KR20200090886A - 에어로졸화 가능한 재료에 적합한 관형 가열 요소 - Google Patents

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Abstract

에어로졸화 가능한 재료를 가열하여 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 장치에 사용하기 위한 관형 가열 요소(1)가 개시되어 있다. 관형 가열 요소(2)는 관형 지지체(2a) 상에 가변 자기장에 의한 침투에 의해 가열 가능한 가열 재료 층(1b, 2b)을 더 포함한다. 관형 가열 요소(1, 2)는 1 밀리미터 이하의 벽 두께(T)를 갖는다. 또한, 관형 가열 요소(2)는 보호 층(2c)을 포함할 수 있다. 가열 층은 코발트 또는 니켈에 기초한 강자성 재료를 포함한다.

Description

에어로졸화 가능한 재료에 적합한 관형 가열 요소
본 발명은 에어로졸화 가능한 재료(aerosolisable material)를 가열하여 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 장치에 사용하기 위한 관형 가열 요소들(tubular heating elements), 에어로졸화 가능한 재료를 가열하여 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 장치, 및 그러한 장치, 및 에어로졸화 가능한 재료를 포함하는 물품(article)을 포함하는 시스템들(systems)에 관한 것이다.
시가렛들(cigarettes), 시가들(cigars) 등과 같은 흡연 물품들은 사용 동안에 담배를 태워서 담배 연기를 생성한다. 연소시키지 않고 화합물들을 방출하는 제품들을 생성함으로써, 이들 물품들에 대한 대안들을 제공하려는 시도들이 있었다. 그러한 제품들의 예들은, 재료를 태우지 않고 가열함으로써 화합물들을 방출하는, 소위 "비연소식 가열(heat not burn)" 제품들 또는 담배 가열 디바이스들(tobacco heating devices) 또는 제품들이다. 이 재료는, 예를 들어 니코틴(nicotine)을 보유할 수 있거나 보유하지 않을 수 있는 담배 또는 다른 비-담배 제품들(non-tobacco products)일 수 있다.
본 발명의 제1 양태는 에어로졸화 가능한 재료를 가열하여 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 장치에 사용하기 위한 관형 가열 요소를 제공하며, 관형 가열 요소는 가변 자기장(varying magnetic field)에 의한 침투에 의해 가열 가능한 가열 재료를 포함하고, 관형 가열 요소는 1 밀리미터 이하의 벽 두께를 갖는다.
예시적인 실시예에서, 벽 두께는 0.5 밀리미터 이하이다. 예시적인 실시예에서, 벽 두께는 0.3 밀리미터 이하이다. 예시적인 실시예에서, 벽 두께는 적어도 0.05 밀리미터이다.
예시적인 실시예에서, 관형 가열 요소의 외경 또는 치수는 5 밀리미터 이하이다. 예시적인 실시예에서, 외경 또는 치수는 2.4 밀리미터 이하이다. 예시적인 실시예에서, 외경 또는 치수는 적어도 0.3 밀리미터이다.
예시적인 실시예에서, 관형 가열 요소의 내경 또는 치수는 적어도 0.1 밀리미터이다. 예시적인 실시예에서, 내경 또는 치수는 적어도 0.19 밀리미터이다. 예시적인 실시예에서, 내경 또는 치수는 2.1 밀리미터 이하이다.
예시적인 실시예에서, 관형 가열 요소는 내열성 지지체(heat resistant support) 및 지지체 상의 코팅(coating)을 포함하며, 코팅은 가열 재료를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 코팅은 지지체의 반경방향 외측에 위치된다.
본 발명의 제2 양태는 에어로졸화 가능한 재료를 가열하여 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 장치에 사용하기 위한 관형 가열 요소를 제공하며, 관형 가열 요소는 내열성 지지체 및 지지체 상의 코팅을 포함하며, 코팅은 가변 자기장에 의한 침투에 의해 가열 가능한 가열 재료를 포함하고, 코팅은 지지체의 반경방향 외측에 위치된다.
제1 또는 제2 양태의 관형 가열 요소의 예시적인 실시예에서, 코팅은 50 미크론 이하의 두께를 갖는다. 예시적인 실시예에서, 코팅은 20 미크론 이하의 두께를 갖는다.
제1 또는 제2 양태의 관형 가열 요소의 예시적인 실시예에서, 코팅은 환형이다.
제1 또는 제2 양태의 관형 가열 요소의 예시적인 실시예에서, 코팅의 가열 재료는 강자성 재료이다. 예시적인 실시예에서, 강자성 재료는 니켈 또는 코발트를 포함한다.
제1 또는 제2 양태의 관형 가열 요소의 예시적인 실시예에서, 관형 가열 요소는 내열성 지지체의 반경방향 내측에는 가열 재료를 포함하는 코팅이 없다.
제1 또는 제2 양태의 관형 가열 요소의 예시적인 실시예에서, 지지체는 금속, 금속 합금, 세라믹 재료 및 플라스틱 재료로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 재료들을 포함한다.
제1 또는 제2 양태의 관형 가열 요소의 예시적인 실시예에서, 관형 가열 요소는 내열성 보호 코팅을 포함하고, 가열 재료를 포함하는 코팅은 지지체와 내열성 보호 코팅 사이에 위치된다.
예시적인 실시예에서, 가열 재료를 포함하는 코팅은 캡슐화된다. 예시적인 실시예에서, 내열성 보호 코팅 및 지지체는 함께 가열 재료를 포함하는 코팅을 캡슐화한다. 예시적인 실시예에서, 내열성 보호 코팅은 지지체 및 가열 재료를 포함하는 코팅을 캡슐화한다.
제1 또는 제2 양태의 관형 가열 요소의 예시적인 실시예에서, 내열성 보호 코팅은 세라믹 재료, 금속 질화물, 질화티타늄 및 다이아몬드로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 재료들을 포함한다.
제1 또는 제2 양태의 관형 가열 요소의 예시적인 실시예에서, 내열성 보호 코팅은 50 미크론 이하의 두께를 갖는다. 예시적인 실시예에서, 내열성 보호 코팅은 20 미크론 이하의 두께를 갖는다.
제1 또는 제2 양태의 관형 가열 요소의 예시적인 실시예에서, 관형 가열 요소는 니들(needle)을 포함한다.
본 발명의 제3 양태는 에어로졸화 가능한 재료를 가열하여 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 장치를 제공하며, 장치는 에어로졸화 가능한 재료를 포함하는 하나 이상의 물품들을 수용하기 위한 가열 구역(heating zone); 가열 구역을 가열하기 위해 가변 자기장에 의한 침투에 의해 가열 가능한 가열 재료를 포함하는 가열 요소―가열 요소는 가열 구역에 의해 에워싸여 있음―; 및 사용 시에 가열 요소의 각각의 종방향 부분들에 침투하는 가변 자기장들을 발생시키기 위한 자기장 발생기(magnetic field generator)를 포함하며, 자기장 발생기는 가열 구역의 종축을 따라 순차적으로 그리고 각각의 평면들에 배열된 전기 전도성 재료의 복수의 플랫 나선형 코일들(flat spiral coils)을 포함한다.
예시적인 실시예에서, 가열 요소는 가열 구역의 종축에 평행하게 또는 그와 동축으로 연장된다.
예시적인 실시예에서, 가열 요소는 관형이다.
예시적인 실시예에서, 가열 요소는 니들을 포함한다.
예시적인 실시예에서, 가열 요소는 내열성 지지체 및 지지체 상의 코팅을 포함하며, 코팅은 가열 재료를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 코팅의 가열 재료는 강자성 재료이다. 예시적인 실시예에서, 강자성 재료는 니켈 또는 코발트를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 코팅은 지지체의 반경방향 외측에 위치된다.
예시적인 실시예에서, 장치의 가열 요소는 본 발명의 제1 양태의 관형 가열 요소를 포함하거나, 본 발명의 제2 양태의 관형 가열 요소를 포함한다.
예시적인 실시예에서, 상기 장치는 가열 요소를 가열 구역에 대해 제 포지션에 유지하고 공기가 사용 시에 가열 구역으로 진입할 수 있게 하는 적어도 하나의 공기 입구를 규정하는 본체를 포함한다.
예시적인 실시예에서, 가열 요소는 상기 장치로부터 제거 가능하다. 예시적인 실시예에서, 가열 요소와 본체의 조합이 상기 장치로부터 제거 가능하다.
예시적인 실시예에서, 평면들은 서로 실질적으로 평행하다.
예시적인 실시예에서, 가열 구역은 복수의 플랫 나선형 코일들 각각의 홀(hole)을 통해 연장된다.
예시적인 실시예에서, 상기 장치는 플랫 나선형 코일들의 홀들에서 에어로졸화 가능한 재료를 포함하는 물품을 지지하기 위한 세장형 지지체를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 세장형 지지체는 관형이고, 가열 구역을 에워싸고 있다. 예시적인 실시예에서, 세장형 지지체는 자기 불침투성 및/또는 전기 비전도성이다.
예시적인 실시예에서, 장치는 플랫 나선형 코일들 중 적어도 다른 하나와 독립적으로 플랫 나선형 코일들 중 적어도 하나의 작동을 제어하기 위한 제어기를 포함한다.
예시적인 실시예에서, 상기 장치는 담배 가열 제품이다.
제1 또는 제2 양태의 관형 가열 요소 또는 제3 양태의 장치의 예시적인 실시예에서, 가열 재료는 전기 전도성 재료, 자성 재료 및 자성의 전기 전도성 재료로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 재료들을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 가열 재료는 금속 또는 금속 합금을 포함한다. 예시적인 실시예에서, 가열 재료는 알루미늄, 금, 철, 니켈, 코발트, 전도성 탄소(conductive carbon), 흑연, 강, 보통 탄소강(plain-carbon steel), 연강, 스테인리스강, 페라이트계 스테인리스강(ferritic stainless steel), 구리 및 청동으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 재료들을 포함한다.
본 발명의 제4 양태는 에어로졸화 가능한 재료를 가열하여 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 시스템을 제공하며, 상기 시스템은, 본 발명의 제3 양태에 따른 장치; 및 에어로졸화 가능한 재료를 포함하고 상기 장치의 가열 구역에 위치하는 물품을 포함한다.
예시적인 실시예에서, 에어로졸화 가능한 재료는 담배 및/또는 하나 이상의 습윤제들(humectants)을 포함한다.
