KR20220008851A - 에어로졸 생성 디바이스용 장치 - Google Patents

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니코벤처스 트레이딩 리미티드
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Abstract

(불연성) 에어로졸 생성 디바이스용 장치가 설명되고, 그 장치는 에어로졸 생성 재료를 가열하여 에어로졸을 생성하기 위해 서셉터 어레인지먼트를 유도 가열하기 위한 하나 이상의 유도성 엘리먼트들을 포함하는 공진 회로 ― 유도성 엘리먼트들은 기재의 제1 외부 표면 상에 장착됨 ―; 서셉터 어레인지먼트의 유도 가열을 야기하기 위해서 교류 전류가 전압 공급장치로부터 생성되어 유도성 엘리먼트들 중 하나 이상을 통해 흐를 수 있게 하기 위한 스위칭 어레인지먼트 ― 스위칭 어레인지먼트는 기재의 제2 외부 표면에 장착된 복수의 트랜지스터들을 포함함 ―; 및 방열판을 포함하고, 공진 회로의 유도성 엘리먼트들 및 스위칭 어레인지먼트의 트랜지스터들은 방열판에 열적으로 연결된다.

Description

에어로졸 생성 디바이스용 장치
본 명세서는 에어로졸 생성 디바이스용 장치에 관한 것이다.
시가레트(cigarette)들, 시가(cigar)들 등과 같은 흡연 물품들은 사용 동안에 담배를 태워서 담배 연기를 생성한다. 태우지 않고 화합물들을 방출하는 제품들을 생성함으로써, 이들 물품들에 대한 대안들을 제공하려는 시도들이 있었다. 예를 들어, 담배 가열 디바이스들은 담배와 같은 에어로졸 생성 기재를 가열하여, 그 기재를 가열하지만 태우지 않음으로써 에어로졸을 형성한다.
제1 양상에서, 본 명세서는 에어로졸 생성 디바이스용 장치를 설명하고, 그 장치는 에어로졸 생성 재료를 가열하여 에어로졸을 생성하기 위해 서셉터 어레인지먼트를 유도 가열하기 위한 하나 이상의 유도성 엘리먼트들(예를 들어, 하나 이상의 유도성 코일들)을 포함하는 공진 회로(이를테면, LC 공진 회로) ― 유도성 엘리먼트들은 기재의 제1 외부 표면 상에 장착됨 ―; 서셉터 어레인지먼트의 유도 가열을 야기하기 위해서 교류 전류가 전압 공급장치(예를 들어, DC 전압 공급장치)로부터 생성되어 유도성 엘리먼트들 중 하나 이상을 통해 흐를 수 있게 하기 위한 스위칭 어레인지먼트(이를테면, 브리지 회로) ― 스위칭 어레인지먼트는 기재의 제2 외부 표면에 장착된 복수의 트랜지스터들을 포함함 ―; 및 방열판(heat sink)을 포함하고, 공진 회로의 유도성 엘리먼트들 및 스위칭 어레인지먼트의 트랜지스터들은 방열판에 열적으로 연결된다.
스위칭 어레인지먼트의 트랜지스터들은 하나 이상의 플랫 무연 패키지(flat no-lead package)들(이를테면, 듀얼-플랫 무연 패키지들, 쿼드-플랫 무연 패키지들 또는 유사한 기법들)을 사용하여 구현될 수 있다.
방열판은 기재의 제1 외부 표면 상에 적어도 부분적으로 형성될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 방열판은 기재의 제2 외부 표면 상에 적어도 부분적으로 형성된다.
방열판은 구리 열 저장소일 수 있다.
방열판은 기면(ground plane)일 수 있다.
기재는 다층 인쇄 회로 기판과 같은 인쇄 회로 기판일 수 있다. 방열판은 예를 들어 다층 인쇄 회로 기판의 내부 층 상에 적어도 부분적으로 형성될 수 있다.
기재의 제1 외부 표면은 다층 인쇄 회로 기판의 최상부 층일 수 있고, 기재의 제2 외부 표면은 다층 인쇄 회로 기판의 최하부 층일 수 있다.
공진 회로는 커패시터를 더 포함할 수 있다.
스위칭 어레인지먼트는 공진 회로에 임펄스를 인가하기 위한 임펄스 생성 회로를 제공하도록 구성될 수 있고, 여기서 인가된 임펄스는 임퍼스 응답을 유도한다.
제2 양상에서, 본 명세서는 제1 양상을 참조하여 앞서 설명된 장치를 포함하는 불연성 에어로졸 생성 디바이스를 설명한다. 장치는 담배 가열 시스템을 포함할 수 있다. 에어로졸 생성 디바이스는 에어로졸 생성 재료를 포함하는 제거 가능한 물품을 수용하도록 구성될 수 있다. 에어로졸 생성 재료는 예를 들어 에어로졸 생성 기재 및 에어로졸 형성 재료를 포함할 수 있다. 제거 가능한 물품은 서셉터 어레인지먼트를 포함할 수 있다.
제3 양상에서, 본 명세서는 불연성 에어로졸 생성 시스템에 사용하기 위한 물품을 포함하는 부품들의 키트를 설명하며, 여기서 불연성 에어로졸 생성 시스템은 앞서 설명된 제1 양상의 특징들 중 임의의 특징을 포함하는 장치 또는 앞서 설명된 제2 양상의 특징들 중 임의의 특징을 포함하는 에어로졸 생성 디바이스를 포함한다. 물품은 예를 들어 에어로졸 생성 재료를 포함하는 제거 가능한 물품일 수 있다.
예시적인 실시예들은 이제 이하의 개략적인 도면들을 참조하여 단지 예로서 설명될 것이다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른 시스템의 블록도이다.
도 2는 예시적인 실시예에 따른 불연성 에어로졸 제공 디바이스를 도시한다.
도 3은 예시적인 실시예에 따른 불연성 에어로졸 제공 디바이스의 도면이다.
도 4는 예시적인 실시예에 따른 불연성 에어로졸 제공 디바이스와 함께 사용하기 위한 물품의 도면이다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른 회로의 블록도이다.
도 6 내지 도 15는 예시적인 실시예들에 따른 시스템들의 블록도들이다.
도 16은 예시적인 실시예에 따른 알고리즘을 도시하는 흐름도이다.
도 17 및 도 18은 예시적인 실시예들의 예시적인 사용들을 도시하는 플롯들이다.
도 19는 예시적인 실시예에 따른 알고리즘을 도시하는 흐름도이다.
도 20은 예시적인 실시예에 따른 회로 스위칭 어레인지먼트의 블록도이다.
도 21은 예시적인 실시예에 따른 회로 스위칭 어레인지먼트의 블록도이다.
도 22 및 도 23은 예시적인 실시예들에 따른 알고리즘들을 도시하는 흐름도들이다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "전달 시스템"이라는 용어는 사용자에게 물질을 전달하는 시스템들을 포함하는 것으로 의도되며, 전달 시스템은,
시가레트들, 시가릴로들(cigarillos), 시가들(cigars), 및 파이프들 또는 손으로 만(roll-your-own) 또는 직접 만든(make-your-own) 시가레트들을 위한 담배(담배, 담배 파생품들, 팽화 담배, 재생 담배, 담배 대용품들, 또는 다른 흡연 가능 재료에 기반하든지 간에)와 같은 연소성 에어로졸 제공 시스템들;
에어로졸 재료들의 조합을 사용하여 에어로졸을 생성하는 전자 시가레트들, 담배 가열 제품들 및 하이브리드 시스템들과 같이 에어로졸화 가능 재료를 연소시키지 않고 에어로졸화 가능 재료로부터 화합물들을 방출하는 불연성 에어로졸 제공 시스템들;
에어로졸화 가능 재료를 포함하고 이러한 불연성 에어로졸 제공 시스템들 중 하나에 사용되도록 구성된 물품들; 및
에어로졸을 형성하지 않고 재료를 사용자에게 전달하는 로젠지들(lozenges), 껌들(gums), 패치들, 흡입성 분말들을 포함하는 물품들, 및 스누스(snus) 및 스누프(snuff)와 같은 무연 담배 제품들과 같은 에어로졸이 없는 전달 시스템들을 포함하며, 재료는 니코틴을 포함하거나 또는 포함하지 않을 수 있다.
본 개시내용에 따르면, "연소성" 에어로졸 제공 시스템은 에어로졸 제공 시스템(또는 이의 컴포넌트)의 구성 에어로졸화 가능 재료가 사용자에게 전달을 가능하게 하도록 연소 또는 발화되는 시스템이다.
