KR20150048869A - 절연성 열원 - Google Patents

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KR20150048869A
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스테판 루디에
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필립모리스 프로덕츠 에스.에이.
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Abstract

흡연 물품용 열원(2)은 상류 말단(4) 및 대향하는 하류 말단(6)를 가지며 가연성 탄소질 코어(8) 및 일체형의 불연성 단열 주변층(10)을 포함한다. 코어(8)는 열원(2)의 상류 말단(4)으로부터 열원(2)의 하류 말단(6)으로 연장되어 있다. 주변층(10)은 열원(2)의 길이를 따라 단지 일부만 열원(2)의 상류 말단(4)으로부터 연장되어 있고 코어(8)의 상류 부분(12)을 둘러싸고 있다.

Description

절연성 열원{Insulated heat source}
본 발명은 흡연 물품용 절연성 열원 및 절연성 열원을 포함하는 흡연 물품에 관한 것이다.
담배가 연소되기 보다는 가열되는 다수의 흡연 물품이 본 기술분야에서 제안되어 있다. 이러한 "가열식(heated)" 흡연 물품들의 하나의 목적은 종래의 궐련들에서 담배의 연소와 열분해 열화로 인해 생성된 유형의 공지의 유해한 연기 성분들을 감소시키는 것이다. 가열식 흡연 물품의 하나의 공지된 유형에서, 가연성 열원으로부터 이 가연성 열원의 하류에 위치하는 에어로졸 형성 기질로의 열 전달에 의해서 에어로졸이 발생된다. 흡연 중에, 휘발성 화합물이 가연성 열원으로부터의 열 전달에 의해서 에어로졸 형성 기질로부터 방출되고 흡연 물품을 통해서 흡인된 공기에 연행된다. 상기 방출된 화합물이 냉각되고, 응축되어 사용자가 흡입하게 되는 에어로졸이 형성된다.
가연성 열원으로부터 에어로졸 형성 기질로 충분한 전도성 열 전달을 보장하여 허용 가능한 에어로졸을 얻기 위해서, 가연성 열원의 적어도 후방 부분 및 가열식 흡연 물품의 에어로졸 형성 기질의 적어도 전방 부분의 주위 및 이들과 접촉되게 열전도 요소를 포함하는 것이 공지되어 있다. 예를 들면, WO-A-2009/022232는 가연성 열원, 이 가연성 열원의 하류에 있는 에어로졸 형성 기질, 및 가연성 열원의 후방 부분 및 에어로졸 형성 기질의 인접하는 전방 부분 주위 및 이들과 직접 접촉하는 열전도 요소를 포함하는 흡연 물품을 개시하고 있다.
가열식 흡연 물품에서 사용하기 위한 가연성 열원의 연소 온도는 가열식 흡연 물품의 사용 중에 에어로졸 형성 물질의 연소 또는 열적 열화를 초래할 만큼 높지 않아야 한다. 하지만, 가연성 열원의 연소 온도는 특히 초기 퍼프(puff) 중에 허용 가능한 에어로졸을 생성하기 위해 에어로졸 형성 물질로부터 충분한 휘발성 화합물들이 방출되기에 충분한 열이 발생되도록 충분히 높아야 한다.
가열식 흡연 물품들에서 사용하기 위한 다양한 가연성 탄소 함유 열원들이 본 기술분야에서 제안되어 있다. 가열식 흡연 물품들에서 사용하기 위한 가연성 탄소 함유 열원들의 연소 온도는 통상적으로 약 600℃와 800℃ 사이이다. 가연성 탄소 함유 열원들을 포함하는 가열식 흡연 물품들은 가연성 탄소 함유 열원들의 높은 연소 온도 때문에 바람직하지 않게 높은 발화성(ignition propensity)을 가질 수 있다.
가열식 흡연 물품의 발화성을 감소시키기 위해서 가열식 흡연 물품의 가연성 탄소 함유 열원의 주변부 주위에 절연 부재를 포장(wrap)하는 것이 공지되어 있다. 가열식 흡연 물품의 가연성 탄소 함유 열원을 둘러싸는 절연 부재를 포함하면 가열식 흡연 물품의 표면 온도를 감소시킴으로써 가열식 흡연 물품의 발화성을 감소시킨다.
예를 들면, US-A-4,714,082는 가연성 탄소 함유 연료 요소, 에어로졸 발생 수단, 열전도 부재, 및 유리 섬유들의 재킷(jacket)과 같은 탄력적인 불연성 재료의 주변 절연 부재를 포함하는 흡연 물품을 개시하고 있다. 절연 부재는 연료 요소의 적어도 일부 및 유리하게는 에어로졸 발생 수단의 적어도 일부를 둘러싼다.
US-A-4,714,082에 개시된 바와 같이 비일체형 절연 부재를 포함하면 흡연 물품의 길이를 따라 일정하지 않은 횡단면을 갖는 가열식 흡연 물품을 초래할 수 있다. 이는 가열식 흡연 물품의 외관에 악영향을 미치며 가열식 흡연 물품 내의 가연성 탄소 함유 열원을 확실히 고정하기가 더욱 어렵게 한다. 비일체형 절연 부재를 포함하면 가열식 흡연 물품의 조립의 복잡성을 또한 추가할 수 있다.
감소된 발화성, 허용 가능한 외관과, 신뢰할 수 있는 방식으로 조립될 수 있는 흡연 물품용 절연성 열원을 제공하는 것이 바람직할 것이다.
또한, 감소된 발화성을 가지며 초기 퍼프와 최후 퍼프 시 모두 허용 가능한 에어로졸을 제공하는 흡연 물품용 절연성 열원을 제공하는 것이 또한 바람직할 것이다.
본 발명에 따르면, 상류 말단 및 대향하는 하류 말단을 갖는 흡연 물품용 열원이 제공되며, 이 열원은, 가연성 탄소질 코어(carbonaceous core); 및 일체형의 불연성 단열 주변층(an integral, non-combustible, thermally insulating, peripheral layer)을 포함한다. 이 코어는 열원의 상류 말단으로부터 열원의 하류 말단으로 연장되어 있다. 주변층은 열원의 길이를 따라 단지 일부에서만 열원의 상류 말단으로부터 연장되어 있고 코어의 상류 부분을 둘러싼다.
또한, 본 발명에 따르면, 본 발명에 따른 열원; 열원의 하류에 있는 에어로졸 형성 기질; 및 에어로졸 형성 기질의 상류 부분 및 열원의 코어의 하류 부분 주위 및 이들과 직접 접촉하는 열전도성 내연 래퍼(heat-conducting, combustion-resistant wrapper)를 포함하는 흡연 물품이 제공된다.
도 1은 본 발명에 따른 열원의 개략적인 사시도를 나타낸 것이고;
도 2는 본 발명에 따른 흡연 물품의 길이방향 단면도를 나타낸 것이고;
도 3은 실시예들에서 설명되는 본 발명에 따른 3개의 흡연 물품 및 비교예 흡연 물품에 대해 실시된 발화성 테스트의 결과를 도시하는 사진을 나타낸 것이다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "상류(upstream)"와 "전방(front)", 및 "하류(downstream)"과 "후방(rear)"은, 사용자가 흡연 물품의 사용 중에 흡연 물품을 흡인하는 방향과 관련하여 본 발명에 따른 흡연 물풀들의 구성성분들의 상대적인 위치나, 그 구성성분들의 부위들을 설명하는데 사용된다. 본 발명에 따른 흡연 물품들은 마우스 말단(mouth end) 및 대향하는 원위 말단(opposed distal end)를 포함한다. 사용 시, 사용자는 흡연 물품의 마우스 말단에서 흡인하게 된다. 마우스 말단은 상기 원위 말단의 하류에 있다. 열원은 흡연 물품의 원위 말단에 위치하거나 가까운 곳에 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "탄소질(carbonaceous)"은 탄소를 포함하는 코어 또는 층을 설명하는데 사용된다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "일체형(integral)"은 코어와 직접 접촉되는 층 또는 외인성(外因性) 접착제 또는 다른 중간 연결 재료의 도움 없이 코어에 부착되는 층을 설명하는데 사용된다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "외인성 접착제(extrinsic adhesive)"는 코어 또는 주변층의 구성성분이 아닌 접착제를 설명하는데 사용된다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "불연성(non-combustible)"은 가연성 탄소질 코어의 연소 또는 발화 중에 열원에 의해 도달되는 온도에서 실질적으로 불연성인 층, 배리어 또는 재료를 설명하는데 사용된다.
불연성 단열 주변층(non-combustible, thermally insulating, peripheral layer)은 코어의 발화 및 연소 중에 받게 되는 온도에서 안정해야 하며, 코어의 발화 및 연소 중에 실질적으로 온전한 상태로 남아있어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "주변층(peripheral lyaer)"은 본 발명에 따른 열원들의 최외곽층을 설명하는데 사용된다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "단열 층"은 단열 재료를 포함하는 층을 설명하는데 사용된다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이 용어 "단열 물질(thermally insulating material)"은 MTPS(modified transient plane source)법을 사용하여 측정된 바와 같이 23℃에서 약 50mW/(m·K) 미만의 벌크 열 전도성(bulk thermal conductivity) 및 50%의 상대 습도를 갖는 물질을 설명하는데 사용된다.
바람직하게는, 불연성 단열 주변층은 레이저 플래시법(laser flash method) 을 사용하여 측정된 바와 같이 약 0.1cm2/s 이하의 벌크 열 확산도(bulk thermal diffusivity)를 갖는 단열 물질을 포함한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 흡연 물품들의 사용 시, 불연성 단열 주변층의 외부 표면은 약 350℃를 초과하지 않아야 한다.
단열 주변층의 공기 투과성(air permeability)은 충분한 산소가 가연성 탄소질 코어에 도달해서 그의 연소를 지속하게 할 수 있을 만큼 충분해야 한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "길이(length)"는 본 발명에 따른 열원들 및 흡연 물품들의 상류 말단과 하류 말단 사이에서의 최대 길이방향 치수를 설명하는데 사용된다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "에어로졸 형성 기질(aerosol-forming substrate)"는 가열시 에어로졸을 형성하는 휘발성 화합물들을 방출할 수 있는 기질을 설명하는데 사용된다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "열전도(heat-conducting)"는 MTPS법을 사용하여 측정된 바와 같이 23℃에서 적어도 약 10 W/(m·K)의 벌크 열 전도도 및 50%의 상대 습도를 갖는 재료로 형성된 래퍼를 설명하는데 사용된다. 특정 구현예들에서, 열전도성 내연 래퍼는 MTPS법을 사용하여 측정된 바와 같이 23℃에서 바람직하게는 적어도 약 100 W/(m·K), 보다 바람직하게는 적어도 약 200 W/(m·K)의 벌크 열 전도도 및 50%의 상대 습도를 갖는 물질로 형성된다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "내연(combustion-resistant)"은 코어의 발화 및 연소 중에 실질적으로 온전한 상태로 남아있는 래퍼를 설명하는데 사용된다.
