KR20150143885A - 에어로졸 발생용 유도 가열 장치 및 시스템 - Google Patents

Abstract

에어로졸 발생용 유도 가열 장치는 에어로졸 형성 기재 및 서셉터를 포함하는 에어로졸 형성 삽입부의 적어도 일부분을 수용하기 위한 내부 표면을 갖는 공동을 포함하는 장치 하우징을 포함하고 있다. 장치 하우징은 자축(magnetic axis)을 갖는 유도 코일을 더 포함하며, 유도 코일은 예를 들면 공동의 적어도 일부분을 둘러싸도록 배열되어 있다. 또한 장치는, 유도 코일에 연결되어 있으며 고주파 전류를 유도 코일에 제공하도록 구성된 전원을 더 포함하고 있다. 유도 코일을 형성하는 와이어 물질은 주요부(main portion)를 포함하는 단면을 가지고 있으며, 주요부는 자축 방향으로의 길이방향 연장부(longitudinal extension) 및 자축에 수직인 측방향 연장부(lateral extension)를 가지고 있으며, 길이방향 연장부는 주요부의 측방향 연장부보다 더 길다.

Description

에어로졸 발생용 유도 가열 장치 및 시스템{INDUCTIVE HEATING DEVICE AND SYSTEM FOR AEROSOL GENERATION}

본 발명은 유도 가열식 흡연 장치에 관한 것으로, 에어로졸 형성 기재를 유도 가열하여 에어로졸이 형성될 수도 있다.

전기 가열식 장치에서, 지속적인 한계는 장치에 제공된 배터리에 의해 가용되는 에너지가 제한되어 있다는 점이다. 이들 장치의 소형화 추세는 이들 전원에 대하여 추가적인 부담을 준다. 에너지 사용의 최적화를 위해서, 유도 가열이 제안되어 있다. 유도 가열에 의해, 장치의 가열될 부분으로의 더 양호한 에너지 전달 및 더 양호한 열로의 에너지 변환이 달성될 수도 있다. 그러나, 소형화된 전기 흡연 장치는 여전히 자주 충전되어야 하므로, 사용자에게 불편할 수도 있다.

따라서, 에어로졸 발생을 위해 개선된 유도 가열 장치의 필요성이 존재한다. 특히, 에너지 효율 측면에서 이러한 장치의 필요성이 존재한다.

본 발명의 하나의 측면에 따르면, 에어로졸 발생용 유도 가열 장치(inductive heating device)가 제공되어 있다. 상기 장치는 에어로졸 형성 기재 및 서셉터(susceptor)를 포함하는 에어로졸 형성 삽입부의 적어도 일부분을 수용하기 위한 내부 표면을 갖는 공동을 포함하는 장치 하우징(device housing)을 포함하고 있다. 장치 하우징은 자축(magnetic axis)을 갖는 유도 코일(induction coil)을 더 포함하며, 여기서 유도 코일은 예를 들면 공동의 적어도 일부분을 둘러싸도록 배열되어 있다. 상기 장치는, 유도 코일에 연결되어 있으며 고주파 전류를 유도 코일에 제공하도록 구성된 전원을 더 포함하고 있다. 유도 코일을 형성하는 와이어 물질은 주요부(main portion)를 포함하는 단면을 가지고 있다. 주요부는 자축 방향으로의 길이방향 연장부(longitudinal extension) 및 자축에 수직인 측방향 연장부(lateral extension)를 갖는다. 바람직하게는, 자축에 수직인 측방향 연장부는 반경 방향으로 연장되어 있다. 단면의 주요부의 길이방향 연장부는 단면의 주요부의 측방향 연장부보다 더 길다. 간단히 말하면, 와이어 물질의 형태는 원형 단면의 와이어에 의해 형성된 통상의 나선형의 유도 코일에 비해서, 주요부에서 전체적으로 또는 적어도 평평해져 있는 것이다. 따라서, 주요부에서의 와이어 물질은 코일의 자축을 따라 그리고 반경 방향으로 조금만 연장되어 있다. 이러한 조치에 의해, 유도 코일 내의 에너지 손실이 줄어들 수도 있다. 특히, 용량 손실이 줄어들 수도 있다. 2개의 전기 충전된 물체의 용량은 2개의 이웃하는 표면 - 여기서는 유도 코일 내에서 서로 대면하고 있는 이웃하는 권선들(windings) 또는 턴들(turns)의 면들 -의 표면적에 정비례한다. 따라서, 용량 손실은 수직 방향으로의 권선의 연장부를 감소시켜서 줄어든다.

바람직하게는, 주요부는 직사각형 형태를 가지고 있다. 일부 바람직한 구현예에서, 주요부는 와이어 물질의 전체 단면을 형성하고 있다. 이들 구현예에서, 유도 코일은 직사각형 단면을 갖는 와이어 물질에 의해 나선형으로 형성되어서, 나선형의 플랫 코일(helical flat coil)(와이어 물질의 형태에 대하여 평평함)을 형성하고 있다. 이러한 유도 코일들은 제조하기가 쉽다. 감소된 에너지 손실 다음으로, 그들은 유도 코일의 외부 직경을 최소화하는 추가적인 이점을 가지고 있다. 이는 장치를 소형화할 수 있게 한다. 플랫 코일을 제공하여 얻어진 공간은 장치의 크기를 변경할 필요 없이 또는 장치를 추가적으로 소형화함에도 자기 차폐부의 제공을 위해 또한 사용될 수도 있다.

