KR20200101351A

KR20200101351A - 증기 발생 장치를 위한 유도 가열 조립체

Info

Publication number: KR20200101351A
Application number: KR1020207017123A
Authority: KR
Inventors: 앤드류 로버트 존 로건; 마크 길
Original assignee: 제이티 인터내셔널 소시에떼 아노님
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2018-12-20
Publication date: 2020-08-27
Also published as: PL3731668T3; TWI798318B; US11638446B2; EP3731668A1; EP4201238A8; CN111526746A; CA3086871A1; TW201930782A; JP2023134794A; US20210059310A1; WO2019129630A1; JP2021511018A; US20230292844A1; KR102577412B1; JP7319981B2; EA202091195A1; EP3731668B1; EP4201238A1; UA126169C2

Abstract

증기 발생 장치(1)를 위한 유도 가열 조립체(10)가 제공된다. 유도 가열 조립체는: 외부 바디; 외부 바디의 내부에 배치되는 유도 코일(16); 유도 코일의 내부에 획정되며, 사용중 기화가능 물질(22) 및 유도 가열가능 서셉터(24)를 포함하는 바디를 수용하도록 배치되는 가열 컴파트먼트(12)를 포함하고; 외부 바디와 유도 코일 사이의 간극은 유도 코일 주위로 및 가열 컴파트먼트로의 공기 유동을 허용하도록 배치되는 공기 통기구를 획정한다.

Description

증기 발생 장치를 위한 유도 가열 조립체

본 발명은 증기 발생 장치를 위한 유도 가열 조립체에 관한 것이다.

흡입용 증기를 발생시키기 위해 물질을 연소시키는 대신 가열하는 장치가 최근 몇 년 간 소비자들에게 인기를 얻게 되었다.

이와 같은 장치는 물질에 열을 제공하는 여러 가지 다른 접근법들 중 하나를 이용할 수 있다. 이러한 접근법 중 하나는 단순히 가열 요소를 제공하는 것인데, 전력이 가열 요소에 공급되어 이를 가열하고, 그에 따라 가열 요소가 물질을 가열하여 증기를 발생시킨다.

이와 같은 증기 발생을 달성하는 방안 중 하나는 유도 가열 접근법을 이용하는 증기 발생 장치를 제공하는 것이다. 이와 같은 장치에서, 유도 코일(이하에서는 인덕터 및 유도 가열 장치로도 지칭됨)이 장치와 함께 제공되고 서셉터가 증기 발생 물질과 함께 제공된다. 사용자가 장치를 활성화할 때 전기 에너지가 인덕터에 제공되고, 그에 따라 전자기(EM)장이 생성된다. 서셉터는 전자기장과 커플링되며 열을 발생시키고, 열은 물질에 전달되며, 물질이 가열됨에 따라 증기가 발생된다.

유도 가열을 이용하여 증기를 발생시키는 것은 제어된 가열 및 그에 따른 제어된 증기 발생을 제공할 가능성을 갖는다. 그러나, 실제로, 이와 같은 접근법은 적절하지 않은 온도가 부지불식간에 증기 발생 장치 내에 발생되는 결과를 초래할 수 있다. 이는 전력을 낭비하여 작동 비용을 높이고, 부품을 손상시킬 위험이 있거나, 증기 발생 장치의 사용을 비효율적으로 만들어, 간단하면서도 신뢰할 만한 장치를 기대하는 사용자에게 불편을 느끼게 할 수 있다.

이는 기존에 장치 내의 온도를 모니터링함으로써 해결되었다. 그러나, 모니터링된 온도 중 일부가 신뢰할 만하지 않은 것으로 밝혀졌고, 온도 모니터링으로 인해 전체 전력 사용이 보다 효과적이 될지라도, 온도 모니터링을 제공하는 것은 추가 전력을 사용할 뿐만 아니라 부품수를 늘린다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기 문제점들 중 적어도 일부를 완화하는 데에 있다.

제1 양태에 따르면, 증기 발생 장치를 위한 유도 가열 조립체에 있어서, 외부 바디; 외부 바디의 내부에 배치되는 유도 코일; 유도 코일의 내부에 획정되며, 사용중 기화가능 물질 및 유도 가열가능 서셉터를 포함하는 바디를 수용하도록 배치되는 가열 컴파트먼트를 포함하고; 외부 바디와 유도 코일 사이의 간극(separation)은 유도 코일 주위로 및 가열 컴파트먼트로의 공기 유동을 허용하도록 배치되는 공기 통기구를 획정하는, 유도 가열 조립체가 제공된다.

서셉터는 알루미늄, 철, 니켈, 스테인리스 강, 및 이들의 합금, 예를 들어 니켈 크롬 중 하나 이상을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 인근에서의 전자기장의 인가로, 서셉터는 와류 및 자기 이력 손실로 인해 열을 발생시켜서, 전자기로부터 열로의 에너지 변환을 초래할 수 있다.

공기를 유도 코일 주위로 및 가열 컴파트먼트의 종방향 단부로 흐르게 함으로써 공기가 가열 컴파트먼트에 들어가기 전에 공기에 열을 전달할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 이는 유도 코일을 냉각하여, 유도 코일을 보다 효과적으로 기능하게 하고, 유도 코일의 작동을 안정화할 뿐만 아니라, 가열 컴파트먼트 내로 전달되는 공기가 또한 기화가능 물질을 가열하기 때문에(또는 적어도 이의 냉각 효과를 감소시키기 때문에) 기화가능 물질에 직접 가해져야 하는 가열의 양을 감소시킬 수 있다. 이는 기화가능 물질을 가열하는 데에 요구되는 에너지의 양을 감소시킨다. 다른 이점은, 외부 바디로의 열 전달이 제한되어, 외부 바디가 뜨거워지는 것을 방지하고 그에 따라 외표면이 뜨거워지는 것을 방지한다는 것이다. 이러한 이점은 바디가 가열 컴파트먼트 내에 위치할 때 유도 코일과 유도 가열가능 서셉터 사이의 거리를 증가시킬 필요 없이 달성된다. 이는 유도 코일로부터 서셉터로의 에너지 전달이 감소되지 않으므로, 가능한 한 효율적으로 에너지가 전달되고 그에 따라 열이 발생될 수 있다는 것을 의미한다.