본 발명에 따른 흡연 물품들의 에어로졸 형성 기질로부터 발생된 에어로졸은 가시적이거나 비가시적일 수 있고, 증기(예를 들면, 기체 상태로 있지만, 보통 실온에서는 액체나 고체인 기질들의 미세 입자들) 뿐만 아니라 가스와 응축된 증기의 액적을 포함할 수 있다.
일체형 불연성 단열 주변층을 포함하면 흡연 물품의 표면 온도를 감소시켜 본 발명에 따른 열원들을 포함하는 흡연 물품들의 발화성을 감소시키는데 유리하게 도움을 준다.
가연성 탄소질 코어는 열원의 상류 말단으로부터 열원의 하류 말단까지 열원의 길이를 따라 연장되어 있다. 일체형 불연성 단열 주변층은 열원의 길이를 따라 단지 일부에서만 열원의 말단으로부터 연장되어 있고 가연성 탄소질 코어의 상류 부분을 둘러싼다.
본 발명에 따른 흡연 물품들의 사용 시, 열원의 코어의 연소 중에 발생된 열은 열전도성 내연 래퍼를 통해 열원의 하류에 있는 에어로졸 발생 기질에 전도에 의해 전달된다. 코어에 비해 주변층의 길이의 축소는 주변층으로 둘러싸이지 않은 열원의 가연성 탄소질 코어의 하류 부분을 열전도성 내연 래퍼와의 직접 접촉을 가능하게 한다. 이는 열원으로부터 에어로졸 발생 기질로 충분히 높은 전도성의 열 전달로 인해 허용 가능한 에어로졸을 생성하는데 유리하게 도움을 준다.
본 발명에 따른 열원들은 그들의 의도된 용도에 따라서 상이한 형상 및 치수를 가지게 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 열원들은 약 300mg과 약 500mg 사이의 질량(mass), 예를 들면 약 400mg과 약 450mg 사이의 질량을 가질 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 열원들은 실질적으로 원통형이다. 이러한 구현예들에서, 용어 "주변층"은 본 발명에 따른 열원들의 방사형의 최외곽 환형 층(radially outermost annular layer)을 설명하는데 사용된다.
본 발명에 따른 원통형 열원들은 실질적으로 원형의 단면 또는 실질적으로 타원형의 단면의 것일 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 열원들은 약 5mm 와 약 20mm 사이, 보다 바람직하게는 약 7mm와 약 15mm 사이, 가장 바람직하게는 약 11mm와 약 13mm 사이의 길이를 갖는다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 열원들은 실질적으로 직경이 일정하다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "직경"은 본 발명에 따른 열원들의 최대 가로 치수를 설명하는데 사용된다.
이러한 구현예들에서, 주변층에 의해 둘러싸인 코어의 상류 부분의 직경은 주변층에 의해 둘러싸이지 않은 코어 부분의 직경보다 작다. 직경의 차는 대략 주변층의 두께의 2배와 같다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "두께"는 본 발명에 따른 열원들의 층들의 최대 가로 치수를 설명하는데 사용된다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 열원들은 약 5mm와 약 10mm 사이, 보다 바람직하게는 약 7mm와 약 8mm 사이의 직경을 갖는다.
바람직하게는, 주변층의 길이는 열원의 길이보다 적어도 약 2mm 짧으며, 보다 바람직하게는 열원의 길이보다 적어도 약 3mm 짧다. 주변층과 열원 간의 길이 차는 열원에 의해 둘러싸이지 않은 코어 부분의 길이와 같다.
바람직하게는, 주변층은 약 3mm와 약 18mm 사이, 보다 바람직하게는 약 4mm와 약 12mm 사이, 가장 바람직하게는 약 7mm와 약 9mm 사이의 길이를 갖는다.
바람직하게는, 주변층은 약 1.5mm 이하의 두께를 갖는다. 보다 바람직하게는, 주변층은 약 0.5mm와 약 1.5mm 사이의 두께를 갖는다.
본 발명에 따른 열원들은 연료로서 탄소를 함유하는 가연성 탄소질 코어를 포함한다.
코어의 탄소 함량은 적어도 약 5 건조 중량%(percent by dry weight) 일 수 있다. 예를 들면, 코어의 탄소 함량은 적어도 약 10 건조 중량%, 적어도 약 20 건조 중량%, 적어도 약 30 건조 중량% 또는 적어도 40 건조 중량%일 수 있다.
바람직하게는, 코어는 적어도 약 35 건조 중량%, 보다 바람직하게는 적어도 약 40 건조 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 약 45 건조 중량%의 탄소 함량을 갖는다.
특정 구현예들에서, 본 발명에 따른 열원들은 가연성 탄소계 코어를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "탄소계(carbon-based)"는 주로 탄소로 이루어진 코어를 설명하는데 사용된다. 이는 적어도 50%의 탄소 함량을 갖는 코어이다.
예를 들면, 본 발명에 따른 열원들은 적어도 약 60 건조 중량%, 적어도 약 70 건조 중량%, 또는 적어도 약 80 건조 중량%의 탄소 함량을 갖는 가연성 탄소계 코어들을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 열원들의 코어는 하나 이상의 적절한 탄소 함유 물질들로 형성될 수 있다. 적절한 탄소 함유 물질들은 본 기술분야에서 널리 공지되어 있고, 탄소 분말을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
바람직하게는, 코어는 적어도 하나의 발화 보조제를 더 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "발화 보조제(ignition aid)"는 재료에 의한 에너지와 산소 중 하나 또는 양자 모두의 방출율이 주위 산소 확산을 제한하지 않는 경우, 코어의 발화 중에 에너지 및 산소 중 하나 또는 양자 모두를 방출하는 재료를 설명하는데 사용된다. 즉, 코어의 발화 중에 재료에 의한 에너지 및 산소 중 하나 또는 양자 모두의 방출 율은 주위 산소가 재료에 도달할 수 있는 비율과 대부분 무관하다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "발화 보조제"는 코어의 발화 중에 에너지를 방출하는 원소 금속(elemental metal)을 설명하는데 또한 사용되며, 여기서 원소 금속의 발화 온도는 약 500?의 이하이고, 원소 금속의 연소 열은 적어도 약 5kJ/g이다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "발화 보조제"는, 탄소 연소를 변형시키는 것으로 여겨지는, 카르복실산들의 알칼리 금속 염들(알칼리 금속 구연산 염들, 알칼리 금속 초산염들 및 알칼리 금속 호박산 염들 등), 알칼리 금속 할로겐화물 염들(알칼리 금속 염화물 염들 등), 알칼리 금속 탄산염들 또는 알칼리 금속 인산염들을 포함하지 않는다.
사용 시 코어의 발화 중에 적어도 하나의 발화 보조제에 의한 에너지 및 산소 중 하나 또는 양자 모두가 방출하면 그의 발화 시에 코어의 온도의 증가(boost)를 초래한다. 이는 열원의 온도 증가로 나타내어진다. 본 발명에 따른 흡연 물품의 사용시, 이는 유리하게는 열원으로부터 흡연 물품의 에어로졸 형성 기질로 충분한 열이 전달될 수 있고 이에 따라 그의 초기 흡연 중에 허용 가능한 에어로졸의 생성을 용이하게 하는 것을 보증한다.
바람직하게는, 적어도 하나의 발화 보조제는 코어의 적어도 약 20 건조 중량%의 양으로 존재한다.
충분한 온도의 증가를 달성하기 위해서 본 발명에 따른 열원의 코어 내에 포함되어야 하는 적어도 하나의 발화 보조제의 양은 코어 내에 포함된 적어도 하나의 특정 발화 보조제에 따라 가변할 것이라는 것이 자명할 것이다.
일반적으로, 단위 질량 당 적어도 하나의 발화 보조제에 의해 방출된 에너지 및 산소 중 하나 또는 양자 모두의 양이 많을수록, 본 발명에 따른 열원의 코어 내에 포함되어야 하는 적어도 하나의 발화 보조제의 양이 적어진다.
일부 구현예들에서, 적어도 하나의 발화 보조제는 바람직하게는 코어의 적어도 약 25 건조 중량%, 보다 바람직하게는 적어도 약 30 건조 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 약 40 건조 중량%이다.
바람직하게는, 적어도 하나의 발화 보조제는 코어의 약 65 건조 중량% 미만의 양으로 존재한다.
일부 구현예에서, 적어도 하나의 발화 보조제는 바람직하게는 코어의 약 60 건조 중량% 미만, 보다 바람직하게는 코어의 약 55 건조 중량% 미만, 가장 바람직하게는 코어의 약 50 건조 중량% 미만의 양으로 존재한다.
본 발명에 따른 열원들의 코어에서 사용하기 위한 적절한 발화 보조제들은 본 기술분야에서 공지되어 있다.
코어는 이 코어의 발화 시에 에너지를 방출하는 단일 원소 또는 화합물로 이루어지는 하나 이상의 발화 보조제를 포함할 수 있다. 코어의 발화 시에 하나 이상의 발화 보조제에 의한 에너지의 방출은 코어의 연소 초기 단계 중에 직접적으로 온도의 "증가"를 초래한다.
예를 들면, 특정의 구현예들에서 코어는 이 코어의 발화 시에 산소와 발열 반응하는 단일 원소 또는 화합물로 이루어지는 하나 이상의 에너지 물질(energetic material)을 포함할 수 있다. 적절한 에너지 물질들의 예로는 알루미늄, 철, 마그네슘 및 지르코늄이 있지만, 이들에만 한정되지 않는다.
대안적으로 또는 추가적으로, 코어는 이 코어의 발화 시에 에너지를 방출하도록 서로 반응하는 2개 이상의 원소 또는 화합물을 포함하는 하나 이상의 발화 보조제를 포함할 수 있다.
예를 들면, 특정의 구현예들에서 코어는, 이 코어의 발화 시에 에너지를 방출하도록 서로 반응하는, 예를 들어 금속 등의 환원제, 및 예를 들어 금속 산화물 등의 산화제를 포함하는 하나 이상의 테르밋(thermit) 또는 테르밋 합성물을 포함할 수 있다. 적절한 금속들의 예들은 마그네슘을 포함하지만 이에 한정되지 않으며, 적절한 금속 산화물들의 예들은 산화철(Fe2O3) 및 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
다른 구현예들에서, 코어는 이 코어의 발화 시에 발열 반응을 겪는 다른 재료들로 이루어진 하나 이상의 발화 보조제를 포함할 수 있다. 적절한 금속들의 예들은 합금(intermetallic) 및 이종 금속(bi-metallic) 재료들, 금속 탄화물(metal carbide)들 및 금속 수소화물(metal hydride)들을 포함하며 이에 한정되지 않는다.
