KR20230021702A - 하나 이상의 복합 서셉터 입자를 포함하는 서셉터 조립체 - Google Patents

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올레그 미로노프
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필립모리스 프로덕츠 에스.에이.
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Abstract

본 개시는 교번 자기장의 영향 하에 에어로졸 형성 기재를 유도 가열하기 위한 하나 이상의 복합 서셉터 입자를 포함하는 서셉터 조립체에 관한 것이다. 하나 이상의 서셉터 입자 중 각각의 하나는 입자 코어 및 입자 코어를 완전히 캡슐화하는 입자 쉘을 포함하고 있다. 입자 코어는 20℃의 온도에서 최대 10kHz의 주파수에 대해 적어도 200의 상대 자기 투과율을 갖는 강자성 또는 페리자성 코어 물질을 포함하거나 이로 만든 것이다. 입자 쉘은 전기 전도성 쉘 물질을 포함하거나 이로 만든 것이다. 본 개시는 또한 이러한 서셉터 조립체를 포함하는 에어로졸 발생 물품 뿐만 아니라 이러한 물품 및 에어로졸 발생 장치를 포함하는 에어로졸 발생 시스템에 관한 것이다. 또한, 본 개시는 이러한 서셉터 조립체를 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

하나 이상의 복합 서셉터 입자를 포함하는 서셉터 조립체
본 개시는 교번 자기장의 영향 하에 에어로졸 형성 기재를 유도 가열하기 위한 하나 이상의 복합 서셉터 입자를 포함하는 서셉터 조립체에 관한 것이다. 본 개시는 또한 이러한 서셉터 조립체를 포함하는 에어로졸 발생 물품 뿐만 아니라 이러한 물품 및 에어로졸 발생 장치를 포함하는 에어로졸 발생 시스템에 관한 것이다. 또한, 본 개시는 이러한 서셉터 조립체를 제조하는 방법에 관한 것이다.
에어로졸 형성 기재를 유도 가열함으로써 흡입 가능한 에어로졸을 발생시키는 것은 일반적으로 선행 기술로부터 공지되어 있다. 이를 위해, 기재는 교번 자기장에 노출될 때 와전류 또는 히스테리시스 손실 중 적어도 하나로 인해 열을 발생시킬 수 있는 서셉터와 열적으로 근접하거나 직접 물리적으로 접촉하여 배열될 수 있다. 예를 들어, 서셉터는 에어로졸 형성 기재에 내장된 하나 이상의 서셉터 입자를 포함할 수 있다. 함께, 기재 및 서셉터는 교번 자기장을 발생시키기 위한 유도원을 포함하는 에어로졸 발생 장치 내에 삽입되도록 구성되어 있는 에어로졸 발생 물품의 일부일 수 있다.
기재의 온도를 제어하기 위해, 상이한 물질로 제조된 제1 및 제2 서셉터를 포함하는 서셉터 조립체가 제안되어 있다. 제1 서셉터 물질은 열 손실에 관하여 최적화될 수 있고 이에 따라 가열 효율에 관하여 최적화될 수도 있다. 대조적으로, 제2 서셉터 물질은 온도 마커로서 사용될 수 있다. 이를 위해, 제2 서셉터 물질은 예컨대 서셉터 조립체의 미리 정해진 작동 온도에 대응하는 퀴리 온도를 갖도록 선택된다. 그의 퀴리 온도에서, 제2 서셉터의 자기 특성은 강자성 또는 페리자성으로부터 상자성으로 변화되어, 그의 전기 저항의 일시적 변화를 동반한다. 따라서, 유도원에 의해 흡수된 전기 전류의 대응하는 변화를 모니터링함으로써, 이는 제2 서셉터 물질이 그의 퀴리 온도에 도달한 경우에, 이에 따라 미리 정해진 작동 온도가 도달되었을 때 검출될 수 있다. 급속한 과열을 피하기 위해, 작동 온도에 도달했을 때, 가열 공정은 가열 전력을 능동적으로 감소시키거나 스위치 오프함으로써 제어해야 한다.
따라서, 선행 기술의 해결책의 장점을 갖지만 그 한계를 완화하면서 서셉터 조립체, 에어로졸 발생 물품 및 에어로졸 발생 시스템을 갖는 것이 바람직할 것이다. 특히, 개선된 가열 효율 및 개선된 온도 제어 능력을 갖는 서셉터 조립체, 에어로졸 발생 물품 및 에어로졸 발생 장치 시스템을 갖는 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 교번 자기장의 영향 하에 에어로졸 형성 기재를 유도 가열하기 위한 서셉터 조립체가 제공되어 있다. 서셉터 조립체는 하나 이상의 복합 서셉터 입자를 포함한다. 하나 이상의 서셉터 입자 중 각각의 하나는 입자 코어 및 입자 코어를 완전히 캡슐화하는 입자 쉘을 포함하고 있다. 입자 코어는 특히 최대 10kHz(킬로헤르츠)의 주파수에 대해, 10kHz(킬로헤르츠)의 주파수에서, 그리고 20℃의 온도에서 적어도 200의 상대 자기 투과율을 갖는 강자성 또는 페리자성 코어 물질을 포함하거나 이로 만든 것이다. 즉, 입자 코어는, 10kHz(킬로헤르츠), 특히 최대 10kHz(킬로헤르츠)의 주파수로 20℃의 온도에서 교번 자기장에 의해 침투될 때 적어도 200의 상대 자기 투과율을 갖는 강자성 또는 페리자성 코어 물질을 포함하거나 이로 만든 것이다. 입자 쉘은 전기 전도성 쉘 물질을 포함하거나 이로 만든 것이다.
본 발명에 따르면, 높은 자기 투과율을 갖는 자기 코어 및 전기 전도성 쉘을 포함하는 서셉터 입자는, 자기 조절 특성을 갖는 개선된 가열 효율 및 개선된 온도 제어 둘 모두를 제공한다는 것으로 밝혀졌다. 이러한 정도로, 높은 자기 투과율을 갖는 자기 코어가 입자 쉘을 통한 자기 플럭스를 증가시키는 플럭스 집중기로서 작용하는 것으로 밝혀졌다. 패러데이 유도법에 따르면, 자기 플럭스의 증가는 전기 전도성 쉘 물질을 통한 폐쇄 경로 주위에서 전기이동력의 증가를 야기하며, 이는 결국 입자 쉘에서 와전류 손실의 증가를 야기한다. 따라서, 상기 자기 코어의 높은 자기 투과율은 사용 중에 입자 쉘에서 발생된 열의 양을 증가시킨다. 유리하게는, 이는 또한 입자 쉘을 다소 얇게 만들 수 있게 하여, 서셉터 입자의 제조를 위한 물질 및 비용을 절감시킨다.
