 도 3에 도시된 구현예에서, 에어로졸 냉각 요소는 래퍼(90)에 의해 둘러싸여 있는 폴리락트산의 권축되고 주름진 시트를 포함하고 있다. 폴리락트산으로 이루어진 권축되고 주름진 시트는 에어로졸 냉각 요소(40)의 길이를 따라 연장되어 있는 복수의 길이방향 채널을 정한다.
마우스피스(50)는 에어로졸 냉각 요소(40)의 바로 하류에 위치하고 에어로졸 냉각 요소(40)와 접경하고 있다. 도 3에 도시된 구현예에서, 마우스피스(50)는 낮은 여과 효율의 통상의 초산 셀룰로오스 토우를 포함하고 있다.
에어로졸 발생 물품(10)을 조립하기 위해서, 상술한 4개의 원통형 요소가 외부 래퍼(60) 내부에 정렬되고 기밀하게 포장된다. 도 3에 도시된 구현예에서, 외부 래퍼는 통상의 궐련 종이이다. 서셉터(4)는 복수의 요소의 조립 전에, 에어로졸 형성 기재를 형성하는 데에 사용되는 공정 동안에 에어로졸 형성 기재(20) 내에 삽입되어서 로드를 형성할 수도 있다.
도 3에 관하여 설명된 특정 구현예는 균질화 담배로 형성된 에어로졸 형성 기재를 포함하고 있다. 그런, 다른 구현예에서, 에어로졸 형성 기재는 다른 물질로 형성될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 에어로졸 발생 물품의 특정한 제2 구현예는, 에어로졸 형성 기재(20)가 니코틴 피루브산염, 글리세린, 및 물을 포함하고 있는 액체 제제(liquid formulation) 내에 적셔진 궐련 종이의 비-담배 시트로 형성되는 것을 제외하고는, 도 3의 구현예에 관하여 전술한 것들과 동일한 요소들을 갖는다. 궐련 종이는 액체 제제 및 비-담배 시트를 흡수하고, 이에 따라 니코틴 피루브산염, 글리세린 및 물을 포함하고 있다. 글리세린 대 니코틴의 비는 5:1이다. 사용 시, 에어로졸 형성 기재(20)는 약 220℃의 온도로 가열된다. 이 온도에서, 니코틴 피루브산염, 글리세린, 및 물을 포함하고 있는 에어로졸이 전개되고, 필터(50)를 통해 그리고 사용자의 입 안으로 흡인될 수도 있다. 기재(20)가 가열되는 온도는 담배 기재로부터 에어로졸을 전개하는 데에 필요하게 되는 온도보다 상당히 낮다는 것에 유의한다. 이와 같이, 이러한 구현예에서 제2 서셉터 물질은 니켈보다 낮은 퀴리 온도를 갖는 물질일 수 있다. 예를 들면, 적절한 니켈 합금이 선택될 수 있다.
도 3에 도시된 에어로졸 발생 물품(10)은 사용자가 소모하기 위해서, 유도 코일, 또는 인덕터를 포함하고 있는 전기 작동식 에어로졸 발생 장치와 체결하도록 설계되어 있다.
전기 작동식 에어로졸 발생 장치(100)의 개략적인 단면도가 도 4에 도시되어 있다. 에어로졸 발생 장치(100)는 본 발명에 따른 유도 가열 장치이다. 전기 작동식 에어로졸 발생 장치(100)는 장치의 구성요소들을 실질적으로 포함하고 있는 실질적으로 원형 원통형 하우징(11)을 포함하고 있다. 에어로졸 발생 장치(100)는 인덕터(110)를 포함하고 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 인덕터(110)는 에어로졸 발생 장치(100)의 기재 수용실(130)의 원위부(131)에 인접하게 위치하고 있다. 사용 시, 사용자는 에어로졸 발생 장치(100)의 기재 수용실(130) 내에 에어로졸 발생 물품(10)을 삽입해서 에어로졸 발생 물품(10)의 에어로졸 형성 기재(20)가 인덕터(110)에 인접해서 위치하게 된다.
에어로졸 발생 장치(100)는 인덕터(110)가 작동될 수 있게 하는 배터리(150) 및 전력 공급 전자기기(160)를 포함하고 있다. 이러한 작동은 수동으로 동작될 수 있거나 에어로졸 발생 장치(100)의 기재 수용실(130) 내에 삽입된 에어로졸 발생 물품(10) 상에서 사용자가 흡인하는 것에 반응하여 자동적으로 일어날 수 있다. 배터리(150)는 DC 전력 공급부이며, 전류 및 DC 전압을 공급한다. 전력 공급 전자기기(160)는 이후 더욱 상세히 기술되는 바와 같이, 고주파 AC 전류로 인덕터(110)를 공급하기 위한 DC/AC 변환기 또는 인버터(162)를 포함하고 있다. 배터리(150)는 적절한 전기 연결부(152)를 통해 전력 공급 전자기기에 전기적으로 연결되어 있다.
