KR102515111B1 - 궐련형 전자담배용 원통형 발열히터 및 이를 포함하는 궐련형 전자담배 - Google Patents

궐련형 전자담배용 원통형 발열히터 및 이를 포함하는 궐련형 전자담배 Download PDF

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Abstract

궐련형 전자담배용 원통형 발열히터가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 궐련형 전자담배용 원통형 발열히터는 소정의 길이를 갖는 궐련의 일부가 내부로 삽입될 수 있도록 중공의 원통형으로 형성되는 지지체; 전원인가시 열을 발생시킬 수 있도록 상기 지지체의 일면에 패턴 형성되는 전극패턴; 및 절연성을 갖추고 상기 전극패턴을 덮는 보호층;을 포함하고, 상기 지지체는 상기 중공으로 삽입된 궐련의 둘레를 직접 감쌀 수 있도록 상기 중공의 내면을 형성하면서 상기 전극패턴에서 발생된 열의 방출방향을 상기 지지체 측으로 유도할 수 있도록 절연성 및 방열성을 갖도록 구비될 수 있다.

Description

궐련형 전자담배용 원통형 발열히터 및 이를 포함하는 궐련형 전자담배{Cylinder type heater for electronic cigarette}
본 발명은 궐련형 전자담배용 원통형 발열히터 및 이를 포함하는 궐련형 전자담배에 관한 것이다.
전자담배는 니코틴이 함유된 잎담배(leaf tobacco)의 가공물(processed material)이나 추출물(extract), 무니코틴 액체물질(nicotine-free liquid material) 등을 함유한 저장소(storage), 가열 또는 기화 장치, 그리고 배터리(battery)를 포함한다. 전자담배의 내부에 저장되어 있는 잎담배 가공물, 잎담배 추출물, 무니코틴 액체물질 등을 가열 또는 기화시켜 에어로졸(aerosol)을 생성한 후, 생성된 에어로졸을 사용자가 전자담배의 흡입구(intake)를 통해 흡입할 수 있다. 사용자가 전자담배를 손에 쥐고, 입으로 흡입구를 흡입하는 경우, 전자담배내부에서 에어로졸이 생성되어 흡입구를 통해 입으로 배출됨으로써, 사용자는 실제 담배를 흡연하는 것과 유사한 느낌을 받을 수 있다.
그러나, 종래의 전자담배는 니코틴 원액과 액상을 별도로 구매해 섞는 액상형 방식으로, 니코틴 원액을 구입해 잘못된 용도로 사용되는가 하면 폭파사고 등 사회적 물의를 일으킨 사례가 많아 적극적인 관리가 절실한 상황이다.
이를 해결하기 위하여, 종래의 전자담배와는 달리 담뱃잎으로 만들어진 고체형 스틱을 삽입해 가열하는 방식의 궐련형 전자담배가 제안되었다. 이러한 궐련형 전자담배는 발열히터를 통해 내부로 삽입된 고체형 스틱을 가열함으로써 형성된 증기를 흡입하는 방식으로, 기존 담배와 비슷한 맛을 느낄 수 있는 장점이 있다.
그러나, 종래의 궐련형 전자담배는 고체형 스틱을 가열하기 위한 발열히터가 판상의 형태로 구현되어 고체형 스틱에 일부가 침투하는 방식이다. 이에 따라, 고체형 스틱을 전체적으로 균일하게 가열하는 것이 어려운 문제가 있다.
KR 10-1667124 B1
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 내부로 삽입된 궐련을 가열하는 가열면적을 넓히고 내부로 삽입된 궐련의 외부면을 균등하게 가열할 수 있는 궐련형 전자담배용 원통형 발열히터 및 궐련형 전자담배를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 전극패턴에서 발생되는 열의 전달 방향성을 개선할 수 있는 궐련형 전자담배용 원통형 발열히터 및 궐련형 전자담배를 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 소정의 길이를 갖는 궐련의 일부가 내부로 삽입될 수 있도록 중공의 원통형으로 형성되는 지지체; 전원인가시 열을 발생시킬 수 있도록 상기 지지체의 일면에 패턴 형성되는 전극패턴; 및 절연성을 갖추고 상기 전극패턴을 덮는 보호층;을 포함하고, 상기 지지체는 상기 중공으로 삽입된 궐련의 둘레를 직접 감쌀 수 있도록 상기 중공의 내면을 형성하면서 상기 전극패턴에서 발생된 열의 방출방향을 상기 지지체 측으로 유도할 수 있도록 절연성 및 방열성을 갖도록 구비되는 궐련형 전자담배용 원통형 발열히터를 제공한다.
