KR20200105692A - 비연소 가열 장치 및 방법 - Google Patents

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알렉산더 친학 총
윌리엄 바르트코프스키
데이비드 크로스비
데이비드 웨인
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씨퀜즈 테크놀로지즈 인코퍼레이티드
씨??즈 테크놀로지즈 인코퍼레이티드
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Abstract

내부 서셉터를 수용한 소모물을 복수의 개구를 갖는 인케이스먼트 내부에 패키징함으로써, 유도 가열 요소에 의해 발생되는 자기장을 이용하여 서셉터를 가열하기 위해 소모물 수용 패키지 둘레에 감싸진 유도 가열 요소로 소모물을 연소시키지 않으면서 고열로 소모물을 에어로졸로 변환시키 위한 장치가 제공된다. 소모물 수용 패키지의 연소는 고온에서 용융되는 재료로 인케이스먼트를 코팅함으로써 소모물 수용 패키지 내부의 공기를 제한하는 것에 의해 최소화된다. 코팅은 또한 향미제를 포함할 수 있다. 자기 공진 발진기, 이동 코일, 다중 갈래살 서셉터, 센서, 방열, 공기 흐름 제어, 얼라인먼트 메커니즘 등을 사용하여 장치의 효율성이 향상될 수 있다.

Description

비연소 가열 장치 및 방법
본 발명은 전자 담배, 베이핑 시스템, 및 특히 비연소 가열 장치와 같은 종래의 흡연 제품에 대한 대안으로서 사용되는 장치에 관한 것이다.
비연소 가열 장치(heat-not-burn)(HNB)는 이후에 장치 사용자에게 유용적이게 되는 니코틴 및 기타 담배 성분들을 함유한 흡입 가능한 에어로졸을 생성하는 데에 연소를 일으키는 온도보다 낮은 온도에서 담배를 가열한다. 전통적인 담배와는 달리, 목표는 담배를 연소시키는 것이 아니라, 에어로졸의 생성을 통해 니코틴 및 기타 성분들을 방출시킬 수 있도록 담배를 충분히 가열하는 것이다. 담배를 발화시키고 연소시키는 것은 HNB 장치를 사용하면 회피될 수 있는 원치 않는 독소들을 생성한다. 하지만, 담배 성분들을 에어로졸 형태로 효과적으로 방출시키면서 연소시키지 않기 위한 충분한 열을 제공하느냐 또는 담배를 발화시키느냐의 사이에는 미세한 균형이 존재한다. 현재의 HNB 장치들은 그 균형을 찾지 못하여, 불충분한 양의 에어로졸을 생성하는 온도에서 담배를 가열하거나 담배를 과가열(over heating)하여 불쾌한 또는 "탄(burnt)" 향미 프로파일(flavor profile)을 생성한다. 또한, 현재의 방법론은 전통적인 HNB 장치 내부 구성요소가 연소성 담배 부산물과 우발적인 연소의 부산물로 오염되는 결과를 남긴다.
전술한 이유로, 연소의 위험을 감소시키도록 유도 방법(inductive method)을 통해 담배가 가열되는 온도에 영향을 미치게 될 장치의 전력을 제어하는 능력을 사용자에게 제공하면서(그렇지 않을 경우, 발화시키기에 충분한 온도가 될 것이다), 생성되는 에어로졸의 효율과 향미 프로파일을 증가시키는 에어로졸 생성 장치에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명은 소모성 담배 구성요소(consumable tobacco component)가 유도에 의해 신속하고 점진적으로 가열되어, 담배의 특정 성분을 함유하지만, 연소와 가장 흔히 관련되는 예컨대 연기, 재, 타르 및 기타 잠재적으로 유해한 화학 물질과 같은 부산물을 갖지 않는 에어로졸을 생성하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 소모성 담배 구성요소 둘레에 교번 전자기장을 제공하는 유도 가열 요소를 사용하여 소모성 담배 구성요소를 따라 열을 위치시키고 점진적으로 전진시키는 것을 포함한다.
본 발명의 하나의 목적은 소모성 담배 구성요소를 가열하는 데 사용하기 위해 유도 가열원(induction heating source)이 제공되는 장치이다.
본 발명의 또 다른 목적은 소모성 담배 준비물(consumable tobacco preparation)을 수용하는 여러 개의 밀봉되고 개별적인 기밀의 코팅된 인케이스먼트(encasement)들과 유도 가열원으로 이루어지는 소모성 담배 구성요소이다. 인케이스먼트는 사전 설정(preset) 개구들을 갖는 알루미늄 셸일 수 있다. 인케이스먼트들은 유도 가열 프로세스가 겔(gel)을 용융시켜 개구들을 뚫을 때까지 개구들을 밀봉하는 겔로 코팅될 수 있다. 일부 실시예에서, 겔은 담배 에어로졸의 향미를 더하거나 향미를 향상시킬 수 있는 향미제를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 다수의 인케이스먼트가 각각의 인케이스먼트의 바닥 단부에 위치한 여분의 알루미늄 감쌈부(excess aluminum wrapping)에 의해 형성되는 그들 사이의 간격과 생성된 에어로졸을 허용하는 양측의 채널을 가지고서 종이 튜브 내부에 적층된다. 유도 가열원이 활성화될 때, 사전 설정 개구가 뚫리고, 향미제가 에어로졸과 결합되어 튜브를 통해 이동하고 장치의 사용자에게 유용하게 될 수 있다.
이들 방법 및 장치를 사용하면, 장치는 적은 덩어리만 가열하면 되고, 즉각적으로 가열할 수 있고, 신속하게 냉각될 수 있으며, 전력을 절감할 수 있어, 재충전 시간 사이에 더 많이 사용될 수 있게 해준다. 이것은 잘 알려진 현재의 상용화된 비연소 가열 장치와 대비된다.
본 발명의 또 다른 목적은 여러 개의 밀봉되고 개별적인 기밀의 코팅된 인케이스먼트들과 유도 가열원으로 이루어지는 담배 수용 소모성 구성요소이다. 인케이스먼트들은 유도 가열 프로세스가 겔을 용융시켜 개구를 뚫을 때까지 그들을 밀봉하는 겔로 코팅된다. 일부 실시예에서, 겔은 소모성 담배 구성요소의 향미를 더하거나 향미를 향상시킬 수 있는 향미제를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 교체하기 용이하고 사용 중 케이스 내부의 오염을 최소화하여 케이스의 청소 수고를 감소시키는 소모물 수용 패키지(consumable-containing package)를 생성하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 소모물의 세그먼트(segment)들을 다른 세그먼트에 독립적으로 가열시키도록 가열 요소를 서셉터(susceptor) 또는 소모물에 대해 이동시키는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 에어로졸을 발생시키기 위한 장치에서의 에너지 사용 효율을 최대화하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 장치의 수명을 최대화하도록 가열 요소의 가열을 제어하는 것이다.
또 다른 목적은 소모물의 향미 또는 사용량을 변경시키기 위해 장치를 통한 공기 흐름을 변경시키는 성능을 만드는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 측면도를 도시한다.
도 2a는 실시예의 내부를 보여주기 위해 일부분들이 제거된 본 발명의 일 실시예의 사시도를 도시한다.
도 2b는 내부 구성요소들을 드러내기 위해 일부분들이 절결 및/또는 제거된 도 2a에 도시된 실시예의 사시도를 도시한다.
도 2c는 2C-2C 라인를 따라 절단된 도 2a에 도시된 실시예의 단면도를 도시한다.
도 2d는 도 2a에 도시된 실시예의 분해도를 도시한다.
도 2e는 내부 구성요소들을 드러내기 위해 일부분들이 절단 및/또는 제거된 본 발명의 또 다른 실시예의 사시도를 도시한다.
도 3a는 본 발명의 또 다른 실시예의 사시도를 도시한다.
도 3b는 도 3a에 도시된 실시예의 부분 분해도를 도시한다.
도 3c는 내부 구성요소들을 드러내기 위해 일부분들이 절단 및/또는 제거된 도 3a에 도시된 실시예의 사시도를 도시한다.
도 3d는 도 3a에 도시된 소모물 수용 유닛의 확대 사시도를 도시한다.
도 4a 및 4b는 소모물 수용 유닛의 실시예들의 분해도들을 도시한다.
도 5a는 본 발명의 또 다른 실시예의 사시도를 도시한다.
도 5b는 5B-5B 라인을 따라 취해진 도 5a에 도시된 실시예의 단면도를 도시한다.
도 5c는 도 5a에 도시된 실시예에서의 소모물 수용 패키지의 사시도를 도시한다.
도 6a는 본 발명의 또 다른 실시예의 사시도를 도시한다.
도 6b는 도 6a에 도시된 실시예의 분해도를 도시한다.
도 7a 및 7b는 본 발명의 또 다른 실시예들의 사시도들을 도시한다.
도 8a는 가열 요소의 일 실시예의 측면도를 도시한다.
도 8b는 도 8a에 도시된 가열 요소의 정면도를 도시한다.
도 7c는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한다.
도 7d는 도 7c의 실시예의 분해도를 도시한다.
도 9a는 에어로졸 생성 장치의 실시예의 측면도를 도시한다.
도 9b는 도 9a에 도시된 에어로졸 생성 장치의 평면도를 도시한다.
도 9c는 컨트롤러 및 본 발명의 다른 구성요소들에 대한 컨트롤러의 연결의 일 실시예의 개략도를 도시한다.
도 10a-10b는 컨트롤러 및 본 발명의 다른 구성요소들에 대한 컨트롤러의 연결의 실시예들의 개략도들을 도시한다.
도 11은 이동 가능한 가열 요소의 일 실시예의 사시도를 도시한다.
도 12a-12d는 얼라인먼트용 자석을 사용하는 본 발명의 일 실시예의 분해도, 단면도 및 사시도들을 도시한다.
도 12e는 얼라인먼트 메커니즘의 다른 실시예의 사시도를 도시한다.
도 13a-13b는 다중 갈래살 서셉터의 사시도를 도시한다.
도 13c-13d는 각각 소모물 수용 패키지 외내로 제거 및 삽입된 다중 갈래살 서셉터를 보여주는 길이방향 축을 따라 절단된 도 13a 및 13b의 실시예들의 측단면도를 도시한다.
도 14a-14c는 가열 요소가 소모물 수용 패키지 둘레로 회전하는 소모물 수용 패키지의 일 실시예의 끝면도를 도시한다.
도 15a-15c는 가열 요소가 소모물 수용 패키지 둘레로 회전하는 또 다른 3 갈래살 서셉터를 갖는 소모물 수용 패키지의 일 실시예의 끝면도를 도시한다.
도 16a-16d는 가열 요소가 소모물 수용 패키지 둘레로 회전하는 4 갈래살 서셉터를 갖는 소모물 수용 패키지의 일 실시예의 끝면도를 도시한다.
도 17a-17b는 소모물 수용 패키지 둘레로 편심 경로를 따라 가열 요소를 회전시키기 위한 메커니즘의 일 실시예의 사시도를 도시한다.
도 18a-18b는 소모물 수용 패키지 둘레로 편심 경로를 따라 가열 요소를 회전시키기 위한 메커니즘의 도 17a-17b의 실시예의 끝면도를 도시한다.
도 19는 편심 경로를 따라 가열 요소를 회전시키고 소모물 수용 패키지를 따라 가열 요소를 병진운동시키기 위한 메커니즘의 일 실시예의 사시도를 도시한다.
도 20은 소모물 수용 패키지에 대해 가열 요소를 이동시키기 위한 메커니즘의 일 실시예의 사시도를 도시한다.
도 21은 컨트롤러 및 본 발명의 다른 구성요소들에 대한 컨트롤러의 연결의 일 실시예의 개략도를 도시한다.
도 22는 가열 요소를 보여주기 위해 일부분이 제거된 채로 가열 요소에 부착된 히트 싱크의 일 실시예를 도시한다.
도 23은 소모물 수용 패키지에 부착된 공기 흐름 컨트롤러의 단면도를 도시한다.
도 24a는 본 발명의 또 다른 실시예의 분해 사시도를 도시한다.
도 24b는 도 24a의 실시예의 끝면도를 도시한다.
도 24c는 도 24b에 도시된 24C-24C 라인을 통해 취해진 단면도를 도시한다.
도 25a-25b는 중공형 갈래살 서셉터를 사용하는 소모물 수용 패키지 내부의 구성을 보여주기 위해 서셉터가 제거된 소모물 수용 패키지의 사시적 부분 절결도들을 도시한다.
도 25c-25d는 중공형 갈래살 서셉터가 소모물 수용 패키지에 삽입된, 도 25a-25b의 실시예들의 부분 절결도들을 각각 도시한다.
도 25e는 사용 중에 공기 흐름을 보여주기 위해 길이방향 축을 따라 절단된 도 25a-25d에 도시된 실시예의 단면도를 도시한다.
도 26a는 서셉터의 삽입 이전의 소모물 수용 패키지의 또 다른 실시예의 사시도를 도시한다.
도 26b-26c는 서셉터의 삽입 이전의 내부 구성요소들의 관계를 보여주기 위해 도 26a에 도시된 실시예의 부분 절결도를 도시한다.
도 26d는 길이방향 축을 따라 절단된, 도 26a-26c에 도시된 소모물 수용 패키지의 실시예의 단면도를 도시한다.
도 26e는 서셉터의 삽입 후의 도 26a에 도시된 실시예의 부분 절결도를 도시한다.
도 26f는 소모물 수용 패키지 둘레에 가열 요소 도 26e에 도시된 실시예의 부분 절결도를 도시한다.
도 26g는 길이방향 축을 따라 절단된 도 26f에 도시된 소모물 수용 패키지의 실시예의 단면도를 도시한다.
첨부된 도면과 관련하여 아래에 설명되는 상세한 설명은 본 발명의 현시점에서 바람직한 실시예들의 설명으로서 의도된 것이며, 본 발명이 구성되거나 이용될 수 있는 그 외에는 없는 형태들을 나타내기 위한 것은 아니다. 당해 상세한 설명은 예시된 실시예들과 관련하여 본 발명을 구성하고 작동시키기 위한 단계들의 기능 및 순서를 설명한다. 하지만, 동일하거나 동등한 기능 및 순서들이 역시나 본 발명의 사상 및 범위 내에 포함되는 것으로 의도되는 다른 실시예들에 의해 달성될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
본 출원의 발명은 소모물 수용 제품의 연소를 최소화하면서 비교적 높은 열을 이용하는 방식으로 흡입을 위한 소모물 수용 제품으로부터의 에어로졸을 발생시키기 위한 장치이다. 본 출원의 목적을 위해, 용어 "소모물(consumable)"은 소모물이 상태나 질병을 치료하는 데 사용되는 것인지, 영양 공급을 위한 것인지, 보충제인 것인지, 또는 레크리에이션을 위해 사용되는 것인지의 여부에 관계없이, 임의의 유형의 약제, 약물, 화합물, 활성제, 성분 등을 포괄하는 것으로 광범위하게 해석되어야 한다. 단지 예로서, 소모물은 약품, 영양 보충제, 처방전 없이 구입할 수 있는 약제, 담배, 대마초 등을 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 장치(100)는 소모물 수용 패키지(consumable-containing package)(102) 및 에어로졸 생성 장치(200)를 포함한다. 장치(100)는 소모물 수용 유닛(104)이 소모물 수용 유닛(104)을 연소시키지는 않지만 흡입될 수 있는 에어로졸 생성물의 형태로 소모물 수용 유닛으로부터 소모물을 방출시키는 온도로 가열되게 되는 비연소 가열 프로세스(heat-not-burn process)를 통해 에어로졸을 생성한다. 따라서, 소모물 수용 유닛(104)은 적절한 온도로 가열될 때 에어로졸 형태로 방출될 수 있는 소모물을 수용하는 임의의 제품이다. 본 출원은 구체적인 예를 제공하기 위해 본 발명을 담배 제품에 적용하는 것을 논의한다. 하지만, 본 발명은 담배 제품과 함께 사용되는 것으로 제한되지 않는다.
