KR20210099638A - 복사 가열식 에어로졸 발생 시스템, 카트리지, 에어로졸 발생 요소 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
복사 가열식 에어로졸 발생 장치용 카트리지. 카트리지의 벽면은 공동을 정의한다. 에어로졸 형성 기재는 공동 내에 수용되어 있다. 카트리지의 벽면의 외부 표면은 높은 방사율 재료를 포함하고 있다. 본 발명은 또한 카트리지와 함께 사용하기 위한 에어로졸 발생 장치, 및 에어로졸 발생 장치를 포함하고 있는 에어로졸 발생 장치 또는 시샤 장치, 에어로졸 발생 장치 및 카트리지 둘 다를 포함하고 있는 시스템, 및 에어로졸 발생 장치 내에 에어로졸을 형성하기 위한 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 에어로졸 발생 장치와 함께 사용하기 위한 카트리지에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시는 복사 가열식 에어로졸 발생 장치용 카트리지에 관한 것으로, 여기서 에어로졸은 전자기 복사 수단에 의해 카트리지를 가열함으로써 발생될 수 있다. 본 발명의 측면들은 카트리지, 에어로졸 발생 장치, 시샤 장치, 에어로졸 발생 장치 및 카트리지 모두를 포함하고 있는 시스템, 카트리지와 함께 에어로졸을 형성하기 위한 방법, 및 카트리지와 에어로졸 발생 장치 둘 다와 함께 에어로졸을 형성하기 위한 방법에 관한 것이다.
전통적인 시샤(shisha) 장치는 시샤 담배 기재를 피우는 데 사용되고 증기 및 연기가 사용자에 의해 흡입되기 전에 수조를 통과하도록 구성되어 있다. 시샤 장치는 장치가 한 번에 한 명 초과의 사용자에 의해 사용될 수 있도록 하나의 유출구 또는 하나 초과의 유출구를 포함할 수 있다. 시샤 장치의 사용은 많은 사람에 의해 여가 활동과 사회 경험으로 간주된다.
전통적인 시샤 장치는 숯을 사용하여 담배 기재를 가열하거나 연소하여 사용자에 의한 흡입을 위한 에어로졸을 발생시킨다. 고 수준의 일산화탄소 및 다환 방향족 탄화수소와 같은 원하지 않는 연소 부산물뿐만 아니라 다른 유해하고 잠재적으로 유해한 성분이 전통적인 시샤 장치의 사용 동안 생성될 수 있다. 일산화탄소는 담배 기재의 연소뿐만 아니라 숯에 의해 발생될 수 있다.
일산화탄소 및 연소 부산물의 생성을 감소시키는 한 가지 방법은 기재를 연소시키지 않고 기재로부터 에어로졸을 생성하는 데 충분한 온도로 담배 기재를 가열하는, 숯 대신에 전기 히터, 예를 들어 저항성 히터를 사용하는 것이다. 저항 가열식 시샤 장치는 종종 기재를 수용하는 카트리지와 조합하여 기능한다. 고 전도성 물질의 가열 몸체는 열을 저항 가열 요소로부터 기재를 포함하고 있는 카트리지로 전달한다.
그러나, 종래의 숯 작동식 시샤 장치와 비교하여, 전기 가열식 장치는 총 에어로졸 질량, 가시적 에어로졸, 에어로졸 부피, 또는 이들의 임의의 조합을 더 낮게 겪을 수 있다. 이들 에어로졸 특성들 중 하나 이상의 감소는, 카트리지 내의 기재와 가열 몸체 사이의 더 불량한 접촉으로 인해 제1 퍼프 동안 특히 두드러질 수 있다. 제1 퍼프가 소비를 위해 이용 가능할 때까지 기재를 가열하는 데 걸리는 시간은(TT1P) 종래의 숯 가열식 시샤 장치에 비해 비교적 길 수 있다. 예를 들어, 가열 몸체는 카트리지가 장치 내로 삽입되는 것을 용이하게 하기 위해 단지 카트리지의 측면부와 접촉할 수 있다. 따라서, 카트리지와 전기 가열 요소 사이의 열 접촉이 감소된다. 추가적으로, 통상적으로 열 접촉을 감소시키는 공기 갭이 카트리지와 가열 몸체 사이에 존재한다. 갭은 카트리지가 장치 내로 쉽게 제거되고 삽입되는 것을 용이하게 하기 위해 필요할 수 있다. 이는 원통 형상 카트리지에 특히 유용할 수 있다. 갭이 의도되지 않더라도, 제조 공차로 인해 갭이 발생할 수 있다. 그러나, 이러한 공기 갭은 가열 비효율성 및 열적 지연을 초래할 수 있다. 예를 들어, 대략 0.3mm의 공기 갭은, 온도가 카트리지의 중심에서 측정될 때 대략 10°C의 온도 지연을 도입할 수 있다.
전기 가열 요소로부터 카트리지로 열을 전달하기 위한 추가 가열 몸체 또는 계면 재료의 필요성은 장치의 기하학적 설계에서의 자유도를 감소시킨다. 또한, 카트리지뿐만 아니라 가열 몸체도 가열되어 더 많은 에너지를 필요로 하고 열 관성을 증가시킨다.
또한, 전기 가열식 에어로졸 발생 장치에서는, 특히 실시간으로 온도를 정확하게 측정하는 것이 때때로 어렵다. 적외선 온도 센서가 사용될 수 있지만, 이러한 장치는 개별적으로 교정되어야 한다.
전통적인 숯 시샤 장치와 비교하여 일산화탄소 및 원하지 않는 연소 부산물의 생성을 감소시키는 에어로졸 발생 장치를 제공하는 것이 바람직할 것이다.
카트리지와 물리적으로 접촉하는 가열 몸체 또는 계면 재료를 필요로 하지 않고 에어로졸 발생 장치를 제공하는 것이 바람직할 것이다.
가열 효율이 증가될 수 있는 에어로졸 발생 장치를 제공하는 것이 바람직할 것이다.
낮은 열 관성(thermal inertia)으로 신속한 가열을 가능하게 하는 에어로졸 발생 장치를 제공하는 것이 바람직할 것이다.
에너지 손실은 거의 없거나 심지어 에너지 손실이 사실상 없는 상태에서 에너지 방출의 방향성을 가능하게 하는 에어로졸 발생 장치를 제공하는 것이 바람직할 것이다.
적외선 온도 센서로 실시간으로 카트리지의 온도를 모니터링할 수 있는 에어로졸 발생 장치를 제공하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 다양한 측면에서, 복사 가열 가능한 에어로졸 발생 장치용 카트리지가 제공되어 있다. 일부 구현예에서, 카트리지는 복사 가열 가능한 시샤 장치용이다. 카트리지의 벽면은 공동을 정의한다. 에어로졸 형성 기재는 공동 내에 수용되어 있다. 카트리지의 벽면의 외부 표면은 높은 방사율 재료를 포함하고 있다.
본 발명의 카트리지는 전자기 복사의 흡수에 의해 가열될 수 있다. 전자기 복사를 이용한 가열은 고속, 유연성 및 효율적인 가열의 이점을 제공한다.
전자기 복사의 흡수는 카트리지의 직접적이고 비접촉식 가열을 가능하게 한다. 카트리지는 그 안에 포함된 에어로졸 형성 기재에 열을 전달한다. 열 전도 또는 열 대류와 대조적으로, 복사는 전자기파를 통해 에너지를 조사된 재료로 직접 전달한다. 결과적으로, 열원과 가열된 요소 사이에 매체 또는 “열 전달자”가 존재할 필요는 없다. 이는 에어로졸 형성 기재를 원하는 목표 온도로 만드는 데 필요한 시간을 단축시키는 데 도움을 줄 수 있다. 특히, 예열 기간, 즉 카트리지에 포함된 에어로졸 형성 기재가 작동 온도에 도달할 때까지 필요한 시간(TT1P)이 감소될 수 있다.
복사 가열의 추가적인 장점은 히터의 형상을 카트리지의 형상과 일치시킬 필요가 없다는 것이다. 열 전도 기반 에어로졸 발생 장치에서, 카트리지 및 열원의 접촉 면적이 감소됨에 따라 가열 효율이 상당히 감소된다. 본 발명에서, 열은 가열될 카트리지의 실제 형상과는 다소 독립적인 전자기 복사의 흡수에 의해 발생된다. 따라서, 심지어 복잡한 형상의 카트리지도 가열 효율의 손실 없이 사용될 수 있다. 복잡한 카트리지 기하학적 구조는 고객의 요구를 충족시키거나 위조 방지를 위해 바람직할 수 있다.
공동을 정의하는 카트리지의 벽면은 높은 열 전도성 재료로 제조될 수 있다. 공동을 정의하는 카트리지의 완전한 몸체는 높은 열 전도성 재료로 제조될 수 있다. 공동을 정의하는 높은 열 전도성 재료는 금속 또는 금속 합금을 포함할 수 있다. 카트리지의 벽면 또는 몸체는 알루미늄, 구리, 아연, 니켈, 은, 및 이들 중 하나 이상의 조합 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 몸체는 알루미늄을 포함한다.
카트리지의 열 전도성 재료는, 카트리지 내에 포함된 에어로졸 형성 기재가 전자기 복사에 노출될 때 균질하게 가열될 수 있도록, 카트리지의 몸체 내에 신속한 열 분포를 허용한다. 카트리지의 몸체 내에서의 신속한 열 분포는 공동을 정의하는 카트리지의 모든 벽면이 전자기 복사에 노출되지 않더라도 균질하게 가열될 수 있게 한다.
일부 구현예에서, 카트리지는 알루미늄보다 열 전도성이 낮은 하나 이상의 재료를 포함한다. 예를 들어, 몸체는 임의의 적합한 열적으로 안정한 고분자 재료를 포함할 수 있다. 재료가 충분히 얇으면, 충분한 열이 그 안에 수용된 에어로졸 형성 기재로 상기 몸체를 통해 전달될 수 있음에도 불구하고, 몸체는 특히 상대적으로 열 전도성이 아닌 재료로 형성된다.
카트리지는 하나 이상의 구멍을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 하나 이상의 구멍은 사용 시 카트리지를 통한 기류를 허용하도록 몸체의 상단 및 하단에 형성될 수 있다. 카트리지는 카트리지가 수용부 내에 삽입될 때 카트리지의 구멍이 수용부의 구멍과 정렬되게 하기 위해서 에어로졸 발생 장치의 수용부의 상보적인 정렬 특징부와 정합하도록 구성되어 있는 정렬 특징부를 포함할 수 있다.
카트리지의 몸체 내의 구멍은 저장 중에 커버될 수 있어 카트리지에 저장된 에어로졸 발생 기재가 카트리지 밖으로 유출되는 것을 방지한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 카트리지의 몸체 내의 구멍은 에어로졸 발생 기재가 카트리지를 빠져나가는 것을 방지하거나 억제하는 데 충분히 작은 치수를 가질 수 있다. 구멍이 커버되면, 소비자는 카트리지를 수용부 내에 삽입하기 전에 커버를 제거할 수 있다.
카트리지는 임의의 적합한 형상을 가질 수 있다. 바람직하게는, 카트리지는 절두 원추형 또는 원통형 형상을 갖는다.
물질의 열 전도성은 200W/mk 보다 크고, 바람직하게는 230W/mk 보다 클 수 있다.
열 전도성은 본 ASTM 방법에 언급된 바와 같은 표준 조건 하에서 ASTM E1225-13에 따라 결정될 수 있다.
상기 카트리지의 높은 방사율 재료는 상기 전자기 복사를 효율적으로 흡수하고, 그의 복사 에너지를 열 에너지로 변환한다. 물질의 열 방사율이 높을수록, 더 많은 입사 복사가 흡수되어 열 에너지로 변환된다. 높은 방사율 특성을 갖는 재료가 또한 전자기 복사의 높은 흡수율을 나타낸다는 것이 잘 알려져 있다. 따라서, 2개의 용어 “높은 방사율(high emissivity)” 및 “높은 흡수율(high absorption)”은 본원에서 동의어로 사용된다.
