KR20230104768A - 증기 발생 장치를 위한 유도 가열 조립체 - Google Patents

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KR20230104768A
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Abstract

증기 발생 장치(10)를 위한 유도 가열 조립체(22)는 유도 코일(32), 및 유도 가열가능 카트리지(26)를 수용하도록 배치되는 가열 컴파트먼트(24)를 포함한다. 제1 전자기 차폐층(36)이 유도 코일(32)의 외부에 배치되고, 제2 전자기 차폐층(46)이 제1 전자기 차폐층(36)의 외부에 배치된다. 제1 및 제2 전자기 차폐층(36, 46)은 전기전도성 및 투자율 중 하나 또는 둘 다에서 차이를 보인다.

Description

증기 발생 장치를 위한 유도 가열 조립체{INDUCTION HEATING ASSEMBLY FOR A VAPOUR GENERATING DEVICE}
본 발명은 증기 발생 장치를 위한 유도 가열 조립체에 관한 것이다. 본 발명의 구현예는 또한 증기 발생 장치에 관한 것이다.
흡입용 증기를 생성하기 위해 기화가능 물질을 연소시키는 대신 가열하는 장치가 최근 몇 년 간 소비자들에게 인기있게 되었다.
이와 같은 장치는 물질에 열을 제공하는 여러 가지 접근법들 중 하나를 이용할 수 있다. 이러한 접근법 중 하나는 유도 가열 시스템을 이용하는 증기 발생 장치를 제공하는 것이다. 이와 같은 장치에서, 유도 코일(이하에서는 인덕터로도 지칭됨)이 장치와 함께 제공되고 서셉터가 기화가능 물질과 함께 제공된다. 사용자가 장치를 활성화할 때 전기 에너지가 인덕터에 제공되고, 이어서 교류 전자기장이 발생된다. 서셉터는 전자기장과 커플링되며 열을 발생시키고, 열은 예를 들어 전도에 의해 기화가능 물질에 전달되며, 기화가능 물질이 가열됨에 따라 증기가 발생된다.
이와 같은 접근법은 가열 및 그에 따른 증기 발생의 개선된 제어를 제공할 가능성이 있다. 그러나, 유도 가열 시스템의 사용의 단점은 유도 코일에 의해 발생되는 전자기장의 누출이 일어날 수 있다는 것이며, 그에 따라 이러한 단점을 해결할 필요성이 존재한다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 증기 발생 장치를 위한 유도 가열 조립체에 있어서,
유도 코일;
유도 가열가능 카트리지를 수용하도록 배치되는 가열 컴파트먼트;
유도 코일의 외부에 배치되는 제1 전자기 차폐층;
제1 전자기 차폐층의 외부에 배치되는 제2 전자기 차폐층을 포함하고,
제1 및 제2 전자기 차폐층은 전기전도성 및 투자율 중 하나 또는 둘 다에서 차이를 보이는, 유도 가열 조립체가 제공된다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 증기 발생 장치를 위한 유도 가열 조립체에 있어서,
유도 코일;
유도 가열가능 카트리지를 수용하도록 배치되는 가열 컴파트먼트;
유도 코일의 외부에 배치되며, 페리자성 비전기전도성 재료를 포함하는 전자기 차폐층; 및
유도 코일과 전자기 차폐층 사이에 위치하고, 실질적으로 비전기전도성이며 실질적으로 1의 상대 투자율을 가지는 재료를 포함하는 제1 절연층을 포함하는, 유도 가열 조립체가 제공된다.
본 발명의 제3 양태에 따르면, 증기 발생 장치에 있어서,
본 발명의 제1 양태 또는 제2 양태에 따른 유도 가열 조립체;
가열 컴파트먼트에 공기를 제공하도록 배치되는 공기 유입구; 및
가열 컴파트먼트와 연통하는 공기 토출구를 포함하는, 증기 발생 장치가 제공된다.
하나 이상의 전자기 차폐층은 유도 코일에 의해 발생되는 전자기장의 누출을 감소시키는 콤팩트하고 효율적이며 경량인 전자기 차폐 구조를 제공한다. 이는 이후 보다 콤팩트한 유도 가열 조립체, 및 그에 따른 보다 콤팩트한 증기 발생 장치의 제공을 가능하게 한다.
하나 이상의 전자기 차폐층 내의 전류 유동이 억제되고, 이는 (주울 가열로 인한) 차폐 구조 내의 열 발생을 감소시키고 그로 인해 에너지 손실을 감소시킨다. 이는 다음과 같은 많은 이점을 제공한다: (i) 유도 코일로부터 유도 가열가능 카트리지와 연관된 서셉터로의 전자기 에너지의 보다 효율적인 전달, 및 그에 따른 기화가능 물질의 개선된 가열; (ii) 온도의 감소(이는 증기 발생 장치의 표면 온도의 감소로 이어지며, 예를 들어 장치 내의 플라스틱 부품이 지나치게 높은 온도로 인해 용해되는 것을 방지함으로써, 장치의 잠재적 손상을 줄인다); 및 (iii) 증기 발생 장치 내의 다른 전기 및 전자 부품들의 보호.
구현예에서, 하나의 전자기 차폐층은 페리자성 비전기전도성 재료를 포함하고, 다른 하나의 전자기 차폐층은 전기전도성 재료를 포함한다.
제1 전자기 차폐층은 페리자성 비전기전도성 재료를 포함할 수 있다. 제1 전자기 차폐층에 적절한 재료들의 예로, 페라이트, 니켈 아연 페라이트, 및 뮤메탈이 포함되지만 이에 제한되지 않는다. 제1 전자기 차폐층은 적층 구조를 포함할 수 있고, 그에 따라 그 자체가 복수의 층을 포함할 수 있다. 층들은 동일한 재료를 포함할 수 있거나, 예를 들어 원하는 차폐 특성을 제공하도록 선택되는 복수의 상이한 재료를 포함할 수 있다. 제1 전자기 차폐층은 예를 들어 하나 이상의 페라이트층 및 하나 이상의 접착 재료층을 포함할 수 있다.