소모물 수용 패키지(Consumable-Containing Package)
도 2a-6b를 참조하면, 소모물 수용 패키지(102)는 소모물을 에어로졸 형태로 방출시키도록 가열되는 구성요소이다. 소모물 수용 패키지(102)는 소모물 수용 유닛(104), 유도 가열 시스템을 통해 소모물 수용 유닛(104)을 가열하기 위한 금속(서셉터(susceptor)라고도 지칭됨)(106), 및 소모물 수용 유닛(104)과 서셉터(106)를 수용하기 위한 인케이스먼트(encasement)(108)를 포함한다. 소모물 수용 패키지(102)가 얼마나 잘 가열되는지는 제품 일관성(product consistency)에 좌우된다. 제품 일관성은 소모물 수용 유닛(104)의 위치, 형상, 방위(orientation), 조성 및 기타 특성과 같은 다양한 인자를 고려 사항으로 한다. 소모물 수용 유닛(104)의 기타 특성은 유닛 내에 함유된 산소의 양을 포함할 수 있다. 목표는 이러한 인자들을 제조 프로세스에서 일관되게 유지함으로써 제품 일관성을 최대화하는 것이다.
소모물 수용 유닛(104)의 형태가 서셉터(106)와 직접 물리적으로 접촉하고 그 각자 사이에 최대 접촉 면적을 갖는 경우에는, 서셉터(106)에서 유도된 열 에너지는 대개 소모물 수용 유닛(104)으로 전달될 것으로 추론될 수 있다. 그리하여, 서셉터(106)에 대한 소모물 수용 유닛(104)의 형상 및 배치는 중요한 인자이다. 일부 실시예에서, 소모물 수용 유닛(104)은 일반적으로 원통형 형상이다. 그리하여, 소모물 수용 유닛(104)은 원형 또는 타원형 단면을 가질 수 있다.
또한, 소모물 수용 유닛(104)의 설계에 관한 또 다른 목적은 소모물 수용 유닛(104)이 노출되는 공기의 양을 최소화하는 것이다. 이것은 보관 중의 또는 가열 프로세스 중의 산화 또는 연소의 위험을 제거하거나 완화시킨다. 그 결과, 특정 설정에서, 더 많은 공기 노출을 허용하는 종래 기술의 장치와 함께 사용될 때는 달리 연소를 유발하게 되는 온도까지 소모물 수용 유닛(104)을 가열하는 것이 가능하다.
그리하여, 바람직한 실시예에서, 소모물 수용 유닛(104)은 펠릿(pellet) 또는 막대(rod)로 압축 분말 형태의 소모물로 제조된다. 소모물의 압축은 소모물 수용 유닛(104) 내에 포획되는 산소를 감소시킨다. 일부 실시예에서, 소모물 수용 유닛(104)은 습윤제, 향미제, 산소를 몰아내기 위한 충전제, 또는 증기 발생 물질 등과 같은 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 첨가제는 열 에너지의 흡수 및 전달과 더불어 소모물 수용 유닛(104)으로부터 산소를 제거하는 것에 더욱더 도움을 줄 수 있다. 하나의 대안적인 실시예에서, 소모물은 장치의 기능을 방해하지 않지만 소모물의 틈새 공간에서 공기를 몰아내며 그리고/또는 소모물을 둘러싸서 소모물을 공기로부터 격리시키는 물질과 혼합될 수 있다. 또 다른 대안적인 실시예에서, 소모물은 아주 작은 펠릿 또는 소모물에 이용 가능한 공기를 더욱 감소시키도록 캡슐화될 수 있는 다른 형태로 형성될 수 있다.
도 2a-2d에 도시된 바와 같이, 바람직한 실시예에서, 소모물 수용 유닛(104)은 길이방향 축(L)을 형성하는 하나의 길이형 유닛일 수 있다. 예를 들어, 소모물 수용 유닛(104)은 원형 횡단면 또는 타원형 횡단면을 갖는 길이형 원통 또는 튜브일 수 있다. 그리하여, 소모물 수용 유닛(104)은 2개의 양쪽 단부(105, 107)와 그 사이에서 제1 단부(105)로부터 제2 단부(107)로 연장되어 있어 소모물(104)의 길이를 한정하는 측벽(109)에 의해 한정될 수 있다.
서셉터(106)는 마찬가지로 길이형이고, 바람직하게는 길이방향 축(L)을 따라 실질적으로 소모물 수용 유닛(104)의 길이 및 폭(즉, 직경)으로 연장되어 소모물 수용 유닛(104) 내에 매설될 수 있다. 타원형 단면을 갖는 소모물 수용 유닛(104)에서, 직경은 타원의 장축을 한정하는 장직경(major diameter)을 지칭한다.
서셉터(106)는 기계 압출될 수 있다. 압출된 후에, 소모물 수용 유닛(104)이 서셉터(106)의 길이를 따라 서셉터(106) 둘레에 압축될 수 있다. 대안적으로, 서셉터(106)는 서셉터(106) 둘레에 소모물 수용 유닛(104)을 조립하기 전에 편평한 금속 스톡으로부터 또는 임의의 다른 적절한 제조 방법으로부터 스탬핑(stamping)될 수 있다. 일부 실시예에서, 도 2e에 도시된 바와 같이, 서셉터(106)는 스틸 울(steel wool)로 제조될 수 있다. 예를 들어, 서셉터(106)는 패드 형태로 함께 번들링(bundling)된 스틸 울의 미세 필라멘트들로 이루어질 수 있다. 그리하여, 스틸 울 패드는 수많은 미세 에지를 포함한다. 일부 실시예에서, 스틸 울 패드는 습윤제, 향미제, 증기 발생 물질, 스틸 울의 산화(부식)를 지연시키는 물질, 및/또는 스틀 울 필라멘트들 사이의 공기를 제거하기 위한 충전제 등과 같은 첨가제로 다우싱(dousing)되거나, 침지되거나, 또는 완전히 충전될 수 있다. 도 2e에 도시된 바와 같이, 소모물 수용 유닛(104)을 아래에 설명되는 바와 같이 개별 가열을 위한 개별 세그먼트(segment)들로 분할하기 위해 스틸 울 패드를 따라 절취부(cut-out)들이 존재할 수 있다. 대안적으로, 스틸 울의 개별 패드들이 공간 또는 소모물에 의해 분리되어 사용될 수 있으며, 따라서 각각의 패드가 사용 중에 개별적으로 가열될 수 있다.
스틸 울의 장점으로는 그것이 가열된 직후 산화되기 시작하여 위험한 날카로운 에지 없이 부서지기 쉽고 쉽게 분해된다는 점에서 환경적 관점에서의 용이한 폐기성(하지만 이에 국한되지는 않음)이 포함된다. 철과 탄소로 이루어지기 때문에 비교적 무독성이다.
서셉터(106)는 유도 가열의 경우와 같이 변동성 자기장에 노출될 때 열을 발생시키는 임의의 금속 재료로 제조될 수 있다. 바람직하게는, 금속은 철계 금속을 포함한다. 소모물 수용 유닛(104)의 효율적인 가열을 최대화하기 위해, 서셉터(106)는 일반적으로 소모물 수용 유닛(104)이 서셉터(106)와 접촉하는 표면적을 최대화하도록 소모물 수용 유닛(104)의 최대 단면적의 형상과 정합하지만, 다른 형태도 사용될 수 있다. 소모물 수용 유닛(104)이 길이형 원통인 실시예에서, 가장 큰 단면적은 길이방향 축(L)에 걸쳐 장직경을 따라 길이형 원통을 분할하여 직사각형 단면적을 생성함으로써 한정될 것이다. 그리하여, 서셉터(106) 또한 길이형 원통의 단면적의 치수와 실질적으로 유사한 치수를 갖는 직사각형일 것이다.
일부 실시예에서, 서셉터(106)는 금속 플레이트일 수 있다. 일부 실시예에서, 서셉터(106)는 메시 스크린(mesh screen)과 같이 복수의 개구(110)를 갖는 금속 플레이트일 수 있다. 유도 가열은 서셉터(106)의 에지들에서 가장 효과적이고 효율적일 것으로 보인다. 메시 스크린은 에지들이 개구(110)를 형성하고 있기 때문에 소모물 수용 유닛(104)과 접촉할 수 있는 서셉터(106)에 더 많은 에지를 발생시킨다.
바람직하게는, 서셉터(106)는 효율적인 유도 가열 프로세스에 이용될 수 있는 에지의 양을 증가시키기 위해 작은 개구(110)들의 어레이(array)를 갖고서 패턴화된 스트립일 수 있으며, 작은 개구(110)들의 어레이 다음에, 유도 가열을 허용치 않거나, 또는 적어도 유도 가열을 완화시키며 그리고/또는 가열되는 세그먼트로부터의 전도를 완화시키는 서셉터(106)의 길이 부분을 감안한 큰 갭(112)이 이어진다. 이 구성은 소모물 수용 패키지(102)가 개별 세그먼트로 가열되는 것을 가능하게 해준다. 길이형 서셉터(106)는 길이방향을 갖는 길이형 금속 플레이트일 수 있고, 길이형 금속 플레이트는 개구 세트(110a, 110b) 및 갭 세트(112a, 112b)를 포함하며, 개구 세트(110a, 110b)는, 각각의 개구 세트(110a, 110b)가 갭(112a, 112b) 중 하나에 인접하도록, 길이형 금속 플레이트의 길이방향을 따라 갭 세트(112a, 112b)와 직렬로 교번(alternating)된다. 따라서, 서셉터(106)의 한쪽 단부로부터 반대쪽 단부로 이동함에 따라, 제1 개구 세트(110a), 이어서 제1 갭(112a), 이어서 제2 개구 세트(110b), 이어서 제2 갭(112b) 등등이 존재한다. 갭(112)의 영역에는, 금속 재료가 거의 없다; 따라서 최소한의 열 전달이 존재한다. 그리하여, 소모물 수용 유닛(104)이 단일 유닛이더라도, 그래도 개별 섹션으로 가열될 수 있다. 다음으로, 소모물 수용 유닛(104) 및 서셉터(106)는 인케이스먼트(108) 내에 감싸진다.
바람직한 실시예에서, 인케이스먼트(108)는 사전 천공된 개구(120)를 갖는 알루미늄으로 제조될 수 있다. 소모물 수용 유닛(104)은 서셉터(106)에 의해 발생된 열을 보유하기 위해 인케이스먼트(108) 내부에 배치된다. 인케이스먼트(108)의 개구(120)는 가열될 때 소모물 에어로졸이 빠져나갈 수 있게 해준다. 개구(120)가 공기가 인케이스먼트(108) 내로 진입하여 소모물 수용 유닛(104)에 노출될 수 있게 해주는 통로를 생성하기 때문에, 개구(120)는 코팅을 사용하여 일시적으로 밀봉될 수 있다. 코팅은 바람직하게는 소모물 에어로졸을 생성하는 온도에서 용융되는 조성물로 제조된다. 따라서, 서셉터(106)가 가열됨에 따라, 인케이스먼트(108) 내부의 공기 부족으로 인해, 소모물 수용 유닛(104)은 연소하지 않으면서 대단히 높은 온도까지 상승될 수 있다. 서셉터(106)가 고온에 도달할 때, 형성되기 시작하는 소모물 에어로졸은 빠져나갈 수 없다. 코팅이 용융되어 개구(120)를 노출시킬 때, 소모물 에어로졸은 흡입을 위해 인케이스먼트(108)를 빠져나갈 수 있다. 바람직한 실시예에서, 코팅은 프로필렌 글리콜 알지네이트("PGA") 겔일 수 있다. 코팅은 또한 향미제를 포함할 수 있다. 따라서, 코팅이 용융되어 없어지고 소모물 에어로졸이 방출됨에 따라, 향미제도 소모물 에어로졸과 함께 방출된다. 일부 실시예에서, 향미제는 첨가제와 혼합될 수 있다.
일부 실시예에서, 개구(120)는 복수의 구멍 또는 슬릿일 수 있다. 개구(120)는 인케이스먼트(108)의 측벽(122)의 길이를 따라 형성될 수 있으며, 측벽(122) 둘레에 반경방향으로 배치될 수 있으며, 측벽(122) 전체에 걸쳐 무작위로 또는 균일하게 배치될 수 있으며, 기타 등으로 배열될 수 있다. 일부 실시예에서, 개구(120)는 인케이스먼트(108)의 양쪽 단부(124, 126)를 따른 복수의 구멍일 수 있다. 길이형 소모물 수용 유닛(104)을 갖는 일부 실시예에서, 인케이스먼트(108) 또한 길이방향 축(L)에 평행한 인케이스먼트의 길이를 횡단하여 심(seam)을 생성하는 하나 이상의 길이형 슬릿 형태의 개구(120)를 갖는 길이형일 수 있다. 이 심은 접히거나 크림핑(crimping)될 수 있지만, 그래도 소모물 에어로졸이 그 전체 길이를 따라 또는 개별 영역들에서 이동할 수 있게 해주는 갭을 남겨 둔다. 전술한 개구(120)와 마찬가지로, 심은 코팅으로 밀봉될 수 있다.
소모물 수용 패키지(102)는 또한 소모물 수용 유닛(104), 서셉터(106) 및 인케이스먼트(108)를 캡슐화하기 위한 필터 튜브(140)를 포함할 수 있다. 필터 튜브(140)는 인케이스먼트의 가열로부터 방출되는 소모물 에어로졸이 필터를 횡단적으로 통과하도록 허용하면서 임의의 원치 않는 이물질을 포획하기 위한 필터 재료로 제조될 수 있다. 필터 튜브(140)는 인케이스먼트(108)를 둘러싸고, 또한 코팅된 개구(120)를 덮을 수 있다. 필터 튜브(140)는 여과 재료로 제조될 수 있기 때문에, 소모물 에어로졸은 필터 튜브(140)를 통해 이동할 수 있다. 단지 예로서, 필터 튜브는 임의의 적합한 필터 재료가 사용될 수 있겠지만, 셀룰로오스 또는 셀룰로오스 아세테이트로 제조될 수 있다.
소모물 수용 패키지(102)는 또한 필터 튜브(140)를 둘러싸기 위한 하우징(150)을 포함할 수 있다. 하우징(150)은 종이 튜브일 수 있다. 하우징(150)은 소모물 에어로졸의 통과를 허용할 가능성이 적다. 그리하여, 필터 튜브(140) 둘레에 감싸진 하우징(150)은 필터 에어로졸이 필터 튜브(140) 바깥으로 반경방향으로 빠져나가는 것이 아니라 그것을 통해 이동하게 해주는 필터 튜브(140)를 통한 길이방향 채널을 생성한다. 이는 소모물 에어로졸이 사용자의 입을 향한 흡입 경로를 따라갈 수 있게 해준다. 하우징(150)의 한쪽 단부(152)는 단부 캡(154)으로 캡핑(capping)될 수 있다. 단부 캡(154)은 일종의 필터 재료로 이루어질 수 있다. 하우징(150)의 반대쪽 단부(156)에는 마우스피스(158)가 위치하며, 마우스피스(158)는 사용자가 인케이스먼트(108)로부터의 가열된 소모물 에어로졸을 필터 튜브(140)를 따라 마우스피스(158)를 향해 사용자의 입으로 빨아들이도록 물고 흡입하게 된다. 그리하여, 마우스피스(158) 또한 단부 캡(154)의 필터와 유사한 유형의 필터일 수 있다. 소모물 수용 패키지(102)가 소모물 에어로졸이 이동하게 해주는 채널을 포함하고, 그 채널이 소모물 수용 패키지(102)의 일부인 마우스피스(158)로 직접 이어지고, 그 채널이 케이스(202)로부터 격리되는 경우, 케이스(202)는 장치의 작동 중에 형성된 임의의 잔여물 또는 부산물 없이 유지될 것이다. 이 구성으로, 케이스(202)는 청결하게 유지되고, 사용자가 케이스(202)를 주기적으로 청소할 것을 필요로 하지 않는다.
