KR102653410B1 - 유도 코일 배열체 - Google Patents
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Abstract
흡연 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해 흡연 가능한 재료를 가열하기 위한 장치와 함께 사용하기 위한 유도 코일 배열체(11)가 개시되어 있다. 유도 코일 배열체(1)는 대향하는 제1 및 제2 측면들(11, 12)을 갖는 플레이트(10), 플레이트의 제1 측면 상에 장착된 전기 전도성 재료의 제1 편평한 나선형 코일(21), 및 플레이트의 제2 측면 상에 장착된 전기 전도성 재료의 제2 편평한 나선형 코일(22)을 포함한다.
Description
본 발명은 흡연 가능한 재료(smokable material)의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해 흡연 가능한 재료를 가열하기 위한 장치, 흡연 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해 흡연 가능한 재료를 가열하기 위한 장치와 함께 사용하기 위한 유도 코일 배열체들(induction coil arrangements), 및 흡연 가능한 재료를 포함하는 물품들(articles) 및 흡연 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해 흡연 가능한 재료를 가열하기 위한 장치를 포함하는 시스템들에 관한 것이다.
시가렛들(cigarettes), 시가들(cigars) 등과 같은 흡연 물품들은 사용 동안에 담배를 태워서 담배 연기를 생성한다. 연소시키지 않고 화합물들을 방출하는 제품들을 생성함으로써, 이들 물품들에 대한 대안들을 제공하려는 시도들이 있었다. 그러한 제품들의 예들은, 재료를 가열하되 태우지 않음으로써 화합물들을 방출하는, 소위 "비연소식 가열(heat not burn)" 제품들 또는 담배 가열 디바이스들(tobacco heating devices) 또는 제품들이다. 이 재료는, 예를 들어 니코틴(nicotine)을 보유할 수 있거나 보유하지 않을 수 있는 담배 또는 다른 비-담배 제품들(non-tobacco products)일 수 있다.
본 발명의 제1 양태는 흡연 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해 흡연 가능한 재료를 가열하기 위한 장치와 함께 사용하기 위한 유도 코일 배열체를 제공하며, 상기 유도 코일 배열체는, 대향하는 제1 및 제2 측면들을 갖는 플레이트(plate); 플레이트의 제1 측면 상에 장착된 전기 전도성 재료의 제1 편평한 나선형 코일(flat spiral coil); 및 플레이트의 제2 측면 상에 장착된 전기 전도성 재료의 제2 편평한 나선형 코일을 포함한다.
예시적인 실시예에서, 유도 코일 배열체는 제1 편평한 나선형 코일을 제2 편평한 나선형 코일에 전기적으로 연결하는 전기 전도성 커넥터(electrically-conductive connector)를 포함한다.
예시적인 실시예에서, 전기 전도성 커넥터는 제1 편평한 나선형 코일의 반경방향 내측 단부로부터 제2 편평한 나선형 코일의 반경방향 내측 단부까지 연장된다.
예시적인 실시예에서, 유도 코일 배열체의 일 측면에서 관찰될 때, 제1 편평한 나선형 코일은 제1 편평한 나선형 코일의 반경방향 내측 단부로부터 시계방향 경로를 따르고, 제2 편평한 나선형 코일은 제2 편평한 나선형 코일의 반경방향 내측 단부로부터 반시계방향 경로를 따른다.
예시적인 실시예에서, 유도 코일 배열체는 라미네이트(laminate)를 포함하고, 라미네이트는 제1 편평한 나선형 코일을 포함하는 제1 층 및 제2 편평한 나선형 코일을 포함하는 제2 층을 갖는다. 제1 층 및 제2 층은, 예컨대 라미네이트의 중간 층에 의해 이격될 수 있다. 제공 시에, 중간층은 전기적으로 절연되어야 한다. 예시적인 실시예에서, 라미네이트는 인쇄 회로 기판(printed circuit board)이거나 인쇄 회로 기판을 포함한다.
예시적인 실시예에서, 제1 및 제2 편평한 나선형 코일들 각각은 직사각형 코일, 예컨대 정사각형 코일이다. 다른 예시적인 실시예에서, 제1 및 제2 편평한 나선형 코일들 각각은 원형 코일이다.
예시적인 실시예에서, 제1 및 제2 편평한 나선형 코일들은 서로 축방향으로 정렬된다.
예시적인 실시예에서, 플레이트는 평면형이거나 실질적으로 평면형이다.
본 발명의 제2 양태는 본 발명의 제1 양태에 따른 복수의 유도 코일 배열체들, 및 유도 코일 배열체들의 각각의 플레이트들이 유도 코일 배열체들을 서로에 대한 제 포지션에 고정시키도록 연결되는 리테이너(retainer)를 포함하는 구조체(structure)를 제공한다.
예시적인 실시예에서, 리테이너는 편평한 나선형 코일들의 작동을 제어하기 위한 제어기(controller)를 포함하거나 제어기를 내장한다. 예시적인 실시예에서, 제어기는 편평한 나선형 코일들 중 적어도 하나의 작동을 편평한 나선형 코일들 중 적어도 다른 하나와 독립적으로 제어하기 위한 것이다.
본 발명의 제3 양태는 흡연 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해 흡연 가능한 재료를 가열하기 위한 장치를 제공하며, 상기 장치는 본 발명의 제1 양태의 유도 코일 배열체 또는 본 발명의 제2 양태의 구조체를 포함한다.
예시적인 실시예에서, 상기 장치는 담배 가열 제품(tobacco heating product)이다.
본 발명의 제4 양태는 흡연 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해 흡연 가능한 재료를 가열하기 위한 장치를 제공하며, 상기 장치는, 흡연 가능한 재료를 포함하는 하나 이상의 물품들을 수용하기 위한 가열 구역(heating zone); 및 사용 시에 가열 구역의 각각의 종방향 부분들을 투과하는 가변 자기장들(varying magnetic fields)을 발생시키기 위한 자기장 발생기(magnetic field generator)를 포함하며, 자기장 발생기는 가열 구역의 종축을 따라 순차적으로 그리고 각각의 평면들에 배열된 전기 전도성 재료의 복수의 편평한 나선형 코일들을 포함한다.
예시적인 실시예에서, 평면들은 서로 평행하거나 실질적으로 평행하다.
예시적인 실시예에서, 가열 구역은 복수의 편평한 나선형 코일들 각각의 홀(hole)을 통해 연장된다.
예시적인 실시예에서, 상기 장치는 편평한 나선형 코일들의 홀들 내에 흡연 가능한 재료를 포함하는 물품을 지지하기 위한 세장형 지지체(elongate support)와 같은 지지체를 갖는다. 예시적인 실시예에서, 지지체는 관형이며, 가열 구역을 둘러싸고 있다. 다른 실시예들에서, 지지체는 비-관형이다.
예시적인 실시예에서, 상기 장치는 가열 구역을 가열하기 위해 가변 자기장들 중 하나 이상의 투과에 의해 가열 가능한 가열 재료(heating material)를 포함하는 가열 요소(heating element)를 갖는다. 예시적인 실시예에서, 지지체는 가열 요소이거나 가열 요소를 포함한다.
예시적인 실시예에서, 가열 재료는 전기 전도성 재료, 자성 재료 및 자성의 전기 전도성 재료로 구성되는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 재료들을 포함한다.
예시적인 실시예에서, 가열 재료는 금속 또는 금속 합금을 포함한다.
예시적인 실시예에서, 가열 재료는 알루미늄, 금, 철, 니켈, 코발트, 전도성 탄소(conductive carbon), 흑연, 탄소강(plain-carbon steel), 스테인리스강, 페라이트계 스테인리스강(ferritic stainless steel), 강철, 구리 및 청동으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 재료들을 포함한다.
예시적인 실시예에서, 상기 장치는 편평한 나선형 코일들 중 적어도 하나의 작동을 편평한 나선형 코일들 중 적어도 다른 하나와 독립적으로 제어하기 위한 제어기를 포함한다.
예시적인 실시예에서, 자기장 발생기는 본 발명의 제1 양태의 유도 코일 배열체를 포함한다. 따라서, 자기장 발생기의 전기 전도성 재료의 복수의 편평한 나선형 코일들은 유도 코일 배열체의 전기 전도성 재료의 제1 및 제2 편평한 나선형 코일들을 포함한다.
예시적인 실시예에서, 자기장 발생기는 본 발명의 제2 양태의 구조체를 포함한다.