또한, 자기 코어는 서셉터 조립체의 실제 온도의 기능으로서 입자 쉘에서 발생된 양을 제어하는 데 사용될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 이는 입자 코어의 자기 특성이 코어 물질의 퀴리 온도에서 강자성 또는 페리자성에서 상자성으로 변한다는 사실 때문이다. 결과적으로, 복합 서셉터 입자의 전체 유효 자기 투과율은, 서셉터 조립체가 코어 물질의 퀴리 온도에 도달할 때, 1로 떨어진다. 이는 코어 물질의 자기 히스테리시스가 소실됨에 따라, 히스테리시스 손실로 인해 입자 코어에서 열 발생을 정지시킨다. 더욱이, 자기 투과율의 변화는 또한, 자기 투과율의 감소가 전기 전도성 쉘을 통한 자기 플럭스의 감소를 야기하므로, 입자 쉘에서의 열 발생에 영향을 미친다. 이는 결국, 서셉터 조립체가 코어 물질의 퀴리 온도에 도달할 때, 전기이동력의 감소로 이어져, 입자 쉘에서 열 발생 와전류 손실의 감소로 이어진다. 또한, 교번 자기잔에 노출되었을 때 전기 전도성 쉘 물질에서 전기 전도가 얼마나 멀리 일어나는지에 대한 척도인 입자 쉘의 표피 깊이는 복합 서셉터 입자의 전체 유효 자기 투과율에 의존한다. 따라서, 입자 코어에서 감소하는 자기 투과율을 야기하는 서셉터 입자의 전체 유효 자기 투과율의 감소는 쉘에서 표피 깊이를 증가로 이어진다. 이는 결국 전기 전도성 입자 쉘의 유효 저항을 감소시킨다. 결과적으로, 코어 물질의 퀴리 온도에 도달할 때, 유효 저항의 감소로 인해 입자 쉘에서의 열 발생 또한 감소되고, 쉘 물질에서의 와전류 손실의 감소도 야기된다. 따라서, 퀴리 온도에서, 입자 쉘에서의 와전류 손실에 의한 열 발생은 입자 쉘을 통한 자기 플럭스의 감소 및 쉘 물질의 유효 저항의 감소 둘 모두로 인해 감소된다. 또한, 전체 열 발생은 코어 물질의 퀴리 온도에서 소실되는 입자 코어의 히스테리시스 손실로 인해 감소된다. 가장 중요한 것은, 서셉터 조립체가 코어 물질의 퀴리 온도에 도달할 때, 전체 열 발생의 감소가 그 자체로 초래된다. 결과적으로, 에어로졸 형성 기재의 급속한 과열은 바람직하게는 활성 온도 제어의 필요 없이 효과적으로 회피될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 복합 서셉터 입자의 가열 효율은 강자성 또는 페리자성 코어 물질로만 만들어진 서셉터 입자보다 크다. 이는, 열의 주요 부분이 향상된 와전류 손실로 인해 발생되는 쉘 물질에 기인한다.
쉘 물질은 상자성일 수 있다. 이 경우, 전기 전도성 쉘 물질에서의 열 발생은 와전류에 의해서만 야기된다. 마찬가지로, 쉘 물질은 강자성 또는 페리자성일 수 있다. 결과적으로, 열은 또한 히스테리시스 손실에 의해 쉘 물질에 발생될 수 있다. 유리하게는, 이는 서셉터 조립체의 가열 효율을 증가시킨다. 바람직하게는, 자성인 경우, 쉘 물질의 퀴리 온도는 바람직하게는 강자성 또는 페리자성 코어 물질의 퀴리 온도보다 낮거나 동일하다. 유리하게는, 이는 히스테리시스 손실로 인한 쉘 물질에서의 열 발생이 오직 코어 물질의 퀴리 온도 아래 또는 퀴리 온도까지, 즉 오직 미리 정의된 작동 온도 아래 또는 미리 정의된 작동 온도까지 발생하는 것을 보장한다. 쉘 물질의 퀴리 온도는 강자성 또는 페리자성 코어 물질의 퀴리 온도보다 높을 수도 있다.
쉘 물질은 알루미늄, 스테인리스 스틸, 전지 전도성 탄소, 또는 청동 중 하나일 수 있다. 알루미늄은 저온에서 소결을 허용하므로 특히 적합하며, 이는 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 결국 복합 서셉터 입자의 제조를 용이하게 할 수 있다.
바람직하게는, 코어 물질은 전기적으로 비전도성이다. 이 경우, 코어 물질에서의 열 발생은 히스테리시스 손실에 의해서만 야기된다. 결과적으로, 코어 물질의 퀴리 온도에 도달할 때, 서셉터 코어에서의 열 발생이 완전히 정지한다. 이는 서셉터 조립체의 자기 조절 온도 제어와 관련하여 특히 유익하다는 것을 입증한다. 코어 물질이 전기 전도성인 것도 가능하다.
전술한 바와 같이, 코어 물질의 퀴리 온도는 바람직하게는 서셉터 조립체의 미리 정의된 작동 온도에 대응한다. 실제 작동 온도는 가열될 에어로졸 형성 기재의 특정 유형에 따라 달라진다. 담배 물질을 함유하는 고체 에어로졸 형성 기재의 경우, 작동 온도는 200℃ 내지 360℃의 범위에 있을 수 있다. 겔 유사 에어로졸 형성 기재의 경우, 작동 온도는 160℃ 내지 240℃의 범위에 있을 수 있다. 따라서, 코어 물질은 160℃ 내지 400℃, 특히 160℃ 내지 360℃, 바람직하게는 200℃ 내지 360℃, 또는 160℃ 내지 240℃의 범위 내의 퀴리 온도를 가질 수 있다.
서셉터 조립체의 가열 효율은 상대 자기 투과율의 값이 높을수록 증가한다. 따라서, 코어 물질은 200보다 훨씬 더 높은 상대 자기 투과율을 가질 수 있다. 따라서, 코어 물질은 적어도 300 또는 적어도 400, 또는 적어도 500 또는 적어도 700, 특히 적어도 1000, 바람직하게는 적어도 10000, 또는 적어도 50000 또는 적어도 80000의 상대 자기 투과율을 가질 수 있다. 이들 값은 특히 최대 10kHz(킬로헤르츠)의 주파수에 대한, 최대 10kHz(킬로헤르츠)의 주파수 및 25℃의 온도에서 상대 자기 투자율의 최대 값을 지칭한다. 이하에서 추가로 설명되는 바와 같이, 서셉터 조립체를 유도 가열하는데 사용되는 교번 자기장은 500kHz(킬로헤르츠) 내지 30MHz(메가헤르츠), 특히 5MHz(메가헤르츠) 내지 15MHz(메가헤르츠), 바람직하게는 5MHz(메가헤르츠) 내지 10MHz(메가헤르츠)의 범위에 있을 수 있다. 이들 주파수의 경우, 코어 물질의 최소 상대 자기 투과율은 더 낮을 수 있다. 예를 들어, 코어 물질은 7kHz(메가헤르츠)의 주파수 및 25℃의 온도에서 적어도 80, 특히 적어도 100, 바람직하게는 적어도 120의 상대 자기 투과율을 가질 수 있다. 마찬가지로, 코어 물질은 15MHz(메가헤르츠)의 주파수 및 25℃의 온도에서 적어도 40, 특히 적어도 50, 바람직하게는 적어도 60의 상대 자기 투과율을 가질 수 있다.
코어 물질은 페라이트, 특히 페라이트 분말을 포함할 수 있거나 페라이트, 특히 페라이트 분말일 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 페라이트는 바륨, 망간, 니켈 및 아연과 같은 하나 이상의 추가 금속 요소의 작은 비율로 배합된 철(III) 산화물(Fe2O3)의 큰 비율을 혼합하고 구워서 만든 세라믹 물질이다.
예로서, 코어 물질은 망간-마그네슘 페라이트, 니켈-아연 페라이트 또는 코발트-아연 바륨 페라이트 중 하나일 수 있다.
예를 들어, 코어 물질은 유형 Mgx Mny Fez O4 (여기서, x = 0.4 내지 1.1, y = 0.3 내지 0.9, 및 z = 1 내지 2)의 조성물을 포함할 수 있거나 이로 구성될 수 있으며, 여기서 금속 양이온 Mg, Mn 및 Fe의 원자 분율 x, y 및 z는 금속 양이온의 총 전하가 산소 음이온의 총 전하와 평형을 이루도록 한다. 특히, 코어 물질은:
- 약 270℃의 퀴리 온도를 갖는 Mg0.77 Mn0.58 Fe1.65 O4;
- 약 262℃의 퀴리 온도를 갖는 Mg0.55 Mn0.88 Fe1.55 O4;
- 약 190℃의 퀴리 온도를 갖는 Mg1.03 Mn0.35 Fe1.37 O4 중 하나를 포함할 수 있거나 하나일 수 있다.
니켈-아연 페라이트는 -전술한 바와 같이- 유형 Nix Zn1-x Fe2 O4 (여기서, x = 0.3 내지 0.7)의 조성물을 포함할 수 있거나 이로 구성될 수 있으며, 금속 양이온 Ni, Zn 및 Fe의 원자 분율은 금속 양이온의 총 전하가 산소 음이온의 총 전하와 평형을 이루도록 한다. 특히, 개방 다공성 유도 가열 가능한 세라믹 물질은, 예를 들어 약 258℃의 퀴리 온도를 갖는 Ni0.5 Zn0.5 Fe2 O4를 포함할 수 있거나 이것일 수 있다.