일부 실시예에서, 인케이스먼트(108)는 제1 인케이스먼트 섹션(108a) 및 제2 인케이스먼트 섹션(108b)을 갖는 2 피스 유닛으로 이루어질 수 있다. 소모물 수용 유닛(104)이 제1 인케이스먼트 섹션(108a) 내로 삽입될 수 있고, 제2 인케이스먼트 섹션(108b)이 소모물 수용 유닛(104)을 덮도록 제1 인케이스먼트 섹션(108a)의 상부에 배치될 수 있다. 소모물 수용 유닛(104)을 캡슐화하기 전에, 사전 설정(preset) 개구(120)가 인케이스먼트(108)에 형성될 수 있다.
소모물 수용 패키지(102)의 일반적인 원리를 확립하였다면, 동일한 목적을 달성하는 변형들도 또한 고려될 것이다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 소모물 수용 유닛(104)은 2개의 길이형 섹션(104a, 104b)을 포함할 수 있을 것이다. 소모물 수용 유닛(104)의 2개의 길이형 섹션(104a, 104b)은 길이방향 축(L)에 평행하고 길이방향 축(L)을 통해 직경을 따라 절단되는 평면에 의해 한정될 수 있다. 따라서, 2개의 길이형 섹션(104a, 104b)은 함께 결합되었을 때 완전한 원통형 소모물 수용 유닛(104)을 형성하게 되는 반원통(half-cylinder) 섹션일 수 있다.
일부 실시예에서, 도 3a-3d에 도시된 바와 같이, 소모물 수용 유닛(104)은 펠릿 또는 태블릿(tablet) 태블릿 형태일 수 있다. 측벽(109)의 길이가 직경보다 훨씬 긴 길이형 원통 또는 튜브인 소모물 수용 유닛(104)과 달리, 이 태블릿 실시예에서, 태블릿은 길이방향 축(L)을 한정하는 짧은 원통일 수 있으며, 측벽(109)의 길이는 직경의 치수에 근접하거나 직경보다 짧다. 서셉터(106)는 횡단방향으로 길이방향 축(L)에 수직하게 절달되었을 때의 태블릿의 단면 형상과 정합하도록 편평한 원형 형상을 가질 수 있다. 소모물 수용 유닛(104)은 서셉터(106) 주위에서 압축될 수 있다. 담배를 모방하기 위해, 복수의 소모물 수용 유닛(104)이 길이방향 축(L)을 따라 단부 대 단부로 적층되어 길이형 원통을 형성할 수 있다. 따라서, 각각의 개별 소모물 수용 유닛(104)은 개별적으로 가열될 수 있으며, 하나의 길이형 튜브형 바디를 갖는 소모물 수용 유닛(104)의 세그먼트들을 효과적으로 모방한다.
서셉터(106)가 대응하는 형상을 가지면서 정사각형 또는 직사각형과 같은 다른 형상이 또한 사용될 수 있다. 하지만, 실제 담배의 형상을 모방하는 데 사용될 수 있는 용이성 때문에, 원통형 형상이 바람직하다.
일부 실시예에서, 소모물 수용 유닛(104)은, 도 4a 및 4b에 도시된 바와 같이, 소모물 수용 유닛(104)의 2개의 섹션(104a, 104b)이 함께 결합되어 전체를 만는 소모물 수용 유닛(104)의 2개의 섹션(104a, 104b)으로 형성될 수 있다. 2개의 섹션(104a, 104b)은 길이방향 축(L)에 수직인 평면을 따라 횡단방향으로 소모물 수용 유닛(104)을 횡단방향으로 둘로 분할하는 것으로 형성된다. 서셉터(106)는 2개의 섹션(104a, 104b) 사이에 개재될 수 있다. 서셉터(106)가 2개의 소모물 수용 섹션(104a, 104b) 사이에 개재된 상태에서, 소모물 수용 유닛(104)은 인케이스먼트(108)에 의해 둘러싸일 수 있다. 이 프로세스는 각각의 개별 인케이스먼트(108) 내에 각각이 개별적으로 수용된 각각의 서셉터(106)를 개재한 복수의 개별 소모물 수용 유닛(104)을 생성하도록 반복될 수 있다. 복수의 소모물 수용 유닛(104)은 각각의 개별 소모물 수용 유닛(104)이 한번에 하나씩 개별적으로 가열될 수 있는 소모물 수용 패키지(102)를 생성하도록 차례로 쌓아 적층될 수 있다.
일부 실시예에서, 인케이스먼트(108)는 소모물 수용 유닛(104) 둘레에 감싸지는 알루미늄일 수 있다. 알루미늄은 도 3d에 도시된 바와 같이 양쪽 단부에 여분의 접힘부(130, 132)를 가질 수 있다. 이러한 여분의 접힘부(130, 132)는 차례로 쌓아 적층될 때 인접한 소모물 수용 유닛(104)들 사이에 갭을 생성한다.
일부 실시예에서, 인케이스먼트(108)는, 도 4a 및 4b에 도시된 바와 같이, 제1 인케이스먼트 섹션(108a)과, 소모물 수용 유닛(104)을 제1 인케이스먼트 섹션(108a) 내부에 둘러싸기 위한 덮개 또는 캡으로서 기능하는 제2 인케이스먼트 섹션(108b)를 갖는 2 피스일 수 있다. 전술한 바와 같이, 인케이스먼트(108) 상의 개구(120)는 측벽(122)을 따라 또는 단부(124, 126)에 위치할 수 있다. 전술한 바와 같이, 서셉터(106)는 도 4b에 도시된 바와 같은 스틸 울을 포함하여, 유도 가열되는 임의의 유형의 금속일 수 있다. 바람직한 실시예에서, 복수의 개구(110)를 생성하거나 함께 압축된 스틸 울 필라멘트들을 사용함으로써, 서셉터(106)에 수많은 에지가 생성된다. 스틸 울 필라멘트(filament)는 미세 내지 중간 등급일 수 있다. 상기 논의된 바와 같이, 스틸 울 패드는 첨가제, 향미제, 보호제 및/또는 충전제로 침지, 코팅 또는 충전될 수 있다.
일부 실시예에서, 도 5a-6b에 도시된 바와 같이, 복수의 소모물 수용 유닛(104)이 단일의 길이형 인케이스먼트(108) 내에 수용될 수 있다. 인케이스먼트(108)는 각각의 개별 소모물 수용 유닛(104)을 수용하기 위해 격실(111)을 갖고서 성형될 수 있다. 일부 실시예에서, 개별 격실(111)은 브리지(121)에 의해 서로 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 브리지(121)는 하나의 격실(111)로부터 다른 격실로 유체 연통을 허용하는 채널(125)을 한정할 수 있다. 일부 실시예에서, 브리지(121)는 당해 브리지(121)를 통한 하나의 격실(111)과 다른 격실(111) 사이의 유체 연통을 방지하도록 크림핑될 수 있다. 일부 실시예에서, 길이형 인케이스먼트(108)는, 도 6a-6b에 도시된 바와 같이, 길이방향 축(L)을 따라 횡단방향으로 분할된 2 피스 어셈블리일 수 있다. 소모물 수용 유닛(104)은 인케이스먼트 섹션(108a)들 중의 하나의 격실(111) 내에 안착될 수 있다. 다음으로, 제2 인케이스먼트(108b)가 소모물 수용 유닛(104)을 덮기 위해 제1 인케이스먼트(108a)에 결합될 수 있다. 제1 인케이스먼트 섹션(108a)과 제2 인케이스먼트 섹션(108b) 사이의 틈이 개구(120)로서 사용될 수 있다. 대안적으로, 사전 설정 개구(120)가 인케이스먼트 섹션(108a, 108b) 중 하나 또는 둘 모두에 형성될 수 있다.
일부 실시예에서, 도 7a-7d에 도시된 바와 같이, 인케이스먼트(108)는 인케이스먼트(108)가 서셉터로서 기능하게 해주는 재료로 제조될 수 있다. 예를 들어, 인케이스먼트(108)는 스틸이나 아니면 철계 금속, 또는 유도 가열을 사용하여 가열될 수 있는 임의의 다른 금속으로 제조될 수 있다. 이러한 실시예에서는, 내부 서셉터(106)가 소모물 수용 유닛(104) 내에 매설될 필요가 없을 것이다. 인케이스먼트(108)는 그래도 복수의 개구(120)를 포함할 수 있고, PGA와 같은 첨가제 및/또는 밀봉제로 덮일 수 있다. 이러한 실시예는 도 7a에 도시된 바와 같은 길이형 튜브로 또는 도 7b에 도시된 바와 같은 태블릿 또는 디스크로 제조될 수 있다. 인케이스먼트(108)는 전술한 바와 같이 제1 인케이스먼트 섹션(108a) 및 제2 인케이스먼트 섹션(108b)를 갖는 2 피스 인케이스먼트일 수 있다.
일부 실시예에서, 인케이스먼트(108)는, 도 7c 및 7d에 도시된 바와 같이, 인케이스먼트(108)를 가로질러 횡단방향으로, 대체로 길이방향 축(L)에 수직인 횡단방향 슬릿(123)을 가질 수 있다. 슬릿(123)은 인케이스먼트(108)에 분할을 생성하여, 작동시마다 소모물 수용 유닛(104)의 작은 세그먼트만이 가열되도록 한다. 횡단방향 슬릿(123)은 소모물 수용 유닛(104)을 표면하에서 노출시키는 관통 구멍일 수 있다. 이러한 실시예에서, 세그먼트들은 영구적으로 또는 가열시 용융되어 에어로졸이 슬릿(123)을 통해 빠져나갈 수 있는 물질로 구멍을 밀봉하기 위해 코팅 또는 다른 플러그(plug)로 충전될 수 있다. 일부 실시예에서, 플러그는 횡단방향 슬릿(123)에서 가열 작용을 감소시키기 위해 히트 싱크로서 기능할 수 있는 재료 및/또는 유도를 통해 쉽게 가열되지 않는 물질로 제조될 수 있다. 일부 실시예에서, 횡단방향 슬릿(123)은 인케이스먼트(108)의 오목부 또는 함몰부일 수 있다. 다시 말해서, 횡단방향 슬릿(123)은 인케이스먼트(108)의 박형화된 부분일 수 있다. 그리하여, 횡단방향 슬릿(123)은 골(well)을 한정할 수 있다. 골은 횡단방향 슬릿(123)을 따라 열 전달을 감소시키기 위해 히트 싱크 및/또는 유도를 통해 쉽게 가열되지 않는 물질로서 기능할 수 있는 플러그로 충전될 수 있다.
유도 가열(Induction Heating)
소모물 수용 유닛(104)의 가열은, 도 8a-8b에 도시된 바와 같이, 유도 가열 요소(160)에 의해 발생된 가변 자기장의 존재하에 금속을 배치함으로써 금속, 바람직하게는 철계 금속의 비접촉 가열을 제공하는 유도 가열 프로세스에 의해 달성된다. 바람직한 실시예에서, 유도 가열 요소(160)는 전류가 코일을 통과할 때 자기장을 발생시키는 코일로 감싸지는 컨덕터(162)이다. 금속 서셉터(106)는 자기장 내에 있도록 컨덕터(162)에 충분히 근접하게 배치된다. 바람직한 실시예에서, 코일은 중심 캐비티(164)를 한정하는 방식으로 감싸진다. 이는 코일이 서셉터(106)에 접촉하지 않고 서셉터(106)를 둘러싸게 하도록 소모물 수용 패키지(102)가 캐비티(164) 내로 삽입될 수 있게 해준다. 코일을 통과하는 전류는 신속하게 교번 자기장을 생성하는 교류 전류이다. 교번 자기장은 서셉터(106)에 와전류를 생성하며, 이것이 서셉터(106) 내에서 열을 발생시킬 수 있다. 따라서, 소모물 수용 패키지(102)는 일반적으로 내부에서 외부로 가열된다. 인케이스먼트(108)가 서셉터로서도 기능하는 실시예에서는, 소모물 수용 패키지(102)는 외부에서 내부로 가열된다.
바람직한 실시예에서, 소모물 수용 패키지(102)의 세그먼트들은 개별적으로 가열되어야 한다. 그리하여, 도 8a에 도시된 바와 같이, 컨덕터(162)도 개별 코일형 컨덕터 세트(162a-f)로서 제공될 수 있다. 각각의 컨덕터 코일(162a-f)은 한번에 하나의 컨덕터 코일(162a-f)을 활성화시키도록 제어될 수 있는 컨트롤러(166)에 부착될 수 있다. 도 8a에 6개의 컨덕터 코일(162a-f)이 도시되어 있지만, 더 많거나 적은 코일이 사용될 수도 있을 것이다. 대안적인 실시예에서, 단일의 컨덕터 코일(162)이 사용될 수 있으며, 이는 소모물 수용 패키지(102)를 따라 코일을 병진운동시켜 소모물 수용 패키지(102)의 각각의 세그먼트를 개별적으로 가열하는 기계적 메커니즘을 갖는다.
개별 컨덕터 코일(162a-f)은 전술되고 도 3a-6b에 도시된 바와 같은 소모물 수용 패키지(102)의 개별 세그먼트와 짝지어질 수 있다. 대안적으로, 컨덕터 코일(162a-f)은 각각 도 2a-2d, 7a 및 7d에 도시된 바와 같은 연속 소모물 수용 패키지(102)의 특정 길이에 대응되어, 그 특정 길이만을 가열할 수 있다. 이러한 실시예의 예비 테스트에서, 소모물 수용 패키지(102)의 개별 길이에 따른 가열은, 소모물 수용 패키지(102)의 인접한 비가열 부분이 절연체처럼 작용할 것이므로, 소모물 수용 패키지(102)의 인접한 부분을 상당하게 가열하지 않는다. 따라서, 열 전달을 제한하기 위한 구조는, 여기에 논의되고 유용할 수 있지만, 필요하지 않을 수 있다.
서셉터(106)에서의 전력의 열로의 변환 효율은 여기서 "변환 효율"이라 지칭되며, 다양한 인자, 예컨대 금속의 벌크 저항(bulk resistivity), 금속의 유전율(dielectric), 금속 기하구조 및 열 손실, 전력 공급 일관성 및 효율성, 코일 기하구조, 및 이러한 인자들 중의 일부를 확인하기 위한 동작의 손실 및 전체 주파수 등에 기초한다. 장치(100)는 변환 효율을 최대화하도록 설계되고 구성된다.
에어로졸 생성 장치(Aerosol Producing Device)
가열 및 소모물의 에어로졸로의 변환을 실시하기 위해, 도 9a-9c에 도시된 바와 같이, 소모물 수용 유닛(104) 둘레에 깜싸진 필터 튜브(140)를 수용한 하우징(150)이 에어로졸 생성 장치(200) 내에 배치된다. 에어로졸 생성 장치(200)는 소모물 수용 패키지(102)를 수용하는 케이스(202), 서셉터(106)를 가열하기 위한 유도 가열 요소(160) 및 유도 가열 요소(160)를 제어하기 위한 컨트롤러(166)를 포함한다.
케이스(202)는 인체 공학적 사용을 위해 설계된다. 명명의 편의를 위해, 케이스(202)는 전면, 후면, 측면, 상면 및 바닥면과 같은 용어를 사용하여 설명된다. 이들 용어는 제한하려는 것이 아니라 다양한 구성요소의 서로에 대한 위치를 설명하는 데 사용된다. 본 발명을 설명하기 위해, 전면(210)은 여기에 설명된 바와 같이 사용될 때 사용자를 향하는 케이스(202)의 부분일 것이다. 의도한 바와 같이, 사용자가 사용을 위해 케이스(202)를 파지할 때, 엄지 손가락이 전면(20) 주위를 감싼 상태에서 사용자의 손가락들은 장치(100)의 후면(212) 주위를 감쌀 것이다.
