KR20230129252A - 에어로졸 가능한 재료를 가열하기 위한 장치 - Google Patents

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KR20230129252A
KR20230129252A KR1020237026305A KR20237026305A KR20230129252A KR 20230129252 A KR20230129252 A KR 20230129252A KR 1020237026305 A KR1020237026305 A KR 1020237026305A KR 20237026305 A KR20237026305 A KR 20237026305A KR 20230129252 A KR20230129252 A KR 20230129252A
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루크 워렌
매튜 호지슨
앤디 서턴
코너 맥그래스
안톤 코러스
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니코벤처스 트레이딩 리미티드
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Abstract

에어로졸 가능한(aerosolisable) 재료를 가열하여 에어로졸 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키도록 배열된 장치(100, 200)가 설명된다. 장치(100, 200)는 에어로졸 가능한 재료를 포함하는 물품(110)의 적어도 일부를 수용하기 위한 가열 존(zone)(215)을 갖는다. 또한, 장치는 변화하는 자기장을 발생하기 위해 헬리컬 인덕터 코일(helical inductor coil)(241)을 포함하는 자기장 생성기(240)를 갖는다. 헬리컬 인덕터 코일(241)은 인덕터 코일(241) 내에 인덕터 존(242)을 규정한다. 또한, 장치(100)는, 변화하는 자기장의 침투에 의해 가열 가능하고 가열 존(215)을 가열하도록 배열된 세장형 가열 요소(220)를 갖는다. 세장형 가열 요소(220)는 가열 존(215)과 인덕터 존(242) 사이에서 연장된다.

Description

에어로졸 가능한 재료를 가열하기 위한 장치
본 발명은 에어로졸 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해, 에어로졸 가능한 재료를 가열하기 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 에어로졸 가능한 재료를 가열하기 위한 장치에 사용하기 위한 세장형 가열 요소, 에어로졸 제공 디바이스, 및 에어로졸 생성 재료를 포함하는 물품 및 에어로졸 제공 디바이스를 포함하는 에어로졸 제공 시스템에 관한 것이다.
시가렛(cigarette)들, 시가(cigar)들 등과 같은 흡연 물품들은 사용 중에 담배를 태워 담배 연기를 생성한다. 담배를 태우지 않고 화합물들을 방출하는 제품들을 생성함으로써, 담배를 태우는 이러한 물품들에 대한 대안들을 제공하려는 시도들이 이루어지고 있다. 이러한 제품들의 예들로는 재료를 태우지 않고 가열함으로써 화합물들을 방출하는 가열 디바이스들이 있다. 재료는, 예를 들어, 담배 또는 다른 비-담배 제품들일 수 있으며, 니코틴(nicotine)을 보유하거나 또는 보유하지 않을 수도 있다.
양태에 따르면, 에어로졸 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해, 에어로졸 가능한 재료를 가열하기 위한 장치가 제공되고, 이 장치는, 에어로졸 가능한 재료를 포함하는 물품의 적어도 일부를 수용하도록 구성된 가열 존(zone); 변화하는 자기장을 발생하도록 구성된 헬리컬 인덕터 코일(helical inductor coil)을 포함하는 자기장 생성기 ― 헬리컬 인덕터 코일은 인덕터 코일 내의 인덕터 존을 규정함 ― ; 및 변화하는 자기장의 침투에 의해 가열 가능하고 가열 존을 가열하도록 배열된 세장형 가열 요소를 포함하고, 여기서 세장형 가열 요소는 가열 존과 인덕터 존 사이에서 연장된다.
코일은 마운트(mount) 상에 지지될 수 있다.
코일은 와이어(wire)를 포함할 수 있다. 코일은 전도성 필름(film)을 포함할 수 있다.
세장형 가열 요소는 종축을 규정할 수 있다. 헬리컬 인덕터 코일은 가열 존으로부터 축 방향으로 이격될 수 있다.
세장형 가열 요소는 가열 존에 돌출될 수 있다.
세장형 가열 요소는 베이스(base)로부터 직립할 수 있다. 세장형 가열 요소는 자유 단부에 날카로운 에지(edge) 또는 포인트(point)를 포함할 수 있다. 세장형 가열 요소는 핀(pin) 또는 블레이드(blade)일 수 있다. 세장형 가열 요소는 가열 구역에 의해 수용된 물품 내로 연장되도록 구성될 수 있다.
이 장치는 가열 존을 규정하는 리셉터클(receptacle)을 포함할 수 있다. 헬리컬 인덕터 코일은 리셉터클과 중첩되지 않을 수 있다.
리셉터클은 가열 존의 폐쇄된 단부를 규정하는 단부 벽을 포함할 수 있다. 단부 벽은 가열 존과 헬리컬 인덕터 코일 사이에 있을 수 있다.
리셉터클은 가열 존을 규정하는 주변 벽을 포함할 수 있다. 주변 벽과 가열 요소 사이의 간격은 헬리컬 인덕터 코일과 세장형 가열 요소 사이의 간격보다 클 수 있다.
헬리컬 인덕터 코일의 최대 폭은 가열 존의 최대 폭보다 작을 수 있다.
헬리컬 인덕터 코일의 내부 직경은 가열 존의 외부 직경보다 작을 수 있다.
헬리컬 인덕터 코일의 최대 외부 폭은 가열 존의 최대 외부 폭보다 작을 수 있다.
헬리컬 인덕터 코일의 최대 외부 직경은 리셉터클의 최대 외부 직경보다 작을 수 있다.
가열 요소는 가열 존에 노출된 제1 부분, 및 가열 존 외부에 있는 제2 부분을 포함할 수 있다. 헬리컬 인덕터 코일은 제2 부분을 둘러싸고 있을 수 있다.
제1 부분 및 제2 부분은 일체형으로 형성될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, '일체적으로 형성된'이라는 용어는 피처들이 분리될 수 없음을 의미하도록 의도된다.
제2 부분은 가열 존으로부터 유체적으로 격리될 수 있다.
제1 부분은 가열 부분일 수 있다. 제2 부분은 베이스 부분일 수 있다. 가열 부분 및 베이스 부분은 동축일 수 있다.
가열 부분 및 베이스 부분은 그 사이가 열 전도성으로 연결될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, '사이가 전도성으로 연결되는'이라는 용어는 반드시 2 개의 피처들이 사이가 직접 연결된다는 것을 의미하지는 않으며, 이러한 배열은 그 사이에 하나 또는 추가의 피처들을 포함할 수 있다. 가열 부분 및 베이스 부분은 그 사이가 열적으로 직접 전도성으로 연결될 수 있다. 가열 부분 및 베이스 부분은 예를 들어 중간 부재에 의해 그 사이가 열적으로 간접적으로 전도성 연결될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, '사이가 전도성으로 연결되는'이라는 용어는 가열 부분과 베이스 부분 사이의 열 전달의 주요 수단을 의미하도록 의도된다.
가열 부분의 열 전도율은 베이스 부분의 적어도 부분의 열 전도율보다 클 수 있다.
가열 부분의 적어도 부분은 제1 재료를 포함할 수 있고, 베이스 부분의 적어도 부분은 제2 재료를 포함할 수 있다.
제1 재료는 변화하는 자기장의 침투에 의해 가열되는 것에 대한 제2 재료의 민감성보다 더 낮은 민감성을 가질 수 있다.
제1 재료의 열 전도율 값은 제2 재료의 열 전도율 값보다 클 수 있다.
제2 부분의 적어도 부분의 반경방향 폭은 제1 부분의 반경방향 폭보다 클 수 있다.
제2 부분은 칼라(collar)를 포함할 수 있다.
제2 부분은 코어(core)를 포함할 수 있다. 칼라는 코어를 적어도 부분적으로 둘러싸고 있을 수 있다.
코어는 제1 부분과 원-파트 구성요소(one part component)로 형성될 수 있다. 즉, 피처들은 그 사이에 조인트(joint)들이 규정되지 않도록 함께 형성된다.
제1 부분 및 코어는 세장형 부재일 수 있다. 세장형 부재는 로드(rod)일 수 있다.
세장형 부재는 열 파이프(heat pipe)일 수 있다.
칼라는 변화하는 자기장의 침투에 의해 가열 가능한 가열기(heater) 재료를 포함할 수 있다.