높은 방사율 재료는 적어도 0.85의 방사율을 가질 수 있다. 바람직하게는, 높은 방사율 재료는 적어도 0.9의 방사율을 가질 수 있다. 높은 방사율 재료의 방사율은 본 ASTM 방법에 언급된 바와 같은 표준 조건 하에서 ASTM C1371-15에 따라 결정될 수 있다.
높은 방사율 재료는 하나 이상의 전이 금속 산화물을 포함할 수 있고, Cr2O3, CoOx, Fe2O3, 및 NiO 중 하나 이상으로부터 선택될 수 있다.
사용시 전자기 복사에 노출될 캡슐의 일부는 높은 방사율 재료로 제조될 수 있다. 높은 방사율 재료는 또한 카트리지의 열 전도성 재료에 포함되거나 통합될 수 있다. 캡슐의 열 전도성 재료는 또한 높은 방사율 재료로 도핑될 수 있다.
높은 방사율 재료는 물질의 층으로서 카트리지의 외부 표면 또는 외부 표면의 일부에 제공될 수 있다. 높은 방사율 재료는 코팅층으로서 제공될 수 있다. 코팅층은 외부 표면 상에서 연장되는 연속 코팅층으로서 또는 카트리지의 외부 표면에 제공된 코팅층의 하나 이상의 패치로서 제공될 수 있다.
적절한 높은 방사율 코팅층은 높은 방사율 첨가제를 포함할 수 있고, 내화성 안료 및 결합제를 더 포함할 수 있다.
코팅층의 내화성 안료는 지르코니아, 지르코니아 실리케이트, 알루미늄 산화물, 알루미늄 실리케이트, 및 실리콘 산화물 중 하나 이상으로부터 선택될 수 있다.
일부 코팅층에서, 내화성 안료 및 높은 방사율 첨가제는 동일한 물질이다.
한 구현예에서, 카트리지는 에어로졸 형성 기재를 유지하기 위한 공동을 정의하는 알루미늄의 몸체로 제조될 수 있다. 알루미늄 카트리지의 외부 표면에는 높은 방사율 코팅층이 제공되어 있다. 카트리지의 완전한 외부 표면에는 높은 방사율 코팅층이 제공될 수 있다. 바람직하게는, 사용시 전자기 복사에 노출된 카트리지의 외부 표면의 적어도 일부분에는 높은 방사율 코팅층이 제공되어 있다. 이러한 카트리지는 최대 전자기 복사를 흡수하고 이러한 복사 에너지를 열 에너지로 변환하는 이점을 제공한다. 동시에, 높은 전도성 알루미늄 재료는 열 에너지를 카트리지의 벽면 내에 균질하게 분포시킴으로써, 카트리지 내에 수용된 에어로졸 형성 재료의 균질한 가열을 허용한다.
용어 "에어로졸 형성 기재"는 가열 시, 사용자에 의해 흡입될 에어로졸을 형성할 수 있는 휘발성 화합물을 방출하는 장치 또는 기재를 지칭한다. 적합한 에어로졸 형성 기재는 식물계 물질을 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는, 예를 들어, 가열시에 에어로졸 형성 기재로부터 방출되는 휘발성 담배 향미 화합물을 함유하는 담배 또는 담배 함유 재료를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 에어로졸 형성 기재는 비-담배 함유재료를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 균질화된 식물계 재료를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 적어도 하나의 에어로졸 형성제를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 향미제와 같은 다른 첨가제 및 성분을 포함할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 에어로졸 형성 기재는 실온에서 액체를 포함한다. 예를 들어, 에어로졸 형성 기재는 액체 용액, 현탁액, 분산액 등일 수 있다. 몇몇 구현예에서, 에어로졸 형성 기재는 실온에서 고체를 포함한다. 예를 들어, 에어로졸 형성 기재는 담배 또는 설탕을 포함할 수 있다. 바람직하게, 에어로졸 형성 기재는 니코틴을 포함한다.
임의의 적합한 에어로졸 발생 기재는 본 발명의 에어로졸 발생 장치 또는 카트리지와 함께 사용될 수 있다. 에어로졸 형성 기재는, 바람직하게는 에어로졸을 형성할 수 있는 하나 이상의 휘발성 화합물을 방출할 수 있는 기재이다. 휘발성 화합물은 에어로졸 형성 기재를 가열함으로써 방출될 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 고체 또는 액체일 수 있거나, 고체 성분과 액체 성분 둘 모두를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 에어로졸 형성 기재는 고형물이다.
에어로졸 형성 기재는 니코틴을 포함할 수 있다. 니코틴 함유 에어로졸 형성 기재는 니코틴 염 매트릭스를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 식물계 재료를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 담배를 포함할 수 있고, 담배 함유 재료는 가열 시 에어로졸 형성 기재로부터 방출되는 휘발성 담배 향미 화합물을 함유하는 것이 바람직하다.
에어로졸 형성 기재는 균질화된 담배 재료를 포함할 수 있다. 균질화된 담배 재료는 미립자로 된 담배를 응집시켜서 형성될 수 있다. 존재한다면, 균질화된 담배 재료는 건조 중량 기준으로 5 중량% 이상, 바람직하게는 건조 중량 기준으로 30 중량% 초과의 에어로졸 형성제 함량을 가질 수 있다. 에어로졸 형성제 함량은 건조 중량 기준으로 약 95% 미만일 수 있다.
에어로졸 형성 기재는 대안적으로 또는 추가적으로, 비-담배 함유 재료를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 균질화된 식물계 재료를 포함할 수 있다.
에어로졸 형성 기재는, 예를 들어 허브 잎, 담뱃잎, 담배 리브 단편, 재구성 담배, 균질화된 담배, 압출 담배 및 팽화 담배 중 하나 이상을 함유하는 분말, 과립, 펠릿, 조각(shred), 스파게티(spaghetti), 스트립 또는 시트 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
에어로졸 형성 기재는 적어도 하나의 에어로졸 형성제를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성제는, 사용 시, 조밀하고도 안정적인 에어로졸의 형성을 용이하게 하며, 에어로졸 발생 요소의 작동 온도에서의 열적 감성(degradation)에 실질적으로 내성이 있는 임의의 적합한 공지된 화합물 또는 화합물들의 혼합물일 수 있다. 적합한 에어로졸 형성제는 당업계에 잘 공지되어 있으며, 트리에틸렌 글리콜, 1,3-부탄디올 및 글리세린과 같은 다가 알코올; 글리세롤 모노-, 디- 또는 트리아세테이트와 같은 다가 알코올의 에스테르; 및 디메틸 도데칸디오에이트(dimethyl dodecanedioate) 및 디메틸 테트라데칸디오에이트(dimethyl tetradecanedioate)와 같은, 모노-, 디- 또는 폴리카르복실산의 지방족 에스테르를 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 특히 바람직한 에어로졸 형성제는, 트리에틸렌 글리콜, 1,3-부탄디올과 같은 다가 알코올 또는 이들의 혼합물이며, 가장 바람직하게는, 글리세린이다. 에어로졸 형성 기재는 향미제와 같은 다른 첨가제 및 성분을 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는, 바람직하게는, 니코틴 및 적어도 하나의 에어로졸 형성제를 포함한다. 특히 바람직한 구현예에서, 에어로졸 형성제는 글리세린이다.
고체 에어로졸 형성 기재는 열적으로 안정적인 캐리어에 제공되거나 캐리어에 매립될 수 있다. 캐리어는 고체 기재가 제1 주 표면에, 제2 주 외부 표면에, 또는 제1 및 제2 주 표면 둘 모두에 증착된 박층을 포함할 수 있다. 캐리어는, 예를 들어 종이, 종이류 재료, 부직 탄소 섬유 매트, 저 질량 개방 메쉬 금속 스크린, 또는 천공된 금속 포일 또는 임의의 다른 열적으로 안정한 폴리머 매트릭스로 형성될 수 있다. 대안적으로, 캐리어는 분말, 과립, 펠릿, 슈레드, 스파게티, 스트립 또는 시트의 형태를 취할 수 있다. 캐리어는 담배 성분이 통합된 부직포 직물 또는 섬유 다발일 수 있다. 부직포 직물 또는 섬유 다발은, 예를 들어 탄소 섬유, 천연 셀룰로스 섬유, 또는 셀룰로스 유도체 섬유를 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 에어로졸 형성 기재는 현탁액의 형태이다. 예를 들어, 에어로졸 발생 기재는 두꺼운, 당밀-유사 현탁액의 형태일 수 있다. 카트리지에 수용된 에어로졸 형성 기재는 시샤 당밀(shisha molasses)을 포함할 수 있다.
용어 “담배 재료”는, 예를 들어 담배 블렌드 또는 향미 담배를 포함한, 담배를 포함하는 재료 또는 물질을 지칭한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 에어로졸의 흐름을 논의할 때 사용되는, 용어 "에어로졸"은 에어로졸, 에어로졸 또는 증기를 포함하는 공기, 또는 에어로졸 수반 공기를 지칭할 수 있다. 증기를 포함하고 있는 공기는, 예를 들어 냉각된 후 또는 가속된 후에, 에어로졸을 포함하고 있는 공기에 대한 전구체일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 에어로졸 발생 장치에서 에어로졸을 발생시키기 위한 에어로졸 발생 요소가 제공되어 있으며, 상기 에어로졸 발생 요소는 전자기 복사를 발생시키도록 구성되어 있는 광전 장치, 및 전술한 바와 같은 카트리지를 수용하기 위한 수용부를 포함하고 있다. 에어로졸 발생 요소는 전자기 복사를 카트리지 상으로 유도함으로써 카트리지 내의 에어로졸 형성 기재를 가열하도록 배열되어 있다. 일부 구현예에서, 에어로졸 발생 요소는 시샤 장치에서 에어로졸을 발생시키기 위한 것이다.
따라서, 광전 장치는 전자기 복사의 방출기로서 작용한다. 일반적으로, 본 발명의 에어로졸 발생 요소는 전자기 복사를 사용하여 에어로졸 형성 기재를 포함하고 있는 카트리지의 몸체를 가열한다.
따라서, 본 발명의 에어로졸 발생 요소는 대안적인 가열 시스템을 제공하며, 여기서 에어로졸 형성 기재를 수용하는 카트리지는 전자기 복사의 흡수에 의해 가열된다. 전자기 복사를 이용한 가열은 고속, 유연성 및 효율적인 가열의 이점을 제공한다.
전도 또는 대류와 대조적으로, 복사는 전자기파를 통해 에너지를 전달한다. 결과적으로, 매체 또는 “열 전달자”의 존재에 대한 필요성이 없다. 이는 에어로졸 형성 기재를 원하는 온도로 만드는 데 필요한 시간을 단축시키는 데 도움을 줄 수 있다. 이는 에어로졸 형성 기재를 예열하는 기간 동안 특히 유익할 수 있다. 또한, 에어로졸 발생 요소와 에어로졸 형성 기재를 포함하고 있는 카트리지 사이의 물리적 접촉이 필요하지 않다. 본 발명의 에어로졸 발생 요소는 카트리지의 비접촉식 가열을 허용한다.
에어로졸 발생 요소는 에어로졸을 생성하기 위해 에어로졸 형성 기재와 함께 사용될 수 있다. 특히, 에어로졸 발생 요소는 에어로졸 형성 기재를 수용하고 가열하여 에어로졸을 발생시킬 수 있다. 에어로졸 발생 기재는 에어로졸 형성 요소에 의해 가열될 수 있지만, 연소될 수는 없다. 에어로졸 발생 요소는 추가 가열 요소를 포함할 수 있다. 추가 가열 요소는 전기 가열 요소를 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 에어로졸 발생 요소는: 에어로졸 형성 기재를 수용하기 위한 보울 또는 수용부, 보울 또는 수용부를 덮기 위한 커버 플레이트, 보울을 덮기 위한 호일, 및 에어로졸 형성 기재를 가열하기 위한 적어도 하나의 숯 펠릿 중 어느 하나와 같은 종래의 시샤 장치의 특징부를 포함할 수 있다.