이제, 본 발명의 실시예들은 첨부 도면들을 참조하여 예로서만 설명될 것이다:
도 1은 에어로졸화 가능한 재료를 가열하여 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 장치에 사용하기 위한 관형 가열 요소의 일 예의 개략적인 측단면도를 도시하고;
도 2는 에어로졸화 가능한 재료를 가열하여 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 장치에 사용하기 위한 다른 관형 가열 요소의 일 예의 개략적인 측단면도를 도시하며;
도 3은 에어로졸화 가능한 재료를 가열하여 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 장치에 사용하기 위한 다른 관형 가열 요소의 일 예의 개략적인 측단면도를 도시하고;
도 4는 에어로졸화 가능한 재료를 가열하여 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 장치, 및 에어로졸화 가능한 재료를 포함하고 장치의 가열 구역에 위치하는 물품을 포함하는 시스템의 일 예의 개략적인 측단면도를 도시하며;
도 5는 도 4에 도시된 장치의 유도 코일 배열체의 개략적인 사시도를 도시한다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "에어로졸화 가능한 재료(aerosolisable material)"는 전형적으로 증기 또는 에어로졸의 형태로 가열 시에 휘발된 성분들을 제공하는 재료들을 포함한다. "에어로졸화 가능한 재료"는 비-담배-보유 재료 또는 담배-보유 재료일 수 있다. "에어로졸화 가능한 재료"는, 예를 들어 담배 자체, 담배 파생품들(derivatives), 팽화 담배(expanded tobacco), 재생 담배(reconstituted tobacco), 담배 추출물(tobacco extract), 균질화 담배(homogenised tobacco) 또는 담배 대용품들(tobacco substitutes) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 에어로졸화 가능한 재료는 분쇄 담배(ground tobacco), 컷 래그 담배(cut rag tobacco), 팽화 담배, 재생 담배, 재생 에어로졸화 가능한 재료, 액체, 겔(gel), 겔화 시트(gelled sheet), 분말 또는 응집체들 등의 형태일 수 있다. "에어로졸화 가능한 재료"는 또한, 제품에 따라 니코틴을 보유할 수 있거나 보유하지 않을 수 있는 다른 비-담배 제품들을 포함할 수 있다. "에어로졸화 가능한 재료"는 글리세롤(glycerol) 또는 프로필렌 글리콜(propylene glycol)과 같은 하나 이상의 습윤제들(humectants)을 포함할 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, 용어 "가열 재료(heating material)" 또는 "히터 재료(heater material)"는 가변 자기장에 의한 침투에 의해 가열 가능한 재료를 지칭한다.
유도 가열은 가변 자기장이 물체에 침투함으로써 전기 전도성 물체가 가열되는 프로세스이다. 이 프로세스는 패러데이의 유도 법칙(Faraday's law of induction)과 옴의 법칙(Ohm's law)에 의해 설명된다. 유도 히터는 전자석, 및 교류 전류와 같은 가변 전류를 전자석을 통해 통과시키기 위한 디바이스를 포함할 수 있다. 전자석에 의해 생성된 결과적인 가변 자기장이 물체에 침투하도록 전자석과 가열될 물체가 적절하게 상대적으로 위치결정될 때, 하나 이상의 와전류들이 물체 내부에 생성된다. 물체는 전류들의 흐름에 대한 저항을 갖는다. 따라서, 그러한 와전류들이 물체에 발생될 때, 물체의 전기 저항에 대한 와전류 흐름은 물체가 가열되게 한다. 이러한 프로세스는 주울(Joule), 옴(ohmic) 또는 저항(resistive) 가열로 불린다. 유도 가열될 수 있는 물체는 서셉터(susceptor)로서 알려져 있다.
서셉터가 폐쇄 전기 회로의 형태인 경우, 사용 시에 서셉터와 전자석 사이의 자기 커플링(magnetic coupling)이 강화되고, 이는 보다 크거나 향상된 주울 가열을 초래하는 것으로 밝혀졌다.
자기 이력 가열(magnetic hysteresis heating)은 가변 자기장이 물체에 침투함으로써 자성 재료로 제조된 물체가 가열되는 프로세스이다. 자성 재료는, 많은 원자-스케일(atomic-scale) 자석들, 또는 자기 쌍극자들(magnetic dipoles)을 포함하는 것으로 고려될 수 있다. 자기장이 그러한 재료에 침투할 때, 자기 쌍극자들은 자기장과 정렬된다. 그러므로, 예를 들어 전자석에 의해 생성된 교번 자기장과 같은 가변 자기장이 자성 재료에 침투할 때, 자기 쌍극자들의 배향은 인가되는 가변 자기장에 의해 변화한다. 그러한 자기 쌍극자 재배향은 열이 자성 재료 내에 발생되게 한다.
물체가 전기 전도성 및 자성 둘 모두인 경우, 가변 자기장이 물체에 침투하는 것은 물체에 주울 가열 및 자기 이력 가열 둘 모두를 야기할 수 있다. 더욱이, 자성 재료의 사용은 자기장을 강화시킬 수 있으며, 이는 주울 및 자기 이력 가열을 강력하게 할 수 있다.
상기 프로세스들 각각에서, 열 전도에 의한 외부 열원에 의해서보다는 물체 자체 내부에서 열이 발생되기 때문에, 물체에서의 급속한 온도 상승 및 보다 균일한 열 분배가, 특히, 적합한 물체 재료 및 기하형상(geometry)의 선택, 그리고 적합한 가변 자기장 크기 및 물체에 대한 배향을 통해 달성될 수 있다. 더욱이, 유도 가열 및 자기 이력 가열은 물리적 연결이 가변 자기장의 소스와 물체 사이에 제공될 필요가 없기 때문에, 가열 프로파일(heating profile)에 대한 제어 및 설계 자유도는 보다 클 수 있고, 비용은 보다 낮을 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 관형 가열 요소의 일 예의 개략적인 측단면도가 도시되어 있다. 관형 가열 요소(1)는 에어로졸화 가능한 재료를 가열하여 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 장치, 예컨대 도 4에 도시되고 후술되는 장치(100)에 사용하기 위한 것이다.
관형 가열 요소(1)는 가변 자기장에 의한 침투에 의해 가열 가능한 가열 재료(1b)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 이와 같이, 관형 가열 요소(1)는 가열 재료(1b)로 구성된다. 가열 재료(1b)는 스테인리스강과 같은 본원에 설명된 것들 중 임의의 것일 수 있다.
본 실시예에서, 가열 요소(1b)는 실질적으로 원형 단면을 갖는 실질적으로 원통형이지만, 다른 실시예들에서, 가열 요소(1b)는 계란형 또는 타원형 단면을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 가열 요소(1b)는, 예를 들어 다각형, 사변형, 직사각형, 정사각형, 삼각형, 별형 또는 불규칙한 단면을 가질 수 있다.
본 실시예에서, 가열 요소(1b)는 세장형이고, 종축(A-A)을 갖는다. 다른 실시예들에서, 가열 요소(1b)는 세장형이 아닐 수 있다. 일부의 그러한 다른 실시예들에서, 가열 요소(1b)는 여전히 가열 요소(1b)의 단면에 수직인 축방향(A-A)을 갖는다.
가열 요소(1b)는 중공 내부 영역(1i), 및 가열 요소(1b)의 내경(ID)과 외경(OD)(또는 축방향(A-A에 수직인 치수들) 사이에서 측정된 벽 두께(T)를 갖는다. 본 실시예의 관형 가열 요소(1)는 약 0.13 밀리미터의 벽 두께(T)를 갖는다. 다른 실시예들에서, 벽 두께(T)는 이것 이외의 것일 수 있다. 일부 실시예들에서, 벽 두께(T)는 1 밀리미터 이하, 바람직하게는 0.5 밀리미터 이하, 보다 바람직하게는 0.3 밀리미터 이하이다. 일부 실시예들에서, 벽 두께(T)는 적어도 0.05 밀리미터이다. 가장 바람직하게는, 벽 두께(T)는 0.05 밀리미터 내지 0.3 밀리미터이다.
본 실시예의 관형 가열 요소(1)는 약 1.65 밀리미터의 외경 또는 치수(OD)를 갖는다. 다른 실시예들에서, 외경 또는 치수(OD)는 이것 이외의 것일 수 있다. 일부 실시예들에서, 외경 또는 치수(OD)는 5 밀리미터 이하, 바람직하게는 2.4 밀리미터 이하이다. 일부 실시예들에서, 외경 또는 치수(OD)는 적어도 0.3 밀리미터이다. 가장 바람직하게는, 외경 또는 치수(OD)는 0.3 밀리미터 내지 5 밀리미터이다.
본 실시예의 관형 가열 요소(1)는 약 1.39 밀리미터의 내경 또는 치수(ID)를 갖는다. 다른 실시예에서, 내경 또는 치수(ID)는 이것 이외의 것일 수 있다. 일부 실시예들에서, 내경 또는 치수(ID)는 적어도 0.1 밀리미터, 바람직하게는 적어도 0.19 밀리미터이다. 일부 실시예들에서, 내경 또는 치수(ID)는 2.1 밀리미터 이하이다. 가장 바람직하게는, 내경 또는 치수(ID)는 0.1 밀리미터 내지 2.1 밀리미터이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 관형 가열 요소의 일 예의 개략적인 측단면도를 도시하고 있다. 관형 가열 요소(2)도 역시 에어로졸화 가능한 재료를 가열하여 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 장치에, 예컨대 도 4에 도시되고 후술되는 장치(100)에 사용하기 위한 것이다.
도 2의 가열 요소(2)는 내열성 지지체(2a), 지지체(2a) 상에 위치된 가열 재료를 포함하는 코팅(2b), 및 내열성 보호 코팅(2c)을 포함하며, 내열성 보호 코팅(2c)은 가열 재료를 포함하는 코팅(2b)이 지지체(2a)와 내열성 보호 코팅(2c) 사이에 위치되도록 배열된다. 가열 재료도 역시 가변 자기장에 의한 침투에 의해 가열 가능하다.
본 실시예에서, 가열 요소(2)는 실질적으로 원형 단면을 갖는 실질적으로 원통형이지만, 다른 실시예들에서, 가열 요소(2)는 계란형 또는 타원형 단면을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 가열 요소(2)는, 예를 들어 다각형, 사변형, 직사각형, 정사각형, 삼각형, 별형 또는 불규칙한 단면을 가질 수 있다.
본 실시예에서, 가열 요소(2)는 세장형이고, 종축(A-A)을 갖는다. 다른 실시예들에서, 가열 요소(2)는 세장형이 아닐 수 있다. 일부의 그러한 다른 실시예들에서, 가열 요소(2)는 여전히 가열 요소(2)의 단면에 수직인 축방향(A-A)을 갖는다.
가열 요소(2)는 중공 내부 영역(2i), 및 가열 요소(2)의 내경(ID)과 외경(OD)(또는 축방향(A-A)에 수직인 치수) 사이에서 측정된 벽 두께(T)를 갖는다. 일부 실시예들에서, 벽 두께(T)는 1 밀리미터 이하, 예컨대 0.5 밀리미터 이하 또는 0.3 밀리미터 이하이다. 일부 실시예들에서, 외경 또는 치수(OD)는 0.3 밀리미터 내지 5 밀리미터이다. 일부 실시예들에서, 내경 또는 치수(ID)는 0.1 밀리미터 내지 2.1 밀리미터이다.
