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KR102060691B1 - 가열식 흡연가능 재료 - Google Patents

가열식 흡연가능 재료 Download PDF

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KR102060691B1
KR102060691B1 KR1020197005228A KR20197005228A KR102060691B1 KR 102060691 B1 KR102060691 B1 KR 102060691B1 KR 1020197005228 A KR1020197005228 A KR 1020197005228A KR 20197005228 A KR20197005228 A KR 20197005228A KR 102060691 B1 KR102060691 B1 KR 102060691B1
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heater
heat
smokeable
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표트르 에고얀츠
드미트리 볼로부에브
파벨 피민
올레그 아브라모브
레오니드 채츄린
루바 미트닉-간킨
Original Assignee
브리티시 아메리칸 토바코 (인베스트먼츠) 리미티드
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Abstract

흡연가능 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해, 상기 흡연가능 재료를 가열하도록 구성되는 히터를 포함하며, 상기 히터는, 세장형이고, 상기 히터의 길이방향 축선을 따라 순차적으로 배열되는 복수의 독립적으로 제어 가능한 가열 영역을 포함하는 장치.

Description

가열식 흡연가능 재료 {HEATING SMOKEABLE MATERIAL}
본 발명은 가열식 흡연가능 재료에 관한 것이다.
궐련 및 여송연과 같은 흡연 물품은 담배 연기를 생성하기 위해, 사용 중에 담배를 연소시킨다. 담배 연기를 발생시키지 않고서, 화합물을 배출하는 제품을 생산함으로써 이들 흡연 물품에 대한 대안예를 제공하고자 하는 시도가 있어 왔다. 이러한 제품의 예에는, 담배를 무연소 가열시킴으로써 화합물을 배출하는 이른바 가열 무연소(heat-not-burn) 제품이 있다.
본 발명에 따르면, 흡연가능 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해, 흡연가능 재료를 가열하도록 구성되는 히터를 포함하는 장치로서, 상기 히터는 세장형이고, 히터의 길이방향 축선을 따라 순차적으로 배열되는 독립적으로 제어 가능한 복수의 가열 영역을 포함하는 장치가 제공된다.
각각의 가열 영역의 길이는 히터의 길이보다 작을 수 있다.
각각의 가열 영역은 히터의 길이보다 작은 길이를 갖는 길이방향 가열 요소를 포함할 수 있다.
가열 영역은 히터의 길이방향 축선을 따라 단부와 단부를 잇는(end-to-end) 관계로 배열될 수 있다.
히터는 복수의 가열 영역에 걸쳐 연장되는 길이방향 표면을 포함할 수 있다.
히터는 히터의 길이방향 표면의 외측 주위에 위치되는 흡연가능 재료를 가열하도록 구성될 수 있다.
각각의 가열 영역은 히터의 디스크-형 섹션을 포함할 수 있다.
히터는 상기 장치의 길이방향 축선을 따라 배열될 수 있고, 흡연가능 재료는 히터의 길이방향 표면의 외측에 동축으로 위치될 수 있다.
흡연가능 재료는 흡연가능 재료의 실질적으로 관형인 본체를 포함할 수 있다.
히터는 히터의 길이방향 표면 내측에 위치되는 흡연가능 재료를 가열하도록 구성될 수 있다.
각각의 가열 영역은 히터의 링-형 섹션을 포함할 수 있다.
히터는 상기 장치의 길이방향 축선을 따라 배열될 수 있고, 흡연가능 재료는 히터의 길이방향 표면의 내측에 동축으로 위치될 수 있다.
히터는 흡연가능 재료를 가열하도록 구성되는 엠보싱된 외부 표면을 포함할 수 있다.
히터는 형상이 실질적으로 원통일 수 있다.
각각의 가열 영역은 히터의 실질적으로 원통인 섹션을 포함할 수 있다.
히터는 대략 100℃ 내지 250℃ 범위의 온도, 예를 들어 대략 150℃ 내지 대략 250℃ 범위의 온도까지 흡연가능 재료를 가열하도록 구성될 수 있다.
각각의 가열 영역은 흡연가능 재료의 상이한 섹션을 가열하도록 배열될 수 있다.
상기 장치는 일정 기간에 걸쳐, 순차적으로 가열 영역을 활성화시키도록 구성된 제어기를 포함할 수 있다.
제어기는 흡인행위(puff)에 응답하여 각각의 가열 영역을 활성화시키도록 구성될 수 있다.
히터는 열에너지를 방출하기 위해 전기 에너지에 반응하는 실질적으로 세라믹 히터일 수 있다.
상기 장치는 흡연가능 재료를 연소시키지 않고서 흡연가능 재료를 가열하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 흡연가능 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해, 흡연가능 재료를 가열하도록 구성되는 히터로서, 상기 히터의 길이방향 축선을 따라 순차적으로 배열되는 독립적으로 제어 가능한 복수의 가열 영역을 포함하는 히터가 제공된다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 적외선 히터를 포함하여, 흡연가능 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해 흡연가능 재료를 가열하도록 구성되는 장치가 제공된다.
적외선 히터는 할로겐 적외선 히터를 포함할 수 있다.
단지 예시적인 목적에서, 본 발명의 실시예들은 이하 첨부 도면을 참조하여 설명된다.
도 1은 흡연가능 재료로부터 방향족 화합물 및/또는 니코틴을 배출하기 위해, 흡연가능 재료를 가열하도록 구성되는 장치의 부분 절단 사시도이다.
도 2는 반경 방향 가열 섹션으로 나누어진 세장형 세라믹 히터 주위에 흡연가능 재료가 제공되는, 흡연가능 재료를 가열하도록 구성된 장치의 부분 절단 사시도이다.
도 3은 반경 방향 가열 섹션으로 나누어진 세장형 세라믹 히터 주위에 흡연가능 재료가 제공되는, 흡연가능 재료를 가열하도록 구성되는 장치의 부분 절단 분해도이다.
도 4는 세장형 적외선 히터 주위에 흡연가능 재료가 제공되는, 흡연가능 재료를 가열하도록 구성되는 장치의 부분 절단 사시도이다.
도 5는 세장형 적외선 히터 주위에 흡연가능 재료가 제공되는, 흡연가능 재료를 가열하도록 구성되는 장치의 부분 절단 분해도이다.
도 6은 길이방향 중심 축선을 중심으로 이격되어 있는 복수의 길이방향 세장형 가열 섹션 주위에 흡연가능 재료가 제공되는, 흡연가능 재료를 가열하도록 구성되는 장치의 일부에 대한 개략도이다.
도 7은 쌍을 이룬 직립 가열 플레이트들 사이에 흡연가능 재료의 영역들이 제공되는, 흡연가능 재료를 가열하도록 구성되는 장치의 일부의 사시도이다.
도 8은 외부 하우징이 추가로 예시되는, 도 7에 도시된 장치의 사시도이다.
도 9는 쌍을 이룬 직립 가열 플레이트들 사이에 흡연가능 재료의 영역들이 제공되는, 흡연가능 재료를 가열하도록 구성되는 장치의 일부의 분해도이다.
도 10은 흡인행위 동안, 가열 영역을 활성화시키고, 가열 챔버 밸브를 개폐하는 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 11은 흡연가능 재료를 가열하도록 구성되는 장치를 통과하는 기체성 유동의 개략도이다.
도 12는 히터를 사용하여 흡연가능 재료를 가열하는데 사용될 수 있는 가열 패턴의 그래프이다.
도 13은 가열 동안, 흡연가능 재료를 압축하도록 구성되는 흡연가능 재료 압축기의 개략도이다.
도 14는 흡인행위 동안, 흡연가능 재료를 확장시키도록 구성되는 흡연가능 재료 확장기의 개략도이다.
도 15는 가열 동안 흡연가능 재료를 압축하고, 흡인행위를 위해 흡연가능 재료를 확장시키는 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 16은 가열된 흡연가능 재료를 열손실로부터 절연시키도록 구성되는 진공 절연의 섹션에 대한 개략적인 단면도이다.
도 17은 가열된 흡연가능 재료를 열손실로부터 절연시키도록 구성되는 진공 절연의 섹션에 대한 다른 개략적인 단면도이다.