예시적인 실시예에서, 상기 장치는 흡연 가능한 재료를 연소시키지 않고서 흡연 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해 흡연 가능한 재료를 가열하기 위한 것이다.
예시적인 실시예에서, 상기 장치는 담배 가열 제품이다.
본 발명의 제5 양태는 흡연 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해 흡연 가능한 재료를 가열하기 위한 시스템을 제공하며, 상기 시스템은, 본 발명의 제4 양태에 따른 장치; 및 흡연 가능한 재료를 포함하고 상기 장치의 가열 구역 내에 위치하는 물품을 포함한다.
예시적인 실시예에서, 물품은 세장형이다.
이제, 본 발명의 실시예들은 첨부 도면들을 참조하여 예로서만 설명될 것이다:
도 1은 흡연 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해 흡연 가능한 재료를 가열하기 위한 장치와 함께 사용하기 위한 유도 코일 배열체의 일 예의 개략적인 사시도를 도시하고;
도 2는 도 1의 유도 코일 배열체의 개략적인 단면도를 도시하고;
도 3은 도 1의 복수의 유도 코일 배열체들, 및 유도 코일 배열체들의 각각의 플레이트들이 유도 코일 배열체들을 서로에 대한 제 포지션에 고정시키도록 연결되는 리테이너를 포함하는 구조체의 일 예의 개략적인 사시도를 도시하고;
도 4는 도 3의 구조체의 개략적인 단면도를 도시하며;
도 5는 흡연 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해 흡연 가능한 재료를 가열하기 위한 장치, 및 흡연 가능한 재료를 포함하고 상기 장치의 가열 구역 내에 위치하는 물품을 포함하는 시스템의 일 예의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 1은 흡연 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해 흡연 가능한 재료를 가열하기 위한 장치와 함께 사용하기 위한 유도 코일 배열체의 일 예의 개략적인 사시도를 도시하고;
도 2는 도 1의 유도 코일 배열체의 개략적인 단면도를 도시하고;
도 3은 도 1의 복수의 유도 코일 배열체들, 및 유도 코일 배열체들의 각각의 플레이트들이 유도 코일 배열체들을 서로에 대한 제 포지션에 고정시키도록 연결되는 리테이너를 포함하는 구조체의 일 예의 개략적인 사시도를 도시하고;
도 4는 도 3의 구조체의 개략적인 단면도를 도시하며;
도 5는 흡연 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해 흡연 가능한 재료를 가열하기 위한 장치, 및 흡연 가능한 재료를 포함하고 상기 장치의 가열 구역 내에 위치하는 물품을 포함하는 시스템의 일 예의 개략적인 단면도를 도시한다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "흡연 가능한 재료(smokable material)"는 전형적으로 증기 또는 에어로졸의 형태로 가열 시에 휘발된 성분들을 제공하는 재료들을 포함한다. "흡연 가능한 재료"는 비-담배-보유 재료 또는 담배-보유 재료일 수 있다. "흡연 가능한 재료"는, 예를 들어 담배 자체, 담배 파생품들(derivatives), 팽화 담배(expanded tobacco), 재생 담배(reconstituted tobacco), 담배 추출물(tobacco extract), 균질화 담배(homogenised tobacco) 또는 담배 대용품들(tobacco substitutes) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 흡연 가능한 재료는 분쇄 담배(ground tobacco), 컷 래그 담배(cut rag tobacco), 팽화 담배, 재생 담배, 재생 흡연 가능한 재료, 액체, 겔(gel), 겔화 시트(gelled sheet), 분말 또는 응집체들 등의 형태일 수 있다. "흡연 가능한 재료"는 또한, 제품에 따라 니코틴을 보유할 수 있거나 보유하지 않을 수 있는 다른 비-담배 제품들을 포함할 수 있다. "흡연 가능한 재료"는 글리세롤(glycerol) 또는 프로필렌 글리콜(propylene glycol)과 같은 하나 이상의 습윤제들(humectants)을 포함할 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "가열 재료(heating material)" 또는 "히터 재료(heater material)"는 가변 자기장의 투과에 의해 가열 가능한 재료를 지칭한다.
유도 가열은 가변 자기장이 물체를 투과함으로써 전기 전도성 물체가 가열되는 프로세스이다. 이 프로세스는 패러데이의 유도 법칙(Faraday's law of induction)과 옴의 법칙(Ohm's law)에 의해 설명된다. 유도 히터는 전자석, 및 교류 전류와 같은 가변 전류를 전자석을 통해 통과시키기 위한 디바이스를 포함할 수 있다. 전자석에 의해 생성된 결과적인 가변 자기장이 물체를 투과하도록 전자석과 가열될 물체가 적절하게 상대적으로 위치결정될 때, 하나 이상의 와전류들이 물체 내부에 생성된다. 물체는 전류들의 흐름에 대한 저항을 갖는다. 따라서, 그러한 와전류들이 물체에 발생될 때, 물체의 전기 저항에 대한 와전류 흐름은 물체가 가열되게 한다. 이러한 프로세스는 주울(Joule), 옴 또는 저항 가열로 불린다. 유도 가열될 수 있는 물체는 서셉터(susceptor)로서 알려져 있다.
서셉터가 폐쇄 전기 회로의 형태인 경우, 사용 시에 서셉터와 전자석 사이의 자기 커플링(magnetic coupling)이 강화되고, 이는 보다 크거나 향상된 주울 가열을 초래하는 것으로 밝혀졌다.
자기 이력 가열(magnetic hysteresis heating)은 가변 자기장이 물체를 투과함으로써 자성 재료로 제조된 물체가 가열되는 프로세스이다. 자성 재료는, 많은 원자-스케일(atomic-scale) 자석들, 또는 자기 쌍극자들(magnetic dipoles)을 포함하는 것으로 고려될 수 있다. 자기장이 그러한 재료를 투과할 때, 자기 쌍극자들은 자기장과 정렬된다. 그러므로, 예를 들어 전자석에 의해 생성된 교번 자기장과 같은 가변 자기장이 자성 재료를 투과할 때, 자기 쌍극자들의 배향은 인가되는 가변 자기장에 의해 변화한다. 그러한 자기 쌍극자 재배향은 열이 자성 재료 내에 발생되게 한다.
물체가 전기 전도성 및 자성 둘 모두인 경우, 가변 자기장이 물체를 투과하는 것은 물체에 주울 가열 및 자기 이력 가열 둘 모두를 야기할 수 있다. 더욱이, 자성 재료의 사용은 자기장을 강화시킬 수 있으며, 이는 주울 및 자기 이력 가열을 강력하게 할 수 있다.
상기 프로세스들 각각에서, 열 전도에 의한 외부 열원에 의해서 보다는 물체 자체 내부에서 열이 발생되기 때문에, 물체에서의 급속한 온도 상승 및 보다 균일한 열 분배가, 특히, 적합한 물체 재료 및 기하형상(geometry)의 선택, 그리고 적합한 가변 자기장 크기 및 물체에 대한 배향을 통해 달성될 수 있다. 더욱이, 유도 가열 및 자기 이력 가열은 물리적 연결이 가변 자기장의 소스와 물체 사이에 제공될 필요가 없기 때문에, 가열 프로파일(heating profile)에 대한 제어 및 설계 자유도는 보다 클 수 있고, 비용은 보다 낮을 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 유도 코일 배열체의 일 예의 개략적인 사시도 및 단면도가 도시되어 있다. 유도 코일 배열체(10)는 흡연 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해 흡연 가능한 재료를 가열하기 위한 장치, 예컨대 도 5에 도시되고 후술하는 장치(100)와 함께 사용하기 위한 것이다.
유도 코일 배열체(1)는 보드(board), 패널(panel) 또는 플레이트(10), 및 구리와 같은 전기 전도성 재료의 2 개의 편평한 나선형 코일들(21, 22)을 포함한다. 하기에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 사용 시에, 가열 요소를 투과하여 가열 요소의 가열을 야기하는데 사용 가능한 가변(예를 들어, 교번) 자기장을 생성하기 위해, 가변(예를 들어, 교류) 전류가 각각의 코일들(21, 22)을 통과한다.