카트리지의 높은 방사율 재료는 전자기 복사를 효율적으로 흡수할 수 있다. 따라서, 본 발명의 에어로졸 발생 요소는 카트리지의 표적화된 가열을 허용한다. 이와 관련하여, 광전 장치의 복사 스펙트럼은 캡슐의 제조에 사용되는 높은 방사율 재료에 맞춰질 수 있다. 전자기 복사는 반드시 주변 공기를 가열하지는 않는다. 이는 더 효율적인 가열이 달성될 수 있음을 의미한다. 또한, 종래의 전기 가열식 시샤 시스템에서와 같이 공기 갭이 큰 열 손실을 야기하지 않기 때문에, 더 많은 설계 자유도가 이용 가능하다. 따라서, 잠재적으로 더 적은 절연 재료가 필요하다. 본 발명의 가열 수단에 의해, 카트리지는 60초 이내에 200°C의 목표 온도까지 가열될 수 있다. 이는 종래의 저항 가열 수단으로 가능한 것보다 상당히 빠르다.
일부 구현예에서, 광전 장치는 전자기 복사 빔을 발생하도록 구성될 수 있다. 에어로졸 발생 요소는 전자기 복사 빔을 카트리지 상으로 유도함으로써 카트리지 내부의 에어로졸 형성 기재를 가열하도록 배열될 수 있다. 전자기 빔은 카트리지의 특정 부분만을 조사하도록 조작될 수 있다. 따라서, 본 발명의 에어로졸 발생 요소는 공간의 기능으로서 카트리지의 표적화된 가열을 허용한다.
본 발명의 전자기 가열 수단의 다른 장점은 빠른 열 반응이다. 에어로졸 형성 기재를 포함하고 있는 카트리지는 조사 시간 동안에만 실질적으로 가열될 수 있다.
또한, 전자기 복사에 의한 가열은 전자기 방출기 및 카트리지의 공간 배열에 높은 유연성을 제공한다. 이는 에어로졸 발생 요소 및 시샤 장치의 기하학적 설계에 대한 넓은 범위의 옵션을 개방한다.
일부 구현예에서, 전자기 빔은 광전 장치와 카트리지 사이의 조작을 거칠 수 있다. 일부 구현예에서, 전자기 빔의 조작은 바람직하게는 광학 요소에 의해 용이해진다.
일부 구현예에서, 에어로졸 발생 요소는 광전 장치와 수용부 사이에 위치되어 있고 전자기 복사 빔을 조작하도록 구성되어 있는 광학 요소를 더 포함하고 있다.
용어 “전자기 복사 빔 조작”은 전자기 복사 빔의 광 경로의 임의의 변화를 포함할 수 있다. 실시예는 전자기 빔을 반사하는 것, 전자기 빔을 편향시키는 것, 전자기 빔을 수렴시키는 것, 및 전자기 빔을 발산하는 것 중 임의의 것을 포함하고 있다.
용어 “광학 요소”는 전자기 복사 빔을 조작할 수 있는 임의의 요소를 포함하고 있다. 실시예는 미러, 곡선형 미러, 렌즈, 볼록 렌즈 및 오목 렌즈를 포함하고 있다. 오목 렌즈는 전자기 빔을 발산할 수 있고, 따라서 전자기 빔의 에너지 밀도를 낮출 수 있다. 이러한 구성은, 예를 들어 예열 단계에서 또는 퍼프 사이에 퍼프가 발생하지 않는 긴 시간 간격 동안 미리 결정된 더 낮은 온도에서 기재를 유지하는 데 특히 유용할 수 있다. 볼록 렌즈는 전자기 빔을 수렴시킬 수 있으므로 전자기 빔의 에너지 밀도를 증가시킬 수 있다. 수렴된 또는 집속된 빔은 카트리지의 특정 영역의 신속한 가열을 허용할 수 있다.
하나 이상의 구현예에 따르면, 본 발명의 에어로졸 발생 요소의 광학 요소는 광학 마운트 상에 배열될 수 있다. 광학 마운트는 이동 가능할 수 있다. 광학 마운트의 이동은 기계적, 전기적 또는 전기 기계적으로 실행될 수 있다. 이동은 임의의 적절한 수단에 의해 달성될 수 있다. 실시예는 스테퍼 모터, 편심 나사, 또는 스테퍼 모터 및 편심 나사 둘 다를 포함할 수 있다. 이동은 사용자에 의해 수동으로 실행될 수 있다. 바람직하게는, 이동은 전자적으로 제어된 구성 요소에 의해 자동으로 실행된다.
광학 요소의 위치는 사용 동안 광학 마운트에 의해 조정 가능할 수 있다. 광학 마운트 상에 배열된 광학 요소는 전자기 복사 빔을 조작할 수 있게 한다. 광학 마운트 상에 배열된 광학 요소는 전자기 복사 빔을 동적으로 조작할 수 있게 한다.
용어 “이동식 광학 마운트”는 광학 요소를 입사 전자기 빔에 대해 상이한 위치 또는 방향으로 이동시킬 수 있는 광학 요소의 임의의 종류의 마운트를 포함하고 있다. 이에 따라, 광학 요소에 의해 야기되는 전자기 빔의 조작은 이동식 광학 마운트를 통해 광학 요소를 이동시킴으로써 변경될 수 있다.
용어 “전자기 복사 빔을 동적으로 조작하는”은 전자기 복사 빔이 에어로졸 발생 장치에서 에어로졸 발생 요소의 사용 동안 조작될 수 있음을 의미한다.
용어 “사용 동안”은 사용자가 에어로졸 발생 장치를 작동할 때의 시간의 임의의 순간을 지칭할 수 있다. “사용 동안”은 에어로졸 발생 장치가 켜질 때의 시간의 임의의 순간을 지칭할 수 있다. “사용 동안”은 전력이 광전 장치에 공급될 때의 시간의 임의의 순간을 지칭할 수 있다. “사용 동안”은 퍼프 동안 또는 퍼프들 사이의 시간의 임의의 순간을 지칭할 수 있다.
전자기 빔의 조작은 이동식 광학 마운트를 통해 실행될 수 있다. 기계적으로, 전자적으로, 또는 전기 기계적으로, 움직임은 임의의 적절한 수단에 의해 달성될 수 있다. 실시예는 스테퍼 모터, 편심 나사, 또는 스테퍼 모터 및 편심 나사 둘 다를 포함할 수 있다. 이동은 사용자에 의해 수동으로 실행될 수 있다. 바람직하게는, 이동은 전자적으로 제어된 구성 요소에 의해 자동으로 실행된다.
일반적으로, 전자기 빔의 동적 조작의 진행은 전자 회로 상에서 작동하는 컴퓨터 프로그램에 의해 제어될 수 있다. 동적 조작의 일부 또는 전체 동적 조작은, 예를 들어, 컴퓨터 프로그램에 따라 자동으로 제어될 수 있다. 상기 컴퓨터 프로그램은 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체 상에 제공될 수 있다. 동적 조작의 하나 이상의 측면은 사용자에 의해 부분적으로 또는 전체적으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 사용자는 동적 조작의 속도를 제어할 수 있다. 사용자는 전자기 빔이 안내되는 기재의 위치를 제어할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 명령어를 입력할 수 있게 하여, 그녀 또는 그의 선호도에 따라 전자기 빔을 동적으로 조작할 수 있게 하는 수단이 포함될 수 있다. 이러한 수단은 당업자에게 공지된 임의의 적절한 수단일 수 있다. 일 실시예는 사용자 인터페이스를 포함하고 있는 제어 유닛이다. 일부 구현예에서, 사용자 인터페이스는 전자적 또는 기계적 또는 전기 기계적 사용자 인터페이스 수단을 포함할 수 있다.
에어로졸 발생 요소의 광전 장치는 전자기 방출기로서 기능한다. 전자기 방출기는 하나 이상의 전자기 방출기 특성의 관점에서 선택될 수 있다. 하나 이상의 전자기 방출기 특성은, 카트리지의 제조에 사용되는 하나 이상의 높은 방사율 재료에 따라 선택될 수 있다. 예를 들어, 상기 하나 이상의 전자기 방출기 특성은 파장, 주파수, 스폿 크기, 스위핑된 공급원, 펄스화 대 연속파, 에너지 및 전력 중 임의의 하나 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
방출된 전자기 복사는 UV 복사, IR 복사 또는 가시광 중 어느 하나일 수 있다. 전자기 방출기의 파장은 100nm 내지 10μm, 바람직하게는 500nm 내지 50μm, 보다 바람직하게는 700nm 내지 3μm의 범위일 수 있다. 사용된 광전 장치 및 광전 장치에 의해 방출된 전자기 파장은 기술 성숙도 및 경쟁 시장 가격에 따라 선택될 수 있다.
용어 “파장”은 단일 파장, 복수의 단일 파장, 파장의 범위, 복수의 파장 범위, 또는 이들의 임의의 조합을 지칭할 수 있다.
일부 구현예에서, 전자기 방출기는 0.1와트 내지 30와트, 바람직하게는 0.5와트 내지 25와트, 보다 바람직하게는 1와트 내지 20와트, 및 보다 바람직하게는 1와트 내지 3와트 범위의 전력으로 전자기 복사를 방출할 수 있다. 일부 구현예에서, 1 내지 20와트의 비교적 높은 전력이 에어로졸 형성 기재를 예열하기 위해 사용된다. 일부 구현예에서, 1 내지 3와트의 비교적 낮은 전력이 시샤 장치의 연속 사용 동안, 주문형 퍼프에 사용된다.
총 출력 전력은 단일 광전 장치에 의해 발생될 수 있다. 일부 구현예에서, 하나 초과의 광전 장치가 사용될 수 있다. 상기 표시된 전력 범위는 광전 장치에 의해 발생된 총 출력 전력에 대응한다. 따라서, 더 많은 광전 장치가 사용될수록, 개별 광전 장치에 의해 발생되어야 하는 출력 전력이 더 적어진다. 최적의 광전 장치의 수는 비용 고려사항, 설계 제약 및 광전 장치의 전력 제한에 따라 달라질 수 있다.
일부 구현예에서, 전자기 복사 빔의 에너지 밀도는 0.010W/cm2 내지 30W/cm2, 바람직하게는 0.050W/cm2 내지 6W/cm2, 및 보다 바람직하게는 0.100W/cm2 내지 3W/cm2의 범위일 수 있다.
일부 구현예에서, 전자기 복사 빔의 직경은 1mm 내지 110mm, 바람직하게는 2mm 내지 100mm, 보다 바람직하게는 5mm 내지 80mm의 범위일 수 있다.
용어 “전자기 빔의 직경”은 전자기 복사 빔에 의해 직접 조사되는 카트리지 영역의 직경을 지칭할 수 있다.
전자기 방출기와 카트리지 사이의 거리는 최대 30cm, 바람직하게는 최대 20cm, 보다 바람직하게는 최대 10cm일 수 있다. 가열 효율은 전자기 방출기가 가열된 카트리지에 더 가깝게 위치될수록 증가될 수 있다.
일부 구현예에서, 전자기 방출기는 레이저, 레이저 다이오드, 발광 다이오드 또는 초발광 다이오드와 같은, 그러나 이에 한정되지 않는, 전기발광 기반 방출기를 포함할 수 있다. 적절한 전기발광 장치는 320 내지 660nm의 파장에서 작동하는 발광 다이오드이다.
일부 구현예에서, 전자기 방출기는 할로겐 램프 또는 석영 램프와 같은, 그러나 이에 한정되지 않는, 백열등 기반 방출기를 포함할 수 있다. 적절한 백열등 기반 광원의 경우, 작동 온도는 1000 내지 3400켈빈(Kelvin)의 범위일 수 있다.
본 발명의 광전 장치는 에어로졸 형성 기재를 가열하기 위한 유일한 가열 수단으로서 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 본 발명의 광전 장치는 하나 이상의 추가 가열 수단을 포함할 수 있다. 임의의 가열 수단은 추가 가열 수단으로서 사용될 수 있다. 실시예는 저항 가열 수단, 유도 가열 수단 또는 저항 가열 수단과 유도 가열 수단 둘 모두의 조합과 같은 전기 가열 수단을 포함하고 있다.