도 1은 유도 가열 장치의 공동 내에 에어로졸 형성 기재가 삽입되어 있는 플랫 유도 코일을 포함하는 유도 가열 장치의 개략도이고;
도 2는 공동이 플랫 유도 코일 및 자기 차폐부에 의해 둘러싸여 있는 예를 들면 도 1에 도시된 바와 같은 유도 가열 장치의 발췌 부분의 단면도를 보여주고 있고;
도 3은 정사각형 직경을 갖는 플랫 유도 코일의 한 구현예를 보여주고 있고;
도 4는 L자형 유도 코일에 의해 둘러싸여 있는 공동을 갖는 유도 가열 장치의 발췌 부분의 단면도를 보여주고 있고;
도 5는 역 T자형 유도 코일에 의해 둘러싸여 있는 공동의 발췌 부분을 보여주고 있고;
도 6은 삼각형 유도 코일에 의해 둘러싸여 있는 공동의 발췌 부분을 나타내는 것이다.

본 발명에 따른 장치에 의하면, 유도 코일은 장치 하우징 내에 배열되어 있으며, 공동을 둘러싸고 있다. 이는, 유도 코일이 예를 들면 공동 또는 공동 내에 삽입된 임의의 물질과 접촉하지 않도록 배열될 수도 있기 때문에 바람직할 수 있다. 유도 코일은 하우징 내에 완전히 내장될 수도 있고, 예를 들면 하우징 물질 내에 성형될 수도 있다. 유도 코일은 외부 영향으로부터 보호되며 하우징 내에 고정적으로 설치될 수도 있다. 또한, 공동은 이 공동 내에 수용되는 삽입부가 없는 경우, 완전히 빈 것일 수도 있다. 이는 공동 뿐만 아니라 장치의 부품들을 손상시킬 위험 없이 장치 전체의 세정을 허용 및 용이하게 할 수도 있다. 또한, 공동 내에 삽입부의 삽입 및 공동으로부터 삽입부의 제거 시에 손상될 수 있거나, 또는 세정될 필요가 있을 수 있는 요소들이 공동 내에 존재하지 않는다.

본 발명에 따른 장치의 다른 측면에 따르면, 단면은 보조부(secondary portion)를 포함하고 있다. 보조부는 자축에 수직인 방향으로의 길이방향 연장부 및 자축 방향으로의 측방향 연장부를 가지며, 길이방향 연장부가 보조부의 측방향 연장부보다 더 길다. 보조부의 측방향 연장부는 항상 주요부의 길이방향 연장부보다 작고, 보조부의 길이방향 연장부는 항상 주요부의 측방향 연장부보다 크다. 이에 따라, 와이어 물질의 단면은 유도 코일 내의 에너지 손실을 여전히 감소시켜서 크게 유지될 수도 있다. 용량은 또한 이웃하는 표면들의 거리에 반비례한다. 따라서, 용량은 이웃하는 표면들 간의 거리를 증가시켜서 작아질 수도 있다. 바람직하게는, 유도 코일은 크기가 균질한 와이어 물질로부터 제조되어서 유도 코일의 권선들은 실질적으로 동일하다. 와이어 물질이 반경 방향으로 확대된 연장부를 갖는 보조부를 구비하는 경우, 개별 권선들의 이들 보조부는 서로로부터 이격된다. 보조부들이 통상의 유도 코일들에서와 같이 이웃하는 권선들 간의 거리만큼 뿐만 아니라 주요부의 길이방향 연장부의 길이만큼 서로로부터 이격된다.

보조부의 제공은 또한 유도 코일과 장치 하우징의 외부 벽면 사이 또는 개별 권선들 사이에도 추가적인 공간을 제공할 수도 있다. 코일 치수를 소형화하여 얻어진 이러한 공간에는, 예를 들면 차폐 물질이 배열될 수도 있다.

바람직하게는, 주요부 및 보조부를 갖는 와이어 물질의 단면은 L자형이다.

바람직하게는, 유도 코일은 이 유도 코일에 의해 발생된 전자기장에 의해 가열될 공동 내에 삽입된 서셉터에 가까워지게 하기 위해서 공동에 가깝게 배열되어 있다. 따라서, 유도 코일의 와이어 물질의 단면이 보조부를 포함하는 경우, 여기서 보조부의 길이방향 연장부가 단면의 주요부의 측방향 연장부를 초과하는 경우에, 보조부는 바람직하게는 유도 코일의 외방 반경 방향으로 연장되어 있다. 이에 따라, 주요부가 공동에 가장 가까운 단면의 부분인 것이 보장될 수도 있다.

와이어 물질의 단면의 다른 형태는 T자 형상일 수도 있다. 여기서, T는 반전된 방식으로 배열되어 있으며, T의 ‘머리부’는 주요부를 형성하며 공동의 길이방향 축에 평행하게 배열되어 있다.

