KR20230110625A - 공진 회로에 펄스들 및 펄스 에지들을 적용하기 위한장치 - Google Patents

공진 회로에 펄스들 및 펄스 에지들을 적용하기 위한장치 Download PDF

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KR20230110625A
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Abstract

장치는, 공진 회로(resonant circuit)에 하나 이상의 펄스 에지들을 적용하기 위한 브리지 회로(bridge circuit)를 포함하고, 브리지 회로는 제1 연결 지점이 접지에 연결되는 제1 림(limb), 및 제1 전원과 제2 연결 지점 사이에 연결된 제3 트랜지스터 및 제2 연결 지점과 접지 사이에 연결된 제4 트랜지스터를 갖는 제2 림을 포함함며, 공진 회로는 제1 연결 지점과 제2 연결 지점들 사이에 직렬 연결된 유도 요소(inductive element) 및 커패시터(capacitor)를 포함하고, 유도 요소는 서셉터를 유도 가열하기 위한 것이며, 각각의 적용된 펄스 에지는 공진 회로의 유도 요소와 커패시터 사이에 펄스 응답을 유도하며, 펄스 응답은 공진 주파수를 갖는다.

Description

공진 회로에 펄스들 및 펄스 에지들을 적용하기 위한 장치
본 명세서는 (예를 들어, 에어로졸 생성 디바이스의 일부로서) 공진 회로에 펄스들 및 펄스 에지들을 적용하기 위한 장치 및 그러한 장치를 제어하기 위한 방법에 관한 것이다.
시가렛(cigarette)들, 시가(cigar)들 등과 같은 흡연 물품(smoking article)들은 사용 동안에 담배를 태워서 담배 연기를 생성한다. 연소 없이 화합물들을 방출하는 제품들을 생성함으로써, 이러한 물품들에 대한 대안들을 제공하려는 시도들이 있었다. 예를 들어, 담배 가열 디바이스(tobacco heating device)들은 담배와 같은 에어로졸 생성 기재를 가열하여, 기재를 가열하지만 그러나 태우지 않음으로써 에어로졸을 형성한다.
제1 양태에서, 본 명세서는 장치를 설명하며, 이 장치는 공진 회로에 하나 이상의 펄스 에지들을 적용하기 위한 브리지 회로를 포함하고, 브리지 회로(이를테면, H-브리지 회로)는 제1 연결 지점이 접지에 연결되는 제1 림(limb), 및 제2 림 ― 제2 림은 제1 전원과 제2 연결 지점 사이에 연결된 제3 트랜지스터 및 제2 연결 지점과 접지 사이에 연결된 제4 트랜지스터를 가짐 ―을 포함함며, 공진 회로는 제1 연결 지점과 제2 연결 지점들 사이에 직렬 연결된 유도 요소 및 커패시터를 포함하고, 유도 요소는 서셉터를 유도 가열하기 위한 것이며, 각각의 적용된 펄스 에지는 공진 회로의 유도 요소와 커패시터 사이에 펄스 응답을 유도하며, 펄스 응답은 공진 주파수를 갖는다. 장치는 상기 공진 회로를 더 포함할 수 있다.
브리지 회로의 제1 림은, 제1 전원과 제1 연결 지점 사이에 연결되는 제1 트랜지스터를 포함할 수 있다.
브리지 회로의 제1 림은 제1 연결 지점과 접지 사이에 연결되는 제2 트랜지스터를 포함한다.
공진 회로의 커패시터는 제1 연결 지점에 연결될 수 있다. 공진 회로의 유도 요소는 제2 연결 지점에 연결될 수 있다.
일부 예시적인 실시예들은 공진 회로의 커패시터와 유도 요소 사이에 출력 연결 지점을 더 포함한다. 출력 회로(이를테면, DC 전압 조정 회로)는 공진 회로의 커패시터와 유도 요소 사이의 출력 연결 지점에 (예컨대, 출력 커패시터를 사용하여) 커플링될 수 있다. 공진 회로의 커패시터는 제1 연결 지점과 출력 연결 지점 사이에 제공될 수 있으며, 그리고 공진 회로의 유도 요소는 제2 연결 지점과 출력 연결 지점 사이에 제공된다. 출력 회로는 비교기를 포함할 수 있다.
제2 양태에서, 본 명세서는 장치를 설명하며, 장치는 공진 회로에 하나 이상의 펄스 에지들을 적용하기 위한 H-브리지 회로 ― H-브리지 회로는 제1 전원과 제1 연결 지점 사이에 연결되는 제1 트랜지스터 및 제1 전원과 접지 사이에 연결되는 제2 트랜지스터를 갖는 제1 림, 및 제1 전원과 제2 연결 지점 사이에 연결된 제3 트랜지스터 및 제2 연결 지점과 접지 사이에 연결된 제4 트랜지스터를 갖는 제2 림을 포함하며, 공진 회로는 제1 연결 지점과 제2 연결 지점들 사이에 직렬 연결된 유도 요소 및 커패시터를 포함하고, 유도 요소는 서셉터를 유도 가열하기 위한 것이며, 각각의 적용된 펄스 에지는 공진 회로의 유도 요소와 커패시터 사이에 펄스 응답을 유도하며, 펄스 응답은 공진 주파수를 가짐 ―; 펄스 응답의 하나 이상의 특성들에 따라 출력 신호를 제공하기 위한 출력 회로; 및 공진 회로의 커패시터와 유도 요소 사이의 출력 연결 지점과 출력 회로의 입력부 사이에 연결되는 출력 커패시터를 포함한다. 장치는 상기 공진 회로를 더 포함할 수 있다. 공진 회로의 커패시터는 제1 연결 지점과 출력 연결 지점 사이에 제공될 수 있다. 공진 회로의 유도 요소는 제2 연결 지점과 출력 연결 지점 사이에 제공될 수 있다. 출력 회로는 DC 전압 조정 회로를 포함할 수 있다. 출력 회로는 비교기를 포함할 수 있다.
제1 양태 또는 제2 양태의 장치는 하나 이상의 펄스들이 서셉터를 유도 가열하기 위한 유도 요소에 적용되는 동작의 가열 모드로 동작 가능할 수 있다.
제3 양태에서, 본 명세서는 방법을 설명하며, 이 방법은 공진 회로의 동작의 측정 모드(measurement mode)와 가열 모드(heating mode) 사이를 선택하는 단계 ― 공진 회로는 브리지 회로의 제1 연결 지점과 제2 연결 지점 사이에서 직렬 연결되는 유도 요소 및 커패시터를 포함함 ―; 및 측정 모드가 선택되는 상황에서 하프(half)-브리지 모드로 브리지 회로를 구성하는 단계; 및 동작의 가열 모드가 선택되는 상황에서 풀(full)-브리지 모드로 브리지 회로를 구성하는 단계를 포함하며, 브리지 회로는 제1 연결 지점을 갖는 제1 림, 제2 연결 지점을 갖는 제2 림, 제1 전원과 제2 연결 지점 사이에 연결된 제3 트랜지스터 및 제2 연결 지점과 접지 사이에 연결된 제4 트랜지스터를 포함한다.
하프-브리지 모드로 브리지 회로를 구성하는 단계는, 제1 연결 지점이 접지에 연결되도록 브리지 회로를 구성하는 단계를 포함할 수 있다. 하프-브리지 모드는 제2 림을 형성하는 제3 및 제4 트랜지스터들을 스위칭함으로써 구현될 수 있다.
제1 림은 제1 연결 지점과 접지 사이에 연결된 제2 트랜지스터를 포함할 수 있다. 하프-브리지 모드로 브리지 회로를 구성하는 단계는, (제1 연결 지점과 접지 사이에 연결되는) 제2 트랜지스터를 전도 상태로 스위칭하는 단계를 포함할 수 있다.
제1 림은 제1 전원과 제1 연결 지점 사이에 연결되는 제1 트랜지스터 및 제1 연결 지점과 접지 사이에 연결되는 제2 트랜지스터를 포함할 수 있다.