본 개시내용에 따르면, "불연성" 에어로졸 제공 시스템은 에어로졸 제공 시스템(또는 이의 컴포넌트)의 구성 에어로졸화 가능 재료가 사용자에게 전달을 가능하게 하도록 연소 또는 발화되지 않는 시스템이다.
본원에서 설명되는 실시예들에서, 전달 시스템은 동력(powered) 불연성 에어로졸 제공 시스템과 같은 불연성 에어로졸 제공 시스템이다.
일 실시예에서, 불연성 에어로졸 제공 시스템은 베이핑 디바이스(vaping device) 또는 전자 니코틴 전달 시스템(END)으로서 또한 알려진 전자 시가레트이지만, 에어로졸화 가능 재료에 니코틴이 존재하는 것은 필수 조건이 아니라는 점이 유의된다.
일 실시예에서, 불연성 에어로졸 제공 시스템은 비연소식 가열(heat-not-burn) 시스템으로서 또한 알려진 담배 가열 시스템이다.
일 실시예에서, 불연성 에어로졸 제공 시스템은 에어로졸화 가능 재료들의 조합을 사용하여 에어로졸을 생성하기 위한 하이브리드 시스템이며, 에어로졸화 가능 재료들 중 하나 또는 복수가 가열될 수 있다. 에어로졸화 가능 재료들 각각은 예를 들어 고체, 액체 또는 겔 형태일 수 있고, 니코틴을 보유하거나 보유하지 않을 수 있다. 일 실시예에서, 하이브리드 시스템은 액체 또는 겔 에어로졸화 가능 재료, 및 고체 에어로졸화 가능 재료를 포함한다. 고체 에어로졸화 가능 재료는 예를 들어 담배 또는 비담배 제품을 포함할 수 있다.
전형적으로, 불연성 에어로졸 제공 시스템은 불연성 에어로졸 제공 디바이스 및 불연성 에어로졸 제공 시스템과 함께 사용하기 위한 물품을 포함할 수 있다. 그러나, 에어로졸 생성 컴포넌트에 전력을 공급하기 위한 수단을 자체적으로 포함하는 물품들은 자체적으로 불연성 에어로졸 제공 시스템을 형성할 수 있는 것으로 예상된다.
일 실시예에서, 불연성 에어로졸 제공 디바이스는 전력 소스 및 제어기를 포함할 수 있다. 전력 소스는 전기 전력 소스 또는 발열 전력 소스일 수 있다. 일 실시예에서, 발열 전력 소스는 열의 형태의 전력을 에어로졸화 가능 재료에 분배하거나 또는 발열 전력 소스에 근접하게 열 전달 재료를 분배하도록 에너지가 제공될 수 있는 탄소 기재를 포함한다. 일 실시예에서, 발열 전력 소스와 같은 전력 소스는 불연성 에어로졸 제공을 형성하도록 물품에 제공된다.
일 실시예에서, 불연성 에어로졸 제공 디바이스와 함께 사용하기 위한 물품은 에어로졸화 가능 재료, 에어로졸 생성 컴포넌트, 에어로졸 생성 영역, 마우스피스, 및/또는 에어로졸화 가능 재료를 수용하기 위한 영역을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 에어로졸 생성 컴포넌트는 에어로졸화 가능 재료로부터 하나 이상의 휘발성 물질들을 방출하여 에어로졸을 형성하기 위해 에어로졸화 가능 재료와 상호작용할 수 있는 히터이다. 일 실시예에서, 에어로졸 생성 컴포넌트는 가열 없이 에어로졸화 가능 재료로부터 에어로졸을 생성할 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 생성 컴포넌트는, 예를 들어 진동, 기계, 여압(pressurisation) 또는 정전기 수단 중 하나 이상을 통해, 에어로졸화 가능 재료에 열을 인가하지 않고도 에어로졸화 가능 재료로부터 에어로졸을 생성하는 것이 가능할 수 있다.
일 실시예에서, 에어로졸화 가능 재료는 활성 재료, 에어로졸 형성 재료 및 선택적으로 하나 이상의 기능성 재료들을 포함할 수 있다. 활성 재료는 니코틴(담배 또는 담배 파생품에 선택적으로 보유됨) 또는 하나 이상의 다른 비후각(non-olfactory) 생리학적 활성 재료들을 포함할 수 있다. 비후각 생리학적 활성 재료는 후각 지각 이외의 생리적 반응을 달성하기 위해 에어로졸화 가능 재료에 포함되는 재료이다.
에어로졸 형성 재료는 글리세린, 글리세롤, 프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜, 1,3-부틸렌 글리콜, 에리트리톨, 메조-에리트리톨, 에틸 바닐라레이트, 에틸 라우레이트, 디에틸 수베레이트, 트리에틸 시트레이트, 트리아세틴, 디아세틴 혼합물, 벤질 벤조에이트, 벤질 페닐 아세테이트, 트리부티린, 라우릴 아세테이트, 라우르산, 미리스트산 및 프로필렌 카보네이트 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
하나 이상의 기능성 재료들은 향미들, 캐리어들, pH 조절제들, 안정화제들, 및/또는 항산화제들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 불연성 에어로졸 제공 디바이스와 함께 사용하기 위한 물품은 에어로졸화 가능 재료 또는 에어로졸화 가능 재료를 수용하기 위한 영역을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 불연성 에어로졸 제공 디바이스와 함께 사용하기 위한 물품은 마우스피스를 포함할 수 있다. 에어로졸화 가능 재료를 수용하기 위한 영역은 에어로졸화 가능 재료를 저장하기 위한 저장 영역일 수 있다. 예컨대, 저장 영역은 저장소일 수 있다. 일 실시예에서, 에어로졸화 가능 재료를 수용하기 위한 영역은 에어로졸 생성 영역과 분리되거나 이와 결합될 수 있다.
본원에서 에어로졸 생성 재료로 또한 지칭될 수 있는 에어로졸화 가능 재료는 예를 들어 임의의 다른 방식으로 가열, 조사 또는 에너지 공급될 때 에어로졸을 생성할 수 있는 재료이다. 에어로졸화 가능 재료는 예컨대 니코틴 및/또는 가향제들을 보유하거나 또는 보유하지 않을 수 있는 고체, 액체 또는 겔 형태일 수 있다. 일부 실시예들에서, 에어로졸화 가능 재료는 "모놀리식 고체"(즉, 비-섬유질)로서 대안적으로 지칭될 수 있는 "비정질 고체"를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 비정질 고체는 건조 겔일 수 있다. 비정질 고체는 일부 유체, 이를테면 액체를 내부에 유지할 수 있는 고체 재료이다.
에어로졸화 가능 재료는 기재 상에 존재할 수 있다. 기재는 예를 들어 종이, 카드, 판지, 카드보드, 재생 에어로졸화 가능 재료, 플라스틱 재료, 세라믹 재료, 복합 재료, 유리, 금속 또는 금속 합금이거나 이를 포함할 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른, 일반적으로 참조 번호 10으로 표시된 시스템의 블록도이다. 시스템(10)은 직류(DC) 전압 공급장치(11)의 형태의 전력 소스, 스위칭 어레인지먼트(13), 공진 회로(14), 서셉터 어레인지먼트(16) 및 제어 회로(18)를 포함한다. 스위칭 어레인지먼트(13) 및 공진 회로(14)는 유도성 가열 어레인지먼트(12)에서 함께 커플링될 수 있다.
공진 회로(14)는 커패시터, 및 에어로졸 생성 재료를 가열하기 위해 서셉터 어레인지먼트(16)를 유도 가열하기 위한 하나 이상의 유도성 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 에어로졸 생성 재료를 가열하면, 이에 의해 에어로졸이 생성될 수 있다.
스위칭 어레인지먼트(13)는 교류 전류가 DC 전압 공급장치(11)로부터 생성되는 것을 가능하게 할 수 있다. 교류 전류는 하나 이상의 유도성 엘리먼트들을 통해 흐를 수 있고, 서셉터 어레인지먼트의 가열을 야기할 수 있다. 스위칭 어레인지먼트는 복수의 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 예시적인 DC-AC 변환기들은 H-브리지 또는 인버터 회로들을 포함하며, 이의 예들은 아래에서 논의된다. 의사 AC 신호를 생성하는 DC 전압 공급장치(11)의 제공은 필수 특징이 아니며; 예컨대 제어 가능한 AC 공급장치 또는 AC-AC 변환기가 제공될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 따라서, AC 입력은 (이를테면, 주 공급장치 또는 인버터로부터) 제공될 수 있다.
스위칭 어레인지먼트(13) 및 공진 회로(14)의 예시적인 어레인지먼트들은 도 5 내지 도 14에서 더 상세히 논의된다.