일례로, 상기 지지체는 절연성 방열필러가 포함된 필름부재일 수 있다.
다른 예로써, 상기 지지체는, 금속시트; 및 상기 금속시트의 일면에 형성되는 절연성 방열코팅층;을 포함할 수 있고, 상기 절연성 방열코팅층은 절연성 및 ㅂ방열성을 갖도록 절연성 방열필러를 포함할 수 있다.
이때, 상기 절연성 방열코팅층은 상기 전극패턴과 대응되는 영역에 국부적으로 형성되거나 상기 금속시트의 일면 전체에 형성될 수 있다.
또한, 상기 절연성 방열코팅층은 상기 보호층보다 상대적으로 얇은 두께를 갖도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 보호층은 내열성 및 열경화성을 갖는 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 전극패턴은 도전성 페이스트를 통해 형성된 인쇄패턴일 수 있다.
또한, 상기 전극패턴은 소정의 패턴으로 형성된 도전성부재가 상기 지지체의 일면에 부착된 것일 수 있다.
또한, 상기 전극패턴은 도전성부재가 에칭을 통해 소정의 패턴을 갖도록 형성된 식각패턴일 수 있다.
한편, 상술한 궐련형 전자담배용 원통형 발열히터는 궐련형 전자담배로 구현될 수 있다.
본 발명에 의하면, 발열히터가 원통형으로 구성됨으로써 내부로 삽입된 궐련을 가열할 수 있는 가열면적을 넓힐 수 있으며 내부로 삽입된 궐련의 외부면을 균등하게 가열할 수 있다.
또한, 본 발명은 지지체가 절연성 방열필러를 포함함으로써 전극패턴으로부터 지지체 측으로 전달되는 열의 방향성을 개선하여 열손실을 줄이고 에너지효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 궐련형 전자담배용 원통형 발열히터를 나타낸 도면,
도 2는 도 1에서 적층체가 판상에서 원통형으로 변경된 상태를 개념적으로 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 궐련형 전자담배용 원통형 발열히터를 구현하기 위한 적층체의 세부구성을 나타낸 도면,
도 4는 도 3에서 지지체의 일부가 절개된 상태를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 궐련형 전자담배용 원통형 발열히터를 구현하기 위한 적층체의 세부구성을 나타낸 도면,
도 6은 도 5에서 지지체의 일부가 절개된 상태를 나타낸 도면,
도 7은 도 5의 변형예를 나타낸 도면,
도 8은 도 7에서 보호층의 일부가 절개된 상태를 나타낸 도면,
도 9는 본 발명에 따른 궐련형 전자담배용 원통형 발열히터에 적용될 수 있는 다양한 형태의 전극패턴을 나타낸 도면, 그리고,
도 10은 본 발명에 따른 궐련형 전자담배용 원통형 발열히터가 궐련형 전자담배에 적용된 상태를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 궐련형 전자담배용 원통형 발열히터(100,200,200')는 도 10에 도시된 바와 같이 궐련형 전자담배의 본체(20)측에 설치될 수 있으며, 고체형 스틱 형태의 궐련(10)이 내부로 삽입되는 경우 사용자가 상기 궐련(10)으로부터 형성된 증기를 흡입할 수 있도록 궐련(10)의 삽입된 부분을 가열할 수 있다.
이때, 본 발명에 따른 궐련형 전자담배용 원통형 발열히터(100,200,200')는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 궐련(10)의 일부가 내부로 삽입되어 궐련(10)을 감쌀 수 있도록 중공의 원통형으로 형성될 수 있다.
이에 따라, 상기 중공 측으로 삽입된 궐련(10)은 상기 원통형 발열히터(100,200,200')의 발열시 상기 궐련(10)의 외부면을 전체적으로 가열함으로써 가열면적이 넓어짐과 동시에 전체적으로 균등하게 가열할 수 있다.
이를 위해, 본 발명에 따른 궐련형 전자담배용 원통형 발열히터(100,200,200')는 도 2에 도시된 바와 같이 소정의 면적을 판상의 형태로 적층체를 구성한 후 일단부가 타단부 측에 접하거나 근접하도록 말아줌으로써 중공의 원통형으로 형성할 수 있다.
이때, 상기 적층체는 도 3 내지 도 8에 도시된 바와 같이 지지체(110,210), 전극패턴(120) 및 보호층(130)을 포함할 수 있으며, 상기 적층체가 원통형으로 구현되는 경우 상기 지지체(110,210)가 중공부의 내면을 형성할 수 있다.