플레이트(10)는 제1 측면(11) 및 대향하는 제2 측면(12)을 갖는다. 플레이트(10)의 제1 및 제2 측면들(11, 12)은 서로 멀리 향하여 있다. 본 실시예에서, 플레이트(10)는 실질적으로 평면형이고, 제1 및 제2 측면들(11, 12)은 플레이트(10)의 주요 측면들이다. 플레이트(10)는 코일들(21, 22)을 서로 전기적으로 절연시키기 위해 플라스틱 재료와 같은 비-전기 전도성 재료로 제조되어야 한다. 본 실시예에서, 플레이트(10)는 난연성(flame retardant)인 에폭시 수지 결합제(epoxy resin binder)를 갖는 직조 유리섬유 직물(woven fibreglass cloth)로 구성된 복합 재료인 FR-4로 제조된다. 전기 전도성 재료의 편평한 나선형 코일들 중 제1 편평한 나선형 코일(21)은 플레이트(10)의 제1 측면(11) 상에 장착되고, 전기 전도성 재료의 편평한 나선형 코일 중 제2 편평한 나선형 코일(22)은 플레이트(10)의 제2 측면(12) 상에 장착된다. 따라서, 플레이트(10)는 코일들(21, 22) 사이에 위치된다.
코일들(21, 22)은 임의의 적절한 방식으로 플레이트(10)에 부착될 수 있다. 본 실시예에서, 유도 코일 배열체(1)는 인쇄 회로 기판(printed circuit board; PCB)으로 형성되었으며, 그래서 제1 및 제2 편평한 나선형 코일들(21, 22)은 PCB의 제조 동안에 보드 또는 플레이트(10)의 각각의 제1 및 제2 측면들(11, 12) 상에 전기 전도성 재료를 인쇄한 후에, 제1 및 제2 편평한 나선형 코일들(21, 22)의 형태로 전기 전도성 재료의 패턴들이 플레이트(10) 상에 유지되도록 전기 전도성 재료의 선택적인 부분들을 제거(예컨대, 에칭)함으로써 형성되었다. 따라서, 제1 및 제2 편평한 나선형 코일들(21, 22)은 플레이트(10) 상의 전기 전도성 재료의 박막들 또는 코팅들이다.
따라서, 본 실시예의 유도 코일 배열체(1)는 제1 층(제1 편평한 나선형 코일(21)을 포함함), 제2 층(제2 편평한 나선형 코일(22)을 포함함) 및 제1 층과 제2 층 사이의 중간 제3 층(플레이트(10))을 갖는 라미네이트(laminate)를 포함한다. 따라서, 플레이트(10)는 제1 층과 제2 층을 이격시킨다. 플레이트(10)가 비-전기 전도성 재료로 제조되므로, 코일들(21, 22)은 (하기에서 논의되는 전기 전도성 커넥터(30)를 위한 것 외에는) 서로 전기적으로 절연된다. 즉, 코일들(21, 22)은 서로 접촉하지 않는다. 다른 실시예들에서, 코일들(21, 22)은 상이한 방식으로, 예컨대 코일들(21, 22) 사이의 공기 갭(air gap)에 의해 서로 전기적으로 절연될 수 있다. 일부 실시예들에서, 코일들(21, 22)은 임의의 다른 적합한 방식으로, 예를 들어 예비-성형된 후에 플레이트(10)에 부착되는 것에 의해 플레이트(10) 상에 제공될 수 있다.
일부 실시예들에서, 플레이트(10)는 PCB의 층 이외의 것일 수 있다. 예를 들어, 플레이트(10)는 건조, 경화 또는 응고될 수 있는 수지 또는 접착제와 같은 재료의 층 또는 시트일 수 있다.
상기에서 논의된 바와 같이 얇고 인쇄된 전기 전도성 재료로 형성된 코일들의 사용은 리츠 와이어(Litz wire)에 대한 필요성을 제거한다. 리츠 와이어는 높은 여기 주파수들에서 표피 깊이(skin depth)가 감소하는 영향들을 극복하기 위해 브레이드(braid) 내에 모여진 극히 얇은 와이어의 많은 스트랜드들(strands)로 구성된다. PCB 상의 트랙들이 얇으므로(전형적으로, 약 1 Oz Cu에 대해 약 38 ㎛의 두께, 및 2 Oz Cu에 대해 약 76 ㎛의 두께), 고주파수들에서의 트랙들의 성능은 리츠 와이어의 균등한 단면적과 필적할 수 있지만, 취성, 리츠 와이어의 형상화(shaping), 또는 리츠 와이어의 다른 구성요소들에의 연결에 대한 문제들은 발생하지 않는다.
제1 및 제2 편평한 나선형 코일들(21, 22)은 플레이트(10) 상에 노출되어, 사용 동안에 코일들(21, 22)에서 발생된 임의의 열의 소산을 가능하게 하는 것을 돕는다. 그러나, 다른 실시예들에서, 운반, 저장 및 사용 동안에 코일들(21, 22)이 손상되는 것을 방지하는 것을 돕기 위해, 제1 및 제2 편평한 나선형 코일들(21, 22)은 대신에 플레이트(10)를 형성하는 재료 내에 매립될 수 있다.
본 실시예에서, 유도 코일 배열체(1)는 제1 편평한 나선형 코일(21)을 제2 편평한 나선형 코일(22)에 전기적으로 연결하는 전기 전도성 커넥터(30)를 갖는다. 보다 구체적으로, 전기 전도성 커넥터(30)는 제1 편평한 나선형 코일(21)의 반경방향 내측 단부(21a)로부터 제2 편평한 나선형 코일(22)의 반경방향 내측 단부(22a)까지 연장되어, 코일들(21, 22)을 직렬로 연결시킨다. 본 실시예에서, 전기 전도성 커넥터(30)는 당업자에게 이해되는 방식으로, PCB의 플레이트(10)를 관통하는 "비아(via)"로서 형성된다. 다른 실시예들에서, 전기 전도성 커넥터(30)는 플레이트(10)의 내부 또는 외부에 있는 전기 전도성 리드(lead) 또는 와이어와 같은 상이한 형태를 취할 수 있다.
본 실시예에서, 편평한 나선형 코일들(21, 22)은 각각의 실질적으로 평행한 평면들에 배열된다. 즉, 편평한 나선형 코일들(21, 22) 각각은 코일들(21, 22)이 놓여 있는 평면에 직교하는 (가변) 반경을 갖는다. 또한, 편평한 나선형 코일들(21, 22)은 서로 축방향으로 정렬된다. 즉, 코일들(21, 22) 중 하나의 경로가 나오는 가상 지점은 코일들(21, 22) 중 다른 하나의 경로가 나오는 가상 지점과 동일한 축 상에 놓이고, 축은 코일들(21, 22)이 놓여 있는 각각의 평면들에 각각 직교한다. 또한, 본 실시예에서, 유도 코일 배열체(1)의 일 측면에서 관찰될 때, 제1 편평한 나선형 코일(21)은 제1 편평한 나선형 코일(21)의 반경방향 내측 단부(21a)로부터 시계방향 경로를 따르고, 제2 편평한 나선형 코일(22)은 제2 편평한 나선형 코일(22)의 반경방향 내측 단부(22a)로부터 반시계방향 경로를 따른다. 이러한 구성에서, 사용 시에 코일들(21, 22)에 의해 발생된 자기장들은 서로 강화되어, 코일들(21, 22)의 인덕턴스(inductance)를 효과적으로 배가시키고 코일 축들을 따라 자기장을 배가시킨다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 구멍(aperture)(13)은 플레이트(10)의 제1 측면(11)으로부터 플레이트(10)의 제2 측면(12)까지 플레이트(10)를 완전히 관통하여 연장된다. 또한, 편평한 나선형 코일들(21, 22) 각각은 플레이트(10)를 관통하는 구멍(13)과 실질적으로 정렬되는 홀(hole) 주위로 감겨져 있다. 즉, 편평한 나선형 코일들(21, 22) 각각의 중심에는 홀이 있다. 구멍(13) 및 홀들 각각은 관통-홀이다. 사용 시에 코일들(21, 22)에 의해 발생된 가변 자기장들은 하기에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 구멍(13) 내에 및/또는 홀들 중 하나 또는 둘 모두 내에 위치된 가열 요소를 투과하는데 사용될 수 있다.