도 5은 전기 작동식 에어로졸 발생 장치(100)와 체결되어 있는 에어로졸 발생 물품(10)을 도시하고 있다. 장치(100)가 작동될 때, 고주파 교류가 인덕터(110)의 일부를 형성하는 와이어 코일들을 통과하게 된다. 이는 인덕터(110)가 상기 장치의 기재 수용 공동(130)의 원위부(131) 내부에 변동 전자기장을 발생시키게 한다. 전자기장은 약 1MHz 내지 약 30MHz, 약 2Mhz 내지 약 10Mhz 또는 약 5Mhz 내지 약 7Mhz의 주파수로 변동할 수 있다. 에어로졸 발생 물품(10)이 기재 수용 공동(130) 내에 정확히 위치하고 있을 때, 물품(10)의 서셉터(4)가 이 변동 전자기장 내부에 위치하고 있다. 변동 장은 서셉터 내에 와전류를 발생시키고, 이는 서셉터(4)의 온도를 상승시킨다. 추가의 가열이 서셉터(4) 내의 자성 히스테리시스 손실에 의해 제공된다. 열은 주로 전도에 의해 가열된 서셉터(4)로부터 에어로졸 발생 물품(10)의 에어로졸 형성 기재(20)까지 전달된다. 가열된 서셉터(4)는 에어로졸 형성 기재(20)를 에어로졸을 형성하기에 충분한 온도까지 가열한다. 에어로졸은 에어로졸 발생 물품(10)을 통해 하류로 흡인되고 사용자에 의해 흡입된다.
도 6은 도 4에 관하여 설명된 에어로졸 발생 장치(100)의 전자 구성요소들을 보여주는 블록도이다. 에어로졸 발생 장치(100)는 DC 전력 공급부(150)(배터리), 마이크로컨트롤러(마이크로프로세서 제어 유닛)(161), DC/AC 변환기 또는 인버터(162), 부하에 대한 적응을 위한 매칭 네트워크(163), 및 인덕터(110)를 포함하고 있다. 마이크로프로세서 제어 유닛(161), DC/AC 변환기 또는 인버터(162) 및 매칭 네트워크(163)는 전력 공급 전자기기(160)의 모든 부분이다. DC 전력 공급부(150)로부터 도출된 DC 공급 전압 VDC 및 전류 IDC는 피드백 채널에 의해 마이크로프로세서 제어 유닛(161)에 제공된다. 이는 인덕터(110)로의 AC 전력(PAC)의 추가 공급을 제어하기 위해 DC 전력 공급부(150)로부터 도출된 DC 공급 전압(VDC) 및 전류(IDC) 모두의 측정에 의한 것일 수 있다.
매칭 네트워크(163)는 에어로졸 발생 물품(10)의 부하에 대한 전력 공급 전자기기(160)의 최적화를 위해 제공될 수 있지만, 필수적인 것은 아니다. 다른 구현예에서, 전자기기는 매칭 네트워크가 구비되지 않을 수 있다.
도 7은 전력 공급 전자기기(160), 더욱 구체적으로는, DC/AC 변환기(162)의 일부 구성요소를 도시하고 있다. 도 7에서 볼 수 있듯이, DC/AC 변환기(162)는, 전계 효과 트랜지스터(FET)(1621), 예컨대, 금속-산화물-반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET), 스위칭 신호(게이트-소스 전압)를 FET(1621)에 공급하기 위한 화살표 1622로 표시한 트랜지스터 스위치 공급 회로를 포함하고 있는 트랜지스터 스위치(1620), 및 커패시터(C2)와 인덕터(L2)의 직렬 연결과 션트 커패시터(C1)를 포함하고 있는 LC 부하 네트워크(1623)를 포함하고 있는 클래스-E 전력 증폭기를 포함하고 있다. 또한, 초크(L1)를 포함하고 있는 DC 전력 공급부(150)는 DC 공급 전압(VDC)을 공급하도록 도시되어 있으며, 이때, DC 전류(IDC)는 작동 동안 DC 전력 공급부(150)로부터 도출된다. 인덕터(L2)의 옴 저항(RCoil)과 서셉터(4)의 옴 저항(RLoad)의 합인, 총 옴 부하(1624)를 나타내는 옴 저항 R은 도 8에 보여지고 있다.
클래스-E 전력 증폭기의 일반적인 작동 원리는 공지되어 있으며, 미국 코네티컷주 뉴잉턴 소재 아메리칸 라디오 릴레이 리그(ARRL)에서 발행하는 격월간 잡지 QEX의 “클래스-E RF 전력 증폭기”(저자: Nathan O. Sokal, 2001년 1월/2월 판, 9~20페이지)라는 기사에서 자세히 기술되고 WO-A1-2015/177255, WO-A1-2015/177256 및 WO-A1-2015/177257에서 앞서 언급되었다.