도 18은 고온 절연 벽으로부터 저온 절연 벽까지 간접 경로를 따르는 내열성 열교부(heat resistive thermal bridge)의 개략적인 단면도이다.
도 19는 선택적으로 열 에너지가 윈도우를 통해 흡연가능 재료의 상이한 섹션에 전달될 수 있도록 흡연가능 재료의 본체에 대해 이동 가능한 열 차폐 및 열 투과 윈도우의 개략적인 단면도이다.
도 20은 가열 챔버가 체크 밸브에 의해 기밀 밀봉되는, 흡연가능 재료를 가열하도록 구성되는 장치의 일부에 대한 개략적인 단면도이다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, '흡연가능 재료'라는 용어는, 가열 시 휘발 성분을 제공하는 임의의 재료를 포함하고, 담배-함유 재료를 포함하며, 예를 들어 담배, 담배 파생물, 팽화 담배, 재생 담배 또는 담배 대용물 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
흡연가능 재료를 가열하기 위한 장치(1)는 에너지원(2), 히터(3) 및 가열 챔버(4)를 포함한다. 에너지원(2)은 Li-ion 배터리, Ni 배터리, 알칼라인 배터리 및/또는 기타와 같은 배터리를 포함할 수 있으며, 필요 시 전기 에너지를 히터(3)에 공급하기 위해 히터(3)에 전기적으로 결합된다. 가열 챔버(4)는 흡연가능 재료(5)가 가열 챔버(4)에서 가열될 수 있게끔, 흡연가능 재료(5)를 수용하도록 구성된다. 예를 들어, 가열 챔버(4)는, 흡연가능 재료(5)를 연소시키지 않고서, 흡연가능 재료(5) 내 방향족 화합물 및 니코틴을 휘발시키기 위해, 히터(3)로부터의 열 에너지가 흡연가능 재료(5)를 가열하도록, 히터(3)에 인접하여 위치될 수 있다. 장치(1)의 사용 동안, 장치(1)의 사용자가 휘발된 화합물을 흡기할 수 있는 마우스피스(6)가 제공된다. 흡연가능 재료(5)는 담배 블레드를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 히터(3)는 실질적으로 원통인 세장형 히터(3)를 포함할 수 있고, 가열 챔버(4)는 히터(3)의 둘레를 둘러싼 길이방향 표면 주위에 위치된다. 따라서, 가열 챔버(4) 및 흡연가능 재료(5)는 히터(3)를 중심으로 한 동축 층을 포함한다. 그러나, 이하의 논의로부터 명백한 바와 같이, 대안적으로 히터(3) 및 가열 챔버(4)의 다른 형상 및 구성이 사용될 수 있다.
하우징(7)은 에너지원(2) 및 히터(3)와 같은 장치(1)의 구성요소들을 수용할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 하우징(7)은 그 제1 단부(8) 쪽에 에너지원(2)이 위치되고, 맞은편의 제2 단부(9) 쪽에 히터(3) 및 가열 챔버(4)가 위치되는 대략적으로 원통인 관을 포함할 수 있다. 에너지원(2) 및 히터(3)는 하우징(7)의 길이방향 축선을 따라 연장된다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 에너지원(2) 및 히터(3)는 에너지원(2)의 단부면이 히터(3)의 단부면과 대면하도록, 단부와 단부를 잇는 배열로 하우징(7)의 길이방향 중심 축선을 따라 정렬될 수 있다. 하우징(7)의 길이는 대략 130 mm일 수 있고, 에너지원의 길이는 대략 59 mm일 수 있으며, 히터(3) 및 가열 영역(4)의 길이는 대략 50 mm일 수 있다. 하우징(7)의 직경은 대략 15 mm 내지 대략 18 mm일 수 있다. 예를 들어, 하우징의 제1 단부(8)의 직경은 18 mm일 수 있는데 반해, 하우징의 제2 단부(9)에 있는 마우스피스(6)의 직경은 15 mm일 수 있다. 히터(3)의 직경은 대략 2.0 mm 내지 대략 6.0 mm일 수 있다. 히터(3)의 직경은 예를 들어, 대략 4.0 mm 내지 대략 4.5 mm 또는 대략 2.0 mm 내지 대략 3.0 mm일 수 있다. 대안적으로, 이들 범위를 벗어난 히터 직경이 사용될 수 있다. 가열 챔버(4)의 깊이는 대략 5 mm일 수 있고, 가열 챔버(4)는 외측 대면에서 대략 10 mm의 외경을 가질 수 있다. 에너지원(2)의 직경은 대략 14.0 mm 내지 대략 15.0 mm, 예를 들어 14.6 mm일 수 있다.
하나에서 다른 하나로의 직접적인 열 전달을 방지하기 위해, 에너지원(2)과 히터(3) 사이에는 열절연이 제공될 수 있다. 마우스피스(6)는 가열 챔버(4) 및 흡연가능 재료(5)에 인접하여, 하우징(7)의 제2 단부(9)에 위치될 수 있다. 하우징(7)은 사용자가 장치(1)의 마우스피스(6)로부터 휘발된 흡연가능 재료 화합물을 흡입할 수 있도록, 장치(1)의 사용 동안 사용자에 의해 파지되기에 적합하다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 히터(3)는 세라믹 히터(3)를 포함할 수 있다. 세라믹 히터(3)는 예를 들어, 적층 및 소결되는 알루미나 및/또는 질화규소의 베이스 세라믹스를 포함할 수 있다. 대안적으로, 도 4 및 도 5를 참조하면, 히터(3)는 할로겐-IR 램프(3)와 같은 적외선(IR) 히터(3)를 포함할 수 있다. IR 히터(3)는 저 질량을 가질 수 있으며, 이로써 IR 히터의 사용은 장치(1)의 전체 질량을 감소시키는데 일조할 수 있다. 예를 들어, IR 히터의 질량은 동등한 가열 전력 출력을 갖는 세라믹 히터(3)의 질량보다 20% 내지 30% 적을 수 있다. IR 히터(3)는 또한, 저 열적 관성을 가지며, 이에 따라 활성화 자극에 매우 신속하게 응답하여 흡연가능 재료(5)를 가열할 수 있다. IR 히터(3)는 대략 700 nm 내지 4.5 ㎛ 파장의 IR 전자기 방사선을 방출하도록 구성될 수 있다.
전술되고 도 1에 도시된 바와 같이, 히터(3)는 하우징(7)의 중심 영역에 위치될 수 있고, 가열 챔버(4) 및 흡연가능 재료(5)는 히터(3)의 길이방향 표면 주위에 위치될 수 있다. 이러한 배열에서, 히터(3)에 의해 방출된 열 에너지는 히터(3)의 길이방향 표면으로부터 반경 방향 외측으로 가열 챔버(4) 및 흡연가능 재료(5) 내로 이동한다.
히터(3)는 선택적으로, 복수의 개별 가열 영역(10)을 포함할 수 있다. 가열 영역(10)은 흡연가능 재료(5)를 가열하기 위해 상이한 영역(10)이 서로 다른 시간에 활성화될 수 있도록, 서로 독립적으로 작동할 수 있다. 가열 영역(10)은 임의의 기하학적 배열로 히터(3)에 배열될 수 있다. 그러나, 도면에 도시된 예에서, 가열 영역(10)은 가열 영역(10) 중 서로 다른 영역이 지배적으로 그리고 독립적으로 흡연가능 재료(5)의 서로 다른 영역을 가열하게끔 배열되도록, 히터(3)에 기하학적으로 배열된다.
