KR20240038076A - 유도 가열 - Google Patents

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KR20240038076A
KR20240038076A KR1020247006698A KR20247006698A KR20240038076A KR 20240038076 A KR20240038076 A KR 20240038076A KR 1020247006698 A KR1020247006698 A KR 1020247006698A KR 20247006698 A KR20247006698 A KR 20247006698A KR 20240038076 A KR20240038076 A KR 20240038076A
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susceptor
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inductor
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KR1020247006698A
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앤톤 코러스
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니코벤처스 트레이딩 리미티드
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Abstract

공진 회로 및 상기 공진 회로에 하나 이상의 펄스들을 인가하기 위한 회로를 포함하는 장치가 설명된다. 공진 회로는 유도성 요소 및 커패시터를 포함한다. 유도성 요소는 적어도 부분적으로 노출된 하나 이상의 코일들을 포함하며, 상기 유도성 요소는 상기 서셉터가 상기 노출된 코일들을 가로질러 배치되고 상기 노출된 코일들과 전기 접촉하게 될 때 서셉터를 가열하기 위한 것이다.

Description

유도 가열
본 명세서는 에어로졸 생성 디바이스들에 사용하기 위한 유도 가열 배열체에 관한 것이다. 에어로졸 생성 디바이스들은, 예를 들어, 담배 가열 제품(tobacco heating product)들일 수 있다.
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. 이 재료는, 예를 들어 니코틴(nicotine)을 보유할 수 있거나 보유하지 않을 수 있는 담배 또는 다른 비담배 제품들일 수 있다.
제1 양태에서, 본 명세서는, 장치를 설명하며, 이 장치는 유도성 요소(inductive element) 및 커패시터(capacitor)를 포함하는 공진 회로(resonant circuit) ― 유도성 요소는 적어도 부분적으로 노출되는 하나 이상의 코일들을 포함하며, 상기 유도성 요소는 서셉터(susceptor)가 상기 노출된 코일들을 가로질러 배치되고 상기 노출된 코일들과 전기 접촉하게 될 때 상기 서셉터를 가열하기 위한 것임 ―; 및 하나 이상의 펄스들을 상기 공진 회로에 인가하기 위한 회로(예컨대, 구동 회로 또는 제어 회로)를 포함한다. 상기 코일들은 금 또는 금 팁(gold tipped)일 수 있다.
유도성 요소의 노출된 코일들은 내부식성이 있을 수 있다.
유도성 요소의 하나 이상의 코일들은 인쇄 회로 기판에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 인쇄 회로 기판은 다층 인쇄 회로 기판일 수 있고, 상기 코일들은 상기 인쇄 회로 기판의 상이한 층들로 형성될 수 있다.
유도성 요소는 제1 평면과 일치하는 전기적으로 전도성인 비-나선형의 제1 부분, 제1 평면으로부터 이격되어 있는 제2 평면과 일치하는 전기적으로 전도성인 비-나선형의 제2 부분 및 제1 부분을 제2 부분에 전기적으로 연결하는 전기적으로 전도성인 커넥터를 포함할 수 있다. 제1 부분은 제1 부분 고리(annulus)일 수 있고 제2 부분은 제2 부분 고리일 수 있다.
일부 예시적인 실시예들에서, 유도성 요소 및 커패시터는 병렬로 연결된다. 일부 예시적인 실시예들에서, 유도성 요소 및 커패시터는 직렬로 연결된다.
회로는 자기 발진 구동 회로일 수 있다. 대안적으로, 상기 회로는 H-브리지 구동 회로를 포함한다.
제2 양태에서, 본 명세서는 제1 양태를 참조하여 전술한 바와 같은 장치를 포함하는 전달 시스템을 설명한다. 전달 시스템은 비가연성 에어로졸 생성 디바이스일 수 있다.
전달 시스템은 에어로졸 생성 재료를 포함하는 제거 가능한 물품을 수용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 전달 시스템의 에어로졸 생성 디바이스는 (서셉터 및 코일(들)이 전기 접촉하도록) 서셉터가 하나 이상의 코일들의 노출된 부품들과 물리적으로 접촉하게 하는 방식으로 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. 또한, 사용 시에, 서셉터 배열체는 장치의 유도성 요소의 하나 이상의 적어도 부분적으로 노출된 코일들과 전기 접촉하게 될 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 회로의 블록 선도이다.
도 3은 예시적인 실시예에 따른 인덕터 배열체의 단면도이다.
도 4는 예시적인 실시예에 따른 인덕터의 사시도이다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른 인덕터 배열체의 평면도이다.
도 6은 예시적인 실시예에 따른 등가의 인덕터 회로를 도시한다.
도 7은 예시적인 실시예에 따른 에어로졸 제공 시스템의 측면도이다.
도 8은 예시적인 실시예에 따른 시스템의 블록 선도이다.
도 9는 예시적인 실시예에 따른 회로의 블록 선도이다.
도 10은 예시적인 실시예에 따른 회로의 블록 선도이다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "에어로졸 전달 디바이스"는 물질을 사용자에게 전달하는 시스템들을 포함하는 것으로 의도되며, 다음을 포함한다:
전자 시가렛들, 담배 가열 제품들, 및 에어로졸 가능 재료들의 조합을 사용하여 에어로졸을 생성하는 하이브리드(hybrid) 시스템들과 같이, 에어로졸 가능 재료를 연소시키지 않고 에어로졸 가능 재료로부터 화합물들을 방출하는 비가연성 에어로졸 제공 시스템들; 및
에어로졸 가능 재료를 포함하고, 이러한 비가연성 에어로졸 제공 시스템들 중 하나에 사용되도록 구성된 물품들.
본 개시내용에 따르면, "가연성" 에어로졸 제공 시스템은, 에어로졸 제공 시스템(또는 그의 구성요소)의 구성성분 에어로졸 가능 재료가 사용자로의 전달을 용이하게 하기 위해 연소되거나(combusted) 또는 태우는(burned) 시스템이다.
본 개시내용에 따르면, "비가연성(non-combustible)" 에어로졸 제공 시스템은, 에어로졸 제공 시스템(또는 그의 구성요소)의 구성성분 에어로졸 가능 재료가 사용자로의 전달을 용이하게 하기 위해, 연소되거나 태워지지 않는 시스템이다.
본원에 설명되는 실시예들에서, 전달 시스템은 전동식(powered) 비가연성 에어로졸 제공 시스템과 같은 비가연성 에어로졸 제공 시스템이다.
일 실시예에서, 비가연성 에어로졸 제공 시스템은 베이핑 디바이스(vaping device) 또는 전자 니코틴 전달 시스템(END)으로도 알려진 전자 시가렛이지만, 에어로졸 가능 재료에의 니코틴의 존재가 필수적인 것은 아니라는 점이 주목된다.
일부 실시예들에서, 비가연성 에어로졸 제공 시스템은 비연소식 가열(heat-not-burn) 시스템으로 또한 공지된 에어로졸 생성 재료 가열 시스템이다. 이러한 시스템의 일 예는 담배 가열 시스템이다.
일 실시예에서, 비가연성 에어로졸 제공 시스템은 하나 또는 복수가 가열될 수 있는 에어로졸 가능 재료들의 조합을 사용하여 에어로졸을 발생하는 하이브리드 시스템이다. 에어로졸 가능 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 에어로졸 가능 재료 및 고체 에어로졸 가능 재료를 포함한다. 고체 에어로졸 가능 재료는 예를 들어, 담배 또는 비-담배 제품을 포함할 수 있다.
전형적으로, 비가연성 에어로졸 제공 시스템은 비가연성 에어로졸 제공 디바이스 및 비가연성 에어로졸 제공 시스템과 함께 사용하기 위한 물품을 포함할 수 있다. 그러나, 에어로졸 생성 구성요소에 전력을 공급하기 위한 수단을 자체적으로 포함하는 물품들이 자체적으로 비가연성 에어로졸 제공 시스템을 형성할 수 있는 것으로 예상된다.
일 실시예에서, 비가연성 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 에어로졸 가능 재료 또는 열 전달 재료에 분배하기 위해 에너지를 공급받을 수 있는 탄소 기재를 포함한다. 일 실시예에서, 발열 전원과 같은 전원은 비가연성 에어로졸 제공을 형성하도록 물품에 제공된다.
일 실시예에서, 비가연성 에어로졸 제공 디바이스와 함께 사용하기 위한 물품은 에어로졸 가능 재료, 에어로졸 생성 구성요소, 에어로졸 생성 영역, 마우스피스, 및/또는 에어로졸 가능 재료를 수용하기 위한 영역을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 에어로졸 생성 구성요소는 에어로졸을 형성하기 위해 에어로졸 가능 재료로부터 하나 이상의 휘발성 물질들을 방출하도록 에어로졸 가능 재료와 상호작용할 수 있는 가열기이다.
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 에어로졸 가능 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), B6 또는 B12 또는 C와 같은 비타민들, 멜라토닌, 카나비노이드(cannabinoid)들, 또는 이들의 구성 성분들, 유도체들, 또는 조합들을 포함할 수 있다. 활성 물질은 담배, 대마초 또는 다른 식물생약(botanical)의 하나 이상의 구성성분들, 유도체들 또는 추출물들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 활성 물질은 법적으로 허용되는 기분전환용 약물(recreational drug)이다.