제1 전자기 차폐층은 0.1 mm 내지 10 mm의 두께를 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 두께는 0.1 mm 내지 6 mm일 수 있고, 더 바람직하게는, 두께는 0.7 mm 내지 2.0 mm일 수 있다.
제1 전자기 차폐층은 제1 전자기 차폐층의 전체 표면적의 80%를 초과하는 커버리지 면적을 제공할 수 있다. 일부 구현예에서, 커버리지 면적은 90% 초과, 가능하게는 95% 초과일 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 전체 표면적은, 층이 완전히 온전할 때의 층의 표면적, 예를 들어 공기 유입구 또는 공기 토출구와 같은 임의의 개구가 없는 층의 표면적을 의미한다. 본원에 사용된 바와 같이, 커버리지 면적은 공기 유입구 또는 공기 토출구와 같은 임의의 개구의 면적을 배제한 표면적을 의미한다.
제2 전자기 차폐층은 전기전도성 재료를 포함할 수 있다. 제2 전자기 차폐층은 메시(mesh)를 포함할 수 있다. 제2 전자기 차폐층은 금속을 포함할 수 있다. 적절한 금속의 예로, 알루미늄 및 구리가 포함되지만 이에 제한되지 않는다. 제2 전자기 차폐층은 적층 구조를 포함할 수 있고, 그에 따라 그 자체가 복수의 층을 포함할 수 있다. 층들은 동일한 재료를 포함할 수 있거나, 예를 들어 원하는 차폐 특성을 제공하도록 선택되는 복수의 상이한 재료를 포함할 수 있다.
제2 전자기 차폐층은 0.1 mm 내지 0.5 mm의 두께를 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 두께는 0.1 mm 내지 0.2 mm일 수 있다. 제2 전자기 차폐층은 30 mΩ 미만의 저항값을 가질 수 있다. 저항값은 15 mΩ 미만일 수 있고 10 mΩ 미만일 수 있다. 이러한 저항값들은 제2 전자기 차폐층의 가열 및 전도 손실을 최소화한다.
제2 전자기 차폐층은 제2 전자기 차폐층의 전체 표면적의 30%를 초과하는 커버리지 면적을 제공할 수 있다. 일부 구현예에서, 커버리지 면적은 50% 초과, 가능하게는 65% 초과일 수 있다. 상기 주목한 바와 같이, 제2 전자기 차폐층은 메시를 포함할 수 있기 때문에, 제2 전자기 차폐층의 커버리지 면적은 제1 전자기 차폐층의 커버리지 면적보다 현저히 작을 수 있다.
제2 전자기 차폐층은 실질적으로 원통형의 차폐 부분을 포함할 수 있고 실질적으로 원통형의 슬리브를 포함할 수 있다. 원통형의 차폐 부분은 원주상 갭을 포함할 수 있다. 따라서, 제2 전자기 차폐층은 원통형 슬리브를 포함할 수 있되, 원주상 갭이 축방향으로 전체 슬리브를 따라 연장된다. 원주상 갭은 제2 전자기 차폐층의 전기 절연(electric break)을 제공하여 이 지점에서 유도 전류를 제한한다.
일부 구현예에서, 유도 코일과 제1 전자기 차폐층 사이에는 전기전도성 재료가 존재하지 않는다. 이와 같은 배치는 차폐 구조 내의 전류 유동을 억제하는 데에 도움이 된다.
유도 가열 조립체는 제1 절연층을 포함할 수 있다. 제1 절연층은 유도 코일과 제1 전자기 차폐층 사이에 위치할 수 있다. 제1 절연층은 실질적으로 비전기전도성일 수 있고 실질적으로 1의 상대 투자율을 가질 수 있다. 실질적으로 1인 상대 투자율은 상대 투자율이 0.99 내지 1.01, 바람직하게는 0.999 내지 1.001의 범위일 수 있음을 의미한다.
제1 절연층은, 실질적으로 비전기전도성이며 실질적으로 1의 상대 투자율을 가지는 재료를 전적으로 포함할 수 있다. 대안적으로, 제1 절연층은, 실질적으로 비전기전도성이며 실질적으로 1의 상대 투자율을 가지는 재료를 실질적으로 포함할 수 있다. 제1 절연층은 예를 들어 적층 구조 또는 복합 구조를 포함할 수 있고 그에 따라 그 자체가 복수의 층 및/또는 입자들/원소들의 혼합물을 포함할 수 있다. 층들 또는 입자들/원소들의 혼합물은 동일한 재료를 포함할 수 있거나, 복수의 상이한 재료, 예를 들어, 비전기전도성 재료, 전기전도성 재료, 및 페리자성 재료로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 재료를 포함할 수 있다. 제1 절연층이, 실질적으로 비전기전도성이며 실질적으로 1의 상대 투자율을 가지는 재료를 '실질적으로' 포함하도록 보장하는 이와 같은 재료 조합은 소정의 비율로 제공됨을 이해할 것이다. 일 구현예에서, 제1 절연층의 재료는 공기를 포함할 수 있다.
제1 절연층은 0.1 mm 내지 10 mm의 두께를 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 두께는 0.5 mm 내지 7 mm일 수 있고, 가능하게는 1 mm 내지 5 mm일 수 있다. 제1 절연층을 포함하는 이와 같은 배치는 최적의 교류 전자기장이 유도 코일에 의해 발생되도록 보장한다.