단면의 또 다른 형태는 삼각형이고, 여기서 삼각형의 기저부가 유도 코일의 자축에 평행하게 그리고 공동의 길이방향 축에 평행하게 배열되어 있다. 본 발명에 따른 유도 코일들의 형태는 일반적으로 단면의 일면을 형성하는 최대 길이방향 연장부를 갖는 단면을 가져서 정의될 수도 있다. 여기서, 와이어 물질은 이 와이어 물질의 단면의 최대 길이방향 연장부가 유도 코일의 자축에 평행하게 연장되어 있도록 배열되어 있다. 여기서, 와이어 물질은 또한 공동을 둘러싸서 와이어 물질의 단면의 최대 길이방향 연장부가 공동에 가장 근접하게 배열되어 있다. 단면의 임의의 추가 길이방향 연장부는, 예를 들면 플랫 코일들에서 최대 길이방향 연장부와 같거나, 또는 예를 들면 삼각형의 유도 코일들에서는 최대 길이방향 연장부보다 작다.

본 발명에 따른 장치의 다른 측면에 따르면, 유도 코일의 와이어 물질은 리츠 와이어(Litz-wire)로 이루어져 있거나 리츠 케이블(Litz cable)이다. 리츠 물질들에서, 와이어 또는 케이블은 예를 들면 꼬여진 방식으로 묶이거나 꼬아진 개별적인 분리된 와이어들로 이루어져 있다. 리츠 물질들은 교류(alternating current)를 운반하는 데에 특히 적합하다. 개별 와이어들은 고주파수로 전도체들 내의 표피 효과(skin effect) 및 근접 효과(proximity effect) 손실을 감소시키고 유도 코일의 와이어 물질의 내부가 유도 코일의 전도성에 기여할 수 있게 하도록 설계되어 있다.

유도 코일을 통해 흐르는 전원에 의해 제공된 고주파 전류는 1MHz 내지 30MHz 사이의 범위, 바람직하게는 1MHz 내지 10MHz 사이의 범위, 보다 더 바람직하게는 5MHz 내지 7MHz 사이의 범위 내의 주파수를 가질 수도 있다. 용어 ‘사이의 범위 내’는 본원에서 각각의 경계 값을 명시적으로 또한 개시하는 것으로 이해된다.

본 발명에 따른 장치의 또 다른 측면에 따르면, 유도 코일은 3개 내지 5개의 권선을 포함하고 있다. 이들 구현예에서, 바람직하게는 와이어 물질의 단면, 또는 그의 주요부가 각각 평평한 직사각형을 형성하고 있다. 이에 따라, 충분한 길이의 유도 코일이 매우 효율적인 방식으로 제조될 수도 있다. 유도 코일이 플랫 코일이고 리츠 케이블이 유도 코일을 형성하기 위해 사용되는 경우에 특히 효과적인 제조가 이루어지게 된다.

주요부 또는 플랫 코일에 대한 이들 크기는 본 발명에 따른 장치에서 사용하기 위한 유도 코일의 제조에서 최적의 범위인 것으로 보여진다. 특히, 이들 크기는 유도 가열식 흡연 장치에서 사용하기 위한 유도 코일에서 최적이다.

본 발명에 따른 장치의 또 다른 측면에 따르면, 상기 장치는 장치 하우징의 외부 벽면과 유도 코일 사이에 제공된 자기 차폐부(magnetic shield)를 더 포함하고 있다. 유도 코일의 외측에 제공된 자기 차폐부는 장치의 외부에 도달하는 전자기장을 최소화할 수도 있다. 바람직하게는, 자기 차폐부는 유도 코일을 둘러싸고 있다. 이러한 차폐부는 장치 하우징 자체의 물질의 선택에 의해 달성될 수도 있다. 자기 차폐부는 또한 예를 들면 시트 물질 또는 장치 하우징의 외부 벽면의 내부 코팅층의 형태로 제공될 수도 있다. 차폐부는 예를 들면 차폐 물질, 예를 들면 뮤메탈(mu-metal)의 이중층 또는 다중층이어서, 차폐 효과를 개선할 수도 있다. 바람직하게는, 차폐부의 물질은 높은 자기 투과성을 가지고, 강자성 물질을 가질 수도 있다. 자기 차폐부는 또한 유도 코일의 개별 권선들 사이에 배열되어 있을 수도 있다. 그런 다음, 차폐 물질이 - 존재하는 경우 - 와이어 물질의 단면의 보조부들 사이에 제공되어 있다. 이에 따라, 보조부들 사이의 공간이 자기 차폐를 위해 사용될 수도 있다. 바람직하게는, 권선들 사이에 제공된 차폐 물질은 미립자 성질을 가진다.

자기 차폐부는 또한 자기 집속기(magnetic concentrator)의 기능을 가져서, 자기장을 유인 및 유도할 수도 있다. 이러한 장 집속기(field concentrator)는 상술한 바와 같은 자기 차폐부와 조합하거나, 그에 추가하거나, 또는 그로부터 분리해서 제공될 수도 있다.