하나 이상의 구현예에서, 에어로졸 발생 요소는 수용부에 수용된 에어로졸 형성 기재를 가열하도록 구성된, 전기 가열 수단과 같은 추가 가열 수단을 추가적으로 포함할 수 있다. 추가 전기 가열 수단은 수용부와 열 접촉할 수 있다. 하나 이상의 구현예에서, 수용부의 적어도 일부는 추가 전기 가열 수단에 의해 형성될 수 있다.
추가 가열 수단은 저항 가열 수단을 포함하고 있다. 예를 들어, 추가 가열 수단은 하나 이상의 저항 와이어 또는 다른 저항 요소를 포함할 수 있다. 저항성 와이어는 더 넓은 구역에 걸쳐 생성된 열을 분포시키기 위해서 열 전도성 재료와 접촉할 수 있다. 적합한 전도성 재료의 예는 알루미늄, 구리, 아연, 니켈, 은 및 이의 조합을 포함한다. 본 개시의 목적을 위해서, 저항 와이어가 열 전도성 재료와 접촉하면, 저항 와이어와 열 전도성 재료 둘 모두는 수용부의 표면의 적어도 일부분을 형성하는 가열 수단의 일부이다.
일부 실시예에서, 가열 요소는 유도 가열 요소를 포함하고 있다. 예를 들어, 추가 가열 수단은 수용부의 표면을 형성하는 서셉터 재료를 포함할 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같이, 용어 ‘서셉터’는 전자기 에너지를 열로 변환할 수 있는 재료를 지칭한다. 교류 전자기장 내에 위치될 때, 통상적으로 와전류가 유도되어 서셉터의 가열을 야기하는 히스테리시스 손실이 서셉터에 발생할 수 있다. 서셉터는 에어로졸 형성 기재와 열적 접촉하거나 열적으로 밀접한 근위에 위치하므로, 기재는 에어로졸이 형성되도록 서셉터에 의해 가열된다. 바람직하게는, 서셉터는 에어로졸 형성 기재 또는 에어로졸 형성 기재를 함유하는 카트리지와 적어도 부분적으로 직접 물리적으로 접촉하게 배열된다.
서셉터는 유도 가열될 수 있는 임의의 재료로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 서셉터는 에어로졸 형성 기재로부터 에어로졸을 발생하기에 충분한 온도로 유도 가열될 수 있는 임의의 재료로 형성될 수 있다. 바람직한 서셉터는 금속 또는 탄소를 포함하고 있다. 바람직한 서셉터는 강자성 재료, 예를 들어 페라이트 철, 강자성 합금, 예컨대 강자성 스틸 또는 스테인리스 스틸, 페라이트를 포함하거나 이로 이루어질 수 있다. 적합한 서셉터는 알루미늄이거나 이를 포함할 수 있다.
바람직한 서셉터는 금속 서셉터, 예를 들어 스테인리스 스틸이다. 그러나, 서셉터 재료는 또한 그래파이트, 몰리브덴, 실리콘 카바이드, 알루미늄, 니오븀, 인코넬 합금(오스테나이트 니켈-크롬-계 초합금), 금속화 필름, 예를 들어 지르코니아와 같은 세라믹, 예를 들어 Fe, Co, Ni와 같은 전이 금속, 또는 예를 들어 B, C, Si, P, Al과 같은 준금속 성분을 포함하거나 이로 만들어질 수 있다.
서셉터는, 바람직하게는 5%, 바람직하게는 20%, 바람직하게는 50% 또는 90%보다 더 많은 강자성 재료 또는 상자성 재료를 포함하고 있다. 바람직한 서셉터는 250℃를 초과하는 온도로 가열될 수 있다. 적합한 서셉터는 비금속 코어 상에 배치된 금속층(예를 들어 세라믹 코어의 표면 상에 성형된 금속 트랙)을 포함할 수 있다.
에어로졸 발생 장치는 또한, 서셉터 재료에 와전류 및/또는 히스테리시스 손실을 유도하도록 구성되어 있는 하나 이상의 유도 코일을 포함할 수 있으며, 이는 서셉터 재료의 가열을 초래한다. 서셉터 재료는 또한, 에어로졸 발생 기재를 함유한 카트리지 내에 위치될 수 있다. 서셉터 재료를 포함한 서셉터 요소는, 예를 들어 PCT 공개 특허 출원 번호 WO 2014/102092호 및 WO 2015/177255호에 설명된 것과 같은 임의의 적합한 재료를 포함할 수 있다.
유도 가열 요소이든 서셉터이든 추가 가열 수단은 가열 블록과 열적으로 결합될 수 있다. 추가 가열 수단은 가열 블록과 직접 접촉할 수 있다. 가열 블록은 임의의 적합한 열 전도성 재료를 포함할 수 있다. 몇몇 구현예에서, 가열 블록은 알루미늄, 알루미나, 또는 알루미나 세라믹을 포함한다. 가열 블록은 추가 가열 수단의 외부 표면을 형성할 수 있다.
추가 가열 수단은 내부 저항 또는 유도 가열 요소 또는 외부 가열 요소, 또는 내부 및 외부 가열 요소 둘 모두를 포함할 수 있으며, 여기서 "내부" 및 "외부"는 사용시 에어로졸 형성 기재에 대한 가열 요소의 상대적 위치를 지칭한다. 내부 가열 요소는 임의의 적합한 형태를 취할 수 있다. 예를 들면, 내부 가열 요소는 가열 블레이드의 형태를 취할 수 있다. 대안적으로, 내부 히터는 상이한 도전부를 갖는 케이싱이나 기재, 또는 전기 저항성 금속 튜브의 형태를 취할 수 있다. 대안적으로, 내부 가열 요소는 사용시 에어로졸 형성 기재의 중심을 통과하는 하나 이상의 가열 니들(needle) 또는 로드(rod)일 수 있다. 다른 대안은 가열 와이어 또는 필라멘트, 예를 들어 니켈-크롬(Ni-Cr), 백금, 텅스텐 또는 합금 와이어 또는 가열 플레이트를 포함한다. 선택적으로, 내부 가열 요소는 경연성 캐리어 재료 내에 또는 위에 증착될 수 있다. 하나의 이러한 구현예에서, 전기 저항성 가열 요소는 온도와 비저항 간의 정의된 관계를 갖는 금속을 이용해 형성될 수 있다. 이러한 예시적인 장치에서, 금속은 세라믹 재료와 같은 적합한 절연 재료 상에 트랙으로서 형성된 다음 유리와 같은 다른 절연 재료 내에 개재될 수 있다. 이러한 방식으로 형성된 히터는 작동 중에 가열 요소의 온도를 가열하고 모니터링하는 데 사용될 수 있다. 에어로졸 발생 요소는 에어로졸을 발생시키기 위해 전술한 모니터링된 가열 수단에 의해 에어로졸 형성 기재를 가열할 수 있다. 일부 구현예에서, 에어로졸 형성 기재는 바람직하게는 약 150°C 내지 약 350°C; 보다 바람직하게는 약 180°C 내지 약 250°C 또는 약 200°C 내지 약 230°C 범위의 온도로 가열된다.
에어로졸 발생 요소는 전술한 바와 같이 카트리지를 수용하기 위한 수용부를 포함하고 있다. 수용부는 에어로졸 발생 장치의 하나 이상의 공기 유입구 채널과 연통하는 임의의 적합한 수의 구멍을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 수용부는 1개 내지 500개의 구멍과 같은, 1개 내지 1000개의 구멍을 포함할 수 있다. 구멍은 균일한 크기 또는 불균일한 크기일 수 있다. 구멍은 균일한 또는 불균일한 형상일 수 있다. 구멍은 균일하게 분포되거나 불균일하게 분포될 수 있다. 구멍은 임의의 적합한 위치에서 수용부에 형성될 수 있다. 예를 들어, 구멍은 수용부의 상단 또는 하단 중 하나 또는 둘 모두에 형성될 수 있다. 바람직하게는, 구멍은 수용부의 하단에 형성되어 있다.
수용부의 상단이 하나 이상의 구멍을 포함하면, 수용부의 상단에 있는 구멍들 중 적어도 일부는 카트리지가 수용부 내에 수용될 때 수용부의 상단에 있는 구멍들 중 적어도 일부와 정렬되도록 배열될 수 있다.
일부 구현예에서, 에어로졸 발생 요소는 카트리지에 펑크를 내어 카트리지 내에 구멍을 형성하도록 구성되어 있다. 일부 구현예에서, 에어로졸 발생 요소의 수용부는 카트리지에 펑크를 내어 카트리지 내에 구멍을 형성하도록 구성되어 있다.
수용부는, 바람직하게는, 카트리지가 수용부에 의해 수용될 때 수용부의 하나 이상의 벽면 또는 천장과 에어로졸 발생 기재를 포함하는 카트리지 사이에서 접촉하게 하는 형상과 크기를 가진다. 유리하게는, 이는 추가 외부 가열 요소에 의한 에어로졸 형성 기재의 전도성 가열을 용이하게 한다.
바람직하게는, 수용부의 내부 및 에어로졸 발생 기재를 포함하고 있는 카트리지의 외부는 유사한 크기, 형상 및 치수를 갖는다. 바람직하게는, 수용부의 내부는 약 1.5 대 1 초과의 베이스 폭(또는 직경) 비에 대한 높이를 갖는다. 바람직하게는, 카트리지의 외부는 약 1.5 대 1 초과의 베이스 폭(또는 직경) 비에 대한 높이를 갖는다. 이러한 비율은 열이 카트리지의 중간으로 침투하게 함으로써 사용 동안 카트리지 내에서 에어로졸 발생 기재의 더욱 효율적인 고갈을 허용할 수 있다. 예를 들어, 수용부 및 카트리지는 높이의 약 1.5배 내지 약 5배, 또는 높이의 약 1.5배 내지 약 4배, 또는 높이의 약 1.5배 내지 약 3배의 기저부 직경(또는 폭)을 가질 수 있다. 유사하게는, 수용부 및 카트리지는 기저부 직경(또는 폭)의 약 1.5배 내지 약 5배, 또는 기저부 직경(또는 폭)의 약 1.5배 내지 약 4배, 또는 기저부 직경(또는 폭)의 약 1.5배 내지 약 3배의 높이를 가질 수 있다. 바람직하게는, 수용부 및 카트리지는 약 1.5 대 1 내지 약 2.5 대 1의 높이 대 기저부 직경 비율 또는 기저부 직경 대 높이 비율을 가진다.
일부 구현예에서, 수용부의 내부 및 카트리지의 외부는 약 15mm 내지 약 30mm 범위의 베이스 치수 및 약 40mm 내지 약 60mm 범위의 높이를 각각 가진다.
수용부는 하나 이상의 부분으로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 수용부는 2개 이상의 부분에 의해 형성된다. 수용부의 적어도 하나의 부분은 카트리지를 수용부 내로 삽입하기 위한 수용부의 내부로 접근을 허용하기 위해서 수용부의 다른 부분에 대해 이동 가능할 수 있다. 예를 들어, 수용부의 하나의 부분은 수용부 부분이 분리될 때 에어로졸 형성 기재를 수용하는 카트리지의 삽입을 허용하기 위해서 수용부의 다른 부분에 제거 가능하게 부착 가능할 수 있다. 수용부 부분은, 예컨대 나사 결합, 억지 끼워 맞춤, 스냅 끼워 맞춤, 자기 연결 등을 통한 임의의 적합한 방식으로 부착 가능할 수 있다. 일부 구현예에서, 수용부 부분은 경첩을 통해 서로 부착된다. 수용부 부분이 경첩을 통해 부착될 때, 수용부 부분은 또한, 수용부가 폐쇄 위치에 있을 때 서로에 대해 수용부 부분을 고정하는 잠금 기구를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 수용부는 카트리지가 드로어(drawer) 내에 배치되게 하도록 미끄럼 개방될 수 있고 시샤 장치가 사용되게 하도록 미끄럼 폐쇄될 수 있는 드로어를 포함하고 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 전술한 바와 같이 카트리지와 함께 사용하기 위한 에어로졸 발생 장치가 제공되어 있다. 에어로졸 발생 장치는 전술한 바와 같은 에어로졸 발생 요소를 포함하고 있다. 일부 구현예에서, 에어로졸 발생 장치는 시샤 장치이다. 하나 이상의 구현예에서, 시샤 장치는 기류 도관 및 액체 용기를 더 포함할 수 있다.