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 향미들, 캐리어들, pH 조절제들, 안정화제들, 및/또는 항산화제들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 비가연성 에어로졸 제공 디바이스와 함께 사용하기 위한 물품은 에어로졸 가능 재료 또는 에어로졸 가능 재료를 수용하기 위한 영역을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 비가연성 에어로졸 제공 디바이스와 함께 사용하기 위한 물품은 마우스피스를 포함할 수 있다. 에어로졸 가능 재료를 수용하기 위한 영역은 에어로졸 가능 재료를 저장하기 위한 저장 영역일 수 있다. 예를 들어, 저장 영역은 저장소일 수 있다. 일 실시예에서, 에어로졸 가능 재료를 수용하기 위한 영역은 에어로졸 생성 영역과 분리되거나, 또는 에어로졸 생성 영역과 결합될 수 있다.
본원에서 에어로졸 생성 재료로 또한 지칭될 수 있는 에어로졸화가능 재료는, 예를 들어, 임의의 다른 방식으로 가열되거나 조사되거나(irradiated) 또는 에너자이징(energized)될 때 에어로졸을 생성할 수 있는 재료이다. 에어로졸화가능 재료는, 예를 들어, 니코틴 및/또는 향미제들을 보유하거나 보유하지 않을 수 있는 고체, 액체 또는 겔 형태일 수 있다.
에어로졸 생성 재료는 "비정질 고체(amorphous solid)"일 수 있다. 일부 실시예들에서, 비정질 고체는 "모놀리식 고체(monolithic solid)"이다. 에어로졸 생성 재료는 비섬유질 또는 섬유질일 수 있다. 일부 실시예들에서, 에어로졸 생성 재료는 건조된 겔일 수 있다. 에어로졸 생성 재료는 액체와 같은 일부 유체를 내부에 유지할 수 있는 고체 재료일 수 있다. 일부 실시예들에서, 보유된 유체는 물(이를테면, 에어로졸 생성 재료의 주변들로부터 흡수된 물)일 수 있거나, 보유된 유체는 용제(이를테면, 에어로졸 생성 재료가 슬러리(slurry)로 형성된 경우)일 수 있다. 일부 실시예들에서, 용제는 물일 수 있다.
에어로졸 가능 재료는 기재 상에 존재할 수 있다. 기재는 예를 들어, 종이, 카드(card), 페이퍼보드(paperboard), 카드보드(cardboard), 재구성된 에어로졸 가능 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 가열기(heater)와 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.
에어로졸 생성기는, 에어로졸 생성 재료로부터 에어로졸이 생성되게 하도록 구성된 장치이다. 일부 실시예들에서, 에어로졸 생성기는 에어로졸을 형성하기 위해 에어로졸 생성 재료로부터 하나 이상의 휘발성 물질들을 방출하도록 에어로졸 생성 재료에 열 에너지를 가하도록 구성된 가열기이다. 일부 실시예들에서, 에어로졸 생성기는 가열하지 않고 에어로졸 생성 재료로부터 에어로졸이 생성되게 하도록 구성된다. 예를 들어, 에어로졸 생성기는 에어로졸 생성 재료에 진동, 증가된 압력 또는 정전기 에너지 중 하나 이상을 가하도록 구성될 수 있다.
서셉터는 교류 자기장과 같은 변화하는 자기장에 의한 침투에 의해 가열될 수 있는 재료이다. 서셉터는 전기 전도성 재료일 수 있으며, 그에 따라 변화하는 자기장에 의한 그 침투는 가열 재료의 유도 가열을 유발한다. 가열 재료는 자성 재료일 수 있으며, 그에 따라 변화하는 자기장에 의한 그의 침투가 가열 재료의 자기 이력 가열을 유발한다. 서셉터는 전기 전도성 및 자성 둘 모두를 가질 수 있으며, 그에 따라 서셉터는 가열 기구들 둘 모두에 의해 가열될 수 있다. 변화하는 자기장을 생성하도록 구성된 디바이스는, 본원에서 자기장 생성기로 지칭된다.
도 1은 예시적인 실시예에 따라, 일반적으로 도면 부호 200에 의해 표시되는 시스템의 블록 선도이다. 시스템(200)은 공진 회로(201)(예컨대, LC 공진 회로), 제어 모듈(202) 및 서셉터(203)를 포함한다. 공진 회로(201)는 자기 발진 구동 회로(self-oscillating driving circuit)일 수 있다.
공진 회로(201)는 직렬 또는 병렬로 연결되는 인덕터 및 커패시터를 포함할 수 있다. 공진 회로는 에어로졸 생성 재료를 가열하기 위해 서셉터(203)를 유도 가열하는데 사용될 수 있다. 에어로졸 생성 재료를 가열하는 것은 이에 의해 (하기에서 추가로 논의되는 바와 같이) 에어로졸을 생성시킬 수 있다.
제어 모듈(202)은 공진 회로(201)에 대한 제어 신호(예컨대, 구동 신호)를 제공한다. 예를 들어, 제어 모듈(202)은 공진 회로(201)의 인덕터를 각각 충전 및 방전하는 제1 상태와 제2 상태 사이에서 스위칭하는 스위칭 신호를 제공할 수 있다. 이러한 구성에서, 공진 회로는 인덕터로부터 커패시터로 그리고 다시 역방향으로 전하가 흐르면서 공진할 것이다. 하기에서 추가로 논의되는 바와 같이, 공진 회로를 구동하고 제어하기 위한 다른 배열체들이 가능하다.
시스템(200)은 매우 다양한 서셉터 배열체들과 함께 사용될 수 있다. 일부 실시예들은 예로써 하기에서 논의된다. 그러나, 당업자는 다른 실시예들이 가능하다는 것을 이해할 것이다.
서셉터는 교류 자기장과 같은 변화하는 자기장에 의한 침투에 의해 가열될 수 있는 재료이다. 가열 재료는 전기적으로 전도성인 재료일 수 있으며, 그에 따라 변화하는 자기장을 통한 이 가열 재료로의 침투는 가열 재료의 유도 가열을 야기한다. 가열 재료는 자성 재료일 수 있으며, 그에 따라 변화하는 자기장에 의한 그의 침투가 가열 재료의 자기 이력 가열을 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 흐름에 대한 저항을 갖는다. 따라서, 이러한 와전류들이 물체에 생성될 때, 물체의 전기 저항에 대한 이들의 흐름은 물체로 하여금 가열되게 한다. 이 프로세스는 줄(Joule), 옴(ohmic) 또는 저항 가열로 불린다. 유도 가열될 수 있는 물체는 서셉터로 알려져 있다.
도 2는 예시적인 실시예에 따라, 일반적으로 도면 부호 210에 의해 표시되는 회로의 블록 선도이다. 회로(210)는 전술된 시스템(200)의 예시적인 구현예이다.
회로(210)는 제어 모듈(211), 트랜지스터(212), 인덕터(213) 및 커패시터(214)를 포함한다. 제어 모듈(211) 및 트랜지스터(212)는 시스템(200)의 제어 모듈(202)의 예시적인 구현예이다. 인덕터(213) 및 커패시터(214)의 병렬 연결은 공진 회로(201)의 예시적인 구현예이다. 따라서, 인덕터(213) 및 커패시터(214)로 형성되는 공진 회로는 시스템(200)의 서셉터(203)를 유도 가열하기 위해 사용될 수 있다.
트랜지스터(212)는, 제어 모듈(211)의 출력에 따라 제1 상태 및 제2 상태를 갖는다. 제1 상태에서, 트랜지스터(212)는, 전압 공급장치(VDC)로부터 생성된 변화하는 전류가 인덕터(213)를 통해 유동하도록(이에 의해 인덕터를 충전하도록) 전도되고 있다. 전압 공급장치는 배터리(예컨대, 에어로졸 생성 디바이스의 배터리)에 의해 제공될 수 있다.
제2 상태에서, 제1 스위칭 배열체는 비전도성이어서, 인덕터(213)(이는 제1 상태에서 충전됨)가 방전되며, 이에 의해 커패시터(214)를 충전한다. 스위칭 배열체가 제2 상태에 머무르면, 공진 회로(211)는 공식 에 의해 주어진 인덕터(213) 및 커패시터(214)의 인덕턴스(L) 및 커패시턴스(C)에 따르는 주파수에서 공진할 것이다. 따라서, 회로(210)는 일부 구성들에서 자기 발진 구동 회로일 수 있다.
도 3은 예시적인 실시예에 따라, 일반적으로 도면 부호 150에 의해 표시되는 인덕터 배열체의 단면도이다.
도 4는 인덕터 배열체(150)의 인덕터(160)의 사시도이다. 인덕터(160)는 전술한 공진 회로의 인덕터(213)(또는 전술된 다른 예시적인 실시예들의 인덕터들)를 구현하는 데 사용될 수 있지만, 대안적인 인덕터 배열체들이 사용될 수 있다.
인덕터 배열체150)는 전기 절연 지지부(172) 및 인덕터(160)를 포함한다. 지지부(172)는 대향하는 제1 및 제2 측면들(172a, 172b)을 구비하고, 인덕터(160)의 부분들(162, 164)은 지지부(172)의 개개의 제1 및 제2 측면들(172a, 172b) 상에 있다.
더 구체적으로, 인덕터(160)는 전기 전도성 요소(160)로 형성된다. 요소(160)는 제1 평면(P1)과 일치하는 전기 전도성 비-나선형 제1 부분(162), 및 제1 평면(P1)으로부터 이격된 제2 평면(P2)과 일치하는 전기 전도성 비-나선형 제2 부분(164)을 포함한다. 이 예에서, 제2 평면(P2)은 제1 평면(P1)에 평행하지만, 다른 예들에서는 반드시 그럴 필요는 없다. 예를 들어, 제2 평면(P2)은 20도 이하 또는 10도 이하 또는 5도 이하의 각도와 같이 제1 평면(P1)에 대해 기울어질 수 있다. 인덕터(160)는 또한 제1 부분(162)을 제2 부분(164)에 전기적으로 연결하는 제1 전기 전도성 커넥터(163)를 포함한다. 제1 부분(162)은 지지부(172)의 제1 측면(172a)에 있고, 제2 부분(164)은 지지부(172)의 제2 측면(172b)에 있다. 전기 전도성 커넥터(163)는 제1 측면(172a)으로부터 제2 측면(172b)으로 지지부(172)를 통과한다. 전기 전도성 커넥터(163)는, 지지부(172)에 제공된 관통 홀의 표면에 도금(예컨대, 구리 도금)의 구조를 가질 수 있다.