코발트-아연 바륨 페라이트는 -전술한 바와 같이- 약 279℃의 퀴리 온도를 갖는 Co1.75 Zn0.25 Ba2 Fe12 O22을 포함할 수 있거나 이로 구성될 수 있다.
유리하게는, 페라이트는 제조하기 쉽고 저렴하다. 또한, 페라이트는 전기적으로 비전도성이다. 따라서, 퀴리 온도에 도달할 때, 코어 물질에서의 열 발생은 오직 히스테리시스 손실로 인한 것이고, 따라서 자가 조절된다. 또한, 페라이트는 불활성이며, 따라서 에어로졸 형성 기재를 포함하는 에어로졸 발생 물품의 사용과 관련하여 중요하지 않다.
입자 코어는 바람직하게는 고형 입자 코어이다. 특히, 입자 코어는 볼 형상을 가질 수 있다. 마찬가지로, 입자 쉘은 바람직하게는 고형 입자 쉘일 수 있다. 특히, 입자는 구형 쉘일 수 있다.
하나 이상의 서셉터 입자 중 각각의 하나는 10μm 내지 500μm, 특히 20μm 내지 250μm, 보다 구체적으로 35μm 내지 75μm의 범위, 예를 들어 55μm의 등가 입자 직경을 가질 수 있다. 구형 상당 직경은 불규칙적인 형상의 입자들과 함께 사용되며, 상당 부피의 구의 직경으로서 정의된다. 입자 크기는 그 중에서도 가열될 에어로졸 형성 기재에 따라 달라질 수 있다. 또한, 안전상의 이유로, 입자 크기는, 서셉터 입자가 사용될 수 있는 에어로졸 발생 물품의 필터를 서셉터 입자가 통과하지 않도록 충분히 커야 한다. 따라서, 하나 이상의 서셉터 입자 중 각각의 하나는 적어도 20μm, 바람직하게는 적어도 35μm의 입자 직경을 가질 수 있다.
따라서, 입자 코어는 5μm 내지 499μm, 특히 15μm 내지 220μm, 보다 구체적으로는 30μm 내지 55μm의 범위, 예를 들어 35μm의 등가 구형 코어 직경을 가질 수 있다. 등가 입자 직경은 주로 등가 구형 코어 직경에 의해 주어질 수 있다. 30μm 내지 55μm 범위의 등가 구형 코어 직경은, 이러한 입자가 기재 내에서는 거의 보이지 않을 정도로 충분히 작지만 서셉터 입자가 사용될 수 있는 에어로졸 발생 물품의 필터를 통과하지 않을 정도로 여전히 충분히 크기 때문에 특히 적합하다.
쉘 내의 코어 물질의 플럭스 향상 효과로 인해, 쉘 두께는 다소 작을 수 있다. 유리하게는, 이는 서셉터 입자의 제조를 위한 물질 및 비용 절감을 가능하게 한다. 입자 쉘은 2.5μm 내지 15μm, 특히 5μm 내지 12μm의 범위, 예를 들어 10μm의 쉘 두께를 가질 수 있다. 쉘 두께는, 그 중에서도, 입자 쉘의 물질, 특히 쉘의 생산을 위한 유도 가열 속도 및 물질 특정 요건에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 쉘 두께는 알루미늄의 경우 10μm일 수 있는 반면, 쉘 두께는 스틸의 경우 10μm 미만일 수 있다. 쉘 두께의 더 큰 값은 다공성 또는 소결 구조를 갖는 입자 쉘에 특히 적합 가능하다.
상기 값은 서셉터 조립체의 모든 서셉터 입자의 평균 코어 직경, 평균 쉘 두께 및 평균 입자 직경을 지칭할 수 있다. 따라서, 일부 서셉터 입자는 서셉터 조립체의 다른 서셉터 입자보다 더 작은 코어 직경, 더 작은 쉘 두께 또는 더 작은 입자 직경 중 적어도 하나를 갖는 것이 가능하다.
바람직하게는, 입자 쉘은 입자 코어와 물리적으로 접촉한다. 이는 입자 쉘과 입자 코어가 대략 동일한 온도에 있도록 입자 쉘과 입자 코어 사이의 양호한 열 교환을 가능하게 한다.
입자 코어는 소결된 입자 코어일 수 있다. 특히, 코어 물질은 소결된 물질일 수 있다. 소결은 액화 지점까지 용융시키지 않고 열 또는 압력에 의해 물질의 고형 질량을 압축하고 형성하는 공정이다. 유리하게는, 소결은 거의 임의의 형상 및 치수를 갖는 입자 코어를 생산할 수 있게 한다. 소결은 또한 양호한 강도 특성을 갖는 서셉터 입자를 초래한다. 또한, 소결된 입자 코어는 입자 쉘과 입자 코어 사이의 양호한 결합을 용이하게 한다.
따라서, 입자 쉘은 바람직하게는 입자 코어에 단단히 결합되어 있다. 즉, 입자 쉘과 입자 코어 사이에 물질-대-물질 결합이 있을 수 있다. 단단한 결합은 양호한 기계적 안정성 및 입자 쉘과 입자 코어 사이의 양호한 열 교환을 제공한다.
특히, 쉘 물질은 예컨대 입자 쉘을 형성하기 위해 입자 코어 상에 도금, 증착, 코팅 또는 피복될 수 있다.
본 발명에 따른 서셉터 조립체는 바람직하게는 교번, 특히 고주파 자기장에 의해 구동되도록 구성되어 있다. 본원에서 지칭되는 바와 같이, 고주파 자기장은 500kHz(킬로헤르츠) 내지 30MHz(메가헤르츠), 특히 5MHz(메가헤르츠) 내지 15MHz(메가헤르츠), 바람직하게는 5MHz(메가헤르츠) 내지 10MHz(메가헤르츠) 범위 내에 있을 수 있다.
서셉터 입자는 커버, 특히 보호 커버를 포함할 수 있다. 커버는 각각 서셉터 입자의 적어도 일부분 위에 형성되거나 코팅된 유리, 세라믹, 또는 불활성 금속에 의해 형성될 수 있다. 유리하게는, 상기 커버는, 상기 서셉터 조립체의 표면에 에어로졸 형성 기재가 달라붙는 것을 피하는 것, 또는 그 반대로, 에어로졸 형성 기재, 특히, 상기 서셉터 조립체에 대한 액체 에어로졸 형성 기재의 접착성을 증가시키는 단계, 특히 향미 물질 또는 액체 에어로졸 형성 기재를 저장하기 위한 다공성 표면을 제공하는 것, 향미 물질 또는 에어로졸화 강화 커버를 제공하는 것, 상기 서셉터 물질로부터 상기 에어로졸 형성 기재 내로의 물질 확산, 예를 들어 금속 확산을 피하는 것, 또는 상기 서셉터 입자의 기계적 강도를 개선하는 것 중 적어도 하나로 구성될 수 있다. 향미 물질 또는 에어로졸화 강화 커버를 제공하기 위해, 커버는 향미 물질 또는 에어로졸화 강화 물질을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 커버는 전기적으로 비전도성이다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "서셉터 입자"는 교번 자기장을 받을 때 전자기 에너지를 열로 변환할 수 있는 요소를 지칭한다. 이는 서셉터 입자에 포함된 물질의 전기 및 자기 특성에 따라, 서셉터 입자에 유도된 히스테리시스 손실 또는 와전류 중 적어도 하나의 결과일 수 있다. 히스테리시스 손실은 교번 전자기장의 영향 하에 스위칭되는 물질 내의 자기 도메인으로 인해 강자성 또는 페리자성 서셉터 물질에서 발생한다. 와전류는 서셉터 물질이 전기 전도성인 경우에 유도될 수 있다. 전기 전도성 강자성 또는 페리자성 서셉터 물질의 경우, 와류 및 이력 손실 둘 모두로 인해 열이 발생될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 유도 가열 에어로졸 발생 장치에 사용하기 위한 에어로졸 발생 물품이 제공되어 있다. 물품은 적어도 하나의 에어로졸 형성 기재 및 본 발명에 따르고 본원에 기술된 바와 같은 서셉터 조립체를 포함하고 있다. 서셉터 조립체의 하나 이상의 서셉터 입자는 에어로졸 형성 기재에 내장되어 있다.