플레이트(10)의 제1 및 제2 측면들(11, 12)로부터 측정된, 제1 및 제2 편평한 나선형 코일들(21, 22) 각각의 두께는, 예를 들어 50 마이크로미터 초과 200 마이크로미터 미만, 예컨대 약 70 마이크로미터, 약 100 마이크로미터 또는 약 140 마이크로미터일 수 있다. 다른 실시예들에서, 코일들(21, 22) 중 하나 또는 각각은 50 마이크로미터 미만 또는 200 마이크로미터 초과의 두께를 가질 수 있다. 선택된 두께는 코일들(21, 22)의 저항 및 사용 시의 코일들(21, 22)의 자기 발열 정도를 결정하는 것을 도울 것이다. 플레이트(10)의 제1 및 제2 측면들(11, 12) 사이에서 측정된 플레이트(10)의 두께는, 예를 들어 2 밀리미터 미만, 예컨대 1 밀리미터 미만일 수 있다.
원칙적으로, PCB의 각각의 층들에 2 개 초과의 편평한 나선형 코일들이 제공될 수 있지만, 열 전도로 인해, PCB의 외측 층들은 PCB의 임의의 내측 층들보다 2 배 내지 3 배 더 큰 통전 용량(current carrying capacity)을 갖는다. 따라서, 전술한 것과 같은 이중 코일 구조는 성능과 복잡성 사이의 밸런스(balance)를 제공한다. 또한, 본 실시예에서, 코일들(21, 22) 각각은 둥글거나 원형인 편평한 나선형 코일이다. 다른 실시예들에서, 코일들(21, 22) 중 하나 또는 각각은 대신에 직사각형(예를 들어, 정사각형)의 편평한 나선형 코일일 수 있다. 직사각형 프로파일의 코일들은 주어진 프로파일에 대해 약간 더 높은 인덕턴스를 갖지만, 원형 코일들은 보다 용이하게 인터리빙(interleaving)될 수 있고, 그리고/또는 이들 사이에 패킹(packing)된 구성요소들을 가질 수 있어, PCB 면적 활용도의 전체적인 증가를 초래한다. 직사각형 프로파일은 또한 코일 축을 따라 주어진 자기장 강도에 대해 보다 긴 트랙 길이를 필요로 하며, 이는 유사한 폭의 원형 코일에 비해 저항을 증가시키고 Q 값을 감소시킨다.
일부 실시예들에서, 전술한 유도 코일 배열체들 중 2 개 이상은 유도 코일 배열체들이 연결되거나 부착되는 리테이너를 또한 포함하는 구조체의 일부로서 제공된다. 리테이너는 유도 코일 배열체들을 서로에 대해, 리테이너에 대해 및/또는 리테이너에 고정된 임의의 다른 구성요소들에 대해 고정된 포지션에 유지할 수 있다.
예를 들어, 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 구조체의 일 예의 개략적인 사시도 및 단면도를 도시하고 있다. 구조체(50)는 흡연 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해 흡연 가능한 재료를 가열하기 위한 장치, 예컨대 도 5에 도시되고 후술하는 장치(100)와 함께 사용하기 위한 것이다.
본 실시예의 구조체(50)는 제1 내지 제5 유도 코일 배열체들(1a, 1b, 1c, 1d, 1e)을 포함하며, 이들 각각은 도 1 및 도 2에 도시된 유도 코일 배열체(1)와 동일하다. 구조체(50)는 유도 코일 배열체들(1a, 1b, 1c, 1d, 1e)의 각각의 플레이트들(10)이 유도 코일 배열체들(1a, 1b, 1c, 1d, 1e)을 서로에 대한 제 포지션에 고정시키도록 부착되는 리테이너(52)를 더 포함한다. 본 실시예에서, 리테이너(52)는 3D 인쇄된 SLS(선택적 레이저 소결(selective laser sintering)) 나일론이다. 다른 실시예들에서, 리테이너(2)는 임의의 다른 적합한 방식으로, 예컨대 PCB 또는 임의의 다른 적합한 재료로 형성될 수 있다. 본 실시예에서, 리테이너(52)는 베이스(54)를 포함하며, 유도 코일 배열체들(1a, 1b, 1c, 1d, 1e)은 베이스(54)의 표면에 직교하거나 수직인 방향으로 베이스(54)로부터 멀리 연장된다.
본 실시예에서, 유도 코일 배열체들(1a, 1b, 1c, 1d, 1e)은 리테이너(52)와 별개의 구성요소들이고, 구조체(50)의 형성 동안에 리테이너(52)와 함께 조립된다. 유도 코일 배열체들(1a, 1b, 1c, 1d, 1e) 각각은 코일들(21, 22) 둘 모두를 회로에 전기적으로 연결하고 또한 유도 코일 배열체들(1a, 1b, 1c, 1d, 1e)을 리테이너(52)에 고정하기 위한 전기 커넥터들(23)을 포함한다. 다른 실시예들에서, 배열체들(1a, 1b, 1c, 1d, 1e) 각각은 코일들(21, 22)을 회로에 연결하기 위한 전기 커넥터들, 및 유도 코일 배열체들(1a, 1b, 1c, 1d, 1e)을 리테이너(52)에 고정하기 위한 하나 이상의 추가의 구조적 커넥터(들)를 포함할 수 있다. 본 실시예에 대한 또 다른 변형예들에서, 리테이너(52)는 유도 코일 배열체들(1a, 1b, 1c, 1d, 1e)의 플레이트들(10)(및 일부 경우들에서는 또한 코일들(21, 22))과 일체로 형성될 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 리테이너(52)는 유도 코일 배열체들(1a, 1b, 1c, 1d, 1e)의 편평한 나선형 코일들(21, 22)이 축(A-A)을 따라 순차적으로 그리고 각각의 평면들에 배열되도록 유도 코일 배열체들(1a, 1b, 1c, 1d, 1e)을 서로에 대해 유지한다. 본 실시예에서, 유도 코일 배열체들(1a, 1b, 1c, 1d, 1e)의 편평한 나선형 코일들(21, 22)은 각각의 실질적으로 평행한 평면들에 놓이며, 이들 평면들 각각은 축(A-A)에 직교한다. 또한, 편평한 나선형 코일들(21, 22)은 모두 서로 축방향으로 정렬되며, 이는 코일들(21, 22)의 경로들이 나오는 각각의 가상 지점들이 모두 공통 축, 본 경우에는 축(A-A)에 놓이기 때문이다. 또한, 각각의 플레이트들(10)을 관통하는 구멍들(13)은 모두 서로 축방향으로 정렬되고, 코일들(21, 22)의 경로들이 나오는 각각의 가상 지점들과 동일한 축(A-A) 상에 모두 놓인다.
본 실시예에서, 구조체(50)는 편평한 나선형 코일들(21, 22)의 작동을 제어하기 위한 제어기(도시되지 않음)를 포함한다. 제어기는 리테이너(52) 내에 내장되며, 집적 회로(integrated circuit; IC)를 포함하지만, 다른 실시예들에서, 제어기는 상이한 형태를 취할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어기는 유도 코일 배열체들(1a, 1b, 1c, 1d, 1e) 중 적어도 하나의 작동을 유도 코일 배열체들(1a, 1b, 1c, 1d, 1e) 중 적어도 다른 하나와 독립적으로 제어하기 위한 것이다. 예를 들어, 제어기는 각각의 유도 코일 배열체들(1a, 1b, 1c, 1d, 1e) 각각의 코일들(21, 22)에 다른 유도 코일 배열체들(1a, 1b, 1c, 1d, 1e)의 코일들(21, 22)과 독립적으로 전력을 공급할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어기는 유도 코일 배열체들(1a, 1b, 1c, 1d, 1e) 각각의 코일들(21, 22)에 순차적으로 전력을 공급할 수 있다. 대안적으로, 하나의 작동 모드에서 적어도, 제어기는 모든 유도 코일 배열체들(1a, 1b, 1c, 1d, 1e)의 작동을 동시에 제어하기 위한 것일 수 있다.
리테이너(52)는 유도 코일 배열체들(1a, 1b, 1c, 1d, 1e)에 실질적으로 평행하고 베이스(54)의 표면에 직교하거나 수직인 방향으로 베이스(54)로부터 멀리 연장되는 3 개의 아암들(55, 56, 57)을 더 포함한다. 본 실시예에서, 아암들(55, 56, 57)은 3D 인쇄된 SLS(선택적 레이저 소결) 나일론이고, 베이스(52)와 일체형이다. 다른 실시예들에서, 아암들(55, 56, 57)은 베이스(54)와 함께 조립되는 베이스(54)와 별개의 구성요소들일 수 있다.