유도 코일은 원통형 유도 코일일 수 있다. 이와 같은 경우, 유도 코일은 외부 바디의 반경방향 내부에 배치될 수 있되, 가열 컴파트먼트는 유도 코일의 반경방향 내부에 획정되고, 공기 통기구를 획정하는 외부 바디와 유도 코일 사이의 간극은 반경방향 간극일 수 있다. 원통형 유도 코일의 대안으로, 유도 코일은 나선형 평면 유도 코일일 수 있다.

공기 통기구는 공기 유동을 가열 컴파트먼트로 안내하기 전에 공기 유동을 유도 코일 주위로 안내하도록 형성될 수 있다. 이는 통기구 내의 공기에 의해 유도 코일을 외부 바디로부터 분리함으로써 외부 바디에 대한 단열을 제공하는 한편, 공기가 가열 컴파트먼트 내로 전달되기 전에 공기를 또한 가열하여, 가열 컴파트먼트 내에 가해져야 하는 가열의 양을 감소시킨다. 이는 전력 사용을 감소시키는 한편, 사용자가 열에 노출되지 않도록 또한 보호한다.

가열 컴파트먼트는 유도 코일에 인접할 수 있다. 유도 코일이 가열 컴파트먼트의 벽에 매립될 수 있지만, 유도 코일이 매립되어 있는 벽과 가열 컴파트먼트의 챔버 사이에 다른 요소가 없기 때문에, 그리고 벽이 부분적으로 가열 컴파트먼트를 획정하기 때문에, 이는 "인접한"이라는 용어의 의미에 속하는 것으로 의도된다.

상기 기술된 바와 같이, 바디는 기화가능 물질 및 유도 가열가능 서셉터를 포함한다. 기화가능 물질 및 유도 가열가능 서셉터는 바디에 담길 수 있다. 이러한 구성에서, 유도에 의해 발생되는 가열은 바디 내에서만 일어난다. 이로써, 바디가 가열 컴파트먼트 내에 위치할 때, 가열 컴파트먼트 내에서 발생되는 열은 바디 외부에 발생되지 않는다. 다시 말하면, 가열 컴파트먼트는 바디가 가열 컴파트먼트 내에 존재할 때 바디 내에서만 가열을 제공하도록 배치될 수 있다. 이는 전류가 유도 코일을 통과할 때 유도 가열가능 서셉터에 의해 발생되는 열이 이와 같은 구성에서는 바디 내부에서만 발생되기 때문이다.

열은 가열 컴파트먼트 외부에 발생될 수 있다. 통상적으로, 가열 컴파트먼트 외부에 발생되는 열은 유도 코일에 의해 발생된다. 이러한 열은 가열 컴파트먼트 내에서 임의의 기화가능 물질의 추가적인 가열을 제공할 수 있다.

공기 통기구는 유도 코일 주위로 및 가열 컴파트먼트의 임의의 부분으로의 공기 유동을 허용하도록 배치될 수 있다. 그러나, 통상적으로, 공기 통기구는 유도 코일 주위로 및 가열 컴파트먼트의 축방향 단부로의 공기 유동을 허용하도록 배치된다. 이는 공기 통기구가 어떤 방식으로든 유도 코일을 방해하는 것을 방지하며, 가열 컴파트먼트의 축방향 단부로의 이의 유로는 공기 통기구가 가열 컴파트먼트의 임의의 다른 부분으로 이어진 경우보다 더 길기 때문에 공기 통기구 내의 공기에 최대량의 열을 전달할 수 있다.

제1 양태에서, 바디가 가열 컴파트먼트 내에 위치할 때, 바디는 바람직하게는 가열 컴파트먼트 내에서 가열 컴파트먼트의 측면에 접경할 수 있고, 바디가 가열 컴파트먼트 내에 위치할 때는 바디를 통과하는 공기 유로만이 존재한다. 이 경우, 유도 코일과 바디 사이에는 가열 컴파트먼트의 유입구로부터 가열 컴파트먼트의 토출구로의 공기 유로가 존재하지 않을 수 있다. 이는 바디와 가열 컴파트먼트의 측면 사이의 바디 주위로의 공기 유동을 제한한다. 이는 유도 코일에 가능한 한 가깝게 서셉터를 위치시키고, 바디 주위가 아닌 바디를 통과하는 공기 유동을 증가시킨다.

공기 통기구는 임의의 적절한 방식으로 형성될 수 있다. 통상적으로, 유도 가열 조립체는, 외부 바디와 유도 코일 사이에 배치되어 2개 이상의 공기 통기구 층을 획정하는 1개 이상의 세퍼레이터를 추가로 포함한다. 이는 유도 코일로부터 공기로의 보다 효율적인 열 전달을 가능하게 하고, 그에 따라 다수의 층이 열 전달을 위해 공기의 부피에 대해 증가된 표면적을 제공하기 때문에 외부 바디로의 열 전달의 제한을 가능하게 한다.

대안적으로 또는 추가적으로, 유도 가열 조립체는, 기계적 연결로 외부 바디, 유도 코일, 및 선택적으로 세퍼레이터들을 지지하며 공기 통기구들을 세그먼트들로 나누는 리브들을 추가로 포함할 수 있다. 이에 의해, 외부 바디, 유도 코일, 및 존재하는 경우 세퍼레이터들 사이의 기계적 연결을 제공하는 리브들로서, 이 부품들을 지지하고 공기 통기구들을 세그먼트들로 나누는 리브들이 존재할 수 있다는 것을 의미하고자 한다. 이는 다양한 부품들에 적절한 구조적 지지를 제공하는 한편, 공기가 지나가기 위한 상당한 양의 표면적을 허용하여 열 전달 효과를 증가시킨다. 유도 코일이 원통형 유도 코일일 때, 세그먼트들은 환형 세그먼트들일 수 있다.