사용 시, 발생된 에어로졸은 기류 도관을 통해 흐를 수 있다. 기류 도관은 또한 본원에서 스템 파이프로서 지칭될 수 있다. 기류 도관은 에어로졸 발생 요소로부터 기류를 수용하도록 위치된 근위 개구부를 정의하는 근위 말단부를 포함하고 있다. 기류 도관은 용기 내부에 위치된 원위 개구부를 정의하는 원위 말단부를 포함하고 있다. 용기는 액체 충진 레벨까지, 그 안에 액체를 수용하도록 구성되어 있다. 기류 도관은 용기와 유체 연통한다. 기류 채널은 에어로졸 발생 요소와 용기 내부 사이에 정의될 수 있다. 특히, 에어로졸 발생 요소는 기류 도관에 의해 용기와 유체 연통한다. 용기 내부는 액체를 수용하기 위한 하부 부피 및 헤드 공간을 위한 상부 부피를 포함하고 있다. 용기는 액체 충진 레벨 위의, 용기의 상부 부피와 유체 연통하는 헤드 공간 유출구를 포함하고 있다. 일부 구현예에서, 호스는 헤드 공간 유출구에 연결될 수 있다. 마우스피스는 시샤 장치의 사용자에 의한 퍼프를 위해 호스에 결합될 수 있다.
용기는 광학적으로 불투명할 수 있거나 소비자가 용기 내의 내용물을 관찰하게 하도록 광학적으로 투명한 하우징 또는 하우징 부분을 포함할 수 있다. 용기는 액체 충진선과 같은 액체 충진 경계선을 포함할 수 있다. 용기 하우징은 임의의 적합한 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 용기 하우징은 유리 또는 적합한 강성 플라스틱 재료를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 용기는 에어로졸 발생 요소를 갖는 시샤 장치의 일부분으로부터 제거 가능하다. 이는 유리하게는 소비자가 용기를 충진하거나 청소하는 것을 더 용이하게 한다.
용기는 액체 충진 레벨로 충진될 수 있다. 액체는, 바람직하게는 물을 포함한다. 액체는, 하나 이상의 착색제, 향미제 또는 착색제와 향미제가 선택적으로 주입될 수 있다. 예를 들어, 액체에는 식물성 또는 허브 주입물 중 하나 또는 둘 모두가 주입될 수 있다. 일부 구현예에서, 에어로졸은 액체를 통해 당겨짐으로써 변경될 수 있다.
공기는 에어로졸 발생 요소를 통해 흘러서 기류 도관을 통해 에어로졸 발생 요소로부터 에어로졸을 흡인할 수 있다. 기류 도관은 기류 채널을 정의할 수 있다. 기류는 용기의 헤드 공간 유출구를 통해 시샤 장치를 빠져나갈 수 있다. 공기는 헤드 공간 유출구에 부압을 인가함으로써 기류 도관을 통해 흐를 수 있다. 부압의 공급원은 사용자의 흡입 또는 퍼프일 수 있다. 이에 응답하여, 에어로졸은 기류 도관을 통해, 용기 내부에 수용된 액체를 통해 흡인될 수 있다. 사용자는 헤드 공간 유출구와 유체 연통하는 마우스피스를 흡입하여 헤드 공간 유출구 또는 마우스피스에서 부압을 발생시키거나 제공할 수 있다. 일부 구현예에서, 기류는 시샤 장치의 에어로졸 형성 기재 수용부로 진입할 수 있고, 에어로졸 형성 기재를 따라 또는 에어로졸 형성 기재를 가로질러 흐를 수 있고, 그리고 에어로졸로 연행될 수 있다. 그런 다음, 에어로졸 연행 공기는 기류 도관을 통해 수용부 내의 유출구로부터 용기로 흐를 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 “하류”는 에어로졸 발생 요소로부터 용기의 내부를 향하는 기류 도관을 따르는 방향을 지칭한다. 용어 “상류”는 하류 방향에 대향하는 방향 또는 용기 내부로부터 에어로졸 발생 요소를 향하는 기류 도관을 따르는 방향을 지칭한다.
기류 도관은 에어로졸 발생 요소와 용기 내부 사이에 위치되어 있다. 기류 도관은 기류 도관을 따라 하나 이상의 구성 요소를 포함할 수 있다. 기류 도관은 에어로졸 발생 요소로부터 기류를 수용하도록 위치된 근위 개구부를 정의하는 근위 말단부를 포함하고 있다. 기류 도관은 용기 내부에 위치된 원위 개구부를 정의하는 원위 말단부를 포함하고 있다. 기류 도관의 원위 말단부는 시샤 장치의 사용 동안에 용기 내부의 액체 부피 내로 연장될 수 있다.
기류 도관은 근위 말단부 및 원위 말단부를 통해 연장되는 길이방향 축을 정의하는 것으로 설명될 수 있다. 측방향은 길이방향 축에 직교하여 정의될 수 있다. 예를 들어, 기류 도관의 단면, 원주, 폭, 또는 직경은 측방향으로 또는 길이방향 축에 직교하는 평면에서 정의될 수 있다.
시샤 장치의 하우징은 공기가 시샤 장치로 진입할 수 있는 하나 이상의 공기 유입구를 포함할 수 있다. 공기는 기류 경로를 따라 공기 유입구로부터 수용부로 안내될 수 있고, 또한 기류 도관을 통해 용기 내부를 향해서 추가로 안내될 수 있다. 일부 구현예에서, 기류 경로는 하우징 공기 유입구로부터 광전 장치로 연장되는 제1 부분 및 광전 장치로부터 수용부로 연장되는 제2 부분을 갖는다. 광전 장치는 사용 동안 가열될 수 있다. 주변 환경으로부터 상대적으로 냉각된 주변 공기를 하우징 공기 유입구를 통해 광전 장치로 안내함으로써, 상기 광전 장치를 둘러싸는 뜨거운 공기가 퍼프 시에 제거되거나 변위되어 카트리지를 통과하도록 재유도될 수 있다. 이러한 방식으로, 광전 장치에 의해 생성된 폐열은 에어로졸 형성 기재를 추가로 가열하는 데 효율적으로 사용된다. 동시에, 광전 장치는 주변 공기에 의해 냉각되어 광전 장치의 최적 성능이 보장된다.
에어로졸 발생 장치는 에어로졸 발생 장치의 가열 및 작동을 제어하도록 구성되어 있는 제어 전자기기를 포함할 수 있다. 제어 전자기기는 임의의 적합한 형태로 제공될 수 있다. 제어 전자기기는 제어기를 포함할 수 있다. 제어 전자기기는 메모리를 포함할 수 있다. 메모리는 에어로졸 발생 장치의 하나 이상의 구성 요소가 제어 전자기기의 기능 또는 측면을 수행하게 하는 명령을 포함할 수 있다. 본 개시에서의 제어 전자기기에 기인하는 기능은 소프트웨어, 펌웨어, 및 하드웨어 중 하나 이상으로 구현될 수 있다. 메모리는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체일 수 있다.
특히, 본원에서 설명된 제어기와 같은 하나 이상의 구성요소는 중앙 처리 유닛(CPU), 컴퓨터, 로직 어레이, 또는 제어 전자기기로 출입하는 데이터를 지시할 수 있는 다른 장치와 같은 프로세서를 포함할 수 있다. 제어기는 메모리, 처리 수단 및 통신 하드웨어를 갖는 하나 이상의 컴퓨팅 장치를 포함할 수 있다. 제어기는 제어기의 다양한 구성요소를 함께 결합하거나 제어기에 작동 가능하게 결합된 다른 구성요소와 결합하는 데 사용되는 회로를 포함할 수 있다. 제어기의 기능은 하드웨어에 의해 수행될 수 있다. 제어기의 기능은 비일시적인 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장된 명령에 의해 수행될 수 있다. 제어기의 기능은 모든 하드웨어 및 비일시적인 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체에 저장된 명령에 의해 수행될 수 있다.
제어기가 프로세서를 포함하고 있는 경우, 일부 구현예에서, 프로세서는 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 디지털 신호 프로세서(DSP), 주문형 집적 회로(ASIC), 필드 프로그램 가능한 게이트 어레이(FPGA), 및 동등한 이산 또는 집적 논리 회로 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 프로세서는 하나 이상의 마이크로프로세서, 하나 이상의 제어기, 하나 이상의 DSP, 하나 이상의 ASIC, 및 하나 이상의 FPGA 뿐만 아니라 다른 이산 또는 집적 논리 회로의 임의의 조합과 같은 다중 구성요소를 포함할 수 있다. 본원에서 컨트롤러 또는 프로세서에 기인하는 기능은 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로서 구현될 수 있다. 본원에서 프로세서 기반 시스템으로서 기술되었지만, 대안적인 컨트롤러는, 단독으로 또는 마이크로프로세서 기반 시스템과 조합하여 원하는 결과를 달성하도록 릴레이 및 타이머와 같은 다른 구성요소를 이용할 수 있다.
하나 이상의 구현예에서, 예시적인 시스템, 방법 및 인터페이스는 하나 이상의 프로세서, 메모리 또는 메모리 및 하나 이상의 프로세서 모두를 포함할 수 있는 컴퓨팅 장치를 사용하는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램을 사용하여 구현될 수 있다. 본원에서 설명된 프로그램 코드, 로직 또는 코드 및 로직은 입력 데이터 또는 정보에 적용되어 본원에서 설명된 기능을 수행하고 원하는 출력 데이터/정보를 발생할 수 있다. 출력 데이터 또는 정보는 본원에서 기술된 바와 같이 또는 알려진 방식으로 적용되듯이 하나 이상의 기타 장치 또는 방법에 입력으로서 적용될 수 있다. 위의 관점에서, 본원에서 설명된 컨트롤러 기능이 당업자에게 공지된 임의의 방식으로 구현될 수 있음은 쉽게 자명해질 것이다.
일부 구현예에서, 제어 전자기기는 프로그래밍 가능 마이크로프로세서일 수 있는 마이크로프로세서를 포함할 수 있다. 전자 회로는 전력 공급을 조절하도록 구성될 수 있다. 전자 회로는 전자기 복사를 발생시키기 위한 광전 장치를 활성화하기 위해 제어 신호를 발생시키도록 구성될 수 있다.
일부 구현예에서, 제어 전자기기는 카트리지의 온도에 따라 광전 장치에 대한 전력 공급을 제어하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 제어 전자기기는 저항성 요소의 온도를 조절할 수 있다.
에어로졸 발생 장치는 온도 센서를 포함할 수 있다. 온도 센서는 IR 온도 센서일 수 있다. 카트리지를 가열하기 위한 전자기 복사를 방출하는 데 사용되는 광전 장치는 또한 IR 온도 센서로서 사용될 수 있다. 복사선을 방출하기 위한 그리고 또한 카트리지의 온도를 모니터링하기 위한 광전 장치를 사용함으로써, 장치의 특히 콤팩트한 설계가 달성될 수 있다.
온도 센서는 열전대를 포함할 수 있다. 온도 센서는 카트리지의 온도를 제어하기 위해 제어 전자기기에 작동 가능하게 결합될 수 있다. 온도 센서는 임의의 적합한 위치에 위치될 수 있다. 예를 들어, 온도 센서는 가열될 에어로졸 형성 기재의 온도를 모니터링하기 위해서 에어로졸 형성 기재 또는 수용부 내부에 수용되는 카트리지에 삽입되도록 구성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 온도 센서는 에어로졸 발생 요소의 에어로졸 유출구와 같은 에어로졸 발생 장치의 에어로졸 유출구에서 온도를 검출하도록 위치될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 온도 센서는 가열 펌프의 가열된 측면과 같은, 냉각 요소와 접촉할 수 있다. 센서는 감지된 온도에 관한 신호를 제어 전자기기에 전송할 수 있고, 이는 광전 장치의 출력을 조정하여 센서에서 적합한 온도를 달성할 수 있다.