서셉터 입자들은 에어로졸 형성 기재 전체에 걸쳐 분포되어 있다. 서셉터 입자는 에어로졸 형성 기재 전체에 걸쳐, 즉 균질하게 균등하게 분포될 수 있다. 서셉터 입자가국소 농도 피크를 갖는 또는 농도 구배, 예를 들어 에어로졸 형성 물품의 중심 축으로부터 그의 주변부까지의 분포 구배에 따른 에어로졸 형성 기재 전체에 걸쳐, 분포되는 것이 또한 가능하다.
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "에어로졸 발생 물품"은, 가열될 때, 에어로졸을 형성할 수 있는 휘발성 화합물을 방출하는 적어도 하나의 에어로졸 형성 기재를 포함한 물품을 지칭한다. 바람직하게는, 에어로졸 발생 물품은 가열식 에어로졸 발생 물품이다. 즉, 에어로졸 발생 물품은 에어로졸을 형성할 수 있는 휘발성 화합물을 방출하기 위해 연소되는 것이 아니라 가열되도록 의도되는 적어도 하나의 에어로졸 형성 기재를 포함하고 있다. 에어로졸 발생 물품은 소모품, 특히 단일 사용 후에 폐기될 소모품일 수 있다. 예를 들어, 물품은 가열될 겔 유사 에어로졸 형성 기재를 포함하고 있는 카트리지일 수 있다. 대안적으로는, 물품은 로드 형상 물품, 종래의 궐련과 유사한, 특히 담배 물품일 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "에어로졸 형성 기재"는 에어로졸을 발생시키기 위해 가열 시 휘발성 화합물을 방출할 수 있는 에어로졸 형성 물질을 포함하거나 그로 형성된 기재를 나타낸다. 에어로졸 형성 기재는 에어로졸 형성 휘발성 화합물을 방출하기 위해 연소되기보다는 가열되도록 의도된다. 에어로졸 형성 기재는 고체 에어로졸 형성 기재 또는 액체 에어로졸 형성 기재 또는 겔형 에어로졸 형성 기재, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 즉, 에어로졸 형성 기재는 예를 들어, 고체 및 액체 성분 모두를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 가열 시에 기재로부터 방출되는 휘발성 담배 향미 화합물을 함유하는 담배 함유 물질을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 에어로졸 형성 기재는 비-담배 물질을 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 에어로졸 형성제를 더 포함할 수 있다. 적합한 에어로졸 형성제의 예는 글리세린 및 프로필렌 글리콜이다. 에어로졸 형성 기재는 또한 니코틴 또는 향미제와 같은 다른 첨가제 및 성분을 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 또한 페이스트형 물질, 에어로졸 형성 기재를 포함하고 있는 다공성 물질의 향낭, 또는, 예를 들어 글리세린과 같은 일반적인 에어로졸 형성제를 포함할 수 있는, 겔화제 또는 점착제와 혼합되고, 플러그로 압축 또는 몰딩되는 말아피는 담배(loose tobacco)일 수 있다.
예로서, 에어로졸 발생 물품은 다음의 요소를 포함할 수 있다: 기재 요소, 지지 요소, 냉각 요소, 및 필터 요소. 전술한 요소 모두는 전술한 순서로 물품의 길이 축을 따라 순차적으로 배열될 수 있으며, 여기서 지지 요소는 물품의 원위 말단에 배열되어 있고, 필터 요소는 물품의 근위 말단에 배열되어 있다. 특히, 기재 요소는 시스템의 사용 시 물품을 통과하는 기류와 관련하여 지지 요소의 하류에 위치되어 있다. 전술한 요소 각각은 실질적으로 원통형일 수 있다. 특히, 모든 요소는 동일한 외부 단면 형상을 가질 수 있다. 게다가, 요소는 예컨대 요소를 함께 유지하고 로드 형상 물품의 원하는 단면 형상을 유지하도록 외부 래퍼에 의해 둘러싸일 수 있다. 바람직하게는, 래퍼는 종이로 제조된다.
기재 요소는 바람직하게는 가열될 적어도 하나의 에어로졸 형성 기재 및 서셉터 조립체, 즉 에어로졸 형성 기재에 내장된 하나 이상의 서셉터 입자를 포함하고 있다.
지지 요소는 자유 중앙 공기 통로를 갖는 중공형 셀룰로오스 아세테이트 튜브를 포함할 수 있다.
에어로졸 냉각 요소는 큰 표면적 및 낮은 흡인 저항, 예를 들어 15mmWG(밀리미터 수위계) 내지 20mmWG(밀리미터 수위계)를 갖는 요소일 수 있다. 사용 시, 기재 요소로부터 방출된 휘발성 화합물에 의해 형성되는 에어로졸은 에어로졸 발생 물품의 근위 말단으로 전달되기 전에 에어로졸 냉각 요소를 통해 흡인된다.
필터 요소는, 바람직하게는 마우스피스, 또는 에어로졸 냉각 요소와 함께 마우스피스의 일부의 역할을 한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "마우스피스"는 에어로졸이 에어로졸 발생 물품을 빠져나가는 물품의 일부분을 지칭한다.
다른 실시예에 따르면, 에어로졸 발생 물품은 다음의 요소를 포함할 수 있다: 원위 지지 요소, 기재 요소, 근위 지지 요소, 냉각 요소, 및 필터 요소. 전술한 요소 모두는 전술한 순서로 물품의 길이 축을 따라 순차적으로 배열될 수 있으며, 여기서 원위 지지 요소는 물품의 원위 말단에 배열되어 있고, 필터 요소는 물품의 근위 말단에 배열되어 있다. 즉, 기재 요소는 근위 지지 요소와 원위 지지 요소 사이에 위치되어 있다. 특히, 기재 요소는 사용 시 물품을 통과하는 기류에 관하여 근위 지지 요소의 하류 및 원위 지지 요소의 상류에 위치되어 있다. 전술한 요소 각각은 실질적으로 원통형일 수 있다. 특히, 모든 요소는 동일한 외부 단면 형상을 가질 수 있다. 게다가, 요소는 예컨대 요소를 함께 유지하고 로드 형상 물품의 원하는 단면 형상을 유지하도록 외부 래퍼에 의해 둘러싸일 수 있다. 바람직하게는, 래퍼는 종이로 제조된다.
기재 요소, 냉각 요소 및 필터 요소는 전술한 실시예에 따른 각각의 요소에 대응할 수 있다.
원위 및 근위 지지 요소는 자유 중앙 공기 통로를 갖는 중공형 셀룰로오스 아세테이트 튜브를 포함할 수 있다. 대안적으로, 원위 지지 요소는 (자유 중앙 공기 통로 없이) 셀룰로오스 아세테이트 플러그를 포함할 수 있다. 셀룰로오스 아세테이트 플러그는 기재 요소의 원위 전방 말단을 덮고 보호하는 데 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 에어로졸 발생 물품의 추가 특징 및 장점은 본 발명에 따른 서셉터 조립체와 관련하여 이미 상기에서 설명되었고 동일하게 적용된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명에 따른 그리고 본원에 설명된 바와 같은 에어로졸 발생 물품뿐만 아니라 상기 장치와 함께 사용하기 위한 유도 가열 에어로졸 발생 장치를 포함하는 에어로졸 발생 시스템이 또한 제공되어 있다.
본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "유도 가열 에어로졸 발생 장치"는, 예컨대 서셉터 조립체를 유도 가열함으로써 에어로졸을 발생시키기 위해 적어도 하나의 에어로졸 형성 액체를 포함하는 적어도 하나의 에어로졸 발생 물품 및 이에 따른 상기 물품 내의 에어로졸 형성 액체와 상호작용할 수 있는, 전기 작동식 장치를 설명하는 데 사용된다. 바람직하게는, 에어로졸 발생 장치는 사용자의 입을 통해 사용자가 직접 흡입할 수 있는 에어로졸을 발생시키기 위한 퍼핑 장치이다. 특히, 에어로졸 발생 장치는 핸드헬드 에어로졸 발생 장치이다.