이 방법은 동작의 측정 모드에서 공진 회로에 하나 이상의 펄스 에지들을 적용하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 적용된 펄스 에지 각각은 공진 회로의 유도 요소와 커패시터 사이에 펄스 응답을 유도하며, 펄스 응답은 공진 주파수를 갖는다.
이 방법은 서셉터를 동작의 가열 모드로 유도 가열하기 위해 유도 요소에 하나 이상의 펄스들을 적용하는 단계를 더 포함할 수 있다.
제4 양태에서, 본 명세서는 제1 또는 제2 양태들을 참조하여 전술한 바와 같은 장치를 포함하는 비-가연성 에어로졸 생성 디바이스를 설명한다. 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 배열체를 포함할 수 있다.
제5 양태에서, 본 명세서는 비-가연성 에어로졸 생성 시스템에 사용하기 위한 물품을 포함하는 부품들의 키트를 설명하며, 비-가연성 에어로졸 생성 시스템은 제1 또는 제2 양태들을 참조하여 전술한 바와 같은 장치 또는 제4 양태를 참조하여 전술한 바와 같은 에어로졸 생성 디바이스를 포함한다. 물품은 에어로졸 생성 재료를 포함하는 제거 가능한 물품일 수 있다.
이제, 예시적인 실시예들이 하기의 개략적인 도면들을 참조하여 단지 예로서 설명될 것이다:
도 1은 예시적인 실시예에 따른 시스템의 블록 선도이다.
도 2는 예시적인 실시예에 따른 비-가연성 에어로졸 제공 디바이스를 도시한다.
도 3은 예시적인 실시예에 따른 비-가연성 에어로졸 제공 디바이스의 도면이다.
도 4는 예시적인 실시예에 따른 비-가연성 에어로졸 제공 디바이스와 함께 사용하기 위한 물품의 도면이다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른 회로의 블록 선도이다.
도 6은 예시적인 실시예에 따른 예시적인 공진 회로를 도시한다.
도 7은 예시적인 실시예에 따른 회로의 블록 선도이다.
도 8은 예시적인 실시예에 따른 시스템의 블록 선도이다.
도 9는 예시적인 실시예에 따른 회로의 블록 선도이다.
도 10은 예시적인 실시예에 따른 알고리즘을 도시하는 흐름도이다.
도 11 및 도 12는 예시적인 실시예들의 예시적인 사용들을 입증하는 플롯(plot)들이다.
도 13 및 도 14는 예시적인 실시예들에 따른 회로들의 블록 선도들이다.
도 15는 예시적인 실시예에 따른 알고리즘을 도시하는 흐름도이다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "에어로졸 전달 디바이스"는 물질을 사용자에게 전달하는 시스템들을 포함하는 것으로 의도되며, 다음을 포함한다:
에어로졸 가능 재료를 연소시키지 않고 에어로졸 가능 재료로부터 화합물들을 방출시키는 비-가연성 에어로졸 제공 시스템들, 이를테면, 에어로졸 가능 재료들의 조합을 사용하여 에어로졸을 생성하기 위한 전자 시가렛들, 담배 가열 제품들, 및 하이브리드 시스템(hybrid system)들; 및
에어로졸 가능 재료를 포함하고, 이러한 비-가연성 에어로졸 제공 시스템들 중 하나에 사용되도록 구성된 물품들.
본 개시내용에 따르면, "가연성" 에어로졸 제공 시스템은, 에어로졸 제공 시스템(또는 그의 구성요소)의 구성성분 에어로졸화 가능한 재료가 사용자로의 전달을 용이하게 하기 위해 연소되거나(combusted) 또는 태우는(burned) 시스템이다.
본 개시내용에 따르면, "비-가연성(non-combustible)" 에어로졸 제공 시스템은, 에어로졸 제공 시스템(또는 그의 구성요소)의 구성성분 에어로졸화 가능한 재료가 사용자로의 전달을 용이하게 하기 위해, 연소되거나 태워지지 않는 시스템이다. 본원에 설명되는 실시예들에서, 전달 시스템은 전동식(powered) 비-가연성 에어로졸 제공 시스템과 같은 비-가연성 에어로졸 제공 시스템이다.
일 실시예에서, 비-가연성 에어로졸 제공 시스템은 베이핑 디바이스(vaping device) 또는 전자 니코틴 전달 시스템(END)으로도 알려진 전자 시가렛이지만, 에어로졸화 가능한 재료에의 니코틴의 존재가 필수적인 것은 아니라는 점이 주목된다.
일 실시예에서, 비-가연성 에어로졸 제공 시스템은 비연소식 가열 시스템(heat-not-burn system)으로도 알려져 있는 담배 가열 시스템이다.
일 실시예에서, 비-가연성 에어로졸 제공 시스템은 하나 또는 복수가 가열될 수 있는 에어로졸화 가능한 재료들의 조합을 사용하여 에어로졸을 생성하는 하이브리드 시스템이다. 에어로졸화 가능한 재료들의 각각은 예를 들어 고체, 액체 또는 겔(gel)의 형태일 수 있고, 니코틴을 보유하거나 또는 보유하지 않을 수 있다. 일 실시예에서, 하이브리드 시스템은 액체 또는 겔 에어로졸화 가능한 재료 및 고체 에어로졸화 가능한 재료를 포함한다. 고체 에어로졸화 가능한 재료는 예를 들어 담배 또는 비-담배 제품을 포함할 수 있다.
전형적으로, 비-가연성 에어로졸 제공 시스템은 비-가연성 에어로졸 제공 디바이스 및 비-가연성 에어로졸 제공 시스템과 함께 사용하기 위한 물품을 포함할 수 있다. 그러나, 에어로졸 생성 구성요소에 전력을 공급하기 위한 수단을 자체적으로 포함하는 물품들이 자체적으로 비-가연성 에어로졸 제공 시스템을 형성할 수 있는 것으로 예상된다.
일 실시예에서, 비-가연성 에어로졸 제공 디바이스는 전원 및 제어기를 포함할 수 있다. 전원은 전기 전원(electric power source) 또는 발열 전원(exothermic power source)일 수 있다. 일 실시예에서, 발열 전원은 열의 형태의 파워를 발열 전원에 근접한 에어로졸화 가능한 재료 또는 열 전달 재료에 분배하기 위해 에너지를 공급받을 수 있는 탄소 기재를 포함한다. 일 실시예에서, 발열 전원과 같은 전원은 비-가연성 에어로졸 제공을 형성하도록 물품에 제공된다.
일 실시예에서, 비-가연성 에어로졸 제공 디바이스와 함께 사용하기 위한 물품은 에어로졸화 가능한 재료, 에어로졸 생성 구성요소, 에어로졸 생성 영역, 마우스피스, 및/또는 에어로졸화 가능한 재료를 수용하기 위한 영역을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 에어로졸 생성 구성요소는 에어로졸을 형성하기 위해 에어로졸화 가능한 재료로부터 하나 이상의 휘발성 물질들을 방출하도록 에어로졸화 가능한 재료와 상호 작용할 수 있는 가열기(heater)이다. 일 실시예에서, 에어로졸 생성 구성요소는 가열 없이 에어로졸화 가능한 재료로부터 에어로졸을 생성할 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 생성 구성요소는 에어로졸화 가능한 재료에 열을 가하지 않고, 예를 들어 진동, 기계적, 가압 또는 정전기 수단 중 하나 이상을 통해 에어로졸화 가능한 재료로부터 에어로졸을 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 에어로졸 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 비-후각 생리학적 활성 재료들을 포함할 수 있다. 비-후각 생리학적 활성 재료는 후각 지각 이외의 다른 생리학적 반응을 달성하기 위해 에어로졸화 가능한 재료에 포함되는 재료이다. 본원에서 사용되는 활성 물질은 생리학적 활성 재료일 수 있으며, 이는 생리학적 반응을 달성 또는 향상시키도록 의도된 재료이다. 활성 물질은, 예를 들어 건강기능식품(nutraceuticals), 노로트로픽(nootropics), 및 향정신성물질(psychoactives)로부터 선택될 수 있다. 활성 물질은 자연적으로 발생하거나 또는 합성하여 획득될 수 있다. 활성 물질은, 예를 들어, 니코틴, 카페인, 타우린, 테인(theine), 비타민들, 이를테면 B6 또는 B12 또는 C, 멜라토닌, 칸나비노이드(cannabinoid)들, 또는 이들의 구성성분들, 유도체들, 또는 조합들을 포함할 수 있다. 활성 물질은 담배, 대마초 또는 다른 식물생약(botanical)의 하나 이상의 구성성분들, 유도체들 또는 추출물들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 활성 물질은 니코틴을 포함한다. 일부 실시예들에서, 활성 물질은 카페인, 멜라토닌 또는 비타민 B12를 포함한다.