예를 들어, 도 2를 참조하면, 히터(3)는 축산방향으로 정렬된 복수의 가열 영역(10)을 포함할 수 있다. 영역(10)은 각각 히터(3)의 개별 요소를 포함할 수 있다. 가열 영역(10)은 예를 들어, 모두 히터(3)의 길이방향 축선을 따라 서로 정렬되어, 히터(3)의 길이를 따라 복수의 독립적인 가열 구역을 제공할 수 있다. 각각의 가열 영역(10)은 전체적인 히터(3)의 길이보다 상당히 짧은 유한 길이를 갖는 가열 실린더(10)를 포함할 수 있다. 실린더(10)의 배열 및 특징은 각각이 실린더 길이와 동등한 깊이를 갖는 가열 디스크에 관해 이하 논의된다. 가열 디스크(10)는 반경 방향 표면이 히터(3)의 길이를 따라 서로 대면하게끔 배열된다. 디스크(10) 각각의 반경 방향 표면은 이웃하는 디스크(10)의 반경 방향 표면과 접촉할 수 있다. 대안적으로, 디스크(10) 중 각각의 디스크로부터 방출되는 열 에너지가 이웃하는 디스크(10)를 실질적으로 가열하지 않는 대신, 주로 외측으로 이동하여 디스크(10)의 원주방향 표면으로부터 가열 챔버(4) 및 흡연가능 재료(5)로 이동하도록, 열 절연 또는 열 반사 층이 디스크(10)의 반경 방향 표면들 사이에 존재할 수 있다. 각각의 디스크(10)는 다른 디스크(10)와 실질적으로 동일한 치수를 가질 수 있다.
이러한 방식으로, 가열 영역(10) 중 특정 영역이 활성화될 때, 이 특정 영역은 흡연가능 재료(5)의 나머지 부분은 실질적으로 가열하지 않고서, 상기 가열 영역(10) 중 상기 특정 영역을 중심으로 반경 방향에 위치된 흡연가능 재료(5)에 열 에너지를 공급한다. 예를 들어, 도 2를 참조하면, 흡연가능 재료(5)의 가열 영역은 활성화된 가열 디스크(10) 주위에 위치된 흡연가능 재료(5)의 고리부를 포함할 수 있다. 따라서, 흡연가능 재료(5)는, 각각의 섹션이 가열 영역(10) 중 특정 영역 바로 그 주위에 위치되는 흡연가능 재료(5)에 대응하고 흡연가능 재료(5) 본체의 전부보다 현저하게 적은 질량 및 체적을 갖는 독립적인 섹션들, 예를 들어 고리부에서 가열될 수 있다.
부수적으로 또는 대안적으로, 도 6을 참조하면, 히터(3)는 히터(3)의 길이방향 중심 축선을 중심으로 서로 다른 위치에 위치되는 세장형의 길이방향으로 연장되는 복수의 가열 영역(10)을 포함할 수 있다. 비록, 도 6에는 상이한 길이인 것으로 도시되어 있지만, 길이방향으로 연장되는 가열 영역(10)은 각각이 히터(3)의 실질적으로 전체 길이를 따라 연장되도록, 실질적으로 동일한 길이를 가질 수 있다. 각각의 가열 영역(10)은 예를 들어, IR 가열 필라멘트(10)와 같은 개별 IR 가열 요소(10)를 포함할 수 있다. 선택적으로, 각각의 가열 영역(10)으로부터 방출된 열 에너지가 히터(3)로부터 지배적으로 외측으로 이동하여 가열 챔버(4) 내로 이동함으로써 흡연가능 재료(5)를 가열하도록, 히터(3)의 길이방향 중심 축선을 따라 열 절연체 또는 열 반사 재료가 제공될 수 있다. 히터(3)의 길이방향 중심 축선과 각각의 가열 영역(10) 사이의 거리는 실질적으로 동일할 수 있다. 선택적으로, 가열 영역(10)은 실질적으로 적외선 및/또는 열 투과 관, 또는 히터(3)의 길이방향 표면을 형성하는 다른 하우징 내에 포함될 수 있다. 가열 영역(10)은 상기 관 내측에서 다른 가열 영역(10)에 대해 위치가 고정될 수 있다.
이러한 방식으로, 가열 영역(10) 중 특정 영역이 활성화될 때, 이 특정 영역은 흡연가능 재료(5)의 나머지 부분은 실질적으로 가열하지 않고서, 상기 가열 영역(10)에 인접하여 위치된 흡연가능 재료(5)에 열 에너지를 공급한다. 흡연가능 재료(5)의 가열 섹션은 길이방향 가열 영역(10)에 평행하게 바로 인접하여 있는 흡연가능 재료(5)의 길이방향 섹션을 포함할 수 있다. 따라서, 전술한 예에서와 같이, 흡연가능 재료(5)는 독립적인 섹션에서 가열될 수 있다.
이하에서 추가로 설명되는 바와 같이, 가열 영역(10) 각각은 개별적으로 그리고 선택적으로 활성화될 수 있다.
흡연가능 재료(5)는 가열 챔버(4) 내로 삽입될 수 있는 카트리지(11)에 포함될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 카트리지(11)는 흡연가능 재료 관(11)의 내부 표면이 히터(3)의 길이방향 표면에 대면하도록, 히터(3) 주위로 삽입될 수 있는 흡연가능 재료 관(11)을 포함할 수 있다. 흡연가능 재료 관(11)은 중공일 수 있다. 관(11)의 중공 중심의 직경은 상기 관(11)이 히터(3) 주위에 억지 끼워맞춤(close fit)되도록, 히터(3)의 직경과 실질적으로 동일하거나, 약간 클 수 있다. 카트리지(11)의 길이는 히터(3)가 전체 길이를 따라 카트리지(11)를 가열할 수 있도록, 히터(3)의 길이와 대략적으로 동일할 수 있다.
상기 장치(1)의 하우징(7)은 카트리지(11)가 가열 챔버(4) 내로 삽입될 수 있는 개구부를 포함할 수 있다. 개구부는 예를 들어, 카트리지(11)가 개구부 내로 미끄러져 들어가 가열 챔버(4)로 바로 밀려들어갈 수 있도록, 하우징의 제2 단부(9)에 위치되는 링-형 개구부를 포함할 수 있다. 상기 개구부는 바람직하게는 흡연가능 재료(5)를 가열하기 위해 장치(1)를 사용하는 동안 폐쇄된다. 대안적으로, 제2 단부(9)에 있는 하우징(7)의 섹션은 흡연가능 재료(5)가 가열 챔버(4) 내로 삽입될 수 있도록, 장치(1)로부터 제거 가능하다. 이의 일 예가 도 9에 도시되어 있다. 선택적으로, 장치(1)에는 사용된 흡연가능 재료(5)를 히터(3)로부터 활주시켜 떼어내거나, 그리고/또는 떨어뜨리도록 구성된 내부 기구와 같은 사용자-작동식 흡연가능 재료 배출 유닛이 장착될 수 있다. 사용된 흡연가능 재료(5)는 예를 들어, 하우징(7) 내 개구부를 통해 밀려날 수 있다. 그 후에, 필요 시 새로운 카트리지(11)가 삽입될 수 있다.
히터(3)의 대안적인 구성에 있어서, 히터(3)는 나선형 히터(3)를 포함한다. 나선형 히터(3)는 흡연가능 재료 카트리지(11)에 끼워지도록 구성될 수 있고, 전술한 바와 실질적으로 동일한 방식으로, 전술한 선형의 세장형 히터(3)를 작동시키기 위해, 축선 방향으로 정렬된 인접한 가열 영역(10)을 포함할 수 있다.
히터(3) 및 가열 챔버(4)의 대안적인 구성에 있어서, 히터(3)는 원통일 수 있는 실질적으로 세장형의 관을 포함하고, 가열 챔버(4)는 히터의 외측 주위가 아니라 상기 관(3)의 내측에 위치된다. 히터(3)는, 각각이 가열 고리부로부터 반경방향 내측에 위치되는 흡연가능 재료(5)를 가열하도록 구성되는 상기 가열 고리부를 포함할 수 있는 축선 방향으로 정렬된 복수의 가열 섹션을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 히터(3)는 도 2에 관해 전술한 히터(3)와 유사한 방식으로, 가열 챔버(4) 내 흡연가능 재료(5)의 별도 섹션들을 독립적으로 가열하도록 구성된다. 전술한 바와 같이 반경방향 외측이 아니라, 흡연가능 재료(5)에 대해 반경방향 내측으로 열이 인가된다.