칼라는 관형일 수 있다. 칼라는 포일(foil) 층일 수 있다. 칼라는 메쉬(mesh)일 수 있다. 서셉터(susceptor)는 와인딩(winding)으로 형성된 와이어일 수 있다. 와이어는 구불구불한 배열을 가질 수 있다. 칼라는 솔리드(solid) 부재일 수 있다.
제1 부분의 적어도 부분의 열 전도율은 제2 부분의 적어도 부분의 열 전도율보다 클 수 있다.
제1 부분의 적어도 부분은 변화하는 자기장의 침투에 의해 가열되는 것에 대한 제2 부분의 적어도 부분의 민감성보다 더 낮은 민감성을 가질 수 있다.
가열 요소의 제1 부분의 적어도 부분은 비철 재료를 포함할 수 있고, 제2 부분의 적어도 부분은 철 재료를 포함할 수 있다.
칼라는 철 재료를 포함할 수 있다.
가열 요소는 열 파이프를 포함할 수 있다.
열 파이프는 가열 존과 인덕터 존 사이에서 연장될 수 있다.
인덕터 존의 축방향 길이는 가열 존의 적어도 25 %일 수 있다.
양태에 따르면, 에어로졸 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해, 에어로졸 가능한 재료를 가열하도록 구성된 장치가 제공되고, 이 장치는, 에어로졸 생성 재료를 포함하는 물품을 수용하기 위한 캐비티(cavity)를 포함하는 본체; 헬리컬 인덕터 코일을 포함하는 자기장 생성기 조립체; 가열기(heater) 부재를 포함하고, 이 가열기 부재는, 캐비티를 가열하도록 배열되어 캐비티에 노출된 제1 부분; 및 자기장 생성기 조립체에 의해 가열되도록 헬리컬 인덕터 코일에 의해 수용되는 제2 부분을 포함하고, 여기서 제1 부분은 헬리컬 인덕터 코일로부터 오프셋(offset)되고, 제2 부분으로부터 전도에 의해 가열되도록 배열된다.
이 양태의 장치는 위에서 설명된 특징들 중 하나 이상, 또는 전부를 적절하게 포함할 수 있다.
양태에 따르면, 에어로졸 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해, 에어로졸 가능한 재료를 가열하기 위한 장치에 사용하기 위한 세장형 가열 요소가 제공되며, 여기서 세장형 가열 요소는 종축을 규정하고, 세장형 가열 부분 및 세장형 서셉터 부분을 포함하며, 여기서 세장형 가열 부분은 세장형 서셉터 부분으로부터 축 방향으로 돌출된다.
세장형 가열 부분의 폭은 종축을 따른 세장형 가열 부분의 길이보다 클 수 있다. 세장형 서셉터 부분의 폭은 종축을 따른 세장형 가열 부분의 길이보다 클 수 있다.
세장형 가열 부분은 제1 재료를 포함할 수 있고, 세장형 서셉터 부분은 제2 재료를 포함할 수 있다.
제1 재료는 제2 재료보다 더 높은 전도율을 가질 수 있다.
양태에 따르면, 위에서 제시된 바와 같은 장치들 중 적어도 하나를 포함하는 에어로졸 제공 디바이스가 제공된다.
양태에 따르면, 위에서 제시된 바와 같은 세장형 가열 요소들 중 적어도 하나를 포함하는 에어로졸 제공 디바이스가 제공된다.
양태에 따르면, 위에서 제시된 바와 같은 장치들 중 적어도 하나 및 위에서 제시된 바와 같은 세장형 가열 요소들 중 적어도 하나를 포함하는 에어로졸 제공 디바이스가 제공된다.
에어로졸 제공 디바이스는 불연성 에어로졸 제공 디바이스일 수 있다.
이 디바이스는 담배 가열 디바이스일 수 있으며, 비연소식 가열(heat-not-burn) 디바이스로도 알려져 있다.
양태에 따르면, 위에서 설명된 에어로졸 제공 디바이스, 및 에어로졸 생성 재료를 포함하는 물품을 포함하는 에어로졸 제공 시스템이 제공된다.
물품은 소모품일 수 있다.
에어로졸 생성 재료는 비-액체 에어로졸 생성 재료일 수 있다.
물품은 적어도 부분적으로 가열 영역 내에 수용되도록 치수가 정해질 수 있다.
이제 실시예들이 예로서만, 그리고 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 에어로졸 제공 디바이스의 정면 사시도를 도시한다.
도 2는 도 1의 에어로졸 제공 디바이스를 개략적으로 도시한다.
도 3은 에어로졸 생성 재료를 포함하는 물품을 갖는 도 2의 가열 조립체의 부분의 측면도를 도시한다.
도 4는 에어로졸 생성 재료를 포함하는 물품을 갖는 도 3의 가열 조립체의 부분의 단면 측면도를 도시한다.
도 5는 도 3의 가열 조립체의 사시도를 개략적으로 도시한다.
도 6은 도 2의 에어로졸 제공 디바이스의 다른 가열 조립체의 측면도를 개략적으로 도시한다.
도 7은 도 2의 에어로졸 제공 디바이스의 가열 요소의 측면도를 개략적으로 도시한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "에어로졸 생성 재료"라는 용어는 전형적으로 에어로졸의 형태로 가열 시 휘발된 성분들을 제공하는 재료들을 포함한다. 에어로졸 생성 재료는 임의의 담배 함유 재료를 포함하며, 예를 들어 담배, 담배 파생품들, 팽화 담배, 재구성 담배 또는 담배 대용품들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 에어로졸 생성 재료에는 또한, 제품에 따라, 니코틴을 보유하거나 또는 보유하지 않을 수 있는 다른 비-담배 제품들도 포함될 수 있다. 에어로졸 생성 재료는 예를 들어 고체, 액체, 겔(gel), 왁스(wax) 등의 형태일 수 있다. 에어로졸 생성 재료는 예를 들어 또한 재료들의 조합 또는 블렌드(blend)일 수도 있다. 에어로졸 생성 재료는 또한 "흡연 가능한 재료"로 알려져 있을 수도 있다.
에어로졸 생성 재료를 가열하여 에어로졸 생성 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키고, 전형적으로 에어로졸 생성 재료를 태우거나 또는 연소시키지 않고, 흡입될 수 있는 에어로졸을 형성하는 장치가 알려져 있다. 이러한 장치는 때때로 "에어로졸 생성 디바이스", "에어로졸 제공 디바이스", "비연소식 가열 디바이스", "담배 가열 제품 디바이스" 또는 "담배 가열 디바이스" 또는 이와 유사한 것으로 설명되기도 한다. 유사하게, 전형적으로 니코틴을 보유하거나 또는 보유하지 않을 수 있는 액체 형태의 에어로졸 생성 재료를 증발시키는 소위 e-시가렛(e-cigarette) 디바이스들도 또한 존재한다. 에어로졸 생성 재료는 장치 내로 삽입될 수 있는 로드(rod), 카트리지(cartridge) 또는 카세트(cassette) 등의 형태이거나 또는 그 부분으로 제공될 수 있다. 에어로졸 생성 재료를 가열하고 휘발시키기 위한 가열기(heater)가 장치의 "영구" 부분으로 제공될 수 있다.
에어로졸 제공 디바이스는 가열을 위한 에어로졸 생성 재료를 포함하는 물품을 수용할 수 있다. 본 맥락에서 "물품"은, 에어로졸 생성 재료를 휘발시키기 위해 가열되는, 사용 시에 에어로졸 생성 재료를 포함하거나 또는 수용하는 구성요소, 및 선택적으로 사용 중인 다른 구성요소들이다. 사용자는, 이후에 사용자가 흡입하는 에어로졸을 생성하기 위해 가열되기 전에 에어로졸 제공 디바이스 내로 물품을 삽입할 수 있다. 물품은, 예를 들어, 물품을 수용할 수 있는 크기의 디바이스의 가열 챔버 내에 배치되도록 구성되는 미리 정해진 크기 또는 특정 크기일 수 있다.
도 1은 에어로졸 생성 매체/재료로부터 에어로졸을 생성하기 위한 에어로졸 제공 디바이스(100)의 예를 도시한다. 디바이스(100)는 에어로졸 생성 매체를 포함하는 교체 가능한 물품(110)을 가열하여, 디바이스(100)의 사용자가 흡입할 수 있는 에어로졸 또는 다른 흡입 가능한 매체를 발생하는 데 사용될 수 있다.