아암들(55, 56, 57) 각각은 관통하는 개구(opening)(55a, 56a, 57a)를 가지며, 개구들(55a, 56a, 57a) 각각에는 환형 와셔(annular washer) 또는 심(shim)(55b, 56b, 57b)이 위치된다. 심들(55b, 56b, 57b) 각각은 폴리에테르 에테르 케톤(polyether ether ketone; PEEK) 또는 유리와 같은 유전체 또는 전기 절연성 재료로 제조된다. PEEK는 대부분의 다른 열가소성 수지에 비해 비교적 높은 융점을 가지며, 열 분해에 대한 높은 저항성을 갖는다. 심들(55b, 56b, 57b) 각각은 관통하는 홀들(55c, 56c, 57c)을 한정한다. 홀들(55c, 56c, 57c)은 모두 코일들(21, 22)의 경로들이 나오는 각각의 가상 지점들과 동일한 축(A-A) 상에 놓인다.
구조체(50)는 사용 시에 흡연 가능한 재료를 포함하는 물품을 지지하기 위한 세장형 지지체(130)를 더 포함한다. 본 실시예에서, 지지체(130)는 관형이며, 축(A-A)과 동축인 종축을 갖는다. 다른 실시예들에서, 지지체(130)는 비-관형일 수 있다. 지지체(130)는 심들(55b, 56b, 57b)에 의해 제 포지션에 유지되고, 복수의 편평한 나선형 코일들(21, 22)의 홀들을 통해, 심들(55b, 56b, 57b)의 홀들(55c, 56c, 57c)을 통해, 아암들(55, 56, 57)의 개구들(55a, 56a, 57a)을 통해, 그리고 플레이트들(10)의 구멍들(13)을 통해 연장된다. 심들(55b, 56b, 57b)은 세장형 지지체(130)가 유도 코일 배열체들(1a, 1b, 1c, 1d, 1e) 및 특히 그것의 코일들(21, 22)과 접촉하는 것을 방지하는 것을 돕는다.
본 실시예에서, 지지체(130)는 지지체(130)의 내부 용적부(interior volume)를 가열하기 위해 가변 자기장들의 투과에 의해 가열 가능한 가열 재료를 포함한다. 보다 구체적으로, 사용 시에 코일들(21, 22)에 의해 발생된 각각의 가변 자기장들은 지지체(130)를 투과한다. 따라서, 가열 요소(130)의 각각의 부분들은 각각의 가변 자기장들의 투과에 의해 가열 가능하다. 따라서, 지지체(130)는 사용 시에 가열 요소로서 작용한다. 제어기는 가열 요소(130)의 각각의 부분들을, 예를 들어 상이한 각각의 시간들로, 상이한 각각의 지속 시간들 동안에, 및/또는 상이한 각각의 속도들로 가열시키도록 구성될 수 있다.
다른 실시예들에서, 지지체(130)는 가열 재료가 없을 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 지지체(130)는 유리 또는 플라스틱 재료와 같은 비-전기 전도성 재료로 제조될 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 지지체(130)는 생략될 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템의 일 예의 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 시스템(1000)은 흡연 가능한 재료(72)를 포함하는 물품(70), 및 흡연 가능한 재료(72)의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해 흡연 가능한 재료(72)를 가열하기 위한 장치(100)를 포함한다. 본 실시예에서, 흡연 가능한 재료(72)는 담배를 포함하고, 장치(100)는 담배 가열 제품(또한 당업계에 담배 가열 디바이스 또는 비연소식 가열 디바이스로 알려짐)이다.
본 실시예에서, 흡연 가능한 재료(72)는 로드 형태이고, 물품(70)은 흡연 가능한 재료(72) 주위의 커버(cover)(74)를 포함한다. 커버(74)는 흡연 가능한 재료(72)를 둘러싸고, 물품(70)의 운반 및 사용 동안의 손상으로부터 흡연 가능한 재료(72)를 보호하는 것을 돕는다. 사용 동안에, 커버(74)는 또한 흡연 가능한 재료(72) 내로 그리고 흡연 가능한 재료(72)를 통해 공기의 유동을 지향시키는 것을 도울 수 있으며, 흡연 가능한 재료(72)를 통해 그리고 흡연 가능한 재료(72) 밖으로 증기 또는 에어로졸의 유동을 지향시키는 것을 도울 수 있다. 본 실시예에서, 커버(74)는 래퍼(wrapper)를 포함하며, 래퍼는 이 래퍼의 자유 단부들이 서로 중첩하도록 흡연 가능한 재료(72) 주위에 감싸진다. 따라서, 래퍼는 물품(70)의 외주 표면 전부 또는 대부분을 형성한다. 래퍼는 종이, 재생 담배, 알루미늄 등으로 형성될 수 있다. 따라서, 래퍼는 종이, 재생 담배, 알루미늄 등으로 형성될 수 있다. 커버(74)는 또한 래퍼의 중첩된 자유 단부들을 서로 접착시키는 접착제(도시되지 않음)를 포함한다. 접착제는 예를 들어, 아라비아 껌(gum Arabic), 천연 또는 합성 수지들, 전분들(starches) 및 바니시(varnish) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 접착제는 래퍼의 중첩된 자유 단부들이 분리되는 것을 방지하는 것을 돕는다. 다른 실시예들에서, 접착제 및/또는 커버(74)는 생략될 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 물품은 상기에서 논의된 것들 중 임의의 것과 상이한 형태를 취할 수 있다.
광범위하게 말하면, 장치(100)는 물품(70)을 수용하기 위한 세장형의 가열 구역(110), 및 사용 시에 가열 구역(110)의 각각의 부분들(110a, 110b, 110c, 110d, 110e)을 투과하는 가변 자기장들을 발생시키기 위한 자기장 발생기(magnetic field generator)(120)를 포함한다. 본 실시예에서, 가열 구역(110)은 물품(70)을 수용하기 위한 리세스(recess)를 포함한다. 물품(70)은, 임의의 적합한 방식으로, 예컨대 장치(100)의 벽에 있는 슬롯(slot)을 통해, 또는 마우스피스(mouthpiece)와 같은 장치(100)의 일부분을 먼저 이동시켜 가열 구역(110)에 접근시키는 것에 의해, 사용자에 의해 가열 구역(110) 내에 삽입 가능할 수 있다. 다른 실시예들에서, 가열 구역(110)은, 셀프부(shelf), 표면 또는 돌출부와 같은 리세스 이외의 것일 수 있으며, 물품과 협동하거나 물품을 수용하도록 물품과의 기계적인 정합을 필요로 할 수 있다. 본 실시예에서, 가열 구역(110)은 전체 물품(70)을 수용하도록 크기 설정 및 형상화된다. 다른 실시예들에서, 가열 구역(110)은 사용 시에 물품(70)의 일부분만을 수용하도록 치수 설정될 수 있다.
장치(100)는 가열 구역(110)을 장치(100)의 외부와 유체적으로 연결하는 공기 입구(도시되지 않음), 및 사용 시에 휘발된 재료가 가열 구역(110)으로부터 장치(100)의 외부로 통과하게 하기 위한 출구(도시되지 않음)를 갖는다. 사용자는 출구를 통해 휘발된 성분(들)을 흡인함으로써 흡연 가능한 재료(72)의 휘발된 성분(들)을 흡입 가능할 수 있다. 휘발된 성분(들)이 가열 구역(110)으로부터 제거됨에 따라, 장치(100)의 공기 입구를 통해 가열 구역(110) 내로 공기가 흡인될 수 있다. 가열 구역(110)의 제1 단부(111)는 출구에 가장 근접하여 있고, 가열 구역(110)의 제2 단부(112)는 공기 입구에 가장 근접하여 있다.
자기장 발생기(120)는 가열 구역(110)의 종축(H-H)을 따라 순차적으로 그리고 각각의 평면들에 배열된 전기 전도성 재료의 복수의 편평한 나선형 코일들(21-22)을 포함한다. 보다 구체적으로, 장치(100)의 자기장 발생기(120)는 도 3 및 도 4의 구조체(50)를 포함하고, 이에 의해 자기장 발생기(120)의 복수의 편평한 나선형 코일들(21, 22)은 유도 코일 배열체들(1a, 1b, 1c, 1d, 1e)의 코일들(21, 22)의 각각의 쌍들이다. 유도 코일 배열체들(1a, 1b, 1c, 1d, 1e)의 커넥터들(30)은 명확화를 위해 도 5에서 생략되어 있다. 유도 코일 배열체들(1a, 1b, 1c, 1d, 1e)은 가열 구역(110)의 각각의 부분들(110a, 110b, 110c, 110d, 110e)을 둘러싸고 있다. 코일들(21, 22)이 놓인 평면들은 실질적으로 서로 평행하다는 것이 이해될 것이다. 또한, 평면들은 모두 가열 구역(110)의 종축(H-H)에 실질적으로 직교하고, 가열 구역(110)은 각각의 편평한 나선형 코일들(21, 22)의 홀들을 통해 연장된다.