본 발명에 따른 장치의 하나의 측면에 따르면, 공동의 내부 표면의 원주부(circumferential portion) 및 유도 코일은 실린더 형상을 갖는다. 이러한 배열에서, 자기장 분포는 기본적으로 공동 내측에서 균등하다. 따라서, 공동 내에 수용된 에어로졸 삽입부의 규칙적이거나 대칭적인 가열이 서셉터의 배열에 따라서 달성될 수도 있다. 또한, 실린더형 공동의 세정은 먼지 또는 잔여물이 붙게 될 수도 있는 에지가 없거나 조금만 있기 때문에 용이해진다.

바람직하게는, 에어로졸 형성 삽입부는 장치 하우징의 공동 내에 꼭 끼워 맞춰져서 공동의 내부 표면에 의해 보유될 수도 있다. 공동의 내부 표면 또는 장치 하우징은 또한 삽입된 삽입부에 대하여 더 양호한 보유를 제공하도록 형성될 수도 있다. 본 발명에 따른 장치의 다른 측면에 따르면, 장치 하우징은 에어로졸 형성 삽입부가 공동 내에 수용되는 경우에 공동 내에 에어로졸 형성 삽입부를 보유하기 위한 보유 부재(retaining member)들을 포함하고 있다. 이러한 보유 부재들은, 예를 들면 공동 내로 연장되는 공동의 내부 표면에 있는 돌출부들일 수도 있다. 바람직하게는, 돌출부들은 에어로졸 형성 삽입부가 장치 하우징의 공동 내에 삽입되는 삽입 개구부 근처 또는 그 곳에서 공동의 원위 영역 내에 배열되어 있다. 예를 들면, 돌출부는 원주방향으로 달려 있는 리브(rib)들 또는 부분 리브들의 형태를 가질 수도 있다. 돌출부들은 또한 공동 내로의 삽입부의 도입을 지원하기 위한 정렬 부재들로서 기능할 수도 있다. 바람직하게는, 정렬 부재들은 공동의 내부 표면의 원주부를 따라 길이방향으로 연장되는 길이방향 리브들의 형태를 가질 수도 있다. 돌출부들은 또한 예를 들면 반경 방향으로 연장되어 있는 핀에 배열될 수도 있다. 바람직하게는, 보유 부재들은 삽입부에 소정의 그립(grip)을 제공해서 삽입부가 거꾸로 보유되는 경우이더라도, 삽입부가 공동 밖으로 낙하하지 않는다. 그러나, 보유 부재들은 소정의 해제력이 삽입부에 인가되는 경우, 바람직하게는 삽입부의 손상 없이 다시 삽입부를 해제한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 유도 가열 및 에어로졸 발생 시스템이 또한 제공되어 있다. 상기 시스템은 본원에 설명된 바와 같은 유도 코일을 갖는 장치를 포함하고, 에어로졸 형성 기재 및 서셉터를 포함하는 에어로졸 형성 삽입부를 포함하고 있다. 에어로졸 형성 기재는 장치의 공동 내에 수용되고 에어로졸 형성 삽입부의 서셉터가 유도 코일에 의해 발생된 전자기장에 의해 유도 가열될 수 있도록 내부에 배열되어 있다.

상기 장치의 측면들 및 이점들은 상기에서 설명되어 있어 반복되지 않을 것이다.

에어로졸 형성 기재는 바람직하게는 에어로졸을 형성할 수 있는 휘발성 화합물들을 방출할 수 있는 기재이다. 휘발성 화합물들은 에어로졸 기재를 가열하여 방출된다. 에어로졸 형성 기재는 고체 또는 액체일 수 있거나, 또는 고체 및 액체 성분을 모두 포함할 수도 있다.

에어로졸 형성 기재는 니코틴을 포함할 수도 있다. 니코틴 함유 에어로졸 형성 기재는 니코틴염 매트릭스일 수도 있다. 에어로졸 형성 기재는 식물계 물질을 포함할 수도 있다. 에어로졸 형성 기재는 담배를 포함할 수도 있고, 바람직하게는 담배 함유 물질은 가열시 에어로졸 형성 기재로부터 방출되는 휘발성 담배 향미 화합물들을 함유한다. 에어로졸 형성 기재는 균질화 담배 물질을 포함할 수도 있다.

균질화 담배 물질은 미립자 담배를 응집해서 형성될 수도 있다. 존재하는 경우, 균질화 담배 물질은 건조 중량 기준으로 5% 이상, 바람직하게는 건조 중량 기준으로 5 중량% 초과와 30 중량% 사이의 에어로졸 형성제 함량을 가질 수도 있다.

에어로졸 형성 기재는 대안적으로 비-담배 함유 물질을 포함할 수도 있다. 에어로졸 형성 기재는 균질화 식물계 물질을 포함할 수도 있다.