도 2 및 도 3은 예시적인 실시예에 따른, 일반적으로 참조 번호 20으로 표시된 불연성 에어로졸 제공 디바이스를 도시한다. 도 2는 외부 커버를 갖는 에어로졸 제공 디바이스(20A)의 사시도이다. 에어로졸 제공 디바이스(20A)는 에어로졸 제공 디바이스(20A)에 삽입될 수 있는 교체 가능한 물품(21)을 포함하여, 물품(21) 내에 포함되는(또는 다른 곳에 제공되는) 서셉터의 가열을 가능하게 할 수 있다. 에어로졸 제공 디바이스(20A)는 에어로졸 제공 디바이스(20A)를 스위치-온 또는 스위치-오프하기 위해 사용될 수 있는 활성화 스위치(22)를 더 포함할 수 있다. 에어로졸 제공 디바이스(20)의 추가 엘리먼트들이 도 3에 예시된다.
도 3은 외부 커버가 제거된 에어로졸 제공 디바이스(20B)를 도시한다. 에어로졸 생성 디바이스(20B)는 물품(21), 활성화 스위치(22), 복수의 유도성 엘리먼트들(23a, 23b 및 23c), 및 하나 이상의 에어 튜브 확장기들(24 및 25)을 포함한다. 하나 이상의 에어 튜브 확장기들(24 및 25)은 선택적일 수 있다.
복수의 유도성 엘리먼트들(23a, 23b 및 23c)은 각각 공진 회로(14)와 같은 공진 회로의 일부를 형성할 수 있다. 유도성 엘리먼트(23a)는 나선형 인덕터 코일을 포함할 수 있다. 일 예에서, 나선형 인덕터 코일은 나선형 인덕터 코일을 제공하기 위해 나선 형식으로 권취되는 Litz 와이어/케이블로 만들어진다. 인쇄 회로 기판 내에 형성된 인덕터들과 같은 많은 대안적인 인덕터 형성들이 가능하다. 유도성 엘리먼트들(23b 및 23c)은 유도성 엘리먼트(23a)와 유사할 수 있다. 3개의 유도성 엘리먼트들(23a, 23b 및 23c)의 사용은 모든 예시적인 실시예들에 필수적인 것은 아니다. 따라서, 에어로졸 생성 디바이스(20)는 하나 이상의 유도성 엘리먼트들을 포함할 수 있다.
서셉터는 물품(21)의 일부로서 제공될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 에어로졸 생성 디바이스에 물품(21)이 삽입될 때, 물품(21)의 삽입에 의해 에어로졸 생성 디바이스(20)가 턴-온(turn-on)될 수 있다. 이는, 예컨대, 적절한 센서(예컨대, 광센서)를 사용하거나, 또는 서셉터가 물품(21)의 일부를 형성하는 경우들에서는 공진 회로(14)를 사용하여 서셉터의 존재를 검출함으로써, 에어로졸 생성 디바이스에서의 물품(21)의 존재를 검출하기 때문일 수 있다. 에어로졸 생성 디바이스(20)가 턴-온될 때, 유도성 엘리먼트들(23)은 물품(21)으로 하여금 서셉터를 통해 유도 가열되게 할 수 있다. 대안적인 실시예에서, 서셉터는 에어로졸 생성 디바이스(20)의 일부로서 (예를 들어, 물품(21)을 수용하기 위한 홀더의 일부로서) 제공될 수 있다.
도 4는 예시적인 실시예에 따른, 일반적으로 참조 번호 30으로 표시되며, 불연성 에어로졸 제공 디바이스와 함께 사용하기 위한 물품의 도면이다. 물품(30)은 도 2 및 도 3을 참조하여 앞서 설명된 교체 가능한 물품(21)의 예이다.
물품(30)은 마우스피스(31), 및 마우스피스(31)에 연결된 에어로졸 생성 재료(33)(본 경우에서는 담배 재료)의 실린더형 로드를 포함한다. 에어로졸 생성 재료(33)는 본원에서 설명되는 바와 같이, 예를 들어 에어로졸 생성 디바이스(20)와 같은 불연성 에어로졸 생성 디바이스 내에서, 가열될 때 에어로졸을 제공한다. 에어로졸 생성 재료(33)는 래퍼(wrapper)(32)로 래핑된다(wrapped). 래퍼(32)는 예를 들어 종이 또는 페이퍼-백(paper-backed) 포일 래퍼일 수 있다. 래퍼(32)는 공기에 대해 실질적으로 불투과성일 수 있다.
일 실시예에서, 래퍼(32)는 알루미늄 포일을 포함한다. 알루미늄 포일은 에어로졸 생성 재료(33) 내에서 에어로졸 형성을 향상시키는데 특히 효과적인 것으로 밝혀졌다. 일 예에서, 알루미늄 포일은 약 6㎛의 두께를 갖는 금속 층을 갖는다. 알루미늄 포일은 종이 뒤판을 가질 수 있다. 그러나, 대안적인 어레인지먼트들에서, 알루미늄 포일은 다른 두께들, 예를 들어 4μm 내지 16μm의 두께를 가질 수 있다. 알루미늄 포일은 또한 종이 뒤판을 가질 필요가 없지만, 예를 들어 포일에 적절한 인장 강도를 제공하는데 도움이 되도록 다른 재료들로 형성된 뒤판을 가질 수 있거나 또는 뒤판 재료를 갖지 않을 수 있다. 알루미늄 이외의 금속 층들 또는 포일들이 또한 사용할 수 있다. 더욱이, 그러한 금속 층들이 물품(30)의 일부로서 제공되는 것이 필수적이지는 않으며; 예를 들어, 그러한 금속 층이 장치(20)의 일부로서 제공될 수 있다.
본원에서 에어로졸 생성 기재(33)로서 또한 지칭되는 에어로졸 생성 재료(33)는 적어도 하나의 에어로졸 형성 재료를 포함한다. 본 예에서, 에어로졸 형성 재료는 글리세롤이다. 대안적인 예들에서, 에어로졸 형성 재료는 또한 본원에서 설명된 바와 같은 다른 재료 또는 이들의 조합일 수 있다. 에어로졸 형성 재료는 에어로졸 생성 재료로부터의 향미 화합물들과 같은 화합물들을 소비자에게 전달하는데 도움을 줌으로써 물품의 감각 성능을 향상시키는 것으로 밝혀졌다.
도 4에 도시된 바와 같이, 물품(30)의 마우스피스(31)는 에어로졸 생성 기재(33)에 인접한 업스트림 단부(31a) 및 에어로졸 생성 기재(33)로부터 먼 쪽에 있는 다운스트림 단부(31b)를 포함한다. 에어로졸 생성 기재는 담배를 포함할 수 있지만, 대안들이 가능하다.
본 예에서, 마우스피스(31)는 중공 관형 엘리먼트(34)의 상류에 있는, 본 예에서는 중공 관형 엘리먼트(34)의 근처에 있으면서 그것과 인접 관계에 있는 재료 본체(36)를 포함한다. 재료 본체(36) 및 중공 관형 엘리먼트(34) 각각은 실질적으로 원통형인 전체 외부 형상을 정의하고, 공통 길이방향 축을 공유한다. 재료 본체(36)는 제1 플러그 랩(37)으로 래핑된다. 제1 플러그 랩(37)은 50gsm 미만, 이를테면 약 20gsm 내지 40gsm의 평량을 가질 수 있다.
본 예에서, 중공 관형 엘리먼트(34)는 제1 중공 관형 엘리먼트(34)이고, 마우스피스는 제1 중공 관형 엘리먼트(34)의 상류에 있으며 냉각 엘리먼트로서 또한 지칭되는 제2 중공 관형 엘리먼트(38)를 포함한다. 본 예에서, 제2 중공 관형 엘리먼트(38)는 재료 본체(36)의 상류에 있고, 그것의 근처에 있으면서 그것과 인접 관계에 있다. 재료 본체(36) 및 제2 중공 관형 엘리먼트(38) 각각은 실질적으로 원통형인 전체 외부 형상을 정의하고, 공통 길이방향 축을 공유한다. 제2 중공 관형 엘리먼트(38)는 관형 엘리먼트(38)를 형성하기 위해 버티드 이음매(butted seam)들로 평행하게 권취되는 복수의 종이 층들로 형성된다. 본 예에서, 제1 및 제2 종이 층들은 2겹 튜브로 제공되지만, 다른 예들에서는 3개, 4개 또는 그 초과의 종이 층들은 3개, 4개 또는 그 초과 수의 겹 튜브들을 형성하는데 사용될 수 있다. 나선형으로 권취된 종이 층들, 카드보드 튜브들, papier-mache 타입 프로세스를 사용하여 형성된 튜브들, 성형 또는 압출 플라스틱 튜브들 등과 같은 다른 구성들이 사용될 수 있다. 제2 중공 관형 엘리먼트(38)는 또한 본원에서 설명된 제2 플러그 랩(39) 및/또는 티핑 종이(35)로서 강성 플러그 랩 및/또는 티핑 종이를 사용하여 형성될 수 있는데, 이는 별개의 관형 엘리먼트가 필요하지 않다는 것을 의미한다.