대안적으로, 도 7, 도 8 및 도 9를 참조하면, 히터(3) 및 흡연가능 재료(5)의 상이한 기하학적 구성이 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 히터(3)는 가열 영역(10)에 의해 섹션들로 나누어지는 세장형 가열 챔버(4) 내로 바로 연장되는 복수의 가열 영역(10)을 포함할 수 있다. 사용 동안, 가열 영역(10)은 세장형 흡연가능 재료 카트리지(11) 또는 흡연가능 재료(5)의 다른 실질적 고형체 내로 바로 연장된다. 이로써, 가열 챔버(4) 내 흡연가능 재료(5)는 이격된 가열 영역(10)에 의해 서로로부터 이격되는 별도의 섹션들로 나누어진다. 히터(3), 가열 챔버(4) 및 흡연가능 재료(5)는 하우징(7)의 길이방향 중심 축선을 따라 함께 연장될 수 있다. 도 7 및 도 9에 도시된 바와 같이, 가열 영역(10) 각각은 흡연가능 재료(5)의 본체로 연장되는 직립 가열 플레이트(10)와 같은 돌출부(10)를 포함할 수 있다. 돌출부(10)는 가열 플레이트(10)의 관점에서 이하 설명된다. 가열 플레이트(10)의 주 평면은 흡연가능 재료(5)의 본체 및 가열 챔버(4) 및/또는 하우징(7)의 길이방향 주 축선에 실질적으로 직교할 수 있다. 가열 플레이트(10)는 도 7 및 도 9에 도시된 바와 같이 서로 평행할 수 있다. 흡연가능 재료(5)의 각각의 섹션은 가열 플레이트(10) 중 하나 또는 둘 모두의 활성화로 인해 열 에너지가 흡연가능 재료(5) 내로 바로 전달될 수 있도록, 흡연가능 재료 섹션의 양 쪽에 위치되는 한 쌍의 가열 플레이트(10)의 주 가열 표면에 의해 경계 지어진다. 가열 표면은 흡연가능 재료(5)에 맞닿는 가열 플레이트(10)의 표면적을 증가시키기 위해 엠보싱처리될 수 있다. 선택적으로, 각각의 가열 플레이트(10)는 상기 플레이트(10)를 주 평면을 따라 2개의 절반부로 나누는 열 반사층을 포함할 수 있다. 따라서, 플레이트(10)의 각각의 절반부는 별도의 가열 영역(10)을 구성할 수 있고, 플레이트(10)의 양 측면 상의 흡연가능 재료(5)가 아니라, 플레이트(10)의 당해 절반부에 바로 맞닿아 있는 흡연가능 재료(5)의 섹션만을 가열하도록 독립적으로 활성화될 수 있다. 인접 플레이트(10) 또는 그 대면 부분은 흡연가능 재료(5)의 섹션의 실질적으로 양 측면으로부터, 인접한 플레이트들 사이에 위치되는 흡연가능 재료(5)의 섹션을 가열하도록 활성화될 수 있다.
세장형 흡연가능 재료 카트리지 또는 본체(11)는 전술한 바와 같이, 하우징의 제2 단부(9)에 있는 하우징(7)의 섹션을 제거함으로써, 가열 챔버(4) 및 가열 플레이트(10) 사이에 설치되고, 이들로부터 제거될 수 있다. 가열 영역(10)은 필요 시, 흡연가능 재료(5)의 상이한 섹션을 가열하기 위해 개별적으로 그리고 선택적으로 활성화될 수 있다.
이러한 방식으로, 가열 영역(10)들 중 특정 영역 또는 특정 쌍이 활성화될 때, 이 특정 영역 또는 특정 쌍은 흡연가능 재료(5)의 나머지 부분은 실질적으로 가열하지 않고서, 상기 가열 영역(들)(10)에 바로 인접하여 위치된 흡연가능 재료(5)에 열 에너지를 공급한다. 흡연가능 재료(5)의 가열 섹션은 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 가열 영역(10)들 사이에 위치되는 흡연가능 재료(5)의 반경방향 섹션을 포함할 수 있다.
장치(1)는 상기 장치(1)의 작동을 제어하도록 구성되는 마이크로제어기(12)와 같은 제어기(12)를 포함할 수 있다. 제어기(12)는 상기 제어기가 신호를 송신 및 수신함으로써 에너지원(2) 및 히터(3)와 같은 상기 장치(1)의 다른 구성요소의 작동을 제어할 수 있도록, 상기 다른 구성요소에 전기적으로 접속된다. 제어기(12)는 특히, 흡연가능 재료(5)를 가열하기 위해, 히터(3)의 활성화를 제어하도록 구성된다. 예를 들어, 제어기(12)는 사용자가 상기 장치(1)의 마우스피스(6)를 빠는 것에 응답하여, 하나 이상의 가열 영역(10)을 선택적으로 활성화시키는 것을 포함할 수 있는 히터(3)를 활성화시키도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 제어기(12)는 적합한 통신 커플링을 통해 흡인행위 센서(puff sensor)(13)와 통신할 수 있다. 흡인행위 센서(13)는 마우스피스(6)에서 흡인행위가 발생한 경우를 검출하도록 구성되며, 이에 응답하여, 흡인행위를 나타내는 신호를 제어기(12)로 송신하도록 구성된다. 전자 신호가 사용될 수 있다. 제어기(12)는 히터(3)를 활성화시켜 흡연가능 재료(5)를 가열함으로써 흡인행위 센서(13)로부터의 신호에 대응할 수 있다. 그러나, 히터(3)를 활성화시키기 위해, 흡인행위 센서(13)를 사용하는 것은 필수적인 것은 아니며, 대안적으로 히터(3)를 활성화시키기 위한 자극을 제공하는 다른 수단이 사용될 수 있다. 그 후, 가열 동안 배출되는 휘발성 화합물이 마우스피스(6)를 통해 사용자에 의해 흡입될 수 있다. 제어기(12)는 하우징(7) 내의 임의의 적합한 위치에 위치될 수 있다. 일 예시적 위치는 도 3에 예시된 바와 같이, 에너지원(2)과 히터(3)/가열 채널(4) 사이이다.
만약, 히터(3)가 전술한 바와 같이 2개 이상의 가열 영역(10)을 포함한다면, 제어기(12)는 미리결정된 순서 또는 패턴으로 가열 영역(10)을 활성화시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어기(12)는 가열 챔버(4)를 따라서 또는 가열 챔버 주위에서 순차적으로 가열 영역(10)을 활성화시키도록 구성될 수 있다. 가열 영역(10)의 각각의 활성화는 흡인행위 센서(13)에 의한 흡인행위의 검출에 응답하여 일어날 수 있거나, 이하 추가로 설명되는 바와 같이, 대안적인 방식으로 촉발될 수 있다.
도 10을 참조하면, 일 예시적인 가열 방법은 제1 흡인행위가 검출되는 제1 단계(S1) 및 그 후에 제1 흡인행위에 응답하여 흡연가능 재료(5)의 제1 섹션이 가열되는 제2 단계(S2)를 포함할 수 있다. 제3 단계(S3)에서, 기밀하게 밀봉 가능한 입구 및 출구 밸브(24)는 공기가 가열 챔버(4)를 통해 인입되고 마우스피스(6)를 통해 상기 장치(1) 외부로 이동할 수 있도록 개방될 수 있다. 제4 단계에서, 밸브(24)가 페쇄된다. 이들 밸브(24)는 도 20을 참조하여 이하에서 보다 상세하게 설명된다. 제5 단계(S5), 제6 단계(S6), 제7 단계(S7) 및 제8 단계(S8)에서, 제2 흡인행위에 응답하여 흡연가능 재료(5)의 제2 섹션이 가열될 수 있으며, 이에 대응하여 가열 챔버 입구 및 출구 밸브(24)가 개방 및 폐쇄된다. 제9 단계(S9), 제10 단계(S10), 제11 단계(S11) 및 제12 단계(S12)에서, 제3 흡인행위에 응답하여 흡연가능 재료(5)의 제3 섹션이 가열될 수 있고, 이에 대응하여 가열 챔버 입구 및 출구 밸브(24)가 개방 및 폐쇄되며, 이하 마찬가지이다. 흡인행위 센서(13)가 아닌 수단이 대안적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 장치(1)의 사용자는 그/그녀가 새로운 흡인행위를 취하는 것을 나타내기 위해 제어 스위치를 작동시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 각각의 새로운 흡인행위에 대해 니코틴 및 방향족 화합물을 휘발시키기 위해, 흡연가능 재료(5)의 새로운 섹션이 가열될 수 있다. 가열 영역(10) 및/또는 흡연가능 재료(5)의 독립적으로 가열 가능한 섹션의 개수는 카트리지(11)가 사용되고자 하는 흡인행위의 횟수에 대응할 수 있다. 대안적으로, 각각의 독립적으로 가열 가능한 흡연가능 재료 섹션(5)은 앞선 흡연가능 재료 섹션을 가열하는 동안 복수의 흡인행위가 취해진 후에야 흡연가능 재료(5)의 새로운 섹션이 가열되도록, 2회, 3회 또는 4회의 흡인행위와 같은 복수의 흡인행위에 대해 대응하는 가열 영역(들)(10)에 의해 가열될 수 있다.