바람직하게는, 코어는 이 코어의 발화 중에 산소를 방출하는 적어도 하나의 발화 보조제를 포함한다. 이러한 구현예들에서, 코어의 발화 시에 적어도 하나의 발화 보조제에 의한 산소의 방출은 코어의 연소율을 증가시킴으로써 코어의 연소의 초기 단계 중에 온도의 "증가"를 간접적으로 초래한다. 이는 열원의 온도 프로파일로 나타내어진다.
예를 들면, 코어는 이 코어의 발화 시에 산소를 방출하도록 분해하는 하나 이상의 산화제를 포함할 수 있다. 코어는 유기 산화제들, 무기 산화제들 또는 그들의 조합을 포함할 수 있다. 적절한 산화제들의 예들은, 예를 들어 질산칼륨, 질산칼슘, 질산스트론튬, 질산나트륨, 질산바륨, 질산리듐, 질산알루미늄 및 질산철 등의 질산염들; 아질산염들; 다른 유기 및 무기 니트로 화합물들; 예를 들어 염소산나트륨 및 염소산칼륨 등의 염소산염들; 예를 들어 과염소산나트륨 등의 과염소산염들;아염소산염들; 예를 들어 브롬산나트륨 및 브롬산칼륨 등의 브롬산염들; 과브롬산염들; 아브롬산염들; 예를 들어 붕산나트륨 및 붕산칼륨 등의 붕산염들; 예를 들어 철산바륨 등의 철산염들; 아철산염들; 예를 들어 망간산칼륨 등의 망간산염들; 예를 들어 과망간산칼륨 등의 과망간산염들; 예를 들어 과산화벤졸 및 과산화아세톤 등의 유기 과산화물; 예를 들어 과산화수소, 과산화스트론튬, 과산화마그네슘, 과산화칼슘, 과산화바륨, 과산화아연 및 과산화리튬 등의 무기 과산화물들; 예를 들어 초산화칼륨 및 초산화나트륨 등의 초산화물들; 탄산염들; 요오드산염들; 과옥소산염들; 아요오드산염(iodite)들; 황산염들; 아황산염들(sulphite); 기타 설폭사이드(sulfoxide)들; 인산염들; 과인산염들; 및 아인산염들을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
본 발명에 따른 열원들의 코어는 이 코어의 발화 시에 산소를 방출하는 단일 원소 또는 화합물로 이루어지는 하나 이상의 발화 보조제를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 본 발명에 따른 열원들의 코어는 이 코어의 발화 시에 산소를 방출하도록 서로 반응하는 2개 이상의 원소 또는 화합물을 포함하는 하나 이상의 발화 보조제를 포함할 수 있다.
코어는 이 코어의 발화 시에 에너지 및 산소 양자 모두를 방출하는 하나 이상의 발화 보조제를 포함할 수 있다. 예를 들면, 코어는 이 코어의 발화 시에 산소를 방출하도록 발열 분해하는 하나 이상의 산화제를 포함할 수 있다.
대안적으로, 또는 추가적으로, 코어는 이 코어의 발화 시에 에너지를 방출하는 하나 이상의 제1 발화 보조제 및 이 코어의 발화 시에 산소를 방출하는, 하나 이상의 제1 발화 보조제와는 다른 하나 이상의 제2 발화 보조제를 포함할 수 있다.
특정의 구현예들에서, 코어는 약 600℃ 미만, 보다 바람직하게는 약 400℃ 미만의 열 분해 온도를 갖는 적어도 하나의 금속 질산염(metal nitrate salt)을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 적어도 하나의 금속 질산염은 약 150℃와 약 600℃ 사이, 보다 바람직하게는 약 200℃와 약 400℃ 사이의 분해 온도를 갖는다.
이러한 구현예들에서, 코어가 통상의 황색 불꽃(yellow flame) 라이터 또는 다른 발화 수단에 노출될 때에, 적어도 하나의 금속 질산염이 산소 및 에너지를 방출하도록 분해된다. 이는 열원의 온도의 초기 증가를 초래하고 또한 코어의 발화를 돕는다. 적어도 하나의 금속질산염이 모두 분해된 후에, 코어가 보다 낮은 온도에서 계속해서 연소한다.
적어도 하나의 금속 질산염을 포함하면 유리하게는 코어의 발화가 내부적으로 그리고 또한 그의 표면 상의 한 지점에서도 시작되게 한다.
바람직하게는, 적어도 하나의 금속 질산염은 질산칼륨, 질산나트륨, 질산칼슘, 질산스트론튬, 질산바륨, 질산리튬, 질산알루미늄, 질산철 및 그들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된다.
특정의 구현예들에서, 코어는 적어도 2개의 다른 금속 질산염을 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 코어는 질산칼륨, 질산칼슘 및 질산스트론튬을 포함한다.
특정의 바람직한 구현예들에서, 코어는 약 600℃ 미만의 온도에서, 보다 바람직하게는 약 400℃ 미만의 온도에서 산소를 활발하게 전개(evolve)시키는 적어도 하나의 과산화물 또는 초산화물을 포함한다.
바람직하게는, 적어도 하나의 과산화물 또는 초산화물은 약 150℃와 약 600℃ 사이, 보다 바람직하게는 약 200℃와 약 400℃ 사이, 가장 바람직하게는 약 350℃의 온도에서 산소를 활발하게 전개시킨다.
이러한 구현예들에서, 코어가 종래의 황색 불꽃 라이터 또는 다른 발화 수단에 노출될 때에, 적어도 하나의 과산화물 또는 초산화물이 산소 및 에너지를 방출하도록 분해된다. 이는 코어의 초기 온도 증가를 초래하고 또한 코어의 발화를 돕는다. 적어도 하나의 과산화물 또는 초산화물이 모두 분해된 다음에, 코어가 보다 낮은 온도에서 계속해서 연소한다.
적어도 하나의 과산화물 또는 초산화물을 포함하면 유리하게는 코어의 발화가 내부적으로 그리고 또한 그의 표면 상의 한 지점에서도 시작되게 한다.
적절한 과산화물들 및 초산화물들의 예들은 과산화스트론튬; 과산화마그네슘; 과산화바륨; 과산화리튬; 과산화아연; 초산화칼륨; 및 초산화나트륨을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
바람직하게는, 적어도 하나의 과산화물은 과산화칼슘, 과산화스트론튬, 과산화마그네슘, 과산화바륨 및 그들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된다.
적어도 하나의 발화 보조제에 대안적으로 또는 추가적으로, 코어는 열원의 특성들을 개선하도록 하나 이상의 다른 첨가제를 포함할 수 있다. 적절한 첨가제들은 열원의 고화(consolidation)를 촉진하는 첨가제들(예를 들면, 탄산칼슘 등의 소성 보조제들), 가연성 코어의 연소를 촉진하는 첨가제들(예를 들면, 칼륨 및 알칼리 금속 구운(burn) 염들, 예를 들어 염화칼륨 및 구연산칼륨 등의 칼륨염들) 및 코어의 연소에 의해 생성된 하나 이상의 가스의 분해를 촉진하는 첨가제들, 예를 들면 산화 구리(CuO), 산화철(Fe2O3), 산화철 실리카 분말 및 산화알루미늄(Al2O3) 등의 촉매들을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
주변층에 의해 둘러싸인 본 발명에 따른 열원들의 가연성 탄소질 코어의 상류 부분의 조성은 주변층에 의해 둘러싸이지 않은 코어의 하류 부분의 조성과 실질적으로 동일할 수도 있다.
대안적으로, 주변층에 의해 둘러싸인 본 발명에 따른 열원들의 가연성 탄소질 코어의 상류 부분의 조성은 주변층에 의해 둘러싸이지 않은 코어의 하류 부분의 조성과 다를 수도 있다.
본 발명에 따른 열원들의 가연성 탄소질 코어는 상이한 조성의 2개 이상의 층을 포함할 수도 있다.
특정의 바람직한 구현예들에서, 코어는 탄소를 포함하는 제1 층 및 적어도 하나의 발화 보조제를 포함하는 제2 층을 포함하며, 여기서 제1 층의 조성은 제2 층의 조성과 다르다.
탄소를 포함하는 제1 층 및 적어도 하나의 발화 보조제를 포함하는 제2 층을 본 발명에 따른 열원의 코어 내에 포함시킴으로써 본 발명에 따른 흡연 물품들의 초기 퍼프 및 최후 퍼프 중에 상이한 온도 프로파일이 제공될 수 있게 한다. 이는 유리하게는 초기 퍼프 및 최종 퍼프 시 모두에 본 발명에 따른 흡연 물품들에 의한 허용 가능한 에어로졸의 생성을 용이하게 한다.
불꽃 모양(flaming) 및 반짝임(sparkling)은 흡연 물품들용 열원들 내의 소정의 발화 보조제 및 다른 첨가제들의 사용과 연관될 수 있다. 탄소를 포함하는 제1 층 및 적어도 하나의 발화 보조제를 포함하는 제2 층을 본 발명에 따른 열원들의 코어 내에 포함시킴으로써 유리하게는 불꽃 모양 및 반짝임의 발생 및 가시성 중 하나 또는 양자 모두가 제거되거나 감소되는 경우에 이러한 첨가제들이 열원의 코어 내의 한 장소에 배치될 수 있게 한다.
특정의 바람직한 구현예들에서, 제1 층은 탄소 및 적어도 하나의 발화 보조제를 포함하고, 제2 층은 탄소 및 적어도 하나의 발화 보조제를 포함하며, 여기서 제1 층 내의 발화 보조제에 대한 탄소의 건조 중량에 의한 비는 제2 층 내의 발화 보조제에 대한 탄소의 건조 중량에 의한 비와 다르다.
특정의 특히 바람직한 구현예들에서, 가연성 제1 층은 탄소 및 적어도 하나의 과산화물을 포함하고, 제2 층은 탄소 및 적어도 하나의 과산화물을 포함하며, 여기서 가연성 제1 층 내의 과산화물에 대한 탄소의 건조 중량에 의한 비는 제2 층 내의 과산화물에 대한 탄소의 건조 중량에 의한 비와 다르다.