임의의 적절한 열전대, 예컨대 K형 열전대가 사용될 수 있다. 열전대는 온도가 가장 낮은 카트리지 내에 배치될 수 있다. 예를 들어, 열전대는 카트리지의 중앙 또는 중간에 배치될 수 있다.
에어로졸 발생 장치가 온도 센서를 포함하는지의 여부에 관계없이, 장치는, 바람직하게는 에어로졸 발생 기재를 연소시키지 않고 에어로졸을 발생시키는 데 충분한 정도로 수용부에 수용된 에어로졸 발생 기재를 가열하도록 구성되어 있다.
제어 전자기기는 에어로졸 발생 장치의 전력 공급부에 작동 가능하게 결합될 수 있다. 에어로졸 발생 장치는 임의의 적합한 전력 공급부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 발생 장치의 전력 공급부는 배터리 또는 배터리 세트(예컨대, 베터리 팩)일 수 있다. 일부 구현예에서, 캐소드 및 애노드 요소와 같은 배터리의 하나 이상의 구성 요소, 또는 심지어 전체 배터리는 이들이 배치되는 에어로졸 발생 장치의 일부의 기하학적 구조에 부합하도록 구성될 수 있다. 일부 경우에, 배터리 또는 배터리 구성 요소는 기하학적 구조와 일치하도록 롤링 또는 조립에 의해 구성될 수 있다. 전력 공급부의 배터리는 재충전 가능할 수 있다. 전력 공급부의 배터리는 제거 가능하고 교체 가능할 수 있다. 임의의 적절한 배터리가 사용될 수 있다. 예를 들어, 산업용 대형 전력 공구에 사용되는 것과 같은 대형 배터리 또는 표준 배터리가 존재한다. 대안적으로, 전력 공급부 유닛은 슈퍼 또는 하이퍼 커패시터를 포함하고 있는 임의의 유형의 전기 전력 공급부를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 에어로졸 발생 장치는 외부 전력 공급원에 연결 가능할 수 있고, 이러한 목적을 위해 전기적으로 및 전자적으로 설계될 수 있다. 사용된 전력 공급부의 유형에 관계없이, 전력 공급부는, 바람직하게는 재충전되거나 외부 전기 전원에 연결될 필요가 있기 전에, 장치의 적어도 대략 30분, 바람직하게는 적어도 대략 50분, 보다 바람직하게는 적어도 대략 70분의 연속 작동 동안 시샤 장치의 정상 기능을 위해 충분한 에너지를 제공한다.
시샤 장치는 가속 요소를 포함할 수 있다. 에어로졸 연행 공기는 하나 이상의 가속 요소를 통과할 때 감압될 수 있다. 그런 다음, 에어로졸 연행 공기는 스템 파이프를 통해 용기 내로 계속되고, 그런 다음 사용자가 흡입할 수 있다. 가속 요소는 기류 도관을 따라, 예컨대 기류 도관의 기류 채널을 따라 위치될 수 있다. 특히, 가속 요소는 기류 도관을 따라 위치될 수 있다. 가속 요소는 기류 채널 또는 기류 도관의 일부를 일체로 형성할 수 있다. 가속 요소는 가속 요소를 통해 흐르는 에어로졸을 가속하도록 구성될 수 있다.
시샤 장치는 냉각 요소를 포함할 수 있다. 냉각 요소는 기류 채널 또는 기류 도관을 따라 배치될 수 있다. 냉각 요소는 기류 채널 또는 기류 도관의 일부를 일체로 형성할 수 있다. 냉각 요소는 기류 채널 내의 에어로졸, 특히 냉각 요소를 통해 또는 냉각 요소를 지나서 흐르는 공기를 냉각하도록 구성되어 있다. 냉각 요소는 기류 채널을 따라 에어로졸 발생 요소로부터 하류에 배치될 수 있다. 특히, 냉각 요소는 에어로졸 발생 요소와 기류 채널의 말단 사이에, 또는 적어도 에어로졸 발생 요소와 용기 사이에 배치될 수 있다. 또한, 냉각 요소는, 에어로졸 생성을 위한 신속한 냉각을 촉진할 수 있는, 스템 파이프의 감속 챔버 또는 감속 부분에 인접하거나, 가능한 한 가깝게 위치될 수 있다. 냉각 요소는 수동 냉각, 능동 냉각, 또는 둘 다를 이용할 수 있다. 냉각 요소는 열 전도성 재료의 도관을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 전술한 바와 같은 본 발명의 에어로졸 발생 장치 및 전술한 바와 같은 에어로졸 형성 기재를 포함하고 있는 카트리지를 포함하고 있는 에어로졸 발생 시스템이 제공되어 있다. 일반적으로, 카트리지는 에어로졸 발생 장치의 에어로졸 발생 요소의 수용부에 제거 가능하게 장착 가능한 소모품이다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 전술한 바와 같은 본 발명의 에어로졸 발생 장치 또는 시샤 장치, 및 전술한 바와 같은 에어로졸 형성 기재를 포함하고 있는 카트리지를 포함하고 있는 에어로졸 발생 시스템이 제공되어 있다. 일반적으로, 카트리지는 에어로졸 발생 장치 또는 시샤 장치의 에어로졸 발생 요소의 수용부에 제거 가능하게 가능한 소모품이다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 에어로졸 발생 장치에서 에어로졸을 형성하기 위한 방법이 제공되어 있다. 상기 방법에 따르면, 전자기 복사는 광전 장치에 의해 발생된다. 또한, 전자기 복사는 광 경로를 따라 광전 장치로부터 에어로졸 형성 기재를 포함하고 있는 카트리지로 유도된다. 마지막으로, 에어로졸 형성 기재는 전자기복사에 의해 가열된다. 결과적으로, 에어로졸 형성 기재의 온도는 전자기 광의 흡수 시 증가한다. 카트리지에 포함된 에어로졸 형성 기재의 온도는, 에어로졸이 형성되는 기화 온도에 도달할 때까지 카트리지에 의한 전자기 광의 흡수 시 증가할 수 있다. 상기 방법의 일부 구현예에서, 에어로졸 발생 장치는 시샤 장치이다.
상기 방법의 하나 이상의 구현예에서, 전자기 복사는 전자기 복사 빔이고, 상기 방법은 전자기 복사 빔에 의해 카트리지를 가열하기 전에 전자기 복사 빔을 조작하는 단계를 포함하고 있다. 상기 방법의 일부 구현예에서, 전자기 복사 빔을 조작하는 단계는 하나 이상의 광학 요소를 사용하여 복사의 전자기 빔을 조작하는 단계를 포함하고 있다. 일부 구현예에서, 하나 이상의 광학 요소는 이동 가능한 마운트 상에 제공될 수 있다. 따라서, 에어로졸 형성 기재의 상이한 부분은 예를 들어, 순차적 방식으로 선택적으로 가열될 수 있다.
상기 방법의 일부 구현예에서, 상기 방법은 전자기 복사 빔을 동적으로 조작하는 단계를 포함하고 있다. 일부 구현예에서, 상기 동적 조작은, 에어로졸 형성 기재의 상이한 부분이, 예를 들어, 순차적 방식으로 선택적으로 가열되도록, 광학 요소의 이동 가능한 마운트에 의해 달성될 수 있다.
예의 목적으로, 본원에 설명된 바와 같은 시샤 장치를 사용하는 하나의 방법이 아래에서 시간 순서로 제공된다. 용기가 시샤 장치의 다른 구성요소에서 분리되어 물로 충진될 수 있다. 천연 과일 주스, 식물성 및 허브 주입물 중 하나 이상이 향미를 위해 물에 첨가될 수 있다. 첨가되는 액체의 양은 주 기류 도관의 일부분을 커버해야 하지만 용기에 선택적으로 존재할 수 있는 충진 레벨 마크를 초과해서는 안 된다. 그 다음, 용기가 시샤 장치에 재조립된다. 에어로졸 발생 요소의 일부분은 카트리지가 수용부 내에 삽입되게 하도록 제거되거나 개방될 수 있다. 그 다음, 에어로졸 발생 요소가 재조립되거나 폐쇄된다. 그 다음, 장치가 켜질 수 있다. 사용자는 원하는 부피의 에어로졸이 생성되어 공기 가속 유입구를 갖는 챔버를 충진할 때까지 마우스피스로부터 퍼프할 수 있다. 사용자는 원하는 대로 마우스피스를 퍼프할 수 있다. 사용자는 에어로졸이 챔버에서 더 이상 보이지 않을 때까지 장치를 계속해서 사용할 수 있다. 일부 구현예에서, 장치는 카트리지가 사용 가능한 에어로졸 발생 기재가 고갈될 때 자동으로 차단될 것이다. 대안적으로 또는 추가적으로, 소비자는, 예를 들어 소모품이 고갈 또는 거의 고갈되었다는 신호를 장치로부터 수신한 후에 장치를 신선한 카트리지로 재충진할 수 있다. 새로운 카트리지로 재충진되면, 장치는 계속해서 사용될 수 있다. 바람직하게는, 시샤 장치는, 예를 들어 장치를 스위치 오프시킴으로써 소비자에 의해 언제든지 꺼질 수 있다.
일부 실시예에서, 사용자는 활성화 요소를 사용하여 하나 이상의 광전 장치를 활성화시킬 수 있다. 활성화 요소는, 예를 들어, 마우스피스 상에 또는 마우스피스에 인접하게 제공될 수 있다. 활성화 요소는, 예를 들어 제어 전자기기와 무선 통신할 수 있고 광전 장치를 대기 모드로부터 부분적 또는 전체 조사로 활성화하기 위해 제어 전자기기에 신호를 보낼 수 있다. 일부 구현예에서, 이러한 수동 활성화는 카트리지 내의 에어로졸 발생 기재에 대한 과열 또는 불필요한 가열을 방지하기 위해서 사용자가 마우스피스를 퍼프하는 동안에만 가능하다.
일부 예에서, 마우스피스는 퍼프 센서를 포함하고 있다. 퍼프 센서는 제어 전자기기와 무선 통신할 수 있고 소비자에 의한 마우스피스의 퍼프로 대기 모드로부터 전체 조사로 광전 장치의 활성화를 유발한다.
본 발명의 시샤 장치는 임의의 적합한 기류 관리를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 사용자로부터의 퍼프 작용은 흡입 효과를 생성하여, 외부 공기가 장치의 공기 유입구를 통해, 공기 유입구 채널 내로, 그리고 에어로졸 발생 요소의 수용부 내로 흐르게 할 장치 내부에서 저압을 야기할 것이다. 그런 다음, 공기는 수용부 내의 기재를 수용하는 카트리지를 통해 흘러서 수용부의 에어로졸 유출구를 통해 에어로졸을 운반할 수 있다. 그런 다음, 에어로졸은 (에어로졸 발생 요소의 유출구가 챔버의 공기 가속 유입구로서의 역할도 하지 않는 한) 챔버의 공기 가속 유입구의 제1 구멍 내로 흐를 수 있다. 에어로졸로 연행된 공기가 챔버의 유입구를 통해 흐를 때, 공기는 가속된다. 가속된 에어로졸 연행 공기는 제2 구멍을 통해 유입구를 빠져나와 챔버의 주 챔버로 들어가고, 여기서 에어로졸 연행 공기는 감속된다. 메인 챔버에서의 감속은 에어로졸의 핵형성 또는 팽창 또는 핵형성 및 팽창 둘 다를 개선하여, 가시적인 에어로졸을 향상시킬 수 있다. 그런 다음, 에어로졸 연행 공기는 챔버를 빠져나와 주 도관을 통해 용기 내부의 액체로 흐를 수 있다(주 도관이 챔버의 주 챔버인 경우는 제외). 그 다음, 에어로졸은 소비자에게 전달하기 위해서 액체 밖으로, 그리고 액체 레벨 위에 있는 용기의 헤드스페이스 내로, 헤드스페이스 유출구로부터 그리고 호스 및 마우스피스를 통해 포말화될 것이다. 시샤 장치 내부의 공기의 흐름 및 에어로졸의 흐름은 사용자로부터의 퍼프 동작에 의해 구동될 수 있다.