에어로졸 형성 재료는 글리세린(glycerine), 글리세롤(glycerol), 프로필렌 글리콜(propylene glycol), 디에틸렌 글리콜(diethylene glycol), 트리에틸렌 글리콜(triethylene glycol), 테트라에틸렌 글리콜(tetraethylene glycol), 1,3-부틸렌 글리콜(1,3-butylene glycol), 에리트리톨(erythritol), 메조-에리트리톨(meso-Erythritol), 에틸 바닐레이트(ethyl vanillate), 에틸 라우레이트(ethyl laurate), 디에틸 수베레이트(diethyl suberate), 트리에틸 시트레이트(triethyl citrate), 트리아세틴(triacetin), 디아세틴 혼합물(diacetin mixture), 벤질 벤조에이트(benzyl benzoate), 벤질 페닐 아세테이트(benzyl phenyl acetate), 트리부티린(tributyrin), 라우릴 아세테이트(lauryl acetate), 라우르산(lauric acid), 미리스트산(myristic acid), 및 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
하나 이상의 기능성 재료들은 향미(flavour)들, 캐리어(carrier)들, pH 조절제들, 안정화제들, 및/또는 항산화제들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 비-가연성 에어로졸 제공 디바이스와 함께 사용하기 위한 물품은 에어로졸화 가능한 재료 또는 에어로졸화 가능한 재료를 수용하기 위한 영역을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 비-가연성 에어로졸 제공 디바이스와 함께 사용하기 위한 물품은 마우스피스를 포함할 수 있다. 에어로졸화 가능한 재료를 수용하기 위한 영역은 에어로졸화 가능한 재료를 저장하기 위한 저장 영역일 수 있다. 예를 들어, 저장 영역은 저장소일 수 있다. 일 실시예에서, 에어로졸화 가능한 재료를 수용하기 위한 영역은 에어로졸 생성 영역과 분리되거나, 또는 에어로졸 생성 영역과 결합될 수 있다.
본원에서 에어로졸 생성 재료로도 지칭될 수 있는 에어로졸 가능 재료는, 예를 들어 가열되거나, 조사되거나, 또는 임의의 다른 방식으로 에너지가 공급될 때 에어로졸을 생성할 수 있는 재료이다. 에어로졸화 가능한 재료는 예를 들어, 니코틴 및/또는 향미제들을 보유하거나 또는 보유하지 않을 수 있는 고체, 액체 또는 겔의 형태일 수 있다. 일부 실시예들에서, 에어로졸화 가능한 재료는 "비정질 고체"를 포함할 수 있으며, 이는 대안적으로 "모놀리식 고체(monolithic solid)"(즉, 비-섬유질)로 지칭될 수 있다. 일부 실시예들에서, 비정질 고체는 건조된 겔일 수 있다. 비정질 고체는 액체와 같은 일부 유체를 내부에 유지할 수 있는 고체 재료이다.
에어로졸화 가능한 재료는 기재 상에 존재할 수 있다. 기재는 예를 들어, 종이, 카드(card), 페이퍼보드(paperboard), 카드보드(cardboard), 재구성된 에어로졸화 가능한 재료, 플라스틱 재료, 세라믹 재료, 복합 재료, 유리, 금속, 또는 금속 합금이거나 또는 이들을 포함할 수 있다.
소모품은 에어로졸 생성 재료를 포함하거나 구성하는 물품이며, 그 일부 또는 전부는 사용자에 의한 사용 동안 소모되도록 의도된다. 소모품은 하나 이상의 다른 구성요소들, 이를 테면, 에어로졸 생성 재료 저장 영역, 에어로졸 생성 재료 전달 구성요소, 에어로졸 생성 영역, 하우징, 래퍼, 마우스피스, 필터 및/또는 에어로졸 개질제를 포함할 수 있다. 소모품은 또한, 열을 방출하여 에어로졸 생성 재료가 사용 시에 에어로졸을 생성하게 하는 가열기와 같은 에어로졸 생성기(aerosol generator)를 포함할 수 있다. 가열기는 예를 들어 가연성 재료, 전기 전도에 의해 가열 가능한 재료, 또는 서셉터를 포함할 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따라, 일반적으로 도면 부호 10에 의해 표시되는 시스템의 블록 선도이다. 시스템(10)은 직류(DC) 전압 공급장치(11)의 형태의 전원, 스위칭 배열체(13), 공진 회로(14), 서셉터 배열체(16) 및 제어 회로(18)를 포함한다. 스위칭 배열체(13) 및 공진 회로(14)는 서셉터(16)를 가열하는 데 사용될 수 있는 유도 가열 배열체(12)에서 함께 커플링될 수 있다.
하기에서 상세히 논의되는 바와 같이, 공진 회로(14)는 커패시터 및, 서셉터 배열체(16)를 유도 가열하여 에어로졸 생성 재료를 가열하기 위한 하나 이상의 유도 요소들을 포함할 수 있다. 에어로졸 생성 재료를 가열하는 것은 이에 의해 에어로졸을 생성시킬 수 있다.
스위칭 배열체(13)는 (제어 회로(18)의 제어 하에서) 교류 전류가 DC 전압 공급장치(11)로부터 생성될 수 있게 할 수 있다. 교류 전류는 하나 이상의 유도 요소들을 통해 유동할 수 있고, 서셉터 배열체(16)의 가열을 야기할 수 있다. 스위칭 배열체는 복수의 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 예시적인 DC-AC 변환기들은 H-브리지 또는 인버터 회로들을 포함하며, 이의 예들은 하기에서 논의된다.
서셉터는 교류 자기장과 같은 변화하는 자기장에 의한 침투에 의해 가열될 수 있는 재료이다. 서셉터 재료는 전기-전도성 재료일 수 있으며, 그에 따라, 변화하는 자기장에 의한 그의 침투가 가열 재료의 유도 가열을 유발한다. 가열 재료는 자성 재료일 수 있으며, 그에 따라 변화하는 자기장에 의한 그 침투는 가열 재료의 자기 이력 가열(magnetic hysteresis heating)을 유발한다. 가열 재료는 전기 전도성 및 자성 둘 모두를 가질 수 있으며, 그에 따라 가열 재료는 가열 기구들 둘 모두에 의해 가열될 수 있다.
유도 가열은, 전기 전도성인 물체가, 변화하는 자기장으로 물체를 침투시킴으로써 가열되는 프로세스이다. 이 프로세스는 패러데이의 유도 법칙(Faraday's law of induction) 및 옴의 법칙(Ohm's law)에 의해 설명된다. 유도 가열기는 전자석 및 전자석을 통해 교류와 같은 변화하는 전류를 통과시키기 위한 디바이스를 포함할 수 있다. 전자석에 의해 발생된 결과적인 변화하는 자기장이 물체를 침투하도록 전자석 및 가열되는 물체가 상대적으로 적절하게 위치결정될 때, 물체 내부측에 하나 이상의 와전류들이 생성된다. 물체는 전류들의 유동에 대한 저항을 갖는다. 따라서, 이러한 와전류들이 물체에 생성될 때, 물체의 전기 저항에 대한 이들의 유동은 물체로 하여금 가열되게 한다. 이 프로세스는 줄(Joule), 옴(ohmic) 또는 저항 가열로 불린다. 유도 가열될 수 있는 물체는 서셉터로 알려져 있다.