에어로졸 형성 기재는 적어도 하나의 에어로졸 형성제를 포함할 수도 있다. 에어로졸 형성제는, 사용시, 치밀하고 안정한 에어로졸의 형성을 용이하게 하고 에어로졸 발생 장치의 작동 온도에서 열 감성에 실질적으로 견디는 임의의 적절한 공지된 화합물 또는 화합물들의 혼합물일 수도 있다. 적합한 에어로졸 형성제는 당 기술분야에 잘 알려져 있고, 이에 한정되지 않지만, 트리에틸렌 글리콜, 1,3-부탄디올 및 글리세린과 같은 다가 알코올; 글리세롤 모노-, 디- 또는 트리아세테이트와 같은 다가 알코올의 에스테르; 및 디메틸 도데칸디오에이트(dimethyl dodecanedioate) 및 디메틸 테트라데칸디오에이트(dimethyl tetradecanedioate)와 같은, 모노-, 디- 또는 폴리카르복실산의 지방족 에스테르를 포함한다. 특히 바람직한 에어로졸 형성제들은 다가 알코올 또는 그들의 혼합물, 예를 들면 트리에틸렌 글리콜, 1,3-부탄디올, 및 가장 바람직한 글리세린이다.

에어로졸 형성 기재는 다른 첨가제 및 재료, 예를 들면 향미제를 포함할 수도 있다.

서셉터는 유도 가열될 수 있는 전도체이다. 서셉터는 전자기 에너지를 흡수하고 이를 열로 변환할 수도 있다. 본 발명에 따른 시스템에서, 하나 또는 수개의 유도 코일에 의해 발생된 가변형 전자기장은 서셉터를 가열하고, 그런 다음 주로 열의 전도에 의해, 열을 에어로졸 형성 삽입부의 에어로졸 형성 기재로 전달한다. 이를 위해, 서셉터는 에어로졸 형성 기재의 물질에 열적으로 근접해 있다. 상기 하나 또는 수개의 서셉터의 형태, 종류, 분포 및 배열은 사용자의 필요에 따라 선택될 수도 있다.

일부 바람직한 구현예에서, 에어로졸 형성 삽입부는 서셉터를 포함하고 액체를 함유하며, 바람직하게는 니코틴을 포함하고 있는 카트리지이다. 일부 다른 바람직한 구현예에서, 에어로졸 형성 삽입부는 서셉터를 포함하고 있는 담배 물질 함유 유닛이다. 담배 물질 함유 유닛은 서셉터 및 균질화 담배 물질로 이루어진 담배 플러그를 포함하고 있는 유닛일 수도 있다. 담배 물질 함유 유닛은 이 담배 물질 함유 유닛의 마우스 말단에 배열된 필터를 더 포함할 수도 있다.

본 발명에 따른 장치의 장치 하우징 내의 공동은 단순한 개방 형태, 예를 들면 관형 컵 형태를 가질 수도 있기 때문에, 공동 내에 삽입될 삽입부의 제조가 또한 용이하게 될 수도 있다. 이러한 삽입부는 예를 들면 관 형상을 가질 수도 있다.

본 발명은 다음과 같은 도면들에 의해 도시되어 있는 구현예들과 관련하여 자세히 설명된다.

도 1은 에어로졸 형성 삽입부(2)의 설치 상태에서 유도 가열 시스템을 형성하는 유도 가열 장치(1) 및 에어로졸 형성 삽입부(2)를 개략적으로 보여주고 있다. 유도 가열 장치(1)는 내부 전기 전원(11)을 외부 전원(미도시함), 예를 들면 충전 장치에 연결하기 위한 접촉부들(101), 예를 들면 도킹 포트 및 핀을 갖는 원위 말단을 갖는 장치 하우징(10)을 포함하고 있다. 내부 전원(11), 예를 들면 재충전식 배터리(11)가 하우징(10)의 원위 영역 내의 장치 하우징 내측에 제공되어 있다.

장치 하우징의 근위 말단은 에어로졸 형성 삽입부(2)를 공동(13) 내에 삽입하기 위한 삽입 개구부(102)를 가지고 있다. 공동(13)은 장치 하우징의 근위 영역 내의 장치 하우징 내측에 형성되어 있다. 공동(13)은 에어로졸 형성 삽입부(2)를 이 공동(13) 내측에 제거 가능하게 수용하도록 구성되어 있다. 나선형의 유도 코일(15)이 장치 하우징(10)의 외부 벽면(103)과 공동 측벽면들(131) 사이의 장치 내측에 배열되어 있다. 유도 코일(15)의 자축은, 이 구현예에서 재차 장치(1)의 길이방향 축에 대응하는 공동(13)의 길이방향 축(400)에 대응한다. 공동, 유도 코일 및 장치 하우징의 근위 영역의 구현예들이 이하에서 도 2 내지 도 6에서 더욱 상세하게 설명될 것이다.

장치(1)는 전자기기들(12), 예를 들면 회로를 갖는 인쇄 회로 기판을 더 포함하고 있다. 전자기기들(12) 뿐만 아니라 유도 코일(15)이 내부 전원(11)으로부터 전력을 수신한다. 이에 따라 요소들이 상호 연결되어 있다. 유도 코일(15)로 또는 그로부터의 전기 연결부들(150)이 하우징 내측이지만 공동(13) 외측으로 유도된다. 유도 코일(15)은 공동(13) 또는 공동 내측에 배열되거나 존재할 수 있는 임의의 요소에 대해 접촉하지 않는다. 따라서, 임의의 전기 구성요소들은 공동(13) 내의 요소들 또는 공정들로부터 분리되어 유지될 수도 있다. 이는 에어로졸 형성 유닛(2) 그 자체일 수도 있지만, 특히 이 유닛 또는 이 유닛의 부분들의 가열로부터 그리고 에어로졸 발생 공정로부터 나오는 잔여물들일 수도 있다. 바람직하게는, 공동(13) 및 장치(1)의 원위 영역의 전자기기들(12) 및 전원(11)과의 분리는 유체 기밀(fluid-tight)하다. 그러나, 장치(1)의 근위 방향으로의 기류를 허용하기 위한 환기 개구부들이 공동 벽면들(130, 131) 및 장치 하우징 또는 양쪽 모두에 제공될 수도 있다.