지지부(172)는 임의의 적합한 전기 절연 재료(들)로 제조될 수 있다. 일부 예들에서, 지지부(172)는 매트릭스(이를테면, 에폭시 수지, 선택적으로 세라믹과 같은 충전제(filler)가 추가됨) 및 보강 구조(이를테면, 유리 섬유들 또는 종이와 같은 직물 또는 부직포 재료)를 포함한다.
인덕터(160)는 임의의 적합한 전기 전도성 재료(들)로 제조될 수 있다. 일부 예들에서, 인덕터(160)는 구리로 제조된다.
일부 예들에서, 인덕터 배열체(150)는 PCB(printed circuit board)를 포함하거나, 또는 이것으로 형성된다. 그러한 예들에서, 지지부(172)는 페놀 수지로 함침된(impregnated) 면 종이 또는 FR-4 유리 에폭시와 같은 재료들로 형성될 수 있는 PCB의 비전도성 기판이며, 인덕터(160)의 제1 및 제2 부분들(162, 164)은 기판 상의 트랙들이다. 이것은 인덕터 배열체(150)의 제조를 용이하게 하고, 또한 아래에서 더 상세히 논의되는 바와 같이, 요소(160)의 부분들(162, 164)이 얇고 밀접하게 이격되는 것을 가능하게 한다.
이 예에서, 제1 부분(162)은 제1 부분 고리(162)이고, 제2 부분(164)은 제2 부분 고리(164)이다. 또한, 이 예에서, 제1 및 제2 부분들(162, 164) 각각은 개개의 원형 경로의 일부만을 따른다. 따라서, 제1 부분 또는 제1 부분 고리(162)는 제1 원호(circular arc)이고, 제2 부분 또는 제2 부분 고리(164)는 제2 원호이다. 다른 예들에서, 제1 및 제2 부분들(162, 164)은 타원형, 다각형 또는 불규칙한 것과 같이 원형이 아닌 다른 경로를 따를 수 있다.
도 3의 추가적인 고려로부터 가장 잘 이해될 수 있는 바와 같이, 제1 평면(P1)에 직교하는 방향에서, 따라서 인덕터(160)의 축(B-B) 방향에서 볼 때, 제1 및 제2 부분들(162, 164)은 제1 전기적으로 전도성인 커넥터(163)로부터의 회전의 반대 방향(opposite sense)들로 연장된다. 예를 들어, 도 4가 묘화되는 바와 같이 좌측에서 우측으로 축(B-B) 방향에서 도 3의 인덕터(160)를 보는 경우, 그러면, 인덕터(160)의 제1 부분(162)은 커넥터(163)로부터 반시계 방향으로 연장될 것이고, 반면 인덕터(160)의 제2 부분(164)은 커넥터(163)로부터 시계 방향으로 연장될 것이다.
더욱이, 이 예에서, 제1 평면(P1)에 직교하는 방향에서 볼 때, 제1 부분(162) 또는 제1 부분 고리는 비록 부분적으로만 제2 부분(164) 또는 제2 부분 고리와 중첩한다. 이 예에서, 제1 및 제2 부분들(162, 164)은 함께, 제1 및 제2 평면들(P1, P2)에 직교하는 축(B-B)을 중심으로 약 1.75회 턴(trun)들을 정의한다. 다른 예들에서, 턴들의 수는 적어도 0.9회인 다른 수와 같이 1.75회가 아닐 수 있다. 예컨대, 턴들의 수는 0.9회 내지 1.5회, 또는 1회 내지 1.25회일 수 있다. 다른 예들에서, 턴들의 수는 0.9회 미만일 수 있지만, 지지부(172) 당 턴들의 수를 감소시키는 것은 인덕터 조립체(150)의 축방향 길이의 증가로 이어질 수 있다.
더구나, 제1 평면(P1)에 수직인 방향에서 볼 때, 제1 부분(162) 또는 제1 부분 고리뿐만 아니라 제2 부분(164) 또는 제2 부분 고리는 제1 전기 전도성 커넥터(163)와 적어도 부분적으로 중첩한다. 이것은 PCB(또는 더 일반적으로 평면 기판 층)를 포함하거나 PCB이거나 PCB로부터 형성되는 인덕터 배열체(150)에 의해 가능하게 된다. 특히, 그러한 예들에서, 제1 전기 전도성 커넥터(163)는, 지지부(172)를 통해 연장되는 "비아(via)"의 형태를 취한다. 인덕터 배열체(150)가 PCB로 형성되지 않은 예들에서도, 커넥터(163)는 여전히 지지부(172)를 통해 연장될 수 있다. 이러한 중첩된 배열체는, 제1 및 제2 부분들(162, 164)이 제1 및 제2 부분들(162, 164)의 방사상으로 외측으로 이격된 커넥터(163)에 의해 연결된 비교 예와 비교하여, 제1 평면(P1)에 직교하는 방향에서 볼 때, 인덕터(160)가 상대적으로 작은 풋프린트(footprint)를 차지하는 것을 가능하게 한다. 더구나, 이러한 중첩된 배열은, 제1 및 제2 부분들(162, 164)의 반경 방향 안쪽으로 이격되는 커넥터(163)에 의해 제1 및 제2 부분들(162, 164)이 연결되는 비교예와 비교하여, 스루홀(152)의 폭이 증가되는 것을 가능하게 한다. 그럼에도 불구하고, 일부 예들에서, 커넥터(163)는 제1 및 제2 부분들(162, 164)의 방사상으로 내측 또는 방사상으로 외측일 수 있다. 이것은, 커넥터(163)가 지지부(172)를 통해 연장되는 "투과 비아"에 의해 형성됨으로써 영향을 받을 수 있다. 투과 비아들은, PCB가 제조된 후에 형성될 수 있기 때문에 블라인드 비아(blind via)들보다 형성하는 비용이 더 저렴한 경향이 있다.
이 예에서, 인덕터 배열체(150)는 2 개의 추가적인 지지부들(174, 176)을 포함하고, 요소(160)는, 제1 평면(P1)에 평행한 2 개의 개개의 이격된 평면들(P3, P4)과 일치하는 2 개의 추가적인 전기적으로 전도성인 비-나선형 부분들(166, 168)을 포함한다는 것이 주목될 것이다. 다른 예들에서, 이격된 평면들(P3, P4) 중 하나 또는 각각은 20도 이하 또는 10도 이하 또는 5도 이하의 각도와 같이 제1 평면(P1)에 대해 기울어질 수 있다. 제2 및 제3 전기적으로 전도성인 비-나선형 부분들(164, 166)은 제2 지지부(174)의 대향하는 측면들 상에 있고, 제2 전기적으로 전도성인 커넥터(165)에 의해 전기적으로 연결된다. 제3 및 제4 전기적으로 전도성인 비-나선형 부분들(166, 168)은 제3 지지부(176)의 대향하는 측면들 상에 있고, 제3 전기적으로 전도성인 커넥터(167)에 의해 전기적으로 연결된다. 제2 및 제3 전기 전도성 커넥터들(165, 167)은 제1 전기 전도성 커넥터(163)로부터 회전 오프셋된다. 지지부들(172, 174, 및 176)이 PCB로 형성되는 배열체들에서, 커넥터들(163 및 167)은 "블라인드 비아들"로서 형성될 수 있고, 한편, 커넥터(165)는 "매립된 비아(buried via)"로서 형성될 수 있다.
인덕터(160)는 인덕터(160)의 대향 단부들에 있는 제1 및 제2 단자들(161, 169)을 또한 포함한다는 것이 주목될 것이다. 이들 단자들은 사용 시에 인덕터(160)를 통한 전류의 통과를 위한 것이다.
이 예에서, 평면들(P1 내지 P4) 각각은 평평한 평면 또는 실질적으로 평평한 평면이다. 그러나, 다른 예들에서, 반드시 그런 것은 아니다.
제1 전기 전도성 커넥터(163) 및 전기 전도성 요소(160)의 제1 및 제2 부분들(162, 164)의 결합은 나선형 코일인 것으로 간주되거나 나선형 코일에 근사한 것으로 간주될 수 있다. 실제로, 전체 인덕터(160)는 나선형 코일인 것으로 간주되거나 나선형 코일에 근사하는 것으로 간주될 수 있다.
도면들에서 도시되는 예의 인덕터 배열체(150)가 3 개의 지지부들(172, 174, 176) 및 4 개의 부분들(162, 164, 166, 168)을 포함하는 인덕터(160)를 구비하지만, 다른 예시적 실시예들에서는 이것이 해당될 필요가 없다.
도 5는 예시적인 실시예에 따라, 일반적으로 도면 부호 220에 의해 표시되는 인덕터 배열체의 평면도이다.
인덕터 배열체(220)는 적어도 부분적으로 노출된 하나 이상의 코일들(223)을 가지는 인덕터(222)를 포함한다. 예로서, 인덕터(222)는 인덕터(160)를 사용하여 구현될 수 있고, 노출된 코일들(223)은 인덕터(160)의 부분(162)을 형성할 수 있다. 그러나, 다른 배열체들이 가능하며 이는 당업자에게 명백할 것이다.