제1 절연층은 제1 절연층의 전체 표면적의 90%를 초과하는 커버리지 면적을 제공할 수 있다. 일부 구현예에서, 커버리지 면적은 95% 초과, 가능하게는 98% 초과일 수 있다.
유도 가열 조립체는 공기 유입구에서 가열 컴파트먼트까지의 공기 통로를 추가로 포함할 수 있고, 공기 통로는 제1 절연층의 적어도 일부를 형성할 수 있다. 이는 유도 가열 조립체의 구성을 단순화하며 유도 가열 조립체 및 그에 따른 증기 발생 장치의 크기를 최소화할 수 있다. 유도 코일로부터의 열이 또한 공기 통로를 통해 흐르는 공기에 전달되어, 공기의 예열로 인해 유도 가열 조립체 및 그에 따른 증기 발생 장치의 효율을 개선할 수 있다.
유도 가열 조립체는 하우징을 추가로 포함할 수 있고, 하우징은 제2 전자기 차폐층을 포함할 수 있다. 하우징이 제2 전자기 차폐층의 역할을 하는 이와 같은 배치는 부품수의 감소로 이어지고, 따라서 유도 가열 조립체 및 그에 따른 증기 발생 장치의 크기, 중량, 및 제조 비용의 개선으로 이어진다.
제1 및 제2 전자기 차폐층 중 하나 또는 둘 다는 유도 코일의 제1 및 제2 축방향 단부 모두에서 유도 코일 주위에 원주상으로 배치되어 유도 코일을 실질적으로 둘러쌀 수 있다. 그러므로, 차폐 효과가 최대화된다.
일 구현예에서, 유도 가열 조립체는 가열 컴파트먼트와 유도 가열 조립체의 제1 축방향 단부에 있는 공기 토출구 사이에서 연장되는 흡입 통로를 추가로 포함할 수 있고;
흡입 통로의 일 부분은 가열 컴파트먼트와 공기 토출구 사이에서 축방향에 실질적으로 수직인 방향으로 연장되며;
제1 및 제2 전자기 차폐층 중 하나 또는 둘 다는 유도 코일의 제1 축방향 단부가 전자기 차폐층들에 의해 실질적으로 덮이도록 흡입 통로의 상기 부분에 인접하게 진행된다.
제1 및/또는 제2 전자기 차폐층의 이와 같은 배치는 유도 코일의 제1 축방향 단부의 최대 커버리지가 제1 및/또는 제2 전자기 차폐층에 의해 제공되고 차폐 효과가 최대화되도록 보장한다.
유도 가열 조립체는 가능하게는 제1 또는 제2 전자기 차폐층 내에서 유도 코일의 제1 및 제2 축방향 단부 중 하나 또는 둘 다에 위치할 수 있는 차폐 코일을 추가로 포함할 수 있다. 차폐 코일은 저역 통과 필터로 작동하여 부품수를 감소시킬 수 있고, 따라서 유도 가열 조립체 및 그에 따른 증기 발생 장치의 크기, 중량, 및 제조 비용의 개선으로 이어질 수 있다.
유도 가열 조립체는 제1 및 제2 전자기 차폐층을 둘러쌀 수 있는 외부 하우징 층을 추가로 포함할 수 있다. 이는 증기 발생 장치의 외표면이 뜨거워지지 않고 사용자가 불편함 없이 장치를 조작할 수 있도록 보장한다.
일 구현예에서, 유도 가열 조립체는 제2 절연층을 추가로 포함할 수 있다. 제2 절연층은 실질적으로 비전기전도성일 수 있고 1보다 작거나 실질적으로 1인 상대 투자율을 가질 수 있다. 실질적으로 1인 상대 투자율은 상대 투자율이 0.99 내지 1.01, 바람직하게는 0.999 내지 1.001의 범위일 수 있음을 의미한다. 제2 절연층의 제1 부분은 사용중 유도 코일과 유도 가열가능 카트리지 내의 기화가능 물질 사이에 놓일 수 있다. 제2 절연층을 포함하는 이와 같은 배치는 서셉터와 교류 전자기장 사이의 최적의 커플링이 달성되도록 보장한다. 제2 절연층의 제2 부분은 유도 코일의 외부에 배치될 수 있고 유도 코일과 제1 전자기 차폐층 사이에 위치할 수 있다.
제2 절연층은, 실질적으로 비전기전도성이며 1보다 작거나 실질적으로 1인 상대 투자율을 가지는 재료를 전적으로 포함할 수 있다. 대안적으로, 제2 절연층은, 실질적으로 비전기전도성이며 1보다 작거나 실질적으로 1인 상대 투자율을 가지는 재료를 실질적으로 포함할 수 있다. 제2 절연층은 예를 들어 적층 구조 또는 복합 구조를 포함할 수 있고 그에 따라 그 자체가 복수의 층 및/또는 입자들/원소들의 혼합물을 포함할 수 있다. 층들 또는 입자들/원소들의 혼합물은 동일한 재료를 포함할 수 있거나, 복수의 상이한 재료, 예를 들어, 비전기전도성 재료, 전기전도성 재료, 및 페리자성 재료로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 재료를 포함할 수 있다. 제2 절연층이, 실질적으로 비전기전도성이며 1보다 작거나 실질적으로 1인 상대 투자율을 가지는 재료를 '실질적으로' 포함하도록 보장하는 이와 같은 재료 조합은 소정의 비율로 제공됨을 이해할 것이다.