상기 방법은, 광전 장치가 주변 공기에 의해 냉각되고 주변 공기를 예열하기 위해, 기류 경로의 제1 부분을 따라, 시샤 장치의 공기 유입구로부터 광전 장치까지 주변 공기를 유도하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 광전 장치로부터 상기 카트리지로 상기 예열된 주변 공기를 유도하는 단계를 더 포함할 수 있다. 주변 환경으로부터 냉각된 주변 공기를 안내함으로써, 공기 유입구를 통해 광전 장치로 이동함으로써, 상기 광전 장치를 둘러싸는 뜨거운 공기가 퍼프 시에 제거되거나 변위될 수 있고, 카트리지를 통과하도록 재유도될 수 있다. 이러한 방식으로, 광전 장치에 의해 생성된 폐열은 에어로졸 형성 기재를 추가로 가열하는 데 효율적으로 사용된다. 동시에, 광전 장치는 주변 공기에 의해 냉각되어 광전 장치의 최적 성능이 보장된다.
본 발명의 시샤 장치의 모든 주요 부품의 조립체는 장치의 밀폐 기능을 보장한다. 밀폐 기능은 적절한 기류 관리가 이루어지도록 보장해야 한다. 밀폐 기능은 임의의 적합한 방식으로 달성될 수 있다. 예를 들어, 밀봉 링 및 와셔와 같은 시일이 밀폐 밀봉을 보장하는 데 사용될 수 있다.
밀봉 링 및 밀봉 와셔 또는 다른 밀봉 요소는 임의의 적합한 재료 또는 재료들로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 밀봉은 그래핀 화합물 및 실리콘 화합물 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 재료는 미국 식품 의약국(FDA)에서 인간의 사용을 위해 승인되었다.
챔버, 상기 챔버로부터의 주 기류 도관, 수용부의 커버 하우징 및 용기와 같은 주요 부분은 임의의 적합한 재료 또는 재료들로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 이들 부품은 유리, 유리계 화합물, 폴리설폰(PSU), 폴리에테르설폰(PES) 또는 폴리페닐설폰(PPSU)으로 독립적으로 만들어질 수 있다. 바람직하게는, 부품은 표준 식기 세척기에서 사용하는 데 적합한 재료로 형성된다.
일부 예에서, 본 발명의 마우스피스는 호스 유닛에 연결하기 위한 신속 결합 수형/암형 특징부를 포함하고 있다. 이는 마우스피스의 교체를 가능하게 한다.
전자 복사 가열된 시샤 장치는 다음과 같이 작동할 수 있다. 에어로졸 형성 기재를 수용하는 카트리지가 전자기 복사에 의해 가열될 수 있다. 이를 위해, 에어로졸 발생 요소는 전자기 복사를 카트리지 상으로 유도한다. 에어로졸 발생 요소는 제공된 온도가 에어로졸 형성 기재를 연소시키거나 태우지 않고 에어로졸을 발생시키기에 충분하도록 구성될 수 있다. 사용자는 전기 시샤로부터 공기를 흡인할 수 있고, 공기는 공기 유입구 채널을 통해 진입하고, 냉각 요소를 통과하여, 카트리지를 따라 이동한 다음, 카트리지의 바닥을 향해 그리고 나서 수용부의 바닥으로 이동할 수 있다. 발생된 에어로졸은 가속 요소를 통과하는 동안 가속될 수 있다. 가속 이전 또는 가속 도중에, 발생된 에어로졸은 냉각 요소에 의해 냉각되어 에어로졸 내의 응축을 증가시킬 수 있다. 에어로졸은 챔버에 진입할 때 압력 변화를 경험할 수 있고, 챔버 내에서 팽창할 수 있고, 이는 주 기류 도관, 또는 스템 파이프를 통과하기 전에, 더 낮은 부피의 용기 내의 물에 부분적으로 침지될 수 있다. 발생된 에어로졸은 물을 통과하고 호스에 의해 추출되기 전에 용기의 상부 부피로 팽창한다.
상기 방법의 하나 이상의 구현예에서, 에어로졸 형성 기재는 시샤 당밀을 포함하고 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전술한 바와 같은 방법을 실행하기 위한 소프트웨어를 포함하고 있는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체가 제공되어 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전술한 바와 같은 방법을 구현하도록 구성되어 있는 제어기가 제공되어 있다. 일부 구현예에서, 상기 제어기는 전술한 바와 같은 방법을 실행하기 위한 소프트웨어를 포함하고 있다. 일부 구현예에서, 소프트웨어는 전술한 바와 같은 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 제어기의 일부로서 제공되어 있다.
본원에서 사용된 모든 과학 기술 용어는 달리 특정되지 않는 한 당분야에서 일반적으로 사용되는 의미를 갖는다. 본원에서 제공된 정의는 본 명세서에서 빈번하게 사용되는 특정 용어의 이해를 용이하게 하기 위한 것이다.
일 측면과 관련하여 설명된 특징은 본 발명의 다른 측면에 동일하게 적용될 수 있다.
본 발명은 첨부 도면을 참조하여 단지 예로서 추가로 설명될 것이며,
도 1은 본 발명의 에어로졸 발생 요소를 포함하고 있는 시샤 장치를 보여주고 있고;
도 2는 본 발명의 구현예에 따른 개략적인 카트리지를 보여주고 있고;
도 3은 본 발명의 절두 원추형 카트리지의 실시예의 저면도를 보여주고 있고;
도 4는 본 발명의 에어로졸 발생 요소를 보여주고 있고;
도 5는 본 발명의 다른 구현예에 따른 에어로졸 발생 요소를 보여주고 있고; 그리고
도 6은 도 5의 에어로졸 발생 요소 내의 기류 경로를 보여주고 있다.
도 1은 본 발명의 에어로졸 발생 요소를 포함하고 있는 시샤 장치를 보여주고 있고;
도 2는 본 발명의 구현예에 따른 개략적인 카트리지를 보여주고 있고;
도 3은 본 발명의 절두 원추형 카트리지의 실시예의 저면도를 보여주고 있고;
도 4는 본 발명의 에어로졸 발생 요소를 보여주고 있고;
도 5는 본 발명의 다른 구현예에 따른 에어로졸 발생 요소를 보여주고 있고; 그리고
도 6은 도 5의 에어로졸 발생 요소 내의 기류 경로를 보여주고 있다.
도 1은 에어로졸 형성 기재(42)(미도시)를 포함하고 있는 카트리지(30)를 수용하도록 구성되어 있는 에어로졸 발생 요소(10)를 포함하고 있는 시샤 장치(100)를 보여주고 있다. 에어로졸 발생 요소(10)는 도 2와 관련하여 후술하는 바와 같이 전자기 복사에 의해 에어로졸 형성 기재(20)를 가열하여 에어로졸을 발생시킬 수 있다. 사용 시, 발생된 에어로졸은 기류 도관을 통해 흐른다. 기류 도관은 스템 파이프(12)의 일부로서 제공될 수 있다. 기류 도관은 에어로졸 발생 요소(10)로부터 기류를 수용하도록 위치된 근위 개구부(14)를 정의하는 근위 말단부 및 용기(18)의 내부에 위치된 원위 개구부(16)를 정의하는 원위 말단부를 포함하고 있다.
스템 파이프(12)는 용기(18)와 유체 연통한다. 기류 채널은 에어로졸 발생 요소(10)와 용기(18)의 내부 사이에 정의된다. 특히, 에어로졸 발생 요소(10)는 기류 채널을 적어도 부분적으로 정의하는 스템 파이프(12)에 의해 용기(18)와 유체 연통한다. 용기(18)의 내부는 헤드 공간을 위한 상부 부피(20) 및 액체를 위한 하부 부피(22)를 포함하고 있다. 호스(24)는 액체 라인 위의 용기(18)의 측면에 형성된 헤드 공간 유출구(26)를 통해 상부 부피(20)와 유체 연통한다. 마우스피스(28)는 장치(100)의 사용자를 위한 호스(24)에 결합되어 있다.
발생된 에어로졸은 에어로졸 발생 요소(10)로부터, 스템 파이프(12)를 통한 기류 채널을 통해 용기(18)의 하부 부피(22) 내로 흐를 수 있다. 에어로졸은 하부 부피(22) 내의 액체를 통과할 수 있고 상부 부피(20) 내로 상승할 수 있다. 사용자가 호스(24)의 마우스피스(28) 상에 퍼프하는 단계는 상부 부피(20)의 에어로졸을 흡입을 위해 헤드 공간 유출구(26)를 통해 호스(24) 내로 흡인할 수 있다. 특히, 마우스피스(28)에서의 부압은 헤드 공간 유출구(26)에서 부압으로 변환되어 에어로졸 발생 요소(10) 및 스템 파이프(12)를 통한 기류를 유발할 수 있다.
도 2는 본 발명의 개략적인 카트리지(30)의 단면을 보여주고 있다. 카트리지(30)는 하단 벽면(34), 상단 벽면(36) 및 측벽면(38)을 포함하고 있는 원통형 본체(32)를 갖는다. 카트리지(30)의 벽면은 에어로졸 형성 기재(42)를 포함하고 있는 공동(40)을 정의한다.
카트리지의 벽면들(34, 36, 38)은 높은 열 전도성 재료인 알루미늄으로 형성되어 있다. 벽면들(34, 36, 38)의 외부 표면에, 높은 방사율 재료(44)가 증착되어 있다. 높은 방사율 재료(44)는 내화성 안료, 높은 방사율 첨가제 및 결합제를 포함하는 코팅층이다. 높은 방사율 재료는 31.2중량%의 에틸 알코올, 7.4중량%의 아세톤, 2.5중량%의 셀룰로오스 결합제, 0.8중량%의 점토 결합제 및 58.1중량%의 산화세륨을 포함할 수 있다. 코팅층을 500°C까지 건조시킬 때, 코팅층은 98.1중량%의 산화세륨, 0.8중량%의 탄소 및 1.0중량%의 규산마그네슘으로 구성된다. 코팅층이 공기 중 500°C를 초과하여 가열될 때, 탄소는 산화되어 99.0중량%의 산화세륨 및 1.0중량%의 규산마그네슘을 수득한다. 이 경우, 산화세륨은 내화성 안료 및 높은 방사율 첨가제로서 동시에 작용한다. 도 2에 사용된 코팅층의 방사율은 0.9 초과이다.
도 3은 본 발명의 카트리지(30)의 구현예의 저면도를 보여주고 있다. 카트리지(30)는 에어로졸 발생 요소의 수용부에 카트리지(30)의 삽입을 용이하게 할 수 있는 약간 절두 원추형 형상을 가질 수 있다. 카트리지(30)의 하단 벽면(34)에는 에어로졸이 카트리지(30)로부터 탈출할 수 있게 하는 복수의 구멍(35)이 제공되어 있다. 카트리지(30)의 상단 벽면(36)에는 공기가 카트리지(30) 내로 진입할 수 있도록 유사한 구멍이 제공되어 있다. 상단 벽면(36)에는, 사용 시, 수용부(56)를 형성하는 에어로졸 발생 장치(10)의 벽면(54) 상에 놓이는 숄더(36a)가 추가적으로 제공되어 있다.
일반적으로, 공기는 카트리지(30)의 상단 벽면(36)에서 구멍을 통해 카트리지(30)로 진입하고, 공동(40)을 통과하고, 에어로졸 형성 기재(42)를 통과하고, 그리고 카트리지(30)의 하단 벽면(34)에서 구멍(35)을 통해 카트리지(30)를 빠져나간다.
도 4는 도 1의 시샤 장치(100)의 일부로서 에어로졸을 발생시키기 위한 본 발명의 에어로졸 발생 요소(10)를 보다 상세하게 보여주고 있다. 에어로졸 발생 요소(10)는 전자기 복사 빔(52)을 발생시켜 방출하도록 구성되어 있는 광전 장치(50)를 포함하고 있다. 도 4의 구현예에서, 전자기 복사 빔(52)은 최대 30와트의 총 전력으로 320nm 내지 660nm의 파장을 갖는 복사를 방출하는 2개의 레이저 다이오드에 의해 발생된다. 에어로졸 발생 요소(10)는 에어로졸 형성 기재(42)를 포함하고 있는 카트리지(30)를 수용하기 위한 수용부(56)을 정의하는 벽면 요소(54)를 더 포함하고 있다. 에어로졸 발생 요소(10)는 2개의 레이저 다이오드(50)로부터 전자기 복사 빔(52)을 수용부(54) 내에 수용된 카트리지(30) 상으로 유도함으로써 카트리지(30)를 가열하도록 배열되어 있다.