본 실시예의 내열성 지지체(2a)는 관형이다. 본 실시예의 내열성 지지체(2a)는 강, 보다 구체적으로는 스테인리스강을 포함한다. 그러나, 다른 실시예들에서, 내열성 지지체(2a)는 예를 들어, 금속, 금속 합금, 세라믹 재료 및 플라스틱 재료로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 재료들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 내열성 지지체(2a)는 강, 연강, 알루미늄, 구리, 또는 고온 중합체, 예컨대 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 또는 캡톤(Kapton)을 포함할 수 있다.
가열 재료를 포함하는 코팅(2b)은 지지체(2a) 상의 층 또는 코팅(2b)이다. 본 실시예에서, 코팅(2b)은 코발트를 포함한다. 그러나, 다른 실시예들에서, 코팅(2b)은 코발트 이외의 가열 재료, 예컨대 니켈을 포함할 수 있다. 그러나, 바람직하게는, 코팅(2b)의 가열 재료는 강자성 재료이다.
본 실시예에서, 코팅(2b)은 지지체(2a)의 반경방향 외측에 위치된다. 즉, 코팅(2b)은 내열성 지지체(2a)의 외부측 상에 있다. 또한, 본 실시예에서, 내열성 지지체(2a)의 반경방향 내향측에는 가열 재료를 포함하는 코팅이 없다. 다른 실시예들에서, 가열 재료(예컨대, 강자성 재료, 예를 들어 코발트 또는 니켈)를 포함하는 코팅은 내열성 지지체(2a)의 반경방향 외측에 부가하여, 또는 그에 대한 대안으로 내열성 지지체(2a)의 반경방향 내측에 제공될 수 있다. 그러나, 그러한 코팅이 반경방향 외측에 부가하여 반경방향 내측에 제공되는 경우, 가열 요소(2)의 열 질량이 증가될 수 있으며, 이는 가열 요소(2)가 사용 시에 주어진 가변 자기장에 의해 가열 가능한 속도를 감소시킬 수 있다.
본 실시예에서, 코팅(2b)은 환형이고, 지지체(2a)를 에워싸고 있다. 다른 실시예들에서, 코팅(2b)은 비-환형이거나 단지 부분적으로 환형일 수 있으며, 그에 따라 지지체(2a)를 완전히 에워싸지 않는다.
본 실시예에서, 코팅(2b)은 약 10 미크론의 두께를 갖는다. 그러나, 다른 실시예에서, 코팅(2b)은 상이한 두께, 예컨대 50 미크론 이하 또는 20 미크론 이하의 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 코팅의 강자성 재료가 니켈인 경우, 코팅(2b)은 약 15 미크론의 두께를 가질 수 있다. 코팅(2b)은 막(film) 또는 도금일 수 있다.
내열성 보호 코팅(2c)은 가열 재료를 포함하는 코팅(2b) 상에 제공된다. 보다 구체적으로, 코팅(2b)은 지지체(2a)와 내열성 보호 코팅(2c) 사이에 위치된다. 본 실시예의 내열성 보호 코팅(2c)은 질화티타늄을 포함한다. 그러나, 다른 실시예들에서, 내열성 보호 코팅(2c)은 예를 들어, 세라믹 재료, 금속 질화물, 질화티타늄 및 다이아몬드로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 재료들을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 내열성 보호 코팅(2c)은 약 10 미크론의 두께를 갖는다. 그러나, 다른 실시예들에서, 내열성 보호 코팅(2c)은 상이한 두께, 예컨대 50 미크론 이하 또는 20 미크론 이하의 두께를 가질 수 있다.
본 실시예에서, 내열성 보호 코팅(2c)은 내열성 지지체(2a) 및 가열 재료를 포함하는 코팅(2b)의 반경방향 외측에 위치된다. 즉, 내열성 보호 코팅(2c)은 코팅(2b)의 외부측 상에 있다. 또한, 본 실시예에서, 내열성 지지체(2a)의 반경방향 내향측에는 내열성 보호 코팅(2c)이 없다. 그러나, 다른 실시예들에서, 내열성 보호 코팅(2c)은 내열성 지지체(2a)의 반경방향 외측에 부가하여 또는 그에 대한 대안으로 내열성 지지체(2a)의 반경방향 내측에 제공될 수 있다. 그러나, 역시, 내열성 보호 코팅(2c)이 반경방향 외측에 부가하여 반경방향 내측에 제공되는 경우, 가열 요소(2)의 열 질량이 증가될 수 있다.
본 실시예에서, 내열성 보호 코팅(2c)은 환형이고, 지지체(2a) 및 가열 재료를 포함하는 코팅(2b)을 에워싸고 있다. 다른 실시예들에서, 내열성 보호 코팅(2c)은 비-환형이거나 단지 부분적으로 환형일 수 있으며, 그에 따라 지지체(2a) 및 가열 재료를 포함하는 코팅(2b)을 완전히 에워싸지 않는다.
가열 재료 코팅을 포함하는 코팅(2b)은 온도가 증가함에 따라 점점 더 산화되기 쉬워질 수 있다. 이것은 산화되지 않은 표면에 대한 상대 방사율(relative emissivity)(εr)을 증가시킴으로써 복사로 인한 열 손실을 증가시켜서, 복사를 통해 에너지가 손실되는 속도를 향상시킬 수 있다. 복사된 에너지가 결국 환경으로 손실되면, 그러한 복사는 시스템 에너지 효율을 감소시킬 수 있다. 산화는 또한 화학적 부식에 대한 코팅(2b)의 저항성을 감소시킬 수 있으며, 이는 가열 요소(2)의 사용 수명을 단축시킬 수 있다. 따라서, 도 2의 것과 같은 일부 실시예들에서, 가열 재료를 포함하는 코팅(2b)은 전술한 것들 중 하나와 같은 내열성 보호 코팅(2c)으로 코팅된다. 질화티타늄은, 예를 들어 물리적 기상 증착을 사용하여 도포될 수 있다. 다른 예의 내열성 보호 코팅들은 세라믹 재료, 금속 질화물 및 다이아몬드이다. 일부 실시예들에서, 내열성 보호 코팅(2c)은 상이한 방식으로, 예컨대 가열 재료를 포함하는 코팅(2b) 위에 보호막의 성장을 촉진시키기 위해 가열 재료를 포함하는 코팅(2c)을 화학적으로 처리함으로써, 또는 양극 산화와 같은 프로세스를 사용하여 보호 산화물 층을 형성함으로써 제공될 수 있다. 하지 코팅(2b)을 산화로부터 보호하는 것에 부가하여, 내열성 보호 코팅(2c)은 가열 재료를 포함하는 코팅(2b)을 기계적인 마모로부터 물리적으로 보호하는 것을 도울 수 있다.
도시된 실시예에 대한 변형예들인 일부 실시예들에서, 가열 재료를 포함하는 코팅(2b)이 캡슐화된다. 일부 실시예들에서, 내열성 보호 코팅(2c) 및 지지체(2a)는 함께 가열 재료를 포함하는 코팅(2b)을 캡슐화한다. 일부의 다른 실시예들에서, 내열성 보호 코팅(2c)은 지지체(2a) 및 가열 재료를 포함하는 코팅(2b)을 캡슐화한다.
일부 실시예들에서, 내열성 보호 코팅(2c)은 가열 재료를 포함하는 코팅(2b)보다는 내열성 보호 코팅(2c)에서 전류들의 유도를 초래하지 않도록(또는 현저하게 하지 않도록) 전기 전도성을 낮거나 갖지 않을 수 있다.
일부 실시예들에서, 내열성 보호 코팅(2c)은 생략된다. 예를 들어, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 관형 가열 요소의 일 예의 개략적인 측단면도를 도시하고 있다. 도 3의 관형 가열 요소(3)도 역시 에어로졸화 가능한 재료를 가열하여 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 장치, 예컨대 도 4에 도시되고 후술되는 장치(100)에 사용하기 위한 것이다.
도 3의 관형 가열 요소(3)는, 내열성 보호 코팅(2c)이 생략된 것을 제외하고는, 도 2의 것과 동일하다(그래서 유사한 특징부들은 유사한 참조 번호들을 가짐). 도 2의 관형 가열 요소(2)에 대한 본원에 설명된 변형예들 중 임의의 것이 추가 실시예들을 형성하기 위해 도 3의 관형 가열 요소(3)에 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 관형 가열 요소(3)의 벽 두께(T)는 1 밀리미터 이하, 예컨대 0.5 밀리미터 이하 또는 0.3 밀리미터 이하이다. 일부 실시예들에서, 관형 가열 요소(3)의 외경 또는 치수(OD)는 0.3 밀리미터 내지 5 밀리미터이다. 일부 실시예들에서, 관형 가열 요소(3)의 내경 또는 치수(ID)는 0.1 밀리미터 내지 2.1 밀리미터이다.
일부 실시예들에서, 관형 가열 요소(1, 2, 3)는 니들이다.
본 발명의 일부 예시적인 실시예들의 관형 가열 요소들의 치수들은 하기 표에 주어진다:
Figure pct00001
일부 실시예들에서, OD는 상기 표에 주어진 관련 수치로부터 ±0.13 ㎜만큼 변할 수 있다. 일부 실시예들에서, 벽 두께(T)는 상기 표에 주어진 관련 수치로부터 ±15%만큼 변할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 열들 중 하나에 주어진 치수들을 갖는 관형 가열 요소는 스테인리스강을 포함하거나 이로 구성될 수 있다.
유도 가열 동안에, 가변 자기장으로부터의 에너지가 관형 가열 요소(1, 2, 3)의 가열 재료로 전달되어 가열 재료의 온도가 상승되게 한다. 가열 재료가 가능한 한 효율적으로 가열되도록 하기 위해, 가열 재료로의 에너지 전달은 전달된 에너지가 신속하게 열로 변환되도록 가능한 한 손실이 많아야 한다. 관형 가열 요소(1, 2, 3)의 열 질량을 감소시키는 것은 주어진 에너지 입력에 대한 온도 변화를 증가시킨다. 1 밀리미터 이하의 벽 두께를 갖는 관형 가열 요소(1, 2, 3)를 제공함으로써, 관형 가열 요소(1, 2, 3)의 열 질량은 낮게 유지될 수 있다.