케이스(202)는 장치(100)의 구성요소들이 내부에 수용되는 캐비티(214)(도 1 참조)를 한정한다. 그리하여, 케이스(202)는 소모물 수용 패키지(102), 컨트롤러(166), 유도 가열 요소(160) 및 전원(220)의 상당 부분을 수용하도록 설계된다. 바람직한 실시예에서, 케이스(202)의 전상부(top-front portion)가 오리피스(216)를 한정한다. 소모물 수용 패키지(102)의 마우스피스 부분(158)은 오리피스(216)로부터 돌출하여, 사용자가 소모물 수용 패키지(102)에 대한 접근 방법을 갖도록 한다. 마우스피스(158)는 사용자가 소모물 에어로졸을 흡입하기 위해 마우스피스(158) 주위에 입술을 위치시키는 것을 허용하도록 케이스(202) 밖으로 충분히 돌출한다.
케이스(202)는 사용자 친화적이고 용이하게 휴대되도록 의도된다. 바람직한 실시예에서, 케이스(202)는 대략 85mm 높이(상면(222)에서 바닥면(224)까지 측정) x 44mm 깊이(전면(210)에서 후면(212)까지 측정) x 22mm 폭(측면(226)에서 측면(228)까지 측정)의 치수를 가질 수 있다. 이는 더 높은 품질/더 높은 견고성의 플라스틱 부품을 위해 프로토-몰딩(proto-molding)에 의해 제조될 수 있다.
일부 실시예에서, 소모물 수용 패키지(102)는 보관 및 이동을 위해 소모물 수용 패키지(102)가 케이스(202) 내부에 수납되게 해주는 리트랙터(retractor) 내에 유지될 수 있다. 소모물 수용 패키지(102)의 구성으로 인해, 케이스(202)는 일부 연소가 여전히 우세하여 연소로부터 잔여 부산물을 생성하게 되는 다른 장치들과 같은 청소용 관통구멍을 필요로 하지 않는다. 소모물 수용 패키지(102)가 사용자 마우스피스(158) 및 필터 튜브(140)를 포함하는 실시예에서, 작동 중에 생성된 부산물이 존재한다면, 이들은 일회용 소모물 수용 패키지(102) 내에 머무르게 될 것이며, 이 일회용 소모물 수용 패키지(102)는 사용자가 케이스(202) 내로 새로운 소모물 수용 패키지(102) 및 필요한 경우 필터 튜브(140)를 삽입할 때 교체되어 버려진다. 따라서, 케이스(202)의 내부는 작동 중에 청결하게 유지된다.
바람직한 실시예에서, 케이스(202)의 상면(222)은 사용자 인터페이스(230)를 포함한다. 케이스(202)의 상면(222)의 사용자 인터페이스(230)의 배치는 사용자가 사용 전에 장치(100)의 상태를 쉽게 확인할 수 있게 해준다. 사용자는 잠재적으로 흡입하는 동안에도 사용자 인터페이스(230)를 볼 수도 있을 것이다. 사용자 인터페이스(230)는 사용 중 장치 상태 표시를 위한 멀티-컬러 LED(RGB) 디스플레이일 수 있다. 이 디스플레이의 광각 가시성을 제공하기 위해 광 파이프가 사용될 수 있다. 단지 예로서, 사용자 인터페이스(230)는 128 x 32 포맷 및 I2C(또는 SPI) 인터페이스를 갖는 0.96 인치(대각선) OLED 디스플레이를 갖는다. 사용자 인터페이스(230)는 햅틱 피드백(234)(진동) 및 오디오 피드백(250)(압전 변환기)이 가능하다. 일부 실시예에서, 손상/스크래치로부터 보호하기 위해 OLED 유리 위에 투명 플라스틱(PC 또는 ABS) 커버가 배치될 수 있다.
케이스의 후면(212)은 장치를 온(On)시키고/"피우기(puff)"를 시작하기 위해 손가락 활성화(누르기) 버튼인 트리거(232)를 포함한다. 바람직하게는, 트리거(232)는 상면(212)에 인접한다. 이 구성에서, 사용자는 편리한 작동을 위해 트리거(232) 상의 또는 근처의 검지로 의도한 대로 케이스(202)를 쥘 수 있다. 일부 실시예에서, 트리거(232)가 전기적으로 활성화되기 전에 케이스(202)가 개방되는 것을 필요로 하는 잠금 메커니즘이 기계적으로 또는 전기적 인터록을 통해 트리거(232) 상에 제공될 수 있다. 일부 실시예에서, 작동 중에 사용자에 의한 햅틱 피드백의 인지를 향상시키기 위해 햅틱 피드백 모터(234)가 트리거(232)에 기계적으로 연결될 수 있다. 트리거(232)의 작동은 유도 가열 요소(160)에 전력을 공급하여 서셉터(106)를 가열한다.
장치(100)는 배터리(220)에 의해 전력을 공급 받는다. 바람직하게는, 배터리(220)는 4A 지속 소모 성능(4A continuous draw capability) 및 650-750mAh 정격용량을 갖는 듀얼 셀 리튬-이온 배터리 팩(직렬 연결)이다. 듀얼 셀 팩은 보호 회로를 포함할 수 있다. 배터리(220)는 USB 타입 "C" 커넥터(236)로 충전될 수 있다. USB 타입 "C" 커넥터(236)는 통신을 위해 사용될 수도 있다. 컨트롤러(166)는 배터리 충전/방전 상태 표시를 위한 배터리 전압 모니터링(238)을 제공할 수도 있다.
트리거(232)는 컨트롤러(166)를 통해 유도 코일 드라이버(240)에 작동 가능하게 연결된다. 유도 코일 드라이버(240)는 서셉터(106)를 가열하기 위해 유도 가열 요소(160)를 활성화시킨다. 본 발명은 종래 기술의 모터 구동 코일 설계를 제거한다. 유도 코일 드라이버(240)는 다수의 코일에 대한 구동/다중화(drive/multiplexing)를 제공할 수 있다. 예를 들어, 유도 코일 드라이버(240)는 6개 이상의 코일에 대한 구동/다중화를 제공할 수 있다. 각각의 코일은 소모물 수용 패키지(102)의 하나의 세그먼트 둘레에 감싸지고 적어도 한번 이상 작동될 수 있다. 따라서, 소모물 수용 패키지(102)의 하나의 세그먼트는 예를 들어 두 번 가열될 수 있다. 6개의 코일을 갖는 장치(100)에서, 사용자는 장치(100)로부터 12회의 "피우기"를 얻어낼 수 있다.
바람직한 실시예에서 유도 코일 구동 회로는 마이크로프로세서 컨트롤러(166)에 의해 직접 제어될 수 있다. 이 프로세서의 특수 주변 장치(수치 제어 발진기(Numerically Controlled Oscillator))가 최소의 CPU 처리 오버헤드(CPU processing overhead)를 가지고서 주파수 구동 파형을 발생시키는 것을 가능하게 해준다. 유도 코일 회로는 하나 이상의 병렬 연결 커패시터를 가질 수 있어, 그것을 병렬 공진 회로로 만든다.
구동 회로는 프로세서 상의 아날로그 입력으로 피드백하는 "피크 검출기"를 이용한 전류 모니터링을 포함할 수 있다. 피크 감지기의 기능은 아날로그-디지털 변환기(마이크로프로세서 칩의 일부)에 의한 변환을 위한 안정적인 출력 전압을 제공하고, 그런 다음 유도 코일 구동 알고리즘에 사용되는 구동 회로의 임의의 전압 사이클에 대한 최대 전류값을 포착하는 것이다.
유도 코일 구동 알고리즘은 마이크로프로세서에서 실행되는 펌웨어에서 구현된다. 유도 코일과 커패시터의 공진 주파수(resonant frequency)는 설계에 의해 적정 정확성을 가지고 다음과 같이 알려져 있다.
공진 주파수(Hertz) = 1/(2*pi*SQRT{L*C})
여기서: pi = 3.1415...,
SQRT는 중괄호 {...} 내의 내용의 제곱근을 나타낸다.
L = 유도 코일의 측정 인덕턴스
C = 병렬 연결 커패시터의 알려진 커패시턴스.
L과 C(상기에서)의 값에 대한 제조 공차가 있으며, 이러한 제조 공차는 실제 공진 주파수 대 상기 공식을 사용하여 계산된 공진 주파수에서의 약간의 편차를 발생시킬 것이다. 또한, 이 코일 내부에 무엇이 위치되는지에 따라 유도 코일의 인덕턴스에 편차가 있을 것이다. 특히, 이 코일의 내부의(또는 바로 근처의) 철계 금속의 존재는 어느 정도의 인덕턴스 변동을 초래하여 L-C 회로의 공진 주파수의 작은 변동을 초래할 것이다.
유도 코일을 구동하기 위한 펌웨어 알고리즘은 최대 예상 주파수 범위에 걸쳐 작동 주파수를 스위핑(sweeping)함과 동시에 전류를 모니터링하여 전류 소모가 최소인 주파수를 찾는다. 이 최소값은 공진 주파수에서 발생한다. 이 "중심 주파수"가 발견되면, 알고리즘은 중심 주파수의 어느 쪽이든 소량만큼 주파수를 계속 스위핑하고, 최소 전류값을 유지시키기 위해 필요에 따라 중심 주파수 값을 조정한다.
전자 장치들이 컨트롤러(166)에 연결된다. 컨트롤러(166)는 서셉터(106)의 가열을 최적화하기 위한 주파수의 프로세서 기반 제어를 제공한다. 주파수와 온도 사이의 관계는 대체로 온도가 주파수, 지속 시간 및 소모물 수용 패키지(102)가 구성되는 방식의 결과라는 사실 때문에 거의 직접적으로 관련되지 않는다. 컨트롤러(166)는 또한 전력 전달을 결정하기 위한 전류 모니터링 및 공진을 설정하기 위해 유도 코일을 통한 피크 전압 모니터링을 제공할 수 있다. 단지 예로서, 컨트롤러는 1초 내에 서셉터(106)의 온도를 섭씨 400도 이상으로 만들기 위해 3초 예열 사이클을 갖는 대략 400 kHz 내지 대략 500 kHz, 바람직하게는 440 kHz의 주파수를 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 서셉터(106)의 온도는 1초 내에 섭씨 550도 이상으로 상승될 수 있다. 일부 실시예에서, 온도는 섭씨 800도까지 상승될 수 있다. 따라서, 본 발명은 섭씨 400-800도의 유효 범위를 갖는다. 종래 기술의 장치에서는, 이러한 온도는 소모물을 연소시켜, 종래 기술의 장치를 이러한 온도에서 무효하게 만들 것이다. 본 발명에서는, 이러한 고온이 여전히 사용될 수 있어, 에어로졸 생성의 효율을 향상시키고 더 신속한 가열 시간을 제공한다.
장치(100)는 또한 통신 시스템(242)을 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 블루투스 저 에너지 라디오(Bluetooth low energy radio)가 주변 장치와 통신하도록 사용될 수 있다. 통신 시스템(242)은 예를 들어 폰으로 정보를 통신하기 위해 메인 프로세서에 직렬 인터페이스될 수 있다. 기성(Off-the-shelf) RF 모듈(사전 인증: FCC, IC, CE, MIC 인증)도 사용할 수 있다. 하나의 예는, SmartBasic 지원이 신속한 애플리케이션 개발을 제공하기 때문에, Laird BL652 모듈을 사용한다. 통신 시스템(242)은 유도 가열 요소(160)의 주파수 및 3 단계 듀티 사이클, 구체적으로 예열 단계, 가열 단계 및 단계적 축소(wind-down) 단계를 제어함으로써, 에어로졸 밀도, 방출되는 향미의 양 등에 관한 개인 선호도에 맞게 사용자가 장치(100)를 프로그래밍하는 것을 가능하게 해준다. 통신 시스템(242)은 하나 이상의 USB 포트(236)를 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 배터리 백업(battery back-up)을 갖는 RTC(Real-time Clock/Calendar)가 사용 정보를 모니터링하기 위해 사용될 수 있다. RTC는 스마트폰과 같은 주변 장치에 다운로드된 외부 앱과 함께 사용될 관련 사용자 데이터를 계측하고 저장할 수 있다.
일부 실시예에서, 마이크로 USB 커넥터(또는 USB 타입 C 커넥터 또는 다른 적절한 커넥터)가 케이스(202)의 바닥면에 위치될 수 있다. 케이블력(cable force)으로 인한 커넥터의 응력을 감소시키기 위해 플라스틱으로 지지된 커넥터가 모든 면에 제공될 수 있다.
단지 예로서, 장치(100)는 다음과 같이 사용될 수 있다. 트리거(232)의 순간적인 작동으로부터 장치의 전력이 온될 수 있다. 예를 들어, 트리거의 한 번의 짧게 누르기(<1.5초)는 장치(100)를 온시킬 수 있지만, 가열 사이클을 시작하지는 않는다. 이 시간 중의 트리거(232)의 두 번째 짧게 누르기(<1초)는 더 오랜 기간 동안 장치(100)를 온 상태로 유지시키고, 현재 폰과의 활성(본딩된(bonded)) 블루투스 연결이 존재하지 않는 경우 블루투스 광고(bluetooth advertizing)를 시작할 것이다. 트리거(232)의 길게 누르기(>1.5초)는 가열 사이클을 시작한다. 장치(100)에 대한 전력은 전력 오프(Off) 전에 OLED 사용자 인터페이스(230) 상에 업데이트되는 유닛 상태를 표시하도록 각각의 가열 사이클 후 짧은 기간 동안(예를 들어, 5초) 온 상태로 유지될 수 있다. 일부 실시예에서, 장치(100)는 소모물 수용 패키지(102)가 케이스(202)로부터 투입될 때 전력 온될 수 있다. 일부 실시예에서, 별도의 전원 스위치(246)가 장치를 온 및 오프시키도록 사용될 수 있다.
스마트폰과의 활성 연결이 발견되고 스마트폰에서 맞춤형 애플리케이션이 실행중일 때에는, 장치(100)는 전력 오프 전에 최대 2분 동안 전력 온 상태로 유지될 것이다. 배터리 레벨이 너무 낮아 작동할 수 없을 때에는, 유닛을 오프시키기 전에 사용자 인터페이스 디스플레이(230)가 여러 번 깜빡인다("0%" 레벨의 배터리 아이콘 표시).
일부 실시예에서, 사용자 인터페이스(230)는 소모물 수용 패키지(102)의 얼마나 많은 양이 여전히 방출될 소모물 제품을 포함하고 있는지의 지표로서, 어느 세그먼트가 남아 있는지(속 채움 표시) 대 어느 세그먼트가 사용되었는지(점선 윤곽 표시)를 나타내는 세그먼트화된 담배(segmented cigarette)를 표시할 수 있다. 사용자 인터페이스(230)는 또한 현재 배터리 상태와 함께 업데이트되는 배터리 아이콘, 장치가 플러그 연결되었을 때의 충전 아이콘(번개 표시), 및 스마트폰과의 활성 연결이 존재할 때의 블루투스 아이콘을 표시할 수 있다. 사용자 인터페이스(230)는 연결이 존재하지는 않지만 장치(100)가 광고하고 있는 경우 블루투스 아이콘이 느리게 깜박이는 것을 보여줄 수 있다.