일 실시예에서, 서셉터는 폐쇄 회로의 형태이다. 일부 실시예들에서, 서셉터가 폐쇄 회로의 형태로 있을 때, 사용중인 서셉터와 전자석 사이의 자기 커플링이 향상되며, 이는 줄 가열이 더 커지거나 개선되는 결과가 되는 것으로 밝혀졌다.
자기 이력 가열은, 자기 재료로 제조된 물체가, 변화하는 자기장으로 물체를 침투시킴으로써 가열되는 프로세스이다. 자기 재료는, 많은 원자-규모의 자석(atomic-scale magnet)들 또는 자기 쌍극자(magnetic dipole)들을 포함하는 것으로 고려될 수 있다. 자기장이 이러한 재료를 침투할 때, 자기 쌍극자들은 자기장과 정렬한다. 따라서, 예를 들어 전자석에 의해 발생되는 바와 같은 교번 자기장과 같은 변화하는 자기장이 자기 재료를 침투할 때, 자기 쌍극자들의 배향은 적용되는 변화하는 자기장에 따라 변한다. 이러한 자기 쌍극자 재배향(reorientation)은 자기 재료에서의 발열을 야기한다.
물체가 전기적으로 전도성인 그리고 자기성 둘 모두를 가질 때, 변화하는 자기장에 의해 물체를 침투시키는 것은, 물체에서의 주울(Joule) 가열 및 자기 이력 가열 둘 모두를 야기시킬 수 있다. 더욱이, 자기 재료의 사용은 자기장을 강화시킬 수 있고, 이는 주울 가열을 가중시킬 수 있다.
상기 프로세스들의 각각에서는, 열전도에 의한 외부 열원에 의한 것보다는 물체 자체 내부에서 열이 생성되므로, 특히 적합한 물체 재료 및 기하학적 구조의 선택, 물체에 대한 적절한 변화하는 자기장 크기 및 배향을 통해, 물체의 급격한 온도 상승 및 보다 균일한 열 분포가 달성될 수 있다. 더욱이, 유도 가열 및 자기 이력 가열은 변화하는 자기장의 공급원과 물체 사이에 물리적 연결을 제공할 필요가 없으므로, 가열 프로파일에 대한 설계 자유 및 제어가 더 커질 수 있고 비용은 낮아질 수 있다.
도 2 및 도 3은 예시적인 실시예에 따른, 일반적으로 도면 부호 20으로 표시된 비-가연성 에어로졸 제공 디바이스를 도시한다. 도 2는 외부 커버를 갖는 에어로졸 제공 디바이스(20A)의 사시도이다. 에어로졸 제공 디바이스(20A)는 서셉터(이는 하기에서 추가로 논의되는 바와 같이, 물품(21) 내에 포함될 수 있음)의 가열을 가능하게 하기 위해 에어로졸 제공 디바이스(20A)에 삽입될 수 있는 교체 가능한 물품(21)을 포함할 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.
도 3은 외부 커버가 제거된 에어로졸 제공 디바이스(20B)를 묘사한다. 에어로졸 생성 디바이스(20B)는 물품(21), 활성화 스위치(22), 복수의 유도 요소들(23a, 23b, 및 23c), 및 하나 이상의 공기 튜브 연장기들(24 및 25)을 포함한다. 하나 이상의 공기 튜브 연장기들(24 및 25)은 선택사항일 수 있다.
복수의 유도 요소들(23a, 23b 및 23c) 각각은 공진 회로(14)와 같은 공진 회로의 일부를 형성할 수 있다. 유도 요소(23a)는 나선형 인덕터 코일(helical inductor coil)을 포함할 수 있다. 일 예에서, 나선형 인덕터 코일은 나선형 인덕터 코일을 제공하기 위해 나선형 방식으로 권선되는 리츠 와이어/케이블로 제조된다. 인쇄 회로 기판 내에 형성되는 인덕터들과 같은, 많은 대안적인 인덕터 형태들이 가능하다. 유도 요소들(23b 및 23c)은 유도 요소(23a)와 유사할 수 있다. 3개의 유도 요소들(23a, 23b 및 23c)의 사용이 모든 예시적인 실시예들에 필수적인 것은 아니다. 따라서, 에어로졸 생성 디바이스(20)는 하나 이상의 유도 요소들을 포함할 수 있다.
서셉터는 물품(21)의 일부로서 제공될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 물품(21)이 에어로졸 생성 디바이스(20) 내에 삽입될 때, 에어로졸 생성 디바이스(20)는 물품(21)의 삽입으로 인해 턴 온될 수 있다. 이것은 적절한 센서(예컨대, 광 센서)를 사용하여 에어로졸 생성 디바이스 내의 물품(21)의 존재를 검출하기 때문일 수 있거나, 예를 들어 서셉터가 물품(21)의 일부를 형성하는 경우들에서, 공진 회로(14)를 사용하여 서셉터의 존재를 검출함으로 인한 것일 수 있다. 에어로졸 생성 디바이스(20)가 턴 온될 때, 유도 요소들(23)은 물품(21)이 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 비-가연성 에어로졸 제공 디바이스와 함께 사용하기 위한, 일반적으로 도면 부호 30으로 표시된 물품의 도면이다. 물품(30)은 도 2 및 도 3을 참조하여 전술한 교체 가능한 물품(21)의 일 예이다.
물품(30)은 마우스피스(31), 및 마우스피스(31)에 연결된 에어로졸 생성 재료(33), 본 경우에는 담배 재료의 원통형 로드를 포함한다. 에어로졸 생성 재료(33)는, 예를 들어 본원에 설명된 바와 같이, 에어로졸 생성 디바이스(20)와 같은, 비-가연성 에어로졸 제공 디바이스 내에서 가열될 때 에어로졸을 제공한다. 에어로졸 생성 재료(33)는 래퍼(32)에 래핑되어 있다. 래퍼(32)는 예를 들어 종이 또는 종이 백킹 호일 래퍼(paper-backed foil wrapper)일 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) 내의 에어로졸의 형성을 향상시키는데 특히 효과적인 것으로 밝혀졌다. 일 예에서, 알루미늄 포일은 약 6 ㎛의 두께를 갖는 금속 층을 갖는다. 알루미늄 포일은 종이 배킹(backing)을 가질 수 있다. 그러나, 대안적인 배열들에서, 알루미늄 포일은 다른 두께들, 예를 들어, 4 ㎛ 내지 16 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 알루미늄 포일은 또한 종이 백킹부를 가질 필요는 없지만, 그러나 예를 들어 포일에 적절한 인장 강도를 제공하는데 도움이 되도록 다른 재료들로 형성된 백킹부를 가질 수 있거나, 또는 이것은 백킹 재료를 갖지 않을 수 있다. 알루미늄 이외의 다른 금속 층들 또는 포일들도 사용될 수 있다. 더욱이, 이러한 금속 층들이 물품(30)의 일부로서 제공되는 것이 필수적인 것은 아니며; 예를 들어, 그러한 금속 층은 장치(20)의 일부로서 제공될 수 있다.
본 명세서에서 에어로졸 생성 기재(33)로도 지칭되는 에어로졸 생성 재료(33)는 적어도 하나의 에어로졸 형성 재료를 포함한다. 본 예에서, 에어로졸 형성 재료는 글리세롤이다. 대안적인 예들에서, 에어로졸 형성 재료는 본원에 설명된 바와 같은 다른 재료 또는 이들의 조합일 수 있다. 에어로졸 형성 재료는 에어로졸 생성 재료로부터 소비자에게 향미 화합물들과 같은 화합물들을 전달하는 것을 도움으로써, 물품의 감각 성능을 향상시키는 것으로 밝혀졌다.
도 4에 도시된 바와 같이, 물품(30)의 마우스피스(31)는 에어로졸 생성 기재(33)에 인접한 상류 단부(31a) 및 에어로졸 생성 기재(33)로부터 원위의 하류 단부(31b)를 포함한다. 에어로졸 생성 기재는 담배를 포함할 수 있지만, 대안예들이 가능하다.