디바이스(100)는 디바이스(100)의 다양한 구성요소들을 둘러싸고 수용하는 하우징(102)을 포함한다. 디바이스(100)는 일 단부에 개구(104)를 가지며, 이 개구를 통해 디바이스(100)에 의한 가열을 위해 물품(110)이 삽입될 수 있다. 물품(110)은 디바이스(100)에 의한 가열을 위해 디바이스(100) 내로 완전히 또는 부분적으로 삽입될 수 있다.
디바이스(100)는 버튼 또는 스위치와 같은 사용자 작동 가능한 제어 요소(106)를 포함할 수 있으며, 이 제어 요소는, 작동될 때, 예를 들어 눌려질 때, 디바이스(100)를 작동시킨다. 예를 들어, 사용자는 스위치(106)를 누름으로써 디바이스(100)를 활성화할 수 있다.
디바이스(100)는 종축(101)을 규정하며, 물품(110)이 디바이스(100) 내로 삽입될 때 이 종축을 따라 연장될 수 있다.
도 2는 도 1의 에어로졸 제공 디바이스(100)의 개략적 예시로서, 디바이스(100)의 다양한 구성요소들을 도시한다. 디바이스(100)는 도 2에 도시되지 않은 다른 구성요소들을 포함할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 디바이스(100)는 에어로졸 가능한 재료(200)을 가열하기 위한 장치를 포함한다. 장치(200)는 가열 조립체(201), 제어기(제어 회로)(202), 및 전력 소스(source)(204)를 포함한다. 장치(200)는 본체 조립체(210)를 포함한다. 본체 조립체(210)는 섀시(chassis) 및 디바이스의 일부를 형성하는 다른 구성요소들을 포함할 수 있다. 가열 조립체(201)는 디바이스(100) 내로 삽입된 물품(110)의 에어로졸 생성 매체를 가열하여, 에어로졸 생성 매체로부터 에어로졸이 발생되도록 구성된다. 전력 소스(204)는 가열 조립체(201)에 전기 전력을 공급하고, 가열 조립체(201)는 공급된 전기 에너지를 에어로졸 생성 매체를 가열하기 위한 열 에너지로 변환한다.
전력 소스(204)는 예를 들어, 충전식 배터리 또는 비-충전식 배터리와 같은 배터리일 수 있다. 적합한 배터리들의 예들로는, 예를 들어, 리튬 배터리(예를 들어, 리튬 이온 배터리), 니켈 배터리(예를 들어, 니켈 카드뮴 배터리), 및 알카라인 배터리가 포함된다.
배터리(204)는 제어기(202)의 제어 하에 에어로졸 생성 재료를 가열하기 위해 필요할 때 전기 전력을 공급하기 위해 가열 조립체(201)에 전기적으로 결합될 수 있다. 제어 회로(202)는 사용자가 제어 요소(106)를 작동하는 것에 기초하여 가열 조립체(201)를 활성화 및 비활성화하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어기(202)는 사용자가 스위치(106)를 작동하는 것에 반응하여 가열 조립체(201)를 활성화할 수 있다.
개구(104)에 가장 가까운 디바이스(100)의 단부는, 사용 시 사용자의 입에 가장 가깝기 때문에, 디바이스(100)의 근위 단부(또는 마우스(mouth) 단부)(107)로 알려질 수 있다. 사용 시, 사용자는 개구(104) 내로 물품(110)을 삽입하고, 사용자 제어부(106)를 작동하여 에어로졸 생성 재료를 가열하기 시작하고, 디바이스에서 발생된 에어로졸을 흡인한다. 이로 인해, 에어로졸은 디바이스(100)의 근위 단부를 향한 유동 경로를 따라 디바이스(100)를 통해 흐르게 된다.
개구(104)로부터 가장 멀리 떨어진 디바이스의 다른 단부는, 사용 시 사용자의 입으로부터 가장 멀리 떨어진 단부이기 때문에, 디바이스(100)의 원위 단부(108)로 알려져 있을 수 있다. 사용자가 디바이스에서 발생된 에어로졸을 흡인하면, 에어로졸은 디바이스(100)의 근위 단부를 향한 방향으로 흐른다. 디바이스(100)의 특징들에 적용되는 근위 및 원위라는 용어들은 축(101)을 따라 근위-원위 방향으로 이러한 특징들의 서로에 대한 상대적 포지셔닝(positioning)을 참조하여 설명될 것이다.
가열 조립체(201)는 유도 가열 프로세스를 통해 물품(110)의 에어로졸 생성 재료를 가열하기 위한 다양한 구성요소들을 포함할 수 있다. 유도 가열은 전자기 유도에 의해 전기 전도성 가열 요소(예를 들어, 서셉터(susceptor))를 가열하는 프로세스이다. 유도 가열 조립체는 유도 요소, 예를 들어, 하나 이상의 인덕터 코일들, 및 교류 전기 전류와 같은 변하는 전기 전류를 유도 요소를 통해 통과시키는 디바이스를 포함할 수 있다. 유도 요소의 변하는 전기 전류는 변화하는 자기장을 발생한다. 변화하는 자기장은 유도 요소에 대해 적절하게 포지셔닝된 서셉터(가열 요소)를 침투하여, 서셉터 내부에 와전류들을 발생한다. 서셉터는 와전류들에 대한 전기 저항을 가지므로, 이 저항에 대한 와전류들의 흐름으로 인해 서셉터가 줄(Joule) 가열에 의해 가열된다. 서셉터가 철, 니켈 또는 코발트와 같은 강자성 재료를 포함하는 경우들에서, 서셉터의 자기 이력(hysteresis) 손실들에 의해, 즉 변화하는 자기장과의 정렬에 따른 자성 재료의 자기 쌍극자들의 변하는 배향에 의해 열이 발생될 수도 있다. 유도 가열에서는, 예를 들어 전도에 의한 가열과 달리, 서셉터 내부에서 열이 발생되어, 빠른 가열이 허용된다. 또한, 유도 요소와 서셉터 사이에 임의의 물리적 접촉이 필요하지 않으므로, 구성 및 애플리케이션(application)에서 향상된 자유도를 허용한다.
장치(200)는 가열될 물품(110)을 수용하도록 구성되고 치수가 정해진 가열 챔버(211)를 포함한다. 가열 챔버(211)는 가열 존(215)을 규정한다. 본 예에서, 물품(110)은 일반적으로 원통형이고, 가열 챔버(211)는 이에 대응하여 일반적으로 형상이 원통형이다. 그러나, 다른 형상들도 가능할 것이다. 가열 챔버(211)는 리셉터클(212)에 의해 형성된다. 리셉터클(212)은 단부 벽(213) 및 주변 벽(214)을 포함한다.
가열 챔버(211)는 리셉터클(212)의 내부 벽들에 의해 규정된다. 리셉터클(212)은 지지 부재로서 역할을 한다. 리셉터클은, 디바이스(100)의 종축(101)을 따라 그리고 종축 주위로 그리고 종축과 실질적으로 동축으로 연장되는 일반적으로 관형인 부재를 포함한다. 그러나, 다른 형상들도 가능할 것이다. 리셉터클(212), 및 따라서 가열 챔버(211)는 그의 근위 단부가 개방되어 있어서, 디바이스(100)의 개구(104) 내로 삽입된 물품(110)이 이를 통해 가열 챔버(211)에 의해 수용될 수 있다. 리셉터클(212)은 그의 원위 단부에서 단부 벽(213)에 의해 폐쇄된다. 리셉터클(212)은 공기 통로를 형성하는 하나 이상의 도관들을 포함할 수 있다. 사용 시, 물품(110)의 원위 단부는 가열 챔버(211)의 단부에 근접하거나 또는 이와 맞물려 포지셔닝될 수 있다. 공기는 하나 이상의 도관들을 통과하여, 가열 챔버(211) 내로 유입될 수 있고, 디바이스(100)의 근위 단부를 향해 물품(110)을 통해 흐를 수 있다.