장치는 또한 전력 상태를 사용자에게 알리기 위한 표시기(248)를 가질 수 있다. 표시기(248)는 RGB LED일 수 있다. 단지 예로서, RGB LED는 장치가 처음 전력 온되었을 때 녹색 LED를, 예열 시간 동안에 적색 LED 깜박임을, "흡입" 시간 동안에 적색 LED(중단 없는)를, 그리고 충전 중에 청색 LED 깜박임을 표시할 수 있다. 깜박임의 듀티 사이클은 배터리의 상대적 충전 상태(20-100%)를 20% 증분으로 나타낸다(중단 없는 청색은 완전히 충전되었음을 의미한다). 활성화된 블루투스 연결이 감지되었을 때는(폰이 장치에 연결되고, 폰 상의 맞춤형 앱이 실행 중일 때)는, 청색 LED가 빠르게 깜박인다.
햅틱 피드백이 사용 중에 사용자에게 추가 정보를 제공할 수 있다. 예를 들어, 전력이 온되었을 때 2개의 짧은 펄스가 즉시 신호될 수 있다(손가락 트리거 버튼으로부터). 예열 사이클의 끝에서의 연장된 펄스는 장치가 흡입을 지시함(HNB "흡입" 사이클의 시작)을 나타내도록 신호될 수 있다. USB 전력이 처음 연결되거나 제거될 때, 짧은 펄스가 신호될 수 있다. 스마트폰에서 실행 중인 활성 폰 앱과이 블루투스 연결이 설정될 때, 짧은 펄스가 신호될 수 있다.
손가락 그립 버튼의 짧게 누르기(<1.5초)에 의해 전력이 온된 후에 블루투스 연결이 시작될 수 있다. "본딩된(bonded)" BLE(블루투스 저 에너지) 연결이 없는 경우에는, 장치를 전력 온시키는 첫 번째 짧게 누르기가 검출된 후 두 번째 짧게 누르기가 검출되면, 장치가 느린 광고("페어링(pairing)" 모드)를 시작할 수 있다. 스마트폰 애플리케이션과 연결이 설정되면, 사용자 인터페이스 디스플레이(230) 상의 블루투스 아이콘이 깜박임을 멈추고, 청색 LED가 온될 것이다(중단 없는 청색). 장치(100)가 전력 온되어 있고, 스마트폰과의 "본딩된" 연결을 가진 경우에는, 장치가 전력 오프될 때까지 장치는 폰과의 연결을 재설정하기 위한 광고를 시작할 수 있다. 이 스마트폰과의 연결이 재설정될 수 있다면, 장치는 전력 오프하기 전에 최대 2분 동안 전력 온 상태를 유지할 수 있다. 본딩된 연결을 삭제하기 위해서는, 사용자는 한 번의 짧게 누르기로 장치를 전력 온시킨 다음 또 다른 짧게 누르기를 이어서 행할 수 있다. BLE 아이콘이 깜빡이는 동안, 사용자는 장치(100)가 진동하고 블루투스 아이콘이 사라질 때까지 트리거(232)를 계속 누르고 있을 수 있다.
전술한 변환 효율 인자들 및 제품 일관성 인자들의 엄격한 제어에 의해, 소모물 수용 유닛(104)으로의 제어된 열의 전달을 제공할 수 있다. 이 제어된 열의 전달은 제어된 시간 간격에 걸쳐 서셉터(106)로의 다양한 레벨의 전력 전달을 유지시키기 위해 유도 가열 시스템(160)의 모니터링을 위한 마이크로프로세서 컨트롤러(166)를 수반한다. 이러한 특성들은 소모물 에어로졸이 생성되는 온도에 의해 결정되는 특정 소모물 향미의 선택을 제공하는 사용자 제어 특징을 가능하게 해준다.
일부 실시예에서, 유도 가열 시스템의 주파수 및 전력 전달을 제어하기 위해 마이크로프로세서 또는 설정가능 논리 블록(configurable logic block)이 사용될 수 있다. 도 10a에 도시된 바와 같이, 유도 가열 시스템(160)은 자기 공진 발진기(self-resonant oscillator 발진기)로의 그리고 자기 공진 발진기로부터의 하나 이상의 커패시터(260)와 병렬로 와이어 코일(162)을 포함할 수 있다. 커패시터(260)의 커패시턴스와 조합된 코일(162)의 인덕턴스가 대체로 회로가 작동할 공진 주파수를 정의한다. 하지만, 이 실시예에서는, 그 대신 마이크로프로세서/마이크로컨트롤러(166)가 전력 스위치를 구동하고, 그에 따라 회로의 발진 주파수를 제어하는 데 사용될 수 있다. 이 접근법에 의하면, 피크 전압과 전류가 마이크로프로세서 제어 프로그램이 공진을 찾기 위해 닫힌 튜닝(closed tuning)을 제공할 수 있게 해주는 피드백으로서 사용된다. 이 접근법의 이점은 마이크로프로세서(166) 제어 프로그램의 제어하에서 회로의 발진을 동기적으로 온 및 오프로 스위칭함으로써 서셉터에 전달되는 전력의 효율적인 제어를 가능하게 해주고, 유도 코일 시스템을 구동하는 전력 제어 요소의 최적의 온/오프 스위칭을 제공한다는 점이다.
이러한 개념에 기초하여, 본 발명자들에 의해 많은 변형이 고려되었다. 따라서, 전술한 바와 같이, 본 발명은 소모물 수용 유닛(104); 소모물 수용 유닛(104) 내에 매설된 서셉터(106); 소모물 수용 유닛(104)을 적어도 부분적으로 둘러싸도록 구성된 가열 요소(160); 가열 요소(160)를 제어하기 위한 컨트롤러(166); 및 소모물 수용 유닛(104), 서셉터(106), 가열 요소(160) 및 컨트롤러(166)를 수용하기 위한 케이스(202)를 포함한다. 바람직하게, 소모물 수용 유닛(104)은 소모물 수용 패키지(102) 내에 서셉터(106)와 함께 수용된다. 그리하여, 소모물 수용 패키지(102)와 본 발명의 다른 구성요소들과의 사이의 관계에 대한 임의의 설명은 또한 소모물 수용 유닛(104)에도 적용될 수 있는데, 이는 일부 실시예는 소모물 수용 유닛(104)의 패키징(packaging)을 반드시 필요로 하지 않을 수 있기 때문이다.
일부 실시예에서, 도 10a에 도시된 바와 같이, 장치는 유도 가열 요소(160)를 제어하기 위한 자기 공진 발진기를 포함한다. 자기 공진 발진기는 유도 가열 요소(160)에 병렬로 작동 가능하게 연결된 커패시터(260)를 포함한다. 일부 실시예에서는, 도 10b에 도시된 바와 같이, 다수의 가열 요소(160)가 각각의 커패시터(260a, 260b)와 병렬로 연결될 수 있다. 바람직하게는, 가열 요소들은 코일 와이어(162a, 162b) 형태이다.
단일 소모물 수용 패키지(102)가 에어로졸을 여러 번 발생시킬 수 있게 해주기 위해, 다수의 가열 요소(160) 및/또는 이동 가능한 가열 요소(160)가 사용될 수 있다. 따라서, 가열 요소(160)는 복수의 코일 와이어(162a, 162b)를 포함하며, 각각의 코일 와이어가 다른 코일 와이어에 독립적으로 활성화되도록 컨트롤러(166)에 작동 가능하게 연결될 수 있다.
일부 실시예에서, 가열 요소(160)는 이동 가능할 수 있다. 이러한 실시예에서, 소모물 수용 패키지(102)는 제1 길이방향 축(L)을 한정하는 길이형 부재일 수 있고, 가열 요소(162)는 제1 길이방향 축(L)을 따라 축방향으로 이동하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 11에 도시된 바와 같이, 가열 요소(160)는 캐리어(270)에 부착될 수 있다. 캐리어(270)는 가열 가능 요소(160)가 소모물 수용 패키지(102) 둘레에 코일링된 상태로 유지되는 동안 소모물 수용 패키지(102)의 길이를 따라 이동하도록 하우징(202)에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 코일의 스팬(span)(S)(코일의 첫 번째 회선(turn)(272)으로부터 코일(274)의 마지막 회선까지의 직선 거리로서 측정됨)은 소모물 수용 패키지(102)의 세그먼트를 덮을 정도로만 충분하게 짧을 수 있다. 일단 가열 요소(160)가 그 세그먼트에서 활성화되었으면, 캐리어(270)는 길이방향 축(L)을 따라 소모물 수용 패키지(102)를 따라 소모물 수용 패키지(102)의 또 다른 세그먼트로 전진한다. 캐리어(270)의 이동 거리는 코일의 첫 번째 회선(272)이 코일의 마지막 회선(274)이 이전에 있었던 위치에 인접하여 정지하도록 하는 이동 거리이다. 따라서, 이전에 가열된 세그먼트와 동일한 크기의 새로운 세그먼트가 가열될 준비가 된다. 이는 캐리어(270)가 소모물 수용 패키지(102)의 제1 단부(105)로부터 반대쪽 단부(107)로 이동할 때까지 계속될 수 있다.
소모물 수용 패키지(102)가 다수의 소모물 수용 유닛(104)을 포함하는 실시예에서, 코일의 스팬(S)은 소모물 수용 유닛(104)의 길이와 대략 동일한 크기일 수 있다. 캐리어(270)는 코일을 소모물 수용 유닛(104)과 얼라인(align)하도록 구성될 수 있어, 코일이 전체 소모물 수용 유닛(104)을 가열할 수 있다. 캐리어(270)는 코일을 하나의 소모물 수용 유닛(104)에서 다음번 소모물 수용 유닛(104)으로 이동시키도록 구성될 수 있다. 다시 말해, 단일 소모물 수용 패키지(102)가 여러 번 가열되어 매번 에어로졸이 방출되는 것을 가능하게 해준다.
도 12a-12e에 도시된 바와 같이, 소모물 수용 패키지(102) 둘레의 가열 요소(160)의 적절한 얼라인먼트를 용이하게 하기 위해, 장치(200)는 패키지 얼라이너(package aligner)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 패키지 얼라이너는 자석(280)일 수 있다. 바람직하게, 자석(280)은 제2 길이방향 축(M)을 한정하는 원통형 자석이다. 가열 요소(160)가 소모물 수용 패키지(102) 둘레에 감싸지는 원통형 코일인 실시예에서, 원통형 코일은 제3 길이방향 축(C)을 한정한다. 원통형 자석(280)과 가열 요소(160)는 제2 길이방향 축(M)과 제3 길이방향 축(C)의 공선 얼라인먼트(collinear alignment)를 유지하도록 구성된다. 바람직하게는, 원통형 자석(280)은 둥근 링 자석이며, 중심은 공기 흐름을 위한 경로이다. 바람직하게는, 임의의 자석(280)은 희토류 네오디뮴 유형일 것이다. 그것은 축방향으로 자화된다.
얼라인먼트를 위해 자석(280)을 사용하는 실시예에서, 소모물 수용 패키지(102)의 한쪽 단부(105)는 자기 인력성 요소(281)를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 자기 인력성 요소(281)는 소모물 수용 패키지(102)의 제1 단부(105)로 제조되는 스탬핑된 철계 판금 구성요소이다. 원통형 자석(280)은 에어로졸 생성 장치(200)의 일부일 수 있으며, 소모물 수용 패키지(102)는 그 단부(105)에 자기 인력성 요소(281) 또는 와셔를 부착시켜 소모물 수용 패키지(102)가 에어로졸 생성 장치(200)에 부착된 자석(280) 위로 끌어당겨지도록 할 수도 있을 것이다. 다양한 위치에서의 자석(280)과 자기 인력성 요소(281)의 다른 조합이 원하는 얼라인먼트를 달성하기 위해 사용될 수 있다.
일부 실시예, 바람직하게는 필터 튜브(140) 및 하우징(150)을 갖는 소모물 수용 패키지(102)를 사용하는 하나의 실시예에서, 도 12e에 도시된 바와 같이, 패키지 얼라이너는 소모물 수용 패키지(102)를 얼라인하는 데 사용될 수 있는 밀접 끼워맞춤 원통(closely-fitting cylinder)(하우징(150)인 원통형인 경우)과 같은 리시버(receiver)(151)일 수 있고, 코일(162)은 리시버(151)의 외부에 위치될 수 있을 것이다. 바람직하게는, 리시버(151)는 붕규산 유리, 석영 유리, 파이로세람 유리, 로박스 유리, 베스펠(Vespel), 토르론(Torlon), 폴리이미드, PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌), PEEK(폴리에테르에테르케톤) 또는 다른 적합한 재료 등의 고온 플라스틱과 같은 유도 가열을 피하기 위한 비전도성 재료로 제조될 것이다. 대안적으로, 원통은 소모물 수용 패키지(102) 내의 서셉터(106)보다 낮은 저항을 갖는 전도성 재료로 만들어질 수 있으며, 이는 서셉터(106) 만큼은 아니지만 리시버(151)의 일부 유도 가열을 허용할 것이다. 다른 재료가 사용될 수도 있겠지만, 저 저항 재료의 예는 구리, 알루미늄 및 황동을 포함할 수 있으며, 서셉터(106)는 철, 스틸, 주석, 탄소 또는 텅스텐과 같은 고 저항 재료로 제조된다. 일부 실시예에서, 서셉터(106)와 동일하거나 더 높은 저항을 갖는 리시버(151)가 사용될 수 있으며, 이는 리시버(151)가 유도를 통해 가열될 때 소모물 수용 패키지(102)의 외부를 가열할 것이다. 리시버(151)는 장치(200)에 고정되어, 코일(162)과 적절히 얼라인될 수 있어, 소모물 수용 패키지(102)가 코일(162)에 삽입될 때 서셉터(106)는 코일(162)과 적절하게 얼라인된다.
일부 실시예에서, 하우징(150)이 리시버로서 기능할 수 있다. 따라서, 별도의 리시버(151) 대신, 하우징(150)이 전술한 특성을 가질 수 있고, 코일(162) 내로의 삽입이 얼라인먼트 프로세스로서 기능할 수 있으며, 또는 하우징이 코일(162)에 고정될 수 있고, 소모물 수용 유닛(104) 및 서셉터(106)를 수용한 필터 튜브(140)이 하우징(150) 내로 삽입될 수 있다.
일부 실시예에서, 단일 소모물 수용 패키지의 다중 활성화(multiple activation)가 도 13a-13d에 도시된 바와 같은 다중 갈래살(multiple prongs)(290)을 갖는 서셉터(106)로 달성될 수 있다. 다중 갈래살 서셉터(multiple-pronged susceptor)는 2개 이상의 갈래살(290)을 갖는 서셉터(106)이다. 일부 실시예에서, 서셉터는 3개의 갈래살(290a, 290b, 290c)을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 서셉터(106)는 4개의 갈래살을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 서셉터(106)는 4개를 넘는 갈래살을 가질 수 있다. 바람직한 실시예에서, 다중 갈래살 서셉터(106)는 3개 또는 4개의 갈래살을 갖는다.
다중 갈래살 서셉터(106)의 다중 갈래살(290a, 290b, 290c)은 도 13c 및 13d에 도시된 바와 같이 대체로 서로 평행하다. 다중 갈래살 서셉터(106)는 각각의 갈래살(290a, 290b, 290c)이 소모물 수용 패키지의 길이방향 축(L)에 평행하면서 소모물 수용 패키지의 길이방향 축(L)으로부터 등간격으로 이격되며 또한 가상 원의 외주를 따라 서로 등간격으로 이격되도록 구성되어 소모물 수용 패키지(102) 내로 매설될 수 있다. 그리하여, 단면으로 보았을 때, 도 14a-14c에 도시된 바와 같이, 서셉터 갈래살(290a, 290b, 290c)은 소모물 수용 패키지(102)의 원형면 주위에서 서로 등간격으로 이격되어 있다. 이러한 배열은 각각의 갈래살(290a, 290b, 290c)이 최대로 활성화될 때 각각의 갈래살(290a, 290b, 290c)이 각각의 갈래살의 비중첩 가열 구역(non-overlapping zone)을 최대화할 수 있게 해준다. 다시 말해, 서셉터 갈래살(290a, 290b, 290c)이 가열되면, 서셉터 갈래살(290a, 290b, 290c)로부터 반경방향으로 열을 방사하여 중심에 서셉터 갈래살(290a, 290b, 290c)을 갖는 원형 가열 구역을 생성할 것이다. 일부 중첩이 불가피할 수 있겠지만, 각각의 서셉터 갈래살(290a, 290b, 290c)은 그 자체의 원형 구역을 가열할 것이다. 총괄적으로, 한번에 하나의 단면 세그먼트씩 소모물 수용 유닛(104)의 전체 단면적이 가열될 수 있다.