전도성(및 자화성) 매체들의 경우에는, 전자기장이 침투할 수 있는 특성 깊이(characteristic depth)("표피 깊이(skin depth)")가 있다. 본 발명자들은, 사용 시에 자기장 발생기와 대면하는 표면과 같은 관형 가열 요소(2, 3)의 표면이 가열 재료(예컨대, 니켈 또는 코발트 또는 다른 강자성 재료)를 포함하는 얇은 코팅(2b)(예컨대, 수 미크론)으로 코팅되는 경우, 보다 두꺼운 연강판과 동일한 흡수를 이루기 위해 코팅(2b)이 단지 매우 얇을 필요가 있다는 것을 발견하였다. 코팅(2b)은 예를 들어 화학적 도금법, 전기-화학적 도금법 또는 진공 증착(vacuum evaporation)에 의해 도포될 수 있다. 니켈이 사용되는 경우, 코팅(2b) 또는 층의 두께는 15 미크론 정도로 작을 수 있다. 또한, 코발트가 사용되는 경우, 코팅(2b) 또는 층의 두께는 약 10 미크론으로 감소될 수 있다. 1 이상의 표피 깊이의 두께는 가용 에너지의 대부분이 가열 요소(2, 3) 내로 지향되는 것을 보장하는데 도움이 되어야 한다. 일부 실시예들에서, 약 2의 표피 깊이의 두께가 최적일 수 있다.
일부 실시예들에서, 가열 재료 코팅(2b)은 코발트를 포함한다. 코발트는 본 발명의 실시예들의 가열 요소들의 정상 작동 온도보다 훨씬 높은 퀴리점 온도(Curie point temperature)(약 1,120 내지 1,127 ℃)를 갖는다. 퀴리점 온도 또는 퀴리 온도는 특정 자성 재료가 자기 특성들의 급격한 변화를 겪는 온도이다. 퀴리점 온도는 그 미만이면 외부적으로 인가된 자기장의 부재 시에 자발 자화하고, 그 초과이면 재료가 상자성이 되는 온도인 것으로 이해된다. 예를 들어, 퀴리점 온도는 강자성 상과 상자성 상 사이의 강자성 재료의 자기 변태 온도이다. 그러한 자성 재료가 퀴리점 온도에 도달하는 경우, 그 투자율은 감소되거나 사라지고, 가변 자기장에 의한 침투에 의해 재료가 가열되는 능력도 또한 감소되거나 사라진다. 즉, 자기 이력 가열에 의해 퀴리점 온도 초과로 재료를 가열하는 것은 가능하지 않을 수 있다. 코발트는 본 발명의 실시예들의 가열 요소들의 정상 작동 온도보다 아주 높은 퀴리점 온도를 갖기 때문에, 퀴리점 온도의 효과는, 즉 니켈이 대신 사용된 경우보다 정상 작동 동안 훨씬 덜 현저할 것이다(또는 심지어 일부 실시예들에서는, 식별할 수 없음).
가열 재료를 포함하는 코팅(2b) 또는 층이 제공되는 지지체(2a)는 인가된 가변 자기장과 상호작용하여 지지체(2a)에서 열을 발생시킬 필요가 없다. 즉, 가변 자기장에 의한 침투에 의해 지지체(2a) 자체가 가열가능할 필요는 없다. 달성 가능할 필요가 있는 모든 지지체(2a)는 가열 재료 코팅(2b)을 지지하면서 그 안에서 발생된 열에 저항하는 것이다. 따라서, 지지체(2a)는 본원에 설명된 것들과 같은 임의의 적합한 내열성 재료로 제조될 수 있다.
따라서, 본 발명의 예시적인 실시예들의 가열 요소들은 비교적 낮은 비용, 재료의 가용 용이성 및 제조 동안의 성형 용이성의 이점들을 유지하면서, 가변 자기장으로부터 가열 요소 내로의 효율적인 에너지 전달을 가능하게 한다는 것이 이해될 것이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템의 일 예의 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 시스템(1000)은 에어로졸화 가능한 재료(12)를 포함하는 물품(10), 및 에어로졸화 가능한 재료(12)를 가열하여 에어로졸화 가능한 재료(12)의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 장치(100)를 포함한다. 본 실시예에서, 에어로졸화 가능한 재료(12)는 담배를 포함하고, 장치(100)는 담배 가열 제품(당업계에 담배 가열 디바이스 또는 비연소식 가열 디바이스로도 알려져 있음)이다.
본 실시예에서, 에어로졸화 가능한 재료(12)는 중공 튜브의 형태이고, 물품(10)은 에어로졸화 가능한 재료(12) 주위에 커버(14)를 포함한다. 물품(10)은 전체적으로 중공 내부(10i)를 갖는 중공 튜브이다. 본 실시예에서, 중공 내부(10i)는 에어로졸화 가능한 재료(12)에 의해 규정되지만, 다른 실시예들에서, 물품(10)은 다른 구성요소, 예컨대 중공 내부(10i)를 규정하는 내부 래퍼(inner wrapper)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 물품(10)은 비-중공 로드(non-hollow rod)일 수 있다.
커버(14)는 에어로졸화 가능한 재료(12)를 에워싸고, 물품(10)의 운송 및 사용 동안 손상으로부터 에어로졸화 가능한 재료(12)를 보호하는 것을 돕는다. 사용 동안에, 커버(14)는 또한 에어로졸화 가능한 재료(12) 내로, 그리고 에어로졸화 가능한 재료(12)를 통해 공기의 유동을 지향시키는 것을 도울 수 있고, 에어로졸화 가능한 재료(12)를 통해 그리고 에어로졸화 가능한 재료(12) 밖으로 에어로졸의 유동을 지향시키는 것을 도울 수 있다. 본 실시예에서, 커버(14)는 래퍼를 포함하며, 래퍼는 래퍼의 자유 단부들이 서로 중첩되도록 에어로졸화 가능한 재료(12) 주위에 래핑된다. 따라서, 래퍼는 물품(10)의 외주면의 전부 또는 대부분을 형성한다. 래퍼는 종이, 재생 담배, 알루미늄 등으로 형성될 수 있다. 커버(14)는 또한 래퍼의 중첩된 자유 단부들을 서로 접착시키는 접착제(도시되지 않음)를 포함한다. 접착제는, 예를 들어 아라비아 껌(gum Arabic), 천연 또는 합성 수지들, 전분들(starches) 및 바니시(varnish) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 접착제는 래퍼의 중첩된 자유 단부들이 분리되는 것을 방지하는데 도움이 된다. 다른 실시예들에서, 접착제 및/또는 커버(14)는 생략될 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 물품은 상기에서 논의된 것들 중 임의의 것과 상이한 형태를 취할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서 물품(10)은 사용 시에 물품(10)에서 발생된 에어로졸을 여과하기 위한 필터(filter)를 포함할 수 있다.
광범위하게 말하면, 장치(100)는 가열 구역(110), 가열 구역(110)을 가열하기 위해 가변 자기장에 의한 침투에 의해 가열 가능한 가열 재료를 포함하는 가열 요소(2), 및 사용 시에 가열 요소(2)의 각각의 종방향 부분들(21, 22, 23, 24, 25, 26)에 침투하는 가변 자기장들을 발생시키기 위한 자기장 발생기(130)를 포함한다. 본 실시예에서, 가열 요소(2)는 도 2를 참조하여 본원에 설명된 것이다. 그러나, 다른 실시예들에서, 장치(100)의 가열 요소는 도 1 또는 도 3을 참조하여 본원에 설명된 것 또는 본원에 설명된 가열 요소들(1, 2, 3)에 대한 변형예들의 임의의 것과 같은 상이한 형태를 취할 수 있다. 그러나, 바람직하게는, 가열 요소는 관형이다.
가열 구역(110)은 가열 요소(2)를 에워싸고 있다. 본 실시예에서, 가열 요소(2)는 가열 구역(110)의 종축(H-H)과 동축으로 연장된다. 일부 다른 실시예들에서, 가열 요소(2)는 가열 구역(110)의 종축(H-H)에 평행하게, 또는 가열 구역(110)의 종축(H-H)에 수직으로, 또는 가열 구역(110)의 종축(H-H)에 비스듬하게 연장된다.
가열 구역(110)은 전술한 물품(10)과 같은 에어로졸화 가능한 재료를 포함하는 하나 이상의 물품들을 수용하기 위한 것이다. 즉, 물품(10)은 가열 구역(110)에 위치하기 위한 것이다. 본 실시예에서, 가열 구역(110)은 물품(10)을 수용하기 위한 리세스(recess)를 포함한다. 보다 구체적으로, 중공 물품(10)은 가열 요소(2)가 물품(10)의 삽입 동안에 물품(10)의 중공 내부(10i)에 위치되도록 하는 방식으로 가열 구역(110) 및 가열 요소(2)에 대해 이동 가능하다. 물품(10)의 중공 내부(10i)는 장치(100)의 가열 요소(2)를 수용하도록 치수설정된다. 물품(10)이 비-중공 로드인 실시예들에서, 가열 요소(2)는 물품(10)의 삽입 동안 물품(10) 내로(예컨대, 물품(10)의 에어로졸화 가능한 재료(12) 내로) 밀어넣어서, 가열 요소(2)를 위한 물품(10)의 공간을 생성할 수 있다.
물품(10)은 임의의 적합한 방식으로, 예컨대 장치(100)의 벽의 슬롯(slot)을 통해, 또는 마우스피스(mouthpiece)와 같은 장치(100)의 일부를 먼저 이동시켜 가열 구역(110)에 접근함으로써, 사용자에 의해 가열 구역(110) 내로 삽입가능할 수 있다. 다른 실시예들에서, 가열 구역(110)은 셀프부(shelf), 표면 또는 돌출부와 같은 리세스 이외의 것일 수 있으며, 물품(10)과 협력하거나 물품(10)을 수용하도록 물품(10)과의 기계적인 맞물림을 필요로 할 수 있다. 본 실시예에서, 가열 구역(110)은 전체 물품(10)을 수용할 수 있도록 크기설정 및 형상화된다. 다른 실시예들에서, 가열 구역(110)은 사용 시에 물품(10)의 일부만을 수용하도록 치수설정될 수 있다.
장치(100)는 가열 구역(110)을 장치(100)의 외부와 유체적으로 연결하는 복수의 공기 입구들(101), 및 휘발된 재료가 사용 시에 가열 구역(110)으로부터 장치(100)의 외부로 통과하게 하는 출구(102)를 갖는다. 사용자는 출구(102)를 통해 휘발된 성분(들)을 흡인함으로써 에어로졸화 가능한 재료(12)의 휘발된 성분(들)을 흡입 가능할 수 있다. 휘발된 성분(들)이 가열 구역(110)으로부터 제거됨에 따라, 공기는 장치(100)의 공기 입구들(101)을 통해 가열 구역(110) 내로 흡인될 수 있다. 가열 구역(110)의 제1 단부(111)는 출구(102)에 가장 근접하고, 가열 구역(110)의 제2 단부(112)는 공기 입구들(101)에 가장 근접하여 있다. 다른 실시예들에서, 단일 공기 입구(101)만이 제공될 수 있다.