본 예에서, 마우스피스(31)는 중공 관형 요소(34)의 상류에 재료의 본체(36)를 포함하며, 본 예에서는 중공 관형 요소(34)에 인접하고 그와 맞닿음 관계에 있다. 재료 본체(36) 및 중공 관형 요소(34)는 각각 실질적으로 원통형인 전체 외부 형상을 규정하고, 공통 길이 방향 축을 공유한다. 재료 본체(36)는 제1 플러그 랩(37)에 래핑되어 있다. 제1 플러그 랩(37)은 50 gsm 미만, 이를 테면 약 20 gsm 내지 40 gsm의 평량(basis weight)을 가질 수 있다.
본 예에서 중공 관형 요소(34)는 제1 중공 관형 요소(34)이고, 마우스피스는 제1 중공 관형 요소(34)의 상류에 있는, 냉각 요소라고도 하는 제2 중공 관형 요소(38)를 포함한다. 본 예에서, 제2 중공 관형 요소(38)는 재료 본체(36)의 상류에 있고, 이에 인접하며, 이와 맞닿는 관계에 있다. 재료 본체(36) 및 제2 중공 관형 요소(38)는 각각 실질적으로 원통형인 전체 외부 형상을 규정하고, 공통 길이 방향 축을 공유한다. 제2 중공 관형 요소(38)는 관형 요소(38)를 형성하기 위해, 맞댐 시임(butted seam)들을 갖는, 평행하게 권취된 복수의 종이 층들로 형성된다. 본 예에서, 제1 및 제2 종이 층들은 2 겹의 튜브로 제공되지만, 다른 예들에서는 3 개, 4 개 또는 그 이상의 종이 층들이 사용되어 3 겹, 4 겹 또는 그 이상의 겹의 튜브들을 형성할 수 있다. 나선형으로 권취된 종이 층들, 판지 튜브들, 파피에 마세 유형 공정을 사용하여 형성된 튜브들, 성형된 또는 압출된 플라스틱 튜브들 또는 이와 유사한 것들과 같은 다른 구조들이 사용될 수 있다. 제2 중공 관형 요소(38)는 또한 본원에 설명된 제2 플러그 랩(39) 및/또는 티핑 종이(35)로서 강성 플러그 랩 및/또는 티핑 종이를 사용하여 형성될 수 있으며, 이는 별도의 관형 요소가 필요하지 않다는 것을 의미한다.
제2 중공 관형 요소(38)는 냉각 세그먼트로서 작용하는 마우스피스(31) 내의 에어 갭(air gap) 주위에 위치되어 이를 규정한다. 에어 갭은 에어로졸 생성 재료(33)에 의해 생성된 가열된 휘발된 성분들이 유동할 수 있는 챔버(chamber)를 제공한다. 제2 중공 관형 요소(38)는 에어로졸 축적을 위한 챔버를 제공하도록 중공형이지만, 그러나 제조 중에 그리고 물품(21)이 사용되는 동안 발생할 수 있는 축 방향 압축력 및 굽힘 모멘트를 견딜 만큼 충분히 강성이다. 제2 중공 관형 요소(38)는 에어로졸 생성 재료(33)와 재료 본체(36) 사이에 물리적 변위를 제공한다. 제2 중공 관형 요소(38)에 의해 제공되는 물리적 변위는 제2 중공 관형 요소(38)의 길이에 걸친 열 구배를 제공할 것이다.
물론, 물품(30)은 단지 예로서 제공된다. 당업자는, 본원에 설명된 시스템들에서 사용될 수 있는 그러한 물품의 많은 대안적인 배열들을 인식할 것이다.
도 5는 예시적인 실시예에 따라, 일반적으로 도면 부호 50에 의해 표시되는 회로의 블록 선도이다. 회로(50)는 제1 스위치(51), 제2 스위치(52), 제3 스위치(53), 제4 스위치(54) 및 공진 회로(56)를 포함한다. 제1 내지 제4 스위치들(51 내지 54)은, 아래에서 추가로 논의되는 바와 같이, 트랜지스터들을 사용하여 구현될 수 있다.
제1 내지 제4 스위치들(51 내지 54)은 공진 회로(56)에 펄스들을 적용하는 데 사용될 수 있는 H-브리지 회로를 형성한다. 따라서, 제1 내지 제4 스위치들(51 내지 54)은 스위칭 배열체(13)의 예시적인 구현예이며, 공진 회로(56)는 공진 회로(14)의 일 예이다.
제1 및 제2 스위치들(51 및 52)은 브리지 회로의 제1 림을 형성하며, 그리고 제3 및 제4 스위치들(53, 54)은 제2 림을 형성한다. 더 구체적으로, 제1 스위치(51)는 제1 전원(도 5에서 VDD로 라벨링됨)과 제1 연결 지점 사이에 연결을 선택적으로 제공할 수 있으며, 제2 스위치(52)는 제1 연결 지점과 접지 사이에 연결을 선택적으로 제공할 수 있고, 제3 스위치(53)는 제1 전원과 제2 연결 지점 사이에 연결을 선택적으로 제공할 수 있으며, 제4 스위치(54)는 제2 연결 지점과 접지 사이에 연결을 선택적으로 제공할 수 있다. 공진 회로(56)는 제1 연결 지점과 제2 연결 지점 사이에 제공된다.
도 6은 전술한 공진 회로(56)의 예시적인 구현예이다. 공진 회로(56)는 전술된 시스템(50)의 제1 연결 지점과 제2 연결 지점 사이에 연결될 수 있는 커패시터(61) 및 인덕터(62)의 직렬 연결을 포함한다. 하기에서 추가로 설명되는 바와 같이, 인덕터는 서셉터(예컨대, 시스템(10)의 서셉터(16))를 유도 가열하기 위해 사용될 수 있다.
도 7은 예시적인 실시예에 따라, 일반적으로 도면 부호 70에 의해 표시되는 회로의 블록 선도이다. 회로(70)는 전술된 회로(50)의 예시적인 구현예이다.
회로(70)는 포지티브 단자(77) 및 네거티브 (접지) 단자(78)(이들은 전술된 시스템(10)의 DC 전력 공급장치(11)의 예시적인 구현예임)를 포함한다. 회로(70)는 스위칭 배열체(74)(전술된 스위칭 배열체(13)를 구현함)를 포함하며, 여기서 스위칭 배열체(74)는 브리지 회로(예컨대, FET H-브릿지 회로와 같은 H-브릿지 회로)를 포함한다. 스위칭 배열체(74)는 제1 림(74a) 및 제2 림(74b)을 포함하며, 여기서 제1 림(74a) 및 제2 림(74b)은 공진 회로(79)(이 공진 회로는 전술된 공진 회로들(14 및 56)을 구현함)에 의해 커플링된다. 제1 림(74a)은 스위치들(75a 및 75b)(전술된 스위치들(51 및 52)을 구현함)을 포함하며, 그리고 제2 림(74b)은 스위치들(75c 및 75d)(전술된 스위치들(53 및 54)을 구현함)을 포함한다. 스위치들(75a, 75b, 75c 및 75d)은 FET(field-effect transistor)들과 같은 트랜지스터들일 수 있고, 시스템(10)의 제어 회로(18)와 같은 제어기로부터 입력들을 수신할 수 있다.