장치는 에어로졸 발생 물품의 적어도 일부를 제거 가능하게 수용하기 위한 수용 공동을 포함할 수 있다.
유도 가열 에어로졸 발생 장치는, 물품이 에어로졸 발생 장치 내에 수용될 때, 에어로졸 발생 물품 내의 유도적으로 에어로졸 형성 기재를 위해 수용 공동 내에 교번 자기장을 발생시키도록 구성되고 배열되는 적어도 하나의 유도원을 포함할 수 있다.
교번 자기장을 발생시키기 위해, 유도 공급원은 적어도 하나의 인덕터, 바람직하게는 수용 공동 주위에 배열된 적어도 하나의 유도 코일을 포함할 수 있다. 유도 코일은, 예컨대 물품이 수용 공동 내에 수용될 때 서셉터 조립체, 즉 하나 또는 서셉터 입자들을 둘러싸도록 배열될 수 있다.
적어도 하나의 유도 코일은 헬리컬 코일 또는 편평한 평면형 코일, 특히 팬케이크 코일 또는 만곡된 평면형 코일일 수 있다. 편평한 나선형 코일을 사용하면 견고하고 제조 비용이 저렴한 컴팩트한 디자인을 가능하게 한다. 헬리컬 유도 코일을 사용하면 유리하게는 균질한 교번 자기장을 발생시킬 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이 "편평한 나선형 코일"은 일반적으로 평면형인 코일을 의미하며, 여기서 코일의 권선 축은 코일이 놓이는 표면에 법선이다. 편평한 나선형 유도 코일은 코일의 평면 내에 임의의 원하는 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 편평한 나선형 코일은 원형 형상을 가질 수 있거나 일반적으로 장방형 또는 직사각형 형상을 가질 수 있다. 그러나, 본원에서 사용되는 바와 같이 용어 "편평한 나선형 코일"은 평면형인 코일뿐만 아니라 만곡 표면에 합치하도록 성형되어 있는 편평한 나선형 코일 둘 모두를 포함하고 있다. 예를 들어, 유도 코일은 바람직하게는 원통형 코일 지지체, 예를 들어 페라이트 코어의 원주에 배열되어 있는 "만곡된" 평면형 코일일 수 있다. 또한, 편평한 나선형 코일은 예를 들어 4-권선 편평한 나선형 코일의 2개 층들 또는 4-권선(four-turn) 편평한 나선형 코일의 단일 층을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 유도 코일은 에어로졸 발생 장치의 본체 또는 하우징 중 하나 내에 유지될 수 있다.
유도원은 교류(AC) 발전기를 포함할 수 있다. AC 발전기는 에어로졸 발생 장치의 전력 공급부에 의해 전력을 공급받을 수 있다. AC 발전기는 적어도 하나의 유도 코일에 작동 가능하게 결합된다. 특히, 적어도 하나의 유도 코일은 AC 발전기의 일체형 부분일 수 있다. AC 발전기는 교번 전자기장을 발생시키기 위해 적어도 하나의 유도 코일을 통과하는 고주파 발진 전류를 발생시키도록 구성되어 있다. AC 전류는 시스템의 활성화 후 연속적으로 적어도 하나의 유도 코일에 공급될 수 있거나 간헐적으로, 예컨대 퍼핑할 때마다 공급될 수 있다.
바람직하게는, 유도원은 LC 네트워크를 포함하는 DC 전력 공급부에 연결된 DC/AC 변환기를 포함하며, LC 네트워크는 커패시터 및 인덕터의 직렬 연결을 포함하고 있다.
유도원은 바람직하게는 고주파 자기장을 발생시키도록 구성되어 있다. 본원에서 지칭되는 바와 같이, 고주파 자기장은 500 kHz(킬로헤르츠) 내지 30 MHz(메가헤르츠), 특히 5　MHz(메가헤르츠) 내지 15 MHz(메가헤르츠), 바람직하게는 5 MHz(메가헤르츠) 내지 10 MHz(메가헤르츠) 범위 내에 있을 수 있다.
특히, 에어로졸 발생 장치는 바람직하게는 폐쇄 루프 구성에서, 가열 공정의 작동을 제어하도록 구성된, 특히 에어로졸 형성 액체의 가열을 미리 결정된 작동 온도로 제어하기 위한 컨트롤러를 더 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 액체를 가열하기 위해 사용되는 작동 온도는 200℃ 내지 360℃, 특히 160℃ 내지 240℃의 범위일 수 있다. 이러한 온도는 에어로졸 형성 기재를 가열하지만 연소하지 않기 위한 통상적인 작동 온도이다.
컨트롤러는 에어로졸 발생 장치의 전체 컨트롤러의 기술일 수 있다. 컨트롤러는 마이크로프로세서, 예를 들어 프로그래밍 가능 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 또는 주문형 반도체(ASIC) 또는 제어를 제공할 수 있는 다른 전자 회로를 포함할 수 있다. 컨트롤러는 적어도 하나의 DC/AC 인버터 및/또는 전력 증폭기, 예를 들어 클래스-C 전력 증폭기 또는 클래스-D 전력 증폭기 또는 클래스-E 전력 증폭기와 같은 추가 전자 부품을 포함할 수 있다. 특히, 유도 공급원은 컨트롤러의 일부일 수 있다.
에어로졸 발생 장치는 전력 공급부, 특히 DC 공급 전압 및 DC 공급 전류를 유도 공급원에 제공하도록 구성된 DC 전력 공급부를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 전력 공급부는 리튬 철 인산염 배터리와 같은 배터리이다. 대안으로서, 전력 공급부는 커패시터와 같은 전하 저장 장치의 다른 형태일 수 있다. 전력 공급부는 재충전을 필요할 수 있으며, 즉 전력 공급부는 재충전 가능할 수 있다. 전력 공급부는 하나 이상의 사용자 경험을 위해 충분한 에너지의 저장을 허용하는 용량을 가질 수 있다. 예를 들어, 전력 공급부는 약 6분의 기간 동안, 또는 6분의 여러 배의 기간 동안 연속적으로 에어로졸을 발생시키기에 충분한 용량을 가질 수 있다. 다른 예에서, 전력 공급부는 미리 결정된 수의 퍼프 또는 유도 공급원의 개별 활성화를 허용하기에 충분한 용량을 가질 수 있다.
에어로졸 발생 장치는 유도 코일의 적어도 일부 주위에 배열되고 수용 공동을 향해 적어도 하나의 유도원의 교번 자기장을 왜곡하도록 구성된 플럭스 집중기를 더 포함할 수 있다. 따라서, 물품이 수용 공동 내에 수용될 때, 교번 자기장은 존재하는 경우, 유도 가열 가능한 액체 도관을 향해 왜곡된다. 바람직하게는, 플럭스 집중기는 플럭스 집중기 포일, 특히 다층 플럭스 집중기 포일을 포함하고 있다.
본 발명에 따른 에어로졸 발생 시스템의 추가 특징 및 장점은 본 발명에 따른 서셉터 조립체 및 에어로졸 발생 물품과 관련하여 이미 설명되었고 따라서 동일하게 적용된다.
본 발명에 따르면, 에어로졸 형성 기재를 유도 가열하기 위한 하나 이상의 복합 서셉터 입자를 포함하는 서셉터 조립체를 제조하는 방법이 또한 제공되어 있으며, 여기서 하나 이상의 서셉터 입자 중 각각의 하나는 입자 코어 및 입자 코어를 완전히 캡슐화하는 입자 쉘을 포함하고 있다. 상기 방법은:
- 강자성 또는 페리자성 코어 물질을 포함하거나 이로 만든 것인 하나 이상의 입자 코어를 제공하는 단계;
- 예컨대 상기 하나 이상의 입자 코어 각각의 주위에 입자 쉘을 형성하기 위해 상기 하나 이상의 입자 코어 중 각각의 하나를 전기 전도성 쉘 물질로 감싸는 단계를 포함하고 있다.