공기 통기구 층들을 구비하는 것은 공기가 어떻게 공기 통기구의 유입구에서 가열 컴파트먼트까지 공기 통기구들을 통과하는지에 대한 다수의 옵션을 제공한다. 통상적으로, 공기 통기구 층들은 하나의 공기 통기구 층으로부터 다른 공기 통기구 층으로 이어지는 복수의 공기 통기구 층을 통과하는 공기 유로를 제공하도록 배치된다. 이는 공기 유로가 더 큰 길이를 제공하는 다수의 층을 통과함으로써 연장되게 할 수 있고, 이 길이에 걸쳐 열이 공기 통기구들을 통과하는 공기에 전달될 수 있다. 이는 또한 하나의 층의 공기가 안쪽 층의 공기에 의해 가온되기 때문에 열 전달을 보다 효과적으로 만든다. 이러한 배치에서, 바람직하게는, 공기 유로는 하나의 층에서 가열 컴파트먼트의 길이를 따라 나아갈 수 있고, 다음 층에서 가열 컴파트먼트의 길이를 따라 반대 방향으로 나아간다.

공기 통기구들의 대안적인 배치에서, 공기 통기구 층들은 각각의 공기 통기구 층 사이를 분할함으로써 적어도 2개의 공기 통기구 층을 통과하는 공기 유로를 제공하도록 배치될 수 있다. 이는 또한 다수의 층의 공기를 동시에 가온함으로써 보다 효율적인 열 전달을 제공하는 수단이다. 물론, 복수의 층들, 또는 공기 유로가 분할되는 층들은 반경방향으로 인접한(즉, 동심의) 층들일 수 있다.

통상적으로, 유도 가열 조립체는 1개 이상의 공기 유로를 획정하도록 배치되는 공기 통기구 내의 구조물들을 추가로 포함할 수 있다. 이는 열 전달이 일어나도록 공기가 지나가기 위한 증가된 표면적을 제공한다.

공기 유동은 임의의 적절한 유로를 따를 수 있다. 통상적으로, 공기 유로(들)는 유도 코일 주위에서의 나선형; 코일의 종방향으로의 지그재그형; 및 코일의 횡방향으로의 지그재그형 중 하나 이상이 되도록 배치된다. 이는 각각의 공기 유로의 길이를 최대화하여, 유도 코일로부터의 열 전달을 보다 효과적이 되게 할 수 있는데, 공기가 각각의 공기 유로를 따라 나아가는 데에 더 긴 기간이 걸려서, 더 많은 열이 흡수될 수 있기 때문이다. 유도 코일이 원통형 유도 코일일 때, 나선형은 유도 코일의 원주 주위에서 회전하는 나선형일 수 있고, 코일의 종방향으로의 지그재그형은 코일의 축방향에 있을 수 있고, 코일의 횡방향으로의 지그재그형은 코일의 원주방향에 있을 수 있다.

공기 유로(들)는 유도 코일로부터의 열 전달을 가능하게 하기 위해 유도 코일의 임의의 양을 덮을 수 있다. 통상적으로, 공기 유로는 유도 코일의 외표면의 50% 초과, 바람직하게는 50% 내지 90%, 더 바람직하게는 50% 내지 80%를 덮는다. 이는 열 전달이 일어날 수 있는 적절한 양의 표면적을 제공하는 한편, 제조를 너무 복잡하게 만들지 않으면서 구조적 강성을 유지하는 것으로 밝혀졌다.

유도 가열 조립체는 전자기 차폐부를 추가로 포함할 수 있고, 차폐부는: 코일과 최내측 공기 통기구 사이에; 동심의 공기 통기구들 사이에; 최외측 공기 통기구의 원주를 실질적으로 둘러싸도록; 또는 공기 통기구의 벽의 일부가 되도록 배치된다. 전자기(EM) 차폐부는 조립체 밖으로 전달되는 전자기(EM) 복사의 양을 제한한다. 이 경우와 같이 (여전히 둘러싸이든 아니든) 공기 통기구에 인접하게 전자기(EM) 차폐부를 제공함으로써, 전자기(EM) 차폐부가 공기 통기구 내의 공기의 온도보다 높은 온도로 가온되는 경우, 열은 또한 전자기(EM) 차폐부로부터 공기로 전달될 수 있다.

유도 코일은 임의의 적절한 위치에 위치할 수 있다. 통상적으로, 유도 코일은 가열 컴파트먼트를 수용하는 벽의 내부에 배치된다. 이는 유도 코일을 공기 내의 환경적 요소 및 바디 내의 구성요소로부터 보호한다.

조립체는 사용중 최고 농도 지점에서 약 0.5 T 내지 약 2.0 T의 자속 밀도를 갖는 변동 전자기장으로 작동하도록 배치될 수 있다.

전원 및 회로는 고주파수에서 작동하도록 구성될 수 있다. 바람직하게는, 전원 및 회로는 약 80 kHz 내지 500 kHz, 바람직하게는 약 150 kHz 내지 250 kHz, 더 바람직하게는 약 200 kHz의 주파수에서 작동하도록 구성될 수 있다.

유도 코일이 임의의 적절한 재료를 포함할 수 있지만, 통상적으로 유도 코일은 리츠(Litz) 와이어 또는 리츠 케이블을 포함할 수 있다.