리셉터클(212)은 절연 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 리셉터클(212)은 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK)과 같은 플라스틱으로 형성될 수 있다. 다른 적합한 재료들도 가능하다. 리셉터클(212)은 가열 조립체(201)가 작동될 때 조립체가 강성/고체 상태를 유지하도록 보장하는 그러한 재료들로 형성될 수 있다. 리셉터클(212)에 대해 비-금속 재료를 사용하면 디바이스(100)의 다른 구성요소들의 가열을 제한하는 데 도움이 될 수 있다. 리셉터클(212)은 다른 구성요소들의 지지를 돕기 위해 강성 재료로 형성될 수 있다.
리셉터클(212)에 대한 다른 배열들이 가능할 것이다. 예를 들어, 실시예에서, 단부 벽(213)은 가열 조립체(201)의 부분, 예를 들어 원주방향으로 연장되는 플랜지에 의해 규정된다.
도 2에 예시된 바와 같이, 가열 조립체(201)는 가열 요소(220)를 포함한다. 가열 요소(220)는 가열 존(215)을 가열하도록 구성된다. 가열 존(215)은 가열 챔버(211)에 규정된다. 실시예들에서, 가열 챔버(211)는 가열 존(215)의 일부 또는 가열 존(215)의 범위를 규정한다.
가열 요소(220)는 가열 존(215)을 가열하기 위해 가열될 수 있다. 가열 요소(220)는 유도 가열 요소이다. 즉, 가열 요소(220)는 변화하는 자기장의 침투에 의해 가열 가능한 서셉터를 포함한다. 가열 요소(220)는 여기서는 가열 부분(221)으로 지칭되는 제1 부분, 및 여기서는 베이스 부분(222)으로 지칭되는 제2 부분을 포함한다. 베이스 부분(222)의 적어도 부분은 서셉터로서 역할을 한다.
서셉터는 전자기 유도에 의한 가열에 적합한 전기 전도성 재료를 포함한다. 예를 들어, 서셉터는 탄소강으로 형성될 수 있다. 다른 적절한 재료들, 예를 들어 철, 니켈 또는 코발트와 같은 강자성 재료가 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
가열 조립체(201)는 자기장 생성기(240)를 포함한다. 자기장 생성기(240)는 서셉터를 침투하여 서셉터에 가열을 유발하는 하나 이상의 변화하는 자기장들을 발생하도록 구성된다. 자기장 생성기(240)는 도 2에 개략적으로 도시된 바와 같이, 인덕터 요소로 작용하는 헬리컬 인덕터 코일(241)을 포함한다.
일부 예들에서, 사용 시, 인덕터 코일은 서셉터를 약 200 ℃ 내지 약 350 ℃, 예를 들어 약 240 ℃ 내지 약 300 ℃, 또는 약 250 ℃ 내지 약 280 ℃의 온도로 가열하도록 구성된다.
도 3, 도 4, 및 도 5는 가열 조립체(201)의 실시예를 보다 상세하게 예시한다. 가열 조립체(201)는 도 3 내지 도 5에 도시되지 않은 다른 구성요소들을 포함할 수 있음을 알 수 있을 것이다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 가열 조립체(201)는 가열 요소(220) 및 자기장 생성기(240)를 포함한다. 자기장 생성기(240)의 헬리컬 인덕터 코일(241)은 도 3 내지 도 5에 도시되어 있다.
가열 요소(220)는 가열 존(215)에서 연장된다. 돌출 요소로서 작용하는 가열 부분(221)은 가열 존(215)에 돌출된다. 가열 요소(220)는 주변 벽(214)으로부터 이격된다. 가열 조립체(201)는, 물품(110)이 가열 챔버(211)에 의해 수용될 때, 가열 요소(220)의 가열 부분(221)이 물품(110)의 원위 단부 내로 연장되도록 구성된다. 가열 요소(220)의 가열 부분(221)은, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 사용 시, 물품(110) 내에 포지셔닝된다. 가열 요소(220)는 물품(110)의 에어로졸 생성 재료를 내부로부터 가열하도록 구성되며, 이러한 이유로 내부 가열 요소로 지칭된다. 이를 용이하게 하기 위해, 내부 가열 요소(220)는 디바이스(100) 내로 삽입되는 물품(110)을 관통하도록 구성된다.
본 실시예에서, 가열 요소(220)의 가열 부분(221)은 근위 단부(223)에 날카로운 에지 또는 포인트를 포함한다. 근위 단부는 가열 요소(220)의 자유 단부이다. 가열 부분(221)은 핀(pin)이다. 다른 형상들이 상정되는데, 예를 들어, 실시예들에서 가열 부분(221)은 블레이드(blade)이다. 가열 부분(221)은 디바이스의 종축(101)을 따라(축 방향으로) 가열 챔버(211)의 원위 단부로부터 가열 챔버(211) 내로 연장될 수 있다. 실시예들에서, 가열 부분(221)은 축(101)으로부터 이격된 가열 챔버(211) 내로 연장된다. 가열 부분(211)은 축을 벗어나거나 또는 축(101)과 비-평행할 수 있다. 가열 요소(220)의 하나의 가열 부분(221)이 도시되어 있지만, 실시예들에서, 가열 요소(220)는 복수의 가열 부분들(221)을 포함하는 것으로 이해될 것이다. 실시예들에서 이러한 가열 부분들은 서로 이격되지만 평행하다.
가열 요소(220)는 가열 존(215)으로부터 연장된다. 가열 요소(220)는 가열 존(220)의 외부로 연장된다. 가열 요소(220)는 리셉터클(212)을 통해 수용된다. 가열 요소(220)는 단부 벽(213)을 통해 연장된다. 헬리컬 인덕터 코일(241)은 리셉터클(212)의 외부에 배치된다. 헬리컬 인덕터 코일(241)은 단부 벽(213)으로부터 이격되어 있다. 갭(gap)(216)이 리셉터클(212)과 헬리컬 인덕터 코일(241) 사이에 제공된다. 실시예들에서, 절연 부재(도시되지 않음)가 갭(216)에 제공된다. 실시예들에서, 헬리컬 인덕터 코일(241)은 단부 벽(213)에 장착된다. 실시예들에서, 인덕터 코일(241)은 단부 벽(213)으로부터 이격된다. 베이스 부분(222)은 가열 챔버(211)의 외부에 도시되어 있다. 가열 요소(220)는 가열 부분(221)과 베이스 부분(222) 사이의 중간 부분(225)을 포함할 수 있다. 중간 부분(225)은 헬리컬 인덕터 코일(241)과 가열 챔버(211) 사이에서 연장될 수 있다. 중간 부분(225)은 단부 벽(213)을 통해 연장된다. 실시예들에서, 중간 부분(225)은 생략되거나 또는 가열 부분(221) 및 베이스 부분(222) 중 하나의 부분을 형성한다.
헬리컬 인덕터 코일(241)은 베이스 부분(222)의 적어도 일부 주위로 연장되어, 서셉터로서 작용한다. 헬리컬 인덕터 코일(241)은 베이스 부분(222)을 침투하는 변화하는 자기장을 발생하도록 구성된다.
인덕터 코일(241)은 구리와 같은 전기 전도성 재료를 포함하는 헬리컬 코일이다. 코일은 지지 부재(도시되지 않음) 주위로 헬리컬로 감기는 리츠 와이어와 같은 와이어로 형성된다. 지지 부재(도시되지 않음)는 생략될 수 있다. 지지 부재는 관형이다. 코일(241)은 일반적으로 관형 형상을 규정한다. 헬리컬 코일(241)은 인덕터 존(242)을 규정하고, 헬리컬 코일(241)은 보어(bore)(243)를 규정한다.
인덕터 코일(241)은 일반적으로 원형 프로파일(profile)을 갖는다. 다른 실시예들에서, 인덕터 코일(241)은 일반적으로 정사각형, 직사각형 또는 타원형과 같은 상이한 형상을 가질 수 있다. 코일 폭은 그 길이에 따라 증가하거나 또는 감소할 수 있다.
가열 요소(220)의 베이스 부분(222)은 인덕터 코일(241) 내로 연장된다. 즉, 헬리컬 인덕터 코일(241)은 밀폐된 공간에서 인덕터 존(242)을 규정한다. 인덕터 존(242)은, 인덕터 코일(241)에 의해 발생된 변화하는 자기장이 침투함으로써 가열될 수 있는 피처가 수용될 수 있는 인덕터 코일(241)에 의해 규정된 공간이다.