특히 바람직한 하나의 구현예에서, 가연성 제1 층은 탄소 및 과산화칼슘을 포함하고, 제2 층은 탄소 및 과산화칼슘을 포함하며, 여기서 가연성 제1층 내의 과산화칼슘에 대한 탄소의 건조 중량에 의한 비는 제2 층 내의 과산화칼슘에 대한 탄소의 건조 중량에 의한 비와 다르다.
제1 층 및 제2 층 양자 모두가 적어도 하나의 발화 보조제를 포함하는 경우의 구현예들에서, 제2 층의 발화 보조제 함량이 제1 층의 발화 보조제 함량보다 큰 것이 바람직하다.
제1 층 및 제2 층 양자 모두가 적어도 하나의 발화 보조제를 포함하는 경우의 구현예들에서, 제1 층 내의 적어도 하나의 발화 보조제는 제2 층 내의 적어도 하나의 발화 보조제와 동일하거나 다를 수 있다.
제1 층 및 제2 층은 길이방향 층일 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "길이방향(longitudinal)"은 열원의 코어의 길이를 따라 연장되어 있는 경계면을 따라 만나는 것 이상의 층들을 설명하는데 사용된다.
특정의 구현예들에서, 제1 층 및 제2 층은 동심원의 길이방향 층일 수 있다. 다른 구현예들에서, 제1 층 및 제2 층은 비동심원의 길이방향 층일 수 있다.
특정의 바람직한 구현예들에서, 제1 층은 외부 길이방향 층일 수 있고 제2 층은 제1 층에 의해 둘러싸이는 내부 길이방향 층일 수 있다. 이러한 구현예들에서, 제2 층은 유리하게는 열원의 코어의 발화 시에 "퓨즈(fuse)"로서 작용할 수 있다. 또한 이러한 구현예들에서, 특정의 발화 보조제들 및 다른 첨가제들의 사용과 연관된 불꽃 모양 및 반짝임의 발생 및 가시성 중 하나 또는 양자 모두는, 유리하게는 열원의 코어의 제1 층 내의 이러한 첨가제들의 존재를 제거 또는 감소시키면서 열원의 코어의 제2 층 내에 이러한 첨가제들을 포함시킴으로써 제거 또는 감소시킬 수 있다.
대안적으로, 제1 층 및 제2 층은 가로 방향의 층(transverse layer)일 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "가로 방향(transverse)"은 열원의 코어의 폭 양단으로 연장하는 경계면을 따라 만나는 것 이상의 층들을 설명하는데 사용된다.
특정의 구현예들에서, 제2 층은 제1 층의 하류일 수 있다.
특정의 바람직한 구현예들에서, 제2 층은 제1 층의 하류일 수 있고 주변층은 코어의 제1 층을 둘러쌀 수 있다. 본 발명에 따른 흡연 물품들의 사용 시, 이는 열전도성 내연 래퍼가 주변층에 의해 둘러싸이지 않은 열원의 코어의 제2 층과 직접 접촉되게 할 수 있다. 이러한 구현예들에서, 특정의 발화 보조제들 및 다른 첨가제들의 사용과 연관된 불꽃 모양 및 반짝임의 발생 및 가시성 중 하나 또는 양자 모두는 유리하게는 열원의 코어의 제1 층 내의 이러한 첨가제들의 존재를 제거 또는 감소시키면서 열전도성 내연 래퍼에 의해 둘러싸인 열원의 코어의 제2 층 내에 이러한 첨가제들을 포함시킴으로써 제거 또는 감소시킬 수 있다.
본 발명에 따른 열원들은 불연성 단열 주변층을 포함한다.
바람직하게는, 주변층은 단열 재료의 적어도 약 90 건조 중량%를 포함한다. 예를 들면, 주변층은 단열 재료의 약 90 건조 중량%와 약 100 건조 중량% 사이를 포함할 수 있다.
주변층은 하나 이상의 단열 재료로 형성될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 주변층은 코어의 발화 시에 하나 이상의 단열 재료를 형성하도록 분해하는 하나 이상의 전구체(precursor) 재료로 형성될 수 있다.
발화성의 충분히 감소시키기 위해서 본 발명의 열원의 주변층 내에 포함되어야 하는 단열 재료의 양은 주변층 내에 포함된 특정 단열 재료에 따라 가변될 것임은 자명할 것이다.
일반적으로, 단열 재료의 열 확산도 및 열 전도도가 낮을수록, 본 발명에 따른 열원의 주변층 내에 포함되어야 하는 단열 재료의 양이 적어진다.
주변층은 하나 이상의 단열 분말 재료, 하나 이상의 단열 발포체, 하나 이상의 단열 양모(wool) 또는 그들의 조합을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 열원들의 주변층에서 사용하기 위한 적절한 단열 재료들은 본 기술분야에서 공지되어 있다. 적절한 단열 재료들의 예들은, 예를 들어 벤토나이트(bentonite) 및 카올리나이트(kaolinite) 등의 점토들; 도기, 자기, 및 사기 등의 세라믹(ceramic)들; 예를 들어 탄화물들(탄화티타늄 및 탄화지르코늄 등), 질화물들(질화칼륨 및 질화나트륨 등), 산화물들(산화알루미늄, 산화지르코늄 및 산화세륨 등) 및 규화물들(규화마그네슘 및 규화칼륨 등) 등의 테크니컬 세라믹(technical ceramic)들; 예를 들어 석고 등의 미네랄들; 및 예를 들어 화성암들(화강암, 흑요석, 스코리아(scoria) 및 응회암(tuff) 등), 퇴적암들(백악(chalk), 점토암, 규조토 및 석회석 등) 및 변성암들(편마암 및 편암 등) 등의 암석들을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
특정의 바람직한 구현예들에서, 주변층은 규조토, 석고 및 벤토나이트로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 단열 재료를 포함한다.
본 발명에 따른 열원들의 주변층 및 코어 중 하나 또는 양자 모두는 하나 이상의 바인더를 더 포함할 수 있다.
하나 이상의 바인더는 유기 바인더들, 무기 바인더들 또는 그들의 조합일 수 있다.
적절한 공지된 유기 바인더들은 예를 들어 구아 검(guar gum) 등의 검들; 예를 들어 메틸 셀룰로오스, 카르복시메틸 셀룰로오스, 하이드록시프로필 셀룰로오스 및 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스 등의 개질 셀룰로오스들 및 셀룰로오스 유도체들; 밀가루; 전분; 설탕; 식물성 오일; 및 그들의 조합을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
적절한 공지된 무기 바인더들은 예를 들어 벤토나이트와 카올리나이트 등의 점토들; 예를 들어 시멘트, 알칼리 활성 알루미노실리케이트 등의 알루미노실리케이트 유도체들; 예를 들어 규산나트륨 및 규산칼륨 등의 알칼리 규산염들; 예를 들어 석회, 소석회 등의 석회석 유도체들; 예를 들어, 마그네시아 시멘트, 황산마그네슘, 황산칼슘, 인산칼슘 및 인산디칼슘 등의 알칼리토류 화합물들 및 유도체들; 및 예를 들어 황산알루미늄 등의 알루미늄 화합물들 및 유도체들을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
특정의 구현예들에서, 코어는 탄소 분말; 예를 들어 카르복시메틸 셀룰로오스 등의 개질 셀룰로오스; 예를 들어 밀가루 등의 가루; 및 예를 들어 비트(beet)로부터 유도된 백색 결정 설탕 등의 설탕을 포함하는 혼합물로 형성될 수 있다.
다른 구현예들에서, 코어는 탄소 분말; 예를 들어 카르복시메틸 셀룰로오즈 등의 개질 셀룰로오즈; 및 선택적으로 벤토나이트를 포함하는 혼합물로 형성될 수 있다.
소정의 구현예들에서, 주변층은 하나 이상의 단열 재료; 및 예를 들어 카르복시메틸 셀룰로오스 등의 개질 셀룰로오스를 포함하는 혼합물로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 열원들을 제조하기 위해서, 불연성 단열 주변층의 구성성분들 및 가연성 탄소질 코어의 구성성분들이 혼합되어 원하는 형상으로 형성된다. 주변층의 구성성분들 및 코어의 구성성분들은, 예를 들면 슬립 주조(slip casting), 압출, 주입 성형 및 금형 압축이나 프레싱 또는 그들의 조합 등의 임의의 적절한 공지된 세라믹 형성 방법들을 사용하여 원하는 형상으로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 주변층의 구성성분들 및 코어의 구성성분들은 프레싱이나 압출 또는 그들의 조합에 의해 원하는 형상으로 형성된다.
특정의 구현예들에서, 본 발명에 따른 열원들은 단일의 방법을 사용하여 주변층 및 코어를 형성함으로써 제조될 수 있다.
예를 들면, 본 발명에 따른 열원들은 압출에 의해 주변층 및 코어를 형성함으로써 제조될 수 있다.
대안적으로, 본 발명에 따른 열원들은 프레싱에 의해 주변층 및 코어를 형성함으로써 제조될 수 있다.
다른 구현예들에서, 본 발명에 따른 열원들은 2개 이상의 상이한 방법을 사용하여 주변층 및 코어를 형성함으로써 제조될 수 있다.
예를 들면, 본 발명에 따른 열원들의 코어가 2개 이상의 횡층을 포함하는 경우, 본 발명에 따른 열원들은 프레싱에 의해 주변층 및 코어의 제1 층을 형성하고 프레싱에 의해 코어의 제2 층을 형성함으로써 제조될 수 있다.
바람직하게는, 주변층의 구성성분들 및 코어의 구성성분들은 원통형 로드(cylindrical rod)로 형성된다. 그러나, 주변층의 구성성분들 및 코어의 구성성분들은 다른 원하는 형상들로 형성될 수 있음이 자명할 것이다.
형성 후, 원통형 로드 또는 다른 원하는 형상은 그의 수분 함량을 감소시키도록 건조될 수 있다.
형성된 열원은 코어가 과산화물들, 테르밋들, 합금들, 마그네슘, 알루미늄 및 지르코늄으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 발화 보조제를 포함하는 경우에 열분해되지 않는 것이 바람직하다.
다른 구현예들에서, 형성된 열원은, 존재하는 경우 임의의 바인더들을 탄화하고, 형성된 열원 내의 임의의 휘발성분을 실질적으로 제거하는데 충분한 온도의 비산화성 분위기에서 열분해될 수 있다. 이러한 구현예들에서 형성된 열원은 약 700℃와 약 900℃ 사이의 온도의 질소 분위기에서 열분해되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 흡연 물품들은 에어로졸 형성 기질의 상류 부분 및 열원의 코어의 하류 부분 주위에서 그리고 이들과 직접 접촉하는 열전도성 내연 래퍼를 포함한다.