서셉터는 사용중 공기가 통과할 수 있는 통기구를 제공하도록 형성될 수 있다. 이는 서셉터를 관의 형상으로 제공함으로써, 즉 관형 서셉터를 제공함으로써 달성될 수 있다. 이는 서셉터가 열을 발생시키며, 공기가 관을 통과함에 따라 바디/카트리지에 들어가는 공기를 효과적으로 예열하기 때문에 유리하다. 또한, 이와 같은 관형 서셉터는 폐쇄된 원형의 전기 경로를 구비하기 때문에, 다른 형상의 서셉터보다 열을 더 잘 발생시키는 것으로 밝혀졌다. 서셉터는 또한 이의 형상 및 이에 미치는 전자기 영향과 상호작용하는 방식으로 인해 사용자에게 전자기 차폐를 제공한다. 따라서, 서셉터는 열을 발생시키기 위해서만 사용될 수 있지만, 통상적으로, 공기 통기구의 적어도 일부를 형성하는 관형 형상을 갖는 유도 가열가능 서셉터가 존재한다. 물론, 이러한 서셉터는 바디의 서셉터 외의 다른 서셉터일 수 있다.

제2 양태에 따르면, 제1 양태에 따른 유도 가열 조립체; 기화가능 물질 및 유도 가열가능 서셉터를 포함하는 바디를 포함하고; 바디는 사용중 조립체의 가열 컴파트먼트 내에 배치되는, 증기 발생 시스템이 제공된다.

기화가능 물질은 증기를 형성할 수 있는 임의의 적절한 물질일 수 있다. 물질은 식물 유래 재료를 포함할 수 있고, 특히 물질은 담배를 포함할 수 있다. 통상적으로, 기화가능 물질은 고형 또는 반고형 담배 물질이다. 이는 가열이 반복적으로 및 지속적으로 제공될 수 있도록 서셉터가 바디 내의 제자리에 유지되게 할 수 있다. 예시적인 유형의 증기 발생 고체에는, 분말, 과립, 펠릿, 슈레드, 가닥, 다공성 재료, 또는 시트가 포함된다.

바람직하게는, 기화가능 물질은 에어로졸-포머(aerosol-former)를 포함할 수 있다. 에어로졸-포머의 예로, 다가 알코올, 및 글리세린 또는 프로필렌 글리콜과 같은 이의 혼합물이 포함된다. 통상적으로, 기화가능 물질은 건조 중량 기준으로 약 5% 내지 약 50%의 에어로졸-포머 함량을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 기화가능 물질은 건조 중량 기준으로 약 15%의 에어로졸-포머 함량을 포함할 수 있다.

또한, 기화가능 물질은 에어로졸-포머 자체일 수 있다. 이 경우, 기화가능 물질은 액체일 수 있다. 또한, 이 경우, 바디는 액체 보유 물질(예컨대, 섬유속, 세라믹과 같은 다공성 재료 등)을 구비할 수 있는데, 이는 히터와 같은 기화기에 의해 기화될 액체를 보유하며, 증기가 형성되어 액체 보유 물질로부터 공기 토출구를 향해 배출/방출되어 사용자에 의해 흡입되게 할 수 있다.

가열시, 기화가능 물질은 휘발성 화합물을 배출할 수 있다. 휘발성 화합물은 니코틴, 또는 담배 향료와 같은 향미 화합물을 포함할 수 있다.

바디는 사용중 공기 투과성 쉘 내부에 기화가능 물질을 포함하는 캡슐일 수 있다. 공기 투과성 재료는 전기절연성 및 비자성 재료일 수 있다. 재료는 공기가 고온 저항성을 갖는 재료를 통해 흐를 수 있도록 높은 공기 투과성을 가질 수 있다. 적절한 공기 투과성 재료의 예로, 셀룰로오스 섬유, 종이, 면, 및 실크가 포함된다. 공기 투과성 재료는 또한 필터의 역할을 할 수 있다. 대안적으로, 바디는 종이로 랩핑되는 기화가능 물질일 수 있다. 대안적으로, 바디는, 공기 투과성이 아니지만 공기 유동을 허용하는 적절한 천공 또는 개구를 포함하는 재료 내부에 유지되는 기화가능 물질일 수 있다. 대안적으로, 바디는 기화가능 물질 자체일 수 있다. 바디는 실질적으로 스틱의 형상으로 형성될 수 있다.

서셉터는 임의의 적절한 위치에서 임의의 적절한 방식으로 바디 내에 위치할 수 있다. 통상적으로, 서셉터(들)는 기화가능 물질이 사용중 서셉터(들)와 조립체의 외표면 사이에 흡열층을 형성하도록 기화가능 물질 내에 유지되며 이에 의해 둘러싸인다. 이는 기화가능 물질의 효과적인 가열을 제공하는 한편, 증기 발생 시스템의 다른 부품들에 전달되는 열의 양을 또한 제한한다.

유도 가열 조립체의 예가 첨부 도면을 참조하여 이하에 상세히 설명된다.
도 1은 예시적인 증기 발생 장치의 개략도를 도시한다.
도 2는 예시적인 증기 발생 장치의 분해도를 도시한다.
도 3은 도 2의 A-A 평면을 따라 잘라낸, 도 2에 도시된 증기 발생 장치의 단면도를 도시한다.
도 4는 도 3에 도시된 것과 동일한 평면을 따라 잘라낸 대안적인 예시적인 증기 발생 장치의 단면도를 도시한다.
도 5는 도 3에 도시된 것과 동일한 평면을 따라 잘라낸 다른 예시적인 증기 발생 장치의 단면도를 도시한다.
도 6은 도 3에 도시된 것과 동일한 평면을 따라 잘라낸 또 다른 예시적인 증기 발생 장치의 단면도를 도시한다.
도 7은 도 6의 예에 대응하는 예의 부분 개략도를 도시한다.
도 8은 도 6의 예에 대응하는 대안적인 예의 부분 개략도를 도시한다.
도 9는 예시적인 공기 유로를 갖는 예시적인 증기 발생 장치의 일부의 개략도를 도시한다.
도 10은 대안적인 예시적인 공기 유로를 갖는 예시적인 증기 발생 장치의 일부의 개략도를 도시한다.

이하에서는, 예시적인 유도 가열 조립체 및 예시적인 유도 가열가능 카트리지의 설명을 비롯하여, 증기 발생 장치의 예가 설명된다. 증기 발생 장치 내의 온도를 모니터링하는 예시적인 방법이 또한 설명된다.