가열 요소(160)가 서셉터(106) 둘레에 감싸지는 원통형 코일일 때, 최대량의 에너지가 원통형 코일의 중심으로 전달된다. 따라서, 서셉터(106)가 원통형 코일의 중심과 얼라인될 때, 서셉터(106)는 코일을 통과하는 전기로부터 최대량의 에너지를 수용할 것이다. 즉, 서셉터 갈래살(290a, 290b, 290c)이 원통형 코일과 공선상(collinear)일 때, 서셉터 갈래살(290a, 290b, 290c)은 원통형 코일로부터 최대량의 에너지를 수용할 것이다. 따라서, 각각의 서셉터 갈래살(290a, 290b, 290c)을 독립적으로 가열하기 위해서는, 서셉터 갈래살(290a, 290b, 290c)과 코일의 중심은 코일의 중심이 서셉터 갈래살(290a, 290b, 290c) 중 하나와 순차적으로 얼라인되도록 서로에 대해 상대적으로 이동되어야 한다. 이것은 코일에 대해 서셉터 갈래살을 이동시키는 것에 의해, 또는 서셉터 갈래살에 대해 코일을 이동시키는 것에 의해, 또는 양자 모두를 이동시키는 것에 달성될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 가열 요소(160)가 서셉터(106)에 대해 이동한다. 예를 들어, 원통형 코일은 소모물 수용 패키지(102) 둘레에 감싸지고, 편심 경로를 따라 회전하도록 구성될 수 있어, 원통형 코일의 일 회전 동안 각각의 갈래살(290a, 290b, 290c)이 도 14a-16d에 도시된 바와 같이 상이한 시간에 코일의 중심과 얼라인될 것이다. 소모물 수용 패키지(102)는 제1 길이방향 축(L)을 한정하는 길이형 부재일 수 있고, 가열 요소(160)는 제2 길이방향 축(C)을 한정하는 원통을 형성하도록 소모물 수용 패키지(102) 둘레에 감싸지는 코일이고, 가열 요소(160)는 편심 경로로 소모물 수용 패키지(102) 둘레를 회전하도록 구성되어, 제2 길이방향 축(C)이 소모물 수용 패키지(102) 둘레의 가열 요소의 운동 동안의 어떤 지점에서 다중 갈래살 서셉터의 각각의 갈래살(290a, 290b, 290c)과 공선상으로(collinearly) 얼라인되도록 한다. 따라서, 다중 갈래살 서셉터(106)는 정지되어 있고, 코일이 편심 경로로 회전 운동하여, 코일 중심이 회전을 통해 차례로 각각의 서셉터 갈래살(290a, 290b, 290c)의 직선 축과 얼라인되도록 한다. 전기 슬립 링(electrical slip ring)이 편심 경로 회전 코일 설계에 에너지를 제공할 것이다.
가열 요소(160)의 회전은 모터(302)에 작동 가능하게 연결된 일련의 기어(300a, 300b)에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어, 도 17a-17b에 도시된 바와 같이, 가열 요소(160)는 가열 요소가 제1 기어(300a)와 함께 회전할 수 있도록 제1 기어(300a) 상에 장착될 수 있다. 제2 기어(300b)는 제2 기어(300b)의 회전이 제1 기어(300a)의 회전을 유발하도록 제1 기어(300a)에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 제2 기어(300b)는 제2 기어(300b)가 회전하는 것을 유발하도록 모터(302)에 작동 가능하게 연결되어 있다. 가열 요소(160)는 제1 기어(300a)의 회전이 가열 요소가 고정된 무이동 중심 둘레로 회전하는 것을 유발하는 것이 아니라 가열 요소(160)의 길이방향 축(C)이 편심 경로를 따라 이동하는 것을 유발하도록 제1 기어(300a)에 장착된다. 따라서, 가열 요소(160)의 중심은 상이한 갈래살(290a, 290b, 290c)과 얼라인되도록 이동될 수 있다.
일부 실시예에서, 가열 요소(160), 기어(300a, 300b) 및 모터(302)는 도 19에 도시된 바와 같이 캐리어(270)에 장착될 수 있다. 캐리어(270)는 가열 요소, 기어(300a, 300b) 및 모터(302)가 소모물 수용 패키지(102)의 길이를 따라 축방향으로 이동할 수 있게 해준다. 캐리어(270)는 제2 모터(304)에 작동 가능하게 연결된 드라이버(306)에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 예를 들어, 드라이버(306)는 나사형일 수 있다. 캐리어(270)는 드라이버(306)가 삽입되는 나사 구멍(276)을 가질 수 있다. 제2 모터(304)의 활성화는 드라이버(306)가 회전하게 만든다. 드라이버(306)의 회전은 캐리어(270)가 도 19의 이중 화살표로 도시된 바와 같이 드라이버(306)를 따라 이동하게 만든다.
일부 실시예에서는, 가열 요소(160)를 편심 경로를 따라 회전시키는 대신, 가열 요소(160)가 단면으로 보았을 때 X-Y 축을 따라 병진운동될 수 있다. 따라서, 소모물 수용 패키지(102)는 길이방향 축(L)을 한정하는 길이형 부재일 수 있고, 가열 요소(160)는 원통 코일형 가열 요소(160)의 중심을 다중 갈래살 서셉터(106)의 각각의 갈래살(290a, 290b, 290c)과 차례로 얼라인시키도록 단면으로 보았을 때 길이방향 축(L)에 대해 반경방향으로 이동하도록 구성된다. X-Y 축 포지셔닝 시나리오에서, 코일 에너지는 가요성 전기 컨덕터를 통해 또는 전기 접점을 이동시키는 것에 의해 공급될 수 있을 것이다.
예를 들어, 가열 요소(160)는 도 20에 도시된 바와 같이 한 쌍의 병진운동 플레이트(310, 312)에 작동 가능하게 장착될 수 있다. 구체적으로, 가열 요소(160)는 제1 병진운동 플레이트(310) 상에 직접 장착될 수 있고, 제1 병진운동 플레이트(310)는 제2 병진운동 플레이트(312) 상에 장착될 수 있다. 제1 병진운동 플레이트(310)는 X 또는 Y 방향으로 이동하도록 구성될 수 있고, 제2 병진운동 플레이트(312)는 Y 또는 X 방향으로 이동하도록 구성될 수 있다. 도 20에 도시된 예에서는, 제1 병진운동 플레이트(310)는 X 방향으로 이동하도록 구성되고, 제2 병진운동 플레이트(312)는 Y 방향으로 이동하도록 구성된다. 이 구성은 제1 병진운동 플레이트(310)가 Y 방향으로 이동하도록 구성되고 제2 병진운동 플레이트(312)가 X 방향으로 이동하도록 구성되도록 전환될 수 있다. 제1 및 제2 병진운동 플레이트(310, 312)는 병진운동 플레이트들이 적정 방향으로 이동하게 하기 위해 예컨대 기어를 통해 각각의 모터에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 2개의 병진운동 플레이트(310, 312) 사이에서, 가열 요소(160)는 길이방향 축(C)이 갈래살(290a, 290b, 290c) 중의 어느 하나와 공선상으로 얼라인될 수 있도록 이동될 수 있다.
다른 구성에서, 코일 어셈블리는 전술한 바와 같은 회전 또는 비회전 운동 메커니즘과 무관하게 서셉터의 직선 축을 따라 이동할 수 있을 것이다. 따라서, 3개의 갈래살 서셉터는 다음번 직선 위치로 이동하기 전에 동일한 직선 위치에서 3개의 다른 갈래살(290a, 290b, 290c)을 3개의 다른 시간에 가열하는 것에 의해 장치가 소모물 수용 패키지(102)를 동일한 직선 위치에서 3번 가열할 수 있게 해주고, 다음번 직선 위치에서 다시 3번 가열할 수 있을 것이다. 4개의 직선 위치를 갖는 소모물 수용 패키지(102)에서는, 하나의 소모물 수용 패키지는 12번의 별개의 "피우기"를, 즉 3개의 갈래살 곱하기 소모물 수용 패키지(102)의 길이를 따른 4개의 위치를 제공할 수 있어야 한다.
일부 실시예에서는, 가열 요소(160)를 소모물 수용 패키지(102)에 대해 이동시키는 대신에, 소모물 수용 패키지(102)가 가열 요소에 대해 이동될 수 있다. 따라서, 소모물 수용 패키지(102)가 편심 경로로 가열 요소(160) 내에서 회전하도록 구성되어, 코일들에 의해 한정되는 제2 길이방향 축(C)이 가열 요소(160) 내에서의 소모물 수용 패키지(102)의 회전 동안의 어떤 지점에서 다중 갈래살 서셉터의 각각의 갈래살(290a, 290b, 290c)와 공선상으로 얼라인되도록 한다. 대안적으로, 소모물 수용 패키지(102)가 가열 요소(160) 내에서 반경방향으로 이동하도록 구성되어, 제2 길이방향 축(C)이 가열 요소(160) 내에서의 소모물 수용 패키지(102)의 이동 동안의 어떤 지점에서 다중 갈래살 서셉터의 각각의 갈래살과 공선상으로 얼라인되도록 한다. 일부 실시예에서, 소모물 수용 패키지(102) 및 가열 요소(160)의 양자 모두가 이동할 수 있다. 예를 들어, 가열 요소(160)는 소모물 수용 패키지(102)의 길이방향 축을 따라 직선 이동할 수 있고, 소모물 수용 패키지(102)는 서셉터(106)를 가열 요소(106)에 대한 위치로 이동시키도록 편심 또는 반경방향 경로로 이동할 수 있어, 사용자가 개별 피우기를 취할 때 모든 소모물이 순차적으로 가열되도록 한다. 이동의 다른 변형예도 사용될 수 있다.
상술한 운동 메커니즘은 단지 예들일뿐이다. X-Y-Z 이동 시나리오의 메커니즘이 모터, 선형 액추에이터, 기어, 벨트, 캠, 솔레노이드 등의 다양한 조합을 사용하여 달성될 수 있다.
도 21을 참조하면, 유도 가열 시스템의 폐쇄 루프 제어가 유도 가열 시스템에 의해 생성되는 자속 밀도의 감지에 기초할 수 있다. 유도 가열 시스템은 유도 코일 가열 요소 내부에 집중된 교번 자기장을 생성함으로써 작동한다. 이 집중된 교번 자기장은 서셉터 재료에서 발생하는 와전류 및 자속 역전(철계 리셉터 물질을 가정)에 의해 금속 서셉터에서 가열 효과를 생성할 것이다. 유도 가열은 유도 코일이 작동하는 동안의 유도 코일 내부의 서셉터 온도의 모니터링의 수단이 제한된다는 점에서 일반적으로 "개방 루프"이다. 제어된 조건하에서, 유도 코일 외부의 코일에 상당히 근접한 자기장이 코일 내부의 자속의 강도를 결정하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 작은 코일(310)이 그것의 축이 작은 코일(310)을 통과하는 자속장선(magnetic flux field line)(312)에 대략 평행한 상태로 유도 코일형 가열 요소(160)에 상당히 근접하게 배치되어, 작은 코일(310)을 통과하는 변동성 자속으로 인해 작은 코일(310)을 가로질러 유도된 전압에 의해 존재하는 유도 코일형 가열 요소(160)의 자속의 크기의 검출 수단을 제공할 수 있다. 다음으로, 이 외부 자속의 크기는 가열 요소(160) 내부의 자속 밀도와 관련되도록 보정되어, 서셉터(106)의 가열에 한해 일관된 성능을 보장하기 위한 유도 시스템의 폐쇄 루프 제어 수단으로서 사용된다. 자속은 유도 코일의 축 둘레로 대칭적이다. 유도 코일 근처의 임의의 장소를 취한 자속 밀도의 측정값은 각각의 위치(유도 코일 내부 및 기생 감지 코일(parasitic sensing coil)의 내부)에서의 자속의 상대적인 크기의 특성화에 기초하여 가열 요소 내부의 자속 밀도를 추정하는 데 사용될 수 있다. 실제, 자속 감지가 이 자기장 내에 존재하는 서셉터(106)에서 발생할 가열 속도를 추론하는 데 대신 사용되기 때문에, 이것을 정량화할 필요가 없다. 따라서, 이런 식으로 구성된 작은 코일(310)이 자속 센서로서 기능한다.
따라서, 일부 실시예에서, 장치는 또한 유도 가열 요소(160)에 인접하고 유도 가열 요소(160)에 의해 생성된 자속을 측정하도록 구성된 자속 센서를 포함할 수 있다. 자속 센서는 당해 자속 센서로부터의 피드백에 기초하여 유도 가열 요소(160)의 활성화를 제어하도록 컨트롤러(166)에 작동 가능하게 연결될 수 있다.
일부 실시예에서, 소모물 수용 유닛(104) 또는 그 일정 부분이 가열되었는지 아닌지의 여부를 검출할 수 있는 것이 바람직하다. 소모물 수용 유닛(104)이 이미 가열되었을 경우에는, 가열 요소(160)는 소모물 수용 유닛(104)의 사용된 부분에 에너지가 낭비되는 것을 방지하도록 다음번 소모물 수용 유닛(104) 또는 소모물 수용 유닛(104)의 다음번 세그먼트를 가열할 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서, 도 11에 도시된 바와 같이, 사용된 소모물 수용 패키지(102)의 세그먼트를 검출하는 방법이 장치에 제공되어, 장치가 사용 가능한 다음번 미사용 세그먼트를 자율적으로 결정할 수 있게 해준다. 예를 들어, 장치는 감지되는 소모물 수용 패키지(102)의 일정 부분이 소정의 온도를 초과하여 가열되었는지를 검출하기 위한 사용 센서(320)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 사용 센서(320)는 가열을 나타내는 소모물 수용 패키지(102)의 시각적 변화를 검출할 수 있다. 일부 실시예에서, 사용 센서(320)는 가열을 나타내는 소모물 수용 패키지(102)의 열 변화를 검출할 수 있다. 일부 실시예에서, 사용 센서(320)는 가열을 나타내는 소모물 수용 패키지(102)의 조직 변화(즉, 조직의 변화)를 검출할 수 있다. 일부 실시예에서, 사용 센서(320)는 가열 요소(160)가 소모물 수용 패키지(102)를 따르는 위치 및 그것이 소모물 수용 패키지(102)를 따른 이동에 대해 가열된 때를 추적하는 컨트롤러일 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 소정의 온도까지 가열된 소모물 수용 패키지(102) 부분의 위치를 저장하기 위한 메모리를 포함할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 사용 센서(320)는 광반사 센서이다. 광반사 센서는 소모물 수용 패키지(102)가 상당한 열에 노출된 상태(즉, 그 날의 정상 온도를 넘어선)에 대비하여 그것의 원래 상태로부터의 소모물 수용 패키지(102)의 변화를 검출하도록 구성될 수 있다. 더 바람직하게는, 소모물 수용 패키지(102)는 소정의 온도까지 가열될 때 색상을 변화시키는 열 민감성 염료로 이루어질 수 있다. 이러한 색상 변화가 광반사 센서에 의해 검출될 수 있다.