특정의 구현예들에서, 실질적으로 열원의 전체 길이가 열전도성 내연 래퍼로 포장될 수 있다. 이러한 구현예들에서, 열전도성 내연 래퍼는 주변층 및 열원의 코어의 하류 부분 주위에서 그리고 이들과 직접 접촉한다.
바람직한 구현예들에서, 열원의 상류 부분은 열전도성 내연 래퍼로 포장되지 않는다.
바람직하게는, 열전도성 내연 래퍼로 포장되지 않은 열원의 상류 부분은 길이가 약 4mm 와 약 15mm 사이, 보다 바람직하게는 길이가 약 4mm와 약 8mm 사이이다.
바람직하게는, 내연래퍼로 포장된 열원의 하류 부분은 길이가 약 2mm와 약 8mm 사이, 보다 바람직하게는 길이가 약 3mm와 약 5mm 사이이다.
특정의 바람직한 구현예들에서, 주변층의 실질적으로 전체 길이는 열전도성 내연 래퍼로 포장되지 않는다.
상기한 바와 같이, 열원의 코어의 연소 중에 발생된 열은 전도에 의해 열전도성 내연 래퍼를 통해 열원의 하류에 있는 에어로졸 형성 기질로 전달된다. 이는 코어의 하류 부분의 온도에 상당히 영향을 미칠 수 있다.
열전도성 내연 래퍼를 통한 전도성 열 전달에 의해 수행된 열 유출은 열전도성 내연 래퍼로 포장된 코어의 하류 부분의 온도를 상당히 낮출 수 있고 코어의 하류 부분의 온도를 그의 자체 발화 온도보다 상당히 아래로 유지할 수 있다.
열전도성 내연 래퍼는 이 열전도성 내연 래퍼로 포장된 코어의 하류 부분으로의 산소 접근을 제한하거나 방지하는 산소 제한 래퍼일 수 있다. 예를 들면, 열전도성 내연 래퍼는 실질적으로 산소 비투과성 래퍼일 수 있다.
이러한 구현예들에서, 열전도성 내연 래퍼로 포장된 코어의 하류 부분은 실질적으로 산소로의 접근이 없을 것이고 그래서 흡연 물품의 사용 중에 연소될 수 없다.
바람직하게는, 내연 래퍼는 열전도성이면서 산소 제한성이다.
본 발명에 따른 흡연 물품들에서 사용하기 위한 적절한 열전도성 내연 래퍼들은, 예를 들어 알루미늄 포일(foil) 래퍼, 스틸 포일 래퍼, 철 포일 래퍼 및 구리 포일 레퍼 등의 금속 포일 래퍼들; 금속 합금 포일 래퍼들; 그래파이트 포일 래퍼들; 및 특정의 세라믹 섬유 래퍼들을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
바람직하게는, 에어로졸 형성 기질은 약 5mm와 약 20mm 사이, 보다 바람직하게는 약 8mm와 약 12mm 사이의 길이를 갖는다.
특정의 구현예들에서, 에어로졸 형성 기질의 실질적으로 전체 길이는 열전도성 내연 래퍼로 포장될 수 있다.
바람직한 구현예들에서, 에어로졸 형성 기질의 하류 부분은 열전도성 내연 래퍼로 포장되지 않는다.
특정의 바람직한 구현예들에서, 에어로졸 형성 기질은 열전도성 내연 래퍼를 넘어서 하류로 적어도 약 3mm 연장된다.
다른 바람직한 구현예들에서, 에어로졸 형성 기질은 열전도 요소를 넘어서 하류로 3mm 미만으로 연장될 수 있다.
바람직하게는, 열전도성 내연 래퍼로 포장된 에어로졸 형성 기질의 상류 부분은 길이가 약 2mm와 약 10mm 사이, 보다 바람직하게는 길이가 약 3mm와 약 8mm 사이, 가장 바람직하게는 길이가 약 4mm와 약 6mm 사이이다.
바람직하게는, 열전도성 내연 래퍼로 래핑되지 않은 에어로졸 형성 기질의 하류 부분은 길이가 약 3mm와 약 10mm 사이이다. 즉, 에어로졸 형성 기질은 바람직하게는 열전도성 내연 래퍼를 넘어서 하류로 약 3mm와 약 10mm 사이로 연장된다. 보다 바람직하게는, 에어로졸 형성 기질은 열전도성 내연 래퍼를 넘어서 하류로 적어도 약 4mm 연장된다.
바람직하게는, 에어로졸 형성 기질은 적어도 하나의 에어로졸 형성제(aerosol-former) 및 가열에 대하여 휘발성 화합물들을 방출할 수 있는 적어도 하나의 재료를 포함한다.
적어도 하나의 에어로졸 형성제는, 사용 시 치밀하고 안정한 에어로졸의 형성을 용이하게 하고 흡연 물품의 동작 온도에서 열적 열화에 실질적으로 견디는 임의의 적절한 공지된 화합물 또는 화합물들의 혼합물일 수 있다. 적절한 에어로졸 형성제들은 본 기술분야에서 널리 공지되어 있는, 예를 들면 다가 알코올들, 글리세롤모노-, 디- 또는 트리아세테이트 등의 다가 알코올들의 에스테르들, 및 디메틸도디카네디오에이트(dodecanedioate) 및 디메틸테트라디카네디오에이트(tetradecanedioate) 등의 모노-, 디- 또는 폴리카르복실 산들의 지방족에스테르들을 포함한다. 본 발명에 따른 흡연 물품들에서 사용하기 위한 바람직한 에어로졸 형성제들은 트리에틸렌글리콜, 1,3-부탄디올과 같은 다가 알코올 또는 그들의 혼합물이며, 가장 바람직하게는 글리세린이다.
바람직하게는, 가열에 대하여 휘발성 화합물들을 발산할 수 있는 재료는 식물계 재료의 충전물, 보다 바람직하게는 균질한 식물계 재료의 충전물이다. 예를 들면, 에어로졸 형성 기질은 담배; 차, 예를 들면 녹차; 페퍼민트; 라우렐(laurel); 유칼립투스(eucalyptus); 바실(basil); 세이지(saga); 버베나(verbena); 및 타라곤(tarragon)을 포함하는 식물로부터 유도된 하나 이상의 재료를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 식물계 재료는 습윤제들, 향미제(flavourant)들, 바인더들 및 이들의 혼합물들을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 바람직하게는, 식물계 재료는 필수적으로 담배 재료를 포함하며, 가장 바람직하게는 균질한 담배 재료를 포함한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 흡연 물품들은 니코틴을 포함하는 에어로졸 형성 기질을 포함한다. 보다 바람직하게는, 본 발명에 따른 흡연 물품들은 담배를 포함하는 에어로졸 형성 기질을 포함한다.
본 발명에 따른 흡연 물품들은 본 발명에 따른 열원 및 열원의 바로 하류에 배치된 에어로졸 형성 기질을 포함할 수 있다. 이러한 구현예들에서, 에어로졸 형성 기질은 열원과 인접할 수 있다.
대안적으로, 본 발명에 따른 흡연 물품들은 본 발명에 따른 열원 및 열원의 하류에 위치하는 에어로졸 형성 기질을 포함할 수 있고, 여기서 에어로졸 형성 기질은 열원으로부터 이격되어 있다.
본 발명에 따른 흡연 물품들은 열원의 하류 말단과 에어로졸 형성 기질의 상류 말단 사이에 불연성의 실질적 공기 비투과성 배리어(non-combustible, substantially air impermeable barrier)를 포함할 수 있다.
배리어는 열원의 하류 말단 및 에어로졸 형성 기질의 상류 말단 중 하나 또는 양자 모두와 인접할 수 있다.
배리어는 열원의 하류 말단 및 에어로졸 형성 기질의 상류 말단 중 하나 또는 양자 모두에 부착되거나 다른 방식으로 첨부(affix)될 수 있다.
일부 구현예에서, 배리어는 열원의 하류 말단면 상에 제공된 배리어 코팅층을 포함한다. 이러한 구현예들에서, 바람직하게는 배리어는 적어도 실질적으로 열원의 전체 하류 말단면 상에 제공된 배리어 코팅층을 포함한다. 보다 바람직하게는, 배리어는 열원의 전체 하류 말단면 상에 제공된 배리어 코팅층을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "코팅층(coating)"은 열원을 덮고 열원에 부착되는 재료의 층을 설명하는데 사용된다.
배리어는 에어로졸 형성 기질이 열원의 발화 또는 연소 중에 노출되는 온도를 유리하게 제한할 수 있고, 이에 따라 흡연 물품의 사용 중에 에어로졸 형성 기질의 열적 열화 또는 연소를 회피하거나 감소시키는 것을 도울 수 있다.
흡연 물품의 원하는 특징들 및 성능에 따라서, 배리어는 낮은 열 전도도 또는 높은 열 전도도를 가질 수 있다. 특정의 구현예들에서, 배리어는 MTPS법을 사용하여 측정된 바와 같이 23?에서 약 0.1mW/(m?)와 약 200mW/(m?) 사이의 벌크 열 전도도 및 50%의 상대 습도를 갖는 재료로 형성될 수 있다.
배리어의 두께는 양호한 흡연 성능을 달성하기 위해서 적절하게 조정될 수 있다. 특정의 구현예들에서, 배리어는 약 10미크론과 약 500미크론 사이의 두께를 가질 수 있다.
배리어는 코어의 발화 및 연소 중에 열원에 의해 달성되는 온도에서 실질적으로 열적으로 안정되고 불연성인 하나 이상의 적절한 재료로 형성될 수 있다. 적절한 재료들은 본 기술분야에서 공지되어 있고, 점토들(예를 들면, 벤토나이트 및 카올리나이트 등), 유리들, 미네랄들, 세라믹 재료들, 수지들, 금속들 및 그들의 조합을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
배리어로 형성될 수 있는 바람직한 재료들은 점토들 및 유리들을 포함한다. 배리어로 형성될 수 있는 보다 바람직한 재료들은 구리, 알루미늄, 스테인리스 스틸, 합금들, 알루미나(Al2O3), 수지들, 및 미네랄 접착제들을 포함한다.
본 발명에 따른 흡연 물품들은 본 발명에 따른 블라인드 열원들을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "블라인드(blind)"는 사용자가 흡입하기 위해서 흡연 물품을 통해 흡인된 공기가 열원을 따라 임의의 기류 채널들을 통과하지 않는 본 발명에 따른 흡연 물품의 열원을 설명하는데 사용된다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "기류 채널(airflow channel)"은 공기가 사용자가 흡입하기 위해 하류로 흡인될 수 있는 열원의 길이를 따라 연장하는 채널을 설명하는데 사용된다.