개별 흡인행위에 응답하여 각각의 가열 영역(10)을 활성화하는 대신, 대안적으로 가열 영역(10)은 마우스피스(6)에서의 단일 초기 흡인행위에 응답하여, 번갈아 가며 순차적으로 활성화될 수 있다. 예를 들어, 가열 영역(10)은 특정 흡연가능 재료 카트리지(11)에 대해 예상 흡입 기간에 걸쳐 미리결정된 규칙적인 간격으로 활성화될 수 있다. 흡입 기간은 예를 들어, 대략 1분 내지 대략 4분일 수 있다. 따라서, 도 10에 도시된 적어도 제5 단계(S5) 및 제9 단계(S9)는 선택사항이다. 각각의 가열 영역(10)은 대응하는 독립적으로 가열 가능한 흡연가능 재료 섹션(5)이 가열되게 될 단일 또는 복수의 흡인행위의 기간에 대응하는 미리결정된 기간 동안 활성화될 수 있다. 가열 영역(10) 모두가 특정 카트리지(11)에 대해 활성화된 경우, 제어기(12)는 카트리지(11)가 교체되어야 한다는 것을 사용자에게 알리도록 구성될 수 있다. 제어기(12)는 예를 들어, 하우징(7)의 외부 표면에서 표시등을 활성화시킬 수 있다.
전체 히터(3)를 활성화시키는 대신 개별 가열 영역(10)을 활성화시키는 것은 흡연가능 재료(5)를 가열시키는데 요구되는 에너지가 카트리지(11)의 전체 흡입 기간에 걸쳐 히터(3)가 전체적으로 활성화되는 경우에 요구되는 에너지에 비해 감소된다는 것을 의미한다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 에너지원(2)의 최대 요구 전력 출력도 감소된다. 이는 보다 소형이고 경량인 에너지원(2)이 장치(1)에 설치될 수 있다는 것을 의미한다.
제어기(12)는 히터(3)를 비-활성화시키도록 구성될 수 있거나, 흡인행위들 사이에서 히터(3)에 공급되는 전력을 감소시키도록 구성될 수 있다. 이는 에너지를 절약하고, 에너지원(2)의 수명을 연장시킨다. 예를 들어, 사용자가 마우스피스(6)에 입을 갖다댄 것을 검출하는 것과 같이 몇몇 다른 자극에 응답하여 사용자에 의해 장치(1)가 스위치 온된 경우, 제어기(12)는 히터(3) 또는 다음 가열 영역(10)이 흡연가능 재료(5)를 가열시키는데 사용될 수 있도록 하거나, 히터 또는 다음 가열 영역이 흡연가능 재료(5)의 성분들을 휘발시키는 준비 단계로서 가열되도록 부분적으로 활성화될 수 있게끔 구성될 수 있다. 부분 활성화는 니코틴을 활성화시키기에 충분한 온도까지 흡연가능 재료(5)를 가열하지는 못한다. 적합한 온도는 100℃ 이하와 같이 120℃ 미만일 수 있다. 일 예는 80℃ 내지 100℃의 온도와 같이, 60℃ 내지 100℃의 온도이다. 온도는 100℃ 미만일 수 있다. 흡인행위 센서(13)에 의한 흡인행위의 검출에 응답하여, 그 후 제어기(12)는 추가로, 사용자에 의한 흡입에 대해 니코틴 및 다른 방향족 화합물을 신속하게 휘발시키기 위해, 히터(3) 또는 당해 가열 영역(10)이 흡연가능 재료(5)를 가열시킬 수 있도록 할 수 있다. 흡연가능 재료(5)가 담배를 포함하는 경우, 니코틴 및 다른 방향족 화합물을 휘발시키기에 적합한 온도는 120℃ 이상과 같이 100℃ 이상일 수 있다. 일 예는 100℃ 내지 220℃, 100℃ 내지 200℃, 150℃ 내지 250℃, 또는 130℃ 내지 180℃와 같이, 100℃ 내지 250℃의 온도이다. 온도는 100℃를 초과할 수 있다. 비록 250℃와 같은 다른 값들도 가능하지만, 일 예시적인 완전 활성화 온도는 150℃이다. 흡연가능 재료(5)를 휘발 온도까지 가열하는데 사용되는 피크 전류를 제공하기 위해, 선택적으로 슈퍼-캐패시터가 사용될 수 있다. 적합한 가열 패턴의 일 예가, 피크는 각각 상이한 가열 영역(10)의 전체 활성화를 나타낼 수 있는 도 12에 도시되어 있다. 알 수 있는 바와 같이, 흡연가능 재료(5)는 본 예에서는 2초인 대략적인 흡인행위 기간 동안 휘발 온도로 유지된다.
히터(3)의 3개의 예시적 작동 모드가 이하에 설명된다.
제1 작동 모드에서, 특정 가열 영역(10)의 전체 활성화 동안, 히터의 모든 다른 가열 영역(10)이 활성화된다. 따라서, 새로운 가열 영역(10)이 활성화될 때, 이전의 가열 영역은 비활성화된다. 전력은 활성화 영역(10)에만 공급된다.
대안적으로, 제2 작동 모드에서, 특정 가열 영역(10)의 전체 활성화 동안, 다른 가열 영역(10) 중 하나 이상이 부분적으로 활성화될 수 있다. 하나 이상의 다른 가열 영역(10)의 부분적 활성화는 가열 챔버(4) 내 흡연가능 재료(5)로부터 휘발된 니코틴과 같은 성분의 응결을 실질적으로 방지하는데 충분한 온도까지 다른 가열 영역(들)(10)을 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 부분적으로 활성화되는 가열 영역(10)의 온도는 전체적으로 활성화되는 가열 영역(10)의 온도 미만이다. 부분적으로 활성화된 영역(10)에 인접하여 위치되는 흡연가능 재료(10)는 흡연가능 재료(5)의 성분들을 휘발시키기에 충분한 온도까지 가열되지 않는다.
대안적으로, 제3 작동 모드에서, 특정 가열 영역(10)이 활성화된 경우, 이는 히터(3)가 스위치 오프될 때까지 전체적으로 활성화된 상태를 유지한다. 따라서, 히터(3)에 공급되는 전력은 카트리지(11)로부터의 흡입 동안 보다 많은 가열 영역(10)이 활성화됨에 따라 점진적으로 증가한다. 전술된 제2 모드의 경우에서와 같이, 가열 영역(10)의 연속적인 활성화는 가열 챔버(4) 내 흡연가능 재료(5)로부터 휘발되는 니코틴과 같은 성분들의 응결을 실질적으로 방지한다.