인덕터 배열체(220)는 노출된 코일들(223)에 걸쳐 배치되는 서셉터(224)를 더 포함하여, 서셉터가 노출된 코일들(223)(그리고 따라서 인덕터(222))와 전기 접촉하게 한다.
예로써, 인덕터(222)는 시스템(210)의 인덕터(213)를 구현하는데 사용될 수 있다. 서셉터(224)는, 아래에서 추가로 논의되는 서셉터 배열체 중 하나의 시스템(200)의 서셉터(203)일 수 있다.
인덕터(222)의 노출된 코일들(223)은 내부식성이 있을 수 있으며; 예를 들어, 상기 코일들은 금 또는 금 팁일 수 있다.
인덕터(222)의 코일들은 인쇄 회로 기판에 의해 형성될 수 있다. 인덕터(160)는 이러한 인덕터의 일 예시적인 구현이지만, 대안예들이 가능하다.
도 6은 예시적인 실시예에 따라, 일반적으로 도면 부호 230에 의해 표시되는 등가 인덕터 회로를 도시한다.
등가 회로(230)는 인덕터들(L3, L4, L5 및 L6)의 직렬 연결을 포함한다. 인덕터들(L3 내지 L6)은 인덕터(222)의 인덕턴스를 나타낸다. 등가 회로(230)는, 인덕터(L7) 및 저항기(R4)를 포함하는 병렬 연결(232)을 더 포함한다. 병렬 연결(232)은 서셉터(224)를 나타낸다.
서셉터(224)를 인덕터(222)의 노출된 코일들(223)에 걸쳐 배치하는 것의 영향은, 서셉터에 인덕터(222)의 일부를 병렬로 제공함으로써 전기적으로 표현된다. 서셉터(224)는 분압기(voltage divider)와 일부 개념적 유사성을 갖는 노출된 코일들과 전기 접촉하게 하고, 그리고 서셉터의 유도 가열을 초래한다. 효과는 자동-변압기(auto-transformer)의 효과와 유사할 수 있다.
서셉터(이를테면, 서셉터(224))는 많은 방식들로 인덕터(이를테면, 코일들(223))의 노출된 코일들과 접촉할 수 있다. 예로써, 후술되는 시스템(1)은 다수의 가열 존들이 제공되도록 서셉터와 노출된 코일들 사이에 다수의 연결 지점들을 제공한다. 이는 본원에 설명된 원리들의 많은 예시적인 구현예들 중 하나이다.
도 7은 예시적인 실시예에 따른, 일반적으로 도면 부호 1로 표시된 에어로졸 제공 시스템의 측면도이다. 에어로졸 제공 시스템(1)은 예를 들어, 에어로졸 전달 디바이스의 서셉터를 가열하기 위한 시스템(200)의 원리들을 사용할 수 있다.
시스템(1)은 에어로졸 제공 디바이스(100) 및 에어로졸 가능 재료(11)를 포함하는 물품(10)을 포함한다. 에어로졸 가능 재료(11)는, 예를 들면, 본원에서 논의되는 에어로졸 가능 재료의 유형들 중 임의의 유형을 가질 수 있다. 일 예에서, 에어로졸 제공 디바이스(100)는 담배 가열 제품(당업계에서는 담배 가열 디바이스 또는 비연소식 가열 디바이스로도 알려짐)이다.
따라서, 에어로졸 제공 디바이스(100)는, 위에서 상세히 설명된 바와 같이, 물품(10)의 서셉터가 에어로졸 제공 디바이스(100)의 인덕터의 하나 이상의 코일들의 노출된 부품들과 물리적 및 전기적 접촉하도록 제거 가능한 물품(10)을 수용하도록 구성될 수 있다.
일부 예들에서, 에어로졸 가능 재료(11)는 비액체 재료(non-liquid material)이다. 일부 예들에서, 에어로졸 가능 재료(11)는 겔이다. 일부 예들에서, 에어로졸 가능 재료(11)는 담배를 포함한다. 그러나, 다른 예들에서, 에어로졸 가능 재료(11)는 담배로 구성될 수 있거나, 실질적으로 전적으로 담배로 구성될 수 있거나, 담배 및 담배 이외의 에어로졸 가능 재료를 포함할 수 있거나, 담배 이외의 에어로졸 가능 재료를 포함할 수 있거나, 또는 담배가 없을 수 있다. 일부 예들에서, 에어로졸 가능 재료(11)는 증기 또는 에어로졸 형성제(aerosol forming agent) 또는 습윤제(humectant), 예컨대 글리세롤, 프로필렌 글리콜, 트리아세틴, 또는 디에틸렌 글리콜을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 에어로졸 가능 재료(11)는 재구성된 에어로졸 가능 재료, 예컨대 재구성 담배를 포함한다.
일부 예들에서, 에어로졸 가능 재료(11)는 실질적으로 원형 단면 및 종축을 갖는 실질적으로 원통형이다. 다른 예들에서, 에어로졸 가능 재료(11)는 상이한 단면 형상을 가질 수 있고 및/또는 세장형(elongate)이 아닐 수 있다.
물품(10)의 에어로졸 가능 재료(11)는 예를 들어, 8 ㎜ 내지 120 ㎜의 축방향 길이를 가질 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 가능 재료(11)의 축방향 길이는 9 ㎜, 10 ㎜, 또는 15 ㎜, 또는 20 ㎜ 초과일 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 가능 재료(11)의 축방향 길이는 100 ㎜, 또는 75 ㎜, 또는 50 ㎜ 또는 40 ㎜ 미만일 수 있다.
일부 예들에서, 물품(10)은 사용 중에 에어로졸 가능 재료(11)로부터 방출되는 에어로졸 또는 증기를 필터링하기 위한 필터 배열체(12)를 포함한다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 필터 배열체(12)는 물품(10)의 길이에 걸친 압력 강하를 제어하기 위한 것일 수 있다. 필터 배열체(12)는 하나, 또는 하나 초과의 필터를 포함할 수 있다. 필터 배열체(12)는 담배 산업에서 사용되는 임의의 유형을 가질 수 있다. 예를 들어, 필터는 아세트산 셀룰로오스로 제조될 수 있다. 일부 예들에서, 필터 배열체(12)는 실질적으로 원통형이고, 실질적으로 원형의 단면 및 종방향 축을 갖는다. 다른 예들에서, 필터 배열체(12)는 상이한 단면 형상을 가질 수 있고 및/또는 세장형이 아닐 수 있다.
일부 예들에서, 필터 배열체(12)는 에어로졸 가능 재료(11)의 종방향 단부와 경계를 접한다(abut). 다른 예들에서, 필터 배열체(12)는, 예컨대 갭만큼 및/또는 물품(10)의 하나 이상의 추가적인 성분들만큼, 에어로졸 가능 재료(11)로부터 이격될 수 있다. 일부 예들에서, 필터 배열체(12)는 첨가제 또는 향미 소스(예를 들어, 첨가제 또는 향미 함유 캡슐(capsule) 또는 스레드(thread))를 포함할 수 있으며, 이는 예를 들어 여과 재료 몸체에 의해 또는 2 개의 여과 재료 몸체들 사이에 유지될 수 있다.
물품(10)은 에어로졸 가능 재료(11)에 대해 필터 배열체(12)를 유지하기 위해 에어로졸 가능 재료(11) 및 필터 배열체(12) 주위에 감겨지는 래퍼(wrapper)(도시되지 않음)를 또한 포함할 수 있다. 래퍼는, 래퍼의 자유 단부들이 서로 중첩되도록, 에어로졸 가능 재료(11) 및 필터 배열체(12) 주위에 감겨질 수 있다. 래퍼는 물품(10)의 부분, 또는 전부 또는 원주방향 외부 표면을 형성할 수 있다. 래퍼는 임의의 적절한 재료, 예컨대 종이, 카드, 또는 재구성된 에어로졸 가능 재료(예를 들면, 재구성 담배)로 제조될 수 있다. 페이퍼는 당업계에 알려진 티핑 페이퍼(tipping paper)일 수 있다. 또한, 래퍼는 래퍼의 중첩된 자유 단부들을 서로 접착하여 중첩된 자유 단부들이 분리되는 것을 방지하는 데 도움이 되는 접착제(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 다른 예들에서, 접착제는 생략되거나 또는 래퍼는 설명된 것과 상이한 형태를 취할 수 있다. 다른 예들에서, 필터 배열체(12)는 래퍼 이외의 커넥터, 예컨대 접착제에 의해 에어로졸 가능 재료(11)에 대해 유지될 수 있다. 일부 예들에서, 필터 배열체(12)가 생략될 수 있다.
에어로졸 제공 디바이스(100)는 물품(10)의 적어도 일부를 수용하기 위한 가열 존(110), 사용 시에 에어로졸이 가열 존(110)으로부터 사용자에게 전달될 수 있는 출구(120), 및 물품(10)이 적어도 부분적으로 가열 존(110) 내에 위치(locate)될 때 물품(10)을 가열하여 에어로졸을 생성시키기 위한 가열 장치(130)를 포함한다. 일부 예들에서, 에어로졸은, 물품(10)에 인접한 임의의 갭을 통해서가 아니라, 물품(10) 자체를 통해 가열 존(110)으로부터 사용자에게 전달될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 그러한 예들에서, 에어로졸은 비록 물품(10) 내에서 이동하는 동안에도 여전히 출구(120)를 통과한다.
디바이스(100)는 가열 존(110)을 디바이스(100)의 외부와 유체 흐름 가능하게 연결하는 적어도 하나의 공기 입구(도시되지 않음)를 정의할 수 있다. 유저는 물품(10)을 통해 가열 존(110)으로부터 휘발된 성분(들)을 흡인하는 것에 의해 에어로졸 가능 재료의 휘발된 성분(들)을 흡입할 수 있을 수 있다. 휘발된 성분(들)이 가열 존(110) 및 물품(10)으로부터 제거됨에 따라, 디바이스(100)의 공기 입구(들)를 통해 공기가 가열 존(110) 안으로 흡인될 수 있다.