공진 회로(79)는, 공진 회로(79)가 LC 공진 회로일 수 있도록 커패시터(76) 및 유도 요소(73)를 포함한다. 회로(70)는 서셉터 등가 회로(72)(이에 의해 서셉터 배열체(16)를 구현함)를 추가로 도시한다. 서셉터 등가 회로(72)는, 예시적인 서셉터 배열체(16)의 전기 효과를 나타내는 유도 요소 및 저항을 포함한다. 서셉터가 존재할 때, 서셉터 배열체(72) 및 유도 요소(73)는 변압기(transformer)(71)로서 작용할 수 있다. 변압기(71)는, 회로(70)가 전력을 수신할 때 서셉터가 가열되도록 변화하는 자기장을 발생시킬 수 있다. 서셉터 배열체(16)가 유도 배열체에 의해 가열되는 가열 동작 동안에, 스위칭 배열체(74)는 제1 분기부 및 제2 분기부 각각이 차례로 커플링되어 교류 전류가 공진 회로(79)를 통과하도록 (예컨대, 제어 회로(18)에 의해) 구동된다. 공진 회로(79)는 서셉터 배열체(16)에 부분적으로 기초하는 공진 주파수를 가질 것이며, 제어 회로(18)는 공진 주파수 또는 공진 주파수에 가까운 주파수에서 스위칭하도록 스위칭 배열체(74)를 제어하도록 구성될 수 있다. 공진에서 또는 공진에 가깝게 스위칭 회로를 구동하는 것은 효율을 개선시키는 것을 돕고, 스위칭 요소들로 손실되는 에너지를 감소시킨다(이는 스위칭 요소들의 불필요한 가열을 유발시킴). 알루미늄 포일을 포함하는 물품(21)이 가열될 일 예에서, 스위칭 배열체(74)는 약 2.5 MHz의 주파수로 구동될 수 있다. 그러나, 다른 구현예들에서, 주파수는 예를 들어, 500 ㎑ 내지 4 ㎒ 사이의 임의의 값일 수 있다.
도 8은 예시적인 실시예에 따라, 일반적으로 도면 부호 80에 의해 표시되는 시스템의 블록 선도이다.
시스템(80)은 펄스 생성 회로(82), 공진 회로(84)(이를테면, 공진 회로(56)), 서셉터(86)(이를테면, 서셉터(16)) 및 펄스 응답 프로세서(88)를 포함한다. 펄스 생성 회로(82) 및 펄스 응답 프로세서(88)는 시스템(10)의 제어 회로(18)의 일부로서 구현될 수 있다.
펄스 생성 회로(82)는 포지티브 및 네거티브 전원들 사이에서 스위칭함으로써 펄스(예컨대, 펄스 에지)를 생성하기 위해 전술된 시스템들(50 및 70)의 스위칭 배열체들을 사용하여 구현될 수 있다.
펄스 응답 프로세서(88)는, 펄스 응답에 기초하여 공진 회로(84) 및 서셉터(86)의 하나 이상의 성능 메트릭(performance metric)들(또는 특성들)을 결정할 수 있다. 그러한 성능 메트릭들은 물품(이를테면, 제거 가능한 물품(21))의 속성들, 그러한 물품의 존재 또는 부재, 물품의 유형, 동작 온도 등을 포함한다.
펄스 응답 프로세서(88)에서 획득되는 펄스 응답은 잡음이 있을 수 있다. 많은 잡음 소스들이 가능하지만, 하나의 잡음 소스는 펄스 생성 회로(82)의 스위치들의 타이밍들에서의 차이들이다. 이러한 잡음을 감소시키기 위해 저역 통과 필터 기능(low pass filter function)이 제공될 수 있다.
일부 예시적인 실시예들에서, 스위치들(52 및 54) 중 하나(또는 트랜지스터들(75b 및 75d) 중 하나)는 공진 회로(56)의 일 측이 접지에 연결되도록 영구적으로 온(on)될 수 있다. 이것은, 펄스 응답에서 잡음을 감소시킬 수 있는 저역 통과 필터 효과를 초래한다.
도 9는 예시적인 실시예에 따라, 일반적으로 도면 부호 90에 의해 표시되는 회로의 블록 선도이다. 회로(90)는 전술된 공진 회로(56)의 유도 요소(62) 및 커패시터(61)를 포함한다. 일반적으로 도면 부호 64로 표시된 출력 연결 지점은 공진 회로의 유도 요소와 커패시터 사이에 제공된다. 출력 커패시터(92)는 출력 연결 지점(64)을 출력 회로(94)에 커플링하는데 데 사용된다.
도 10은 예시적인 실시예에 따라, 일반적으로 도면 부호 100으로 표시된, 알고리즘을 도시하는 흐름도이다. 알고리즘(100)은, 시스템(80)의 예시적인 사용을 도시한다.
알고리즘(100)은 동작(102)에서 시작하며, 여기서 (펄스 생성 회로(82)에 의해 생성되는) 펄스 에지가 공진 회로(84)에 적용된다. 도 11은 동작(102)에서 적용될 수 있는 예시적인 펄스(110)(라이징 펄스 에지(112)를 포함함)를 나타내는 플롯이다.
펄스(110)는 공진 회로(84)에 적용될 수 있다. 대안적으로, 다수의 유도 요소들(이를테면, 도 2 및 도 3을 참조하여 전술된 비-가연성 에어로졸 배열체(20))을 갖는 시스템들에서, 펄스 생성 회로(82)는 복수의 공진 회로들 중 하나를 선택할 수 있으며, 각각의 공진 회로는 서셉터 및 커패시터를 유도 가열하기 위한 유도 요소를 포함하며, 적용된 펄스는 선택된 공진 회로의 유도 요소와 커패시터 사이에 펄스 응답을 유도한다.
동작(104)에서, 출력은 동작(102)에서 적용된 펄스에 응답하여 생성된 펄스 응답에 기초하여 (펄스 응답 프로세서(88)에 의해) 생성된다. 그 펄스 응답은 출력 회로(94)의 출력일 수 있다.
도 12는, 펄스(110)에 응답하여 공진 회로(64)의 인덕터(62)와 커패시터(61) 사이의 연결 지점(64)에서 생성될 수 있는 예시적인 펄스 응답(122)을 나타내는 플롯(plot)이며, 일반적으로 참조 번호 120에 의해 표시된다. 도 12에 도시된 바와 같이, 펄스 응답(122)은 펄스 에지에 응답하여 생성되는 링잉 공진(ringing resonance)의 형태를 취할 수 있다. 펄스 응답은 공진 회로(56)의 인덕터(들)와 커패시터 사이에서 전하 바운싱(charge bouncing)의 결과이다. 일 배열체에서, 그 결과, 서셉터의 가열이 유발되지 않는다. 즉, 서셉터의 온도는 실질적으로 일정하게(예컨대, 펄스를 적용하기 전의 온도의 ±1 ℃ 또는 ±0.1 ℃ 내에서) 유지된다.
플롯(120)은, 출력 회로(94)에 의해 생성될 수 있는 제2 펄스 응답(124)을 도시한다. 제2 펄스 응답(124)은 펄스 응답 프로세서(88)에 제공된 펄스일 수 있다.
도 13은 예시적인 실시예에 따라, 일반적으로 도면 부호 130에 의해 표시되는 회로의 블록 선도이다. 회로(130)는 전술된 출력 회로(94)의 예시적인 구현예이다.
회로는, 전술된 바와 같이, 출력 연결 지점(64)을 출력 회로(94)에 커플링하는 데 사용되는 출력 커패시터(92)를 포함한다. 회로(130)는 또한, 신호 컨디셔닝 회로(132) 및 비교기(134)를 포함한다. 신호 컨디셔닝 회로(132)는, 제1 저항기(R1) 및 제2 저항기(R2)를 포함하는 제1 림과 제1 다이오드(D1) 및 제2 다이오드(D2)를 포함하는 제2 림을 병렬로 포함한다. 신호 컨디셔닝 회로는 DC 전압 조정 기능을 구현하는 데 사용될 수 있다.
신호 컨디셔닝 회로(130)는 적어도 3 개의 목적들을 갖는다. 제1 목적은 전압 스파이크(voltage spike)들로부터의 보호를 제공하는 것이다. 이것은, 적층된 다이오드들 및 다이오드들의 중간 지점들과 출력 사이의 저항기(도시되지 않음)에 의해 달성된다. 제2 목적은 신호 디커플링(signal decoupling)을 제공하기 위한 것이며; 이것이 전술된 출력 커패시터(92)의 목적이다. 제3 목적은 출력 연결 지점(64)에서 펄스 응답의 오프셋 전압을 설정하는 것이다.