블라인드 열원들을 포함하는 본 발명에 따른 흡연 물품들에서, 열원으로부터 에어로졸 형성 기질로의 열 전달은 전도에 의해 주로 발생하며, 대류에 의한 에어로졸 형성 기질의 가열이 최소화되거나 감소된다. 이는 유리하게는 본 발명에 따른 블라인드 열원들을 포함하는 본 발명에 따른 흡연 물품들의 주류 에어로졸의 조성물에 대한 사용자의 퍼프 체제(regime)의 충격을 최소화하거나 감소시키는 것을 돕는다.
본 발명에 따른 흡연 물품들은 사용자가 흡입하기 위한 공기가 흡인되지 않는 하나 이상의 폐쇄 또는 차단된 통로를 포함하는 블라인드 열원들을 포함할 수 있음은 자명할 것이다. 예를 들면, 본 발명에 따른 흡연 물품들은 열원의 길이를 따라 일부만 열원의 상류 말단면으로부터 연장하는 하나 이상의 폐쇄된 통로를 포함하는 블라인드 열원들을 포함할 수 있다.
이러한 구현예들에서, 하나 이상의 폐쇄된 공기 통로를 포함함으로써 공기로부터 산소에 노출되는 열원의 표면적을 증가시키고 유리하게는 열원의 코어의 발화 및 지속적인 연소를 용이하게 할 수 있다.
다른 구현예들에서, 본 발명에 따른 흡연 물품들은 본 발명에 따른 비-블라인드 열원들을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "비-블라인드(non-blind)"는 사용자가 흡입하기 위해서 흡연 물품을 통해 흡인된 공기가 열원을 따라 하나 이상의 기류 채널을 통과하는 본 발명에 따른 흡연 물품의 열원을 설명하는데 사용된다.
비-블라인드 열원을 포함하는 본 발명에 따른 흡연 물품들에서, 에어로졸 생성 기질의 가열은 전도와 대류에 의해 발생한다. 사용 시, 사용자가 비-블라인드 열원을 포함하는 본 발명에 따른 흡연 물품을 퍼프할 때, 공기는 열원을 따라 하나 이상의 기류 채널을 통해서 하류로 흡인된다. 흡인된 공기는 에어로졸 형성 기질을 통과하고, 그 다음에 흡연 물품의 마우스 말단을 향해서 하류로 전달된다.
본 발명에 따른 흡연 물품들은 열원을 따라 하나 이상의 밀폐된 기류 채널을 포함하는 비-블라인드 열원들을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "밀폐된(enclosed)"은 열원의 길이를 따라 열원에 의해 둘러싸이는 기류 채널들을 설명하는데 사용된다.
예를 들면, 본 발명에 따른 흡연 물품들은 열원의 전체 길이를 따라 열원의 코어 내부를 통해 연장되는 하나 이상의 밀폐된 기류 채널을 포함하는 비-블라인드 열원들을 포함할 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 본 발명에 따른 흡연 물품들은 열원을 따라 하나 이상의 비-밀폐 기류 채널을 포함하는 비-블라인드 열원들을 포함할 수 있다.
예를 들면, 본 발명에 따른 흡연 물품들은 열원의 길이의 적어도 하류 부분을 따라 열원의 외부를 따라 연장되는 하나 이상의 비-밀폐 기류 채널을 포함하는 비-블라인드 열원들을 포함할 수 있다.
특정의 구현예들에서, 본 발명에 따른 흡연 물품들은 1개, 2개 또는 3개의 기류 채널을 포함하는 비-블라인드 열원들을 포함할 수 있다. 특정의 바람직한 구현예들에서, 본 발명에 따른 흡연 물품들은 열원의 코어의 내부를 통해서 연장되는 단일의 기류 채널을 포함하는 비-블라인드 열원들을 포함한다. 특정의 특히 바람직한 구현예들에서, 본 발명에 따른 흡연 물품들은 열원의 코어의 내부를 통해서 연장되는 단일의 실질적으로 중앙 또는 축방향 기류 채널을 포함하는 비-블라인드 열원들을 포함한다. 이러한 구현예들에서, 단일의 기류 채널의 직경은 바람직하게는 약 1.5mm와 약 3mm 사이이다.
본 발명에 따른 흡연 물품들이 열원을 따라 하나 이상의 기류 채널을 포함하는 비-블라인드 열원의 하류 말단면 상에 제공된 배리어 코팅층을 포함하는 배리어를 포함하는 경우에, 배리어 코팅층은 공기가 하나 이상의 기류 채널을 통해 하류로 흡인될 수 있게 하는 것은 자명할 것이다.
본 발명에 따른 흡연 물품들이 비-블라인드 열원들을 포함하는 경우에, 흡연 물품들은 이 흡연 물품을 통해 흡인된 공기로부터 비-블라인드 열원을 격리하도록 열원과 하나 이상의 기류 채널 사이에 불연성의 실질적 공기 불투과성 배리어를 더 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 배리어는 열원에 부착되거나 다른 방식으로 첨부될 수 있다.
바람직하게는, 배리어는 하나 이상의 기류 채널의 내부 표면 상에 제공된 배리어 코팅층을 포함한다. 보다 바람직하게는, 배리어는 하나 이상의 기류 채널의 적어도 실질적으로 전체 내부 표면 상에 제공된 배리어 코팅층을 포함한다. 가장 바람직하게는, 배리어는 하나 이상의 기류 채널의 전체 내부 표면 상에 제공된 배리어 코팅층을 포함한다.
대안적으로, 배리어 코팅층은 하나 이상의 기류 채널 내에 라이너(liner)의 삽입에 의해 제공될 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 따른 흡연 물품들이 열원의 코어의 내부를 통해 연장되는 하나 이상의 기류 채널을 포함하는 비-블라인드 열원들을 포함하는 경우에, 불연성의 실질적 공기 불투과성 중공관이 하나 이상의 기류 채널 각각에 삽입될 수 있다.
배리어는 유리하게는 열원의 코어의 발화 및 연소 중에 형성된 연소 및 분해 생성물들이 하나 이상의 기류 채널을 따라 하류로 끌어들여진 공기에 유입되는 것을 실질적으로 방지하거나 금지시킬 수 있다.
배리어는 유리하게는 사용자에 의한 퍼프 중에 실질적으로 열원의 코어의 연소의 활성화를 방지하거나 금지시킬 수도 있다.
흡연 물품의 원하는 특징들 및 성능에 따라서, 배리어는 낮은 열 전도도 또는 높은 열 전도도를 가질 수 있다. 바람직하게는, 배리어는 낮은 열 전도도를 갖는다.
배리어의 두께는 양호한 흡연 성능을 달성하도록 적절하게 조정될 수 있다. 특정의 구현예들에서, 배리어는 약 30미크론과 약 200미크론 사이의 두께를 가질 수 있다. 바람직한 구현예에서, 배리어는 약 30미크론과 약 100미크론 사이의 두께를 갖는다.
배리어는 코어의 발화 및 연소 중에 열원에 의해 달성된 온도에서 실질적으로 열적으로 안정되고 불연성인 하나 이상의 적절한 재료로 형성될 수 있다. 적절한 재료들은 본 기술분야에서 공지되어 있고, 예를 들면 점토들; 산화철, 알루미나, 티타니아, 실리카, 실리카-알루미나, 지르코니아 및 세리아 등의 금속 산화물들; 제올라이트들; 인산 지르코늄; 및 다른 세라믹 재료들 또는 그들의 조합을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
배리어가 형성될 수 있는 바람직한 재료들은 점토들, 유리들, 알루미늄, 산화철 및 그들의 조합을 포함한다. 원하는 경우, 이산화탄소에 대한 일산화탄소의 산화를 촉진하는 성분들과 같은 촉매 성분들이 배리어에 통합될 수 있다. 적절한 촉매 성분들은 예를 들면 플래티늄, 팔라듐, 전이금속 및 그들의 산화물을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
본 발명에 따른 흡연 물품들이 열원의 하류 말단과 에어로졸 형성 기질의 상류 말단 사이에 배리어 및 열원과 이 열원을 따르는 하나 이상의 기류 채널 사이에 배리어를 포함하는 경우, 2개의 배리어는 동일하거나 다른 재료 또는 재료들로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 흡연 물품들은 에어로졸 형성 기질의 하류에 있는 기류 유도 요소(airflow directing element)를 포함할 수 있다. 기류 유도 요소는 기류 경로로 정의되며, 공기를 기류 경로를 따라 적어도 하나의 공기 입구로부터 흡연 물품의 마우스 말단을 향하여 유도하게 한다.
적어도 하나의 공기 입구는 바람직하게는 에어로졸 형성 기질의 하류 말단과 기류 유도 요소의 하류 말단 사이에 제공된다. 기류 경로는 바람직하게는 적어도 하나의 공기 입구로부터 에어로졸 형성 기질을 향하여 상류로 길이방향으로 연장하는 제1 부분 및 이 제1 부분으로부터 흡연 물품의 마우스 말단을 향하여 길이방향으로 연장하는 제2 부분을 포함한다. 사용 시, 적어도 하나의 공기 입구를 통해 흡연 물품 내로 흡인 공기는 에어로졸 형성 기질을 향하는 기류 경로의 제1 부분을 통해서 상류로 전달되고 그 후에 기류 경로의 제2 부분을 통해서 흡연 물품의 마우스 말단을 향해서 하류로 전달된다.
기류 유도 요소는 개방 말단형의 사실상 공기 불투과성 중공체(open-ended, substantially air impermeable hollow body)를 포함할 수 있다. 이러한 구현예들에서, 개방 말단형의 사실상 공기 불투과성 중공체의 외부는 기류 경로의 제1 부분 및 기류 경로의 제2 부분 중 하나를 정의하고 개방 말단형의 사실상 공기 불투과성 중공체의 내부는 기류 경로의 제1 부분 및 기류 경로의 제2 부분 중 다른 하나를 정의한다. 바람직하게는, 개방 말단형의 사실상 공기 불투과성 중공체의 내부는 기류 경로의 제1 부분을 정의하고, 말단이 개방된 사실상 공기 불투과성 중공체의 내부는 기류 경로의 제2 부분을 정의한다.
하나의 바람직한 구현예에서, 말단이 개방된 사실상 공기 불투과성 중공체는 원기둥이고, 바람직하게는 직원기둥이다.
또 다른 바람직한 구현예에서, 말단이 개방된 실질적 공기 비투과성중공체는 원기둥이고, 바람직하게는 끝이 짤린 직원뿔체(truncated right circular cone)이다.