제2 중공 관형 엘리먼트(38)는 냉각 세그먼트로서 작용하는, 마우스피스(31) 내의 에어 갭 주위에 위치되어 이를 정의한다. 에어 갭은 에어로졸 생성 재료(33)에 의해 생성된 가열된 휘발 성분들이 흐를 수 있게 하는 챔버를 제공한다. 제2 중공 관형 엘리먼트(38)는 에어로졸 축적을 위한 챔버를 제공하기 위해 중공이지만, 제조 동안 및 물품(21)이 사용되는 동안 발생할 수 있는 축방향 압축력들 및 굽힘 모멘트들에 견디기에 충분히 강성이다. 제2 중공 관형 엘리먼트(38)는 에어로졸 생성 재료(33)와 재료 본체(36) 사이에 물리적 변위를 제공한다. 제2 중공 관형 엘리먼트(38)에 의해 제공되는 물리적 변위는 제2 중공 관형 엘리먼트(38)의 길이에 걸쳐 열 구배를 제공할 것이다.
물론, 물품(30)은 단지 예시로서만 제공된다. 당업자는 본원에서 설명된 시스템들에서 사용될 수 있는 그러한 물품의 많은 대안적인 어레인지먼트들을 알고 있을 것이다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른, 일반적으로 참조 번호 40으로 표시된 회로의 블록도이다. 회로(40)는 포지티브 단자(47) 및 네거티브 (접지) 단자(48)를 포함한다(이들은 앞서 설명된 시스템(10)의 DC 전압 공급장치(11)의 예시적인 구현이다). 회로(40)는 스위칭 어레인지먼트(44)(앞서 설명된 스위칭 어레인지먼트(13)를 구현함)를 포함하고, 여기서 스위칭 어레인지먼트(44)는 브리지 회로(예를 들어, FET H-브리지 회로와 같은 H-브리지 회로)를 포함한다. 스위칭 어레인지먼트(44)는 제1 회로 브랜치(44a) 및 제2 회로 브랜치(44b)를 포함하고, 여기서 제1 회로 브랜치(44a) 및 제2 회로 브랜치(44b)는 공진 회로(49)(앞서 설명된 공진 회로(14)를 구현함)에 의해 커플링될 수 있다. 제1 회로 브랜치(44a)는 스위치들(45a 및 45b)을 포함하고, 제2 회로 브랜치(44b)는 스위치들(45c 및 45d)을 포함한다. 스위치들(45a, 45b, 45c 및 45d)은 전계 효과 트랜지스터(FET)들과 같은 트랜지스터들일 수 있고, 시스템(10)의 제어 회로(18)와 같은 제어기로부터 입력들을 수신할 수 있다. 공진 회로(49)는 공진 회로(49)가 LC 공진 회로일 수 있도록 커패시터(46) 및 유도성 엘리먼트(43)를 포함한다. 회로(40)는 서셉터 등가 회로(42)(이에 의해 서셉터 어레인지먼트(16)를 구현함)를 추가로 도시한다. 서셉터 등가 회로(42)는 예시적인 서셉터 어레인지먼트(16)의 전기 효과를 표시하는 저항 및 유도성 엘리먼트를 포함한다. 서셉터가 존재할 때, 서셉터 어레인지먼트(42) 및 유도성 엘리먼트(43)는 변압기(41)로서 작용할 수 있다. 변압기(41)는 회로(40)가 전력을 수신할 때 서셉터가 가열되도록 가변 자기장을 발생할 수 있다. 서셉터 어레인지먼트(16)가 유도성 어레인지먼트에 의해 가열되는 가열 동작 동안, 스위칭 어레인지먼트(44)는 (예를 들어, 제어 회로(18)에 의해) 구동되어, 제1 및 제2 브랜치들 각각은 교류 전류가 공진 회로(14)를 통과하도록 교대로 커플링된다. 공진 회로(14)는 서셉터 어레인지먼트(16)에 부분적으로 기반한 공진 주파수를 가질 것이며, 제어 회로(18)는 공진 주파수 또는 공진 주파수에 가까운 주파수에서 스위칭하도록 스위칭 어레인지먼트(44)를 제어하도록 구성될 수 있다. 스위칭 회로를 공진에서 또는 거의 공진에서 구동시키면, 효율성이 개선되고, 스위칭 엘리먼트들에서 손실되는 에너지(이는 스위칭 엘리먼트들의 불필요한 가열을 유발함)가 감소된다. 알루미늄 포일을 포함하는 물품(21)이 가열되는 예에서, 스위칭 어레인지먼트(44)는 약 2.5MHz의 주파수에서 구동될 수 있다. 그러나, 다른 구현들에서, 주파수는 예를 들어 500kHz 내지 4MHz 사이의 임의의 위치에 있을 수 있다.
서셉터는 교류 자기장과 같은 가변 자기장의 침투로 가열 가능한 재료이다. 가열 재료는 전기 전도성 재료일 수 있으며, 이 가열 재료에의 가변 자기장의 침투는 가열 재료의 유도 가열을 유발한다. 가열 재료는 자기 재료일 수 있으며, 이에 따라 가열 재료에의 가변 자기장의 침투는 가열 재료의 자기 히스테리시스 가열을 유발한다. 가열 재료는 전기 전도성 재료 및 자기 재료 둘 모두일 수 있으며, 이에 따라 가열 재료는 가열 메커니즘들 둘 모두에 의해 가열가능하다.
유도 가열은 가변 자기장을 전기 전도성 물체에 침투시킴으로써 전기 전도성 물체가 가열되는 프로세스이다. 이 프로세스는 패러데이의 유도 법칙과 옴의 법칙에 의해 설명된다. 유도 히터는 교류 전류와 같은 가변 전류를 전자석을 통해 통과시키기 위한 전자석 및 디바이스를 포함할 수 있다. 전자석에 의해 발생된 결과적인 가변 자기장이 가열될 물체에 침투하도록 전자석 및 가열될 물체가 적절하게 상대적으로 포지셔닝될 때, 하나 이상의 와전류들이 그 물체 내에서 생성된다. 그 물체는 전류들의 흐름에 대한 저항을 갖고 있다. 따라서, 이러한 와전류들이 물체에서 생성될 때, 물체의 전기 저항에 대한 와전류들의 흐름으로 물체가 가열된다. 이러한 프로세스는 줄(Joule), 오믹(ohmic) 또는 저항 가열로 불린다. 유도 가열될 수 있는 물체는 서셉터로 알려져 있다.
일 실시예에서, 서셉터는 폐쇄 회로의 형태이다. 일부 실시예들에서, 서셉터가 폐쇄 회로의 형태일 때, 사용중인 전자석과 서셉터 사이의 자기 결합이 향상되며, 이는 결국 더 큰 또는 개선된 줄 가열을 초래한다는 것이 밝혀졌다.
자기 히스테리시스 가열은 자성 재료로 만들어진 물체에 가변 자기장을 침투시킴으로써 그 물체가 가열되는 프로세스이다. 자기 재료는 많은 원자 규모(atomic-scale)의 자석들 또는 자기 쌍극자들을 포함하는 것으로 고려될 수 있다. 자기장이 이러한 재료에 침투할 때, 자기 쌍극자들은 자기장과 정렬된다. 따라서, 예를 들어 전자석에 의해 발생된 교류 자기장과 같은 가변 자기장이 자기 재료에 침투할 때, 자기 쌍극자들의 배향은 인가된 가변 자기장에 따라 변한다. 이러한 자기 쌍극자 재배향은 자성 재료에 열이 생성되게 한다.
물체가 전기 전도성과 자성 둘 모두를 가질 때, 가변 자기장이 물체에 침투하면, 물체에서 줄 가열과 자기 히스테리시스 가열 둘 모두가 유발될 수 있다. 더욱이, 자기 재료의 사용은 자기장을 강화할 수 있으며, 이는 줄 가열을 강화할 수 있다.