일 구현예에서, 제2 절연층은 플라스틱 재료를 포함할 수 있다. 플라스틱 재료는 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK), 또는 매우 높은 열저항(절연체) 및 낮은 열질량을 가지는 임의의 다른 재료를 포함할 수 있다. 증기 발생 장치의 소정의 비사용 기간 후에, 장치 및 그에 따른 유도 가열 조립체의 부품들은 주변 온도에 도달할 때까지 냉각됨을 이해할 것이다. 제2 절연층이 가열된 증기에 의해 접촉되는 증기 발생 장치의 최초 활성화시, 상대적으로 뜨거운 증기와 더 차가운 제2 절연층 사이의 접촉으로 인해, 결로가 제2 절연층 상에 형성될 수 있고, 결로는 제2 절연층의 온도가 증가할 때까지 남아있을 것이다. 매우 높은 열저항 및 낮은 열질량을 갖는 재료의 사용은 제2 절연층이 가열된 증기에 의해 접촉되는 장치의 최초 활성화 후에 제2 절연층이 가능한 한 신속하게 승온되도록 보장하기 때문에 결로를 최소화한다.
유도 가열 조립체는 사용중 최고 농도 지점에서 약 20 mT 내지 2.0 T의 자속 밀도를 갖는 변동 전자기장으로 작동하도록 배치될 수 있다.
유도 가열 조립체는 고주파수에서 작동하도록 구성될 수 있는 전원 및 회로를 포함할 수 있다. 전원 및 회로는 약 80 kHz 내지 500 kHz, 가능하게는 약 150 kHz 내지 250 kHz, 가능하게는 약 200 kHz의 주파수에서 작동하도록 구성될 수 있다. 전원 및 회로는 사용되는 유도식으로 가열가능한 서셉터의 유형에 따라 더 높은 주파수(예를 들어 MHz 범위)에서 작동하도록 구성될 수 있다.
유도 코일이 임의의 적절한 재료를 포함할 수 있지만, 통상적으로 유도 코일은 리츠(Litz) 와이어 또는 리츠 케이블을 포함할 수 있다.
유도 가열 조립체는 임의의 형상 및 형태를 취할 수 있지만, 이는 과도한 재료 사용을 감소시키기 위해 실질적으로 유도 코일의 형태를 취하도록 배치될 수 있다. 유도 코일은 실질적으로 나선형 형상일 수 있다.
나선형 유도 코일의 원형 단면은 유도 가열 조립체로의 유도 가열가능 카트리지의 삽입을 용이하게 하며 유도 가열가능 카트리지의 균일한 가열을 보장한다. 유도 가열 조립체의 결과적인 형상은 또한 사용자가 잡기에 편리하다.
유도 가열가능 카트리지는 하나 이상의 유도 가열가능 서셉터를 포함할 수 있다. 상기 또는 각각의 서셉터는 알루미늄, 철, 니켈, 스테인리스 강, 및 이들의 합금, 예컨대 니켈 크롬 또는 니켈 구리 중 하나 이상을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 인근에서의 전자기장의 인가로, 상기 또는 각각의 서셉터는 와류 및 자기 이력 손실로 인해 열을 발생시켜서 전자기로부터 열로의 에너지 변환을 초래할 수 있다.
유도 가열가능 카트리지는 공기 투과성 쉘 내부에 증기 발생 물질을 포함할 수 있다. 공기 투과성 쉘은 전기절연성 및 비자성인 공기 투과성 재료를 포함할 수 있다. 재료는 공기가 고온 저항성을 갖는 재료를 통해 흐를 수 있도록 높은 공기 투과성을 가질 수 있다. 적절한 공기 투과성 재료의 예로, 셀룰로오스 섬유, 종이, 면, 및 실크가 포함된다. 공기 투과성 재료는 또한 필터의 역할을 할 수 있다. 대안적으로, 유도 가열가능 카트리지는 종이로 랩핑되는 증기 발생 물질을 포함할 수 있다. 대안적으로, 유도 가열가능 카트리지는, 공기 투과성이 아니지만 공기 유동을 허용하는 적절한 천공 또는 개구를 포함하는 재료의 내부에 유지되는 증기 발생 물질을 포함할 수 있다. 대안적으로, 유도 가열가능 카트리지는 증기 발생 물질 자체로 구성될 수 있다. 유도 가열가능 카트리지는 실질적으로 스틱의 형상으로 형성될 수 있다.
증기 발생 물질은 임의의 유형의 고형 또는 반고형 재료일 수 있다. 예시적인 유형의 증기 발생 고체에는, 분말, 과립, 펠릿, 슈레드, 가닥, 입자, 겔, 스트립, 루스 리프, 각초, 다공성 재료, 발포 재료 또는 시트가 포함된다. 물질은 식물 유래 재료를 포함할 수 있고, 특히 물질은 담배를 포함할 수 있다.
증기 발생 물질은 에어로졸-포머(aerosol-former)를 포함할 수 있다. 에어로졸-포머의 예로, 다가 알코올, 및 글리세린 또는 프로필렌 글리콜과 같은 이의 혼합물이 포함된다. 통상적으로, 증기 발생 물질은 건조 중량 기준으로 약 5% 내지 약 50%의 에어로졸-포머 함량을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 증기 발생 물질은 건조 중량 기준으로 약 15%의 에어로졸-포머 함량을 포함할 수 있다.
또한, 증기 발생 물질은 에어로졸-포머 자체일 수 있다. 이 경우, 증기 발생 물질은 액체일 수 있다. 또한, 이 경우, 유도 가열가능 카트리지는 액체 보유 물질(예컨대, 섬유속, 세라믹과 같은 다공성 재료 등)을 포함할 수 있는데, 이는 기화될 액체를 보유하며, 증기가 형성되어 액체 보유 물질로부터 예를 들어 공기 토출구를 향해 배출/방출되어 사용자에 의해 흡입될 수 있게 한다.
가열시, 증기 발생 물질은 휘발성 화합물을 배출할 수 있다. 휘발성 화합물은 니코틴, 또는 담배 향료와 같은 향미 화합물을 포함할 수 있다.