상기 지지체(110,210)는 일면에 배치되는 상기 전극패턴(120) 및 보호층(130)을 지지하기 위한 것으로, 소정의 면적을 갖는 판상의 형태일 수 있다. 더불어, 상기 지지체(110,210)는 상기 전극패턴(120)의 발열시 100℃ 이상의 고온에 견딜 수 있도록 내열성을 갖는 재질로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 지지체(110,210)는 상기 전극패턴(120)과의 쇼트를 방지할 수 있도록 절연성을 가지면서도 상기 전극패턴(120)에서 발생된 열의 전달 혹은 방출 방향성을 상기 지지체(110,210) 측으로 유도할 수 있도록 방열성을 가질 수 있다.
이에 따라, 상기 궐련(10)의 일부가 발열히터(100,200,200')의 내부로 삽입된 경우 상기 전극패턴(120)으로부터 발생된 열은 원통형으로 형성되는 발열히터(100,200,200')의 내부면을 구성하는 지지체(110,210)를 통해 상기 궐련(10) 측으로 방출됨으로써 상기 궐련(10)이 원활하게 가열될 수 있으며, 상기 전극패턴(120)으로부터 지지체(110,210) 측으로 전달되는 열의 방향성을 개선하여 열손실을 줄이고 에너지효율을 높일 수 있다.
이를 위해, 상기 지지체(110,210)는 절연성 및 방열성을 동시에 구현할 수 있도록 절연성 방열필러를 포함할 수 있다.
일례로, 상기 지지체(110)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 절연성 및 방열성을 갖는 절연성 방열필러가 포함된 시트 또는 필름부재일 수 있으며, 상기 필름부재는 가요성을 갖는 재질로 이루어질 수 있다. 구체적인 일례로써, 상기 시트 또는 필름부재는 PI(폴리이미드)나 PAI(폴리아미드이미드)와 같은 절연성을 갖는 열경화성 내열성 수지와 절연성 방열필러가 혼합된 형태일 수 있다.
즉, 본 실시예의 경우 상기 지지체(110)는 절연성과 함께 방열성을 가짐으로써 일면에 상기 전극패턴(120)이 직접 형성되더라도 원활한 작동이 이루어질 수 있으며, 내열성을 통해 상기 전극패턴(120)에서 열이 발생되더라도 형태가 유지될 수 있다. 더불어, 상기 지지체(110)가 절연성 방열필러를 통해 방열성을 가짐으로써 상기 전극패턴(120)에서 발생된 열의 전달 혹은 방출 방향성을 상기 지지체(110,210) 측으로 유도할 수 있으며, 상기 지지체(110)가 가요성을 가짐으로써 발열 히터를 원통형으로 구현할 수 있다.
다른 예로써, 상기 지지체(210)는 도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이 판상의 금속시트(211)와 상기 금속시트(211)의 일면에 형성되는 절연성 방열코팅층(212)을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 금속시트(211)는 열전도도가 우수한 금속재질로 형성될 수 있으며, 상기 절연성 방열코팅층(212)은 절연성 방열필러가 포함된 코팅층일 수 있다.
구체적인 일례로써, 상기 금속시트(211)는 알루미늄, 구리, 금, 은 및 이들이 혼합된 합금형태의 금속재질일 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니며, 열전도성이 우수한 공지의 금속이나 합금은 모두 적용될 수 있음을 밝혀둔다.
또한, 상기 절연성 방열코팅층(212)은 폴리이미드 또는 폴리아미드이미드와 절연성 방열필러가 혼합된 액상의 코팅층일 수 있다.
이와 같은 경우, 상기 전극패턴(120)은 상기 절연성 방열코팅층(212)의 일면에 적층되는 형태로 형성됨으로써 상기 금속시트(211)와의 전기적인 절연이 유지될 수 있으며, 절연성 방열코팅층(212)을 통해 상기 전극패턴(120)에서 발생된 열의 전달 혹은 방출 방향성이 상기 금속시트(211) 측으로 유도될 수 있다.
이에 따라, 상기 지지체(210)가 전기전도성을 갖는 금속재질을 포함하더라도 금속시트(211)의 일면에 형성된 절연성 방열코팅층(212)을 통해 전극패턴(120)과의 절연이 유지됨으로써 원활한 작동이 이루어질 수 있다.
또한, 상기 지지체(210)와 전극패턴(120) 사이에 절연성 방열코팅층(212)이 개재됨으로써 상기 전극패턴(120)에서 발생된 열의 방출방향이 상기 금속시트(211) 측으로 유도될 수 있다.