말단이 개방된 사실상 공기 불투과성 중공체는 에어로졸 형성 기질과 인접할 수 있다. 대안적으로, 말단이 개방된 사실상 공기 불투과성 중공체는 에어로졸 형성 기질 내로 연장될 수 있다.
사실상 공기 불투과성 중공체는 열원으로부터 에어로졸 형성 기질로의 열 전달에 의해 발생된 에어로졸의 온도에서 실질적으로 열적으로 안정한 하나 이상의 적절한 공기 불투과성 재료로 형성될 수 있다. 적절한 재료들은 본 기술분야에서 공지되어 있고, 판지, 플라스틱, 세라믹 및 그들의 조합을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
본 발명에 따른 흡연 물품들은, 존재하는 경우, 에어로졸 형성 기질의 하류 및 기류 유도 요소의 하류에 있는 팽창실을 더 포함할 수 있다. 팽창실의 포함은 유리하게는 열원으로부터 에어로졸 형성 기질로의 열 전달에 의해 발생된 에어로졸의 냉각을 또한 가능하게 한다. 팽창실은 또한 유리하게는 본 발명에 따른 흡연 물품들의 전체 길이를 팽창실의 길이의 적절한 선택을 통하여, 원하는 값으로, 예를 들어 종래의 궐련들과 유사한 길이로 조정하는 것을 가능하게 한다. 바람직하게는, 팽창실은 가늘고 긴 중공관이다.
본 발명에 따른 흡연 물품들은 흡연 물품의 마우스 말단에 배치된 마우스피스를 더 포함할 수 있다. 이러한 구현예들에서, 마우스피스는 에어로졸 형성 기질의 하류 및 존재하는 경우, 기류 유도 요소 및 팽창실의 하류에 있다. 바람직하게는, 마우스피스는 여과 효율이 낮은 것이고, 보다 바람직하게는 여과 효율이 매우 낮은 것이다. 마우스피스는 단일 세그먼트 또는 단일 구성성분 마우스피스일 수 있다. 대안적으로, 마우스피스는 다수 세그먼트 또는 다수 구성성분 마우스피스일 수 있다.
마우스피스는, 예를 들면 셀룰로오스 아세테이트, 페이퍼(paper) 또는 다른 적절한 공지된 여과 재료들을 포함하는 하나 이상의 필터 세그먼트를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 마우스피스는 흡수제들, 흡착제들, 향미제들, 및 다른 에어로졸 개질제들 및 첨가제들 또는 그들의 조합을 포함하는 하나 이상의 세그먼트를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 흡연 물품들은 열원의 적어도 후방 부분, 에어로졸 형성 기질 및 이 에어로졸 형성 기질의 하류에 있는 흡연 물품의 임의의 다른 구성성분들을 둘러싸는 외부 래퍼를 포함한다. 외부 래퍼는 임의의 적절한 재료 또는 재료들의 조합으로 형성될 수 있다. 적절한 재료들은 본 기술분야에서 널리 공지되어 있고, 궐련 페이퍼를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
원하는 경우, 본 발명에 따른 흡연 물품들의 열원의 하류의 한 장소에 환기부(ventilation)가 제공될 수 있다. 예를 들면, 존재하는 경우, 환기부는 본 발명에 따른 흡연 물품들의 마우스피스를 따라 한 장소에 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 흡연 물품들은 공지된 방법들 및 기계를 사용하여 조립될 수 있다.
본 발명의 하나의 측면에 관하여 설명된 특징들은 또한 본 발명의 다른 측면들에도 적용할 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 열원들에 관하여 설명된 특징들은 또한 본 발명에 따른 흡연 물품들에도 적용할 수 있고 그 반대로 적용할 수도 있다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 단지 예시하기 위한 목적으로 더욱 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 열원의 개략적인 사시도를 나타낸 것이고;
도 2는 본 발명에 따른 흡연 물품의 길이방향 단면도를 나타낸 것이고;
도 3은 실시예들에서 설명되는 본 발명에 따른 3개의 흡연 물품 및 비교예 흡연 물품에 대해 실시된 발화성 테스트의 결과를 도시하는 사진을 나타낸 것이다.
도 1에 나타낸 열원(2)은 상류 말단(4) 및 하류 말단(6)를 가지며 사실상 원통형의 가연성 탄소질 코어(8) 및 일체형의 불연의 단열성 환형 주변층(10)을 포함하는 실질적으로 원통형 열원이다. 코어(8)는 열원(2)의 상류 말단(4)으로부터 열원의 하류 말단(6)으로 연장되어 있으며, 주변층(10)은 열원(2)의 길이를 따라 단지 일부에서만 열원(2)의 상류 말단(4)으로부터 연장되어 있다.
주변층(10)은 코어(8)의 상류 부분(12)을 둘러싼다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 코어(8)의 하류 부분(14)은 주변층(10)에 의해 둘러싸이지 않는다.
코어(8)의 상류 부분(12)의 직경은 코어(8)의 하류 부분(14)의 직경 보다 작다. 직경의 차이는 주변층(10)의 두께의 실질적으로 2배와 같다. 그 결과 열원(2)은 실질적으로 직경이 일정하다.
도 1에 나타낸 바와 같은 본 발명에 따른 열원(2)에 대하여 일부 실험적인 치수가 표 1에 제공되어 있다.
Figure pct00001
특정 구현예에서, 주변층(10)에 의해 둘러싸이는 코어(8)의 상류 부분(12) 및 주변층(10)에 의해 둘러싸이지 않는 코어(8)의 하류 부분(14)은 동일 조성을 가질 수 있다.
다른 구현예에서, 주변층(10)에 의해 둘러싸이는 코어(8)의 상류 부분(12)은 코어의 제1 층일 수 있고, 주변층(10)에 의해 둘러싸이지 않는 코어(8)의 하류 부분(14)은 코어의 제2 층일 수 있으며, 여기서 상기 제1 층의 조성은 상기 제2 층의 조성과 다르다.
도 2에 나타낸 흡연 물품(22)은 도 1에 나타낸 바와 같은 본 발명에 따른 열원(2), 에어로졸 형성 기질(24), 기류 유도 요소(26), 팽창실(28) 및 마우스피스(30)와 동축 정렬로 접경하면서 포함되어 있다. 열원(2), 에어로졸 형성 기질(24), 기류 유도 요소(26), 팽창실(28) 및 마우스피스(30)는 낮은 공기 투과성의 궐련 페이퍼의 외부 래퍼(32)로 겉포장되어 있다.
에어로졸 형성 기질(24)는 열원(2)의 바로 하류에 위치하며, 에어로졸 형성제로서 글리세린을 포함하는 균질한 담배 재료의 원통형 플러그(34)로 포함되어 있고 필터 플러그 랩(filter plug wrap)(36)에 의해 둘러싸여 있다
불연성의 사실상 공기 불투과성 배리어가 열원(2)의 하류 말단과 에어로졸 형성 기질(24)의 상류 말단 사이에 제공될 수 있다. 예를 들면, 도 2에 나타낸 바와 같이 불연성의 사실상 공기 불투과성 배리어 코팅층(38)으로 이루어지는 불연성의 사실상 공기 불투과성 배리어는 열원(2)의 전체 하류 말단면 상에 제공될 수 있다.
흡연 물품(22)은 열원(2)의 코어(8)의 하류 부분(14)의 후방 부분(14b) 주위에서 직접 접촉하며 에어로졸 형성 기질(24)의 전방 부분(24a)과 접경하는 열전도성 내연 래퍼(40)를 더 포함한다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 에어로졸 형성 기질(24)의 후방 부분은 열전도성 내연 래퍼(40)에 의해 둘러싸여 있지 않는다. 열전도성 내연 래퍼(40) 는 관형층의 알루미늄 포일로 이루어져 있다.
추가된 열전도성 내연 래퍼(42)는 또한 알루미늄 포일의 관으로 이루어져 있고 외부 래퍼(32)와 직접 접촉하고 있다. 추가된 열전도성 내연 래퍼(42)는 열전도성 내연 래퍼(40) 위에 놓이며, 그들 사이에 외부 래퍼(32)가 배치된다. 추가된 열전도성 내연 래퍼(42)의 길이는 열전도성 내연 래퍼(40)의 길이보다 길다. 따라서 추가된 열전도성 내연 래퍼(42)는 열전도성 내연 래퍼(40)를 지나서 하류로 연장되어 있으며, 에어로졸 형성 기질(24)이 더 길게 놓여 있다.
기류 유도 요소(26)가 에어로졸 형성 기질(24)의 하류에 배치되며, 예를 들면, 판지로 이루어진 말단이 개방된 사실상 공기 불투과성의 끝이 잘린 중공형 원뿔체(44)를 포함한다. 말단이 개방된 끝이 잘린 중공형 원뿔체(44)의 하류 말단은 에어로졸 형성 기질(24)과 실질적으로 직경이 동일하고, 말단이 개방된 끝이 잘린 중공형 원뿔체(44)의 상류 말단은 에어로졸 형성 기질(24)에 비해 직경이 작다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 기류 유도 요소(26)의 말단이 개방된 사실상 공기 불투과성의 끝이 잘린 중공형 원뿔체(44)의 상류 말단은 에어로졸 형성 기질(24) 내로 연장되어 있다. 또한 도 2에 나타낸 바와 같이, 공기 입구들(46)의 원주 배열은 말단이 개방된 사실상 공기 불투과성의 끝이 잘린 중공형 원뿔체(44)를 둘러싸는 외부 래퍼(32)에 제공되어 있다.
팽창실(28)는 기류 유도 요소(26)의 하류에 배치되며, 에어로졸 형성 기질(24)과 실질적으로 직경이 동일한, 예를 들어 판지로 이루어진 말단이 개방된 중공형 관(48)을 포함한다.
흡연 물품(22)의 마우스피스(30)는 팽창실(28)의 하류에 위치하며, 필터 플러그 랩(52)에 의해 둘러싸여진 매우 낮은 여과 효율의 셀룰로오스 아세테이트 토우(tow)의 원통형 플러그(50)를 포함한다. 마우스피스(30)는 티핑(tipping) 페이퍼(도시하지 않음)의 밴드에 의해 둘러싸일 수 있다.
기류 경로가 흡연 물품(22)의 공기 입구들(46)과 마우스피스(30) 사이에서 연장되어 있다. 기류 유도 요소(26)의 말단이 개방된 중공형 원뿔체(44)의 외부와 외부 래퍼(32)에 의해 구획되는 볼륨은 공기 입구들(46)로부터 에어로졸 형성 기질(24)로 길이방향으로 상류로 확장되는 기류 경로의 제1 부분을 형성한다. 기류 유도 요소(26)의 말단이 개방된 중공형 원뿔체(44)의 내부에 의해 구획되는 볼륨은 에어로졸 형성 기질(24)과 팽창실(28) 사이에서, 흡연 물품(22)의 마우스피스(30)를 향하여 하류로 길이방향으로 연장되는 기류 경로의 제2 부분을 형성한다.