구성요소들의 개수가 매우 적기 때문에, 전력 공급 전자기기(160)의 부피를 극히 작게 유지할 수 있다. 예를 들어, 전력 공급 전자기기의 부피는 2cm3 이하일 수 있다. 이러한 전력 공급 전자기기의 매우 작은 부피는, 에어로졸 형성 물품의 서셉터(4)에 대한 유도 결합을 위한 인덕터(110)로서 직접 사용되는 LC 부하 네트워크(1623)의 인덕터(L2) 덕분일 수 있고, 이러한 매우 작은 부피는 전체 장치(1)의 전체 치수를 작게 유지할 수 있게 한다. 인덕터(L2) 이외의 별도의 인덕터가 서셉터(21)에 대한 유도 결합에 사용되는 구현예에서, 이는 반드시 전력 공급 전자기기의 크기를 증가시킨다. 전력 공급 전자기기의 크기는 매칭 네트워크(163)의 제공에 의해 증가된다.
전기 작동식 에어로졸 발생 시스템의 작동 중에, 인덕터(100)는 서셉터(4)에 와전류를 유도하는 고주파 교번 자기장을 발생시킨다. 작동 중에 에어로졸 발생 물품(10)의 서셉터(4)가 가열되는 동안에, 서셉터(110)의 온도가 증가함에 따라 서셉터의 겉보기 저항(Ra)이 증가한다. 이러한 겉보기 저항(Ra)의 증가는, DC 전력 공급부(150)로부터 도출된 전류 IDC의 측정치를 통해 전력 공급 전자기기(160)에 의해 원격으로 검출되고, 이는 서셉터의 온도 및 겉보기 저항(Ra)이 증가함에 따라 일정 전압에서 감소한다.
인덕터(110)에 의해 제공된 고주파 교번 자기장은 서셉터 표면에 매우 근접하게 와전류를 유도한다. 서셉터 내의 저항은 제1 및 제2 서셉터 물질의 전기 저항률에 부분적으로 의존하고, 유도된 와전류에 유용한 각 물질 내의 표피층의 깊이에 부분적으로 의존한다. 제2 서셉터 물질(6)(니켈)은 그의 퀴리 온도에 도달하면 그의 자기 특성을 상실한다. 이는 제2 서셉터 물질(6) 내에 와전류에 유용한 표피층이 증가되게 하고, 서셉터의 겉보기 저항이 감소되게 한다. 이는 제2 서셉터 물질이 퀴리점에 도달할 때 DC 전력 공급부(150)로부터 도출된 검출된 전류 IDC를 일시적으로 증가시킨다. 이는 도 9의 그래프에서 볼 수 있다.
전력 공급 전자기기(160)는 일련의 순차적인 전력 펄스를 전력 공급부(150)로부터 인덕터(110)에 공급하도록 구성되어 있다. 특히, 전력 공급 전자기기(160)는 시간 간격으로 분리된 일련의 가열 펄스 및 복수의 일련의 프로브 펄스로 인덕터(110)에 전력을 공급하도록 구성되어 있으며, 각각의 일련의 프로브 펄스는 순차적인 가열 펄스 사이의 시간 간격들 중 하나에서 인덕터에 공급되고 있다.
도 10은 장치(1)의 작동 동안에 DC 전력 공급부(150)로부터 인덕터(110)로 공급되는 일련의 순차적인 전력 펄스의 그래프를 보여주고 있다. 특히, 도 10은 시간 간격(ΔtH1 내지 ΔtH7)으로 분리된 일련의 가열 펄스(PH1 내지 PH7) 및 복수의 일련의 프로브 펄스(PP1 내지 PP7)를 보여주고 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 일련의 프로브 펄스(PPN)는 시리즈의 순차적인 쌍의 가열 펄스(PHN, PHN +1) 사이에서 각 시간 간격(ΔtHN)으로 인덕터(110)에 공급된다.
각각의 가열 펄스(PHN)의 지속 시간, 순차적인 가열 펄스(PHN, PHN +1) 사이의 각각의 시간 간격(ΔtHN)의 지속 시간 및 연속하는 가열 펄스 사이의 프로브 펄스의 수가 가변적일 수 있다(즉, 고정되지 않음)는 것이 도 10에서 볼 수 있다. 이들 측면들 모두의 지속 시간은, 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 펄스에서 DC 전력 공급부(150)에 의해 공급되는 전류의 측정치에 따라 달라진다.
전술한 바와 같이, DC 전력 공급부(150)에 의해 인덕터(110)에 공급된 전류는 인덕터(110)에 결합된 서셉터(4)의 온도를 나타낸다. 전력 공급 전자기기(160)는 DC 전력 공급부(150)로부터 인덕터(110)까지 공급되는 전류를 측정하도록 구성되어 있다.
전력 공급 전자기기(160)는 일반적으로 각각의 가열 펄스에 대해 최대 전류(IDCMAX)를 결정함으로써 각각의 가열 펄스(PHN)의 지속 시간을 제어하도록 구성되어 있다. 최대 전류(IDCMAX)는 제2 퀴리 온도를 초과하고, 제2 서셉터 물질의 상전이가 일어난 서셉터(4)를 나타낸다. 이와 같이, 최대 전류(IDCMAX)를 공급하는 DC 전력 공급부(150)의 검출 시, 전력 공급 전자기기(160)는 DC 전력 공급부(150)로부터 인덕터(110)까지 전력의 공급을 차단해서 가열 펄스를 종료시키도록 구성되어 있다. 이는 서셉터(4)에 의해 에어로졸 발생 물품(10) 내의 에어로졸 형성 기재의 과열을 회피한다.