앞의 프로세스들 각각에서, 외부 열 소스에 의한 열 전도에 의해서 보다는 물체 자체 내부에서 열이 생성되기 때문에, 특히 적합한 물체 재료 및 기하학적 구조, 및 물체에 대한 적절한 가변 자기장 크기 및 배향의 선택을 통해, 물체 내부에서의 급격한 온도 상승과 보다 균일한 열 분포가 달성될 수 있다. 더욱이, 유도 가열 및 자기 히스테리시스 가열은 가변 자기장의 소스와 물체 사이에 물리적 연결이 제공될 필요가 없기 때문에, 가열 프로파일에 대한 설계 자유도 및 제어가 더 클 수 있고, 비용이 더 낮을 수 있다.
도 6은 예시적인 실시예에 따른, 일반적으로 참조 번호 50으로 표시된 시스템의 블록도이다. 시스템(50)은 공진 회로(51)(공진 회로(14)와 유사함), 스위칭 어레인지먼트(52)(스위칭 어레인지먼트(13)와 유사함), 및 기재(53)를 포함한다. 도 5에 대해 앞서 논의된 바와 같이, 공진 회로(51)는 하나 이상의 유도성 엘리먼트들을 포함할 수 있고, 스위칭 어레인지먼트(52)는 복수의 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 유도성 엘리먼트들은 기재(53)의 제1 외부 표면(54) 상에 장착될 수 있다. 복수의 트랜지스터들은 기재(53)의 제2 외부 표면(55) 상에 장착될 수 있다. 기재(53)는 PCB(printed circuit board)일 수 있다. 공진 회로(51)는 커패시터를 포함할 수 있지만, 아래에서 유의되는 바와 같이, 커패시터는 시스템(50)의 다른 곳에 제공될 수 있다.
공진 회로(51) 및 스위칭 어레인지먼트(52)는 시스템(50)의 전체 온도를 상승시킬 수 있는 열을 생성할 수 있다. 공진 회로(51)(또는 이것의 적어도 하나 이상의 유도성 엘리먼트들)를 제1 표면(54) 상에 장착하고 스위칭 어레인지먼트(52)를 제2 표면(55) 상에 장착하여, 공진 회로(51) 및 스위칭 어레인지먼트(52)가, 적어도 부분적으로, 기재(53)에 의해 서로 열적으로 분리될 수 있게 하는 것이 유리할 수 있다.
도 7은 예시적인 실시예에 따른, 일반적으로 참조 번호 60A로 표시된 시스템의 블록도이다. 시스템(60A)(단면도를 도시함)은 기재(53), 기재(53)의 제1 외부 표면(54) 상에 장착된 공진 회로(51)의 하나 이상의 유도성 엘리먼트들, 기재(53)의 제2 외부 표면(55) 상에 장착된 스위칭 어레인지먼트(52)의 복수의 트랜지스터들, 및 방열판(61)을 포함한다. 공진 회로(51)의 하나 이상의 유도성 엘리먼트들은 연결부들(62)을 통해 방열판(61)에 열적으로 연결되고, 스위칭 어레인지먼트(52)의 복수의 트랜지스터들은 연결부들(63)을 통해 방열판(61)에 열적으로 연결된다.
예시적인 실시예에서, 스위칭 어레인지먼트(52)는 하나 이상의 집적 회로들을 사용하여 구현될 수 있다. 집적 회로들은 그 집적 회로들에 대한 핸들링 등으로 인한 손상에 대해서 어느 정도의 보호를 제공하는 보호 재료(이를테면, 플라스틱) 내에 제공될 수 있다. 이러한 어레인지먼트들은 전형적으로 패키지들(또는 때로는 전기 패키지들)로 알려져 있다. 비록 패키지들이 보호 재료 내에 내장된(또는 보호 재료로 덮인) 집적 회로에 대한 보호를 제공하지만, 열 방산이 부정적인 영향을 받을 수 있다. 스위칭 어레인지먼트(52)의 복수의 트랜지스터들은 하나 이상의 플랫 무연 패키지들을 사용하여 구현될 수 있다. 플랫 무연 패키지들은 DFN(dual-flat no-leads) 패키지들, QFN(quad-flat no-leads) 패키지들 또는 유사한 패키지들일 수 있다.
DFN 또는 QFN 패키지들의 사용은 스위칭 어레인지먼트(52)로부터, DFN/QFN 패키지들이 상부에 장착될 수 있는 기재(53)로의 향상된 열 방산을 가능하게 할 수 있다. DFN 및 QFN 패키지들은 전형적으로 열 방산을 향상시킬 수 있는 노출된 열 패드(즉, 보호 재료로 덮이지 않은 적어도 하나의 노출된 표면을 갖는 엘리먼트, 이를테면 금속 엘리먼트)를 포함한다. 향상된 열 방산은 DFN 또는 QFN 패키지들을 사용하지 않는 다른 형태들의 집적 회로들을 사용하여 달성가능할 것보다 더 큰 열을 생성하는 부하들에서 스위칭 어레인지먼트(52)가 작동가능하게 할 수 있다.
방열판(61)은 증가된 열 방산을 제공할 수 있고, 이에 의해 인쇄 회로 기판의 온도를 임계 온도 미만으로 유지하는 것을 허용할 수 있다. 열 방산(61)은 기재(53)의 제1 외부 표면(54) 상에 형성될 수 있다. 방열판(61)(그리고 본원에 설명된 다른 방열판들)은 예를 들어 열을 흡수, 확산 및 방산시키기 위해 구리 덩어리(예를 들어, 구리면)의 형태일 수 있다. 당업자는 대안적인 어레인지먼트들을 알고 있을 것이다.
방열판(61)은, 공진 회로(51)가 연결부들(62)을 통해서만 방열판(61)에 열적으로 연결될 수 있도록 배열될 수 있다. 이로서, 방열판(61)의 나머지 표면은 유체, 이를테면 공기, 또는 임의의 다른 냉각 매질에 의해 공진 회로(51)의 표면으로부터 격리될 수 있다.
스위칭 어레인지먼트(52)가 하나 이상의 플랫 무연 패키지들을 사용하여 구현되는 구현들에서, 연결부들(63)은 열 패드로부터 방열판(61)으로 연장될 수 있다. 연결부들(63)은 예를 들어 비아들의 형태로 기재(63)를 통과할 수 있다.
도 8은 예시적인 실시예에 따른, 일반적으로 참조 번호 60B로 표시되는, 시스템(60A)의 상면도이다. 상면도(60B)에 예시된 바와 같이, 방열판(61) 및 공진 회로(51)(또는 적어도 그것의 유도성 엘리먼트(들))는 예를 들어 단락들을 방지하기 위해 갭(64) 또는 다른 전기 절연 재료에 의해 격리될 수 있다.
도 9는 예시적인 실시예에 따른, 일반적으로 참조 번호 70으로 표시된 시스템의 블록도이다. 시스템(70)은 기재(53), 기재(53)의 제1 외부 표면(54) 상에 장착된 공진 회로(51)의 하나 이상의 유도성 엘리먼트들, 기재(53)의 제2 외부 표면(55) 상에 장착된 스위칭 어레인지먼트(52)의 복수의 트랜지스터들, 및 방열판(71)을 포함한다. 공진 회로(51)의 하나 이상의 유도성 엘리먼트들은 연결부들(72)을 통해 방열판(71)에 열적으로 연결되고, 스위칭 어레인지먼트(52)의 복수의 트랜지스터들은 연결부들(73)을 통해 방열판(71)에 열적으로 연결된다. 방열판(71)은 기재(53)의 제2 외부 표면(55) 상에 형성될 수 있다.
방열판(71)은, 스위칭 어레인지먼트(52)가 연결부들(73)을 통해서만 방열판(71)에 열적으로 연결될 수 있도록 배열될 수 있다. 이로서, 방열판(71)의 나머지 표면은 유체, 이를테면 공기, 또는 임의의 다른 냉각 매질에 의해 스위칭 어레인지먼트(52)의 표면으로부터 격리될 수 있다.
스위칭 어레인지먼트(52)가 하나 이상의 플랫 무연 패키지들을 사용하여 구현되는 구현들에서, 열 패드는 방열판(71)에 직접 연결될 수 있다. 열 패드는 집적 회로로부터 전기적으로 분리된다.
도 10은 예시적인 실시예에 따른, 일반적으로 참조 번호 70B로 표시되는, 시스템(70A)의 저면도이다. 저면도(70B)에 예시된 바와 같이, 방열판(71) 및 스위칭 어레인지먼트(52)는 예를 들어 단락들을 방지하기 위해 갭(74) 또는 다른 전기 절연 재료에 의해 격리될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 방열판들(61 및/또는 71)은 구리 열 저장소일 수 있다. 대안적으로, 방열판들(61 및/또는 71)은 알루미늄 열 저장소일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 방열판들(61 및/또는 71)은 기면일 수 있다.