상기 장치(1)는 히터(3)와 가열 챔버(4)/흡연가능 재료(5) 사이에 위치되는 열 차폐체(3a)를 포함할 수 있다. 열 차폐체(3a)는 열 에너지가 열 차폐체(3a)를 통해 유동하는 것을 실질적으로 방지하도록 구성되고, 이에 따라 히터(3)가 활성화되어 열 에너지를 방출하는 경우에조차 흡연가능 재료(5)가 가열되는 것을 선택적으로 방지하는데 사용될 수 있다. 도 19를 참조하면, 열 차폐체(3a)는 예를 들어, 히터(3) 주위에 동축으로 위치되는 열 반사 재료의 원통형 층을 포함할 수 있다. 대안적으로, 히터(3)가 전술한 바와 같이, 가열 챔버(4) 및 흡연가능 재료(5) 주위에 위치되면, 열 차폐체(3a)는 가열 챔버(4) 주위에 동축으로 그리고 히터(3)의 내측에 동축으로 위치되는 열 반사 재료의 원통형 층을 포함할 수 있다. 열 차폐체(3a)는 부수적으로 또는 대안적으로, 흡연가능 재료(5)로부터 히터(3)를 절연하도록 구성되는 단열층을 포함할 수 있다. 열 차폐체(3a)는 열 에너지가 윈도우(3b)를 통해 가열 챔버(4) 및 흡연가능 재료(5) 내로 전파될 수 있도록 하는 실질적으로 열-투과성인 윈도우(3b)를 포함한다. 따라서, 윈도우(3b)와 정렬되는 흡연가능 재료(5)의 섹션이 가열되는 반면, 흡연가능 재료(5)의 나머지 부분은 가열되지 않는다. 열 차폐체(3a) 및 윈도우(3b)는 열 차폐체(3a) 및 윈도우(3b)를 회전 또는 이동시킴으로써, 흡연가능 재료(5)의 상이한 섹션들이 선택적으로 그리고 개별적으로 가열될 수 있도록, 흡연가능 재료(5)에 대해 회전되거나 달리 이동 가능할 수 있다. 효과는 앞서 언급된 가열 영역(10)을 선택적으로 그리고 개별적으로 활성화시킴으로써 제공되는 효과와 유사하다. 예를 들어, 열 차폐체(3a) 및 윈도우(3b)는 흡인행위 검출기(13)로부터의 신호에 응답하여 점진적으로 회전 또는 달리 이동될 수 있다. 부수적으로 또는 대안적으로, 열 차폐체(3a) 및 윈도우(3b)는 미리결정된 가열 기간 경과에 응답하여 점진적으로 회전 또는 달리 이동될 수 있다. 열 차폐체(3a) 및 윈도우(3b)의 이동 또는 회전은 제어기(12)로부터의 전기 신호에 의해 제어될 수 있다. 열 차폐체(3a)/윈도우(3b) 및 흡연가능 재료(5)의 상대적 회전 또는 그 밖의 이동은 제어기(12)의 제어하에서 스테퍼 모터(3c)에 의해 구동될 수 있다. 이는 도 19에 예시된다. 대안적으로, 열 차폐체(3a) 및 윈도우(3b)는 하우징(7) 상의 액추에이터와 같은 사용자 제어를 사용하여 수동으로 회전될 수 있다. 열 차폐체(3a)는 원통형일 필요는 없으며, 선택적으로, 하나 이상의 적합하게 위치되는 길이방향 연장 요소 및/또는 플레이트를 포함할 수 있다.
히터(3), 열 차폐체(3a) 및 윈도우(3b)에 대해 흡연가능 재료(5)를 회전 또는 이동시킴으로써, 유사한 결과를 얻을 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 가열 챔버(4)는 히터(3) 주위에서 회전 가능할 수 있다. 이러한 경우라면, 열 차폐체(3a)에 대한 가열 챔버(4)의 이동 대신 열 차폐체(3a)의 이동에 대해 전술한 설명이 적용될 수 있다.
열 차폐체(3a)는 히터(3)의 길이방향 표면 상의 코팅을 포함할 수 있다. 이러한 경우에, 히터 표면의 소정 영역은 열-투과 윈도우(3b)를 형성하기 위해 코팅되지 않은 채로 남아 있다. 히터(3)는 흡연가능 재료(5)의 상이한 섹션이 가열되도록 하기 위해, 예를 들어 제어기(12)의 제어 또는 사용자 제어하에서 회전 또는 달리 이동될 수 있다. 대안적으로, 열 차폐체(3a) 및 윈도우(3b)는 제어기(12)의 제어 또는 그 밖의 다른 사용자 제어하에서 히터(3) 및 흡연가능 재료(5) 둘 모두에 대해 회전 가능하거나 달리 이동 가능한 별도의 차폐체(3a)를 포함할 수 있다.
도 6을 참조하면, 장치(1)는 흡인행위 동안, 외부 공기가 하우징(7) 내로 인입되어 가열된 흡연가능 재료(5)를 통해 이동될 수 있도록 하는 공기 입구(14)를 포함할 수 있다. 공기 입구(14)는 하우징(7) 내 어퍼처(14)를 포함할 수 있고, 흡연가능 재료(5) 및 가열 챔버(4)로부터 하우징(7)의 제1 단부(8) 쪽 상류측에 위치될 수 있다. 이는 도 1에 도시되어 있다.
다른 예가 도 11에 도시되어 있다. 입구(14)를 통해 인입된 공기는 가열된 흡연가능 재료(5)를 통과하고, 마우스피스(6)에서 사용자에 의해 흡입되기 전에, 아로마 증기와 같은 흡연가능 재료 증기가 강화된다. 선택적으로, 도 11에 도시된 바와 같이, 장치(1)는 공기가 흡연가능 재료(5) 내로 진입하기 전에 공기를 데우고, 그리고/또는 공기가 마우스피스(6)를 통해 인입되기 전에 공기를 냉각시키도록 구성되는 열 교환기(15)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 열 교환기(15)는 공기가 흡연가능 재료(5) 내로 진입하기 전에 새로운 공기를 데우는 데에, 마우스피스(6) 내로 진입하는 공기로부터 추출된 열을 사용하도록 구성될 수 있다.
상기 장치(1)는 압축기(16)가 활성화되는 경우에 흡연가능 재료(5)가 압축되도록 구성되는 흡연가능 재료 압축기(16)를 포함할 수 있다. 장기(1)는 또한, 흡연가능 재료(5)가 확장기(17)의 활성화에 따라 확장될 수 있도록 구성되는 흡연가능 재료 확장기(17)를 포함할 수 있다. 압축기(16) 및 확장기(17)는 실제로, 이하 설명되는 바와 동일한 유닛으로서 구현될 수 있다. 흡연가능 재료 압축기(16) 및 확장기(17)는 선택적으로 제어기(12)의 제어하에서 작동할 수 있다. 이러한 경우에, 제어기(12)는 압축기(16) 또는 확장기(17)가 각각 흡연가능 재료(5)를 압축 또는 확장하게 하는 전기 신호와 같은 신호를 압축기(16) 또는 확장기(17)로 송신하도록 구성된다. 대안적으로, 압축기(16) 및 확장기(17)는 필요에 따라, 흡연가능 재료(5)를 압축 또는 확장시키기 위해, 하우징(7) 상의 수동 제어를 사용하여 장치(1)의 사용자에 의해 작동될 수 있다.
압축기(16)는 주로, 흡연가능 재료(5)를 압축하여, 가열 동안 흡연가능 재료의 밀도를 증가시키도록 구성된다. 흡연가능 재료의 압축은 흡연가능 재료(5)의 본체의 열 전도율을 증가시키고, 이에 따라 보다 신속한 가열 및 이에 따른 니코틴 및 그 밖의 다른 방향족 화합물의 신속한 휘발을 제공한다. 이는 니코틴 및 향료가 흡인행위의 검출에 응답하여 실질적으로 지연 없이 사용자에 의해 흡입될 수 있도록 하기 때문에 바람직하다. 따라서, 제어기(12)는 흡인행위의 검출에 응답하여, 미리결정된 가열 기간, 예를 들어 1초 동안 흡연가능 재료(5)를 압축하도록 압축기(16)를 활성화시킬 수 있다. 압축기(16)는 미리결정된 가열 기간 후에, 예를 들어 제어기(12)의 제어하에서 흡연가능 재료(5)에 대한 압축을 감소시키도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 흡연가능 재료(5)가 미리결정된 임계 온도에 도달하는 것에 응답하여, 압축이 감소되거나 자동적으로 종료될 수 있다. 적합한 임계 온도는 100℃ 내지 220℃, 150℃ 내지 250℃, 100℃ 내지 200℃ 또는 130℃ 내지 180℃와 같이, 대략 100℃ 내지 250℃ 범위에 있을 수 있다. 임계 온도는 120℃를 초과하는 값과 같이 100℃를 초과할 수 있으며, 사용자 선택적일 수 있다. 흡연가능 재료(5)의 온도를 검출하기 위해, 온도 센서가 사용될 수 있다.