다른 유형들의 인덕터 코일, 예를 들어 평평한 나선형 코일이 알려져 있다. 헬리컬 코일을 사용하면, 서셉터를 수용하는 세장형 인덕터 존을 규정할 수 있으며, 이는 세장형 인덕터 존에서 수용되는 서셉터의 세장형 길이를 제공한다. 변화하는 자기장에 노출되는 서셉터의 길이가 최대화될 수 있다. 밀폐된 인덕터 존에 헬리컬 코일 배열체를 제공함으로써, 자기장의 플럭스 집중을 도울 수 있다.
리츠 와이어는, 개별적으로 절연되어 있고 함께 꼬여 단일의 와이어를 형성하는 복수의 개별 와이어들을 포함한다. 리츠 와이어들은 도체의 표피 효과 손실들을 감소시키도록 설계된다. 솔리드와 같은 다른 와이어 유형들도 사용될 수 있다.
헬리컬 인덕터 코일의 구성은 그 축방향 길이를 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 인덕터 코일, 또는 각각의 인덕터 코일은 인덕턴스(inductance), 축방향 길이들, 반경들, 피치(pitch)들, 턴(turn)들의 개수 등의 실질적으로 동일한 또는 상이한 값들을 가질 수 있다.
헬리컬 인덕터 코일(241)은 지지 부재(도시되지 않음) 주위로 연장될 수 있고, 지지 부재에 의해 지지될 수 있다. 헬리컬 인덕터 코일(241)은 가열 챔버(211) 및 종축(101)과 동축으로 배열된다.
베이스 부분(222)이 인덕터 존(242)을 통해 연장되는 경우, 베이스 부분(222)은 그 길이를 따라 변하는 자속에 민감하다.
가열 요소(220)는 베이스 부분(222)을 포함하고, 베이스 부분(222)으로부터 가열 부분(221)이 돌출된다. 가열 부분(221)은 열 전도에 의해 베이스 부분(222)에 의해 가열될 수 있다. 가열 부분(221) 및 베이스 부분(222)은 열 전도성으로 연결된다. 베이스 부분(222)은 가열 부분(221)보다 더 큰 반경방향 범위를 갖는다. 베이스 부분(222)은 일반적으로 원통형이지만, 다른 형상들이 예상될 수 있다.
세장형 가열 부분(221)은 그의 원위 단부에서 베이스 부분(222)으로부터 연장된다. 세장형 가열 부분(221) 및 베이스 부분(222)은 동축이다. 베이스 부분(222)은 축방향 높이를 갖는다. 베이스 부분(222)의 축방향 높이는 인덕터 존(242)의 축방향 길이와 실질적으로 대응된다. 이러한 배열은 베이스 부분(222)과 교차하는 자속을 최대화하는 데 도움이 된다.
베이스 부분(222)은 코어(224) 및 칼라(225)를 포함한다. 코어(224)는 가열 부분(221)의 연장부이다. 코어(224) 및 가열 부분(221)은 가열 부재(230)의 일부를 형성한다. 코어(224)는 가열 부분(221)과 원-피스 구성요소로서 일체형으로 형성된다. 베이스 부분(222)의 코어(224) 및 가열 부분(221)은 세장형 로드의 일부를 형성한다. 실시예들에서 중간 섹션(227)은 그 사이에 규정된다. 이러한 배열에서 가열 부분(221)은 가열 존(215)에서 연장되는 가열 부재(230)의 일부에 의해 규정된다. 코어(224)는 칼라(225)에서 연장되는 가열 부재(230)의 일부에 의해 규정된다. 베이스 부분(222)은 인덕터 존(242)에서 연장되는 부재의 일부에 의해 규정된다.
코어(224)는 가열 부분(221)에 대응되는 반경방향 폭을 갖는다. 로드는 그 길이를 따라 일반적으로 일정한 단면적 및 프로파일을 갖는다. 실시예들에서, 단면적 및 프로파일 중 하나 또는 둘 모두는 길이를 따라 변할 수 있다. 코어(224) 및 가열 부분(221)을 함께 형성함으로써, 가열 요소(220)를 따라 열 전도를 보조할 수 있다. 코어(224)는 칼라(225)에 전도성으로 연결된다. 따라서, 칼라(225)가 가열될 때 칼라(225)로부터 코어(224)로의 열 전달은 전도에 의해 발생한다. 칼라(225)는 코어(224)와 간섭 맞춤을 형성한다. 칼라(225)는 상이한 수단들을 통해 코어(224)에 연결될 수 있다.
칼라(225)는 코어(224)를 둘러싸고 있다. 실시예들에서, 칼라(225)는 코어(224)를 부분적으로 둘러싸고 있다. 본 실시예에서, 칼라(225)는 관형이다. 칼라(225)는 코어(224)의 외부 층을 규정한다. 가열 부분(221)은 칼라(225) 위로 돌출된다.
가열 부분(221)은 칼라(225)의 열 전도율보다 큰 열 전도율을 갖는다. 칼라(225)는 상이한 재료로 형성된다. 베이스 부분(222) 및 가열 요소(220)는 상이한 열 전도성 특성들을 갖는다. 칼라(225)는 서셉터로서 역할을 하며, 변화하는 자기장의 침투에 의해 가열되는 것에 민감한 재료로 형성된다. 칼라(225)는 전자기 유도에 의한 가열에 적합한 전기 전도성 재료를 포함한다. 예를 들어, 서셉터는 탄소강으로 형성될 수 있다. 다른 적절한 재료들, 예를 들어 철, 니켈 또는 코발트와 같은 강자성 재료가 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 칼라(225)는 견고한 구성을 갖는다. 칼라(225)는 관형으로 도시되어 있다. 실시예들에서, 칼라의 구성은 상이하다. 실시예에서 칼라는 포일 층이다. 칼라는 코어(224) 상의 외부 층일 수 있다. 실시예들에서 칼라는 메쉬이다. 실시예들에서, 서셉터로서 작용하는 칼라는 와이어이다. 칼라는 복수의 와이어들을 포함할 수 있다. 서셉터로서 작용하는 와이어 배열체(425)가 도 7에 도시되어 있다. 와이어 배열체(425)는 칼라를 형성한다. 와이어는 가열 요소(420)의 코어(424) 주위의 와인딩으로 형성된다. 칼라는 구불구불한 배열을 갖는다. 와이어 배열체(425)는 단부 턴들(427)을 갖는 복수의 종방향으로 연장되는 부분들(426)을 포함한다. 와이어 배열체(425)의 구성은 상이할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 서셉터를 형성하는 와이어 배열체(425)는 헬리컬 구성을 가질 수 있다.
실시예에서, 가열 부분(221)을 형성하는 부재는 열 파이프를 포함한다. 열 파이프는 세장형 부재이다. 열 파이프는 가열 요소(220)의 길이를 따라 열 전달을 향상시키도록 역할을 한다.
열 파이프(230)는 폐쇄형 증발기-응축기 시스템이다. 열 파이프는 밀봉된 중공 튜브를 포함한다. 심지가 튜브 내에 배치된다. 열 파이프의 내부 벽들에는 모세관 구조 또는 심지가 라이닝(line)되어 있다. 원하는 작동 온도에서 상당한 증기압을 갖는 열역학적 작동 유체가 액체와 증기 사이의 평형 상태에서 심지의 기공(pore)들을 포화시킨다. 열 파이프에 열이 가해지면, 심지의 액체가 가열되어 유체가 증발되게 한다. 증발된 유체는 열 파이프의 중공형 중앙을 채우고, 그 길이 전체에 걸쳐 확산된다.
위에서 설명된 내용과 관련하여, 관형이라 함은 중앙 보어가 있는 부재를 의미하도록 의도된다. 이러한 열 파이프는 세장형 부재, 플레이트일 수 있거나, 또는 다른 단면 외관을 가질 수 있다.
열 파이프는 구리로 형성된다. 작동 유체는 물이다. 다른 구성들이 예상된다. 예를 들어, 열 파이프는 구리, 알루미늄, 및 오스텐틱 니켈 크롬 중 하나로 형성될 수 있다. 열 파이프는 스테인리스강으로 형성될 수 있다. 열 파이프는 물을 포함하는 작동 유체를 포함할 수 있다. 열 파이프는 아세톤, 이산화탄소, 및 암모니아 중 하나 이상을 포함하는 작동 유체를 포함할 수 있다.