공동(13)은 공동 벽면들(130, 131)에 의해 형성된 내부 표면을 가지고 있다. 공동(13)의 하나의 개방 말단이 삽입 개구부(102)를 형성하고 있다. 삽입 개구부를 통해, 에어로졸 형성 유닛(2), 예를 들면 담배 플러그 또는 에어로졸 함유 카트리지가 공동(13) 내에 삽입될 수도 있다. 이러한 에어로졸 형성 유닛이 공동 내에 배열될 수 있어서, 그 유닛이 공동(13) 내에 수용되는 경우에 유닛의 서셉터(22)는 유도 코일(15) 내에 발생된 전자기장 및 서셉터 내에 유도된 전류에 의해 유도 가열될 수도 있다. 공동(13)의 최하부 벽면(131)은 유닛(2)을 도입할 경우에 기계적인 정지부를 형성할 수도 있다.

에어로졸 형성 삽입부는, 예를 들면 에어로졸 형성 기재, 예를 들면 담배 물질 및 에어로졸 형성제 함유 플러그(20)를 포함할 수도 있다. 삽입부(2)는 에어로졸 형성 기재를 유도 가열하기 위한 서셉터(22)를 포함하고 있으며, 궐련 필터(21)를 포함할 수도 있다. 유도 코일에 의해 발생된 전자기장이 에어로졸 형성 기재(20) 내의 서셉터를 유도 가열한다. 서셉터의 열이 에어로졸 형성 삽입부로 전달되어 사용자가 흡입하기 위한 에어로졸을 형성할 수 있는 성분을 증발시킨다.

도 2는 유도 가열 장치, 예를 들면 도 1의 유도 가열 장치의 공동(13)의 확대 단면도를 보여주고 있다. 공동은 공동 측벽면들(131) 및 최하부 벽면(130)에 의해 형성되어 있으며, 삽입 개구부(102)를 가지고 있다. 장치 하우징(10)의 공동 측벽면들(131)과 외부 벽면(103) 사이에는 플랫 유도 코일(15)이 배열되어 있다. 플랫 유도 코일(15)은 나선형의 코일이고, 공동의 길이 또는 그의 길이의 일부를 따라 연장되어 있다. 바람직하게는, 외부 벽면(103), 장치 하우징(10), 플랫 유도 코일(15) 및 공동(13)은 관 형상을 가지고 동심원으로 배열되어 있다. 플랫 유도 코일은 장치 하우징 내에 내장되어 있을 수도 있다. 바람직하게는, 플랫 유도 코일은 플랫 와이어 또는 리츠 케이블(Litz cable)로 이루어져 있다. 바람직하게는, 유도 코일의 물질은 구리이다.

공동(13)은 이 공동 내에 에어로졸 형성 유닛을 보유하기 위한 보유부를 구비하고 있을 수도 있다. 환형으로 배열된 돌출부(132) 형태의 보유부들이 공동 내로 연장되어 있다. 공동 벽면들(131) 및 장치 하우징(10)은 동일한 물질로 이루어질 수도 있고, 바람직하게는 플라스틱 물질로 이루어져 있다. 바람직하게는, 공동 벽면들(130, 131)은 예를 들면 사출 성형에 의해 하나의 조각으로 형성되어 있다.

길이 방향으로의 유도 코일의 권선들(150)의 큰 연장부(151)로 인해 코일 내측에서 그리고 코일의 자축(400)을 따라 보다 균질한 전자기장의 발생을 가능하게 한다. 그러나, 반경 방향으로의 유도 코일의 권선들의 좁은 연장부(152)는 용량 손실을 제한한다. 또한, 이는 공동(13)의 직경을 확대하거나 아니면 장치(1)의 직경을 제한할 수 있게 한다.

차폐 물질(17)의 시트가 유도 코일(15)과 하우징 벽면(103) 사이에 동심원으로 배열되어 있다. 상기 물질의 시트는 자기 차폐부로서 기능한다. 바람직하게는, 차폐 물질은 높은 자기 투과성이어서, 유도장이 차폐 물질로 들어갈 수도 있고, 시트 물질 내측으로 안내될 수도 있다. 바람직하게는, 뮤메탈(mu-metal)이 시트 물질로서 사용된다.