확장기(17)는 주로, 흡연가능 재료(5)를 확장시켜 흡인행위 동안 흡연가능 재료의 밀도를 감소시키도록 구성된다. 가열 챔버(4) 내 흡연가능 재료(5)의 배열은 흡연가능 재료(5)가 확장된 때에 더욱 성기게 되며, 이는 기체성 유동 예를 들어, 입구(14)로부터 흡연가능 재료(5)를 통과한 공기의 유동을 돕는다. 따라서, 공기는 흡입을 위해, 휘발된 니코틴 및 향료를 마우스피스(6)로 보다 잘 운반할 수 있다. 제어기(12)는 흡연가능 재료(5)를 확장시키도록 확장기(17)를 활성화시키고, 곧이어 공기가 흡연가능 재료(5)를 통해 보다 자유롭게 인입될 수 있도록 전술한 압축 기간이 후속한다. 확장기(17)의 작동은 흡연가능 재료(5)가 가열되었고 흡인행위가 개시되었음을 사용자에게 알리기 위해, 사용자-가청음 또는 다른 표시에 의해 수행될 수 있다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 압축기(16) 및 확장기(17)는 스프링이 압축 해제된 때, 가열 챔버(4) 내 흡연가능 재료(5)를 압축하도록 구성되는 스프링-작동식 구동 로드를 포함할 수 있다. 비록, 다른 구현예가 사용될 수 있는 것으로 이해될 것이지만, 이는 도 13 및 도 14에 개략적으로 예시되어 있다. 예를 들어, 압축기(16)는 전술한 관형 가열 챔버(4)와 대략적으로 동일한 두께를 갖는 링을 포함할 수 있으며, 이러한 링은 흡연가능 재료(5)를 압축하기 위해 스프링 또는 다른 수단에 의해 가열 챔버(4) 내로 이동된다. 대안적으로, 압축기(16)는 히터(3) 자신이 제어기(12)의 제어하에서 흡연가능 재료(5)를 압축 및 확장하게끔 구성되도록, 히터(3)의 일부로서 구성될 수 있다. 예를 들어, 히터(3)가 전술한 유형의 직립 가열 플레이트(10)를 포함하는 경우, 플레이트(10)는 플레이트에 인접하여 위치되는 흡연가능 재료(5)의 섹션을 확장 또는 압축하기 위해, 히터(3)의 길이방향으로 독립적으로 이동 가능할 수 있다. 흡연가능 재료(5)를 압축 및 확장시키는 방법이 도 15에 도시되어 있다.
장치(1)로부터의 열 손실을 감소시키고 이에 따라 흡연가능 재료(5)가 가열되는 효율을 개선시키기 위해, 흡연가능 재료(5)와 하우징(7)의 외부 표면(19) 사이에 열 절연(18)이 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 1을 참조하면, 하우징(7)의 벽은 가열 챔버(4)의 외측 주위로 연장되는 절연 층(18)을 포함할 수 있다. 절연 층(18)은 가열 챔버(4) 및 흡연가능 재료(5) 주위에 동축으로 위치되는 실질적으로 관형인 절연 길이(18)를 포함할 수 있다. 이는 도 1에 도시되어 있다. 절연부(18)는 흡연가능 재료(5)의 외측 주위에서 동축으로 위치되는 흡연가능 재료 카트리지(11)의 일부로서 구성될 수도 있다는 것이 이해될 것이다.
도 16을 참조하면, 절연부(18)는 진공 절연부(18)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 절연부(18)는 금속 재료와 같은 벽 재료(19)에 의해 경계지어지는 층을 포함할 수 있다. 절연부(18)의 내부 영역 또는 코어(20)는 예를 들어, 중합체, 에어로겔 또는 다른 적합한 재료를 비롯한 오픈-셀 다공성 재료를 포함할 수 있으며, 이는 저압으로 소개된다. 내부 영역(20)의 압력은 0.1 내지 0.001 mbar 범위에 있을 수 있다. 절연부(18)의 벽(19)은 코어(20)와 벽(19)의 외부 표면 사이의 압력 차로 인해 상기 벽에 인가되는 힘을 견디기에 충분히 강하며, 이에 따라 절연부(18)가 무너지는 것을 방지한다. 벽(19)은 예를 들어, 대략 100 ㎛의 두께를 갖는 스테인리스 강 벽(19)을 포함할 수 있다. 절연부(18)의 열 전도율은 0.004 내지 0.005 W/mK 범위에 있을 수 있다. 절연부(18)의 열 전달 계수는 대략 150℃ 내지 대략 250℃와 같이 100℃ 내지 250℃의 온도 범위 내에서, 대략 1.10 W(m2K) 내지 대략 1.40 W(m2K)일 수 있다. 절연부(18)의 기체상 전도도는 무시할만하다. 절연부(18)를 통해 전파되는 방사선에 의한 열 손실을 최소화하기 위해, 반사 코팅이 벽 재료(19)의 내부 표면에 적용될 수 있다. 상기 코팅은 예를 들어, 대략 0.3 ㎛ 내지 1.0 ㎛의 두께를 갖는 알루미늄 IR 반사 코팅을 포함할 수 있다. 내부 코어 영역(20)의 소개 상태란 코어 영역(20)의 두께가 매우 작은 경우에도 절연부(18)가 기능한다는 것을 의미한다. 절연 특성은 두께에 의해 실질적으로 영향을 받지 않는다. 이는 장치(1)의 전체 크기 감소에 도움이 된다.
도 16에 도시된 바와 같이, 벽(19)은 내측-대면 섹션(21) 및 외측-대면 섹션(22)을 포함할 수 있다. 내측-대면 섹션(21)은 실질적으로 흡연가능 재료(5) 및 가열 챔버(4)에 대면한다. 외측-대면 섹션(22)은 실질적으로 하우징(7)의 외부에 대면한다. 장치(1)의 작동 동안, 내측-대면 섹션(21)은 히터(3)로부터 기원하는 열 에너지로 인해 더욱 따뜻하게 되는 반면, 외측-대면 섹션(22)은 절연부(18)의 효과로 인해 더욱 냉각된다. 내측-대면 섹션(21) 및 외측-대면 섹션(22)은 예를 들어, 적어도 히터(3)만큼 긴 실질적으로 평행한 길이방향 연장 벽(19)을 포함할 수 있다. 외측-대면 벽 섹션(22)의 내부 표면, 즉 소개된 코어 영역(20)에 대면하는 표면은 코어(20) 내 기체를 흡수하기 위한 코팅을 포함할 수 있다. 적합한 코팅에는 산화티타늄 필름이 있다.
도 17에서의 개략적인 예시를 참조하면, 열교부(23)는 저압 코어(20)를 완전히 둘러싸 수용하기 위해, 절연부(18)의 에지에서, 내측-대면 벽 섹션(21)을 외측-대면 벽 섹션(22)에 연결시킬 수 있다. 열교부(23)는 내측 및 외측-대면 섹션(21, 22)과 동일한 재료로 형성되는 벽(19)을 포함할 수 있다. 적합한 재료에는 전술한 바와 같이 스테인리스 강이 있다. 열교부(23)는 절연 코어(20)보다 열 전도율이 높으며, 이에 따라 바람직하지 않게, 장치(1) 외부로 열을 전도할 수 있으며, 이렇게 하여 흡연가능 재료(5)를 가열하는 효율을 저하시킬 수 있다.
열교부(23)에 의한 열 손실을 감소시키기 위해, 열교부(23)는 내측-대향 섹션(21)으로부터 외측-대향 섹션(22)으로의 열 유동에 대한 저항을 증가시키도록 연장될 수 있다. 이는 도 18에 개략적으로 예시되어 있다. 예를 들어, 열교부(23)는 벽(19)의 내측-대향 섹션(21)과 벽(19)의 외측-대향 섹션(22) 사이의 간접 경로를 따를 수 있다. 이는 열교부(23)가 내측-대향 섹션(21)으로부터 간접 경로를 따라 외측-대향 섹션(22)으로 점진적으로 연장되어, 히터(3), 가열 챔버(4) 및 흡연가능 재료(5)가 존재하지 않는 하우징(7) 내 길이방향 위치에서, 코어(20)의 두께를 영까지 감소시킬 수 있도록, 히터(3), 가열 챔버(4) 및 흡연가능 재료(5)의 길이보다 긴 길이방향 거리에 걸쳐 절연부(18)를 제공함으로써 용이하게 실현될 수 있다.