자기장 발생기(130)는 가열 구역(110)의 종축(H-H)을 따라 순차적으로 그리고 각각의 평면들에 배열된 전기 전도성 재료의 복수의 플랫 나선형 코일들(31, 32)을 포함한다. 보다 구체적으로, 장치(100)의 자기장 발생기(130)는 리테이너(retainer)(131) 및 리테이너(131)에 연결되거나 부착된 복수의 유도 코일 배열체들(induction coil arrangements)을 포함한다. 리테이너(131)는 서로에 대해, 리테이너(131)에 대해, 그리고 가열 구역(110) 및 가열 요소(2)에 대해 고정된 포지션에 유도 코일 배열체들을 유지할 수 있다. 유도 코일 배열체들 중 하나의 개략적인 사시도가 도 5에 도시되어 있다.
유도 코일 배열체(132)는 보드(board), 패널(panel) 또는 플레이트(33), 및 구리와 같은 전기 전도성 재료의 한 쌍의 플랫 나선형 코일들(31, 32)을 포함한다. 사용 시에, 가열 요소(2)에 침투하여 가열 요소(2)의 가열을 야기하는데 사용 가능한 가변(예를 들어, 교번) 자기장을 생성하기 위해, 가변(예를 들어, 교류) 전류가 코일들(31, 32) 각각을 통과한다.
플레이트(33)는 제1 측면(331) 및 대향하는 제2 측면(332)을 갖는다. 플레이트(33)의 제1 및 제2 측면들(331, 332)은 서로 등지고 있다(face away from). 본 실시예에서, 플레이트(33)는 실질적으로 평면형이고, 제1 및 제2 측면들(331, 332)은 플레이트(33)의 주요 측면들이다. 플레이트(33)는 코일들(31, 32)을 서로 전기적으로 절연시키기 위해 플라스틱 재료와 같은 비-전기 전도성 재료로 제조되어야 한다. 본 실시예에서, 플레이트(33)는 난연성(flame retardant)인 에폭시 수지 결합제(epoxy resin binder)를 갖는 직조 유리섬유 직물(woven fibreglass cloth)로 구성된 복합 재료인 FR-4로 제조되지만, 다른 실시예들에서는, 다른 재료가 사용될 수 있다. 전기 전도성 재료의 플랫 나선형 코일들 중 제1 플랫 나선형 코일(31)은 플레이트(33)의 제1 측면(331) 상에 장착되고, 전기 전도성 재료의 플랫 나선형 코일 중 제2 플랫 나선형 코일(32)은 플레이트(33)의 제2 측면(332) 상에 장착된다. 따라서, 플레이트(33)는 코일들(31, 32) 사이에 위치된다.
코일들(31, 32)은 임의의 적합한 방식으로 플레이트(33)에 부착될 수 있다. 본 실시예에서, 유도 코일 배열체(132)는 인쇄 회로 기판(printed circuit board; PCB)으로 형성되어 있으며, 그래서 제1 및 제2 플랫 나선형 코일들(31, 32)은 PCB의 제조 동안에 보드 또는 플레이트(33)의 각각의 제1 및 제2 측면들(331, 332) 상에 전기 전도성 재료를 인쇄한 후에, 제1 및 제2 플랫 나선형 코일들(31, 32)의 형태로 전기 전도성 재료의 패턴들이 플레이트(33) 상에 유지되도록 전기 전도성 재료의 선택적인 부분들을 제거(예컨대, 에칭)함으로써 형성되어 있다. 따라서, 제1 및 제2 플랫 나선형 코일들(31, 32)은 플레이트(33) 상의 전기 전도성 재료의 박막들 또는 코팅들이다.
따라서, 본 실시예의 유도 코일 배열체(132)는 제1 층(제1 플랫 나선형 코일(31)을 포함함), 제2 층(제2 플랫 나선형 코일(32)을 포함함), 및 제1 층과 제2 층 사이의 중간 제3 층(플레이트(33))을 갖는 라미네이트(laminate)를 포함한다. 따라서, 플레이트(33)는 제1 층과 제2 층을 이격시킨다. 플레이트(33)가 비-전기 전도성 재료로 제조되므로, 코일들(31, 32)은 (하기에서 논의되는 전기 전도성 커넥터를 위한 것 외에는) 서로 전기적으로 절연된다. 즉, 코일들(31, 32)은 서로 접촉하지 않는다. 다른 실시예들에서, 코일들(31, 32)은 상이한 방식으로, 예컨대 코일들(31, 32) 사이의 공기 갭(air gap)에 의해 서로 전기적으로 절연될 수 있다. 일부 실시예들에서, 코일들(31, 32)은 임의의 다른 적합한 방식으로, 예를 들어 예비-성형된 후에 플레이트(33)에 부착되는 것에 의해 플레이트(33) 상에 제공될 수 있다.
일부 실시예들에서, 플레이트(33)는 PCB의 층 이외의 것일 수 있다. 예를 들어, 플레이트(33)는 건조, 경화 또는 응고될 수 있는 수지 또는 접착제와 같은 재료의 층 또는 시트일 수 있다.
상기에서 논의된 바와 같이 얇고 인쇄된 전기 전도성 재료로 형성된 코일들의 사용은 리츠 와이어(Litz wire)에 대한 필요성을 제거한다. 리츠 와이어는 높은 여기 주파수들(excitation frequencies)에서 표피 깊이가 감소하는 영향들을 극복하기 위해 브레이드(braid) 내에 모여진 극히 얇은 와이어의 많은 스트랜드들(strands)로 구성된다. PCB 상의 트랙들이 얇으므로(전형적으로, 약 1 Oz Cu에 대해 약 38 ㎛의 두께, 및 2 Oz Cu에 대해 약 76 ㎛의 두께), 고주파수들에서의 트랙들의 성능은 리츠 와이어의 균등한 단면적과 필적할 수 있지만, 취성, 리츠 와이어의 형상화(shaping), 또는 리츠 와이어의 다른 구성요소들에의 연결에 대한 문제들은 발생하지 않는다.
제1 및 제2 플랫 나선형 코일들(31, 32)은 플레이트(33) 상에 노출되어, 사용 동안에 코일들(31, 32)에서 발생된 임의의 열의 소산을 가능하게 하는 것을 돕는다. 그러나, 다른 실시예들에서, 운반, 저장 및 사용 동안에 코일들(31, 32)이 손상되는 것을 방지하는 것을 돕기 위해, 제1 및 제2 플랫 나선형 코일들(31, 32)은 대신에 재료, 예컨대 플레이트(33)를 형성하는 재료 내에 매립될 수 있다.
본 실시예에서, 유도 코일 배열체(132)는 제1 플랫 나선형 코일(31)을 제2 플랫 나선형 코일(32)에 전기적으로 연결하는 전기 전도성 커넥터(도시되지 않음)를 갖는다. 보다 구체적으로, 전기 전도성 커넥터는 제1 플랫 나선형 코일(31)의 반경방향 내측 단부(31a)로부터 제2 플랫 나선형 코일(32)의 반경방향 내측 단부까지 연장되어, 코일들(31, 32)을 직렬로 연결시킨다. 본 실시예에서, 전기 전도성 커넥터는 당업자에게 이해되는 방식으로, PCB의 플레이트(33)를 관통하는 "비아(via)"로서 형성된다. 다른 실시예들에서, 전기 전도성 커넥터는 플레이트(33)의 내부 또는 외부에 있는 전기 전도성 리드(lead) 또는 와이어와 같은 상이한 형태를 취할 수 있다.
본 실시예에서, 플랫 나선형 코일들(31, 32)은 각각의 실질적으로 평행한 평면들에 배열된다. 즉, 플랫 나선형 코일들(31, 32) 각각은 코일들(31, 32)이 놓여 있는 평면에 직교하는 (가변) 반경을 갖는다. 또한, 플랫 나선형 코일들(31, 32)은 서로 축방향으로 정렬된다. 즉, 코일들(31, 32) 중 하나의 경로가 나오는 가상 지점은 코일들(31, 32) 중 다른 하나의 경로가 나오는 가상 지점과 동일한 축 상에 놓이고, 축은 코일들(31, 32)이 놓여 있는 각각의 평면들에 각각 직교한다. 또한, 본 실시예에서, 유도 코일 배열체(132)의 일 측면에서 관찰될 때, 제1 플랫 나선형 코일(31)은 제1 플랫 나선형 코일(31)의 반경방향 내측 단부(31a)로부터 시계방향 경로를 따르고, 제2 플랫 나선형 코일(32)은 제2 플랫 나선형 코일(32)의 반경방향 내측 단부로부터 반시계방향 경로를 따른다. 이러한 구성에서, 사용 시에 코일들(31, 32)에 의해 발생된 자기장들은 서로 강화되어, 코일들(31, 32)의 인덕턴스(inductance)를 효과적으로 배가시키고 코일 축들을 따라 자기장을 배가시킨다.
도 5에 도시된 바와 같이, 구멍(aperture)(333)은 플레이트(33)의 제1 측면(331)으로부터 플레이트(33)의 제2 측면(332)까지 플레이트(33)를 완전히 관통하여 연장된다. 또한, 플랫 나선형 코일들(31, 32) 각각은 플레이트(33)를 관통하는 구멍(333)과 실질적으로 정렬되는 홀(hole) 주위로 감겨져 있다. 즉, 플랫 나선형 코일들(31, 32) 각각의 중심에는 홀이 있다. 구멍(333) 및 홀들 각각은 관통-홀이다. 하기에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 가열 구역(110) 및 가열 요소(2)는 구멍(333) 및 양 홀들을 통해 연장되고, 사용 시에 코일들(31, 32)에 의해 발생된 가변 자기장들은 가열 요소(2)에 침투한다.
플레이트(33)의 제1 및 제2 측면들(331, 332)로부터 측정된, 제1 및 제2 플랫 나선형 코일들(31, 32) 각각의 두께는, 예를 들어 50 마이크로미터 초과 200 마이크로미터 미만, 예컨대 약 70 마이크로미터, 약 100 마이크로미터 또는 약 140 마이크로미터일 수 있다. 다른 실시예들에서, 코일들(31, 32) 중 하나 또는 각각은 50 마이크로미터 미만 또는 200 마이크로미터 초과의 두께를 가질 수 있다. 선택된 두께는 코일들(31, 32)의 저항 및 사용 시의 코일들(31, 32)의 자기 발열 정도를 결정하는 것을 도울 것이다. 플레이트(33)의 제1 및 제2 측면들(331, 332) 사이에서 측정된 플레이트(33)의 두께는, 예를 들어 2 밀리미터 미만, 예컨대 1 밀리미터 미만일 수 있다.