이 예에서, 가열 존(110)은 축(A-A)을 따라 연장되고, 물품(10)의 일부만을 수용하도록 크기가 정해지고 형상화된다. 이 예에서, 축(A-A)은 가열 존(110)의 중심 축이다. 더욱이, 이 예에서, 가열 존(110)은 세장형이고 그래서 축(A-A)은 가열 존(110)의 종축(A-A)이다. 물품(10)은 출구(120)를 통해 가열 존(110) 내로 적어도 부분적으로 삽입 가능하고, 가열 존(110)으로부터 그리고 사용 시에 출구(120)를 통해 돌출된다. 다른 예들에서, 가열 존(110)은 세장형이거나 세장형이 아닐 수 있고, 물품(10) 전체를 수용하도록 치수가 정해질 수 있다. 일부 그러한 예들에서, 디바이스(100)는, 출구(120)를 피복하도록 배열될 수 있으며 가열 존(110) 및 물품(10)으로부터 에어로졸이 흡인될 수 있는 마우스피스를 포함할 수 있다.
이 예에서, 물품(10)이 적어도 부분적으로 가열 존(110) 내에 위치되는 경우, 에어로졸 가능 재료(11)의 상이한 부분들(11a 내지 11e)은 가열 존(110)에서의 상이한 개개의 위치들(111 내지 115)에 위치된다. 이 예에서, 이러한 위치들(111 내지 115)은 가열 존(110)의 축(A-A)을 따라 상이한 개개의 축방향 포지션들에 있다. 더욱이, 이 예에서, 가열 존(110)이 세장형이기 때문에, 위치들(111 내지 115)은 가열 존(110)의 길이를 따라 상이한 종방향으로 이격된 포지션들에 있는 것으로 간주될 수 있다. 이 예에서, 물품(10)은, 제1 위치(111), 제2 위치(112), 제3 위치(113), 제4 위치(114) 및 제5 위치(115)에 각각 위치되는 에어로졸 가능한 재료(11)의 5개의 이러한 부분들(11a 내지 11e)을 포함하는 것으로 간주될 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 위치(112)는 제1 위치(111)와 출구(120) 사이에 유체적으로 위치되며, 제3 위치(113)는 제2 위치(112)와 출구(120) 사이에 유체적으로 위치되며, 제4 위치(114)는 제3 위치(113)와 출구(120) 사이에 유체적으로 위치되며, 제5 위치(115)는 제4 위치(114)와 출구(120) 사이에 유체적으로 위치된다.
가열 장치(130)는 복수의 가열 유닛들(140a 내지 140e)을 포함하는데, 이들 각각은, 물품(10)이 가열 존(110) 내에 적어도 부분적으로 위치되는 경우, 에어로졸 가능 재료(11)의 부분들(11a 내지 11e) 중 개개의 부분의 가열을, 그 부분의 성분을 에어로졸화하기에 충분한 온도까지, 야기할 수 있다. 복수의 가열 유닛들(140a 내지 140e)은 축(A-A)을 따라 서로 축방향에서 정렬될 수 있다. 이러한 방식으로 가열 가능한 에어로졸 가능 재료(11)의 부분들(11a 내지 11e) 각각은, 예를 들면, 축(A-A)의 방향에서, 1 밀리미터 내지 20 밀리미터, 예컨대, 2 밀리미터 내지 10 밀리미터, 3 밀리미터 내지 8 밀리미터, 또는 4 밀리미터 내지 6 밀리미터의 길이를 가질 수 있다.
이 예의 가열 장치(130)는 5 개의 가열 유닛들(140a 내지 140e), 즉: 제1 가열 유닛(140a), 제2 가열 유닛(140b), 제3 가열 유닛(140c), 제4 가열 유닛(140d) 및 제5 가열 유닛(140e)을 포함한다. 가열 유닛들(140a 내지 140e)은 가열 존(110)의 축(A-A)을 따라 상이한 개개의 축방향 포지션들에 있다. 또한, 이 예에서, 가열 존(110)이 세장형이기 때문에, 가열 유닛들(140a 내지 140e)은 가열 존(110)의 길이를 따라 상이한 종방향으로 이격된 포지션들에 있는 것으로 간주될 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 가열 유닛(140b)은 제1 가열 유닛(140a)과 출구(120) 사이에 위치되며, 제3 가열 유닛(140c)은 제2 가열 유닛(140b)과 출구(120) 사이에 위치되며, 제4 가열 유닛(140d)은 제3 가열 유닛(140c)과 출구(120) 사이에 위치되며, 제5 가열 유닛(140e)은 제4 가열 유닛(140d)과 출구(120) 사이에 위치된다. 다른 예들에서, 가열 장치(130)는 5 개 초과의 가열 유닛들(140a 내지 140e) 또는 5 개 미만의 가열 유닛들, 예를 들어, 단지 4 개, 단지 3 개, 단지 2 개, 또는 단지 하나의 가열 유닛을 포함할 수 있다. 개개의 가열 유닛(들)에 의해 가열 가능한 에어로졸 가능 재료(11)의 부분(들)의 수는 상응하게 변경될 수 있다.
가열 장치(130)는, 가열 유닛들(140a 내지 140e)의 동작으로 하여금, 사용 중에 에어로졸 가능 재료(11)의 개개의 부분들(11a 내지 11e)의 가열을 야기하게 하도록 구성되는 제어기(135)를 또한 포함한다. 이 예에서, 제어기(135)는 가열 유닛들(140a 내지 140e)의 동작을 서로 독립적으로 야기하도록 구성되고, 그 결과, 에어로졸 가능 재료(11)의 개개의 부분들(11a 내지 11e)은 독립적으로 가열될 수 있다. 이것은 사용 중에 에어로졸 가능 재료(11)의 점진적인 가열을 제공하기 위해 바람직할 수 있다. 또한, 에어로졸 가능 재료(11)의 부분들(11a 내지 11e)이 상이한 개개의 형태들 또는 특성들, 예컨대 상이한 담배 혼합물(blend)들 및/또는 상이한 적용된 또는 고유의 향미들을 갖는 예들에서, 에어로졸 가능 재료(11)의 부분들(11a 내지 11e)을 독립적으로 가열하는 능력은, 시간 의존적인 사전 결정된 특성들을 갖는 에어로졸을 생성하기 위해, 사용의 세션 동안 상이한 시간들에서 에어로졸 가능 재료(11)의 선택된 부분들(11a 내지 11e)의 가열을 가능하게 할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 일부 예들에서, 가열 장치(130)는 또한 제어기(135)가 사용 세션 동안 동시에 가열 유닛들(140a 내지 140e) 중 하나 초과, 예를 들어 가열 유닛들(140a 내지 140e) 모두의 작동을 유발시키도록 구성되는 하나 이상의 모드(mode)들에서 작동 가능할 수 있다.
이 예에서, 가열 유닛들(140a 내지 140e)은, 교류 자기장들과 같은 개개의 변화하는 자기장들을 생성하도록 구성된 개개의 유도 가열 유닛들을 포함한다. 이와 같이, 가열 장치(130)는 자기장 생성기를 포함하는 것으로 간주될 수 있고, 제어기(135)는 개개의 가열 유닛들(140a 내지 140e)의 인덕터들(150)을 통해 변하는 전기 전류를 통과시키도록 작동 가능한 장치인 것으로 간주될 수 있다. 또한, 이 예에서, 디바이스(100)는 변화하는 자기장들을 통한 침투에 의해 가열 가능하도록, 그에 의해, 사용 중에 가열 존(110) 및 그 내부의 물품(10)의 가열을 야기하도록 구성되는 서셉터(190)를 포함한다. 즉, 서셉터(190)의 부분들은 개개의 변화하는 자기장을 사용하는 투과에 의해 가열 가능하고, 이로써 가열 존(110)의 개개의 위치들(111 내지 115)에서 에어로졸 가능 재료(11)의 개개의 부분들(11a 내지 11e)의 가열을 유발한다.
일부 예들에서, 서셉터(190)는 알루미늄으로 제조되거나, 또는 알루미늄을 포함한다. 그러나, 다른 예들에서, 서셉터(190)는 전기 전도성 재료, 자성 재료 및 자성 전기 전도성 재료로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 재료들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 서셉터(190)는 금속 또는 금속 합금을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 서셉터(190)는 알루미늄, 금, 철, 니켈, 코발트, 전도성 탄소, 흑연, 강철, 일반 탄소강, 연강, 스테인리스강, 페라이트계 스테인리스강(ferritic stainless steel), 몰리브덴, 탄화규소, 구리 및 청동으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 재료들을 포함할 수 있다. 다른 예들에서, 다른 재료(들)가 사용될 수 있다.
서셉터(190)가 강철(예를 들어, 연강 또는 스테인리스강)과 같은 철 또는 알루미늄을 포함하는 것들과 같은 일부 예들에서, 서셉터(190)는 사용 시에 서셉터(190)의 부식 또는 산화를 방지하는 데 도움이 되는 코팅을 포함할 수 있다. 그러한 코팅은 예를 들어 니켈 도금, 금 도금, 또는 세라믹 또는 불활성 중합체의 코팅을 포함할 수 있다.