신호 컨디셔닝 회로(130)의 출력은 비교기(134)에 제공될 수 있다. 신호 컨디셔닝 회로에 의해 설정되는 오프셋 전압은, 비교기가 펄스 응답의 중간 지점에서 트리거하는 것을 보장하기 위해 상기 비교기의 입력의 오프셋 전압과 일치하도록 구성될 수 있다. 이것은, 저항기들(R1 및 R2)을 사용하여 달성된다.
펄스 응답의 속성들 중 적어도 일부(이를테면, 펄스 응답의 주파수 및/또는 감쇄 레이트(decay rate))는 펄스가 적용되는 시스템에 관한 정보를 제공한다. 따라서, 시스템(80)은 펄스가 적용되는 시스템의 하나 이상의 속성들을 결정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 오류 조건들, 삽입된 물품(21)의 속성들, 그러한 물품의 존재 또는 부재, 물품(21)이 진품인지의 여부, 동작 온도 등과 같은 하나 이상의 성능 속성들은, 펄스 응답으로부터 유도되는 출력 신호에 기초하여 결정될 수 있다.
전술된 바와 같이, 펄스 응답 프로세서(88)에서 획득되는 펄스 응답은 잡음이 있을 수 있다. 잡음을 감소시키기 위한 하나의 접근법은, 스위치들(52 및 54) 중 하나(또는 트랜지스터들(75b 및 75d) 중 하나)가 영구적으로 온(on)(즉, 전도(conducting))되며, 그에 따라 공진 회로(56)의 일 측이 접지에 연결되는 것이다. 도 14에서 도시되는 바와 같이, 다른 접근법은 이들 스위치들 중 하나를 접지에 대한 영구적인 연결로 대체하는 것이다.
도 14는 예시적인 실시예에 따라, 일반적으로 도면 부호 140에 의해 표시되는 회로의 블록 선도이다. 회로(140)는 전술된 회로(50)의 제3 스위치(53), 제4 스위치(54) 및 공진 회로(56)를 포함한다. 게다가, (제1 스위치(51)와 공진 회로(56) 사이의) 제1 연결 지점은 접지에 연결된다. 따라서, 회로(50)의 제2 스위치(52)는 접지에 대한 영구적인 연결로 대체된다.
전술된 회로(50)는, 공진 회로(56)를 구동하기 위한 풀-브리지 회로를 제공한다. 회로(140)는 공진 회로(56)를 구동하기 위한 하프-브리지 회로를 제공한다. 예를 들어, 회로(50)는 서셉터를 유도 가열하기 위한 공진 회로를 구동하기 위한 펄스들을 제공하기에 특히 적합할 수 있고, 회로(140)는 분석(예컨대, 측정)을 위해 공진 회로로부터 펄스 응답들을 생성하기 위한 펄스 에지들을 제공하기에 특히 적합할 수 있다.
일부 예시적인 실시예들에서, 브리지 회로는 측정 모드(펄스 에지들이 공진 회로에 적용될 수 있음) 또는 가열 모드(펄스들이 서셉터를 유도 가열하기 위해 공진 회로에 적용될 수 있음)에서 동작하도록 제어될 수 있다. 하기에서 추가로 설명되는 바와 같이, 측정 모드에서, 브리지 회로는 (예컨대, 회로(140) 또는 일부 유사한 구성을 사용하여) 전술된 저역 통과 필터링 배열체를 포함하는 하프-브리지 모드로 구성될 수 있으며, 그리고 가열 모드에서, 브리지 회로는 (예컨대, 회로(50) 또는 일부 유사한 구성을 사용하여) 풀-브리지 모드로 구성될 수 있다.
도 15는 예시적인 실시예에 따라, 일반적으로 도면 부호 150으로 표시된, 알고리즘을 도시하는 흐름도이다.
알고리즘(150)은 동작(152)에서 시작하며, 여기서 공진 회로(이를테면, 전술된 공진 회로(56))의 동작의 측정 모드와 동작의 가열 모드 사이에서 선택이 이루어진다.
동작(154)에서, 브리지 회로는 동작(152)에서 선택된 동작의 모드에 따라 구성된다. 구체적으로, 측정 모드가 선택되는 경우에 브리지 회로는 하프-브리지 모드로 구성되며, 그리고 동작의 가열 모드가 선택되는 경우에 브리지 회로는 풀-브리지 모드로 구성된다.
전술된 바와 같이, 브리지 회로는 제1 연결 지점을 갖는 제1 림, 제2 연결 지점을 갖는 제2 림, 제1 전원과 제2 연결 지점 사이에 연결되는 제3 트랜지스터, 및 제2 연결 지점과 접지 사이에 연결되는 제4 트랜지스터를 포함한다.
하프-브리지 모드에서, 브리지 회로는, (전술된 회로(140)에서와 같이) 제1 연결 지점이 접지에 연결되어, 전술된 저역 통과 필터링 배열체가 가능하게 구성된다. 상기에서 논의된 바와 같이, 제1 림은 제1 연결 지점과 접지 사이에 연결되는 제2 트랜지스터를 포함할 수 있다. 이에 따라, 브리지 회로를 하프-브리지 모드로 구성하는 것은, (제2 림의) 제3 및 제4 트랜지스터들을 교대로 스위칭하면서, (제1 림의) 제2 트랜지스터를 전도 상태로 스위칭하는 것을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 림은 (전술된 회로(50)에서와 같이) 제1 전원과 제1 연결 지점 사이에 연결된 제1 트랜지스터 및 제1 연결 지점과 접지 사이에 연결된 제2 트랜지스터를 가질 수 있으며, 여기서 제1 림의 제1 트랜지스터 및 제2 트랜지스터(및 제2 림의 제3 트랜지스터 및 제4 트랜지스터)는 풀-브리지 모드를 구현하도록 스위칭되며, 그리고 단지 제2 림의 트랜지스터들이 하프-브리지 모드 동안 스위칭된다.
동작(156)에서, 하나 이상의 펄스들 또는 펄스 에지들이 구성된 브리지 회로를 사용하여 공진 회로에 적용된다. 동작의 측정 모드에서, 하나 이상의 펄스 에지들은 공진 회로의 유도 요소와 커패시터 사이에 펄스 응답을 유도하도록 적용되며, 여기서 펄스 응답은 공진 주파수(이 공진 주파수는 측정값일 수 있음)를 갖는다. 동작의 가열 모드에서, 하나 이상의 펄스들이 서셉터를 동작의 가열 모드로 유도 가열하기 위해 유도 요소에 적용된다.
본원에 설명된 다양한 실시예들은 단지 이해를 돕고, 그리고 청구된 특징들을 교시하도록 제시된다. 이들 실시예들은, 단지 실시예들의 대표적 샘플로서 제공되며 그리고 총망라하고 그리고/또는 배타적인 것은 아니다. 본원에 설명된 이점들, 실시예들, 예들, 기능들, 특징들, 구조들 및/또는 다른 양태들은, 청구항들에 의해 규정된 바와 같은 본 발명의 범주에 대한 제한들 또는 청구항들과의 등가물에 대한 제한들로 고려되지 않으며, 그리고 다른 실시예들이 활용될 수 있고, 변경예들이 청구된 발명의 범주로부터 벗어나지 않고 이루어질 수 있음이 이해되어야 한다. 본 발명의 다양한 실시예들은 본원에 구체적으로 설명된 것들 이외의 다른 개시된 요소들, 구성요소들, 특징들, 부품들, 단계들, 수단들 등의 적절한 조합들을 적합하게 포함하거나, 이들로 구성되거나, 또는 이들을 필수적 요소로 하여 구성(consist essentially of)될 수 있다. 게다가, 본 개시내용은 현재 청구된 것이 아니라 미래에 청구될 다른 발명들을 포함할 수 있다.