원칙적으로, PCB의 각각의 층들에 2 개 초과의 플랫 나선형 코일들이 제공될 수 있지만, 열 전도로 인해, PCB의 외측 층들은 PCB의 임의의 내측 층들보다 2 배 내지 3 배 더 큰 통전 용량(current carrying capacity)을 갖는다. 따라서, 전술한 것과 같은 이중 코일 구조는 성능과 복잡성 사이의 균형을 제공한다. 또한, 본 실시예에서, 코일들(31, 32) 각각은 둥글거나 원형인 플랫 나선형 코일이다. 다른 실시예들에서, 코일들(31, 32) 중 하나 또는 각각은 대신에 직사각형(예를 들어, 정사각형)의 플랫 나선형 코일일 수 있다. 직사각형 프로파일의 코일들은 주어진 프로파일에 대해 약간 더 높은 인덕턴스를 갖지만, 원형 코일들은 보다 용이하게 인터리빙될(interleaved) 수 있고, 그리고/또는 이들 사이에 패킹된(packed) 구성요소들을 가질 수 있어, PCB 면적 활용도의 전체적인 증가를 초래한다. 직사각형 프로파일은 또한 코일 축을 따라 주어진 자기장 강도에 대해 보다 긴 트랙 길이를 필요로 하며, 이는 유사한 폭의 원형 코일에 비해 저항을 증가시키고 Q 값을 감소시킨다.
본 실시예의 자기장 발생기(130)는 제1 내지 제6 유도 코일 배열체들(132)을 포함하고, 이들 각각은 도 5에 도시된 유도 코일 배열체(132)와 동일하고 리테이너(131)에 부착되거나 연결된다. 본 실시예에서, 리테이너(131)는 3D 인쇄된 SLS(선택적 레이저 소결(selective laser sintering)) 나일론이다. 다른 실시예들에서, 리테이너(131)는 임의의 다른 적절한 방식으로 형성되고, 예컨대 PCB, 또는 임의의 다른 적절한 재료로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 리테이너(131)는 베이스(131)를 포함하고, 유도 코일 배열체들(132)은 베이스(131)의 표면에 직교하거나 수직인 방향으로 베이스(131)로부터 멀리 연장된다.
본 실시예에서, 유도 코일 배열체(132)는 리테이너(131)와 별개의 구성요소들이고, 리테이너(131)와 함께 조립된다. 유도 코일 배열체들(132) 각각은 코일들(31, 32)을 회로에 전기적으로 연결하고 또한 유도 코일 배열체들(132)은 리테이너(131)에 고정시키기 위한 전기 커넥터들을 포함한다. 다른 실시예에서, 배열체들(132) 각각은 코일들(31, 32)을 회로에 연결하기 위한 전기 커넥터들, 및 유도 코일 배열체들(132)은 리테이너(131)에 고정시키기 위한 하나 이상의 추가의 구조적 커넥터(들)를 포함할 수 있다. 본 실시예에 대한 또 다른 변형예들에서, 리테이너(131)는 유도 코일 배열체들(132)의 플레이트들(33)(및 일부 경우들에서는 또한 코일들(31, 32))과 일체로 형성될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 리테이너(131)는 유도 코일 배열체들(132)의 플랫 나선형 코일들(31, 32)이 가열 구역(110)의 종축(H-H)을 따라 순차적으로 그리고 각각의 평면들에 배열되도록 유도 코일 배열체들(132)을 서로에 대해 유지한다. 본 실시예에서, 유도 코일 배열체들(132)의 플랫 나선형 코일(31, 32)은 각각 실질적으로 평행한 평면들에 놓이며, 이들 각각은 종축(H-H)에 직교한다. 또한, 플랫 나선형 코일들(31, 32)은 모두 서로 축방향으로 정렬되며, 이는 코일들(31, 32)의 경로들이 나오는 각각의 가상 지점들이 모두 공통 축, 본 경우에는 가열 구역(110)의 종축(H-H)에 놓이기 때문이다. 또한, 각각의 플레이트들(33)을 통한 홀들(333)은 모두 서로 축방향으로 정렬되고, 코일들(31, 32)의 경로들이 나오는 각각의 가상 지점들과 동일한 축(H-H) 상에 모두 놓여 있다.
본 실시예에서, 자기장 발생기(130)는 플랫 나선형 코일들(31, 32)의 작동을 제어하기 위한 제어기(133)를 포함한다. 제어기(133)는 리테이너(131) 내에 수용되고, 집적 회로(integrated circuit; IC)를 포함하지만, 다른 실시예들에서, 제어기는 상이한 형태를 취할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어기는 플랫 나선형 코일들(31, 32) 중 적어도 다른 하나와 독립적으로 플랫 나선형 코일들(31, 32) 중 적어도 하나의 작동을 제어하기 위한 것이다. 예를 들어, 제어기(133)는 다른 유도 코일 배열체들(132)의 코일들(31, 32)과 독립적으로 유도 코일 배열체들(132) 각각의 코일들(31, 32)에 전력을 공급할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어기(133)는 유도 코일 배열체들(132) 각각의 코일들(31, 32)에 순차적으로 전력을 공급할 수 있다. 대안적으로, 하나의 작동 모드에서 적어도, 제어기는 모든 유도 코일 배열체들(132)의 작동을 동시에 제어하기 위한 것일 수 있다.
리테이너(131)는 베이스(131)의 표면에 직교하거나 수직인 방향으로 베이스(131)로부터 멀리 연장되고, 유도 코일 배열체들(132)과 실질적으로 평행한 2 개의 아암들(arms)(134, 135)을 더 포함한다. 본 실시예에서, 아암들(134, 135)은 3D 인쇄된 SLS(선택적 레이저 소결) 나일론이고, 베이스(131)와 일체형이다. 다른 실시예들에서, 아암들(134, 135)은 상이한 형태를 취할 수 있고, 베이스(131)와 함께 조립되는 베이스(131)와 별도의 구성요소들일 수 있다. 아암들(134, 135) 각각은 관통하는 개구(134a, 135a)를 가지며, 개구들(134a, 135a) 모두는 코일들(31, 32)의 경로들이 나오는 각각의 가상 지점들과 동일한 축(H-H)과 축방향으로 정렬된다. 다른 실시예들에서, 아암들(134, 135) 중 하나 또는 각각이 생략될 수 있거나, 2 개 초과의 그러한 아암들이 제공될 수 있다.
본 실시예의 장치(100)는 가열 구역(110)에 대한 포지션에서 가열 요소(2)를 유지하는 본체(150)를 포함한다. 가열 요소(2)의 일부는 가열 구역(110)의 외부에 있고, 본체(150) 내에 매립된다. 본 실시예에서, 본체(150)는 아암들(135) 중 하나의 개구(135a) 내로 끼워맞춰지는 플러그(plug)이지만, 다른 실시예들에서, 본체(150)는 상이한 형태를 취할 수 있다. 본체(150)는 내열성 재료로 제조되어야 한다. 예를 들어, 본체(150)는 유리 또는 세라믹 또는 플라스틱 재료(예컨대, PEEK)로 제조될 수 있다. 그러나, 본체(150) 내에 매립된 가열 요소(2)의 부분이 가열 구역(110)의 외부에 있기 때문에, 가열 요소(2)의 부분 및 그에 따라 본체(150)는 사용 시에 실질적으로 가열되지 않을 수 있다. 본 실시예의 본체(150)는 상기에서 언급된 공기 입구들(101)을 규정하며, 이들 공기 입구들(101)을 통해 공기가 사용 시에 가열 구역(110)에 진입할 수 있다. 다른 실시예들에서, 본체(150)는 하나의 공기 입구(101)만을 규정하거나, 공기 입구들을 규정하지 않을 수 있다. 본 실시예에서, 가열 요소(2)는, 예컨대 세정 또는 교체를 위해, 장치(100)로부터 제거 가능하다. 보다 구체적으로, 본 실시예에서, 가열 요소(2)와 본체(150)의 조합은, 예컨대 본체(150)를 아암(135)의 개구(135a)로부터 뽑음(unplugging)으로써, 장치(100)로부터 제거 가능하다. 다른 실시예들에서, 가열 요소(2)는 장치(100)로부터 제거 불가능할 수 있거나, 상이한 방식으로, 예컨대 본체(150) 없이, 장치(100)로부터 제거 가능할 수 있다.
장치(100)는 플랫 나선형 코일들(31, 32)의 홀들에 에어로졸화 가능한 재료를 포함하는 물품(10)을 지지하기 위한 세장형 지지체(140)를 더 포함한다. 본 실시예에서, 지지체(140)는 관형이고, 가열 구역(110)을 에워싸며, 축(H-H)과 동축인 종축을 갖는다. 일부 실시예들에서, 지지체(140)의 종축은 동축이 아닌 가열 구역(110)의 종축(H-H)에 평행할 수 있다. 일부 실시예들에서, 지지체(140)는 로드형 또는 핀형과 같은 비-관형일 수 있거나, 부분적으로 또는 실질적으로 관형이 되도록 종방향으로 연장되는 원주방향 갭을 내부에 가질 수 있다.
지지체(140)는 아암들(134, 135)에 의해 제 포지션에 유지되고, 아암들(134, 135)의 개구들(134a, 135a)을 통해, 복수의 플랫 나선형 코일들(31, 32)의 홀들을 통해, 그리고 플레이트들(33)의 구멍들(333)을 통해 연장된다. 본 실시예에서, 세장형 지지체(140)는 사용 시에 코일들(31, 32)에 의해 발생된 가변 자기장들과 간섭하지 않도록 자기 불침투성이고 전기 비전도성이다. 세장형 지지체(140)는 예를 들어, 유리 또는 세라믹 또는 플라스틱 재료(예컨대, PEEK)로 제조될 수 있다. 그러나, 일부 실시예들에서, 세장형 지지체(140)는 자기 침투성 및/또는 전기 전도성일 수 있고, 사용 시에 그 내부에서 가열 구역(110) 및 물품(10)의 가열을 돕기 위해 가변 자기장들에 의한 침투에 의해 사용 시에 가열될 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 세장형 지지체(140)는 생략될 수 있다.
자기장 발생기(130)는 또한 전력원(electrical power source)(도시되지 않음) 및 제어기(133)의 사용자 작동을 위한 사용자 인터페이스(user interface)(도시되지 않음)를 포함한다. 본 실시예에서, 전력원은 충전식 배터리(rechargeable battery)이다. 다른 실시예들에서, 전력원은 비-충전식 배터리, 커패시터(capacitor) 또는 본선 전기 공급부(mains electricity supply)에 대한 연결부와 같은 충전식 배터리 이외의 것일 수 있다.