방열판들(61 및 71)과 같은 방열판은 더 높은 온도의 디바이스에서 더 낮은 온도의 유체 매질로 열 에너지를 전달한다. 유체 매질은 흔히 공기이지만 물, 냉매들 또는 오일일 수도 있다. 유체 매질이 물인 경우, 방열판은 흔히 냉각판으로 불린다. 방열판은 온도를 크게 변화시키지 않으면서 임의의 양의 열을 흡수할 수 있는 열 저장소일 수 있다.
도 11은 예시적인 실시예에 따른, 일반적으로 참조 번호 80으로 표시된 시스템의 블록도이다. 시스템(80)은 공진 회로(51), 스위칭 어레인지먼트(52), 및 기재(81)를 포함한다. 기재(81)는 인쇄 회로 기판일 수 있다. 인쇄 회로 기판은 복수의 층들(82)을 포함하는 다층 인쇄 회로 기판일 수 있다.
도 12는 예시적인 실시예에 따른, 일반적으로 참조 번호 90으로 표시된 시스템의 블록도이다. 시스템(90)은 공진 회로(51), 스위칭 어레인지먼트(52), 기재(92), 및 방열판(91)을 포함한다. 기재(92)는 다층 인쇄 회로 기판일 수 있다. 방열판(91)은 기재(92)의 내부 층 상에 적어도 부분적으로 형성될 수 있고, 그 기재(92)는 다층 인쇄 회로 기판이다. 공진 회로(51)는 연결부들(93)을 통해 방열판(91)에 열적으로 연결될 수 있고, 스위칭 어레인지먼트(52)는 연결부들(94)을 통해 방열판(91)에 열적으로 연결될 수 있다.
도 13은 예시적인 실시예에 따른, 일반적으로 참조 번호 100으로 표시된 시스템의 블록도이다. 시스템(100)은 공진 회로(51), 스위칭 어레인지먼트(52), 기재(101), 및 복수의 층들(102, 103, 및 104)을 포함한다. 층들은 기재(101)의 제1 외부 표면 상에 형성된 층(103), 기재(101)의 내부 층 상에 형성된 층(102), 및 기재(101)의 제2 외부 표면 상에 형성된 층(104)을 포함한다. 층들(102 내지 104) 중 하나 이상이 방열판으로 사용될 수 있다. 더욱이, 층들 중 하나 이상은 일부 다른 목적들(예를 들어, 전기 신호의 라우팅)을 위해 사용될 수 있다.
예로서, 공진 회로(51)는 (예를 들어, 각각 연결부들(109, 105, 및 108)을 통해) 층들(102 내지 104) 중 하나 이상에 열적으로 및/또는 전기적으로 연결될 수 있다. 유사하게, 스위칭 어레인지먼트(52)는 (예를 들어, 각각 연결부들(110, 107, 및 106)을 통해) 층들(102 내지 104) 중 하나 이상에 열적으로 또는 전기적으로 연결될 수 있다.
앞서 설명된 예시적인 어레인지먼트들 중 일부에서, 공진 회로는 기재(예를 들어, 인쇄 회로 기판)의 제1 외부 표면 상에 제공되었고, 스위칭 어레인지먼트는 기재의 제2 외부 표면 상에 제공되었으며, 공진 회로는 하나 또는 더 많은 유도성 엘리먼트들 및 적어도 하나의 커패시터를 포함한다. 이것이 모든 실시예들에 필수적인 것은 아니다. 예를 들어, 도 14는, 일반적으로 참조 번호(110)로 표시되며, 하나 이상의 유도성 엘리먼트들(111), 스위칭 어레인지먼트(112) 및 적어도 하나의 용량성 엘리먼트(113)를 포함하는 시스템의 블록도이다. 유도성 엘리먼트(들) 및 용량성 엘리먼트(들)는 하나 이상의 공진 회로들을 형성한다. 하나 이상의 유도성 엘리먼트들은 기재(114)의 제1 외부 표면(115) 상에 장착된다. 스위칭 어레인지먼트(예를 들어, 앞서 논의된 바와 같이, 복수의 트랜지스터들)는 기재(114)의 제2 외부 표면(116) 상에 장착된다. 예시적인 시스템(110)에서, 커패시터(들)는 또한 기재의 제2 외부 표면(116) 상에 장착된다.
도 15는 예시적인 실시예에 따른, 일반적으로 참조 번호 200으로 표시된 시스템의 블록도이다. 시스템(200)은 앞서 설명된 시스템(10)의 공진 회로(14) 및 서셉터(16)를 포함한다. 시스템(200)은 임펄스 생성 회로(202) 및 임펄스 응답 프로세서(204)를 더 포함한다. 임펄스 생성 회로(202) 및 임펄스 응답 프로세서(204)는 시스템(10)의 제어 회로(18)의 일부로서 구현될 수 있다.
임펄스 생성 회로(202)는 포지티브 전압 소스와 네거티브 전압 소스 사이를 스위칭함으로써 임펄스를 생성하기 위해 제1 스위칭 어레인지먼트(예컨대, H-브리지 회로)를 사용하여 구현될 수 있다. 예컨대, 도 5를 참조하여 앞서 설명된 스위칭 어레인지먼트(44)가 사용될 수 있다. 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이, 임펄스 생성 회로(202)는 (스위칭 어레인지먼트가 접지되도록) 스위치들(45b 및 45d) 둘 모두가 온(ON)이고 스위치들(45a 및 45b)이 오프(OFF)인 상태로부터 제1 및 제2 회로 브랜치들(44a 및 44b) 중 하나의 스위치 상태들이 반전되는 상태로 스위치 어레인지먼트(44)의 FET들의 스위칭 상태들을 변경함으로써 임펄스를 생성할 수 있다. 임펄스 생성 회로(202)는 대안적으로 펄스 폭 변조(PWM) 회로를 사용하여 제공될 수 있다. 다른 임펄스 생성 어레인지먼트들이 또한 가능하다.
임펄스 응답 프로세서(204)는 임펄스 응답에 기반하여 공진 회로(14) 및 서셉터(16)의 하나 이상의 성능 메트릭들(또는 특성들)을 결정할 수 있다. 이러한 성능 메트릭들은 물품(이를테면, 제거 가능한 물품(21))의 속성들, 그러한 물품의 존재 또는 부재, 물품의 타입, 동작 온도 등을 포함한다.
도 16은 예시적인 실시예에 따른, 일반적으로 참조 번호 210으로 표시된 알고리즘을 도시하는 흐름도이다. 알고리즘(210)은 시스템(200)의 예시적인 사용을 도시한다.
알고리즘(210)은 (임펄스 생성 회로(202)에 의해 생성된) 임펄스가 공진 회로(14)에 인가되는 동작(212)에서 시작한다. 도 17은, 일반적으로 참조 번호 220으로 표시되며, 동작(212)에서 인가될 수 있는 예시적인 임펄스를 도시하는 플롯이다.
임펄스는 공진 회로(14)에 인가될 수 있다. 대안적으로, (도 2 및 도 3을 참조하여 앞서 설명된 불연성 에어로졸 어레인지먼트(20)와 같은) 다수의 유도성 엘리먼트들을 갖는 시스템들에서, 임펄스 생성 회로(202)는 복수의 공진 회로들 중 하나를 선택할 수 있으며, 각각의 공진 회로는 커패시터 및 서셉터를 유도 가열하기 위한 유도성 엘리먼트를 포함하며, 인가된 임펄스는 선택된 공진 회로의 유도성 엘리먼트와 커패시터 사이에 임펄스 응답을 유도한다.
동작(214)에서, 동작(212)에서 인가된 임펄스에 대한 응답으로 생성되는 임펄스 응답에 기반하여 출력이 (임펄스 응답 프로세서(204)에 의해) 생성된다. 도 18은, 일반적으로 참조 번호 225로 표시되며, 임펄스(220)에 대한 응답으로 임펄스 응답 프로세서(204)에서 수신될 수 있는 예시적인 임펄스 응답을 도시하는 플롯이다. 도 18에 도시된 바와 같이, 임펄스 응답은 링잉 공진의 형태를 취할 수 있다. 임펄스 응답은 공진 회로(14)의 인덕터(들)와 커패시터 사이의 전하 바운싱(charge bouncing)의 결과이다. 하나의 어레인지먼트에서, 서셉터의 가열이 결과로서 유발되지 않는다. 즉, 서셉터의 온도는 (예를 들어, 임펄스를 인가하기 전의 온도의 ±1℃ 또는 ±0.1℃ 이내에서) 실질적으로 일정하게 유지된다.