실시예들에서 열 파이프는 사용 시 작동 온도가 약 200 ℃ 내지 약 350 ℃, 예를 들어 약 240 ℃ 내지 약 300 ℃, 또는 약 250 ℃ 내지 약 280 ℃의 작동 유체를 포함한다.
이러한 구성들에 의해, 가열 요소는 3000 W/m-k 초과, 예를 들어 4000 W/m-k 초과, 예를 들어 5000 W/m-k 초과의 유효 열 전도율을 갖는다.
실시예들에서, 가열 요소는 3000 내지 100000 W/m-k, 예를 들어 4000 내지 10000 W/m-k의 유효 열 전도율을 갖는다.
열 파이프(230)는 약 3 mm의 직경을 갖는다. 실시예들에서 열 파이프의 직경은 약 1mm 내지 10 mm, 예를 들어 약 2 mm 내지 5 mm, 예를 들어 약 3 mm 내지 4 mm이다.
열 파이프(230)는 약 50 mm의 길이를 갖는다. 실시예들에서 열 파이프의 길이는 약 10 mm 내지 100 mm, 예를 들어 약 30 mm 내지 70 mm, 예를 들어 약 40 mm 내지 60 mm이다.
코어(224)는 칼라(225)의 열 전도율보다 큰 열 전도율을 갖는다. 코어(224)는 높은 열 전도율을 갖는 재료, 예를 들어 구리 및 알루미늄으로 형성된다.
가열 부분(221)의 재료는 변화하는 자기장의 침투에 의해 가열되는 것에 대한 칼라(225)의 민감성보다 더 낮은 민감성을 갖는다. 칼라(225)를 형성하는 재료는 변화하는 자기장의 침투에 의해 가열되는 것에 대한 가열 부분(221)의 민감성보다 더 높은 민감성을 갖는다. 가열 부분(221)의 재료는 비철 재료이다. 칼라(225)의 재료는 강자성 및 상자성 재료 중 하나이다.
가열 부분(221)의 높은 열 전도율은 열 전달을 돕는다. 따라서, 칼라(225)가 가열되면, 가열 부분(221)을 따라 열의 열 전달이 최대화된다. 이는 축방향 길이를 따라 세장형 가열 부재를 보다 균일하게 가열하는 데 도움이 된다.
위에서 논의된 바와 같이, 베이스 부분(222)은 코어 및 칼라를 포함하지만, 실시예들에서, 베이스 부분은 서셉터에서 연장되는 코어 부분 없이 서셉터를 규정한다. 다른 실시예들에서, 칼라는 아래에 설명되는 바와 같이 가열 부분(221)과 코어(224) 사이의 가열 요소(220)의 길이를 따라 일정한 단면 프로파일을 갖는 가열 부분의 연장부이다.
세장형 인덕터 존(242)은 가열 존(215)으로부터 축 방향으로 오프셋된다. 헬리컬 인덕터 코일(241)을 리셉터클(212)로부터 오프셋되게 제공함으로써, 헬리컬 인덕터 코일(241)의 반경방향 범위를 최소화하는 것을 도울 수 있다. 헬리컬 인덕터 코일(241)은 가열 부분으로부터 오프셋되어 있으므로, 가열 챔버 주위로 연장되지 않는다. 따라서, 인덕터 코일의 치수들은 가열 챔버의 치수들에 의해 제약을 받지 않는다.
주변 벽과 가열 요소 사이의 간격은 헬리컬 인덕터 코일과 가열 요소 사이의 간격보다 크다. 따라서, 서셉터에 대한 헬리컬 코일의 효율적인 간격 및 디바이스에 의해 수용되는 원하는 크기의 물품을 제공하는 것이 가능하다.
실시예들에서, 헬리컬 인덕터 코일의 최대 폭은 가열 존의 최대 폭보다 작다. 따라서, 인덕터 코일 주위의 절연 배열이 향상될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 가열 조립체(301)의 또 다른 구성이 도시되어 있다. 가열 조립체(301)는 도 6에 도시되지 않은 다른 구성요소들을 포함할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 장치(100)의 구성은 일반적으로 위에서 설명된 바와 같으므로, 상세한 설명은 생략될 것이다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 가열 요소의 배열은 상이하다.
도 6에 도시된 구성에서, 베이스 부분은 위에서 설명된 바와 같이 서셉터를 형성하는 칼라를 포함하지 않는다. 이러한 배열에서, 일정한 단면 폭을 갖는 세장형 부재가 서셉터를 형성한다. 즉, 가열 요소(320)는 그 축방향 길이를 따라 변화하는 자기장을 침투시킴으로써 가열되는 것에 민감한 재료로 형성된다.
서셉터 재료로 형성된 베이스 부분(322)은 가열 부분(321)과 원-피스 구성요소로서 일체형으로 형성된다. 본 실시예에서 베이스 부분(322)은 가열 부분(321)과 균일한 단면 프로파일을 갖는다. 즉, 베이스 부분(322)은 가열 부분(321)에 대응하는 반경방향 폭을 갖는다. 베이스 부분(322)은 가열 부분(321)의 연장부이다. 베이스 부분(322) 및 가열 부분(321)을 함께 형성함으로써, 가열 요소를 따라 열 전도를 돕는 것이 가능하다.
인덕터 존(342)은 가열 존(315)으로부터 오프셋되고, 가열 요소(320)는 2 개의 존들 사이에서 연장된다.
가열 요소(320)는 서셉터로서 역할을 하며, 변화하는 자기장의 침투에 의해 가열되는 것에 민감한 재료로 형성된다. 서셉터 재료로 형성된 가열 요소의 부분은 인덕터 존으로부터 이격되어 있다. 서셉터는 탄소강으로 형성될 수 있다. 다른 적절한 재료들, 예를 들어 철, 니켈 또는 코발트와 같은 강자성 재료가 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
유도 가열된 서셉터 요소를 사용하여 에어로졸 가능한 재료를 가열하는 장치가 공지되어 있다. 그러나, 이러한 장치는 일반적으로, 서셉터 요소가 물품을 수용하도록 구성된 가열 존 내에 포지셔닝되고 유도 코일이 가열 존 주위에(즉, 가열 존 내의 서셉터 요소 주위에) 배열되는 배열을 사용한다. 이와 같이, 유도 코일에 의해 서셉터 요소가 유도 가열될 때, 유도에 의해 가열되는 서셉터 요소의 영역은 물품 내로 열을 방출하는 영역에 대응된다.
이러한 배열을 통해, 코일은 가열 존 및 서셉터를 수용하도록 크기가 정해진다. 가열 존의 서셉터는 서셉터로서 작용하고 그리고 물품에 열을 전달하도록 구성된다.
본 명세서에 설명된 배열들에 따르면, 물품을 수용하기 위한 가열 존 내의 제1 부분, 및 가열 존 외부에 있고 유도 코일에 의해 둘러싸인 제2 부분을 갖는 세장형 가열 요소를 제공함으로써, 유도 프로세스는 물품의 가열과 분리된 영역에서 이루어질 수 있다. 가열 존의 제1 부분은 소모품으로의 열 전달에 최적화될 수 있다. 제2 부분은 유도에 최적화될 수 있다.
가열 존으로부터 코일을 이격시킴으로써, 코일의 반경방향 크기가 가열 존의 반경방향 크기보다 작을 수 있으므로, 코일의 반경방향 치수가 유도에 최적화될 수 있을 뿐만 아니라, 장치의 가능한 최소 폭을 제공할 수 있다.
가열 및 유도 존들 내로 실질적으로 선형적으로 연장되는 세장형 서셉터 요소를 사용함으로써, 개개의 가열 및 인덕터 존들에서 제1 및 제2 부분들의 상대적 길이를 조정함으로써 유도 및 물품 가열 특성들이 간단한 방식으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 인덕터 존 내에서 연장되는 제2 부분의 길이는, 단순히 요소의 길이 및 코일의 턴들의 개수를 연장시킴으로써, 예를 들어 특정 최대 온도에 대해 필요한 만큼 길게 만들어질 수 있다.
제1 부분 및 제2 부분을 갖는 세장형 가열 요소를 제공하고, 각각의 부분이 상기 부분의 폭보다 큰 종축을 따른 길이를 갖게 함으로써, 상기 위에서 언급된 장점들을 제공하면서 낮은 중량을 갖는 것이 가능하다. 이러한 세장형 가열 요소의 일 예로서, 위에서 논의된 바와 같이 유리한 열 전달 특성들을 갖는 열 파이프가 있을 수 있다.