Claims (29)

  1. 장치로서,
    공진 회로(resonant circuit)에 하나 이상의 펄스 에지들을 적용하기 위한 브리지 회로(bridge circuit)를 포함하고,
    상기 브리지 회로는 제1 연결 지점이 접지에 연결되는 제1 림(limb), 및 제2 림 ― 상기 제2 림은 제1 전원과 제2 연결 지점 사이에 연결된 제3 트랜지스터 및 상기 제2 연결 지점과 상기 접지 사이에 연결된 제4 트랜지스터를 가짐 ―을 포함하며,
    상기 공진 회로는 상기 제1 연결 지점과 상기 제2 연결 지점들 사이에 직렬 연결된 유도 요소(inductive element) 및 커패시터(capacitor)를 포함하고,
    상기 유도 요소는 서셉터를 유도 가열하기 위한 것이며,
    각각의 적용된 펄스 에지는 상기 공진 회로의 유도 요소와 커패시터 사이에 펄스 응답을 유도하고,
    상기 펄스 응답은 공진 주파수를 갖는,
    장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 브리지 회로는 H-브리지 회로인,
    장치.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 브리지 회로의 제1 림은 상기 제1 전원과 상기 제1 연결 지점 사이에 연결되는 제1 트랜지스터(transistor)를 포함하는,
    장치.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 브리지 회로의 제1 림은 상기 제1 연결 지점과 상기 접지 사이에 연결되는 제2 트랜지스터를 포함하는,
    장치.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공진 회로의 커패시터는 상기 제1 연결 지점에 연결되며, 그리고 상기 공진 회로의 유도 요소는 상기 제2 연결 지점에 연결되는,
    장치.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공진 회로의 커패시터와 상기 유도 요소 사이에 출력 연결 지점을 더 포함하는,
    장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 공진 회로의 커패시터와 상기 유도 요소 사이에 상기 출력 연결 지점에 커플링되는 출력 회로를 더 포함하는,
    장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 출력 회로 및 상기 출력 연결 지점은 출력 커패시터를 사용하여 커플링되는,
    장치.
  9. 제6 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 출력 회로는 DC 전압 조정 회로인,
    장치.
  10. 제6 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 출력 회로는 비교기를 포함하는,
    장치.
  11. 제6 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공진 회로의 커패시터는 상기 제1 연결 지점과 상기 출력 연결 지점 사이에 제공되고, 상기 공진 회로의 유도 요소는 상기 제2 연결 지점과 상기 출력 연결 지점 사이에 제공되는,
    장치.
  12. 장치로서,
    공진 회로에 하나 이상의 펄스 에지들을 적용하기 위한 H-브리지 회로 ― 상기 H-브리지 회로는 제1 전원과 제1 연결 지점 사이에 연결되는 제1 트랜지스터 및 제1 전원과 접지 사이에 연결되는 제2 트랜지스터를 갖는 제1 림, 및 상기 제1 전원과 제2 연결 지점 사이에 연결된 제3 트랜지스터 및 상기 제2 연결 지점과 상기 접지 사이에 연결된 제4 트랜지스터를 갖는 제2 림을 포함함며, 상기 공진 회로는 상기 제1 연결 지점과 상기 제2 연결 지점들 사이에 직렬 연결된 유도 요소 및 커패시터를 포함하고, 상기 유도 요소는 서셉터를 유도 가열하기 위한 것이며, 각각의 적용된 펄스 에지는 상기 공진 회로의 유도 요소와 커패시터 사이에 펄스 응답을 유도하며, 상기 펄스 응답은 공진 주파수를 가짐 ―;
    상기 펄스 응답의 하나 이상의 속성들에 따라 출력 신호를 제공하기 위한 출력 회로; 및
    상기 공진 회로의 커패시터와 유도 요소 사이의 출력 연결 지점과 상기 출력 회로의 입력부 사이에 연결되는 출력 커패시터를 포함하는,
    장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 공진 회로의 커패시터는 상기 제1 연결 지점과 상기 출력 연결 지점 사이에 제공되고, 상기 공진 회로의 유도 요소는 상기 제2 연결 지점과 상기 출력 연결 지점 사이에 제공되는,
    장치.
  14. 제12 항 또는 제13 항에 있어서,
    상기 출력 회로는 DC 전압 조정 회로를 포함하는,
    장치.
  15. 제12 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 출력 회로는 비교기를 포함하는,
    장치.
  16. 제1 항 내지 제15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 하나 이상의 펄스들이 상기 서셉터를 유도 가열하기 위한 유도 요소에 적용되는 동작의 가열 모드로 동작가능한,
    장치.
  17. 제1 항 내지 제16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공진 회로를 더 포함하는,
    장치.
  18. 방법으로서,
    공진 회로의 동작의 측정 모드(measurement mode)와 가열 모드(heating mode) 사이를 선택하는 단계 ― 상기 공진 회로는 브리지 회로의 제1 연결 지점과 제2 연결 지점 사이에서 직렬 연결되는 유도 요소 및 커패시터를 포함함 ―; 및
    측정 모드가 선택되는 상황에서 하프(half)-브리지 모드로 브리지 회로를 구성하는 단계 및 동작의 가열 모드가 선택되는 상황에서 풀(full)-브리지 모드로 브리지 회로를 구성하는 단계를 포함하며,
    상기 브리지 회로는 제1 연결 지점을 갖는 제1 림, 제2 연결 지점을 갖는 제2 림, 제1 전원과 제2 연결 지점 사이에 연결된 제3 트랜지스터 및 제2 연결 지점과 접지 사이에 연결된 제4 트랜지스터를 포함하는,
    방법.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 하프-브리지 모드로 브리지 회로를 구성하는 단계는, 상기 제1 연결 지점이 접지에 연결되도록 상기 브리지 회로를 구성하는 단계를 포함하는,
    방법.
  20. 제18 항 또는 제19 항에 있어서,
    상기 제1 림은 상기 제1 연결 지점과 상기 접지 사이에 연결된 제2 트랜지스터를 포함하며,
    상기 하프-브리지 모드로 브리지 회로를 구성하는 단계는, 제2 트랜지스터를 전도 상태로 스위칭하는 단계를 포함하는,
    방법.
  21. 제18 항 내지 제20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 림은 상기 제1 전원과 상기 제1 연결 지점 사이에 연결되는 제1 트랜지스터 및 상기 제1 연결 지점과 상기 접지 사이에 연결되는 제2 트랜지스터를 포함하는,
    방법.
  22. 제18 항 내지 제21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 동작의 측정 모드에서 공진 회로에 하나 이상의 펄스 에지들을 적용하는 단계를 더 포함하며,
    적용된 펄스 에지 각각은 상기 공진 회로의 유도 요소와 커패시터 사이에 펄스 응답을 유도하며,
    상기 펄스 응답은 공진 주파수를 갖는,
    방법.
  23. 제18 항 내지 제22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 동작의 가열 모드에서 서셉터를 유도 가열하기 위해 상기 유도 요소에 하나 이상의 펄스들을 적용하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  24. 비-가연성 에어로졸 생성 디바이스로서,
    제1 항 내지 제17 항 중 어느 한 항에 따른 장치를 포함하는,
    비-가연성 에어로졸 생성 디바이스.
  25. 제24 항에 있어서,
    상기 에어로졸 생성 디바이스는 에어로졸 생성 재료를 포함하는 제거 가능한 물품을 수용하도록 구성되는,
    비-가연성 에어로졸 생성 디바이스.
  26. 제25 항에 있어서,
    상기 에어로졸 생성 재료는 에어로졸 생성 기재 및 에어로졸 형성 재료를 포함하는,
    비-가연성 에어로졸 생성 디바이스.
  27. 제25 항 또는 제26 항에 있어서,
    상기 제거 가능한 물품은 서셉터 배열체를 포함하는,
    비-가연성 에어로졸 생성 디바이스.
  28. 비-가연성 에어로졸 생성 시스템에 사용하기 위한 물품을 포함하는, 부품들의 키트로서,
    상기 비-가연성 에어로졸 생성 시스템은 제1 항 내지 제17 항 중 어느 한 항에 따른 장치 또는 제24 항 내지 제27 항 중 어느 한 항에 따른 에어로졸 생성 디바이스를 포함하는,
    부품들의 키트.
  29. 제28 항에 있어서,
    상기 물품은 에어로졸 생성 재료를 포함하는 제거 가능한 물품인,
    부품들의 키트.
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