(임펄스 응답의 주파수 및/또는 감쇠율과 같은) 임펄스 응답의 속성들 중 적어도 일부는 임펄스가 인가되는 시스템에 관한 정보를 제공한다. 따라서, 시스템(200)은 임펄스가 인가되는 시스템의 하나 이상의 속성들을 결정하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 결함 상태들, 삽입된 물품(21)의 속성들, 그러한 물품의 존재 또는 부재, 물품(21)이 진짜인지 여부, 동작 온도 등과 같은 하나 이상의 성능 속성들은 임펄스 응답으로부터 유도된 출력 신호에 기반하여 결정될 수 있다. 시스템(200)은 예를 들어 서셉터 어레인지먼트(16)의 가열을 수행하기 위해 시스템(10)을 사용하여 추가 액션들을 수행하기 위해서 (또는 원하는 경우 추가 액션들을 방지하기 위해) 시스템의 결정된 하나 이상의 속성들을 사용할 수 있다. 예를 들어, 결정된 동작 온도에 기반하여, 시스템(200)은 서셉터 어레인지먼트의 추가 가열을 야기하기 위해 유도 어레인지먼트에 어떤 레벨의 전력이 공급되어야 하는지 또는 전력이 조금이라도 공급되어야 하는지 여부를 선택할 수 있다. 물품(21)이 진짜인지 여부를 결정하는 것 또는 결함 상태들과 같은 일부 성능 속성들의 경우에, (임펄스 응답을 사용하여 측정되는) 시스템의 측정된 속성은 속성에 대한 예상 값 또는 값들의 범위와 비교될 수 있으며, 시스템(200)에 의해 취해진 액션들은 그 비교의 결과에 기반하여 수행된다.
도 19는 예시적인 실시예에 따른, 일반적으로 참조 번호 230으로 표시된 알고리즘을 도시하는 흐름도이다. 알고리즘(230)의 동작(232)에서, 임펄스는 임펄스 생성 회로(202)에 의해 공진 회로(14)에 인가된다. 따라서, 동작(232)은 앞서 설명된 동작(212)과 동일하다.
알고리즘(230)의 동작(234)에서, 인가된 임펄스에 대한 응답으로 유도된 임펄스 응답의 기간은 임펄스 응답 프로세서(204)에 의해 결정된다. 마지막으로, 동작(236)에서, (결정된 임펄스 응답 기간에 기반하여) 출력이 생성된다.
도 20은 예시적인 실시예에 따른, 일반적으로 참조 번호 380으로 표시된 회로 스위칭 어레인지먼트의 블록도이다. 스위칭 어레인지먼트(380)는 일반적으로 참조 번호 382로 표시된 제1 상태 및 일반적으로 참조 번호 383으로 표시된 제2 상태에서 회로(40)의 스위치 포지션들을 도시한다.
제1 상태(382)에서, 회로(40)의 스위치들(45a 및 45c)은 오프(off)이며(즉, 개방되며), 스위치들(45b 및 45d)은 온(on)이다(즉, 폐쇄된다). 제2 상태(383)에서, 스위치들(45a 및 45d)은 온이며(즉, 폐쇄되며), 스위치들(45b 및 45c)은 오프이다. 따라서, 제1 상태(382)에서, 공진 회로(49)의 양 측들은 접지에 연결된다. 제2 상태(383)에서, 전압 펄스(즉, 임펄스)가 공진 회로에 인가된다.
도 21은 예시적인 실시예에 따른, 일반적으로 참조 번호 390으로 표시된 회로 스위칭 어레인지먼트의 블록도이다. 스위칭 어레인지먼트(390)는 일반적으로 참조 번호 392로 표시된 제1 상태 및 일반적으로 참조 번호 393으로 표시된 제2 상태에서 회로(40)의 스위치 포지션들을 도시한다.
제1 상태(392)에서, 스위치(45b)는 온이며(즉, 폐쇄되며), 스위치들(45a, 45c, 및 45d)은 오프이다(즉, 개방된다). 따라서, 공진 회로(49)의 일 측은 접지된다. 제2 상태(393)에서, 전압 펄스(즉, 임펄스)가 공진 회로에 인가된다.
스위칭 어레인지먼트(380)의 제2 상태(382)에서, 전류는 제1 스위치(45a), 공진 회로(49) 및 스위치(45d)를 통해 흐를 수 있다. 이러한 전류 흐름은 전원(이를테면, 배터리)의 열 생성 및 방전으로 이어질 수 있다. 스위칭 어레인지먼트(390)의 제2 상태(393)에서, 전류는 스위치(45d)를 통해 흐르지 않을 것이다. 따라서, 열 생성 및 전원 방전이 감소될 수 있다. 더욱이, 각각의 임펄스의 생성 시 잡음 생성이 감소될 수 있다.
도 22는 예시적인 실시예에 따른, 일반적으로 참조 번호 400으로 표시되며, 알고리즘을 도시하는 흐름도이다. 알고리즘(400)은 본원에서 설명되는 시스템들의 예시적인 사용을 도시한다.
알고리즘(400)은 측정 동작(401)으로 시작한다. 측정 동작(401)은 예를 들어, 온도 측정을 포함할 수 있다. 다음으로, 동작(402)에서, 가열 동작이 수행된다. 가열 동작(402)의 구현은 측정 동작(401)의 출력에 의존할 수 있다. 가열 동작(402)이 완료되면, 알고리즘(400)은 동작(401)으로 되돌아가며, 여기서 측정 동작은 반복된다.
동작(401)은 임펄스가 임펄스 생성 회로(202)에 의해 인가되고 측정치(예를 들어, 온도 측정치)가 임펄스 응답 프로세서(204)의 출력에 기반하여 결정되는 시스템(200)에 의해 구현될 수 있다. 앞서 논의되는 바와 같이, 온도 측정은 예를 들어 감쇠율, 임펄스 응답 시간, 임펄스 응답 기간 등에 기반할 수 있다.
동작(402)은 시스템(10)의 서셉터(16)를 가열하기 위해 유도성 가열 어레인지먼트(12)를 제어함으로써 구현될 수 있다. 유도성 가열 어레인지먼트(12)는 효율적인 가열 프로세스를 야기하기 위해 공진 회로의 공진 주파수에서 또는 그 공진 주파수 근처에서 구동될 수 있다. 공진 주파수는 동작(401)의 출력에 기반하여 결정될 수 있다.
알고리즘(400)의 일 구현에서, 측정 동작은 제1 시간 기간 동안 수행되고, 가열 동작(402)은 제2 시간 기간 동안 수행되고, 그 후 프로세스가 반복된다. 예를 들어, 제1 시간 기간은 10ms일 수 있고, 제2 시간 기간은 250ms일 수 있지만, 다른 시간 기간들도 가능하다. 다시 말해서, 연속적인 가열 동작들 사이에서 측정 동작이 수행될 수 있다. 제2 시간 기간 동안 수행되는 가열 동작(402)은 제2 시간 기간의 전체 지속기간 동안 전력이 유도 코일에 공급된다는 것을 반드시 의미하지는 않는다는 점에 또한 유의해야 한다. 예를 들어, 전력은 단지 제2 시간 기간의 일부 동안만 공급될 수 있다.
대안적인 실시예에서, 알고리즘(400)은 요구되는 가열 레벨에 의존하여 지속기간을 갖는 가열 동작(402)으로 구현될 수 있다(가열 지속기간은 더 많은 가열이 요구되는 경우 증가되고 더 적은 가열이 요구되는 경우 감소된다). 이러한 알고리즘에서, 측정 동작(401)은 가열이 수행되고 있지 않을 때 간단히 수행될 수 있으므로, 가열 동작(402)은 측정 동작(401)을 수행하기 위해 인터럽트될 필요가 없다. 이러한 인터리브 가열 어레인지먼트(interleaved heating arrangement)는 가열 제어에 대한 펄스-폭-변조 접근법으로 지칭될 수 있다. 예로서, 펄스-폭-변조 방식은 100Hz 정도의 주파수에서 제공될 수 있으며, 여기서 각각의 기간들은 (가변 길이의) 가열 부분과 측정 부분으로 분할된다.
도 23은 예시적인 실시예에 따른, 일반적으로 참조 번호 410으로 표시되며, 알고리즘을 도시하는 흐름도이다. 알고리즘(410)은 앞서 설명된 시스템(200)을 사용하여 구현될 수 있다.