본 발명에 따른 서셉터 조립체와 관련하여 추가로 전술한 바와 같이, 입자 코어는 소결된 입자 코어일 수 있다. 따라서, 하나 이상의 입자 코어를 제공하는 단계는:
- 입자 코어의 형상에 대응하는 형상을 갖는 하나 이상의 미가공체(green body)를 강자성 또는 페리자성 코어 물질로부터 형성하는 단계;
- 상기 하나 이상의 미가공체를 가열함으로써 상기 하나 이상의 미가공체를 소결시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 서셉터 조립체와 관련하여 추가로 전술한 바와 같이, 쉘 물질은 예컨대 입자 쉘을 형성하기 위해 입자 코어 상에 도금, 증착, 코팅 또는 피복될 수 있다. 따라서, 하나 이상의 입자 코어 중 각각의 하나를 전기 전도성 쉘 물질로 감싸는 단계는 하나 이상의 입자 코어 상에 쉘 물질을 도금, 증착, 코팅 또는 피복하는 단계를 포함할 수 있다. 특히, 전기 전도성 쉘 물질은 증기 증착에 의해, 슬러리 내에서 또는 편평한 유체조 내에서 롤링함으로써 입자 코어 상에 도포될 수 있으며, 여기서 슬러리 및 편평한 유체조는 도포될 쉘 물질을 포함하고 있다.
본 발명에 따른 방법의 추가 특징 및 장점은 본 발명에 따른 서셉터 조립체에 관해 이미 설명되었고 동일하게 적용된다.
본 발명은 청구범위에 정의된다. 그러나, 아래에 비제한적인 예의 비-포괄적인 목록이 제공된다. 이들 실시예의 임의의 하나 이상의 특징부는 본원에 기술된 또 다른 실시예, 구현예 또는 측면의 임의의 하나 이상의 특징부와 조합될 수 있다.
실시예 Ex1: 교번 자기장의 영향 하에 에어로졸 형성 기재를 유도 가열하기 위한 서셉터 조립체로서, 상기 서셉터 조립체는 하나 이상의 복합 서셉터 입자를 포함하고, 상기 하나 이상의 서셉터 입자 중 각각의 하나는 입자 코어 및 상기 입자 코어를 완전히 캡슐화하는 입자 쉘을 포함하고, 상기 입자 코어는 특히 최대 10kHz(킬로헤르츠)의 주파수에 대해, 10kHz(킬로헤르츠)의 주파수에서, 및 20℃의 온도에서 적어도 200의 상대 자기 투과율을 갖는 강자성 또는 페리자성 코어 물질을 포함하거나 이로 만들어지고, 상기 입자 쉘은 전기 전도성 쉘 물질을 포함하거나 이로 만든 것인, 서셉터 조립체.
실시예 Ex2: 실시예 Ex1에 있어서, 상기 쉘 물질은 상자성인, 서셉터 조립체.
실시예 Ex3: 선행하는 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 쉘 물질은 알루미늄, 스테인리스 스틸, 전기 전도성 탄소, 또는 청동 중 하나인, 서셉터 조립체.
실시예 Ex4: 선행하는 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 코어 물질은 전기적으로 비전도성인, 서셉터 조립체.
실시예 Ex5: 선행하는 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 코어 물질은 160℃ 내지 400℃, 특히 160℃ 내지 360℃, 바람직하게는 200℃ 내지 360℃, 또는 160℃ 내지 240℃ 범위의 퀴리 온도를 가지는, 서셉터 조립체.
실시예 Ex6: 선행하는 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 코어 물질은 페라이트 분말인, 서셉터 조립체.
실시예 Ex7: 선행하는 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 코어 물질은 망간-마그네슘 페라이트, 니켈-아연 페라이트 또는 코발트-아연 바륨 페라이트인, 서셉터 조립체.
실시예 Ex8: 선행하는 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 하나 이상의 서셉터 입자 중 각각의 하나는 실질적으로 볼 형상을 갖는, 서셉터 조립체.
실시예 Ex9: 선행하는 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 하나 이상의 서셉터 입자 중 각각의 하나는 10μm 내지 500μm, 특히 20μm 내지 250μm, 보다 구체적으로는 35μm 내지 75μm의 범위, 예를 들어 55μm의 등가 구형 입자 직경을 갖는, 서셉터 조립체.
실시예 Ex10: 선행하는 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 입자 코어는 5μm 내지 499μm, 특히 15μm 내지 220μm, 보다 구체적으로는 30μm 내지 55μm의 범위, 예를 들어 35 μm의 등가 구형 코어 직경을 갖는, 서셉터 조립체.
실시예 Ex11: 선행하는 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 입자 쉘은 1μm 내지 100μm, 특히 2.5μm 내지 15μm, 보다 구체적으로는 5μm 내지 12μm의 범위, 예를 들어 10μm의 쉘 두께를 갖는, 서셉터 조립체.
실시예 Ex12: 선행하는 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 입자 코어는 소결된 입자 코어이고, 특히 상기 코어 물질은 소결된 물질인, 서셉터 조립체.
실시예 Ex13: 선행하는 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 입자 쉘은 상기 입자 코어와 물리적으로 접촉하는, 서셉터 조립체.
실시예 Ex14: 선행하는 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 입자 쉘은 상기 입자 코어에 단단히 결합되어 있는, 서셉터 조립체.
실시예 Ex15: 선행하는 실시예 중 어느 하나에 있어서, 상기 쉘 물질은 예컨대 상기 입자 쉘을 형성하기 위해 상기 입자 코어 상에 도금, 증착, 코팅 또는 피복되어 있는, 서셉터 조립체.
실시예 Ex16: 유도 가열 에어로졸 발생 장치와 함께 사용하기 위한 에어로졸 발생 물품으로서, 상기 물품은 적어도 하나의 에어로졸 형성 기재 및 선행하는 실시예 중 어느 하나에 따른 서셉터 조립체를 포함하고, 상기 서셉터 조립체의 상기 하나 이상의 서셉터 입자는 상기 에어로졸 형성 기재에 내장되어 있고, 특히 상기 에어로졸 형성 기재 전체에 걸쳐 분포되어 있고, 예를 들어, 균질하게 분포되거나 국소 농도 피크로 분포되거나 특히 상기 에어로졸 형성 물품의 중심축으로부터 그의 주변부까지의 분포 구배로 분포되어 있는, 시스템.
실시예 Ex17: 에어로졸 발생 시스템으로서, 선행하는 실시예 중 어느 하나에 따른 에어로졸 발생 물품 및 상기 장치와 함께 사용하기 위한 유도 가열 에어로졸 발생 장치를 포함하는, 에어로졸 발생 시스템.
실시예 Ex18: 에어로졸 형성 기재를 유도 가열하기 위한 하나 이상의 복합 서셉터 입자를 포함하는 서셉터 조립체를 제조하는 방법으로서, 상기 하나 이상의 서셉터 입자 중 각각의 하나는 입자 코어 및 상기 입자 코어를 완전히 캡슐화하는 입자 쉘을 포함하되, 상기 방법은:
- 강자성 또는 페리자성 코어 물질을 포함하거나 이로 만들어진 하나 이상의 입자 코어를 제공하는 단계;
- 예컨대 상기 하나 이상의 입자 코어의 각각의 주위에 입자 쉘을 형성하기 위해 상기 하나 이상의 입자 코어 중 각각의 하나를 전기 전도성 쉘 물질로 감싸는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 Ex19: 실시예 Ex18에 있어서, 상기 하나 이상의 입자 코어를 제공하는 단계는:
- 상기 입자 코어의 형상에 대응하는 형상을 갖는 하나 이상의 미가공체를 상기 강자성 또는 페리자성 코어 물질로부터 형성하는 단계;
- 상기 하나 이상의 미가공체를 가열함으로써 상기 하나 이상의 미가공체를 소결시키는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 Ex20: 실시예 Ex18 또는 Ex19 중 어느 하나에 있어서, 상기 하나 이상의 입자 코어 중 각각의 하나를 전기 전도성 쉘 물질로 감싸는 단계는 상기 쉘 물질을 상기 하나 이상의 입자 코어 상에 도금, 증착, 코팅 또는 피복하는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 Ex18 내지 Ex20 중 어느 하나에 있어서, 상기 하나 이상의 입자 코어 중 각각의 하나를 전기 전도성 쉘 물질로 감싸는 단계는, 증기 증착에 의해, 슬러리 내에서 또는 편평한 유체조 내에서 롤링함으로써 상기 쉘 물질을 상기 입자 코어 상에 도포하는 단계를 포함하되, 상기 슬러리 및 상기 편평한 유체조는 도포될 상기 쉘 물질을 포함하는, 방법.