유도 코일은 서셉터를 가열하기 위해 작동할 때 전자기장을 생성하기 때문에, 유도 가열가능 서셉터를 포함하는 임의의 부재는 작동중 유도 코일에 근접하게 배치될 때 가열될 것이고, 이로써 가열 컴파트먼트 내에 수용되는 유도 가열가능 카트리지의 형상 및 형태에 대한 제약이 없다. 일부 구현예에서, 유도 가열가능 카트리지는 원통형 형상일 수 있고, 이로써 가열 컴파트먼트는 실질적으로 원통형의 기화가능 물품을 수용하도록 배치된다.
가열 컴파트먼트가 가열될 실질적으로 원통형의 유도 가열가능 카트리지를 수용하는 능력은, 자주 기화가능 물질 및 특히 담배 제품이 원통형 형태로 포장되고 판매되기 때문에 유리하다.
도 1은 본 발명의 제1 구현예에 따른 유도 가열 조립체를 포함하는 증기 발생 장치의 개략도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 양태에 따른 전자기 차폐층의 사용에 의해 달성되는 차폐 효과 및 본 발명의 양태에 따른 절연층의 사용에 의해 달성되는 자기장 세기의 변동의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 제2 구현예에 따른 유도 가열 조립체의 일부의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 제3 구현예에 따른 유도 가열 조립체의 일부의 개략도이다.
이하에서는, 본 발명의 구현예들이 단지 예시의 차원에서 첨부 도면을 참조하여 설명될 것이다.
먼저 도 1을 참조하면, 본 발명의 예에 따른 증기 발생 장치(10)가 개략적으로 도시되어 있다. 증기 발생 장치(10)는 하우징(12)을 포함한다. 장치(10)가 흡입될 증기를 발생시키기 위해 사용될 때, 마우스피스(18)가 공기 토출구(19)에서 장치(10) 상에 설치될 수 있다. 마우스피스(18)는 사용자가 장치(10)에 의해 발생되는 증기를 용이하게 흡입하게 하는 능력을 제공한다. 장치(10)는 고주파수에서 작동하도록 구성될 수 있는 참조 번호 20으로 표시된 전원 및 제어 회로를 포함한다. 전원은 예를 들어 유도식으로 재충전될 수 있는 하나 이상의 배터리를 통상적으로 포함한다. 장치(10)는 또한 공기 유입구(21)를 포함한다.
증기 발생 장치(10)는 증기 발생(즉, 기화가능) 물질을 가열하기 위한 유도 가열 조립체(22)를 포함한다. 유도 가열 조립체(22)는 대략 원통형의 가열 컴파트먼트(24)를 포함하고, 이는 기화가능 물질(28) 및 하나 이상의 유도 가열가능 서셉터(30)를 포함하는 대응하는 형상의 대략 원통형의 유도 가열가능 카트리지(26)를 수용하도록 배치된다. 유도 가열가능 카트리지(26)는 기화가능 물질(28)이 담기는 외층 또는 박막을 통상적으로 포함하되, 외층 또는 박막은 공기 투과성이다. 예를 들어, 유도 가열가능 카트리지(26)는 담배 및 적어도 하나의 유도 가열가능 서셉터(30)를 포함하는 일회용 카트리지(26)일 수 있다.
유도 가열 조립체(22)는 나선형 유도 코일(32)을 포함하고, 이는 원통형 가열 컴파트먼트(24) 주위에 연장되며 전원 및 제어 회로(20)에 의해 통전될 수 있다. 당업자는 유도 코일(32)이 통전될 때 교류 시변 전자기장이 생성됨을 이해할 것이다. 이는 하나 이상의 유도 가열가능 서셉터(30)와 커플링되며 하나 이상의 유도 가열가능 서셉터(30) 내에 와류 및/또는 자기 이력 손실을 발생시켜서 이들을 승온시킨다. 이후, 열은 예를 들어 전도, 방사, 및 대류에 의해 하나 이상의 유도 가열가능 서셉터(30)로부터 기화가능 물질(28)로 전달된다.
유도 가열가능 서셉터(들)(30)는 기화가능 물질(28)과 직접 또는 간접 접촉할 수 있고, 그에 따라 서셉터(30)가 유도 가열 조립체(22)의 유도 코일(32)에 의해 유도식으로 가열될 때, 열은 서셉터(들)(30)로부터 기화가능 물질(28)로 전달되어, 기화가능 물질(28)을 가열하고 증기를 생성한다. 기화가능 물질(28)의 기화는 공기 유입구(21)를 통한 주변 환경으로부터의 공기의 추가에 의해 촉진된다. 이후, 기화가능 물질(28)을 가열함으로써 발생되는 증기는 공기 토출구(19)를 통해 가열 컴파트먼트(24)를 빠져나가고, 예를 들어 마우스피스(18)를 통해 장치(10)의 사용자에 의해 흡입될 수 있다. 가열 컴파트먼트(24)를 통한 공기의 유동, 즉 공기 유입구(21)로부터 가열 컴파트먼트(24)를 통해 유도 가열 조립체(22)의 흡입 통로(34)를 따라 공기 토출구(19) 밖으로 이어지는 공기의 유동은 사용자가 마우스피스(18)를 사용하여 장치(10)의 공기 토출구(19)측으로부터 공기를 빨아들임으로써 생성되는 음압의 도움을 받을 수 있다.