열 민감성 염료는 소모물 수용 패키지(102)의 외부 표면 주위에 인쇄될 수 있다. 소모물 수용 패키지(102)의 일정 세그먼트가 가열될 때, 가열되는 세그먼트에 가장 근접한 밴드(322)가 색상을 변화시킨다. 예를 들어, 밴드(322)는 백색에서 흑색으로 변할 수 있다. 가열 요소(160)와 함께 장착된 사용 센서(320)는 이동 가열 요소(160)의 전체 범위에 걸쳐 소모물 수용 패키지(102)의 일 측면을 보여주도록 가열 요소 바로 위 또는 아래에 포커싱되는 광학 요소(324)를 갖는다.
일부 실시예에서, 리미트 스위치(326)가 또한 소모물 수용 패키지(102)의 한쪽 단부(105)에 설치되어, 소모물 수용 패키지(102)가 장치에 대해 제거되거나 재 삽입될 때를 검출하도록 사용된다. 소모물 수용 패키지(102)가 재삽입되었을 때, 장치는 전동 가열 요소 어셈블리를 활성화하고 그것을 그것의 전체 이동 범위에 걸쳐 이동시켜, 열 민감성 염료의 다크 밴드(322)를 검출함으로써, 임의의 세그먼트가 이전에 가열되었는지를 사용 센서(320)가 검출할 수 있게 해준다. 따라서, 장치는 또한 새로운 소모물 수용 패키지(102)가 하우징 내로 삽입될 때 메모리를 리셋하기 위한 리미트 스위치(326)를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 가열 요소(160)로부터의 방열을 관리하기 위해, 장치는 또한 유도 가열 요소(160)에 작동 가능하게 연결되는 히트 싱크(330)를 포함할 수 있다. 유도 가열은 유도 코일에서의 높은 전류의 순환을 포함하여, 코일을 형성하는 데 사용되는 와이어에서 저항 가열을 유발한다. 방열은 히트 싱크(330)를 형성하기 위해 전기 절연성인 높은 열 전도성을 갖는 재료를 이용한다. 바람직하게는, 히트 싱크(330)는 사출 성형 또는 포팅 프로세스(potting process)를 통해 형성될 수 있다. 바람직한 실시예는 가열 요소(160)로서 원통형 코일을 사용하기 때문에, 히트 싱크(330) 또한 유도 코일 주위에 형성된 원통일 수 있어, 도 22에 도시된 바와 같이 코일을 캡슐화한다. 가열 요소(160)를 캡슐화하는 원통형 히트 싱크(330)는 케이스(202) 내부의 수직 캐비티 내에 존재하여, 내부에서 공기 대류가 발생하는 일종의 "굴뚝(chimney)"을 형성한다. 굴뚝은 공기 흐름을 지원하기 위해 상부에서 환기를 필요로 한다. 이 방법은 또한 전자기장의 프린징(fringing)을 제거하여, 소모물 수용 패키지(102)의 각각의 세그먼트에 대한 매우 포커싱된 가열 방법을 제공한다. 이러한 포커싱의 결과로써, 소모물 수용 패키지(102) 내부의 소모물 수용 유닛(104)을 비전도성 포일 또는 다른 유사한 재료, 종이 또는 유사한 재료로 감쌀 필요가 없을 것이다.
바람직한 실시예에서, 히트 싱크(330)는 유도 가열 요소(160)를 포위하는 핀 원통(finned cylinder)이다. 핀 원통은 외부 표면(334)으로부터 측방으로 돌출된 핀(332)을 갖는 원통형 히트 싱크이다. 바람직하게는, 각각의 핀(332)은 실질적으로 원통의 길이를 연장하여, 가열 요소(160)로부터의 열이 소산될 수 있는 실질적인 표면적을 제공한다. 히트 싱크(330)의 열 전도성 재료는 폴리머일 수 있다. 열 전도성 폴리머는 열경화성, 열가소성 몰딩 또는 포팅 화합물일 수 있다. 히트 싱크(330)는 이들 재료로부터 기계가공되거나, 몰딩되거나 또는 성형될 수 있다. 재료는 강성이거나 엘라스토머일 수 있다. 열 전도성 폴리머에 사용되는 열 전도성 화합물의 일부 예는 질화 알루미늄, 질화 붕소, 탄소, 흑연 및 세라믹이다. 바람직한 실시예에서, 가열 요소(160)는 개방 중심이 굴뚝과 같은 효과를 통해 환기구를 생성하는 상태로 코일 주위에 몰딩된 열 전도성 폴리머의 핀 원통 내에 감싸진 유도 코일이다.
일부 실시예에서, 도 23에 도시된 바와 같이, 장치는 또한 소모물 수용 패키지(102)를 통해 빨아들여지는 공기 흐름을 제어함으로써 소모물 수용 유닛(104)의 향미 강도(flavor robustness)를 조절하는 수단을 제공하기 위한 공기 흐름 컨트롤러(340)를 포함할 수 있다. 소모물 수용 패키지(102)의 설계는 공기 흐름 통로 내로 도입되는 증기/향미제의 양이 유도 가열의 지속 시간과 강도 그리고 소모물 수용 패키지(102)를 통한 공기 통로 사이의 공기 압력차의 함수가 되도록 한다. 이 압력차가 증기를 소모물 수용 패키지(102)로부터 공기 흐름 내로 빨아들인다. 소모물 수용 패키지(102)의 제1 단부(105) 내로의 공기 흐름이 제어될 수 있다면, 이 압력차는 변경될 수 있어, 더 많은(또는 더 적은) 증기가 공기 흐름 내로 도입될 수 있게 해주어, 향미의 강도를 효과적으로 변화시킨다. 향미 강도를 변화시키는 이러한 능력은 이 증기를 생성하는 것이 소모물의 온도의 상승이기 때문에 소모물 수용 패키지(102)의 가열과 밀접하게 통합된다. 가열 프로세스(시간 및 속도)와 소모물 수용 패키지(102)의 제1 단부(105)를 통한 공기 흐름의 정밀 제어에 의해 광범위한 향미 강도 경험이 이루어질 수 있다.
예를 들어, 공기 흐름 컨트롤러(340)는 니들 밸브, 버터플라이 밸브, 볼 밸브, 또는 조절 가능한 개구와 같은 조절 가능한 흐름 제어 밸브(342)를 포함할 수 있다. 조절 가능한 흐름 제어 밸브는 사용 도중에도 사용자가 공기 흐름을 제어할 수 있게 해준다. 하지만, 공기 흐름 컨트롤러(340)는 다공성 또는 섬유성 멤브레인(membrane) 또는 요소와 같은 고정 개구를 갖는 멤브레인(344)일 수도 있다. 멤브레인(344)은 흡기 미립자 필터로서도 작용할 수 있다. 따라서, 흐름 제어 메커니즘은 사용자 조절 가능하거나 사용자 조절 불가능일 수 있다. 멤브레인(344) 실시예에서, 상이한 크기의 개구를 갖는 다수의 멤브레인(344)이 제공될 수 있다. 따라서, 사용자는 원하는 개구 크기를 선택하여 그 멤브레인(344)을 장치의 제1 단부(105)에 적용할 수 있다. 사용자가 증가된 또는 감소된 공기 흐름를 선호하는 경우, 사용자는 각각 더 크거나 또는 더 작은 개구를 갖는 또 다른 멤브레인(344)을 선택할 수 있다. 일부 실시예에서, 공기 흐름 컨트롤러(340)는 제어 밸브(342) 및 멤브레인(344)을 모두 사용할 수 있다. 예를 들어, 멤브레인(344)이 제어 밸브(342) 이전에 공기 흐름을 제어하고 미립자를 여과하도록 제어 밸브(342)에 앞서 있을 수 있고, 그 후에 제어 밸브(342)가 공기 흐름의 미세 조정된 제어를 위해 공기 흐름을 추가 제어할 수 있다.
일부 실시예에서는, 에어로졸을 소모물 수용 유닛(104)으로부터 인케이스먼트(108)의 개구(120)를 통해 필터 튜브(140) 내로 그리고 마우스피스(158)를 향해 흐르게 하는 대신, 도 25a-25e에 도시된 바와 같이, 공기가 서셉터(106) 내로 흘러 들어가 소모물 수용 유닛(104)으로부터 활성 성분을 끌어내어, 서셉터(106)를 통해 마우스피스(158)를 향해 흐르는 에어로졸을 생성한다. 이러한 실시예에서, 서셉터(106)는 각각의 갈래살(350)의 길이를 따라 적어도 하나의 유입구(352) 및 적어도 하나의 배출구(354)를 갖춘 하나 이상의 중공형 갈래살(350)을 가질 수 있다. 갈래살(350)은 서셉터 베이스(358)에 작동 가능하게 연결되는 연결 단부(356) 및 서셉터 베이스(358) 반대편의 자유 단부(360)를 포함한다. 중공형 갈래살(350)은 연결 단부(356)에서 서셉터 베이스(358)에 연결된다. 중공형 갈래살(350)의 배출구(354)는 자유 단부(360) 쪽에 위치된다. 예를 들어, 배출구는 자유 단부(360)의 팁(362)에 위치될 수 있으며, 또는 자유 단부(360) 측에서의 중공형 갈래살(350)의 외주 표면 둘레에 각도상으로 이격된 복수의 배출구(354)가 존재할 수 있다.
일부 실시예에서, 자유 단부(360)의 팁(362)은 소모물 수용 유닛(104) 내로의 침투를 용이하게 하도록 첨단형(pointed)이거나 첨예(sharp)할 수 있다. 소모물 수용 유닛(104)에 사용되는 입자 크기, 밀도, 결합제, 충전제 또는 임의의 성분은 소모물 수용 유닛(104)의 과도한 압축 또는 밀도의 변화 없이 서셉터 갈래살(290, 350) 및/또는 천공 니들(perforation needle)의 침투를 허용하도록 설계될 수 있다. 소모물 수용 유닛(104)의 압축 "패킹(packing)"에 의한 밀도의 변화는 소모물 수용 유닛(104)을 통한 공기 또는 증기 흐름에 부정적인 영향을 줄 수 있을 것이다.
서셉터(106) 침투 후에 인케이스먼트(108)를 통해 밀려질 수 있는 임의의 소모물 미립자는 소모물 수용 유닛(104)과 마우스피스(158) 사이의 캐비티(368) 내에 포획되어 유지될 것이다. 갈래살(290, 350)의 팁(362)이 첨예하기 때문에, 소모물이 인케이스먼트(108)로부터 축출될 가능성은 낮다.
일부 실시예에서, 배출구(354) 및/또는 유입구(352)는 가열된 온도에서 융융되어 없어지는 코팅으로 덮일 수 있다. 바람직한 실시예에서, 소모물 수용 유닛(104)은 배출구(354)를 제외하고 전체 중공형 갈래살(350)을 덮을 정도로 충분히 길다.
서셉터 베이스(358)는 중공형 갈래살(350)에 대응하는 개구(364)를 포함할 수 있다. 다중 중공형 갈래살(350a-350d)를 갖는 실시예에서, 각각의 중공형 갈래살(350a-350d)은 자체 대응하는 개구(362)를 갖는다.
일부 실시예에서, 다중 중공형 갈래살(350a-350d)이 존재할 수 있다. 중공형 갈래살(350a-350d)은 이동하는 가열 요소(160) 또는 이동하는 소모물 수용 패키지(102)와 양립할 수 있도록 원형으로 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 서셉터 베이스(358)에 센터링된 단일 중공형 갈래살(350)이 존재할 수 있다. 일부 실시예에서, 복수의 중공형 갈래살(350a-350d)로 둘러싸인 중심 중공형 갈래살(350)이 존재할 수 있다. 다른 중공형 갈래살(350) 배치도 사용될 수 있다.
각각의 중공형 갈래살(350)은 적어도 하나의 유입구(352) 및 적어도 하나의 배출구(354)를 가질 수 있다. 바람직하게는, 중공형 갈래살(350)은 복수의 유입구(352) 및 복수의 배출구(354)를 포함한다. 유입구(352)는 중공형 갈래살(350)의 길이를 따라 직렬로 배열될 수 있다. 일부 실시예에서, 유입구(352)는 중공형 갈래살(350)의 외주 둘레에 원형으로 배치될 수 있다. 중공형 갈래살(350) 상의 유입구(352)의 수를 증가시키면 발생된 에어로졸이 소모물 수용 유닛(104)으로부터 그리고 소모물 수용 패키지(102)로부터 빠져나갈 수 있는 지점의 수가 증가한다. 마찬가지로, 자유 단부(360) 측에서의 갈래살(350)의 외주 둘레에 원형으로 배치된 복수의 배출구(354)가 존재할 수 있다.
일부 실시예에서, 소모물 수용 유닛(104)은 소모물 수용 패키지(102)의 한쪽 단부(105)로부터 마우스피스(158)까지 연장되지 않는다. 그리하여, 소모물 수용 유닛(104)과 마우스피스(158) 사이에 캐비티(368)가 존재한다. 이 캐비티(368)는 열 전도성 재료, 향미제 등으로 충전될 수 있다.
도 25e의 단면도에 도시된 바와 같이, 사용 시에, 서셉터(106)는 소모물 수용 유닛(104)에 매설된다. 서셉터(106)가 가열 요소(160)에 의한 유도 가열을 통해 가열될 때, 소모물 수용 유닛은 에어로졸을 방출한다. 사용자가 마우스피스(158)를 물고 흡입함에 따라, 소모물 수용 패키지(102) 내부의 압력차는 에어로졸이 유입구(352)를 통해 중공형 갈래살(350) 내로 진입하고 배출구(354)를 통해 빠져나가게 한다(공기 흐름을 나타내는 화살표 참조). 그런 다음, 에어로졸은 소모물 수용 패키지(102)의 캐비티(368) 내로 진입하고, 사용자에 의한 흡입을 위해 마우스피스(158)를 통해 여과된다. 그리하여, 인케이스먼트(108)는 개구(120)를 가질 필요가 없다.
일부 실시예에서는, 도 26a-26g에 도시된 바와 같이, 서셉터 베이스(358) 상의 중심에 위치되는 단일 중공형 갈래살(350)이 존재할 수 있으며, 이 중공형 갈래살(350)을 복수의 갈래살(290a-209d)이 둘러싼다. 이러한 실시예에서는, 중공형 갈래살(350)은, 가열될 수도 있겠지만, 유도 가열을 통해 가열될 수 있을 필요가 없다. 이 실시예에서, 소모물 수용 유닛(104)은 중공형 갈래살(350)이 단단히 끼워지게 삽입될 수 있게 해주는 중앙 홀(366)을 가질 수 있다.
도 26g에 도시된 바와 같이, 사용 시에, 서셉터 갈래살(290)이 가열될 때, 발생된 에어로졸은 공기 흐름 화살표로 도시된 바와 같이 중공형 갈래살(350)의 유입구(352)를 통해 진입하고 배출구(354)를 통해 마우스피스(158) 내로 빠져나간다.
여기에 기술되는 방법 및 장치에 의해 생성되는 에어로졸은 효율적이며, 전통적인 담배 및 다른 비연소 가열 장치에서 보여지는 독성 부산물의 양을 감소시킨다.
예
도 24a-24c에 도시된 바와 같이, 습윤제 및 PGA와 혼합된 분말 담배를 압축하여 서셉터(106) 둘레에 소모물 유닛(104)을 형성하고, 인케이스먼트(108)로서의 포일 덮개 내에 둘러싸고, 개구(120)가 공기 채널로서 3개 면에 존재하는 방식으로 필터 튜브(140) 내로 삽입하고, 하우징(150)으로서의 표준 담배 종이로 덮고, 마우스피스(158)로서의 고유량 근위 필터(high flow proximal filter)로 한쪽 단부를 그리고 단부 캡(154)으로서의 원위 필터 팁(distal filter tip)으로 다른쪽 단부를 캐핑함으로써 준비된 소모물 수용 패키지(102)에 대해 시험이 수행되었다. 서셉터(106)는 나선형으로 꼬인 금속 시트 형태이다. 소모물 수용 유닛(104) 및 인케이스먼트(108)는 삼각형 단면을 갖는다. 필터 튜브(140)는 나선형 종이 튜브이다.