도 4의 구현예에서, 카트리지(30)의 상단 벽면(36)은 사용 시 벽면 요소(54)에 의해 지지되는 2개의 숄더(36a)를 포함하고 있다. 2개의 레이저 다이오드(50)는 카트리지(30)를 둘러싸는 벽면 요소(54) 내에 제공되어 있다. 전자기 복사(52)은 카트리지(30)의 측벽면(38)을 향해 유도된다. 카트리지(30)의 높은 방사율 코팅층(44)은 광전 장치(50)로부터 방출된 전자기 복사(52)을 흡수하고, 복사 에너지를 열 에너지로 변환한다. 카트리지(30)가 알루미늄으로 형성되고 알루미늄이 높은 열 전도성을 가지기 때문에, 열은 카트리지(30)의 몸체(32)를 가로질러 균질하게 분포한다.
도 5에는 도 4의 에어로졸 발생 요소(10)의 변형이 도시되어 있다. 변형은 주로 전자기 복사(52)의 광 경로에 관한 것이다. 측벽면(38)의 직접 조사 대신에, 레이저 다이오드는 카트리지(30)의 하단 벽면(34)을 간접적으로 조사한다.
이를 위해, 각각의 레이저 다이오드(50)에 의해 발생된 전자기 복사 빔(52)은 에어로졸 발생 요소(10)의 하부에 제공된 광학 요소(60) 상으로 하향으로 유도된다.
광학 요소(60)는 전자기 복사 복사 빔(52)을 조작하도록 구성되어 있다. 도 5의 구현예에서, 광학 요소(60)는 빔(52)이 방향을 변경하도록 빔(52)을 반사하는 전자기 복사 빔(52)을 조작하기 위한 만곡된 미러(curved mirror)를 포함하고 있다. 바람직하게는, 만곡된 미러의 반경은 고정되지 않고 오히려, 예를 들어, 물 또는 공기 압력에 의해 동적으로 조작될 수 있다.
각각의 광학 요소(60)는 광학 마운트(62)에 의해 에어로졸 발생 요소(10) 내에 장착되어 있다. 도 5에 도시된 구현예에서, 각 전자기 복사 빔(52)은 레이저 장치(50)로부터 만곡된 미러를 향해 전파되는 전자기 복사의 입사 빔 및 만곡된 미러로부터 카트리지(30)로 전파되는 전자기 복사의 반사 빔을 포함하고 있다. 만곡된 미러는 전자기 복사 빔(52)을 반사하여, 빔(52)의 방향을 새로운 방향으로 변경하는데, 이 방향은 빔의 원래 방향에 대해 대략 60도의 각도이다. 따라서, 전자기 복사의 입사 빔과 전자기 복사의 반사 빔 사이에는 대략 60도의 각도가 있다. 그러나, 원하는 경우 다른 반사 각도로 조정될 수 있다.
광학 마운트(62)는 상이한 반사 각도를 조정하기 위해 이동 가능할 수 있다. 전자기 복사 빔(52)이 카트리지(30)의 하단 벽면(34)을 조사하는 카트리지(30) 상의 위치는 이동 가능한 광학 마운트(62)에 의해 동적으로 조작될 수 있다. 예를 들어, 입사 전자기 빔에 대한 만곡된 미러의 회전 각도는 이동 가능한 광학 마운트(62)를 사용하여 조작될 수 있다. 예를 들어, 이동 가능한 광학 마운트(62)는 스테퍼 모터의 미세구조화된 조립체를 포함할 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 레이저 다이오드(50)에 의해 방출된 전자기 복사 빔(52)의 각각은 카트리지(30)의 상이한 부분으로 재유도된다. 이들 부분은 카트리지(30)의 전체 하단 벽면(34)이 조사되도록 중첩될 수 있다.
높은 방사율 코팅층(44)에 의해 전자기 복사 빔(52)의 흡수 시, 및 그런 다음 전도에 의해, 증기가 발생되고 에어로졸이 형성되는 온도에 도달할 때까지 에어로졸 형성 기재(42)의 온도가 증가한다. 카트리지(30)의 바닥 벽면(34)에는 캡슐(30)을 통한 기류를 가능하게 하기 위한 구멍(35)이 제공되어 있다.
도 6은 도 5의 에어로졸 발생 요소(10)를 통과하는 예시적인 기류 경로를 개략적으로 보여주고 있다. 신선한 주변 공기는 시샤 장치(100)의 공기 유입구(66)를 통해 에어로졸 발생 요소(10)로 진입한다. 신선한 공기가 광전 장치(50)를 지나 안내된다. 이에 의해 냉각된 주변 공기는 광전 장치(50)를 냉각시키고, 동시에 신선한 주변 공기는 예열된다. 그런 다음, 예열된 주변 공기는 위에서 카트리지(30)의 상단 표면(36) 내의 구멍을 통해 공동 내로 유도된다. 카트리지(30)를 통과할 때, 예열된 주변 공기는 가열된 에어로졸 형성 기재(42)로부터 발생된 증기와 혼합되어, 에어로졸을 형성한다. 에어로졸은 카트리지(30)의 하단 벽면(34) 내의 구멍을 통해 카트리지(30)를 떠나고, 스템 파이프(12)를 통해 시샤 장치(100)의 용기(18)로 유도된다.
광전 장치(50)를 지나서 냉각된 주변 공기를 유도함으로써, 광전 장치(50)는 효율적으로 냉각되며, 이는 광전 장치(50)의 최적의 성능을 보장한다. 동시에, 공기는 카트리지(30)에 들어가기 전에 예열되어, 광전 장치(50)로부터의 폐열이 에어로졸 발생에 사용될 수 있고, 보다 효율적인 공정을 제공할 수 있다.
도 4 내지 도 6에서, 2개의 광전 장치(50)만이 카트리지(30)의 양 측면에 도시되어 있다. 물론, 추가 광전 장치(50)는 에어로졸 발생 장치(10)의 수용부(56)의 원주를 따라 임의의 위치에 제공될 수 있다. 바람직하게는, 광전 장치(50)는 수용부(56)의 원주 주위에 등간격으로 분포된다. 유사하게, 도 6은 하나의 공기 유입구(66)만을 보여주고 있다. 물론, 하나 초과의 공기 유입구가 제공될 수 있다. 일부 구현예에서, 대응하는 공기 유입구(66)는 에어로졸 발생 요소(10)의 각각의 광전 장치(50)에 대해 제공될 수 있다.
Claims (17)
- 시스템으로서,
복사 가열식 에어로졸 발생 장치의 카트리지로서, 상기 카트리지는,
- 공동을 정의하는 카트리지의 벽면, 및
- 상기 공동 내의 에어로졸 형성 기재를 포함하고,
상기 카트리지의 벽면의 외부 표면은 높은 방사율 재료를 포함하는, 상기 카트리지; 및
상기 에어로졸 발생 장치에서 에어로졸을 발생시키기 위한 에어로졸 발생 요소를 포함하는 에어로졸 발생 장치로서, 상기 에어로졸 발생 요소는,
- 전자기 복사를 발생시키도록 구성되어 있는 광전 장치, 및
- 상기 카트리지를 수용하기 위한 수용부를 포함하고,
상기 에어로졸 발생 요소는 상기 전자기 복사를 상기 카트리지 상으로 유도함으로써 상기 카트리지 내부의 에어로졸 형성 기재를 가열하도록 배열되어 있는, 상기 에어로졸 발생 장치;를 포함하는, 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 에어로졸 발생 장치는 시샤 장치인 것인, 시스템.
- 제1항 또는 제2항에 따른 시스템에 사용하기 위한 카트리지로서, 상기 카트리지는,
- 공동을 정의하는 상기 카트리지의 벽면; 및
- 상기 공동 내의 에어로졸 형성 기재를 포함하고;
상기 카트리지의 벽면의 외부 표면은 높은 방사율 재료를 포함하는, 카트리지. - 제3항에 있어서, 상기 공동을 정의하는 상기 카트리지의 벽면은 높은 열 전도성 재료로 만들어진 것인, 카트리지.
- 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 높은 방사율 재료는 적어도 0.9의 방사율을 갖는 것인, 카트리지.
- 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 높은 방사율 재료는 하나 이상의 전이 금속 산화물을 포함하는 것인, 카트리지.
- 제6항에 있어서, 상기 전이 금속 산화물은 Cr2O3, CoOx, Fe2O3, 및 NiO 중 하나 이상으로부터 선택되는 것인, 카트리지.
- 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 높은 방사율 재료는 코팅층으로서 제공되고, 상기 코팅층은 내화성 안료 및 결합제를 포함하는 것인, 카트리지.
- 제8항에 있어서, 상기 내화성 안료는 지르코니아, 지르코니아 실리케이트, 알루미늄 산화물, 알루미늄 실리케이트, 및 실리콘 산화물 중 하나 이상으로부터 선택되는 것인, 카트리지.
- 제3항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에어로졸 형성 기재는 시샤 당밀(shisha molasses)을 포함하는 것인, 카트리지.
- 제1항 또는 제2항에 따른 시스템에 사용하기 위한, 또는 제3항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 카트리지와 함께 사용하기 위한 에어로졸 발생 요소로서, 상기 에어로졸 발생 요소는,
- 전자기 복사를 발생시키도록 구성되어 있는 광전 장치, 및
- 제3항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 카트리지를 수용하기 위한 수용부를 포함하고,
상기 에어로졸 발생 요소는 상기 전자기 복사를 상기 카트리지 상으로 유도함으로써 상기 카트리지 내부의 에어로졸 형성 기재를 가열하도록 배열되어 있는, 에어로졸 발생 요소. - 제11항에 있어서, 상기 광전 장치와 상기 수용부 사이에 위치되어 있고 상기 전자기 복사를 조작하도록 구성되어 있는 광학 요소를 더 포함하는 것인, 에어로졸 발생 요소.
- 제12항에 있어서, 상기 광학 요소는 상기 전자기 복사를 반사하기 위한 만곡된 미러(curved mirror)를 포함하는 것인, 에어로졸 발생 요소.
- 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 공기 유입구 및 기류 경로를 더 포함하고, 상기 기류 경로의 제1 부분은 상기 공기 유입구로부터 상기 광전 장치까지 연장되어 있고, 상기 기류 경로의 제2 부분은 상기 광전 장치로부터 상기 수용부까지 연장되어 있는 것인, 에어로졸 발생 요소.
- 에어로졸을 발생 장치로 에어로졸을 형성하기 위한 방법으로서, 상기 방법은,
(a) 광전 장치에 의해 전자기 복사를 발생시키는 단계;
(b) 광 경로를 따라 상기 광전 장치로부터 제3항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 카트리지로 전자기 복사를 유도하는 단계; 및
(c) 상기 전자기 복사에 의해 상기 카트리지를 가열하는 단계를 포함하는, 방법. - 제15항에 있어서, (b) 상기 광전 장치로부터 제3항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 카트리지로 전자기 복사를 유도하는 단계는,
(i) 상기 광전 장치로부터 광학 요소로 상기 전자기 복사를 안내하는 단계;
(ii) 광학 요소에 의해 상기 전자기 복사를 조작하는 단계; 및
(iii) 상기 조작된 전자기 복사를 상기 광학 요소로부터 상기 카트리지로 안내하는 단계를 포함하는 것인, 방법. - 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 방법은,
(d) 기류 경로의 제1 부분을 따라 공기 유입구로부터 상기 광전 장치로 주변 공기를 유도하여 상기 주변 공기에 의해 상기 광전 장치를 냉각시키고 상기 주변 공기를 예열하는 단계; 및
(e) 상기 예열된 주변 공기를 상기 광전 장치로부터 상기 카트리지로 유도하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
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