차폐 물질(17) 외측의 장(field)을 감소시키는 요인은 차폐부를 구성하는 자성 물질의 투과성, 자기 전도 경로를 제공하는 이 물질의 두께, 및 자기 변동의 주파수에 따라 다르다. 따라서, 차폐 물질 및 그의 배열은 특정 사용 및 응용예에 적합할 수도 있다. 또한 상기 시트 물질은, 예를 들면 차폐 물질 내에 와전류의 형성을 이용하게 하여, 자기장을 차단하는 형태로 동작할 수도 있다. 이러한 차폐 방식은 더 높은 주파수에서 특히 적절하다. 이러한 차폐부들을 위해서, 전기 전도 물질이 사용된다.

차폐 물질(17)의 시트에 추가적으로, 미립자 물질(18) 형태의 또 다른 차폐 물질이 차폐 물질(17)과 하우징 벽면(103) 사이에 제공될 수도 있다. 바람직하게는, 미립자 물질(18)은 장 집속기(field concentrator) 물질이며 유도 코일(15)의 권선들(150) 사이에 배열되어 있다.

도 3은 리츠 케이블로 이루어진 나선형의 유도 코일(15)을 보여주고 있다. 유도 코일(15)은 3개의 권선(150) 및 약 22mm의 길이를 가지고 있다. 유도 코일(15) 그 자체는 정방형을 가지고 있다.

도 4는 예를 들면 도 1에서 설명된 바와 같은 유도 가열 장치의 공동(13)의 확대 단면도를 보여주고 있다. 도 2에서와 동일한 참조 번호들이 동일 또는 유사한 요소들에 대해 사용된다.

공동 측벽면들(131)과 장치 하우징(10) 또는 외부 벽면(103) 사이에는 L자형 유도 코일(25)이 배열되어 있다. 유도 코일(25)은 나선형의 코일이고, 여기서 L자형 유도 코일(25)을 제조하는 권선 물질이 L자형 단면을 갖는다.

L자형 유도 코일(25)은 공동(13)의 길이 또는 그의 길이의 일부를 따라 연장되어 있다. 바람직하게는, 장치 하우징(10), 적어도 공동의 영역에서, L자형 유도 코일(25) 및 공동(13)은 관 형상을 가지고 동심원으로 배열되어 있다. L자형 유도 코일은 장치 하우징(10) 내측에 배열되어 있으며 그 안에 내장되어 있을 수도 있다.

‘L’의 ‘발부(foot)’(251)(또는 단면의 주요부)는 예를 들면 도 2 및 도 3과 관련하여 설명된 바와 같은 플랫 유도 코일의 길이 같은 크기를 가질 수도 있다. 바람직하게는, ‘L’의 ‘다리부(leg)’(252)(또는 단면의 보조부)는 길이 방향으로의 ‘발부’보다 반경 방향으로 동일 또는 작은 연장부(255)를 가지고 있다.

재차, 개별 권선들(250) 간의 용량 손실은 공통의 유도 코일들에서 사용된 비교 가능한 원형 와이어에서보다 작다. 권선들(150)의 다리부들(252)(또는 반경 방향으로 큰 연장부를 갖는 보조부) 간의 거리(253)는 이웃하는 권선들(150) 간의 거리(254)보다 훨씬 크다. 서로 바로 인접하며 서로 대면하는 권선들(150) 간의 표면은 L자형 권선의 보다 평평한 ‘발부’(또는 단면의 주요부)가 지배적이다.

L자형 유도 코일(25)의 L에 의해 형성된 공간 및 개별 권선들 사이에서, 집속기 물질(18)이 배열되어 있다.

도 5 및 도 6에는, 유도 코일 단면들의 2개의 또 다른 구현예가 도시되어 있다. 도 5에서, 단면은 역 T자 형상을 가지고 있다. ‘머리부’(351)가 공동(13)에 가장 근접한 유도 코일의 부분이다. T의 ‘머리부’는 공동(13)의 측벽면(131)에 평행하거나 또는 공동의 길이방향 중심축(400)에 평행하게 배열되어 있다.

T의 ‘다리부’(352)는 공동(13)의 중심축(400)에 대하여 반경 방향으로 연장되어 있다. 재차, T의 다리부들 간의 거리(253)는 유도 코일(35)의 개별 권선들(351) 간의 거리(254)보다 크고, 바람직하게는 약 2배 내지 3배 크다. 집속기 물질(18)은 유도 코일(35)의 권선들(351) 사이에 제공되어 있다. 집속기 물질(18)은 유도 코일(35)의 물질의 T자형 단면의 ‘다리부들’에 의해 제자리에 유지될 수도 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 유도 코일(45)의 단면은 삼각형 형상을 가질 수도 있다. 삼각형의 기저부(451)는 공동(13)의 측벽면(131)에 평행하게 배열되어 있다. 기저부(451)는 공동(13)의 길이 방향으로의 삼각형의 최대 연장부이고, 공동(13)에 가장 근접하게 배열되어 있다. 삼각형의 선단부(452)는 길이 방향으로의 삼각형의 최소 연장부이고, 공동으로부터 가장 멀게 배열되어 있다. 선단부들(452)은 공동으로부터 멀리 향하고 있다. 재차, 선단부에서 선단부(452)까지의 거리(253)는 이웃하는 권선들(45) 간의 거리(254)보다 크다.