일부 구현예에서, 전력 공급 전자기기(160)는 또한 각각의 가열 펄스에 대해 최소 전류(IDCMIN)를 결정하도록 구성될 수 있다. 전력 공급 전자기기(160)는 이후 더욱 상세히 기술되는 바와 같이, 참조 전류 값으로서 사용하기 위해, 결정된 최소 전류(IDCMIN)를 저장하도록 추가로 구성될 수 있다.
각각의 가열 펄스(PHN) 종료 시, 전력 공급 전자기기(160)는 일련의 프로브 펄스(PPN)로 DC 전력 공급부(150)로부터 인덕터(110)로 전력을 공급하도록 구성되어 있다. 각각의 가열 펄스(PHN) 종료 시, 전력 공급 전자기기(160)는 일련의 프로브 펄스(PPN) 중 제1 프로브 펄스(PPN,1)를 공급하도록 구성되어 있다. 전력 공급 전자기기(160)는 프로브 펄스 시간 간격 지속 시간(ΔtPI)가 가열 펄스(PHN) 종료에서 경과한 후에 제1 프로브 펄스(PPN,1)로 인덕터(110)에 전력을 공급하도록 구성되어 있다. 전력 공급 전자기기(160)는, 프로브 펄스 지속 시간(ΔtP) 동안 인덕터(110)에 전력을 공급하도록 구성되어 있다. 프로브 펄스 지속 시간(ΔtP) 및 프로브 펄스 시간 간격 지속 시간(ΔtPI)은 전력 공급 전자기기의 메모리에 저장된다. 본 구현예에서, 프로브 펄스 지속 시간(ΔtP)은 약 10밀리초이고 프로브 펄스 시간 간격 지속 시간(ΔtPI)은 약 90밀리초이다.
프로브 펄스 지속 시간(ΔtP)이 경과한 후에, 전력 공급 전자기기(160)는 DC 전력 공급부(150)로부터 공급되고 있는 전류(IPN,1)를 측정하도록 구성되어 있다. 전류 측정이 수행된 후, 전력 공급 전자기기(160)는 DC 전력 공급부(150)로부터 전력 공급을 중단시켜 제1 프로브 펄스(PPN,1)를 종료하도록 구성되어 있다.
전력 공급 전자기기(160)는 측정된 전류(IPN,1)를 전력 공급 전자기기의 메모리에 저장된 하나 이상의 목표 조건과 비교하도록 추가로 구성되어 있다. 프로브 펄스에서 측정된 전류가 목표 조건과 일치할 때까지 또는 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 가열 펄스 후의 시간 간격이 미리 결정된 최대 값에 도달할 때까지, 전력 공급 전자기기(160)는 일련의 프로브 펄스(PPN,N)로 인덕터(110)에 전력을 계속 공급하도록 구성되어 있다.
전력 공급 전자기기(160)는 일련의 프로브 펄스(PPN)에서 모든 프로브 펄스(PPN,N)가 동일한 지속 시간(즉, 프로브 펄스 지속 시간(ΔtP)을 가지고 시리즈의 순차적인 프로브 펄스가 동일한 시간 간격(즉, 프로브 펄스 시간 간격(ΔtPI)을 갖도록 구성되어 있다. 또한, 전력 공급 전자기기는, 본 구현예에서는 프로브 펄스의 종료 시에 있는, 프로브 펄스의 동일한 지점에서 각 프로브 펄스에서 전류가 측정되도록 구성되어 있다. 도 11은 도 10보다 더욱 상세하게, 2개의 순차적인 가열 펄스(PHN, PHN +1) 사이의, 일련의 프로브 펄스(PPN) 중 3개의 프로브 펄스(PPN,1, PPN,2 및 PPN,3)를 보여주고 있다.
전력 공급 전자기기(160)는 일련의 프로브 펄스(PPN) 중 각 프로브 펄스(PPN,N)에서 전류(IPN,N)의 측정치를 하나 이상의 목표 조건에 비교하도록 구성되어 있다. 이 구현예에서, 목표 조건들의 시퀀스는 전력 공급 전자기기(160)의 메모리에 저장된다. 목표 조건의 저장된 시퀀스의 제1 조건은 제1 쌍의 순차적인 프로브 펄스에 대한 전류 측정치가 순차적인 프로브 펄스 사이에서 감소한다는 것이다. 목표 조건의 저장된 시퀀스의 제2 조건은 제2 쌍의 순차적인 프로브 펄스에 대한 전류 측정치가 순차적인 프로브 펄스 사이에서 증가한다는 것이다. 일련의 프로브 펄스에서 이러한 시퀀스의 전류 측정이 일어날 때, 이는 프로브 펄스에서 측정된 전류가 시리즈의 최소 값에 도달하였음을 나타내며, 이는 서셉터(4)가 시리즈의 다음 가열 펄스를 위해 이전 가열 펄스 후에 충분히 냉각되어 개시될 것을 나타낸다. 따라서, 본 구현예에서, 목표 조건들의 시퀀스가 충족되기 전에 적어도 3개의 프로브 펄스가 요구된다. 전력 공급 전자기기는 서셉터가 임의의 적절한 온도로 냉각될 수 있게 하도록 구성될 수 있다. 통상적으로, 전력 공급 전자기기는 서셉터가 약 250℃로 냉각될 수 있게 하도록 구성되어 있다.