제어기(133)는 전력원과 유도 코일 배열체들(132)의 코일들(31, 32) 사이에 전기적으로 연결되고, 장치(100)의 외부에 위치될 수 있는 사용자 인터페이스에 통신 가능하게 연결된다. 제어기(133)는 본 실시예에서 사용자 인터페이스의 사용자 작동에 의해 작동된다. 사용자 인터페이스는 푸시-버튼(push-button), 토글 스위치(toggle switch), 다이얼(dial), 터치스크린(touchscreen)) 등을 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 사용자에 의한 사용자 인터페이스의 작동은 제어기(133)로 하여금, 교류 전류가 유도 코일 배열체들(132)의 코일들(31, 32) 중 하나 이상을 통과하게 하여, 상기 또는 각각의 코일(31, 32)이 교번 자기장을 발생시키게 한다. 코일들(31, 32) 및 가열 요소(2)는 코일(들)(31, 32)에 의해 발생된 교번 자기장(들)이 가열 요소(2)의 가열 재료에 침투하도록 상대적으로 위치결정된다. 가열 요소(2)의 가열 재료가 전기 전도성 재료인 경우, 이것은 가열 재료에 하나 이상의 와전류들의 발생을 야기할 수 있다. 가열 재료의 전기 저항에 대항하는 가열 재료 내의 와전류들의 흐름은 가열 재료가 주울 가열에 의해 가열되게 한다. 또한, 가열 요소(2)의 가열 재료가 자성 재료인 경우, 가열 재료 내의 자기 쌍극자들의 배향은 인가된 자기장의 변화에 따라 변화하며, 이는 열이 가열 재료에 발생되게 한다.
본 실시예에서, 물품(10)은 종축(C-C)을 따라 세장형이다. 물품(10)이 사용 시에 가열 구역(110) 내에 위치되는 경우, 이러한 축(C-C)은 가열 구역(110)의 종축(H-H)과 동축이거나 평행하다. 따라서, 가열 요소(2)의 하나 이상의 부분(들)(21, 22, 23, 24, 25, 26)의 가열은 가열 구역(110)의 하나 이상의 대응하는 부분(들)의 가열을 야기하고, 물품(10)이 가열 구역(110) 내에 위치되는 경우, 물품(10)의 에어로졸화 가능한 재료(12)의 하나 이상의 대응하는 섹션(들)(12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f)의 가열을 야기한다.
일부 실시예들에서, 제어기(133)는 에어로졸화 가능한 재료(12)의 제2 섹션의 가열 전에 에어로졸화 가능한 재료(12)의 제1 섹션의 가열을 야기하도록 작동 가능하다. 즉, 제어기(133)는 가변 전류가 유도 코일 배열체들(132) 중 제1 유도 코일 배열체의 코일들(31, 32) 중 하나 또는 둘 모두를 통과하게 하여 제1 유도 코일 배열체에 인접한 에어로졸화 가능한 재료(12)의 제1 섹션(12a)의 적어도 하나의 성분의 휘발 및 그 내의 에어로졸의 형성을 개시한 후에, 가변 전류가 유도 코일 배열체들(132) 중 제2 유도 코일 배열체의 코일들(31, 32) 중 하나 또는 둘 모두를 통과하게 하여 제2 유도 코일 배열체(132)에 인접한 에어로졸화 가능한 재료(12)의 제2 섹션(12b)의 적어도 하나의 성분의 휘발 및 그 내의 에어로졸의 형성을 개시하도록 작동 가능할 수 있다. 따라서, 시간 경과에 따라 물품(10)의 에어로졸화 가능한 재료(12)의 점진적인 가열이 제공될 수 있다.
일부 실시예들에서, 제1 유도 코일 배열체(132) 및 에어로졸화 가능한 재료(12)의 관련 제1 섹션(12a)은 가열 구역(110)의 제1 단부(111)에 가장 근접한 것들일 수 있고, 제2 유도 코일 배열체(132) 및 에어로졸화 가능한 재료(12)의 관련 제2 섹션(12b)은 가열 구역(110)의 제2 단부(112)에 보다 근접하여 있을 수 있다. 이것은 사용자에 의한 흡입을 위해, 에어로졸이 출구(102)에 상대적으로 근접한 에어로졸화 가능한 재료(12)의 제1 섹션(12a)에서 물품(10)으로부터 비교적 신속하게 형성 및 방출될 수 있게 하는 것을 돕지만, 에어로졸의 시간-의존성 방출을 제공하여, 에어로졸화 가능한 재료(12)의 제1 섹션(12a)이 에어로졸 발생을 중단한 후에도 에어로졸이 계속 형성 및 방출되게 한다. 그러한 에어로졸 발생의 중단은 에어로졸화 가능한 재료(12)의 제1 섹션(12a)이 휘발 가능한 성분들을 다 소비한 결과로서 일어날 수 있다.
장치(100)는 가열 구역(110) 또는 물품(10) 또는 가열 요소(2)의 온도를 감지하기 위한 온도 센서(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 온도 센서는 제어기(133)에 통신 가능하게 연결되어, 제어기(133)가 온도를 모니터링할 수 있게 한다. 온도 센서로부터 수신된 하나 이상의 신호들에 기초하여, 제어기(133)는 필요에 따라 코일들(31, 32)을 통과하는 가변 또는 교류 전류의 특성을 조정할 수 있어, 에어로졸화 가능한 재료(12)의 온도가 사전결정된 온도 범위 내에 유지되는 것을 보장한다. 특성은, 예를 들어 진폭 또는 주파수 또는 듀티 사이클(duty cycle)일 수 있다. 사전결정된 온도 범위 내에서, 사용 시에 에어로졸화 가능한 재료(12)는 에어로졸화 가능한 재료(12)를 연소시키지 않고서 에어로졸화 가능한 재료(12)의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기에 충분히 가열된다. 따라서, 제어기(133) 및 장치(100)는 전체적으로, 에어로졸화 가능한 재료(12)를 연소시키지 않고서 에어로졸화 가능한 재료(12)의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해 에어로졸화 가능한 재료(12)를 가열하도록 배열된다.
일부 실시예들에서, 온도 범위는 약 150 ℃ 내지 약 300 ℃이다. 온도 범위는, 예를 들어 150 ℃ 초과, 또는 200 ℃ 초과, 또는 250 ℃ 초과일 수 있다. 온도 범위는, 예를 들어 300 ℃ 미만, 또는 290 ℃ 미만, 또는 250 ℃ 미만일 수 있다. 일부 실시예들에서, 온도 범위의 상한은 300 ℃ 초과일 수 있다. 일부 실시예들에서, 온도 센서는 생략될 수 있다.
본 실시예에 대한 변형예들에서, 가열 요소(2)는 사용 시에 전부보다 적은 가변 자기장들에 의해 침투 가능할 수 있다. 그러한 일부 변형예들에서, 가열 요소(2)의 비침투된 부분(들)은 가열 요소(2)의 침투된 부분(들)으로부터의 열 전도에 의해 사용 시에 가열될 수 있다.
일부 실시예들에서, 물품(10)은 물품(10)의 에어로졸화 가능한 재료(12)를 가열하기 위해 사용 시에 가변 자기장들 중 하나 이상의 침투에 의해 가열 가능한 가열 재료를 포함하는 적어도 하나의 가열 요소를 포함할 수 있다. 물품(10)의 가열 요소(들)는 물품(10)의 에어로졸화 가능한 재료(12)와 열 접촉하고, 일부 실시예들에서는 표면 접촉할 것이다. 예를 들어, 그러한 물품(10)의 가열 요소는 세장형이고, 물품(10)의 제1 단부로부터 물품(10)의 대향하는 제2 단부까지 연장될 수 있다. 물품(10)의 가열 요소는, 예를 들어 관형 또는 로드형일 수 있다. 그러한 일부 실시예들에서, 에어로졸화 가능한 재료는 물품(10)의 관형 가열 요소의 반경방향 내측 또는 반경방향 외측에 있을 수 있다. 일부 실시예들에서, 물품(10)은 물품(10)의 에어로졸화 가능한 재료(12) 내에 분산된 가열 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 물품(10)은 에어로졸화 가능한 재료(12)와 요소들의 혼합물을 포함하는 재료를 포함할 수 있으며, 여기서 요소들 각각은 가변 자기장의 침투에 의해 가열 가능한 가열 재료를 포함한다. 요소들 각각은 가열 재료의 폐쇄 회로를 포함할 수 있다. 요소들의 일부 또는 각각은, 예를 들어 링형이거나, 구형이거나, 또는 가열 재료의 복수의 개별 스트랜드들로 형성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 장치(100)는, 이 장치(100)와 함께 사용 가능한 물품(10)과 별도로 판매되거나, 공급되거나, 다른 방식으로 제공된다. 그러나, 일부 실시예들에서, 장치(100) 및 하나 이상의 물품들(10)은, 가능하게는 청소 기구들(cleaning utensils)과 같은 추가적인 구성요소들을 갖는 키트(kit) 또는 조립체와 같은 시스템으로서 함께 제공될 수 있다.
전술한 실시예들 각각에서, 물품(10)은 소모성 물품이다. 물품(10) 내의 에어로졸화 가능한 재료(12)의 휘발성 성분(들)의 전부 또는 실질적으로 전부가 소비되면, 사용자는 장치(100)의 가열 구역(110)으로부터 물품(10)을 제거하고 물품(10)을 폐기할 수 있다. 이어서, 사용자는 물품들(10) 중 다른 것을 갖는 장치(100)를 재사용할 수 있다. 그러나, 다른 각각의 실시예들에서, 물품은 비-소모품일 수 있고, 장치 및 물품은 에어로졸화 가능한 재료의 휘발성 성분(들)이 소비되면, 함께 폐기될 수 있다.
상기에서 논의된 실시예들 각각에서, 가열 재료는 스테인리스강이다. 그러나, 다른 실시예들에서, 가열 재료는 전기 전도성 재료, 자성 재료 및 자성의 전기 전도성 재료로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 재료들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 가열 재료는 금속 또는 금속 합금을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 가열 재료는 알루미늄, 금, 철, 니켈, 코발트, 도전성 탄소, 흑연, 강, 보통 탄소강, 연강, 스테인리스강, 페라이트계 스테인리스강, 구리 및 청동으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 재료들을 포함할 수 있다. 다른 가열 재료(들)가 다른 실시예들에서 사용될 수 있다.