유도 가열 조립체(22)는, 유도 코일(32)의 외부에 배치되며 통상적으로 페라이트, 니켈 아연 페라이트, 또는 뮤메탈과 같은 페리자성 비전기전도성 재료로 형성되는 제1 전자기 차폐층(36)을 포함한다. 도 1에 도시된 구현예에서, 제1 전자기 차폐층(36)은, 나선형 유도 코일(32)의 반경방향 외부에 위치되어 유도 코일(32) 주위에 원주상으로 연장되는, 예를 들어 실질적으로 원통형의 슬리브 형태의, 실질적으로 원통형의 차폐 부분(38)을 포함한다. 실질적으로 원통형의 차폐 부분(38)은 통상적으로 약 1.7 mm 내지 2 mm의 층 두께(반경방향)를 갖는다. 제1 전자기 차폐층(36)은 또한 약 5 mm의 층 두께(축방향)를 가지는, 유도 가열 조립체(22)의 제1 축방향 단부(14)에 제공되는, 제1 환형 차폐 부분(40)을 포함한다. 제1 전자기 차폐층(36)은 또한 유도 가열 조립체(22)의 제2 축방향 단부(16)에 제공되는 제2 환형 차폐 부분(42)을 포함한다. 제2 환형 차폐 부분(42)은 제1 및 제2 차폐 재료층(42a, 42b)을 포함하되, 이들 사이에는 선택적인 차폐 코일(44)이 위치한다. 대안적인 구현예에서, 제2 환형 차폐 부분(42)은 차폐 코일(44)의 존재와 무관하게 단일 차폐 재료층을 포함할 수 있다.
유도 가열 조립체(22)는 제1 전자기 차폐층(36)의 외부에 배치되는 제2 전자기 차폐층(46)을 포함한다. 제2 전자기 차폐층(46)은 통상적으로 전기전도성 재료, 예를 들어 알루미늄 또는 구리와 같은 금속을 포함하고, 메시의 형태일 수 있다. 도 1에 도시된 구현예에서, 제2 전자기 차폐층(46)은, 예를 들어, 축방향으로 연장된 원주상 갭(미도시)을 구비한 실질적으로 원통형의 슬리브 형태의 실질적으로 원통형의 차폐 부분(48), 및 유도 가열 조립체(22)의 제1 축방향 단부(14)에 제공되는 환형 차폐 부분(50)을 포함한다. 실질적으로 원통형의 차폐 부분(48) 및 환형 차폐 부분(50)은 단일 구성요소로서 일체형으로 형성될 수 있다. 일부 구현예에서, 제2 전자기 차폐층(46)은 약 0.15 mm의 층 두께를 갖는다. 제2 전자기 차폐층(46)의 저항값은 제2 전자기 차폐층(46) 내의 가열 및 전도 손실을 최소화하도록 선택되고, 예를 들어 30 mΩ 미만의 값을 가질 수 있다.
유도 가열 조립체(22)는, 제1 및 제2 전자기 차폐층(36, 46)을 둘러싸며 하우징(12)의 최외층을 구성하는 외부 하우징 층(13)을 포함한다. 대안적인 구현예(미도시)에서, 외부 하우징 층(13)은 제2 전자기 차폐층(46)이 하우징(12)의 최외층을 구성하도록 생략될 수 있다.
유도 가열 조립체(22)는 유도 코일(32)과 제1 전자기 차폐층(36) 사이에 위치하는 제1 절연층(52)을 포함한다. 제1 절연층(52)은 실질적으로 비전기전도성이며 실질적으로 1의 상대 투자율을 가지고, 도시된 구현예에서 제1 절연층(52)은 공기를 포함한다.
유도 코일(32)과 제1 전자기 차폐층(36) 사이의 제1 절연층(52)의 제공은 유리하게는 유도 가열가능 카트리지(26)의 서셉터(들)(30)와의 커플링을 위한 최적의 전자기장이 발생되도록 보장하고, 이는 도 2 내지 도 4에 개략적으로 도시된다. 예를 들어, 도 2는 상기 설명된 전자기 차폐층들(36, 46)의 부재시 나선형 유도 코일(32)에 의해 발생되는 전자기장을 개략적으로 도시한다. 한편, 도 3은 상기 설명된 제1 전자기 차폐층(36), 특히 실질적으로 원통형의 차폐 부분(38)이 유도 코일(32)에 매우 가깝게 또는 이와 접촉하여 위치할 때, 다시 말하면, 상기 언급된 제1 절연층(52)이 제공되지 않을 때 나선형 유도 코일(32)에 의해 발생되는 전자기장을 개략적으로 도시한다. 제1 전자기 차폐층(36)이 제1 전자기 차폐층(36)의 반경방향 외부에 있는 영역에서 전자기장의 세기를 감소시키고 그로 인해 전자기장의 누출을 감소시키지만, 이는 또한 사용중 유도 가열가능 카트리지(26)가 위치하는 유도 코일(32)의 반경방향 내부에 있는 영역에서 전자기장의 세기를 감소시킨다는 것을 도 3에서 쉽게 알 수 있다. 이는 전자기장과 유도 가열가능 카트리지(26)의 서셉터(들)(30)의 커플링에 악영향을 미치고 가열 효율을 감소시키기 때문에 바람직하지 않다. 마지막으로 도 4를 참조하면, 본 발명의 양태에 따른 제1 절연층(52)이 유도 코일(32)과 제1 전자기 차폐층(36) 사이에 위치할 때, 도 3에 도시된 것과 유사한 방식으로, 제1 전자기 차폐층(36), 특히 실질적으로 원통형의 차폐 부분(38)은 제1 전자기 차폐층(36)의 반경방향 외부에 있는 영역에서 전자기장의 세기를 감소시키고 그로 인해 전자기장의 누출을 감소시킨다는 것이 명백하다. 그러나, 도 3과 달리, 사용중 유도 가열가능 카트리지(26)가 위치하는 유도 코일(32)의 반경방향 내부에 있는 영역의 전자기장의 세기는 감소되지 않고, 그로 인해 전자기장과 유도 가열가능 카트리지(26)의 서셉터(들)(30)의 최적의 커플링을 보장하며 가열 효율을 최대화한다.