목표 조건을 충족시키는 일련의 프로브 펄스(PPN)의 예가 도 11에 도시된 프로브 펄스를 사용하여 제공될 수도 있다. 제1 프로브 펄스(PPN,1)에서 측정된 전류(IPN,1)는 순차적인 제2 프로브 펄스(PPN,2)에서 측정된 전류(IPN,2) 보다 클 수 있다. 이는 제1 쌍의 순차적인 프로브 펄스의 사이의 전류의 감소를 나타내고 시퀀스의 제1 조건을 충족시킨다. 제2 프로브 펄스(PPN,2)에서 측정된 전류(IPN,2)는 순차적인 제3 프로브 펄스(IPN,3)에서 측정된 전류(IPN,3) 보다 작을 수 있다. 이는 제2 쌍의 순차적인 프로브 펄스의 사이의 전류의 증가를 나타내고 시퀀스의 제2 및 최종 조건을 충족시킨다. 이와 같이, 프로브 펄스 시간 간격 지속 시간(ΔtPI)과 실질적으로 동일한 시간이 제2 프로브 펄스(PPN,2) 종료로부터 경과한 후에, 전력 공급 전자기기(160)는 시리즈의 다음 순차적인 가열 펄스(PHN + 1)로 인덕터(110)에 전력을 공급하도록 구성될 수 있다.
본 구현예에서, 순차적인 가열 펄스(PHN, PHN +1) 사이의 시간 간격(ΔtHN)의 지속 시간은, 각각의 프로브 펄스의 지속 시간(ΔtP)과 순차적인 가열 펄스(PHN, PHN +1) 사이의 프로브 펄스 시간 간격(ΔtPI)의 합과 실질적으로 같다.
각각의 프로브 펄스에서 측정된 전류는 인덕터(110)에 결합된 서셉터(4)의 온도에 의해 영향을 받는다. 이와 같이, 하나 이상의 목표 조건은, 서셉터(4)의 온도가 시리즈의 다음 가열 펄스 시작시 에어로졸 발생에 최적화되도록 설정될 수 있다. 본 구현예에서, 순차적인 가열 펄스 사이의 시간 간격이 길수록 목표 조건이 충족되기 전에 순차적인 가열 펄스 사이에 더 많은 수의 프로브 펄스가 생성된다.
미리 정해진 최대 시간 간격 지속 시간 또한 전력 공급 전자기기(160)의 메모리 상에 저장된다. 전력 공급 전자기기(160)는 가열 펄스의 종료 후에 시간 간격의 지속 시간을 모니터링하고, 시간 간격 지속 시간을 미리 정해진 최대 시간 간격 지속 시간과 비교하도록 구성되어 있다. 시간 간격 지속 시간이 미리 정해진 최대 시간 간격 지속 시간과 실질적으로 같거나 더 클 때, 전력 공급 전자기기(160)는 시리즈의 다음 가열 펄스로 인덕터(110)에 전력을 공급하도록 구성되어 있다. 본 구현예에서, 미리 정해진 최대 시간 간격 지속 시간은 약 4.5초이다. 이와 같이, 순차적인 가열 펄스 사이의 최대 시간 간격은 약 4.5초이다.
프로브 펄스에서의 전류를 모니터링하여 가열 펄스 사이의 시간 간격에서 서셉터가 냉각될 수 있게 되면서 서셉터(4)의 온도를 모니터링하는 것은 전력 공급 전자기기(160)가 서셉터의 가열을 능동적으로 조정하여 서셉터의 온도의 예기치 않은 변화를 보상할 수 있게 한다. 서셉터의 온도의 예상치 않은 변화는 많은 이유로 발생할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 에어로졸 발생 물품을 여러 번 급속 퍼핑하는 경우 서셉터가 급속히 냉각될 수 있으며, 이는 전력 공급 전자기기(160)가 순차적인 가열 펄스 사이에 비교적 짧은 시간 간격을 제공하여 서셉터의 온도를 원하는 온도 범위 내에서 상승시키거나 유지하도록 요구할 수 있다. 반대로, 다른 실시예에서, 전력 공급 전자기기(160)는 사용자가 에어로졸 발생 물품을 퍼핑하고 있지 않는 경우 순차적인 가열 펄스 사이에 비교적 긴 시간 간격을 제공하여, 서셉터가 순차적인 가열 펄스 사이의 시간 간격에 걸쳐서 더 느린 속도로 냉각되도록 요구될 수 있다.