이제 도 1 및 도 2를 참조하면, 예시적인 증기 발생 장치가 도 1에서는 조립된 구성으로, 도 2에서는 조립되지 않은 구성으로, 전체적으로 참조번호 1로 표시되어 있다.

예시적인 증기 발생 장치(1)는 유도 가열 조립체(10), 유도 가열가능 카트리지(20), 및 마우스피스(30)를 구비하는 핸드헬드 장치이다(이에 의해, 사용자가 도움 없이 한 손으로 잡고 지지할 수 있는 장치를 의미하고자 한다). 카트리지가 가열될 때 카트리지에 의해 증기가 배출된다. 따라서, 유도 가열 조립체를 사용하여 유도 가열가능 카트리지를 가열함으로써 증기가 발생된다. 이후, 증기는 마우스피스에서 사용자에 의해 흡입될 수 있다.

이 예에서, 사용자는 카트리지가 가열될 때 공기를 장치(1) 내로, 유도 가열가능 카트리지(20)를 통해 또는 그 주위로, 및 마우스피스(30) 밖으로 빨아들임으로써 증기를 흡입한다. 이는 카트리지가 유도 가열 조립체(10)의 일부에 의해 획정되는 가열 컴파트먼트(12) 내에 위치함으로써, 그리고 장치가 조립될 때 조립체 내에 형성되는 공기 유입구(14) 및 마우스피스의 공기 토출구(32)가 상기 컴파트먼트와 기체 연결됨으로써 달성된다. 이로써, 공기는 일반적으로 사용자가 공기 토출구로부터 공기를 빨아들임으로써 생성되는 부압의 적용에 의해 장치를 통해 인입될 수 있다.

카트리지(20)는 기화가능 물질(22) 및 유도 가열가능 서셉터(24)를 포함하는 바디이다. 이 예에서, 기화가능 물질은 담배, 습윤제, 글리세린, 및 프로필렌 글리콜 중 하나 이상을 포함한다. 서셉터는 복수의 전기전도성 플레이트이다. 이 예에서, 카트리지는 또한 기화가능 물질 및 서셉터가 담기는 층 또는 박막(26)을 구비하되, 상기 층 또는 박막은 공기 투과성이다. 다른 예에서, 박막은 존재하지 않는다.

상기 주목된 바와 같이, 유도 가열 조립체(10)는 카트리지(20)를 가열하는 데에 사용된다. 조립체는 유도 코일(16) 및 전원(18) 형태의 유도 가열 장치를 포함한다. 전원 및 유도 코일은 전력이 두 부품 간에 선택적으로 전달될 수 있도록 전기적으로 연결된다.

이 예에서, 유도 코일(16)은 실질적으로 원통형이고, 그에 따라 유도 가열 조립체(10)의 형태도 실질적으로 원통형이다. 가열 컴파트먼트(12)는 유도 코일의 반경방향 내부에 획정되되, 기저부가 유도 코일의 축방향 단부에 있고 측벽들이 유도 코일의 반경방향 내측의 주위에 있다. 가열 컴파트먼트는 기저부의 반대편에 있는 유도 코일의 축방향 단부에서 개방된다. 증기 발생 장치(1)가 조립될 때, 이 개구는 마우스피스(30)에 의해 덮이되, 공기 토출구(32)로의 개구가 가열 컴파트먼트의 개구에 위치한다. 도면에 도시된 예에서, 공기 유입구(14)는 가열 컴파트먼트의 기저부에서 가열 컴파트먼트 내로의 개구를 갖는다.

상기 언급된 바와 같이, 증기가 발생되도록, 카트리지(20)가 가열된다. 이는 전원(18)에 의해 유도 코일(16)에 공급되는 직류 전류로부터 변경된 교류 전류에 의해 달성된다. 전류는 유도 코일을 통해 흘러서, 제어된 전자기(EM)장이 코일 인근의 영역에 생성되게 한다. 생성되는 전자기(EM)장은 외부 서셉터(이 경우, 카트리지의 서셉터 플레이트들)가 전자기(EM) 에너지를 흡수하고 이를 열로 변환하여 유도 가열을 달성하도록 공급원을 제공한다.

보다 상세하게는, 전력이 유도 코일(16)에 제공됨으로써, 전류가 유도 코일을 통과하게 되어, 전자기(EM)장이 생성된다. 상기 언급된 바와 같이, 유도 코일에 공급되는 전류는 교류(AC) 전류이다. 카트리지가 가열 컴파트먼트(12) 내에 위치할 때, 서셉터 플레이트들은 도면에 도시된 바와 같이 유도 코일(16)의 반경과 (실질적으로) 평행하게 배치되거나, 적어도 유도 코일의 반경에 평행한 길이 성분을 구비하도록 의도되기 때문에, 열이 카트리지 내에서 발생된다. 따라서, 카트리지가 가열 컴파트먼트 내에 위치하는 동안 교류(AC) 전류가 유도 코일에 공급될 때, 서셉터 플레이트들의 위치지정은 유도 코일에 의해 생성된 전자기(EM)장과 각각의 서셉터 플레이트의 커플링으로 인해 각각의 플레이트 내에 와류를 유도한다. 이로써, 열이 유도에 의해 각각의 플레이트 내에 발생된다.

카트리지(20)의 플레이트들은 이 예에서 각각의 서셉터 플레이트와 기화가능 물질(22) 사이의 직접 또는 간접 접촉에 의해 기화가능 물질(22)과 열적으로 연통한다. 이는, 서셉터(24)가 유도 가열 조립체(10)의 유도 코일(16)에 의해 유도 가열될 때, 열이 서셉터(24)로부터 기화가능 물질(22)로 전달되어, 기화가능 물질(22)을 가열하고 증기를 발생시킨다는 것을 의미한다.