지지체(130)의 종축은 가열 구역(110)의 종축(H-H)과 동축이다. 다른 실시예들에서, 지지체(130)는 비-관형일 수 있고, 그리고/또는 가열 구역(110)을 부분적으로만 둘러쌀 수 있다. 예를 들어, 지지체는 가열 구역(110)에 의해 둘러싸이도록 가열 구역(110)을 관통하는 요소 또는 핀(pin)일 수 있다.
본 실시예에서, 장치(100)는 편평한 나선형 코일들(21, 22)의 작동을 제어하기 위한 제어기(6)를 포함한다. 제어기(6)는, 예를 들어 편평한 나선형 코일들(21, 22) 중 하나의 작동을 편평한 나선형 코일들(21, 22) 중 적어도 다른 하나와 독립적으로 제어하여, 가열 요소(130)의 각각의 부분들의 유도 가열을 야기하기 위한 것일 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어기(6)는 유도 코일 배열체들(1a, 1b, 1c, 1d, 1e) 각각의 코일들(21, 22)에 순차적으로 전력을 공급할 수 있다.
도시되지는 않았지만, 자기장 발생기(120)는 또한 전력원(electrical power source)(도시되지 않음) 및 제어기(6)의 사용자 작동을 위한 사용자 인터페이스(user interface)(도시되지 않음)를 포함한다. 본 실시예에서, 전력원은 충전식 배터리(rechargeable battery)이다. 다른 실시예들에서, 전력원은 비-충전식 배터리, 커패시터(capacitor) 또는 본선 전기 공급부(mains electricity supply)에 대한 연결부와 같은 충전식 배터리 이외의 것일 수 있다.
제어기(6)는 전력원과 유도 코일 배열체들(1a, 1b, 1c, 1d, 1e)의 코일들(21, 22) 사이에 전기적으로 연결되고, 장치(100)의 외부에 위치될 수 있는 사용자 인터페이스에 통신 가능하게 연결된다. 제어기(6)는 본 실시예에서 사용자 인터페이스의 사용자 작동에 의해 작동된다. 사용자 인터페이스는 푸시-버튼(push-button), 토글 스위치(toggle switch), 다이얼(dial), 터치스크린(touchscreen)) 등을 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 사용자에 의한 사용자 인터페이스의 작동은 제어기(6)로 하여금, 교류 전류가 유도 코일 배열체들(1a, 1b, 1c, 1d, 1e)의 코일들(21, 22) 중 하나 이상을 통과하게 하여, 상기 또는 각 코일(21, 22)이 교번 자기장을 발생시키게 한다. 코일들(21, 22) 및 가열 요소(130)는 코일(들)(21, 22)에 의해 발생된 교번 자기장(들)이 가열 요소(130)의 가열 재료를 투과하도록 상대적으로 위치결정된다. 가열 요소(130)의 가열 재료가 전기 전도성 재료인 경우, 이것은 가열 재료에 하나 이상의 와전류들의 발생을 야기할 수 있다. 가열 재료의 전기 저항에 대항하는 가열 재료 내의 와전류들의 흐름은 가열 재료가 주울 가열에 의해 가열되게 한다. 또한, 가열 재료가 자성 재료로 제조되는 경우, 가열 재료 내의 자기 쌍극자들의 배향은 인가된 자기장의 변화에 따라 변화하며, 이는 열이 가열 재료에 발생되게 한다.
본 실시예에서, 물품(70)은 종축(B-B)을 따른 세장형이다. 물품(70)이 사용 시에 가열 구역(110) 내에 위치되는 경우, 이러한 축(B-B)은 가열 구역(110)의 종축(H-H)과 동축이거나 평행하다. 따라서, 가열 요소(130)의 하나 이상의 부분(들)의 가열은 가열 구역(110)의 대응하는 부분(들)(110a, 110b, 110c, 110d, 110e) 중 하나 이상의 가열을 야기한다. 결국, 이것은 물품(70)이 가열 구역(110) 내에 위치되는 경우, 물품(70)의 흡연 가능한 재료(72)의 하나 이상의 대응하는 섹션(들)(72a, 72b, 72c, 72d, 72e)의 가열을 야기한다.
일부 실시예들에서, 제어기(6)는 흡연 가능한 재료(72)의 제2 섹션의 가열 전에 흡연 가능한 재료(72)의 제1 섹션의 가열을 야기하도록 작동 가능하다. 즉, 제어기(6)는 가변 전류가 유도 코일 배열체들(1) 중 제1 유도 코일 배열체의 코일들(21, 22) 중 하나 또는 둘 모두를 통과하게 하여 제1 유도 코일 배열체에 인접한 흡연 가능한 재료(72)의 제1 섹션의 적어도 하나의 성분의 휘발 및 그 내의 에어로졸의 형성을 개시한 후에, 가변 전류가 유도 코일 배열체들(1) 중 제2 유도 코일 배열체의 코일들(21, 22) 중 하나 또는 둘 모두를 통과하게 하여 제2 유도 코일 배열체(1)에 인접한 흡연 가능한 재료(72)의 제2 섹션의 적어도 하나의 성분의 휘발 및 그 내의 에어로졸의 형성을 개시하도록 작동 가능할 수 있다. 따라서, 시간 경과에 따라 물품(70)의 흡연 가능한 재료(72)의 점진적인 가열이 제공될 수 있다.
일부 실시예들에서, 제1 유도 코일 배열체(1) 및 흡연 가능한 재료(72)의 관련 제1 섹션은 가열 구역(110)의 제1 단부(111)에 가장 근접한 것들(1a, 72a)일 수 있고, 제2 유도 코일 배열체(1) 및 흡연 가능한 재료(72)의 관련 제2 섹션은 가열 구역(110)의 제2 단부(112)에 보다 근접하여 있을 수 있다. 이것은 사용자에 의한 흡입을 위해, 에어로졸이 출구에 상대적으로 근접한 흡연 가능한 재료(72)의 제1 섹션(72a)에서 물품(70)으로부터 비교적 신속하게 형성 및 방출될 수 있게 하는 것을 돕지만, 에어로졸의 시간-의존성 방출을 제공하여, 흡연 가능한 재료(72)의 제1 섹션(72a)이 에어로졸 발생을 중단한 후에도 에어로졸이 계속 형성 및 방출되게 한다. 그러한 에어로졸 발생의 중단은 흡연 가능한 재료(72)의 제1 섹션(72a)이 휘발 가능한 성분들을 다 소비한 결과로서 일어날 수 있다.
장치(100)는 가열 구역(110) 또는 물품(70) 또는 가열 요소(130)의 온도를 감지하기 위한 온도 센서(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 온도 센서는 제어기(6)에 통신 가능하게 연결되어, 제어기(6)가 온도를 모니터링할 수 있다. 온도 센서로부터 수신된 하나 이상의 신호들에 기초하여, 제어기(6)는 필요에 따라 코일들(21, 22)을 통과하는 가변 또는 교류 전류의 특성을 조정할 수 있어, 흡연 가능한 재료(72)의 온도가 사전결정된 온도 범위 내에 유지되는 것을 보장한다. 특성은, 예를 들어 진폭 또는 주파수 또는 듀티 사이클(duty cycle)일 수 있다. 사전결정된 온도 범위 내에서, 사용 시에 흡연 가능한 재료(72)는 흡연 가능한 재료(72)를 연소시키지 않고서 흡연 가능한 재료(72)의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기에 충분히 가열된다. 따라서, 제어기(6) 및 장치(100)는 전체적으로, 흡연 가능한 재료(72)를 연소시키지 않고서 흡연 가능한 재료(72)의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해 흡연 가능한 재료(72)를 가열하도록 배열된다.