이러한 길이들의 파라미터(parameter)들을 고려할 때, 충분한 유도 가열을 제공하기 위해, 세장형 가열 요소의 적어도 특정 백분율이 인덕터 존 내로 연장되는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 세장형 가열 요소의 축방향 길이의 90 % 미만이 가열 존과 축 방향으로 중첩되도록 세장형 가열 요소가 가열 존과 축 방향으로 중첩된다.
실시예들에서 가열 챔버 내의 가열 요소의 최대 백분율 길이는 최대 약 90 %, 예를 들어 최대 약 80 %, 예를 들어 최대 약 75 %이다.
유도적으로 발생된 열을 전달하기 위해, 인덕터 코일에서 인덕터 존을 넘어 배열된 세장형 가열 요소의 적어도 특정 백분율을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 유도 코일은 세장형 가열 요소의 종축을 따라 종방향으로 연장되고, 세장형 가열 요소와 유도 코일의 종방향 중첩은 세장형 가열 요소의 축방향 길이의 60 % 미만이다.
실시예들에서, 인덕터 코일에서 연장되는 가열 요소의 최대 백분율 길이는 최대 약 60 %, 예를 들어 최대 약 50 %, 예를 들어 최대 약 40 %이다.
세장형 가열 요소의 유도 가열과, 가열 존 내의 물품에 대한 열의 제공 사이의 균형은 중요한 고려 사항이며, 세장형 가열 요소의 적어도 특정 백분율이 인덕터 존 내에서 연장되도록 제공하는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 코일의 인덕터 존은 축방향 길이가 가열 존의 축방향 길이의 적어도 25 %이다.
가열 챔버의 길이에 대한 인덕터 코일의 최소 길이는 적어도 약 15 %, 예를 들어 적어도 약 20 %, 예를 들어 적어도 약 25 %이다.
가열 요소의 적어도 25 %, 가능하게는 적어도 50 %, 가능하게는 적어도 60 %, 가능하게는 적어도 70 %가 인덕터 존 외부에 있다.
각각의 배열에서, 인덕터 코일은 서셉터로서 작용하는 베이스 부분을 침투하는 변화하는 자기장을 발생하도록 구성되어, 베이스 부분의 가열을 유발하고, 따라서 가열 부분의 간접 전도성 가열을 유발한다.
위에서 설명된 실시예들에서, 헬리컬 인덕터 코일은 가열 존으로부터 이격되어 있다. 따라서 가열 존, 및 가열 존 주위의 구성요소들에 대한 변화하는 자기장 노출을 제한하기 위해 장벽이 형성된다. 이러한 배열은 가열 챔버 내로 도입된 임의의 서셉터 재료에 유발되는 가열을 제한할 수 있다.
위에서 설명된 실시예들에서, 가열 부분은 내부 가열기이다. 즉, 가열 부분은 가열 챔버 내로 돌출되고, 물품에 의해 수용되도록 배열된다. 다른 실시예에서, 가열 부분은 외부 가열기이다. 이러한 구성에서, 가열 부재는, 종축(101)을 따라 그리고 종축과 실질적으로 동축으로 연장되는 일반적으로 관형인 부재일 수 있다. 가열 부재는 적어도 부분적으로 가열 챔버의 축방향 부분 주위로 연장될 수 있다. 가열 부재는 가열 챔버의 전체 원주 주위로 연속적으로 연장되거나, 또는 챔버 주위로 부분적으로만 연장될 수 있다. 예를 들어, 가열 부재에는 하나 이상의 불연속성들, 예를 들어 홀(hole)들, 갭(gap)들 또는 슬롯(slot)들이 제공될 수 있다. 가열 부재는 가열 챔버에 의해 수용된 물품 주위로 연장되도록 구성되고 치수가 정해질 수 있다. 따라서, 가열 부재는 사용 시 물품 주위에 포지셔닝될 수 있다. 따라서, 가열 부재는 물품(110)의 에어로졸 생성 재료를 외부로부터 가열하도록 구성될 수 있으며, 이러한 이유로 외부 가열 요소로 지칭될 수 있다. 가열 부재는 원형 단면을 가질 수 있는데, 예를 들어 물품(110)의 원형 단면에 대응하는 원형 단면을 가질 수 있다. 다른 단면 형상들도 가능할 것이다.
가열 부재는 가열 구역을 따라 임의의 적절한 거리만큼 연장될 수 있다. 이러한 실시예에서 가열 부재는 리셉터클을 형성할 수 있다. 베이스 부분은 관형 부재의 단부에 배치된다. 외부 가열 부재는 일 단부에서 관형 부재를 형성할 수 있다. 이러한 실시예들에서 베이스 부분은 축방향 또는 반경방향 중 하나 또는 둘 모두에서 내측으로 연장될 수 있다. 베이스 부분은 단부 벽을 규정할 수 있다. 일부 실시예들에서 베이스 칼라는 관형 부재 주위의 칼라이다.
위의 실시예들은 본 발명의 예시적인 예들로 이해되어야 한다. 본 발명의 추가의 실시예들이 상정된다. 임의의 하나의 실시예와 관련하여 설명된 임의의 특징은 단독으로, 또는 설명된 다른 특징들과 조합하여 사용될 수 있으며, 또한 실시예들 중 임의의 다른 실시예의 하나 이상의 특징들, 또는 실시예들 중 임의의 다른 실시예의 임의의 조합과 조합하여 사용될 수도 있는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 첨부된 청구항들에 규정된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고, 위에 설명되지 않은 균등물들 및 수정들도 또한 채용될 수 있다.

Claims (29)

  1. 에어로졸 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해, 에어로졸 가능한 재료를 가열하도록 구성된 장치로서,
    상기 장치는,
    에어로졸 가능한 재료를 포함하는 물품의 적어도 일부를 수용하도록 구성된 가열 존(zone);
    변화하는 자기장을 발생하도록 구성된 헬리컬 인덕터 코일(helical inductor coil)을 포함하는 자기장 생성기 ― 상기 헬리컬 인덕터 코일은 상기 인덕터 코일 내의 인덕터 존을 규정함 ― ; 및
    상기 변화하는 자기장의 침투에 의해 가열 가능하고 상기 가열 존을 가열하도록 배열된 세장형 가열 요소를 포함하고,
    상기 세장형 가열 요소는 상기 가열 존과 상기 인덕터 존 사이에서 연장되는,
    에어로졸 가능한 재료를 가열하도록 구성된 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 세장형 가열 요소는 종축을 규정하고, 상기 헬리컬 인덕터 코일은 상기 가열 존으로부터 축 방향으로 이격되는,
    에어로졸 가능한 재료를 가열하도록 구성된 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 세장형 가열 요소는 상기 가열 존에 돌출되는,
    에어로졸 가능한 재료를 가열하도록 구성된 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 가열 존을 규정하는 리셉터클(receptacle)을 포함하고, 상기 헬리컬 인덕터 코일은 상기 리셉터클과 중첩되지 않는,
    에어로졸 가능한 재료를 가열하도록 구성된 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 리셉터클은 상기 가열 존의 폐쇄된 단부를 규정하는 단부 벽을 포함하고, 상기 단부 벽은 상기 가열 존과 상기 헬리컬 인덕터 코일 사이에 있는,
    에어로졸 가능한 재료를 가열하도록 구성된 장치.
  6. 제4 항 또는 제5 항에 있어서,
    상기 리셉터클은 상기 가열 존을 규정하는 주변 벽을 포함하고, 상기 주변 벽과 상기 가열 요소 사이의 간격이 상기 헬리컬 인덕터 코일과 상기 세장형 가열 요소 사이의 간격보다 큰,
    에어로졸 가능한 재료를 가열하도록 구성된 장치.
  7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 헬리컬 인덕터 코일의 최대 폭이 상기 가열 존의 최대 폭보다 작은,
    에어로졸 가능한 재료를 가열하도록 구성된 장치.
  8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 요소는 상기 가열 존에 노출된 제1 부분, 및 상기 가열 존 외부에 있는 제2 부분을 포함하고, 상기 헬리컬 인덕터 코일은 상기 제2 부분을 둘러싸는,
    에어로졸 가능한 재료를 가열하도록 구성된 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제2 부분의 적어도 부분의 반경방향 폭이 상기 제1 부분의 반경방향 폭보다 큰,
    에어로졸 가능한 재료를 가열하도록 구성된 장치.