미국 노스캐롤라이나 더럼(Durham)에서의 시험은 시험 프로세스에 사용된 전력을 교정하는 것에 의해 서셉터를 611C(섭씨 온도)로 가열했던 것으로 판명된 프로토타입 장치로 수행되었다.
Durham 시험은 SM459 20-포트 선형 분석 흡연 기계를 사용하여 수행되었으며, 장비 및 모든 관련 액세서리에 익숙한 기술자에 의해 수행되었다. 기술자는 3개의 소모물 수용 패키지(102)를 흡연 기계에 배치하였다. 그런 다음, 각각의 소모물 수용 패키지(102)가 6번 피우기(puff), 전체 18번 피우기가 행해졌다. 그런 다음, 생성된 에어로졸은 필터 패드에서 수집되었다. "흡연" 방법(regimen)은 2초 피우기 지속 시간과 종모양 곡선 프로파일(bell curve profile)을 사용하여 수집된 55mL의 부피로 매 30초마다의 피우기였다. 일반적으로 연소가 350C를 초과한 온도에서 발생할 것으로 추정되는 사실에도 불구하고, 수집된 에어로졸의 분석은 각각의 소모물 스틱의 에어로졸에 0.570 mg의 일산화탄소(CO)가 존재했으며, 이는 연소가 발생했다고 추정될 수 있는 수준보다 훨씬 낮다는 것을 판정하였다.
두 번째 세트의 시험은 미국 버지니아 리치몬드(Richmond)에서 수행되었다. Richmond 시험은 유사하게 구성된 소모물 수용 패키지(102) 및 서셉터(106)를 275C, 350C 및 425C의 3개의 개별 설정에서 가열하도록 교정된 프로토타입 장치로 수행되었다. CO 데이터는 Enthalpy Analytical (EA) (Richmond, Virginia, USA), LLC에 의해 EA Method AM-007에 따라 생성되었다. 소모물 수용 패키지(102)는 확립된 캐나다 고도 흡연 절차(established, Canadian Intense smoking procedure)에 따라 분석 흡연 기계를 사용하여 흡연되었다. 연기의 증기상(vapor phase)(즉, 에어로졸)은 요청된 피우기 파라미터들로 구성된 흡연 기계에 부착된 가스 샘플링 백에 수집되었다. 비분산 적외선 흡수법(non-dispersive infrared absorption method)(NDIR)이 부피 백분율(부피%)로 증기상 내의 CO 농도를 측정하는 데 사용된다. 소모물 수용 패키지(102)의 수, 피우기 횟수, 피우기 부피 및 주위 조건을 사용하여, CO 백분율이 소모물 수용 패키지 당 밀리그램(mg/cig)으로 변환되었다.
일반적으로 연소가 350C를 초과한 온도에서 발생할 것으로 추정되는 사실에도 불구하고, 교정된 온도 설정들에서, CO가 각각의 설정에서 생성된 에어로졸에서 발견되지 않은 것으로 판정되었다.
수행된 시험들은 산업 표준 시험들이다. 유사한 산업 표준 시험에서, 상용화된 비연소 가열 제품들은 0.436 mg/cig의 CO를 보고하고 있다. 표준 연초 담배는 30.2 mg/cig의 CO를 보고하고 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 대한 상기 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제시되었다. 그것은 배타적인거나 개시된 정확한 형태로 본 발명을 제한하려는 것은 아니다. 상기 교시에 비추어 많은 수정 및 변형이 가능하다. 본 발명의 범위는 이 상세한 설명에 의해서가 아니라 청구범위와 그 균등적 구성에 의해 한정되는 것으로 의도된다.

Claims (55)

  1. 에어로졸을 발생시키기 위한 장치로서,
    a. 소모물 수용 유닛;
    b. 상기 소모물 수용 유닛 내에 매설되는 서셉터;
    c. 상기 소모물 수용 유닛 및 상기 서셉터를 둘러싸는 인케이스먼트로서, 제1 단부 및 상기 제1 단부 반대편의 제2 단부를 가지며, 개구를 포함하는 바의 인케이스먼트; 및
    d. 상기 개구를 막기 위한 코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 인케이스먼트를 둘러싸도록 구성된 필터로서, 상기 필터와 상기 인케이스먼트 사이의 갭을 제거하는 방식으로 상기 인케이스먼트를 둘러싸도록 구성된 바의 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 필터는 상기 막힌 개구를 덮는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 필터를 수용하기 위한 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 복수의 인케이스먼트, 및 사용자에 의해 선택되는 소정의 온도에서 소정의 횟수만큼 각각의 인케이스먼트를 선택적으로 가열하도록 구성되고 프로그래밍되는 유도 가열 요소를 포함하고, 상기 소정의 온도는 상기 코팅을 용융시켜, 가열되는 각각의 인케이스먼트의 소모물 수용 유닛으로부터 에어로졸을 방출시키기에 충분한 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 하우징 및 상기 유도 가열 요소를 수용하도록 구성된 에어로졸 생성 장치를 더 포함하고, 상기 하우징은 상기 에어로졸 생성 장치로부터 돌출된 마우스피스를 포함하고, 상기 에어로졸 생성 장치는:
    a. 상기 유도 가열 요소를 활성화시키기 위해 상기 유도 가열 요소에 작동 가능하게 연결되는 스위치;
    b. 상태 정보를 제공하기 위해 상기 스위치 및 상기 유도 가열 요소와 작동 가능하게 연결되는 사용자 인터페이스; 및
    c. 상기 유도 가열 요소로 전달되는 주파수의 프로세서 기반 제어를 포함하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 인케이스먼트의 제1 단부 또는 제2 단부 중 하나는 인접한 인케이스먼트들을 이격시키기 위한 접힘부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 인케이스먼트 상에 복수의 개구를 포함하고, 상기 복수의 개구는 상기 인케이스먼트의 제1 단부 및 제2 단부에 위치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 소모물 수용 유닛은 분말형 소모물로 이루어진 2개의 펠릿을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 서셉터는 상기 2개의 펠릿 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 서셉터는 금속 플레이트인 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 금속 플레이트는 복수의 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 서셉터는 길이방향을 갖는 길이형 금속 플레이트이고, 상기 길이형 금속 플레이트는 개구 세트들 및 갭 세트들을 포함하고, 상기 개구 세트들은, 각각의 개구 세트가 갭들 중 하나에 인접하도록, 상기 길이형 금속 플레이트의 길이방향을 따라 상기 갭 세트들과 직렬로 교번되는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 코팅은 프로필렌 글리콜 알지네이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 코팅은 향미제를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 서셉터는 스틸 울을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 서셉터는 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 서셉터는 길이방향을 갖는 길이형 패드이고, 상기 길이형 패드는 개구 세트들 및 갭 세트들을 포함하고, 상기 개구 세트들은, 각각의 개구 세트가 갭들 중 하나에 인접하도록, 상기 길이형 패드의 길이방향을 따라 상기 갭 세트들과 직렬로 교번되는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제 1 항의 장치를 사용하는 방법으로서, 연소와 관련된 독성 부산물을 생성하지 않고 상기 소모물 수용 유닛으로부터 소모물의 에어로졸 형태를 방출시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 소모물 수용 유닛을 연소시키지 않으면서 상기 소모물 수용 유닛으로부터 소모물의 에어로졸 형태를 방출시키기 위해 유도 가열 요소로 상기 서셉터를 가열하는 것에 의해 상기 소모물 수용 유닛에 열을 가하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 열이 상기 코팅을 용융시켜, 상기 인케이스먼트로부터 상기 소모물을 에어로졸 형태로 방출시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 에어로졸을 발생시키기 위한 장치를 제조하는 방법으로서,
    a. 소모물 수용 유닛 내에 서셉터를 매설하는 과정;
    b. 제1 단부 및 상기 제1 단부 반대편의 제2 단부를 가지며 개구를 포함하는 인케이스먼트 내에 상기 소모물 수용 유닛 및 상기 서셉터를 위치시키는 과정;
    c. 상기 개구 상에 코팅을 적용하는 과정;
    d. 상기 인케이스먼트를 필터 내에 위치시키는 과정; 및
    e. 상기 인케이스먼트를 수용한 상기 필터를 하우징 내에 위치시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 소모물 수용 유닛은 펠릿으로 압축되어, 상기 펠릿 내의 산소를 최소화하는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 소모물 수용 유닛은 상기 펠릿 내의 산소를 최소화하기 위해 첨가제와 혼합되는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 필터 내부에 적층된 복수의 인케이스먼트를 위치시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 복수의 인케이스먼트는 상기 인케이스먼트의 하나 이상의 단부에 생성된 접힘부에 의해 서로 분리되는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 에어로졸을 발생시키기 위한 장치로서,
    a. 소모물 수용 유닛;
    b. 소모물 수용 유닛 내에 매설되는 서셉터;
    c. 상기 소모물 수용 유닛을 적어도 부분적으로 둘러싸도록 구성된 가열 요소;
    d. 상기 유도 가열 요소를 제어하기 위한 컨트롤러; 및
    e. 상기 소모물 수용 유닛, 상기 서셉터, 상기 유도 가열 요소 및 상기 컨트롤러를 수용하기 위한 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  28. 제 27 항에 있어서, 상기 가열 요소를 제어하기 위한 자기 공진 발진기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 자기 공진 발진기는 상기 가열 요소에 작동 가능하게 연결되는 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  30. 제 29 항에 있어서, 상기 가열 요소는 각각의 코일 와이어가 다른 코일 와이어에 독립적으로 활성화되도록 상기 컨트롤러에 작동 가능하게 연결되는 복수의 코일 와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  31. 제 27 항에 있어서, 상기 가열 요소는 이동 가능한 것을 특징으로 하는 장치.
  32. 제 31 항에 있어서, 상기 소모물 수용 유닛은 제1 길이방향 축을 한정하는 길이형 부재이고, 상기 유도 가열 요소는 상기 제1 길이방향 축을 따라 축방향으로 이동하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  33. 제 32 항에 있어서, 상기 소모물 수용 유닛은 상기 소모물 수용 유닛의 한쪽 단부에 원통형 자석을 포함하고, 상기 원통형 자석은 제2 길이방향 축을 한정하고, 상기 가열 요소는 상기 소모물 수용 유닛 둘레에 감싸지는 원통형 코일이고, 상기 원통형 코일은 제3 길이방향 축을 한정하고, 상기 원통형 자석과 상기 가열 요소는 상기 제2 길이방향 축과 상기 제3 길이방향 축의 공선 얼라인먼트을 유지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  34. 제 31 항에 있어서, 상기 서셉터는 다중 갈래살 서셉터인 것을 특징으로 하는 장치.
  35. 제 34 항에 있어서, 상기 가열 요소는 상기 소모물 수용 유닛 둘레를 회전하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  36. 제 35 항에 있어서, 상기 다중 갈래살 서셉터는 서로 평행하고 상기 소모물 수용 유닛 내에 매설되는 복수의 갈래살을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  37. 제 36 항에 있어서, 상기 소모물 수용 유닛은 제1 길이방향 축을 한정하는 길이형 부재이고, 상기 가열 요소는 제2 길이방향 축을 한정하는 원통을 형성하도록 상기 소모물 수용 유닛 둘레에 감싸지는 코일이고, 상기 가열 요소는 편심 경로로 상기 소모물 수용 유닛 둘레를 회전하도록 구성되어, 상기 제2 길이방향 축이 상기 소모물 수용 유닛 둘레의 상기 가열 요소의 회전 운동 동안의 어떤 지점에서 상기 다중 갈래살 서셉터의 각각의 갈래살과 공선상으로 얼라인되도록 하는 것을 특징으로 하는 장치.
  38. 제 34 항에 있어서, 상기 소모물 수용 유닛은 길이방향 축을 한정하는 길이형 부재이고, 상기 유도 가열 요소는 상기 길이방향 축에 대해 반경방향으로 이동하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  39. 제 27 항에 있어서, 상기 서셉터는 다중 갈래살 서셉터인 것을 특징으로 하는 장치.
  40. 제 39 항에 있어서, 상기 다중 갈래살 서셉터는 서로 평행하고 상기 소모물 수용 유닛 내에 매설되는 복수의 갈래살을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  41. 제 40 항에 있어서, 상기 소모물 수용 유닛은 제1 길이방향 축을 한정하는 길이형 부재이고, 상기 가열 요소는 제2 길이방향 축을 한정하는 원통을 형성하도록 상기 소모물 수용 유닛 둘레에 감싸지는 코일이고, 상기 소모물 수용 유닛은 편심 경로로 상기 가열 요소 내에서 회전하도록 구성되어, 상기 제2 길이방향 축이 상기 가열 요소 내에서의 상기 소모물 수용 유닛의 회전 동안의 어떤 지점에서 상기 다중 갈래살 서셉터의 각각의 갈래살과 공선상으로 얼라인되도록 하는 것을 특징으로 하는 장치.
  42. 제 39 항에 있어서, 상기 소모물 수용 유닛은 제1 길이방향 축을 한정하는 길이형 부재이고, 상기 가열 요소는 제2 길이방향 축을 한정하는 원통을 형성하도록 상기 소모물 수용 유닛 둘레에 감싸지는 코일이고, 상기 소모물 수용 유닛은 상기 가열 요소 내에서 반경방향으로 이동하도록 구성되어, 상기 제2 길이방향 축이 상기 가열 요소 내에서의 상기 소모물 수용 유닛의 이동 동안의 어떤 지점에서 상기 다중 갈래살 서셉터의 각각의 갈래살과 공선상으로 얼라인되도록 하는 것을 특징으로 하는 장치.
  43. 제 27 항에 있어서, 상기 가열 요소에 인접하고 상기 가열 요소에 의해 생성된 자속을 측정하도록 구성된 자속 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  44. 제 43 항에 있어서, 상기 자속 센서는 당해 자속 센서로부터의 피드백에 기초하여 상기 유도 가열 요소의 활성화를 제어하도록 상기 컨트롤러에 작동 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
  45. 제 27 항에 있어서, 감지되는 상기 소모물 수용 패키지의 일정 부분이 소정의 온도를 초과하여 가열되었는지를 검출하기 위한 사용 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  46. 제 45 항에 있어서, 상기 사용 센서는 광반사 센서인 것을 특징으로 하는 장치.
  47. 제 46 항에 있어서, 상기 소모물 수용 유닛은 소모물 수용 패키지에 포함되고, 상기 소모물 수용 패키지는 소정의 온도까지 가열될 때 색상을 변화시키는 열 민감성 염료를 포함하고, 상기 색상의 변화가 상기 광반사 센서에 의해 검출될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  48. 제 47 항에 있어서, 상기 컨트롤러는 소정의 온도까지 가열된 상기 소모물 수용 유닛의 부분의 위치를 저장하기 위한 메모리를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  49. 제 48 항에 있어서, 새로운 소모물 수용 유닛이 상기 케이스 내로 삽입될 때 상기 메모리를 리셋하기 위한 리미트 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  50. 제 27 항에 있어서, 상기 가열 요소에 작동 가능하게 연결되는 히트 싱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  51. 제 50 항에 있어서, 상기 히트 싱크는 상기 가열 요소를 포위하는 핀 원통인 것을 특징으로 하는 장치.
  52. 제 27 항에 있어서, 공기 흐름 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  53. 제 52 항에 있어서, 상기 서셉터는 중공형 갈래살을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  54. 제 53 항에 있어서, 상기 중공형 갈래살은 유입구 및 배출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  55. 제 27 항에 있어서, 소모물 수용 패키지 얼라이너를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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