일부 실시예들에서, 온도 범위는 약 150 ℃ 내지 약 300 ℃이다. 온도 범위는, 예를 들어 150 ℃ 초과, 또는 200 ℃ 초과, 또는 250 ℃ 초과일 수 있다. 온도 범위는, 예를 들어 300 ℃ 미만, 또는 290 ℃ 미만, 또는 250 ℃ 미만일 수 있다. 일부 실시예들에서, 온도 범위의 상한은 300 ℃ 초과일 수 있다. 일부 실시예들에서, 온도 센서는 생략될 수 있다.
본 실시예에 대한 변형예들에서, 지지체(130)는 사용 시에 전부보다 적은 가변 자기장들에 의해 투과 가능할 수 있다. 그러한 일부 변형예들에서, 지지체(130)의 비투과된 부분(들)은 지지체(130)의 투과된 부분(들)으로부터의 열 전도에 의해 사용 시에 가열될 수 있다.
다른 실시예들에서, 장치의 지지체 및 가열 요소는 별개의 구성요소들일 수 있다. 예를 들어, 지지체는 비-자성 및/또는 비-전기 전도성 요소일 수 있고, 가열 요소는 가열 구역(110)에 의해 둘러싸이도록 가열 구역(110)을 관통하는 로드 또는 핀일 수 있다. 지지체는, 예를 들어 가열 구역(110)을 둘러싸는 플라스틱 재료(예컨대, PEEK) 또는 유리의 튜브(tube)일 수 있다. 일부 실시예들에서, 세장형 지지체는 생략될 수 있다.
또 다른 실시예들에서, 물품(70)은 물품(70)의 흡연 가능한 재료(72)를 가열하기 위해 사용 시에 가변 자기장들 중 하나 이상의 투과에 의해 가열 가능한 가열 재료를 포함하는 적어도 하나의 가열 요소를 포함할 수 있다. 물품(70)의 가열 요소(들)는 물품(70)의 흡연 가능한 재료(72)와 열 접촉하고, 일부 실시예들에서는 표면 접촉될 것이다. 예를 들어, 그러한 물품의 가열 요소는 세장형이고, 물품의 제1 단부로부터 물품의 대향하는 제2 단부까지 연장될 수 있다. 물품의 가열 요소는, 예를 들어 관형 또는 로드형일 수 있다. 그러한 일부 실시예들에서, 흡연 가능한 재료는 관형일 수 있고, 물품의 관형 가열 요소의 반경방향 내측 또는 반경방향 외측에 있을 수 있다. 일부 실시예들에서, 물품(70)은 물품(70)의 흡연 가능한 재료(72) 내에 분산된 가열 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 물품(70)은 흡연 가능한 재료(72)와 요소들의 혼합물을 포함하는 재료를 포함할 수 있으며, 여기서 요소들 각각은 가변 자기장의 투과에 의해 가열 가능한 가열 재료를 포함한다. 요소들 각각은 가열 재료의 폐쇄 회로를 포함할 수 있다. 요소들의 일부 또는 각각은, 예를 들어 링형이거나, 구형이거나, 또는 가열 재료의 복수의 개별 스트랜드들로 형성될 수 있다.
물품이 가열 요소를 포함하는 일부 실시예들에서, 장치(100)는 코일(들)(21, 22)에 의해 생성된 자기장들에 의해 투과 가능한 가열 요소가 없다. 다른 실시예들에서, 장치(100) 및 물품(70) 각각은 가열 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 실시예에 대한 변형예들에서, 물품(70)은 또한 관형 또는 로드형 가열 요소를 포함할 수 있다. 도 5에 도시된 시스템(1000)을 작동시키는 전술한 방식들 중 임의의 방식이 그러한 다른 실시예들에서 대응적으로 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 장치(100)는, 이 장치(100)와 함께 사용 가능한 물품(70)과 별도로 판매되거나, 공급되거나, 다른 방식으로 제공된다. 그러나, 일부 실시예들에서, 장치(100) 및 하나 이상의 물품들(70)은, 가능하게는 청소 기구들(cleaning utensils)과 같은 추가적인 구성요소들을 갖는 키트(kit) 또는 조립체와 같은 시스템으로서 함께 제공될 수 있다.
전술한 실시예들 각각에서, 물품(70)은 소모성 물품이다. 물품(70) 내의 흡연 가능한 재료(72)의 휘발성 성분(들)의 전부 또는 실질적으로 전부가 소비되면, 사용자는 장치(100)의 가열 구역(110)으로부터 물품(70)을 제거하고 물품(70)을 폐기할 수 있다. 이어서, 사용자는 물품들(70) 중 다른 것을 갖는 장치(100)를 재사용할 수 있다. 그러나, 다른 각각의 실시예들에서, 물품은 비-소모품일 수 있고, 장치 및 물품은 흡연 가능한 재료의 휘발성 성분(들)이 소비되면, 함께 폐기될 수 있다.
상기에서 논의된 실시예들 각각에서, 가열 재료는 강철이다. 그러나, 다른 실시예들에서, 가열 재료는 전기 전도성 재료, 자성 재료 및 자성의 전기 전도성 재료로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 재료들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 가열 재료는 금속 또는 금속 합금을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 가열 재료는 알루미늄, 금, 철, 니켈, 코발트, 도전성 탄소, 흑연, 탄소강, 스테인리스강, 페라이트계 스테인리스강, 구리 및 청동으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 재료들을 포함할 수 있다. 다른 가열 재료(들)가 다른 실시예들에서 사용될 수 있다. 가열 재료가 강철(예를 들어, 연강 또는 스테인리스강)과 같은 철을 포함하는 일부 실시예들에서, 가열 요소(예컨대, 지지체(130))는 사용 시에 가열 요소의 부식 또는 산화를 회피하는 것을 돕도록 코팅될 수 있다. 그러한 코팅은, 예를 들어 니켈 도금, 금 도금, 또는 세라믹 또는 불활성 중합체의 코팅을 포함할 수 있다.
전술한 실시예들 각각에서, 흡연 가능한 재료는 담배를 포함한다. 그러나, 이들 실시예들 각각에 대한 각각의 변형예들에서, 흡연 가능한 재료는 담배로 구성될 수 있거나, 담배로 실질적으로 전체적으로 구성될 수 있거나, 담배, 및 담배 이외의 흡연 가능한 재료를 포함할 수 있거나, 담배 이외의 흡연 가능한 재료를 포함할 수 있거나, 담배가 없을 수 있다. 일부 실시예들에서, 흡연 가능한 재료는 증기 또는 에어로졸 형성제 또는 습윤제, 예컨대 글리세롤, 프로필렌 글리콜, 트리아세틴(triacetin) 또는 디에틸렌 글리콜(diethylene glycol)을 포함할 수 있다.
다양한 쟁점들을 해결하고 당해 기술을 진전시키기 위하여, 본 개시의 전체는, 청구된 발명이 실시될 수 있고, 흡연 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해 흡연 가능한 재료를 가열하기 위한 장치와 함께 사용하기 위한 우수한 유도 가열 배열체들, 흡연 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해 흡연 가능한 재료를 가열하기 위한 우수한 장치, 및 그러한 장치를 포함하는 우수한 시스템들을 제공하는, 다양한 실시예들을 예시 및 예로서 보여준다. 본 개시의 장점들 및 특징들은 실시예들의 대표적인 샘플에 불과하고, 여기에만 국한되거나 그리고/또는 배타적인 것은 아니다. 이러한 장점들 및 특징들은 청구되거나 그렇지 않으면 개시된 특징들을 이해하는 것을 돕기 위해 그리고 교시하기 위해 단지 제시된다. 본 개시의 장점들, 실시예들, 예들, 기능들, 특징들, 구조들, 및/또는 다른 양태들은 청구항들에 의해 정의된 바와 같은 본 개시에 대한 제한들로서, 또는 청구항들의 균등물들에 대한 제한들로서 고려되지 않아야 하고, 본 개시의 범위 및/또는 사상으로부터 이탈하지 않으면서 다른 실시예들이 활용될 수 있고, 변형들이 행해질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 다양한 실시예들은 개시된 요소들, 구성요소들, 특징들, 부품들, 단계들, 수단들 등의 다양한 조합들을 적절하게 포함할 수 있거나, 이들로 구성될 수 있거나, 이들을 필수 구성으로 포함(consist in essence of)할 수 있다. 본 개시는 현재 청구되지 않지만 추후에 청구될 수 있는 다른 발명들을 포함할 수 있다.