  10. 제8 항 또는 제9 항에 있어서,
    상기 제2 부분은 칼라(collar)를 포함하는,
    에어로졸 가능한 재료를 가열하도록 구성된 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제2 부분은 코어(core)를 포함하고, 상기 칼라는 상기 코어를 적어도 부분적으로 둘러싸는,
    에어로졸 가능한 재료를 가열하도록 구성된 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 코어는 상기 제1 부분과 원-파트 구성요소(one part component)로 형성되는,
    에어로졸 가능한 재료를 가열하도록 구성된 장치.
  13. 제11 항 또는 제12 항에 있어서,
    상기 칼라는 상기 변화하는 자기장의 침투에 의해 가열 가능한 가열기(heater) 재료를 포함하는,
    에어로졸 가능한 재료를 가열하도록 구성된 장치.
  14. 제10 항에 있어서,
    상기 칼라는 관형인,
    에어로졸 가능한 재료를 가열하도록 구성된 장치.
  15. 제8 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 부분의 적어도 부분의 열 전도율이 상기 제2 부분의 적어도 부분의 열 전도율보다 큰,
    에어로졸 가능한 재료를 가열하도록 구성된 장치.
  16. 제8 항 내지 제15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 부분의 적어도 부분은 상기 변화하는 자기장의 침투에 의해 가열되는 것에 대한 상기 제2 부분의 적어도 부분보다 더 낮은 민감성을 갖는,
    에어로졸 가능한 재료를 가열하도록 구성된 장치.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 가열 요소의 상기 제1 부분의 적어도 부분은 비철 재료를 포함하고, 상기 제2 부분의 적어도 부분은 철 재료를 포함하는,
    에어로졸 가능한 재료를 가열하도록 구성된 장치.
  18. 제1 항 내지 제17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 요소는 열 파이프(heat pipe)를 포함하는,
    에어로졸 가능한 재료를 가열하도록 구성된 장치.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 열 파이프는 상기 인덕터 존과 상기 가열 존 사이에서 연장되는,
    에어로졸 가능한 재료를 가열하도록 구성된 장치.
  20. 제1 항 내지 제19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인덕터 존의 축방향 길이가 상기 가열 존의 적어도 25 %인,
    에어로졸 가능한 재료를 가열하도록 구성된 장치.
  21. 에어로졸 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해, 에어로졸 가능한 재료를 가열하도록 구성된 장치로서,
    상기 장치는,
    에어로졸 생성 재료를 포함하는 물품을 수용하기 위한 캐비티(cavity)를 포함하는 본체;
    헬리컬 인덕터 코일을 포함하는 자기장 생성기 조립체;
    가열기(heater) 부재를 포함하고,
    상기 가열기 부재는,
    상기 캐비티를 가열하도록 배열되어 상기 캐비티에 노출된 제1 부분; 및
    상기 자기장 생성기 조립체에 의해 가열되도록 상기 헬리컬 인덕터 코일에 의해 수용되는 제2 부분을 포함하고,
    상기 제1 부분은 상기 헬리컬 인덕터 코일로부터 오프셋(offset)되고, 상기 제2 부분으로부터 전도에 의해 가열되도록 배열되는,
    에어로졸 가능한 재료를 가열하도록 구성된 장치.
  22. 에어로졸 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해, 에어로졸 가능한 재료를 가열하도록 구성된 장치로서,
    상기 장치는,
    에어로졸 가능한 재료를 포함하는 물품의 적어도 일부를 수용하도록 구성된 가열 존;
    변화하는 자기장을 발생하도록 구성된 인덕터 코일을 포함하는 자기장 생성기 ― 상기 인덕터 코일은 상기 인덕터 코일 내의 인덕터 존을 규정함 ― ; 및
    상기 변화하는 자기장의 침투에 의해 가열 가능하고 상기 가열 존을 가열하도록 배열된 세장형 가열 요소를 포함하고,
    상기 세장형 가열 요소는 상기 가열 존과 상기 인덕터 존 사이에서 연장되고;
    상기 세장형 가열 요소는 종축을 규정하고, 상기 인덕터 코일은 상기 가열 존으로부터 축 방향으로 이격되고; 및
    상기 세장형 가열 요소는, 상기 세장형 가열 요소의 축방향 길이의 90 % 미만이 상기 가열 존과 축 방향으로 중첩되도록 상기 가열 존과 축 방향으로 중첩되는,
    에어로졸 가능한 재료를 가열하도록 구성된 장치.
  23. 에어로졸 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해, 에어로졸 가능한 재료를 가열하도록 구성된 장치로서,
    상기 장치는,
    에어로졸 가능한 재료를 포함하는 물품의 적어도 일부를 수용하도록 구성된 가열 존;
    변화하는 자기장을 발생하도록 구성된 인덕터 코일을 포함하는 자기장 생성기 ― 상기 인덕터 코일은 상기 인덕터 코일 내의 인덕터 존을 규정함 ― ; 및
    상기 변화하는 자기장의 침투에 의해 가열 가능하고 상기 가열 존을 가열하도록 배열된 세장형 가열 요소를 포함하고,
    상기 세장형 가열 요소는 상기 가열 존과 상기 인덕터 존 사이에서 연장되고;
    상기 세장형 가열 요소는 종축을 규정하고, 상기 인덕터 코일은 상기 가열 존으로부터 축 방향으로 이격되며; 및
    상기 유도 코일은 상기 세장형 가열 요소의 상기 종축을 따라 종방향으로 연장되고, 상기 세장형 가열 요소와 상기 유도 코일의 종방향 중첩은 상기 세장형 가열 요소의 축방향 길이의 60 % 미만인,
    에어로졸 가능한 재료를 가열하도록 구성된 장치.
  24. 제23 항에 있어서,
    상기 세장형 가열 요소와 상기 유도 코일의 상기 종방향 중첩은 상기 세장형 가열 요소의 상기 축방향 길이의 적어도 10 %인,
    에어로졸 가능한 재료를 가열하도록 구성된 장치.
  25. 에어로졸 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해, 에어로졸 가능한 재료를 가열하도록 구성된 장치로서,
    상기 장치는,
    에어로졸 가능한 재료를 포함하는 물품의 적어도 일부를 수용하도록 구성된 가열 존;
    변화하는 자기장을 발생하도록 구성된 인덕터 코일을 포함하는 자기장 생성기 ― 상기 인덕터 코일은 상기 인덕터 코일 내의 인덕터 존을 규정함 ― ; 및
    상기 변화하는 자기장의 침투에 의해 가열 가능하고 상기 가열 존을 가열하도록 배열된 세장형 가열 요소를 포함하고,
    상기 세장형 가열 요소는 상기 가열 존과 상기 인덕터 존 사이에서 연장되고;
    상기 세장형 가열 요소는 종축을 규정하고, 상기 인덕터 코일은 상기 가열 존으로부터 축 방향으로 이격되고; 및
    상기 코일의 상기 인덕터 존의 축방향 길이는 상기 가열 존의 축방향 길이의 적어도 25 %인,
    에어로졸 가능한 재료를 가열하도록 구성된 장치.
  26. 에어로졸 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해, 에어로졸 가능한 재료를 가열하도록 구성된 장치에 사용하기 위한 세장형 가열 요소로서,
    상기 세장형 가열 요소는 종축을 규정하고, 세장형 가열 부분 및 세장형 서셉터(susceptor) 부분을 포함하며, 상기 세장형 가열 부분은 상기 세장형 서셉터 부분으로부터 축 방향으로 돌출되는,
    에어로졸 가능한 재료를 가열하도록 구성된 장치에 사용하기 위한 세장형 가열 요소.
  27. 에어로졸 제공 디바이스로서,
    제26 항의 세장형 가열 요소의 하나 및 제1 항 내지 제21 항 중 어느 한 항의 장치를 포함하는,
    에어로졸 제공 디바이스.
  28. 에어로졸 제공 시스템으로서,
    제27 항의 에어로졸 제공 디바이스, 및 에어로졸 생성 재료를 포함하는 물품을 포함하는,
    에어로졸 제공 시스템.
  29. 제28 항에 있어서,
    상기 물품은 소모품인,
    에어로졸 제공 시스템.
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