알고리즘(410)은 동작(411)에서 시작하며, 여기서 스위칭 회로(13)(예를 들어, 회로(40))에 의해 공진 회로(14)에 임펄스가 인가된다. 동작(413)에서, (예를 들어, 임펄스 응답 프로세서(204)를 사용하여 검출된) 임펄스 응답은 물품(이를테면, 물품(21))이 가열될 시스템에 존재하는지 여부를 결정하기 위해 사용된다. 앞서 논의된 바와 같이, 물품(21)의 존재는 검출될 수 있는 방식으로 임펄스 응답에 영향을 미친다.
동작(413)에서 물품이 검출되는 경우에, 알고리즘(410)은 동작(415)으로 이동하고; 그렇지 않으면 알고리즘은 동작(419)에서 종료된다.
동작(415)에서, 측정 및 가열 동작들이 구현된다. 예로서, 동작(415)은 앞서 설명된 알고리즘(400)을 사용하여 구현될 수 있다. 물론, 대안적인 측정 및 가열 어레인지먼트들이 제공될 수 있다.
다수의 가열 측정 및 가열 사이클들이 수행되면, 알고리즘(400)은 동작(417)으로 이동하고, 여기서 (예를 들어, 가열 기간이 만료된 경우에 또는 사용자 입력에 대한 응답으로) 가열이 중단되어야 하는지 여부가 결정된다. 만일 그렇다면, 알고리즘은 동작(419)에서 종료되고; 그렇지 않으면 알고리즘(400)은 동작(411)으로 되돌아간다.
유도성 어레인지먼트 또는 서셉터 어레인지먼트의 하나 이상의 속성들을 결정하기 위한 앞의 기술들은 개별 유도성 엘리먼트들에 적용될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 3개의 유도성 엘리먼트들(23a, 23b 및 23c)을 포함하는 시스템(20)과 같이 다수의 유도성 엘리먼트들을 포함하는 시스템들의 경우에, 시스템은 온도와 같은 하나 이상의 파라미터들이 앞서 설명된 기술들을 사용하여 유도성 엘리먼트들 각각에 대해 결정될 수 있도록 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, 시스템이 유도성 엘리먼트들 각각에 대해 별도의 측정들을 사용하여 동작하는 것이 유리할 수 있다. 다른 구현들에서, (예를 들어, 물품(21)이 존재하는지 여부를 결정하는 경우에) 시스템이 복수의 유도성 엘리먼트들에 대한 단일 측정만을 사용하여 동작하는 것이 유리할 수 있다. 이러한 상황들에서, 시스템은 각각의 유도성 엘리먼트로부터 획득된 측정치들에 대응하는 평균 측정치를 결정하도록 구성될 수 있다. 다른 경우들에서, 복수의 유도성 엘리먼트들 중 하나만이 하나 이상의 속성들을 결정하는데 사용될 수 있다.
본원에서 설명되는 다양한 실시예들은 청구된 특징들을 이해하고 교시하는 것을 돕기 위해 단지 제공된다. 이러한 실시예들은 단지 실시예들의 대표적인 샘플로서만 제공되며, 총망라하거나 배타적이지 않다. 본원에서 설명된 장점들, 실시예들, 예들, 기능들, 특징들, 구조들 및/또는 다른 양상들은 청구항들에 의해 정의되는 본 발명의 범위에 대한 제한들 또는 청구항들의 균등물들에 대한 제한들로 간주되지 않아야 하며, 청구된 발명의 범위를 벗어나지 않고 다른 실시예들이 활용될 수 있고 수정들이 이루어질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 본 발명의 다양한 실시예들은 본원에서 구체적으로 설명된 것들 이외의 개시된 엘리먼트들, 컴포넌트들, 특징들, 부품들, 단계들, 수단 등의 적절한 조합들을 적합하게 포함하거나, 이들로 구성되거나, 이들을 필수적 요소로 하여 구성될 수 있다. 더욱이, 본 개시내용은 현재 청구되지 않지만 추후에 청구될 수 있는 다른 발명들을 포함할 수 있다.

Claims (23)

  1. 에어로졸 생성 디바이스용 장치로서,
    에어로졸 생성 재료를 가열하여 에어로졸을 생성하기 위해 서셉터 어레인지먼트를 유도 가열하기 위한 하나 이상의 유도성 엘리먼트들을 포함하는 공진 회로 ― 상기 유도성 엘리먼트들은 기재의 제1 외부 표면 상에 장착됨 ―;
    상기 서셉터 어레인지먼트의 유도 가열을 야기하기 위해서 교류 전류가 전압 공급장치로부터 생성되어 상기 유도성 엘리먼트들 중 하나 이상을 통해 흐를 수 있게 하기 위한 스위칭 어레인지먼트 ― 상기 스위칭 어레인지먼트는 상기 기재의 제2 외부 표면에 장착된 복수의 트랜지스터들을 포함함 ―; 및
    방열판(heat sink)을 포함하고,
    상기 공진 회로의 유도성 엘리먼트들 및 상기 스위칭 어레인지먼트의 트랜지스터들은 상기 방열판에 열적으로 연결되는, 에어로졸 생성 디바이스용 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 스위칭 어레인지먼트의 트랜지스터들은 하나 이상의 플랫 무연 패키지(flat no-lead package)들을 사용하여 구현되는, 에어로졸 생성 디바이스용 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 플랫 무연 패키지들은 듀얼-플랫 무연 패키지들 또는 쿼드-플랫 무연 패키지들인, 에어로졸 생성 디바이스용 장치.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방열판은 상기 기재의 제1 외부 표면 상에 적어도 부분적으로 형성되는, 에어로졸 생성 디바이스용 장치.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방열판은 상기 기재의 제2 외부 표면 상에 적어도 부분적으로 형성되는, 에어로졸 생성 디바이스용 장치.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방열판은 구리 열 저장소인, 에어로졸 생성 디바이스용 장치.
  7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방열판은 기면(ground plane)인, 에어로졸 생성 디바이스용 장치.
  8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기재는 인쇄 회로 기판인, 에어로졸 생성 디바이스용 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 인쇄 회로 기판은 다층 인쇄 회로 기판인, 에어로졸 생성 디바이스용 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 방열판은 상기 다층 인쇄 회로 기판의 내부 층 상에 적어도 부분적으로 형성되는, 에어로졸 생성 디바이스용 장치.
  11. 제9 항 또는 제10 항에 있어서,
    상기 기재의 제1 외부 표면은 상기 다층 인쇄 회로 기판의 최상부 층이고, 상기 기재의 제2 외부 표면은 상기 다층 인쇄 회로 기판의 최하부 층인, 에어로졸 생성 디바이스용 장치.
  12. 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스위칭 어레인지먼트는 브리지 회로를 포함하는, 에어로졸 생성 디바이스용 장치.
  13. 제1 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유도성 엘리먼트들은 유도성 코일들인, 에어로졸 생성 디바이스용 장치.
  14. 제1 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공진 회로는 커패시터를 더 포함하는, 에어로졸 생성 디바이스용 장치.
  15. 제1 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스위칭 어레인지먼트는 상기 공진 회로에 임펄스를 인가하기 위한 임펄스 생성 회로를 제공하도록 구성되고,
    상기 인가된 임펄스는 임펄스 응답을 유도하는, 에어로졸 생성 디바이스용 장치.
  16. 제1 항 내지 제15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전압 공급장치는 DC 전압 공급장치인, 에어로졸 생성 디바이스용 장치.
  17. 불연성 에어로졸 생성 디바이스로서,
    제1 항 내지 제16 항 중 어느 한 항에 따른 장치를 포함하는, 불연성 에어로졸 생성 디바이스.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 에어로졸 생성 디바이스는 에어로졸 생성 재료를 포함하는 제거 가능한 물품을 수용하도록 구성되는, 불연성 에어로졸 생성 디바이스.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 에어로졸 생성 재료는 에어로졸 생성 기재 및 에어로졸 형성 재료를 포함하는, 불연성 에어로졸 생성 디바이스.
  20. 제18 항 또는 제19 항에 있어서,
    상기 제거 가능한 물품은 상기 서셉터 어레인지먼트를 포함하는, 불연성 에어로졸 생성 디바이스.
  21. 제17 항 내지 제20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 담배 가열 시스템을 포함하는, 불연성 에어로졸 생성 디바이스.
  22. 불연성 에어로졸 생성 시스템에서 사용하기 위한 물품을 포함하는 부품들의 키트로서,
    상기 불연성 에어로졸 생성 시스템은 제1 항 내지 제16 항 중 어느 한 항에 따른 장치 또는 제17 항 내지 제21 항 중 어느 한 항에 따른 에어로졸 생성 디바이스를 포함하는, 부품들의 키트.
  23. 제22 항에 있어서,
    상기 물품은 에어로졸 생성 재료를 포함하는 제거 가능한 물품인, 부품들의 키트.
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