다시 도 1을 참조하면, 유도 가열 조립체(22)는 공기 유입구(21)로부터 가열 컴파트먼트(24)로 연장되는 환형 공기 통로(54)를 포함한다는 것을 주목한다. 공기 통로(54)는 유도 코일(32)과 제1 전자기 차폐층(36) 사이에서 유도 코일(32)의 반경방향 외부에 위치하고, 제1 절연층(52)은 공기 통로(54)에 의해 적어도 부분적으로 형성된다.
유도 가열 조립체(22)는 제2 절연층(58)을 추가로 포함한다. 제2 절연층(58)의 제1 부분(58a)은 유도 코일(32)과 유도 가열가능 카트리지(26) 내의 기화가능 물질(28) 사이에 놓이도록 유도 코일(32)의 내측에 배치되는 것을 도 1에서 알 수 있다. 제2 절연층(58)의 제2 부분(58b)은 유도 코일(32)의 외부에 배치되며 유도 코일(32)과 제1 전자기 차폐층(36) 사이에 위치하는 것을 도 1에서 또한 알 수 있다. 도시된 구현예에서, 제2 부분(58b)은 제1 전자기 차폐층(36)에 인접하게 환형 공기 통로(54)의 반경방향 외부에 위치하는 원통형 슬리브(56)를 포함한다. 제2 절연층(58)은 실질적으로 비전기전도성이고, 1보다 작거나 실질적으로 1인 상대 투자율을 가지며, 통상적으로 PEEK와 같은 플라스틱 재료를 포함한다. 도 1에서 쉽게 알 수 있는 바와 같이, 제2 절연층(58)의 제1 부분(58a)은 사용중 유도 가열가능 카트리지(26)가 수용되는 가열 컴파트먼트(24)의 내부 부피를 획정한다.
이제 도 5를 참조하면, 증기 발생 장치(10)를 위한 유도 가열 조립체(60)의 제2 구현예의 일부가 도시되어 있다. 도 5에 도시된 유도 가열 조립체(60)는 도 1에 도시된 유도 가열 조립체(22)와 유사하고, 대응하는 구성요소들은 동일한 참조 번호를 사용하여 표시된다. 제1 및 제2 전자기 차폐층(36, 46)의 실질적으로 원통형의 차폐 부분들(38, 48)이 도 5에서 생략되었음을 주목해야 한다.
유도 가열 조립체(60)는 가열 컴파트먼트(24)로부터 유도 가열 조립체(60)의 제1 축방향 단부(14)에 있는 공기 토출구(19)로 연장되는 흡입 통로(62)를 포함한다. 흡입 통로(62)는 가열 컴파트먼트(24)와 공기 토출구(19) 사이에서 축방향과 실질적으로 평행한 방향으로 연장되는 제1 및 제2 축방향 부분(64, 66)을 포함한다. 흡입 통로(62)는 또한 가열 컴파트먼트(24)와 공기 토출구(19) 사이에서 축방향에 실질적으로 수직인 방향으로 연장되는 횡방향 부분(68)을 포함한다. 각각이 제1 및 제2 전자기 차폐층(36, 46)을 포함하는 복수의 전자기 차폐 조립체가 흡입 통로(62)의 횡방향 부분(68)의 양측에서 횡방향 부분(68)에 인접하게 진행되도록 위치한다. 이러한 배치로, 전자기 차폐 조립체들은 유도 코일(32)의 제1 축방향 단부가 전자기 차폐층들(36, 46)에 의해 실질적으로 차폐되도록 서로 적어도 부분적으로 중첩된다.
이제 도 6을 참조하면, 증기 발생 장치(10)를 위한 유도 가열 조립체(70)의 제3 구현예의 일부가 도시되어 있다. 도 6에 도시된 유도 가열 조립체(70)는 도 5에 도시된 유도 가열 조립체(60)와 유사하고, 대응하는 구성요소들은 동일한 참조 번호를 사용하여 표시된다.
유도 가열 조립체(70)는 가열 컴파트먼트(24)로부터 유도 가열 조립체(70)의 제1 축방향 단부(14)에 있는 공기 토출구(19)로 연장되는 흡입 통로(72)를 포함한다. 흡입 통로(72)는 가열 컴파트먼트(24)와 공기 토출구(19) 사이에서 축방향과 실질적으로 평행한 방향으로 연장되는 제1, 제2, 제3, 및 제4 축방향 부분(74, 76, 78, 80)을 포함한다. 흡입 통로(72)는 또한 가열 컴파트먼트(24)와 공기 토출구(19) 사이에서 축방향에 실질적으로 수직인 방향으로 연장되는 제1, 제2, 및 제3 횡방향 부분(82, 84, 86)을 포함한다. 각각이 제1 및 제2 전자기 차폐층(36, 46)을 포함하는 복수의 전자기 차폐 조립체가 다시 흡입 통로(72)의 횡방향 부분(84)의 양측에서 횡방향 부분들(82, 84, 86)에 인접하게 진행되도록 위치한다. 이러한 배치로, 전자기 차폐 조립체들은 유도 코일(32)의 제1 축방향 단부가 전자기 차폐층들(36, 46)에 의해 실질적으로 차폐되도록 서로 적어도 부분적으로 중첩된다는 것을 다시 알 수 있다.
예시적인 구현예들이 이전 내용에 설명되었지만, 첨부된 청구범위의 범주를 벗어남 없이, 이러한 구현예들의 다양한 수정이 가능함을 이해해야 한다. 그러므로, 청구범위의 폭과 범주는 전술한 예시적인 구현예들에 국한되지 않아야 한다.