유도 코일(16)은 벽(28)에 매립된다. 이는 유도 코일과 유도 코일의 주위 환경 사이의 접촉을 제한한다. 사용중, 열이 가열 컴파트먼트(12)로부터 유도 코일이 매립되어 있는 벽 내로 전달되되, 이 벽은 또한 가열 컴파트먼트의 측벽을 제공한다. 유도 코일은 또한 코일의 저항으로 인해 소량의 열을 발생시킨다.

이 열을 이용하고 열을 유도 코일로부터 멀리 보내어 유도 코일을 냉각하기 위해, 상기 언급된 바와 같이, 가열 컴파트먼트의 기저부에 연결되는 공기 유입구(14)는 마우스피스(30)와 유도 가열 조립체(10)가 만나는 지점에 인접한 유도 코일의 일 단부의 개구로부터, 유도 코일이 매립되어 있는 벽을 지나, 유도 코일의 반대편 단부로, 이 단부를 가로질러 가열 컴파트먼트의 기저부의 개구로 이어진다. 사용자가 마우스피스의 공기 토출구(32)를 통해 공기를 빨아들일 때, 공기는 (도 1에 화살표(48)로 표시된 바와 같이) 공기 유입구를 통해 가열 컴파트먼트 내로, (하나 존재해야 하는) 카트리지를 통해, 그리고 (도 1에 화살표(50)로 표시된 바와 같이) 공기 토출구를 통해 인입된다.

공기 유입구(14)의 공기가 유도 코일(16)이 매립되어 있는 벽(28)보다 더 차가울 때, 열은 벽(및 그에 따른 유도 코일)로부터 공기로 전달된다. 이는 공기를 가온하며 벽 및 유도 코일을 냉각한다. 그러므로, 카트리지를 통과하는 공기는 증기 발생 장치(1) 외부의 공기보다 더 따뜻하다.

도 1 및 도 2에 도시된 예에서, 공기 유입구(14)는 외벽(34)에 의해 둘러싸인다. 외벽은 공기 유입구와 증기 발생 장치(1)의 외부 사이에 배리어를 제공한다. 외벽이 공기 유입구의 공기보다 더 따뜻한 경우, 열은 또한 외벽으로부터 공기 유입구의 공기로 전달된다.

상기 언급된 바와 같이, 공기는 화살표(48)로 표시된 바와 같이 공기 유입구(14)로부터 가열 컴파트먼트(12) 내로 전달된다. 카트리지(20)는 가열 컴파트먼트와 긴밀하게 끼워맞춤된다. 이로써, 공기는 카트리지가 담긴 가열 컴파트먼트를 통과할 때 카트리지를 통과해야 한다. 따라서, 카트리지 주위의 공기 유동이 제한되고, 카트리지와 유도 코일(16)이 매립되어 있는 벽(28) 사이의 카트리지 주위에는 의도된 공기 유로가 존재하지 않는다. 가열 컴파트먼트 내로 전달되는 공기는 가열 컴파트먼트 및 카트리지에 들어오기 전에 가온되었기 때문에, 이는 카트리지로부터 공기로 손실되는 열의 양을 제한하여, 카트리지를 더 따뜻하게 유지한다.

도 2에는, 유도 코일(16)이 매립되어 있는 벽(28)에 매립되는 전자기(EM) 차폐부(36)가 존재한다. 전자기(EM) 차폐부는 유도 코일의 반경방향 외측에 위치한다. 증기 발생 장치(1)가 사용중일 때, 전자기(EM) 차폐부는 유도 코일에 의해 가열 컴파트먼트(12) 내에 발생되는 열로 인해 가온될 것이며, 차폐 과정으로 인해 차폐부 내에 발생되는 전류로 인해 가온될 것이다.

도 2의 A-A 평면을 따라 잘라낸 단면도가 도 3에 도시된다. 이는 증기 발생 장치가 대략 원통형임을 보여주는 원형 바디를 도시한다. 가열 컴파트먼트(12)는 중앙에서 유도 코일(16)이 전자기(EM) 차폐부(36)와 함께 매립되어 있는 벽(28)에 의해 둘러싸인다. 도 2에서와 같이, 전자기(EM) 차폐부는 유도 코일의 반경방향 외측에서 코일의 주위에 위치함을 알 수 있다.

공기 통기구(14)는 유도 코일(16) 및 전자기(EM) 차폐부(36)가 매립되어 있는 벽(28) 주위에 위치한다. 공기 통기구는 각각이 공기 유로를 제공하는 호들(38)로 나누어진다. 공기 통기구는 리브들(40)에 의해 나누어진다. 리브들은 유도 코일 및 전자기 차폐부가 매립되어 있는 벽과 공기 통기구의 반경방향 외측에서 이를 둘러싸는 외벽(34) 사이에 연결된다.

도 4는 대안적인 예시적인 증기 발생 장치를 위한 도 3에 도시된 것과 동일한 단면도를 도시한다. 따라서, 장치는 여전히 원형으로, 가열 컴파트먼트(12)가 중앙에 위치한다. 가열 컴파트먼트는 다시 도 2 및 도 3에 도시된 증기 발생 장치와 동일한 구성에서 유도 코일(16) 및 전자기(EM) 차폐부(36)가 매립되어 있는 벽(28)에 의해 둘러싸인다. 호들이 공기 통기구를 위한 공기 유로들을 형성하는 대신에, 이 예에서는, 공기 통기구(14)가 도 4에서와 같이 전자기(EM) 차폐부의 반경방향 외측에서 원을 그리며 균일하게 분포되는 복수의 원형 보어(39)에 의해 제공된다. 각각의 보어는 공기 유로를 제공하며 리브들(40)에 의해 인접한 보어로부터 분리되고, 리브들(40)은 코일 및 전자기(EM) 차폐부가 매립되어 있는 벽을 증기 발생 장치의 외벽을 형성하는 외벽(34)에 연결한다.