더불어, 상기 지지체(210)가 금속시트(211)를 포함함으로써 상기 절연성 방열코팅층(212)을 통해 금속시트(211) 측으로 유도된 열이 금속시트(111)를 통해 빠르게 분산될 수 있다.
이를 통해, 본 발명에 따른 발열히터(200,200')는 전원인가시 상기 전극패턴(120)에서 발생된 열이 상기 금속시트(211) 측으로 유도된 후 금속시트(211)를 통해 빠르게 분산될 수 있다.
이로 인해, 본 실시예에서의 지지체(210)는 전원인가시 상기 전극패턴(120)과 대응되는 국부적인 위치에 열이 집중되는 것을 방지하고 상기 전극패턴(120)에서 발생된 열을 금속시트(211) 측으로 유도하여 금속시트(211)의 전체면적에서 열이 고르게 방출될 수 있도록 함으로써 상기 금속시트(211)의 전체면적에서 균일하게 열이 방출될 수 있다. 더불어, 상기 지지체(210)가 금속시트(211)를 포함함으로써 원통형의 형상이 원활하게 유지될 수 있다.
이때, 상기 절연성 방열코팅층(212)은 상기 금속시트(211)의 일면을 덮도록 형성될 수도 있고(도 5 및 도 6 참조), 상기 전극패턴(120)과 대응되는 위치에 상기 전극패턴(120)과 동일한 패턴으로 국부적으로 형성될 수도 있다(도 7 및 도 8 참조).
또한, 상기 절연성 방열코팅층(212)은 상기 전극패턴(120)에서 발생된 열이 상기 금속시트(211) 측으로 원활하게 이동할 수 있도록 상기 보호층(130)보다 상대적으로 얇은 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 궐련(10)의 일부가 발열히터(200,200')의 내부로 삽입된 경우 상기 전극패턴(120)으로부터 발생된 열은 원통형으로 형성되는 발열히터(200,200')의 내부면을 구성하는 금속시트(211)를 통해 상기 궐련(10) 측으로 방출됨으로써 상기 궐련(10)이 원활하게 가열될 수 있다.
상기 전극패턴(120)은 전원인가시 열을 발생시키는 발열체의 역할을 수행하는 것으로, 상기 지지체(110,210)의 일면에 패턴형성될 수 있다.
이때, 상기 전극패턴(120)은 도전성 페이스트를 통해 형성된 인쇄패턴일 수도 있고, 타발과 같은 형상가공을 통해 패턴형성된 도전성부재가 부착된 형태일 수도 있으며, 도전성부재가 에칭을 통해 형성된 식각패턴일 수도 있다. 여기서, 상기 도전성 페이스트는 Ag페이스트일 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니며, 통상적으로 사용되는 전극재료 중 전원인가시 요구되는 발열온도에 맞게 적절하게 선택된 공지의 전극재료가 모두 사용될 수 있음을 밝혀둔다.
이와 같은 전극패턴(120)은 양단부 측에 다른 부품과의 전기적인 연결을 위한 터미널단자(121,122)가 각각 형성될 수 있으며, 두 개의 터미널단자(121,122)를 연결하는 패턴부(123)가 상기 지지체(110,210)의 전체면적에 대하여 골고루 배치되도록 지그재그 방식으로 절곡된 형태일 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 궐련형 전자담배용 원통형 발열히터(100,200,200')는 면상의 히터로 구현될 수 있다.
그러나, 상기 전극패턴(120)의 형상을 이에 한정하는 것은 아니며, 도 9에 도시된 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 설계조건에 따라 적절한 형상으로 변경될 수 있다. 더불어, 상기 전극패턴(120)은 패턴부(123)가 직렬 또는 병렬 방식으로 형성될 수도 있고 직,병렬이 혼합된 형태로 형성될 수도 있다.
상기 보호층(130)은 상기 전극패턴(120)이 외부로 노출되는 것을 방지함과 아울러 상기 전극패턴(120)이 다른 부품과 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있도록 절연성을 갖는 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 보호층(130)은 상기 전극패턴(120)으로부터 발생된 열에 의해 파괴되는 것을 방지할 수 있도록 내열성 및 열경화성을 갖는 재질로 이루어질 수 있다.
일례로, 상기 보호층(130)은 절연성, 열경화성 및 내열성을 갖는 수지로 이루어지거나 소결성 세라믹으로 이루어져 상기 지지체(110,210)의 일면에 소정의 두께로 도포되는 코팅층일 수 있다. 이에 따라, 상기 전극패턴(120)은 상기 보호층(130)을 통해 외부로의 노출이 차단될 수 있다.