다른 구현예들에서, 프로브 펄스에서 취한 전류의 측정치를 다른 목표 조건과 비교할 수 있음을 이해할 것이다. 특히, 일부 구현예에서, 전력 공급 전자기기(160)는 일련의 프로브 펄스(PPN)에서 각각의 프로브 펄스(PPN,N)에서 전류(IPN,N)의 측정치를 상기에서 언급된 제1 및 제2 조건 및 또한 제3 및 최종 조건에 비교하도록 구성될 수도 있다. 제3 조건은 제2 쌍의 순차적인 프로브 펄스에서 또는 그 이후에 측정된 전류가 참조 전류 값과 같거나 그 큰 것일 수 있다. 참조 전류 값은 이전의 가열 펄스에 대해 결정되고 전력 공급 전자기기(160)의 메모리에 저장되어 있는, 최소 전류(IDCMIN)일 수 있다. 측정된 전류 값이 이전의 가열 펄스에 대해 결정된 최소 전류(IDCMIN) (즉, 저장된 참조 전류 값)와 실질적으로 같을 때, 이는 시리즈의 다음 가열 펄스가 개시되도록 서셉터(4)가 이전 가열 펄스 후에 충분히 냉각되었다는 추가 표시를 제공할 수 있다.
목표 조건을 충족시키는 일련의 프로브 펄스(PPN)의 실시예가 도 11에 도시된 프로브 펄스를 사용하여 다시 제공될 수 있다. 이 실시예에서, 제3 프로브 펄스(PPN,3)에서 측정된 전류(IPN,3)는 전력 공급 전자기기(160)의 메모리에 저장된 참조 최대 전류보다 클 수 있다. 이 실시예에서, 이는 목표 조건의 시퀀스에서 제3 및 최종 조건을 만족시킬 것이고, 전력 공급 전자기기(160)는 프로브 펄스 시간 간격이 경과한 후에 시리즈의 순차적인 다음 가열 펄스에서 인덕터(110)에 전력을 공급하도록 구성될 수 있다.
전술한 예시적인 구현예는 청구 범위의 범주를 한정하는 것을 의도하지 않는다. 상술한 예시적인 구현예와 일치하는 다른 구현예는 당업자에게 명백할 것이다.
예를 들어, 일부 구현예에서, 전력 공급 전자기기는, 하나 이상의 프로브 펄스에서 DC 전력 공급부로부터 공급된 전류 및 DC 전력 공급부에 걸친 전압을 측정하고, 전류 및 전압의 측정치의 하나 이상에 기초하여 하나 이상의 전도율 값을 결정하고, 결정된 전도율 값의 하나 이상에 기초하여 순차적인 가열 펄스 사이의 시간 간격의 지속 시간을 제어하도록 구성될 수 있다. 전력 공급 전자기기는 전류 측정치 및 전압 측정치의 몫을 계산하여 전도율 값을 결정하도록 구성될 수 있다. 일부 구현예에서, 전력 공급 전자기기는 하나 이상의 결정된 전도율 값을 하나 이상의 목표 조건과 비교하고 비교에 기초하여 순차적인 가열 펄스 사이의 시간 간격의 지속 시간을 제어하도록 구성될 수 있다.

Claims (17)

  1. 에어로졸 형성 기재 및 서셉터를 포함하는 에어로졸 발생 물품을 수용하도록 구성되어 있는 유도 가열 장치로서, 상기 유도 가열 장치는 상기 에어로졸 발생 물품이 상기 유도 가열 장치에 의해 수용될 때, 상기 서셉터를 가열하도록 구성되어 있고, 상기 유도 가열 장치는,
    DC 공급 전압 및 전류를 제공하기 위한 DC 전력 공급부; 및
    전력 공급 전자기기;
    를 포함하되,
    상기 전력 공급 전자기기는,
    상기 DC 전력 공급부에 연결된 DC/AC 변환기; 및
    상기 DC/AC 변환기에 연결된 인덕터로서, 상기 에어로졸 발생 물품이 상기 유도 가열 장치에 의해 수용될 때, 상기 에어로졸 발생 물품의 서셉터에 유도 결합되도록 배열되어 있는 인덕터;
    를 포함하며,
    상기 전력 공급 전자기기는,
    상기 에어로졸 발생 물품이 상기 유도 가열 장치에 의해 수용될 때 상기 에어로졸 발생 물품의 서셉터를 가열하기 위해, 상기 DC/AC 변환기를 통해, 상기 DC 전력 공급부로부터 상기 인덕터로 전력을 공급하되, 전력의 공급은 시간 간격만큼 분리되는 복수의 펄스로 제공되며, 상기 펄스는 둘 이상의 가열 펄스(heating pulse) 및 순차적인(successive) 가열 펄스 사이의 하나 이상의 프로브 펄스(probing pulse)를 포함하고; 및