도 20을 참조하면, 전술한 바와 같이, 절연부(18)에 의해 절연된 가열 챔버(4)는 폐쇄 시 가열 챔버(4)를 기밀 밀봉하는 입구 및 출구 밸브(24)를 포함할 수 있다. 따라서, 밸브(24)는 공기가 바람직하지 않게 챔버(4)에 대해 진입 및 배출되는 것을 방지할 수 있고, 흡연가능 재료의 풍미가 챔버(4)로부터 배출되는 것을 방지할 수 있다. 입구 및 출구 밸브(24)는 예를 들어, 절연부(18)에 제공될 수 있다. 예를 들어, 흡인행위들 사이에, 밸브(24)는 휘발된 모든 물질이 흡인행위들 사이에서 챔버(4) 내측에 수용된 상태로 유지되도록, 제어기(12)에 의해 폐쇄될 수 있다. 흡인행위들 사이의 휘발 물질의 부분 압력은 포화 증기 압력에 도달하고, 이에 따라 증발된 물질의 양은 가열 챔버(4)의 온도에만 종속된다. 이는 휘발된 니코틴 및 방향족 화합물의 전달이 흡인행위와 흡인행위 사이에서 일정하게 유지됨을 보장하는 것에 도움이 된다. 흡인행위 동안, 제어기(12)는 마우스피스(6)로 휘발된 흡연가능 재료 성분을 운반하기 위해 공기가 챔버(4)를 통해 유동할 수 있도록, 밸브(24)를 개방하도록 구성된다. 챔버(4) 내로 산소가 전혀 진입하지 않음을 보장하기 위해, 막이 밸브(24)에 위치될 수 있다. 밸브(24)는 상기 밸브(24)가 마우스피스(6)에서의 흡인행위의 검출에 응답하여 개방되도록, 호흡-작동식일 수 있다. 밸브(24)는 흡인행위가 종료되었을 검출한 것에 응답하여 폐쇄될 수 있다. 대안적으로, 밸브(24)는 개방 후 미리결정된 기간의 경과에 따라 폐쇄될 수 있다. 미리결정된 기간은 제어기(12)에 의해 맞춰질 수 있다. 선택적으로, 밸브(24)가 자동으로 개폐되도록, 기계적 또는 다른 적합한 개방/폐쇄 수단이 존재할 수 있다. 예를 들어, 마우스피스에 대한 사용자 흡인행위에 의해 유발되는 기체상 이동이 밸브(24)를 개폐하는데 사용될 수 있다. 따라서, 제어기(12)의 사용은 밸브(24)를 작동시키는데 반드시 필요한 것은 아니다.
히터(3)에 의해, 예를 들어, 각각의 가열 영역(10)에 의해 가열되는 흡연가능 재료(5)의 질량은 0.2 내지 1.0 g 범위일 수 있다. 흡연가능 재료(5)가 가열되는 온도는 예를 들어, 150℃ 내지 250℃ 범위 및 전술한 다른 휘발 온도 범위 내의 임의의 온도와 같이, 100℃ 내지 250℃의 온도 범위 내의 임의의 온도까지 사용자 제어 가능할 수 있다. 장치(1) 전체의 질량은 70 내지 125 g 범위일 수 있다. 1000 내지 3000 mAh의 용량 및 3.7 V의 전압을 구비한 배터리(2)가 사용될 수 있다. 가열 영역(10)은 단일 카트리지(11)에 대해, 흡연가능 재료(5)의 대략 10 내지 40개의 섹션을 개별적으로 그리고 선택적으로 가열하도록 구성될 수 있다.
전술한 대안예들은 개별적으로 또는 조합하여 사용될 수 있음이 이해될 것이다. 예를 들어, 전술한 바와 같이, 흡연가능 재료(5)가 히터(3) 주위에 위치되는 대신, 히터(3)가 흡연가능 재료(5) 외측 주위에 위치될 수 있다. 따라서, 실질적으로 반경방향 내측으로 흡연가능 재료(5)에 열을 인가하기 위해, 히터(3)가 흡연가능 재료(5)를 둘러쌀 수 있다.

Claims (22)

  1. 흡연가능 재료의 적어도 하나의 성분을 휘발시키기 위해 상기 흡연가능 재료를 가열하도록 구성되는 세장형 히터로서, 흡연가능 재료의 섹션들을 독립적으로 가열하기 위해 축선 방향으로 정렬된 독립적으로 제어 가능한 복수의 가열 섹션들을 포함하는 세장형 히터, 및,
    흡연가능 재료 가열 챔버로서, 상기 흡연가능 재료 가열 챔버는 사용시 상기 흡연가능 재료를 내부에 수용하도록 구성되고 상기 히터의 길이방향 표면에 반경 방향 내측으로 인접하게 배열되어, 상기 가열 섹션들에 의해 방출된 열 에너지가 흡연가능 재료의 섹션들을 독립적으로 가열하기 위해 상기 히터의 길이방향 표면으로부터 상기 가열 챔버 내로 반경 방향 내측으로 이동하는, 흡연가능 재료 가열 챔버를 포함하는,
    흡연가능 재료를 가열하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열 섹션들은 상기 히터의 길이방향 축선을 따라 배열되는,
    흡연가능 재료를 가열하기 위한 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터는 나선형 히터를 포함하는,
    흡연가능 재료를 가열하기 위한 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    각각의 가열 섹션의 길이는 상기 히터의 길이 미만인,
    흡연가능 재료를 가열하기 위한 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    각각의 가열 섹션은 상기 히터의 길이 미만인 길이를 갖는 길이방향 가열 요소를 포함하는,
    흡연가능 재료를 가열하기 위한 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 섹션들은 상기 히터의 길이방향 축선을 따라 단부와 단부를 잇는 관계(end-to-end relationship)로 배열되는,
    흡연가능 재료를 가열하기 위한 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터는 상기 복수의 가열 섹션들에 걸쳐 연장되는 길이방향 표면을 포함하는,
    흡연가능 재료를 가열하기 위한 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터는 상기 히터의 길이방향 표면 내측에 위치되는 흡연가능 재료를 가열하도록 구성되는,
    흡연가능 재료를 가열하기 위한 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    각각의 가열 섹션은, 링으로부터 반경 방향 내측으로 위치되는 흡연가능 재료를 가열하도록 구성되는 히터의 링-형 섹션을 포함하는,
    흡연가능 재료를 가열하기 위한 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터는 상기 흡연가능 재료를 가열하기 위한 장치의 길이방향 축선을 따라 배열되고, 흡연가능 재료는 상기 히터의 길이방향 표면의 내측에 동축으로 위치되는,
    흡연가능 재료를 가열하기 위한 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터는 흡연가능 재료를 가열하도록 구성되는 엠보싱처리된 외측 표면을 포함하는,
    흡연가능 재료를 가열하기 위한 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터는 실질적으로 원통 형상인,
    흡연가능 재료를 가열하기 위한 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    각각의 가열 섹션은 상기 히터의 실질적으로 원통형인 섹션을 포함하는,
    흡연가능 재료를 가열하기 위한 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터는 100℃ 내지 250℃ 범위의 온도로 상기 흡연가능 재료를 가열하도록 구성되는,
    흡연가능 재료를 가열하기 위한 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    각각의 가열 섹션은 상기 흡연가능 재료의 상이한 섹션을 가열하도록 배열되는,
    흡연가능 재료를 가열하기 위한 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열 섹션들을 일정 기간에 걸쳐 순차적으로 활성화시키도록 구성되는 제어기를 포함하는,
    흡연가능 재료를 가열하기 위한 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제어기는 흡인행위(puff)에 응답하여 각각의 가열 섹션을 활성화시키도록 구성되는,
    흡연가능 재료를 가열하기 위한 장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터는 열 에너지를 방출하기 위해 전기 에너지에 반응하는 실질적으로 세라믹 히터인,
    흡연가능 재료를 가열하기 위한 장치.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡연가능 재료를 가열하기 위한 장치는, 상기 흡연가능 재료를 연소시키지 않고, 상기 흡연가능 재료를 가열하도록 구성되는,
    흡연가능 재료를 가열하기 위한 장치.
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