구체적인 일례로서, 상기 보호층(130)은 액상의 폴리이미드 또는 폴리아미드이미드로 이루어진 코팅층이거나 내열성이 우수한 소결 세라믹일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며 절연성, 열경화성 및 내열성을 갖는 재질이라면 공지의 모든 재질이 사용될 수 있음을 밝혀둔다.
한편, 본 발명에 적용될 수 있는 절연성 방열필러는 그 재질에 있어서 절연성 및 방열성을 동시에 가지는 것이라면 제한 없이 사용될 수 있다. 또한, 상기 절연성 방열 필러의 형상, 크기는 제한이 없으며, 구조에 있어서도 다공질이거나 비다공질일 수 있고, 목적에 따라 달리 선택할 수 있다.
일례로써, 상기 절연성 방열 필러는 탄화규소, 산화마그네슘, 이산화티타늄, 질화알루미늄, 질화규소, 질화붕소, 산화알루미늄, 실리카, 산화아연, 티탄산바륨, 티탄산스트론튬, 산화베릴륨, 산화망간, 산화지르코니아 및 산화붕소로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 다만, 바람직하게는 우수한 절연 및 방열성능, 절연성 방열코팅층의 형성 용이성, 절연성 방열코팅층 형성 후 균일한 절연 및 방열성능, 절연성 방열코팅층의 표면품질 등 목적하는 물성의 달성을 용이하게 하는 측면에서 탄화규소일 수 있다.
또한, 상기 절연성 방열필러의 경우 표면이 실란기, 아미노기, 아민기, 히드록시기, 카르복실기 등의 관능기로 개질시킨 필러를 사용할 수 있고, 이때, 상기 관능기는 직접 필러의 표면에 결합되어 있을 수 있고, 또는 탄소수 1 ~ 20개의 치환 또는 비치환의 지방족 탄화수소나 탄소수 6 ~ 14개의 치환 또는 비치환의 방향족 탄화수소를 매개로 필러에 간접적으로 결합되어 있을 수 있다.
더불어, 상기 절연성 방열 필러는 카본계, 금속 등의 공지된 전도성 방열필러를 코어로 하고, 절연성 성분이 상기 코어를 둘러싸는 코어쉘 타입의 필러일 수도 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
100,200,200' : 궐련형 전자담배용 원통형 발열히터
110,210 : 지지체 211 : 금속시트
212 : 절연층 120 : 전극패턴
121,122 : 터미널단자 123 : 패턴부
130 : 보호층

Claims (10)

  1. 소정의 길이를 갖는 궐련의 일부가 내부로 삽입될 수 있도록 중공의 원통형으로 형성되는 지지체;
    전원인가시 열을 발생시킬 수 있도록 상기 지지체의 일면에 패턴 형성되는 전극패턴; 및
    절연성을 갖추고 상기 전극패턴을 덮는 보호층;을 포함하고,
    상기 지지체는 상기 중공으로 삽입된 궐련의 둘레를 직접 감쌀 수 있도록 상기 중공의 내면을 형성하면서 상기 전극패턴에서 발생된 열의 방출방향을 상기 지지체 측으로 유도할 수 있도록 절연성 및 방열성을 갖도록 구비되는 궐련형 전자담배용 원통형 발열히터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 지지체는 절연성 방열필러가 포함된 필름부재인 궐련형 전자담배용 원통형 발열히터.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 지지체는, 금속시트; 및 상기 금속시트의 일면에 형성되는 절연성 방열코팅층;을 포함하고,
    상기 절연성 방열코팅층은 절연성 및 방열성을 갖도록 절연성 방열필러를 포함하는 궐련형 전자담배용 원통형 발열히터.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 절연성 방열코팅층은 상기 전극패턴과 대응되는 영역에 국부적으로 형성되거나 상기 금속시트의 일면 전체에 형성되는 궐련형 전자담배용 원통형 발열히터.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 절연성 방열코팅층은 상기 보호층보다 상대적으로 얇은 두께를 갖도록 형성되는 궐련형 전자담배용 원통형 발열히터.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 보호층은 내열성 및 열경화성을 갖는 재질로 이루어진 궐련형 전자담배용 원통형 발열히터.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 전극패턴은 도전성 페이스트를 통해 형성된 인쇄패턴인 궐련형 전자담배용 원통형 발열히터.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 전극패턴은 소정의 패턴으로 형성된 도전성부재가 상기 지지체의 일면에 부착된 것인 궐련형 전자담배용 원통형 발열히터.
  9. 삭제
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 궐련형 전자담배용 원통형 발열히터를 포함하는 궐련형 전자담배.
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