Claims (23)
- 흡연 가능한 재료(smokable material)의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해 상기 흡연 가능한 재료를 가열하기 위한 장치와 함께 사용하기 위한, 유도 코일 배열체(induction coil arrangement)로서,
대향하는 제1 및 제2 측면들을 갖는 플레이트(plate) ― 상기 플레이트는 인쇄 회로 기판(printed circuit board; PCB)을 포함함 ― ;
종축을 규정하는 가열 구역(heating zone);
상기 플레이트의 제1 측면 상에 인쇄된 전기 전도성 재료의 제1 편평한 나선형 코일(flat spiral coil); 및
상기 플레이트의 제2 측면 상에 인쇄된 전기 전도성 재료의 제2 편평한 나선형 코일을 포함하고,
사용 시에 상기 제1 편평한 나선형 코일 및 상기 제2 편평한 나선형 코일이 상기 가열 구역의 각각의 종방향 부분들을 투과하도록 상기 제1 편평한 나선형 코일 및 상기 제2 편평한 나선형 코일은 상기 가열 구역의 종축을 따라 순차적으로 그리고 각각의 평면들에 배열되는,
유도 코일 배열체. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 편평한 나선형 코일들은 (i) 1OzCu를 포함하고 38 ㎛의 두께이거나; 또는 (ii) 2OzCu를 포함하고 76 ㎛의 두께인,
유도 코일 배열체. - 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 제1 편평한 나선형 코일을 상기 제2 편평한 나선형 코일에 전기적으로 연결하는 전기 전도성 커넥터(electrically-conductive connector)를 포함하는,
유도 코일 배열체. - 제3 항에 있어서,
상기 전기 전도성 커넥터는 상기 제1 편평한 나선형 코일의 반경방향 내측 단부로부터 상기 제2 편평한 나선형 코일의 반경방향 내측 단부까지 연장되는,
유도 코일 배열체. - 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 유도 코일 배열체의 일 측면에서 관찰될 때, 상기 제1 편평한 나선형 코일은 상기 제1 편평한 나선형 코일의 반경방향 내측 단부로부터 시계방향 경로를 따르고, 상기 제2 편평한 나선형 코일은 상기 제2 편평한 나선형 코일의 반경방향 내측 단부로부터 반시계방향 경로를 따르는,
유도 코일 배열체. - 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
라미네이트(laminate)를 포함하고, 상기 라미네이트는 상기 제1 편평한 나선형 코일을 포함하는 제1 층 및 상기 제2 편평한 나선형 코일을 포함하는 제2 층을 갖는,
유도 코일 배열체. - 구조체(structure)로서,
제1 항 또는 제2 항에 따른 복수의 유도 코일 배열체들, 및 상기 유도 코일 배열체들의 각각의 플레이트들이 상기 유도 코일 배열체들을 서로에 대한 제 포지션에 고정시키도록 연결되는 리테이너(retainer)를 포함하는,
구조체. - 제7 항에 있어서,
상기 리테이너는 인쇄 회로 기판으로 형성되는,
구조체. - 흡연 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해 상기 흡연 가능한 재료를 가열하기 위한 장치로서,
제1 항 또는 제2 항의 유도 코일 배열체를 포함하는,
흡연 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해 상기 흡연 가능한 재료를 가열하기 위한 장치. - 흡연 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해 상기 흡연 가능한 재료를 가열하기 위한 장치로서,
흡연 가능한 재료를 포함하는 하나 이상의 물품들(articles)을 수용하기 위한 가열 구역(heating zone); 및
사용 시에 상기 가열 구역의 각각의 종방향 부분들을 투과하는 가변 자기장들(varying magnetic fields)을 발생시키기 위한 자기장 발생기(magnetic field generator)를 포함하며, 상기 자기장 발생기는 상기 가열 구역의 종축을 따라 순차적으로 그리고 각각의 평면들에 배열된 전기 전도성 재료의 복수의 편평한 나선형 코일들을 포함하고, 상기 편평한 나선형 코일들 각각은 인쇄 회로 기판 상에 제공되는,
흡연 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해 상기 흡연 가능한 재료를 가열하기 위한 장치. - 제10 항에 있어서,
상기 평면들은 서로 실질적으로 평행한,
흡연 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해 상기 흡연 가능한 재료를 가열하기 위한 장치. - 제10 항 또는 제11 항에 있어서,
상기 가열 구역은 상기 복수의 편평한 나선형 코일들 각각의 홀(hole)을 통해 연장되는,
흡연 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해 상기 흡연 가능한 재료를 가열하기 위한 장치. - 제12 항에 있어서,
상기 편평한 나선형 코일들의 홀들 내에 흡연 가능한 재료를 포함하는 물품을 지지하기 위한 세장형 지지체(elongate support)를 갖는,
흡연 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해 상기 흡연 가능한 재료를 가열하기 위한 장치. - 제13 항에 있어서,
상기 지지체는 관형이며, 상기 가열 구역을 둘러싸는,
흡연 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해 상기 흡연 가능한 재료를 가열하기 위한 장치. - 제10 항 또는 제11 항에 있어서,
상기 가열 구역을 가열하기 위해 상기 가변 자기장들 중 하나 이상의 투과에 의해 가열 가능한 가열 재료(heating material)를 포함하는 가열 요소(heating element)를 갖는,
흡연 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해 상기 흡연 가능한 재료를 가열하기 위한 장치. - 제15 항에 있어서,
상기 편평한 나선형 코일들의 홀들 내에 흡연 가능한 재료를 포함하는 물품을 지지하기 위한 세장형 지지체를 가지고,
상기 지지체는 상기 가열 요소를 포함하는,
흡연 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해 상기 흡연 가능한 재료를 가열하기 위한 장치. - 제15 항에 있어서,
상기 가열 재료는 전기 전도성 재료, 자성 재료 및 자성의 전기 전도성 재료로 구성되는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 재료들을 포함하는,
흡연 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해 상기 흡연 가능한 재료를 가열하기 위한 장치. - 제15 항에 있어서,
상기 가열 재료는 금속 또는 금속 합금을 포함하는,
흡연 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해 상기 흡연 가능한 재료를 가열하기 위한 장치. - 제15 항에 있어서,
상기 가열 재료는 알루미늄, 금, 철, 니켈, 코발트, 전도성 탄소(conductive carbon), 흑연, 탄소강(plain-carbon steel), 스테인리스강, 페라이트계 스테인리스강(ferritic stainless steel), 강철, 구리 및 청동으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 재료들을 포함하는,
흡연 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해 상기 흡연 가능한 재료를 가열하기 위한 장치. - 제10 항 또는 제11 항에 있어서,
상기 편평한 나선형 코일들 중 적어도 하나의 작동을 상기 편평한 나선형 코일들 중 적어도 다른 하나와 독립적으로 제어하기 위한 제어기(controller)를 포함하는,
흡연 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해 상기 흡연 가능한 재료를 가열하기 위한 장치. - 제10 항 또는 제11 항에 있어서,
상기 자기장 발생기는 구조체를 포함하고, 상기 구조체는,
흡연 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해 상기 흡연 가능한 재료를 가열하기 위한 장치와 함께 사용하기 위한, 유도 코일 배열체로서,
대향하는 제1 및 제2 측면들을 갖는 플레이트 ― 상기 플레이트는 인쇄 회로 기판(PCB)을 포함함 ― ,
상기 플레이트의 제1 측면 상에 인쇄된 전기 전도성 재료의 제1 편평한 나선형 코일, 및
상기 플레이트의 제2 측면 상에 인쇄된 전기 전도성 재료의 제2 편평한 나선형 코일을 포함하는, 유도 코일 배열체; 및
상기 유도 코일 배열체들의 각각의 플레이트들이 상기 유도 코일 배열체들을 서로에 대한 제 포지션에 고정시키도록 연결되는 리테이너를 포함하는,
흡연 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해 상기 흡연 가능한 재료를 가열하기 위한 장치. - 제9 항에 있어서,
상기 장치는 담배 가열 제품(tobacco heating product)인,
흡연 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해 상기 흡연 가능한 재료를 가열하기 위한 장치. - 흡연 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해 상기 흡연 가능한 재료를 가열하기 위한 시스템으로서,
제9 항에 따른 장치; 및
흡연 가능한 재료를 포함하고 상기 장치의 가열 구역 내에 위치하는 물품을 포함하는,
흡연 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해 상기 흡연 가능한 재료를 가열하기 위한 시스템.
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