이 예에서, 서셉터(190)는 관형(tubular)이고, 가열 존(110)을 둘러싼다. 실제로, 이 예에서, 서셉터(190)의 내부 표면은 가열 존(110)을 부분적으로 한정한다. 서셉터(190)의 내부 단면 형상은 원형 또는 상이한 형상, 이를테면, 타원형, 다각형 또는 불규칙한 형상일 수 있다. 다른 예들에서, 서셉터(190)는, 가열 존(110)을 여전히 부분적으로 둘러싸는 비관형 구조, 또는 가열 존(110)을 투과하는 로드(rod), 핀 또는 블레이드와 같은 돌출 구조와 같은 상이한 형태를 취할 수 있다. 일부 예들에서, 서셉터(190)는 복수의 서셉터들에 의해 대체될 수 있는데, 이들 각각은 변화하는 자기장들 중 개개의 자기장을 통한 침투에 의해 가열 가능하고, 그에 의해, 에어로졸 가능 재료(11)의 부분들(11a 내지 11e) 중 개개의 부분의 가열을 야기한다. 복수의 서셉터들 각각은 관형일 수 있거나, 예컨대, 서셉터(190)에 대해 본원에서 논의된 다른 형태들 중 하나를 취할 수 있다. 여전히 추가적인 예들에서, 디바이스(100)는 서셉터(190)가 없을 수 있고, 물품(10)은, 변화하는 자기장들을 통한 침투에 의해 가열 가능한, 그에 의해, 에어로졸화 재료(11)의 개개의 부분들(11a 내지 11e)의 가열을 야기하는 하나 이상의 서셉터들을 포함할 수 있다. 물품(10)의 하나 이상의 서셉터들 각각은, 에어로졸 가능 재료(11) 주위에 감겨지는 또는 다르게는 에어로졸 가능 재료(11)를 둘러싸는 구조물(예를 들면, 금속 포일, 예컨대 알루미늄 포일), 에어로졸 가능 재료(11) 내에 위치되는 구조물, 또는 에어로졸 가능 재료(11)와 혼합되는 입자들 또는 다른 요소들의 그룹과 같은 임의의 적절한 형태를 취할 수 있다. 디바이스(100)에 서셉터(190)가 없는 예들에서, 서셉터(190)는 부분적으로 가열 존(110)의 경계를 정하는 내열성 튜브(heat-resistant tube)에 의해 대체될 수 있다. 이러한 내열성 튜브는 예를 들어, 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK) 또는 세라믹 재료로 제조될 수 있다.
이 예에서, 가열 장치(130)는 전기 전력 소스(도시되지 않음) 및 디바이스의 사용자 작동을 위한 사용자 인터페이스(도시되지 않음)를 포함한다. 이 예의 전원은 재충전 가능한 배터리이다. 다른 예들, 전원은 재충전 가능한 배터리 이외에, 이를테면, 비-충전식 배터리, 커패시터, 배터리-커패시터 하이브리드 또는 메인스 전기 공급장치(mains electricity supply)에 대한 연결부일 수 있다.
이 예에서, 제어기(135)는 전원과 가열 유닛들(140a 내지 140e) 사이에 전기적으로 연결된다. 이 예에서, 제어기(135)는 또한 전원에 전기적으로 연결된다. 더 구체적으로, 이 예에서, 제어기(135)는 전원으로부터 가열 유닛들(140a 내지 140e)로의 전력 공급을 제어하기 위한 것이다. 본 예에서, 제어기(135)는 집적 회로(IC), 이를테면 인쇄 회로 기판(PCB) 상의 IC를 포함한다. 다른 예들에서, 제어기(135)는 다른 형태를 취할 수 있다. 제어기(135)는 이 예에서 사용자 인터페이스의 사용자 동작에 의해 동작된다. 사용자 인터페이스는 푸시-버튼(push-button), 토글 스위치(toggle switch), 다이얼(dial), 터치스크린(touchscreen)) 등을 포함할 수 있다. 다른 예들에서, 사용자 인터페이스는 원격에 있을 수 있고, 이를테면, 블루투스를 통해 무선으로 에어로졸 제공 디바이스(100)의 나머지 부분에 연결될 수 있다.
이 예에서, 사용자에 의한 사용자 인터페이스의 작동은 제어기(135)로 하여금 교류 전기 전류를 개개의 가열 유닛들(140a 내지 140e) 중 적어도 하나의 가열 유닛의 인덕터(150)를 통과시키게 한다. 이로 인해 인덕터(150)가 교류 자기장을 발생시킨다. 인덕터(150) 및 서셉터(190)는 인덕터(150)에 의해 발생된 변화하는 자기장이 서셉터(190)를 투과하도록 적절히 상대적으로 위치결정된다. 서셉터(190)가 전기 전도성인 경우, 이러한 투과는 서셉터(190)에서 하나 이상의 와전류들의 발생을 유발한다. 서셉터(190)의 전기 저항에 대한 서셉터(190)의 와전류들의 흐름은 서셉터(190)가 줄 가열에 의해 가열되게 한다. 서셉터(190)가 자성을 띠는 경우, 인가된 자기장의 변화에 따라 서셉터(190) 내의 자기 쌍극자들의 배향이 변화하여, 서셉터(190)에 열이 발생되게 한다.
디바이스(100)는 가열 챔버(110), 서셉터(190) 또는 물품(10)의 온도를 감지하기 위한 온도 센서(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 온도 센서는 제어기(135)에 통신 가능하게 연결될 수 있으므로, 제어기(135)는 온도 센서에 의해 출력되는 정보에 기초하여 가열 챔버(110), 서셉터(190), 또는 물품(10)의 온도를 각각 모니터링(monitor)할 수 있다. 다른 예들에서, 온도는 시스템의 전기적 특성들, 예를 들어, 가열 유닛들(140a 내지 140e) 내의 전류의 변화를 측정함으로써 감지되고 모니터링될 수 있다. 온도 센서로부터 수신된 하나 이상의 신호들에 기초하여, 제어기(135)는, 가열 챔버(110), 서셉터(190) 또는 물품(10)의 온도가 각각 미리 정해진 온도 범위 내에 유지되도록 보장하기 위해, 필요에 따라 변하는 또는 교류 전기 전류의 특성이 조정되게 할 수 있다. 특성은, 예를 들어, 진폭 또는 주파수 또는 듀티 사이클일 수 있다. 사전 결정된 온도 범위 내에서, 사용 중에, 가열 챔버(110) 내에 위치되는 물품(10) 내의 에어로졸 가능 재료(11)는, 에어로졸 가능 재료(11)를 연소시키지 않으면서 에어로졸 가능 재료(11)의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기에 충분히 가열된다.
따라서, 제어기(135), 및 전체적으로 디바이스(100)는, 에어로졸 가능 재료(11)를 연소시키지 않으면서 에어로졸 가능 재료(11)를 가열하여 에어로졸 가능 재료(11)의 적어도 하나의 성분을 휘발시키도록 배열된다. 온도 범위는 약 50 ℃내지 약 350 ℃예를 들어 약 100 ℃내지 약 300 ℃또는 약 150 ℃내지 약 280 ℃일 수 있다. 다른 예들에서, 온도 범위는 이들 범위들 중 하나 이외의 다른 것일 수 있다. 일부 예들에서, 온도 범위의 상한은 350 ℃초과일 수 있다. 일부 예들에서, 온도 센서는 생략될 수 있다.
이 예에서, 가열 장치(130)는, 가열 세션 동안 에어로졸 가능 재료(11)의 제2 부분(11b)의 가열 이전에 또는 그 가열보다 더 빠르게, 에어로졸 가능 재료(11)의 제1 부분(11a)의 성분을 에어로졸화하기에 충분한 온도까지, 에어로졸 가능 재료(11)의 제1 부분(11a)의 가열을 야기하도록 구성된다. 더 구체적으로, 제어기(135)는, 가열 세션 동안 에어로졸 가능 재료(11)의 제2 부분(11b)의 가열 이전에 또는 그 가열보다 더 빠르게 에어로졸 가능 재료(11)의 제1 부분(11a)의 가열을 야기하기 위해, 제1 및 제2 가열 유닛들(140a, 140b)의 동작을 야기하도록 구성된다. 따라서, 가열 세션 동안, 물품(10)의 에어로졸 가능 재료(11)에 열 에너지가 인가되는 포지션은 초기에 출구(120) 및 유저로부터 상대적으로 유체 흐름 가능하게 이격되고, 그 다음, 출구(120)를 향하여 이동된다. 이것은, 가열 세션 동안 에어로졸 가능 재료(11)의 연속적인 "신선한" 부분들로부터 에어로졸이 생성된다는 이익을 제공하는데, 이것은 전통적인 가연성 공장 제조 시가렛을 흡연할 때 가졌던 것과 더욱 유사할 수 있는 유저에 대한 감각적으로 만족스러운 경험으로 이어질 수 있다.
또한, 일부 예들에서, 제어기(135)는 제어기(135)가 제2 가열 유닛(140b)의 작동을 유발하도록 구성된 기간(또는 기간 전체)의 적어도 일부 동안에, 제1 가열 유닛(140a)에 대한 전력 공급의 중단을 발생시키도록 구성된다. 이것은, 에어로졸 가능 재료(11)의 주어진 부분에서 생성되는 에어로졸이 이전에 가열된 에어로졸 가능 재료(11)의 다른 부분을 통과할 필요가 없다는 추가적인 이익을 제공하는데, 이것은, 그렇지 않으면, 에어로졸에 부정적인 영향을 끼칠 수 있다. 예를 들면, 이전에 가열된 또는 소비된 에어로졸 가능 재료를 통과하는 에어로졸은, 에어로졸에 "불쾌한 향(off-note)들"을 제공하는 에어로졸 픽업 성분들을 초래할 수 있다.