이제, 예가 도면을 참조하여 추가로 설명될 것이다.
도 1 은 서셉터 조립체를 포함하는 본 발명의 제1 예시적인 구현예에 따른 유도 가열식 에어로졸 발생 물품을 개략적으로 도시하고 있고;
도 2 는 에어로졸 발생 장치 및 도 1에 따른 에어로졸 발생 물품을 포함하는 에어로졸 발생 시스템의 예시적인 구현예를 개략적으로 도시하고 있고;
도 3 은 도 1에 따른 에어로졸 발생 물품 내에 포함된 서셉터 조립체의 하나의 서셉터 입자를 보여주고 있고;
도 4 는 본 발명의 제2 예시적인 구현예에 따른 유도 가열식 에어로졸 발생 물품을 개략적으로 도시하고 있다.
도 1은 본 발명에 따른 유도 가열식 에어로졸 발생 물품(100)의 제1 예시적인 구현예를 개략적으로 도시하고 있다. 에어로졸 발생 물품(100)은 실질적으로 로드 형상을 가지고, 동축 정렬로 순차적으로 배열된 4개의 요소: 에어로졸 형성 로드 세그먼트(110), 중앙 공기 통로(141)를 갖는 지지 요소(140), 에어로졸 냉각 요소(150), 및 마우스피스의 역할을 하는 필터 요소(160)를 포함하고 있다. 에어로졸 형성 로드 세그먼트(110)는 물품(100)의 원위 말단(102)에 배열되는 반면, 필터 요소(160)는 물품(100)의 원위 말단(103)에 배열되어 있다. 이들 4개의 요소 각각은 실질적으로 원통형 요소이고, 이들 모두는 실질적으로 동일한 직경을 가진다. 또한, 4개의 요소는 예컨대 4개의 요소를 함께 유지하고 로드 유사 물품(100)의 요구되는 원형 단면 형상을 유지하도록 외부 래퍼(170)에 의해 둘러싸인다. 래퍼(170)는, 바람직하게는 종이로 제조된다.
본 발명과 관련하여, 에어로졸 형성 로드 세그먼트(110)는 교번 자기장에 노출될 때 기재(130)를 가열하기 위한 서셉터 조립체(120)뿐만 아니라 에어로졸 형성 기재(130)를 포함하고 있다. 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 서셉터 조립체(120)는 에어로졸 형성 기재(130) 전체에 걸쳐 균등하게 분포된 복수의 서셉터 입자(123)를 포함하고 있다. 이들의 미립자 성질로 인해, 서셉터 입자(123)는 주변 에어로졸 형성 기재(130)에 큰 표면적을 제공하며, 이는 유리하게는 열 전달을 향상시킨다. 서셉터 입자(123)의 세부사항은 도 3과 관련하여 이하에서 추가로 더욱 세부사항 123으로 설명될 것이다
도 2에 도시된 바와 같이, 에어로졸 발생 물품(100)은 유도 가열식 에어로졸 발생 장치(10)와 함께 사용하도록 구성된다. 동시에, 장치(10) 및 물품(100)은 본 발명에 따른 에어로졸 발생 시스템(1)을 형성한다. 에어로졸 발생 장치(10)는 적어도 물품(100)의 원위 부분을 수용하기 위해 장치(10)의 근위 부분(12) 내에 정의된 원통형 수용 공동(20)을 포함하고 있다. 장치(10)는 교번 고주파 전자기장을 발생시키기 위한 유도 코일(30)을 포함하는 유도원을 더 포함하고 있다. 본 구현예에서, 유도 코일(30)은 원통형 수용 공동(20)을 원주방향으로 둘러싸는 헬리컬 코일이다. 코일(30)은 물품(100)을 장치(10)와 맞물릴 때 에어로졸 발생 물품(100)의 서셉터 조립체(120)가 교번 자기장을 경험하도록 배열되어 있다. 따라서, 유도원을 활성화시킬 때, 서셉터 조립체(120)는 유도 가열로 인해 가열된다. 도 3과 관련하여 이하에서 더욱 상세히(123) 설명되는 바와 같이, 서셉터 조립체(120)는 에어로졸 형성 로드 세그먼트(110)에서 에어로졸 형성 기재(130)를 증발시키기에 충분한 작동 온도에 도달할 때까지 가열된다. 원위 부분(13) 내에서, 에어로졸 발생 장치(10)는 전력을 공급하고 가열 공정을 제어하기 위한 DC 전력 공급부(40) 및 컨트롤러(50)(도 2에는 개략적으로만 예시됨)를 더 포함하고 있다. 유도 코일(30)과 별개로, 유도원은 바람직하게는 장치(10)의 컨트롤러(50)의 적어도 부분적으로 일체형 부분이다.
도 3은 도 1에 도시된 에어로졸 발생 물품 내에 사용된 서셉터 입자(123) 중 하나를 통해 상세한 단면도를 보여주고 있다. 본 발명에 따르면, 서셉터 입자(123) 중 각각의 하나는 입자 코어(121) 및 입자 코어(121)를 완전히 캡슐화하는 입자 쉘(122)을 포함하고 있다. 입자 코어(121)는 20℃의 온도에서 최대 10kHz(킬로헤르츠)의 주파수에 대해 적어도 200의 상대 자기 투과율을 갖는 강자성 또는 페리자성 코어 물질을 포함하거나 이로 만든 것이다. 본 구현예에서, 입자 코어(121)는 니켈-아연 페라이트, 즉 전기적으로 비전도성 페리자성 물질로 만든 것이다. 대조적으로, 입자 쉘(122)은 전기 전도성 쉘 물질로 만든 것이다. 본 구현예에서, 입자 쉘(122)은 상자성인 알루미늄으로 만든 것이다. 따라서, 일반적으로, 유도 코일(32)의 교번 자기장에 노출될 때, 입자 쉘(122)은 와전류로 인해 가열되는 반면, 입자 코어(121)는 이력 손실로 인해 가열된다.
본 발명에 따르면, 자기 코어는 또 다른 중요한 기능을 갖는다: 높은 자기 투과율로 인해, 입자(121)는 입자 쉘(122)을 통해 자기 플럭스를 증가시키는 플럭스 집중기로서 작용한다. 패러데이 유도법에 따르면, 자기 플럭스의 증가는 입자 쉘(122)에서 와전류 손실의 증가를 야기한다. 따라서, 자기 입자 코어(121)의높은 자기 투과율은 사용 중에 입자 쉘에서 발생된 열의 양을 증가시킨다. 유리하게는, 이는 또한 입자 쉘을 다소 얇게 만들 수 있게 하여, 서셉터 입자의 제조를 위한 물질 및 비용을 절감시킨다.
코어 물질의 퀴리 온도에 도달할 때, 입자 코어(121)의 자기 특성은 페리자성에서 상자성으로 변화한다. 결과적으로, 자기 입자 코어(121)의 전체 유효 자기 투과율은 1로 떨어진다. 이는 코어 물질의 자기 히스테리시스가 소실됨에 따라 입자 코어(121)에서의 열 발생을 정지시킨다. 더욱이, 자기 입자 코어(121)의 자기 투과율의 감소가 전기 전도성 입자 쉘(122)을 통한 자기 플럭스의 감소를 야기하므로, 자기 투과율의 변화는 또한 입자 쉘(122)에서의 열 발생에 영향을 미친다. 이는 결국, 서셉터 조립체가 코어 물질의 퀴리 온도에 도달할 때, 전기이동력의 감소로 이어져, 입자 쉘(122)에서 열 발생 와전류 손실의 감소로 이어진다.