전술한 실시예들 각각에서, 에어로졸화 가능한 재료는 담배를 포함한다. 그러나, 이들 실시예들 각각에 대한 각각의 변형예들에서, 에어로졸화 가능한 재료는 담배로 구성될 수 있거나, 담배로 실질적으로 전체적으로 구성될 수 있거나, 담배, 및 담배 이외의 에어로졸화 가능한 재료를 포함할 수 있거나, 담배 이외의 에어로졸화 가능한 재료를 포함할 수 있거나, 담배가 없을 수 있다. 일부 실시예들에서, 에어로졸화 가능한 재료는 증기 또는 에어로졸 형성제 또는 습윤제, 예컨대 글리세롤, 프로필렌 글리콜, 트리아세틴(triacetin) 또는 디에틸렌 글리콜(diethylene glycol)을 포함할 수 있다.
다양한 쟁점들을 해결하고 당해 기술을 진전시키기 위하여, 본 개시의 전체는, 청구된 발명이 실시될 수 있고, 우수한 관형 가열 요소들, 에어로졸화 가능한 재료를 가열하여 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 장치, 및 그러한 장치 및 에어로졸화 가능한 재료를 포함하는 물품을 포함하는 시스템들을 제공하는 다양한 실시예들을 예시 및 예로서 보여준다. 본 개시의 장점들 및 특징들은 실시예들의 대표적인 샘플에 불과하고, 여기에만 국한되고 그리고/또는 배타적인 것은 아니다. 이러한 장점들 및 특징들은 청구되거나 그렇지 않으면 개시된 특징들을 이해하는 것을 돕기 위해 그리고 교시하기 위해 단지 제시된다. 본 개시의 장점들, 실시예들, 예들, 기능들, 특징들, 구조들, 및/또는 다른 양태들은 청구항들에 의해 정의된 바와 같은 본 개시에 대한 제한들로서, 또는 청구항들의 균등물들에 대한 제한들로서 고려되지 않아야 하고, 본 개시의 범위 및/또는 사상으로부터 이탈하지 않으면서 다른 실시예들이 활용될 수 있고, 변형들이 행해질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 다양한 실시예들은 개시된 요소들, 구성요소들, 특징들, 부분들, 단계들, 수단들 등의 다양한 조합들을 적절하게 포함할 수 있거나, 이들로 구성될 수 있거나, 이들을 필수 구성으로 포함(consist in essence of)할 수 있다. 본 개시는 현재 청구되지 않지만 추후에 청구될 수 있는 다른 발명들을 포함할 수 있다.

Claims (31)

  1. 에어로졸화 가능한 재료(aerosolisable material)를 가열하여 상기 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 장치에 사용하기 위한 관형 가열 요소(tubular heating element)로서,
    상기 관형 가열 요소는 가변 자기장(varying magnetic field)에 의한 침투에 의해 가열 가능한 가열 재료를 포함하고, 상기 관형 가열 요소는 1 밀리미터 이하의 벽 두께를 갖는,
    에어로졸화 가능한 재료를 가열하여 상기 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 장치에 사용하기 위한 관형 가열 요소.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 벽 두께는 0.3 밀리미터 이하인,
    에어로졸화 가능한 재료를 가열하여 상기 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 장치에 사용하기 위한 관형 가열 요소.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 벽 두께는 적어도 0.05 밀리미터인,
    에어로졸화 가능한 재료를 가열하여 상기 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 장치에 사용하기 위한 관형 가열 요소.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관형 가열 요소의 외경 또는 치수는 0.3 밀리미터 내지 5 밀리미터인,
    에어로졸화 가능한 재료를 가열하여 상기 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 장치에 사용하기 위한 관형 가열 요소.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관형 가열 요소의 내경 또는 치수는 0.1 밀리미터 내지 2.1 밀리미터인,
    에어로졸화 가능한 재료를 가열하여 상기 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 장치에 사용하기 위한 관형 가열 요소.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    내열성 지지체(heat resistant support) 및 상기 지지체 상의 코팅(coating)을 포함하며, 상기 코팅은 상기 가열 재료를 포함하는,
    에어로졸화 가능한 재료를 가열하여 상기 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 장치에 사용하기 위한 관형 가열 요소.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 코팅은 상기 지지체의 반경방향 외측에 위치되는,
    에어로졸화 가능한 재료를 가열하여 상기 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 장치에 사용하기 위한 관형 가열 요소.
  8. 에어로졸화 가능한 재료를 가열하여 상기 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 장치에 사용하기 위한 관형 가열 요소로서,
    상기 관형 가열 요소는 내열성 지지체 및 상기 지지체 상의 코팅을 포함하며, 상기 코팅은 가변 자기장에 의한 침투에 의해 가열 가능한 가열 재료를 포함하고, 상기 코팅은 상기 지지체의 반경방향 외측에 위치되는,
    에어로졸화 가능한 재료를 가열하여 상기 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 장치에 사용하기 위한 관형 가열 요소.
  9. 제6 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅의 가열 재료는 강자성 재료인,
    에어로졸화 가능한 재료를 가열하여 상기 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 장치에 사용하기 위한 관형 가열 요소.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 강자성 재료는 니켈 또는 코발트를 포함하는,
    에어로졸화 가능한 재료를 가열하여 상기 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 장치에 사용하기 위한 관형 가열 요소.
  11. 제6 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    내열성 보호 코팅(heat resistant protective coating)을 포함하며, 상기 가열 재료를 포함하는 코팅은 상기 지지체와 상기 내열성 보호 코팅 사이에 위치되는,
    에어로졸화 가능한 재료를 가열하여 상기 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 장치에 사용하기 위한 관형 가열 요소.
  12. 에어로졸화 가능한 재료를 가열하여 상기 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 장치로서,
    에어로졸화 가능한 재료를 포함하는 하나 이상의 물품들을 수용하기 위한 가열 구역(heating zone);
    상기 가열 구역을 가열하기 위해 가변 자기장에 의한 침투에 의해 가열 가능한 가열 재료를 포함하는 가열 요소―상기 가열 요소는 상기 가열 구역에 의해 에워싸여 있음―; 및
    사용 시에 상기 가열 요소의 각각의 종방향 부분들에 침투하는 가변 자기장들을 발생시키기 위한 자기장 발생기(magnetic field generator)를 포함하며, 상기 자기장 발생기는 상기 가열 구역의 종축을 따라 순차적으로 그리고 각각의 평면들에 배열된 전기 전도성 재료의 복수의 플랫 나선형 코일들(flat spiral coils)을 포함하는,
    에어로졸화 가능한 재료를 가열하여 상기 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 가열 요소는 상기 가열 구역의 종축에 평행하게 또는 그와 동축으로 연장되는,
    에어로졸화 가능한 재료를 가열하여 상기 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 장치.
  14. 제12 항 또는 제13 항에 있어서,
    상기 가열 요소는 관형인,
    에어로졸화 가능한 재료를 가열하여 상기 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 장치.
  15. 제12 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 요소는 내열성 지지체 및 상기 지지체 상의 코팅을 포함하며, 상기 코팅은 상기 가열 재료를 포함하는,
    에어로졸화 가능한 재료를 가열하여 상기 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 장치.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 코팅의 가열 재료는 강자성 재료인,
    에어로졸화 가능한 재료를 가열하여 상기 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 장치.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 강자성 재료는 니켈 또는 코발트를 포함하는,
    에어로졸화 가능한 재료를 가열하여 상기 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 장치.
  18. 제12 항 내지 제17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 요소는 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항의 관형 가열 요소를 포함하는,
    에어로졸화 가능한 재료를 가열하여 상기 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 장치.
  19. 제12 항 내지 제18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 요소를 상기 가열 구역에 대해 제 포지션에 유지하고 공기가 사용 시에 상기 가열 구역으로 진입할 수 있게 하는 적어도 하나의 공기 입구를 규정하는 본체를 포함하는,
    에어로졸화 가능한 재료를 가열하여 상기 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 장치.
  20. 제12 항 내지 제19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 요소는 상기 장치로부터 제거 가능한,
    에어로졸화 가능한 재료를 가열하여 상기 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 장치.
  21. 제19 항의 종속항인 경우의 제20 항에 있어서,
    상기 가열 요소와 상기 본체의 조합이 상기 장치로부터 제거 가능한,
    에어로졸화 가능한 재료를 가열하여 상기 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 장치.
  22. 제12 항 내지 제21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평면들은 서로 실질적으로 평행한,
    에어로졸화 가능한 재료를 가열하여 상기 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 장치.
  23. 제12 항 내지 제22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 구역은 상기 복수의 플랫 나선형 코일들 각각의 홀(hole)을 통해 연장되는,
    에어로졸화 가능한 재료를 가열하여 상기 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 장치.
  24. 제23 항에 있어서,
    상기 플랫 나선형 코일들의 홀들에서 에어로졸화 가능한 재료를 포함하는 물품을 지지하기 위한 세장형 지지체(elongate support)를 포함하는,
    에어로졸화 가능한 재료를 가열하여 상기 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 장치.
  25. 제24 항에 있어서,
    상기 세장형 지지체는 관형이고, 상기 가열 구역을 에워싸고 있는,
    에어로졸화 가능한 재료를 가열하여 상기 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 장치.
  26. 제24 항 또는 제25 항에 있어서,
    상기 세장형 지지체는 자기 불침투성 및/또는 전기 비전도성인,
    에어로졸화 가능한 재료를 가열하여 상기 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 장치.
  27. 제12 항 내지 제26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 담배 가열 제품인,
    에어로졸화 가능한 재료를 가열하여 상기 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 장치.
  28. 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항의 관형 가열 요소, 또는 제12 항 내지 제27 항 중 어느 한 항의 장치로서,
    상기 가열 재료는 전기 전도성 재료, 자성 재료 및 자성의 전기 전도성 재료로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 재료들을 포함하는,
    관형 가열 요소 또는 장치.
  29. 제1 항 내지 제11 항 또는 제28 항 중 어느 한 항의 관형 가열 요소, 또는 제12 항 내지 제28 항 중 어느 한 항의 장치로서,
    상기 가열 재료는 금속 또는 금속 합금을 포함하는,
    관형 가열 요소 또는 장치.
  30. 제1 항 내지 제11 항, 제28 항 또는 제29 항 중 어느 한 항의 관형 가열 요소, 또는 제12 항 내지 제29 항 중 어느 한 항의 장치로서,
    상기 가열 재료는 알루미늄, 금, 철, 니켈, 코발트, 전도성 탄소(conductive carbon), 흑연, 강, 보통 탄소강(plain-carbon steel), 연강, 스테인리스강, 페라이트계 스테인리스강(ferritic stainless steel), 구리 및 청동으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 재료들을 포함하는,
    관형 가열 요소 또는 장치.
  31. 에어로졸화 가능한 재료를 가열하여 상기 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 시스템으로서,
    제12 항 내지 제30 항 중 어느 한 항에 따른 장치; 및
    에어로졸화 가능한 재료를 포함하고 상기 장치의 가열 구역에 위치하는 물품을 포함하는,
    에어로졸화 가능한 재료를 가열하여 상기 에어로졸화 가능한 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위한 시스템.
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