    상기 하나 이상의 프로브 펄스 중 하나 이상에서 상기 DC 전력 공급부로부터 공급되는 전류의 하나 이상의 측정치에 기초하여 순차적인 가열 펄스 사이의 시간 간격의 지속 시간을 제어하도록;
    구성되어 있는 것인, 유도 가열 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가열 펄스는 적어도 제1 가열 펄스, 및 상기 제1 가열 펄스로부터 시간 간격만큼 분리된 제2 가열 펄스를 포함하고;
    상기 전력 공급 전자기기는 상기 제1 가열 펄스 및 상기 제2 가열 펄스 사이의 시간 간격에서 하나 이상의 프로브 펄스로 상기 DC 전력 공급부로부터 상기 인덕터에 전력을 공급하도록 구성되어 있고; 그리고
    상기 전력 공급 전자기기는 상기 하나 이상의 프로브 펄스 중 하나 이상에서 상기 DC 전력 공급부로부터 공급되는 전류의 측정치에 기초하여 상기 제1 및 제2 가열 펄스 사이의 시간 간격의 지속 시간을 제어하도록 구성되어 있는 것인, 유도 가열 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전력 공급 전자기기는 상기 하나 이상의 프로브 펄스에서 상기 DC 전력 공급부로부터 공급된 전류의 하나 이상의 측정치를 하나 이상의 목표 조건에 비교하도록 구성되어 있는 것인, 유도 가열 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 전력 공급 전자기기는,
    제1 가열 펄스로 상기 DC 전력 공급부로부터 상기 인덕터에 전력을 공급하고;
    상기 인덕터로의 전력 공급을 차단(interrupt)해서 상기 제1 가열 펄스를 종료하고;
    상기 제1 가열 펄스의 종료로부터 프로브 펄스 시간 간격이 경과한 후, 제1 프로브 펄스로 상기 인덕터에 전력을 공급하고;
    상기 제1 프로브 펄스에서 상기 DC 전력 공급부로부터 공급된 전류를 측정하고;
    상기 제1 프로브 펄스의 시작으로부터 프로브 펄스 지속 시간이 경과한 후, 상기 인덕터로의 전력 공급을 차단해서 상기 제1 프로브 펄스를 종료하고;
    상기 제1 프로브 펄스에서 상기 전류의 하나 이상의 측정치를 하나 이상의 목표 조건에 비교하고; 및
    상기 전류의 측정치의 하나 이상이 목표 조건과 일치하는 경우, 제2 가열 펄스로 상기 DC 전력 공급부로부터 상기 인덕터에 전력을 공급하도록;
    구성되어 있는 것인, 유도 가열 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 프로브 펄스에서 전류의 하나 이상의 측정치가 목표 조건과 일치하지 않는 경우, 상기 전력 공급 전자기기는,
    상기 제1 프로브 펄스의 종료로부터 프로브 펄스 시간 간격이 경과한 후, 제2 프로브 펄스로 상기 인덕터에 전력을 공급하고;
    상기 제2 프로브 펄스에서 상기 DC 전력 공급부로부터 공급된 전류를 측정하고;
    상기 제2 프로브 펄스의 시작으로부터 상기 프로브 펄스 지속 시간이 경과한 후, 상기 인덕터로의 전력 공급을 차단해서 상기 제2 프로브 펄스를 종료하고;
    상기 제2 프로브 펄스에서 상기 전류의 하나 이상의 측정치를 상기 목표 조건 중 하나 이상에 비교하고; 및
    상기 하나 이상의 프로브 펄스에서 상기 전류의 측정치의 하나 이상이 목표 조건과 일치하는 경우, 제2 가열 펄스로 상기 인덕터에 전력을 공급하도록;
    더 구성되어 있는 것인, 유도 가열 장치.
  6. 제3항에 있어서, 상기 전력 공급 전자기기는,
    일련의 프로브 펄스로 상기 DC 전력 공급부로부터 상기 인덕터에 전력을 공급하고, 각각의 프로브 펄스는 프로브 펄스 지속 시간과 동일한 지속 시간을 가지고, 순차적인 프로브 펄스는 프로브 펄스 시간 간격과 동일한 시간 간격만큼 분리되어 있고;
    상기 일련의 각각의 프로브 펄스에서 전류를 측정하고; 및
    상기 프로브 펄스에서의 전류의 측정치 중 하나 이상이 목표 조건과 일치할 때 제2 가열 펄스로 상기 인덕터에 전력을 공급하도록;
    더 구성되어 있는 것인, 유도 가열 장치.