다른 대안적인 예시적인 증기 발생 장치의 동일한 단면도가 도 5에 도시된다. 장치는 다시 원형으로, 가열 컴파트먼트(12)가 중앙에 위치한다. 벽(28)은 가열 컴파트먼트를 둘러싼다. 유도 코일(16)은 이 벽에 매립된다. 그러나, 도 3에 도시된 예에서와 같이 전자기(EM) 차폐부가 또한 이 벽에 매립되는 대신에, 전자기(EM) 차폐부(36)는 외벽(34)에 매립된다. 외벽은 공기 통기구(14)에 의해 코일이 매립되어 있는 벽으로부터 분리된다. 도 3에 도시된 예와 마찬가지로, 공기 통기구는 리브들(40)에 의해 분리되는 호들(28)로 나누어진다. 이러한 구성에서, 호들(38)은 금속관에 의해 제공될 수 있다. 이 경우, 금속관은 서셉터의 역할을 할 수 있고, 가열 컴파트먼트(12)에 들어가는 공기의 예열을 제공한다. 금속관은 또한 전자기(EM) 차폐부의 역할을 할 수 있다.

도 6은 도 3 내지 도 5와 동일한 평면을 따라 잘라낸 또 다른 대안적인 예시적인 증기 발생 장치의 단면도를 도시한다. 이 예에서, 장치는 도 5의 예와 동일한 구조를 갖지만, 전자기(EM) 차폐부가 매립되어 있는 벽은 외벽이 아닌 중간벽(42)이다. 이 중간벽의 반경방향 외부에는 외벽(34)이 있다. 외벽과 중간벽 사이에는 공기 통기구(14)가 있고, 중간벽과 유도 코일(16)이 매립되어 있는 벽(28) 사이에도 공기 통기구가 있되, 벽(28)은 가열 컴파트먼트(12)를 둘러싼다. 각각의 공기 통기구는 각각의 공기 통기구를 위한 각각의 벽들 사이에 연장되는 리브들(40)에 의해 호들(38)로 나누어진다. 각각의 호는 다시 공기 유로를 제공한다.

도 6에 도시된 예에서, 공기 통기구(14)는 다수의 배치 중 하나를 가질 수 있다. 이와 같은 배치 중 2개가 도 7 및 도 8에 도시된다.

도 7은 도 6에 도시된 것과 유사한 단면을 갖는 예시적인 증기 발생 장치의 배치를 도시한다. 도 7에 도시된 배치에서, 증기 발생 장치는 장치의 외부벽을 제공하는 외벽(34)을 구비한다. 외벽의 반경방향 내부에는, 외벽으로부터 반경방향 간극을 가지며 유도 코일(16)이 매립되어 있는 벽(28)으로부터 반경방향 간극을 가지는 중간벽(42)이 있다. 유도 코일이 매립되어 있는 벽은 중간벽의 반경방향 내부에 위치하며, 이 벽의 반경방향 내부에 획정되는 가열 컴파트먼트(12)의 측벽을 제공한다.

장치의 외부로부터 가열 컴파트먼트로 이어지는 공기 통기구(14)가 있다. 공기 통기구를 통해 진행되는 단일 공기 유로가 도 7에 참조번호 48로 표시된다. 유로는 가열 컴파트먼트(12)의 축방향 단부와 일치하는 위치에서 외벽(34)을 통해 증기 발생 장치에 들어간다. 이후, 유로는 외벽과 중간벽(42) 사이를 통과하여 가열 컴파트먼트의 반대편 축방향 단부와 일치하는 위치까지 이어진다. 이 위치에서, 외벽과 중간벽 사이의 반경방향 간극에 의해 제공되는 갭과 중간벽과 유도 코일(16)이 매립되어 있는 벽(28) 사이의 반경방향 간극에 의해 제공되는 갭 사이의 통로가 존재한다. 공기 유로는 이 통로를 통과하며, 중간벽과 유도 코일이 매립되어 있는 벽 사이에서 다시 가열 컴파트먼트의 처음 축방향 단부와 일치하는 위치로 복귀하지만, 가열 컴파트먼트로부터의 반경방향 간극은 유로가 증기 발생 장치에 들어갈 때보다 더 작다. 이후, 유로는 가열 컴파트먼트의 이 축방향 단부에서 가열 컴파트먼트 내로의 다른 통로를 따른다.

도 8은 도 6에 도시된 것과 유사한 단면을 갖는 예시적인 증기 발생 장치의 도 7에 도시된 배치에 대한 대안적인 배치를 도시한다. 도 7에 도시된 배치와 마찬가지로, 도 8에 도시된 배치에서, 증기 발생 장치는 장치의 외부벽을 제공하는 외벽(34)을 구비한다. 외벽의 반경방향 내부에는, 외벽으로부터 반경방향 간극을 가지며 유도 코일(16)이 매립되어 있는 벽(28)으로부터 반경방향 간극을 가지는 중간벽(42)이 있다. 유도 코일이 매립되어 있는 벽은 중간벽의 반경방향 내부에 위치하며, 이 벽의 반경방향 내부에 획정되는 가열 컴파트먼트(12)의 측벽을 제공한다.

도 7과 마찬가지로, 도 8에는, 장치의 외부로부터 가열 컴파트먼트로 이어지는 공기 통기구(14)가 있다. 그러나, 도 7의 단일 공기 유로(48) 대신에, 도 8에 도시된 배치는 도 8에 참조번호 50으로 표시된 공기 유로를 구비하는데, 이는 공통의 시작 및 공통의 끝을 갖지만, 시작과 끝 사이에 2개의 대략 평행한 구역을 구비한다. 유로는 가열 컴파트먼트(12)의 축방향 단부와 일치하는 위치에서 외벽(34)을 통해 증기 발생 장치에 들어간다. 이후, 유로는 분할된다. 유로의 하나의 구역은 외벽과 중간벽(42)의 반경방향 간극에 의해 제공되는 갭 내에서 이들 벽 사이를 통과한다. 유로의 다른 구역은 중간벽과 유도 코일(16)이 매립되어 있는 벽(28) 사이의 반경방향 간극에 의해 제공되는 갭을 향한 통로를 통과한다. 이후, 유로의 이 구역은 이 갭을 통과한다. 두 구역은 가열 컴파트먼트(12)의 반대편 축방향 단부와 일치하는 위치에서 재결합된다. 이는 유로의 하나의 구역이 외벽과 중간벽 사이를 통과한 후, 중간벽 내의 통로를 통과하여, 중간벽과 유도 코일이 매립되어 있는 벽 사이를 통과하는 다른 구역에 합류하여, 가열 컴파트먼트의 반대편 축방향 단부에 상응하는 위치까지 이어짐으로써 달성된다. 이후, 유로는 가열 컴파트먼트의 이 축방향 단부에서 가열 컴파트먼트 내로 공통의 단부 구역을 따라 나아간다.