문맥상 명백히 달리 요구되지 않는 한, 상세한 설명 및 청구범위 전체에 걸쳐, “포함한다”, “포함하는” 등의 단어는 배타적에 반대되는 포괄적의 의미로 또는 총망라의 의미로, 즉 “포함하지만 제한되지 않는”의 의미로 해석되어야 한다.

Claims (15)

  1. 증기 발생 장치(10)를 위한 유도 가열 조립체(22)에 있어서,
    유도 코일(32);
    유도 가열가능 카트리지(26)를 수용하도록 배치되는 가열 컴파트먼트(24);
    상기 유도 코일(32)의 외부에 배치되는 제1 전자기 차폐층(36);
    상기 제1 전자기 차폐층(36)의 외부에 배치되는 제2 전자기 차폐층(46)을 포함하고,
    상기 제1 및 제2 전자기 차폐층(36, 46)은 전기전도성 및 투자율 중 하나 또는 둘 다에서 차이를 보이는, 유도 가열 조립체(22).
  2. 제1항에 있어서,
    하나의 전자기 차폐층(36, 46)은 페리자성 비전기전도성 재료를 포함하고;
    다른 하나의 전자기 차폐층(36, 46)은 전기전도성 재료를 포함하는, 유도 가열 조립체(22).
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 전자기 차폐층(36)은 페리자성 비전기전도성 재료를 포함하고;
    상기 제2 전자기 차폐층(46)은 전기전도성 재료를 포함하는, 유도 가열 조립체(22).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유도 코일(32)과 상기 제1 전자기 차폐층(36) 사이에는 전기전도성 재료가 존재하지 않는, 유도 가열 조립체(22).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유도 코일(32)과 상기 제1 전자기 차폐층(36) 사이에 위치하는 제1 절연층(52)을 추가로 포함하고, 상기 제1 절연층(52)은 실질적으로 비전기전도성이며 실질적으로 1의 상대 투자율을 가지고, 바람직하게는 상기 제1 절연층(52)은 공기를 포함하는, 유도 가열 조립체(22).
  6. 제5항에 있어서,
    공기 유입구(21)에서 상기 가열 컴파트먼트(24)까지의 공기 통로(54)를 추가로 포함하고, 상기 공기 통로(54)는 상기 제1 절연층(52)의 적어도 일부를 형성하는, 유도 가열 조립체(22).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    하우징(12)을 추가로 포함하고, 상기 하우징(12)은 상기 제2 전자기 차폐층(46)을 포함하는, 유도 가열 조립체(22).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전자기 차폐층(36, 46) 중 하나 또는 둘 다는 상기 유도 코일(32)의 제1 및 제2 축방향 단부 모두에서 상기 유도 코일(32) 주위에 원주상으로 배치되어 상기 유도 코일(32)을 실질적으로 둘러싸는, 유도 가열 조립체(22).
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가열 컴파트먼트(24)와 상기 유도 가열 조립체(22)의 제1 축방향 단부(14)에 있는 공기 토출구(19) 사이에서 연장되는 흡입 통로(62, 72)를 추가로 포함하고;
    상기 흡입 통로의 일 부분(68, 82, 84, 86)은 상기 가열 컴파트먼트(24)와 상기 공기 토출구(19) 사이에서 축방향에 실질적으로 수직인 방향으로 연장되며;
    상기 제1 및 제2 전자기 차폐층(36, 46) 중 하나 또는 둘 다는 상기 유도 코일(32)의 상기 제1 축방향 단부가 상기 전자기 차폐층들(36, 46)에 의해 실질적으로 덮이도록 상기 흡입 통로의 상기 부분에 인접하게 진행되는, 유도 가열 조립체(22).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유도 코일(32)의 제1 및 제2 축방향 단부 중 하나 또는 둘 다에서 상기 제1 또는 제2 전자기 차폐층(36, 46) 내에 위치하는 차폐 코일(44)을 추가로 포함하는, 유도 가열 조립체(22).
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전자기 차폐층(36, 46)을 둘러싸는 외부 하우징 층(13)을 추가로 포함하는, 유도 가열 조립체(22).
  12. 증기 발생 장치(10)를 위한 유도 가열 조립체(22)에 있어서,
    유도 코일(32);
    유도 가열가능 카트리지(26)를 수용하도록 배치되는 가열 컴파트먼트(24);
    상기 유도 코일(32)의 외부에 배치되며, 페리자성 비전기전도성 재료를 포함하는 전자기 차폐층(36); 및
    상기 유도 코일(32)과 상기 전자기 차폐층(36) 사이에 위치하고, 실질적으로 비전기전도성이며 실질적으로 1의 상대 투자율을 가지는 재료를 포함하는 제1 절연층(52)을 포함하는, 유도 가열 조립체(22).
  13. 제12항에 있어서,
    실질적으로 비전기전도성이며 1보다 작거나 실질적으로 1인 상대 투자율을 가지는 제2 절연층(58)을 추가로 포함하고, 상기 제2 절연층(58)은 플라스틱 재료를 포함하는, 유도 가열 조립체(22).
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 절연층(58)의 일 부분(58a)은 사용중 상기 유도 코일(32)과 상기 유도 가열가능 카트리지(26) 내의 기화가능 물질 사이에 놓이는, 유도 가열 조립체(22).
  15. 증기 발생 장치(10)에 있어서,
    제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 유도 가열 조립체(22);
    가열 컴파트먼트(24)에 공기를 제공하도록 배치되는 공기 유입구(21); 및
    상기 가열 컴파트먼트(24)와 연통하는 공기 토출구(19)를 포함하는, 증기 발생 장치(10).
KR1020237022165A 2017-12-28 2018-12-20 증기 발생 장치를 위한 유도 가열 조립체 KR102649839B1 (ko)

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