삼각형의 반경방향 연장부(255)는 삼각형의 길이방향 연장부(기저부(451))보다 작거나 클 수도 있지만, 유도 코일(45)의 직경을 작게 유지하게 위해서 작은 것이 바람직하다.

유도 코일 배열들 뿐만 아니라 유도 가열 장치는 예로서만 도시되어 있다. 사용자의 필요 또는 장치와 함께 가열되고 사용될 에어로졸 형성 유닛에 따라, 변형예, 예를 들면 권선의 길이, 수, 유도 코일의 위치 또는 두께의 변형예가 적용될 수도 있다.

1: 유도 가열 장치
2: 에어로졸 형성 삽입부, 유닛
10: 하우징
11: 내부 전기 전원, 재충전식 배터리
12: 전자기기
13: 공동
15, 25: 유도 코일
17: 차폐 물질
18: 미립자 물질
20: 에어로졸 형성 기재
21: 궐련 필터
22: 서셉터
25, 35, 45: 유도코일
101: 접촉부
102: 개구부
103: 외부 벽면
130, 131: 공동 벽면
132: 돌출부
150: 연결부, 권선
151: 큰 연장부
152: 좁은 연장부
250: 개별 권선
251: 발부
252: 다리부
253, 254: 거리
255: 연장부
351: 머리부
400: 축
451: 기저부
452: 선단부

Claims (14)

1. 에어로졸 발생용 유도 가열 장치로, 상기 장치는
   - 에어로졸 형성 기재 및 서셉터를 포함하는 에어로졸 형성 삽입부의 적어도 일부분을 수용하기 위한 내부 표면을 갖는 공동을 포함하는 장치 하우징으로, 자축(magnetic axis)을 갖는 유도 코일을 더 포함하고, 상기 유도 코일은 예를 들면 상기 공동의 적어도 일부분을 둘러싸도록 배열되어 있는, 상기 장치 하우징;
   - 상기 유도 코일에 연결되어 있고 고주파 전류를 상기 유도 코일에 제공하도록 구성된 전원을 포함하고,
   여기서 상기 유도 코일을 형성하는 와이어 물질은 주요부를 포함하는 단면을 가지되, 상기 주요부는 상기 자축 방향으로의 길이방향 연장부 및 상기 자축에 수직인 측방향 연장부를 가지고, 상기 길이방향 연장부는 상기 주요부의 측방향 연장부보다 더 긴, 에어로졸 발생용 유도 가열 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 주요부는 직사각형 형태를 가지고 있는, 에어로졸 발생용 유도 가열 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 주요부는 상기 와이어 물질의 전체 단면을 형성하고 있는, 에어로졸 발생용 유도 가열 장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 와이어 물질의 단면은 보조부를 더 포함하되, 상기 보조부는 상기 자축에 수직인 방향으로의 길이방향 연장부 및 상기 자축 방향으로의 측방향 연장부를 가지고, 상기 길이방향 연장부는 상기 보조부의 측방향 연장부보다 더 긴, 에어로졸 발생용 유도 가열 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 와이어 물질의 단면은 L자형인, 에어로졸 발생용 유도 가열 장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유도 코일의 와이어 물질은 리츠 와이어(Litz-wire)로 이루어져 있거나 리츠 케이블(Litz cable)인, 에어로졸 발생용 유도 가열 장치.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유도 코일은 3개 내지 5개의 권선을 포함하는, 에어로졸 발생용 유도 가열 장치.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치 하우징의 외부 벽면과 상기 유도 코일 사이에 제공된 자기 차폐부를 더 포함하는, 에어로졸 발생용 유도 가열 장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 자기 차폐부는 시트 물질 또는 상기 장치 하우징의 외부 벽면의 내부 코팅층의 형태로 상기 유도 코일을 둘러싸고 있는, 에어로졸 발생용 유도 가열 장치.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 자기 차폐부는 상기 유도 코일의 개별 권선들 사이에 배열되어 있는, 에어로졸 발생용 유도 가열 장치.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공동의 내부 표면의 원주부 및 상기 유도 코일은 실린더 형상을 갖는, 에어로졸 발생용 유도 가열 장치.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치 하우징은 상기 에어로졸 형성 삽입부가 상기 공동 내에 수용되는 경우에 상기 공동 내에 상기 에어로졸 형성 삽입부를 보유하기 위한 보유 부재들을 포함하는, 에어로졸 발생용 유도 가열 장치.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 장치 및 에어로졸 형성 기재 및 서셉터를 포함하는 에어로졸 형성 삽입부를 포함하고, 여기서 상기 에어로졸 형성 기재는 상기 장치의 공동 내에 수용되고 상기 에어로졸 형성 삽입부의 서셉터가 상기 유도 코일에 의해 발생된 전자기장에 의해 유도 가열될 수 있도록 내부에 배열되어 있는, 유도 가열 및 에어로졸 발생 시스템.
14. 제13항에 있어서, 상기 에어로졸 형성 삽입부는
    서셉터를 포함하고 액체를 함유하고, 바람직하게는 니코틴을 포함하고 있는 카트리지 및
    서셉터를 포함하는 담배 물질 함유 유닛 중 하나인, 유도 가열 및 에어로졸 발생 시스템.

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