도 6에 도시된 예와 마찬가지로, 도 7 및 도 8에 도시된 배치들은, 공기 통기구(14) 내에 호 구역들을 형성하는 다양한 벽들을 연결하고 지지하는 리브들(도 7 및 도 8에 미도시)을 구비한다.

도 9 및 도 10은 각각 증기 발생 장치에 사용될 수 있는 예시적인 공기 유로들을 도시한다. 각각의 도면은 유도 코일이 매립되어 있는 벽(28)을 나타내는 원통을 도시한다.

도 9는 공기 통기구(도 9 및 도 10에 미도시)에 의해 제공되는 공기 유로(44)를 도시한다. 공기 유로는 지그재그 패턴으로 벽(28) 주위를 통과한다. 이에 의해, 유로가 원통형 벽의 종축과 정렬되는 평행 구역들을 구비하되, 이들은 평행 구역들의 단부에서 공기 유로의 만곡된 구역들에 의해 인접한 구역들에 결합된다는 것을 의미하고자 한다. 이 구성에서, 1개 이상의 공기 유로가 전체 벽 주위에 배치된다.

도 10은 공기 유로(46)를 도시한다. 이 공기 유로는 다시 공기 통기구(미도시)에 의해 제공된다. 공기 유로는 벽(28)의 하나의 축방향 단부로부터 벽의 반대편 축방향 단부로 이어지는 나선형으로 벽(28) 주위를 통과한다.

Claims

증기 발생 장치를 위한 유도 가열 조립체에 있어서,
외부 바디;
상기 외부 바디의 내부에 배치되는 유도 코일;
상기 유도 코일의 내부에 획정되며, 사용중 기화가능 물질 및 유도 가열가능 서셉터를 포함하는 바디를 수용하도록 배치되는 가열 컴파트먼트를 포함하고;
상기 외부 바디와 상기 유도 코일 사이의 간극은 상기 유도 코일 주위로 및 상기 가열 컴파트먼트로의 공기 유동을 허용하도록 배치되는 공기 통기구를 획정하는, 유도 가열 조립체.
제1항에 있어서,
상기 공기 통기구는 공기 유동을 상기 가열 컴파트먼트로 안내하기 전에 공기 유동을 상기 유도 코일 주위로 안내하도록 형성되는, 유도 가열 조립체.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 외부 바디와 상기 유도 코일 사이에 배치되어 2개 이상의 공기 통기구 층을 획정하는 1개 이상의 세퍼레이터를 추가로 포함하는, 유도 가열 조립체.
제3항에 있어서,
상기 공기 통기구 층들은 하나의 공기 통기구 층으로부터 다른 공기 통기구 층으로 이어지는 복수의 공기 통기구 층을 통과하는 공기 유로를 제공하도록 배치되는, 유도 가열 조립체.
제3항에 있어서,
상기 공기 통기구 층들은 각각의 공기 통기구 층 사이를 분할함으로써 적어도 2개의 공기 통기구 층을 통과하는 공기 유로를 제공하도록 배치되는, 유도 가열 조립체.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
기계적 연결로 상기 외부 바디, 상기 유도 코일, 및 선택적으로 상기 세퍼레이터들을 지지하며 상기 공기 통기구들을 세그먼트들로 나누는 리브들을 추가로 포함하는, 유도 가열 조립체.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
1개 이상의 공기 유로를 획정하도록 배치되는 상기 공기 통기구 내의 구조물들을 추가로 포함하는, 유도 가열 조립체.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공기 유로들은:
상기 유도 코일 주위에서의 나선형;
상기 코일의 종방향으로의 지그재그형; 및
상기 코일의 횡방향으로의 지그재그형 중 하나 이상이 되도록 배치되는, 유도 가열 조립체.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 공기 유로들은 상기 유도 코일의 외표면의 50% 초과를 덮는, 유도 가열 조립체.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
전자기 차폐부를 추가로 포함하고, 상기 차폐부는:
상기 코일과 최내측 공기 통기구 사이에;
동심의 공기 통기구들 사이에;
최외측 공기 통기구의 원주를 실질적으로 둘러싸도록; 또는
상기 공기 통기구의 벽의 일부가 되도록 배치되는, 유도 가열 조립체.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유도 코일은 상기 가열 컴파트먼트를 수용하는 벽의 내부에 배치되는, 유도 가열 조립체.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기화가능 물질 및 상기 유도 가열가능 서셉터는 상기 바디에 담기는, 유도 가열 조립체.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공기 통기구의 적어도 일부를 형성하는 관형 형상을 갖는 유도 가열가능 서셉터가 존재하는, 유도 가열 조립체.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 유도 가열 조립체;
기화가능 물질 및 유도 가열가능 서셉터를 포함하는 바디를 포함하고;
상기 바디는 사용중 상기 조립체의 가열 컴파트먼트 내에 배치되는, 증기 발생 시스템.
제14항에 있어서,
상기 기화가능 물질은 고형 또는 반고형 담배 물질인, 증기 발생 시스템.
제14항 또는 제15항에 있어서,
상기 서셉터들은 상기 기화가능 물질이 사용중 상기 서셉터들과 상기 조립체의 외표면 사이에 흡열층을 형성하도록 상기 기화가능 물질 내에 유지되며 이에 의해 둘러싸이는, 증기 발생 시스템.