가열 장치(130)가 2 개보다 더 많은 가열 유닛들을 갖는 일부 예들에서, 가열 세션 동안, 가열 장치(130)는, 출구(120)에 유체 흐름 가능하게 더 가까운 에어로졸 가능 재료(11)의 여전히 추가적인 부분(11c 내지 11e)의 가열 이전에 또는 그 가열보다 더 빠르게, 에어로졸 가능 재료(11)의 추가적인 부분(11b 내지 11e)의 성분을 에어로졸화하기에 충분한 온도까지, 에어로졸 가능 재료(11)의 적어도 하나의 추가적인 부분(11b 내지 11e)의 가열을 야기하도록 또한 구성될 수 있다. 즉, 제어기(135)는, 에어로졸 가능 재료(11)의 여전히 추가적인 부분(11c 내지 11e)의 가열 이전에 또는 그 가열보다 더 빠르게 에어로졸 가능 재료(11)의 적어도 하나의 추가적인 부분(11b 내지 11e)의 가열을 야기하기 위해, 가열 유닛들의 적절한 동작을 야기하도록 구성될 수 있다.
가열 세션의 주어진 지속 기간 동안, 에어로졸 가능 재료(11)의 가열 유닛들 및 연관된 부분들의 수가 더 많을수록, 주어진 축방향 길이를 따라 연장되는 에어로졸 가능 재료(11)의 "신선한" 또는 소비되지 않은 부분들로부터 에어로졸을 생성할 더 많은 기회가 있다는 것이 이해될 것이다. 대안적으로, 에어로졸 가능 재료(11)의 각각의 부분을 가열하는 주어진 지속 기간 동안, 에어로졸 가능 재료(11)의 가열 유닛들 및 연관된 부분들의 수가 더 많을수록, 더 긴 가열 세션이 있을 수 있다. 개별 가열 유닛이 활성화될 수 있는 지속시간은 전체 가열 세션을 조정(예를 들어, 감소)하기 위해 조정(예를 들어, 단축)될 수 있고, 동시에 가열 요소에 공급되는 전력은 작동 온도에 보다 빠르게 도달하도록 조정(예를 들어, 증가)될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 가열 유닛들의 개수("신선한 퍼프들"의 개수를 지정할 수 있음), 전체 세션 길이, 및 달성 가능한 전력 공급(전력 소스의 특성들에 의해 지정될 수 있음) 간에 균형이 이루어질 수 있다.
상기에서 논의된 바와 같이, 병렬 LC 공진 회로의 일부를 형성하는 인덕터는 서셉터를 가열하는 데 사용될 수 있으며, 여기서 서셉터는 인덕터의 노출된 코일들과 물리적으로 (그리고 전기적으로) 접촉한다. 하기에서 추가로 논의되는 바와 같이, 다수의 다른 구성들이 가능하다.
도 8은 예시적인 실시예에 따라, 일반적으로 도면 부호 300에 의해 표시되는 시스템의 블록 선도이다.
시스템(300)은 직류(DC) 전압 공급장치(11)의 형태의 전원(power source), 스위칭 배열체(switching arrangement)(13), 공진 회로(14), 서셉터 배열체(susceptor arrangement)(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.
공진 회로(14)는 커패시터 및, 서셉터 배열체(16)를 유도 가열하여 에어로졸 생성 재료를 가열하기 위한 하나 이상의 유도성 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 유도성 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.
시스템(300)은 전술된 시스템(200)과의 다수의 유사성들을 갖지만; 시스템(300)에서, 공진 회로(14)는, 하기에서 추가로 논의되는 바와 같이, 직렬로 연결된 인덕터 및 커패시터를 포함할 수 있다.
도 9는 예시적인 실시예에 따라, 일반적으로 도면 부호 400에 의해 표시되는 회로의 블록 선도이다. 회로(400)는 전술된 시스템(300)의 예시적인 구현예이다.
회로(400)는 포지티브 단자(67) 및 네거티브 (접지) 단자(68)(이들은 전술된 시스템(300)의 DC 전압 공급장치(11)의 예시적인 구현예임)를 포함한다. 회로(400)는 스위칭 배열체(64)(전술된 스위칭 배열체(13)를 구현함)를 포함하며, 여기서 스위칭 배열체(64)는 브리지 회로(예컨대, FET H-브릿지 회로와 같은 H-브릿지 회로)를 포함한다. 스위칭 배열체(64)는 제1 림(64a) 및 제2 림(64b)을 포함하며, 제1 림(64a) 및 제2 림(64b)은 공진 회로(69)(이 공진 회로는 전술된 공진 회로들(14)을 구현함)에 의해 커플링된다. 제1 림(64a)은 스위치들(65a 및 65b)을 포함하고, 제2 림(64b)은 스위치들(65c 및 65d)을 포함한다. 스위치들(65a, 65b, 65c 및 65d)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(69)는, 공진 회로(69)가 LC 공진 회로일 수 있도록 커패시터(66) 및 유도성 요소(63)의 직렬 연결을 포함한다. 회로(60)는 서셉터 등가 회로(62)(이에 의해 서셉터 배열체(16)를 구현함)를 추가로 도시한다. 서셉터 등가 회로(62)는, 예시적인 서셉터 배열체(16)의 전기 효과를 나타내는 유도성 요소 및 저항을 포함한다. 상기에서 상세히 논의된 바와 같이, 서셉터(16)는 인덕터(63)의 노출된 코일들을 가로질러 배치될 수 있다(그리고 전기 접촉될 수 있다). (이에 따라, 서셉터(16)은 전술된 서셉터(224)와 유사할 수 있다.)
서셉터가 존재할 때, 서셉터 배열체(62) 및 유도성 요소(63)는 변압기(transformer)(61)(예컨대, 자동 변압기)로서 작용할 수 있다. 변압기(61)는, 회로(60)가 전력을 수신할 때 서셉터가 가열되도록 변화하는 자기장을 발생시킬 수 있다. 서셉터 배열체(16)가 유도 배열체에 의해 가열되는 가열 동작 동안에, 스위칭 배열체(64)는 제1 분기부 및 제2 분기부 각각이 차례로 커플링되어 교류 전류가 공진 회로(69)를 통과하도록 (예컨대, 제어 회로(18)에 의해) 구동된다. 공진 회로(69)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(64)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(64)는 약 2.5 MHz의 주파수로 구동될 수 있다. 그러나, 다른 구현예들에서, 주파수는 예를 들어, 500 kHz 내지 4 MHz 사이의 임의의 값일 수 있다.
상기에서 논의된 바와 같이, 서셉터를 가열하는 데 사용될 수 있는 병렬 LC 공진 회로의 일부를 형성하는 인덕터를 포함하는 많은 다른 회로 구성들이 존재하며, 여기서 서셉터는 인덕터의 노출된 코일들과 물리적으로 (그리고 전기적으로) 접촉한다. 예로써, 도 10은 예시적인 실시예에 따라, 일반적으로 도면 부호 500에 의해 표시되는 회로의 블록 선도이다.
회로(500)는 서셉터 배열체(510)의 유도 가열을 위한 공진 회로(550)를 포함한다. 공진 회로(550)는 병렬로 연결된 유도성 요소(558) 및 커패시터(556)를 포함한다(그리고 전술한 공진 회로(201)의 예시적인 구현임).
공진 회로(550)는 이 예에서 제1 트랜지스터(M1) 및 제2 트랜지스터(M2)를 포함하는 스위칭 배열체(M1, M2)를 포함한다. 제1 트랜지스터(M1) 및 제2 트랜지스터(M2) 각각은 개개의 제1 단자(G1, G2), 제2 단자(D1, D2) 및 제3 단자(S1, S2)를 포함한다. 제1 트랜지스터(M1) 및 제2 트랜지스터(M2)의 제2 단자들(D1, D2)은 병렬 유도성 요소(558) 및 커패시터(556) 조합체의 양 측에 연결된다. 제1 트랜지스터(M1) 및 제2 트랜지스터(M2)의 제3 단자들(S1, S2)은 각각 접지(151)에 연결된다. 회로(500)에서, 제1 트랜지스터(M1) 및 제2 트랜지스터(M2) 둘 모두는 MOSFETS이고, 제1 단자들(G1, G2)은 게이트 단자들이며, 제2 단자들(D1, D2)은 드레인 단자들이고, 그리고 제3 단자들(S1, S2)은 소스 단자들이다. 대안적인 예들에서, 다른 유형들의 트랜지스터들이 전술된 MOSFET들 대신에 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
공진 회로(550)는 인덕턴스(L) 및 커패시턴스(C)를 갖는다. 공진 회로(550)의 인덕턴스(L)는 유도성 요소(558)에 의해 제공되고, 또한 유도성 요소(558)에 의한 유도 가열을 위해 배열된 서셉터 배열체(510)의 인덕턴스에 의해 영향을 받을 수 있다. 상기에서 논의된 바와 같이, 사용 시에, 서셉터 배열체(510)는 유도성 요소(558)의 노출된 코일들에 걸쳐 (그리고 전기 접촉 상태로) 제공될 수 있다.
공진 회로(550)에는 DC 전압 공급장치(V1)가 공급된다. DC 전압 공급장치(V1)의 포지티브 단자는 제1 지점(559) 및 제2 지점(560)에서 공진 회로(550)에 연결된다. DC 전압 공급장치(V1)의 네거티브 단자(도시되지 않음)는 접지(551)에 연결되고, 따라서, 이 예에서는, MOSFET들(M1 및 M2) 둘 모두의 소스 단자들(S)에 연결된다. 예들에서, DC 전압 공급장치(V1)는 배터리로부터 직접적으로 또는 중간 요소를 통해 공진 회로에 공급될 수 있다.