  7. 제3항에 있어서, 상기 하나 이상의 목표 조건 중 하나는 참조 값을 포함하고, 상기 하나 이상의 프로브 펄스에서의 전류의 측정치 중 하나 이상이 상기 참조 값과 같거나 더 큰 경우, 상기 전력 공급 전자기기는 제2 가열 펄스로 상기 인덕터에 전력을 공급하도록 구성되어 있는 것인, 유도 가열 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 전력 공급 전자기기는 상기 일련의 프로브 펄스에서 측정된 전류가 상기 일련의 프로브 펄스에서 최소 전류인지 결정하고 상기 일련의 프로브 펄스에서 최소 전류가 발생한 것으로 결정되면 제2 가열 펄스로 상기 인덕터에 전력을 공급하도록 구성되어 있는 것인, 유도 가열 장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 하나 이상의 목표 조건 중 하나는:
    제1 쌍의 순차적인 프로브 펄스에서 상기 DC 전력 공급부로부터 공급된 전류의 측정치가 상기 순차적인 프로브 펄스 사이에서 감소하는 것;
    제2 쌍의 순차적인 프로브 펄스에서 상기 DC 전력 공급부로부터 공급된 전류의 측정치가 상기 순차적인 프로브 펄스 사이에서 증가하는 것; 및
    상기 제2 쌍의 순차적인 프로브 펄스에서 또는 그 이후에 공급된 전류의 측정치가 참조 전류 값보다 크거나 같다는 것;
    을 포함하는, 조건들의 시퀀스를 포함하는 것인, 유도 가열 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 유도 가열 장치는, 제1 서셉터 물질 및 제2 서셉터 물질을 포함하는 서셉터를 포함하는 에어로졸 발생 물품을 수용하도록 구성되어 있되, 상기 제1 서셉터 물질은 상기 제2 서셉터 물질에 열적 근위에 배치되어 있고, 상기 제2 서셉터 물질은 500℃ 보다 낮은 퀴리 온도를 가지고,
    각각의 가열 펄스에 대해, 상기 전력 공급 전자기기는,
    상기 DC 전력 공급부로부터 공급되는 전류가 최대 전류 값이 되는 때를 결정하고; 및
    상기 최대 전류 값이 결정될 때 상기 DC 전력 공급부로부터 상기 인덕터로 전력 공급을 차단하도록;
    더 구성되어 있는 것인, 유도 가열 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 전력 공급 전자기기는 순차적인 가열 펄스 사이에 2개 이상의 프로브 펄스를 공급하도록 구성되어 있고, 각각의 프로브 펄스는 동일한 지속 시간을 갖는 것인, 유도 가열 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 전력 공급 전자기기는 순차적인 가열 펄스 사이에 2개 이상의 프로브 펄스를 공급하도록 구성되어 있고, 순차적인 프로브 펄스는 프로브 펄스 시간 간격만큼 분리되어 있되, 각각의 프로브 펄스 시간 간격은 동일한 지속 시간을 갖는 것인, 유도 가열 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 전력 공급 전자기기는 상기 하나 이상의 프로브 펄스에서 상기 DC 전력 공급부로부터 공급된 전류 및 상기 DC 전력 공급부에 걸린 전압의 하나 이상의 측정치에 기초하여 순차적인 가열 펄스 사이의 시간 간격의 지속 시간을 제어하도록 구성되어 있는 것인, 유도 가열 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 전력 공급 전자기기는,
    상기 하나 이상의 프로브 펄스에서 상기 DC 전력 공급부로부터 공급된 전류 및 DC 전력 공급부에 걸린 전압의 하나 이상의 측정치로부터 하나 이상의 전도율 값을 결정하고; 및
    상기 결정된 전도율 값의 하나 이상에 기초하여 순차적인 가열 펄스 사이의 시간 간격의 지속 시간을 제어하도록;
    구성되어 있는 것인, 유도 가열 장치.
  15. 에어로졸 발생 시스템으로서,
    제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 유도 가열 장치; 및
    에어로졸 형성 기재 및 서셉터를 포함하는 에어로졸 발생 물품;
    을 포함하되,
    상기 유도 가열 장치는 상기 서셉터를 수용하고 상기 에어로졸 발생 물품이 상기 유도 가열 장치에 의해 수용될 때 상기 서셉터를 가열하도록 구성되어 있는 것인, 에어로졸 발생 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 에어로졸 발생 물품은 제1 서셉터 물질 및 제2 서셉터 물질을 포함하는 서셉터를 포함하되, 상기 제1 서셉터 물질은 상기 제2 서셉터 물질과 긴밀하게 물리적으로 접촉된 상태로 배치되어 있고, 상기 제2 서셉터 물질은 500℃ 보다 낮은 퀴리 온도를 갖는 것인, 에어로졸 발생 시스템.
  17. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 유도 가열 장치를 작동시키기 위한 방법으로서, 상기 방법은,
    에어로졸 발생 물품이 상기 유도 가열 장치에 의해 수용될 때 상기 에어로졸 발생 물품의 서셉터를 가열하기 위해, DC/AC 변환기를 통해, DC 전력 공급부로부터 인덕터로 전력을 공급하는 단계로, 상기 전력의 공급은 시간 간격만큼 분리되는 복수의 펄스로 제공되며, 상기 펄스는 2개 이상의 가열 펄스 및 순차적인 가열 펄스 사이의 하나 이상의 프로브 펄스를 포함하는, 단계; 및
    상기 하나 이상의 프로브 펄스 중 하나 이상에서 상기 DC 전력 공급부로부터 공급된 전류의 하나 이상의 측정치에 기초하여 순차적인 가열 펄스 사이의 시간 간격의 지속 시간을 제어하는 단계;
    를 포함하는, 방법.
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