사용 시, 소비자가 흡연 물품(22)의 마우스피스(30)를 빨아들였을 때, 냉각 공기(도 2에서 점선 화살표로 표시)가 공기 입구들(46)을 통해 흡연 물품(22) 내로 유입된다. 유입된 공기는 기류 유도 요소(26)의 말단이 개방된 중공형 원뿔체(44)의 외부와 외부 래퍼(32) 사이의 기류 경로의 제1 부분을 따라 에어로졸 형성 기질(24)에 대해서 상류를 통과한다.
에어로졸 형성 기질(24)의 전방 부분(24a)은 열원(2)의 코어(8)의 하류 부분(14)의 인접하는 후방 부분(14b)과 열전도성 내연 래퍼(40)를 통해서 전도에 의해 가열된다. 추가된 열전도성 내연 래퍼(42)는 흡연 물품(22) 내에 열을 보유하여 흡연 중에 열전도성 내연 래퍼(40)의 온도를 유지하는 것을 돕게 된다. 이는 에어로졸 형성 기질(24)의 온도를 유지하는 것을 도와서 결국 에어로졸 전달을 연속해서 향상시키는 것을 용이하게 한다. 또한, 열전도성 내연 래퍼(42)는 열전도성 내연 래퍼(40)의 하류 말단을 넘어서, 에어로졸 형성 기질(24)를 따라 열을 전달한다. 이는, 에어로졸 형성 기질(24)의 보다 큰 볼륨을 통해 열을 분산시키는 것을 도와서, 결국 퍼프 때마다 보다 일정한 에어로졸 전달을 제공하는 것을 돕게 된다.
에어로졸 형성 기질(24)의 가열은, 유입된 공기가 에어로졸 형성 기질(24)를 통해 흐름에 따라 균질한 담배 재료의 플러그(36)로부터 휘발성 및 반휘발성 화합물들과 글리세린을 방출시켜 유입된 공기 내에 연행되는 에어로졸을 형성한다. 유입된 공기 및 연행되는 에어로졸(도 2에서 일점쇄선 화살표 및 점선 화살표로 나타냄)은, 기류 유도 요소(26)의 말단이 개방된 중공형 원뿔체(44)의 내부를 통해 기류 경로의 제2 부분을 따라 하류의 팽창실(28)을 통과하면서 냉각되고 응축된다. 그 다음에 냉각된 에어로졸이 흡연 물품(22)의 마우스피스(30)를 통해서 하류인 소비자의 입으로 전달된다.
열원(2)의 하류 말단면 상에 제공된 불연성의 사실상 공기 불투과성 배리어 코팅층(38)은, 사용시 기류 경로의 제1 부분 및 제2 부분을 따라 흡연 물품(22)을 통해서 유입된 공기가 열원(2)과 직접 접촉하지 않도록 흡연 물품(22)을 통과하는 기류 경로와 열원(2)을 격리시킨다.
열원(2)의 코어(8)의 상류 부분(12)을 둘러싸는 일체형의 불연성 단열 환형 주변층(10)은 열전도성 내연 래퍼(40) 및 추가된 열전도성 내연 래퍼(42)에 의해 둘러싸이지 않은 열원(2) 부분의 온도를 감소시킴으로써 사용 중 및 사용 후에 흡연 물품(22)의 발화성을 감소시키는 것을 돕는다.
표 1에 나타낸 치수들을 갖는 도 1에 나타낸 바와 같은 본 발명에 따른 열원(2)을 포함하는 도 2에 나타낸 바와 같은 본 발명에 따른 흡연 물품(2)에 대하여 일부 실험적인 치수가 표 2에 제공되어 있다.
Figure pct00002
실시예들
표 2에 나타낸 치수들을 갖는 도 2에 나타낸 바와 같은 본 발명에 따른 흡연 물품들을 표 3에 나타낸 조성 및 표 1과 표 3에 나타낸 치수들을 갖는 도 1에 나타낸 바와 같은 본 발명에 따른 열원(2)을 사용하여 손으로 조립하였다.
비교를 위해서, 동일한 구성 및 치수들의 흡연 물품들을 표 3에 나타낸 조성을 갖는 동일한 치수들의 열원들을 사용하여 손으로 조립하였다.
모든 열원은 수압(manual pressing)으로 제조하였다.
흡연 물품들의 발화성을 3개의 복제품들을 사용하여 테스트하였다. 10개의 와트만 필터(Whatman filter)를 표준 필터 홀더의 최상부에 배치하고 판지의 3개의 부분이 기류의 혼란(perturbation)을 제한하는데 사용하였다.
흡연 물품의 열원에 황색 불꽃 라이터를 사용하여 불을 붙였다. 열원들의 표면에서의 색상은 열원들의 상류 말단으로부터 하류 말단으로의 폭연(deflagration) 정면의 하류로의 이동 때문에 발화 시에 변하였다. 폭연 정면이 열원의 하류 말단에 도달한 30초 후에, 흡연 물품을 10개의 와트만 필터의 최상부에 수평으로 배치하였다.
흡연 물품들이 소화될 때까지 또는 적어도 10분 동안 와트만 필터 상에 남겨 놓았다. 그 후에 와트만 필터들을 필터 홀더로부터 제거하고 10개의 와트만 필터 각각에 대하여 사진을 촬영하였다.
표 3에 나타낸 각 실시예에 따른 하나의 대표적인 복제 흡연 물품에 대한 제1(최상), 제3, 제6 및 제10(최하) 와트만 필터의 사진들이 도 3에 도시되어 있다.
Figure pct00003
도 3에 나타낸 바와 같이, 비교예의 흡연 물품에 대한 제1, 제3, 제6 및 제10 필터를 모두자국이 있었다. 반대로, 실시예 1, 2 및 4의 본 발명에 따른 흡연 물품들에 대한 제3, 제6 및 제10 필터는 자국이 없고 실시예 3의 본 발명에 따른 흡연 물품들에 대한 제6 및 제10 필터도 자국이 없었다.
이는, 본 발명에 따른 열원들의 가연성 탄소질 코어의 상류 부분을 둘러싸는 일체형의 불연성 단열 주변층의 제공이 본 발명에 따른 흡연 물품의 표면의 온도 및 이에 따라 그들의 발화성을 감소시켰다는 것을 입증하는 것이다.
상술한 구현예들 및 실시예예들은 본 발명을 예시하기 위한 것으로 한정하는 것은 아니다. 본 발명의 다른 구현예들이 만들어질 수 있으며 본 명세서에서 설명된 특정 구현예들 및 실시예예들이 한정하려는 것이 아님을 이해해야 할 것이다.
2: 열원
4: 상류 말단
6: 하류 말단
8: 탄소질 코어
10: 환형 주변층
12: 상류 부분
14: 하류 부분
22: 흡연 물품
24: 에어로졸 형성 기질
24a: 전방 부분
26: 기류 유도 요소
28: 팽창실
30: 마우스피스
32: 외부 래퍼
34: 원통형 플러그
36: 필터 플러그랩
38: 배리어 코팅층
40,42: 래퍼
44: 중공형 원뿔체
46: 공기 입구
48: 중공형 관
50: 원통형 플러그

Claims (15)

  1. 상류 말단 및 대향하는 하류 말단을 가지는 흡연 물품용 열원으로서, 상기 열원은
    가연성 탄소질 코어; 및
    일체형의 불연성 단열 주변층을 포함하되,
    상기 코어는 열원의 상기 상류 말단으로부터 상기 열원의 상기 하류 말단으로 연장되어 있으며, 상기 주변층은 상기 열원의 길이를 따라 단지 일부에서만 상기 열원의 상기 상류 말단으로부터 연장되어 있고, 상기 코어의 상류 부분을 둘러싸고 있는 흡연 물품용 열원.
  2. 제1항에 있어서, 상기 주변층의 길이는 상기 열원의 길이보다 적어도 약 2mm 짧은 흡연 물품용 열원.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 열원의 직경은 실질적으로 일정한 흡연 물품용 열원.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주변층은 단열 재료의 적어도 90 건조 중량%를 포함하는 흡연 물품용 열원.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주변층은 코어의 발화 시에 적어도 하나의 단열 재료를 형성하도록 분해하는 적어도 하나의 전구체 재료를 포함하는 흡연 물품용 열원.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주변층은 점토들, 백색 세라믹들, 테크니컬 세라믹들 및 암석들로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 단열 재료를 포함하는 흡연 물품용 열원.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주변층은 규조토, 석고 및 벤토나이트로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 단열 재료를 포함하는 흡연 물품용 열원.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코어는 적어도 하나의 발화 보조제를 포함하는 흡연 물품용 열원.
  9. 제8항에 있어서, 상기 코어는,
    탄소를 포함하는 제1 층; 및
    적어도 하나의 발화 보조제를 포함하는 제2 층을 포함하되,
    상기 제1 층의 조성은 상기 제2 층의 조성과 다른 흡연 물품용 열원.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제2 층은 탄소를 더 포함하는 흡연 물품용 열원.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 제1 층은 적어도 하나의 발화 보조제를 포함하는 흡연 물품용 열원.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 층은 탄소 및 적어도 하나의 발화 보조제를 포함하고, 상기 제2 층은 탄소 및 적어도 하나의 발화 보조제를 포함하고, 상기 제1 층 내의 발화 보조제에 대한 탄소의 건조 중량에 의한 비가 상기 제2 층 내의 발화 보조제에 대한 탄소의 건조 중량에 의한 비와 다른 흡연 물품용 열원.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 층은 상기 제1 층의 하류인 흡연 물품용 열원.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 열원;
    상기 열원의 하류에 있는 에어로졸 형성 기질; 및
    상기 에어로졸 형성 기질의 상류 부분 및 상기 열원의 상기 코어의 하류 부분 주위 및 이들과 직접 접촉하는 열전도성 내연 래퍼를 포함하는 흡연 물품.
  15. 제13항에 따른 열원;
    상기 열원의 하류에 있는 에어로졸 형성 기질; 및
    상기 에어로졸 형성 기질의 상류 부분 및 상기 열원의 상기 코어의 상기 제2 층의 적어도 하류 부분 주위 및 이들과 직접 접촉하는 열전도성 내연 래퍼를 포함하는 흡연 물품.
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