따라서, 공진 회로(550)는 브리지의 두 아암들 사이에 병렬로 연결된 유도성 요소(558)와 커패시터(556)를 갖는 전기 브리지로 연결되는 것으로 간주될 수 있다. 공진 회로(550)는 후술하는 바와 같이 스위칭 효과를 발생시키도록 작용하며, 이는 유도성 요소(558)를 통해 유도되는 변화하는, 예컨대, 교류 전류를 초래하며, 따라서 교번 자기장을 생성하고 서셉터 배열체(510)를 가열한다. 제1 지점(559)은 유도성 요소(558) 및 커패시터(556)의 병렬 조합의 제1 측에 위치되는 제1 노드(A)에 연결된다. 제2 지점(560)은 유도성 요소(558) 및 커패시터(556)의 병렬 조합의 제2 측에 제2 노드(B)에 연결된다. 제1 초크 인덕터(561)는 제1 지점(559)과 제1 노드(A) 사이에 직렬로 연결되고, 제2 초크 인덕터(562)는 제2 지점(560)과 제2 노드(B) 사이에 직렬로 연결된다. 제1 및 제2 초크들(561 및 562)은 각각 제1 지점(559) 및 제2 지점(560)으로부터 회로에 진입하는 AC 주파수들을 필터링하는 역할을 하지만, DC 전류가 인덕터(558) 내로 유입되고 인덕터(558)를 통해 유입되는 것을 허용한다. 초크들(561 및 562)은 A 및 B에서의 전압이 제1 지점(559) 또는 제2 지점(560)에서 거의 또는 가시적인 효과들 없이 진동하는 것을 허용한다.
공진 회로(550)는 제1 상태로부터 제2 상태로 스위칭되었다가 다시 그 상태로 스위칭된다. 따라서, 공진 회로(55)는 자체-발진 회로인 것으로 간주될 수 있다.
제1 상태에서:
노드(A)에서의 전압이 높고;
노드(B)에서의 전압이 낮으며;
제1 다이오드(d1)는 순방향으로 바이어싱되며;
제2 MOSFET(M2)은 온(ON)이며;
제2 다이오드(d2)는 역방향으로 바이어싱되고; 그리고
제1 MOSFET(M1)은 오프(OFF)이다.
이러한 지점으로부터, 제2 MOSFET(M2)이 온 상태에 있고, 그리고 제1 MOSFET(M1)이 오프 상태에 있는 경우, 전류는 공급기(V1)로부터 제1 초크(561)를 통해 그리고 유도성 요소(558)를 통해 유동된다. 인덕팅 초크(561)의 존재로 인해, 노드(A)에서의 전압은 자유롭게 발진한다. 유도성 요소(558)가 커패시터(556)와 병렬이기 때문에, 노드(A)에서 관찰된 전압은 절반 정현파 전압 프로파일(half sinusoidal voltage profile)의 전압을 따른다. 노드(A)에서 관찰된 전압의 주파수는 회로(550)의 공진 주파수와 동일하다.
노드(A)에서의 전압은, 노드(A)에서의 에너지 감쇄의 결과로서 제시간에 그의 최대 값으로부터 0을 향하여 정현파적으로(sinusoidally) 감소한다. 노드(B)의 전압은, 낮게 유지되며(왜냐하면, MOSFET(M2)가 온되기 때문임) 그리고 인덕터(L)는 DC 공급기(V1)로부터 충전된다. MOSFET(M2)은 노드(A)에서의 전압이 M2의 게이트 임계 전압에 d2의 순방향 바이어스 전압을 더한 것과 동일하거나 그 미만인 시점에서 스위치 오프된다(switched off). 노드(A)에서의 전압이 최종적으로 0에 도달할 때, MOSFET(M2)은 완전히 오프될 것이다.
동시에, 또는 직후, 노드(B)에서의 전압은 높게된다. 이것은 유도성 요소(558)와 커패시터(556) 사이의 공진적인 에너지 전달로 인해 발생한다. 노드(B)에서의 전압이 이러한 공진적인 에너지 전달로 인해 높아지게 될 때, 노드들(A 및 B), 및 MOSFET들(M1 및 M2)에 대해 전술된 상황은 역전된다. 즉, A에서의 전압이 0을 향해 감소함에 따라, M1의 드레인 전압이 감소된다. M1의 드레인 전압은, 제2 다이오드(d2)가 더 이상 역방향으로 바이어싱되지 않고 순방향으로 바이어싱되게 되는 지점으로 감소한다. 유사하게는, 노드(B)에서의 전압은 그의 최대로 상승하며, 그리고 제1 다이오드(d1)는 순방향 바이어싱으로부터 역방향 바이어싱되는 것으로 스위칭된다. 이러한 일이 발생함에 따라, M1의 게이트 전압은 더 이상 M2의 드레인 전압에 커플링되지 않으며, 그리고 따라서, M1의 게이트 전압은, 게이트 전압 공급장치(V2)의 인가 하에서, 높게 된다. 따라서, 제1 MOSFET(M1)은 온 상태로 스위칭되는데, 왜냐하면 그의 게이트-소스 전압이 이제 스위치-온을 위한 임계치를 초과하기 때문이다. M2의 게이트 단자가 이제 순방향으로 바이어싱된 제2 다이오드(d2)를 통해 M1의 저전압 드레인 단자에 연결되기 때문에, M2의 게이트 전압은 낮다. 따라서, M2는 오프 상태로 스위칭된다.
요약하면, 이 지점에서, 회로(150)는 제2 상태에 있으며, 여기서,
노드(A)에서의 전압이 낮고;
노드(B)에서의 전압이 높고;
제1 다이오드(d1)는 역방향으로 바이어싱되고;
제2 MOSFET(M2)은 오프(OFF)이며;
제2 다이오드(d2)는 순방향으로 바이어싱되며; 그리고
제1 MOSFET(M1)은 온(ON)이다.
이러한 지점에서, 공급 전압(V1)으로부터 제2 초크(562)를 통해 유도성 요소(558)를 통해 전류가 유입된다. 따라서, 전류의 방향은 공진 회로(550)의 스위칭 동작으로 인해 역전되었다. 공진 회로(550)는 제1 상태와 제2 상태 사이에서 계속 스위칭될 것이다.
정상 작동 상태에서, 에너지는 (즉, 커패시터(556)에서) 정전식 도메인과 자기 도메인(즉, 인덕터(558)) 사이에서, 그리고 그 반대로 전달된다.
회로(550)의 공진 주파수는 위에 제시된 바와 같이, 회로(550)의 인덕턴스(L) 및 커패시턴스(C)에 의존하며, 이는 결국 유도성 요소(558), 커패시터(556) 및 추가적으로 서셉터 배열체(510)에 의존한다. 즉, 공진 주파수가 유도성 요소로부터 서셉터 배열체로 전달되는 에너지에 응답하여 변화하는 것으로 간주될 수 있다.
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 개시는 현재 청구된 것이 아니라 미래에 청구될 다른 발명들을 포함할 수 있다.

Claims (17)

  1. 장치로서,
    유도성 요소(inductive element) 및 커패시터(capacitor)를 포함하는 공진 회로(resonant circuit) ― 상기 유도성 요소는 적어도 부분적으로 노출되는 하나 이상의 코일들을 포함하며, 상기 유도성 요소는 서셉터가 상기 노출된 코일들을 가로질러 배치되고 상기 노출된 코일들과 전기 접촉하게 될 때 상기 서셉터를 가열하기 위한 것임 ―; 및
    하나 이상의 펄스들을 상기 공진 회로에 인가하기 위한 회로를 포함하는,
    장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 유도성 요소의 노출된 코일들은 내부식성이 있는,
    장치.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 코일들은 금 또는 금 팁(gold tipped)인,
    장치.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유도성 요소의 하나 이상의 코일들은 인쇄 회로 기판(printed circuit board)에 의해 형성되는,
    장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 인쇄 회로 기판은 다층 인쇄 회로 기판이며, 그리고 상기 코일들은 상기 인쇄 회로 기판의 상이한 층들로 형성되는,
    장치.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유도성 요소는 제1 평면과 일치하는 전기적으로 전도성인 비-나선형의 제1 부분(non-spiral first portion), 제1 평면으로부터 이격되어 있는 제2 평면과 일치하는 전기적으로 전도성인 비-나선형의 제2 부분 및 상기 제1 부분을 상기 제2 부분에 전기적으로 연결하는 전기적으로 전도성인 커넥터를 포함하는,
    장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 부분은 제1 부분 고리(annulus)이고 상기 제2 부분은 제2 부분 고리인,
    장치.
  8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유도성 요소 및 상기 커패시터는 병렬로 연결되는,
    장치.
  9. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유도성 요소 및 상기 커패시터는 직렬로 연결되는,
    장치.
  10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회로는 자기 발진 구동 회로(self-oscillating driving circuit)인,
    장치.
  11. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회로는 H-브리지 구동 회로를 포함하는,
    장치.
  12. 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 따른 장치를 포함하는, 전달 시스템.
  13. 제12 항에 있어서,
    에어로졸 생성 재료를 포함하는 제거 가능한 물품을 수용하도록 구성되는,
    전달 시스템.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 에어로졸 생성 재료는 에어로졸 생성 기재(substrate) 및 에어로졸 형성 재료를 포함하는,
    전달 시스템.
  15. 제13 항 또는 제14 항에 있어서,
    상기 제거 가능한 물품은 서셉터 배열체(susceptor arrangement)를 포함하는,
    전달 시스템.
  16. 제15 항에 있어서,
    사용 시에, 상기 서셉터 배열체는 상기 장치의 유도성 요소의 하나 이상의 적어도 부분적으로 노출된 코일들과 전기 접촉하게 되는,
    전달 시스템.
  17. 제12 항 내지 제16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전달 시스템은 비가연성 에어로졸 생성 디바이스인,
    전달 시스템.
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