또한, 자기 투과율의 변화는 입자 쉘(122) 내의 열 발생에 영향을 미치는데, 이는 또한, 추가적으로 전술한 바와 같이, 자기 투과율의 감소가 입자 쉘(122) 내의 표피 깊이의 증가를 야기하기 때문이다. 이는 결국 알루미늄 입자 쉘(122)의 유효 저항을 감소시킨다. 따라서, 코어 물질의 퀴리 온도에 도달할 때, 입자 쉘(122)에서의 열 발생은 또한 감소되는데, 이는 유효 저항의 감소가 쉘 물질에서의 와전류 손실의 감소를 야기하기 때문이다.
따라서, 퀴리 온도에서, 입자 쉘(122)에서의 와전류 손실에 의한 열 발생은, 입자 쉘을 통한 자기 플럭스의 감소 및 쉘 물질의 유효 저항의 감소 둘 모두로 인해 감소된다. 또한, 전체 열 발생은 코어 물질의 퀴리 온도에서 소실되는 입자 코어(121)의 히스테리시스 손실로 인해 감소된다. 특히, 전체 열 발생의 감소는 에어로졸 형성 기재로서의 급속한 과열을 바람직하게는 활성 온도 제어의 필요 없이 효과적으로 방지할 수 있도록, 그 자체로 발생된다.
바람직하게는, 특정 코어 물질은 예컨대 에어로졸 형성 기재(130)가 가열될 서셉터 조립체(120)의 약 미리 정의된 작동 온도에서 퀴리 온도를 갖도록 선택된다. 담배 물질을 함유하는 고체 에어로졸 형성 기재의 경우, 작동 온도는 200℃ 내지 360℃의 범위에 있을 수 있다.
도 3에서 더 알 수 있듯이, 서셉터 입자(123)는 실질적으로 볼 형상을 갖는다. 입자 직경(124)은 50μm 내지 75μm의 범위일 수 있다. 본 구현예에서, 모든 서셉터 입자(123)의 평균 입자 직경은 약 35μm의 코어 직경(125)을 갖는 입자 코어(121) 및 약 10μm의 쉘 두께(126)를 갖는 입자 쉘(122)로부터 기인하는 약 555μm이다.
강자성 또는 페리자성 코어 물질의 미가공체를 소결하고, 후속하여, 예를 들어 입자 코어(121)에 단단히 결합되는 입자 쉘(122)을 제공하는 것과 같은 증기 증착에 의해 쉘 물질을 입자 코어(121) 상에 도포할 수 있는 입자 코어가 제조될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 에어로졸 발생 물품(200)의 제2 구현예를 보여주고 있다. 일반적으로, 도 4에 따른 에어로졸 발생 물품(200)은 도 1 및 도 2에 도시된 에어로졸 발생 물품(100)과 매우 유사하다. 따라서, 동일하거나 유사한 특징부는 동일한 참조 부호로 100씩 증가하면서 표시된다. 도 1에 도시된 제1 구현예와 대조적으로, 도 4에 따른 물품(400)은, 주로 로드 세그먼트(210)의 중앙 부분에서 가열된 에어로졸 형성 기재(230)를 갖기 위해, 에어로졸 형성 물품(200)의 중심축(207)으로부터 그의 주변부까지, 특히 물품(200)의 중심축(207)을 따라 최대 국부 농도를 갖는 분포 구배를 갖는 서셉터 입자(223)의 입자 분포를 갖는다.
본 설명 및 첨부된 청구범위의 목적을 위해, 달리 표시된 경우를 제외하고, 양, 수량, 백분율 등을 표현하는 모든 수는 모든 경우에 용어 "약"에 의해 수정된 것으로 이해되어야 한다. 또한, 모든 범위는 개시된 최대 및 최소 지점을 포함하고, 본원에서 구체적으로 열거될 수 있거나 열거되지 않을 수 있는 임의의 중간 범위를 그 안에 포함하고 있다. 따라서, 이러한 맥락에서, 숫자 A는 A ± A의 5% 로서 이해된다. 이러한 맥락 내에서, 숫자 A는 숫자 A가 수정하는 특성의 측정을 위한 일반적인 표준 오차 내에 있는 수치 값을 포함하는 것으로 간주될 수 있다. 첨부된 청구범위에 사용된 일부 경우에, A가 벗어나는 양이 청구된 발명의 기본 및 신규한 특징(들)에 실질적으로 영향을 미치지 않는다면, 숫자 A는 위에서 열거된 백분율만큼 벗어날 수 있다. 또한, 모든 범위는 개시된 최대 및 최소 지점을 포함하고, 본원에서 구체적으로 열거될 수 있거나 열거되지 않을 수 있는 임의의 중간 범위를 그 안에 포함하고 있다.

Claims (15)

  1. 교번 자기장의 영향 하에 에어로졸 형성 기재를 유도 가열하기 위한 서셉터 조립체로서, 상기 서셉터 조립체는 하나 이상의 복합 서셉터 입자를 포함하고, 상기 하나 이상의 서셉터 입자 중 각각의 하나는 입자 코어 및 상기 입자 코어를 완전히 캡슐화하는 입자 쉘을 포함하고, 상기 입자 코어는 20℃의 온도에서 최대 10kHz의 주파수에 대해 적어도 200의 상대 자기 투과율을 갖는 강자성 또는 페리자성 코어 물질을 포함하거나 이로 만들어지고, 상기 입자 쉘은 전기 전도성 쉘 물질을 포함하거나 이로 만들어진 것인, 서셉터 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 쉘 물질은 상자성인, 서셉터 조립체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 쉘 물질은 알루미늄, 스테인리스 스틸, 전기 전도성 탄소, 또는 청동 중 하나인, 서셉터 조립체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코어 물질은 전기적으로 비전도성인, 서셉터 조립체.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코어 물질은 160℃ 내지 400℃, 특히 160℃ 내지 360℃, 바람직하게는 200℃ 내지 360℃, 또는 160℃ 내지 240℃ 범위의 퀴리 온도를 가지는, 서셉터 조립체.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코어 물질은 페라이트 분말인, 서셉터 조립체.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코어 물질은 망간-마그네슘 페라이트, 니켈-아연 페라이트 또는 코발트-아연 바륨 페라이트인, 서셉터 조립체.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 서셉터 입자 중 각각의 하나는 실질적으로 볼 형상을 갖는, 서셉터 조립체.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 서셉터 입자 중 각각의 하나는 10μm 내지 500μm, 특히 20μm 내지 250μm, 보다 구체적으로는 35μm 내지 75μm의 범위, 예를 들어 55μm의 등가 구형 입자 직경을 갖는, 서셉터 조립체.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입자 코어는 5μm 내지 499μm, 특히 15μm 내지 220μm, 보다 구체적으로는 30μm 내지 55μm의 범위, 예를 들어 35μm의 등가 구형 코어 직경을 갖는, 서셉터 조립체.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입자 쉘은 1μm 내지 100μm, 특히 2.5μm 내지 15μm, 보다 구체적으로는 5μm 내지 12μm의 범위, 예를 들어 10μm의 쉘 두께를 갖는, 서셉터 조립체.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입자 코어는 소결된 입자 코어이고, 특히 상기 코어 물질은 소결된 물질인, 서셉터 조립체.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 쉘 물질은 예컨대 상기 입자 쉘을 형성하기 위해 상기 입자 코어 상에 도금, 증착, 코팅 또는 피복되어 있는, 서셉터 조립체.
  14. 유도 가열 에어로졸 발생 장치와 함께 사용하기 위한 에어로졸 발생 물품으로서, 상기 물품은 적어도 하나의 에어로졸 형성 기재 및 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 서셉터 조립체를 포함하고, 상기 서셉터 조립체의 상기 하나 이상의 서셉터 입자는 상기 에어로졸 형성 기재에 내장되어 있고, 특히 상기 에어로졸 형성 기재 전체에 걸쳐 분포되어 있고, 바람직하게는 상기 에어로졸 형성 물품의 중심 축으로부터 그의 주변부까지의 분포 구배로 분포되어 있는, 에어로졸 발생 물품.
  15. 에어로졸 발생 시스템으로서, 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 에어로졸 발생 물품 및 상기 장치와 함께 사용하기 위한 유도 가열 에어로졸 발생 장치를 포함하는, 에어로졸 발생 시스템.
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