KR20200061072A - 궐련 및 궐련용 에어로졸 생성 장치 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따르면, 궐련은, 담배 로드 상기 담배 로드의 제1 말단에 인접하고, 제1 기공률을 갖는 제1 기류 전달 요소 및 상기 담배 로드의 제2 말단에 인접하고, 상기 제1 기공률보다 크거나 같은 제2 기공률을 갖는 제2 기류 전달 요소를 포함하고, 상기 제2 기공률은 30% 이상일 수 있다.

Description

궐련 및 궐련용 에어로졸 생성 장치{Cigarette and aerosol generating apparatus thereof}
하나 이상의 실시예들은 궐련 및 궐련용 에어로졸 생성 장치에 관한 것이다.
근래에 일반적인 궐련의 단점들을 극복하는 대체 방법에 관한 수요가 증가하고 있다. 예를 들어, 궐련을 연소시켜 에어로졸을 생성시키는 방법이 아닌 궐련 내의 에어로졸 생성 물질이 가열됨에 따라 에어로졸이 생성하는 방법에 관한 수요가 증가하고 있다. 이에 따라, 가열식 궐련 또는 가열식 에어로졸 생성 장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
일 실시예에 따르면, 전방에 위치하는 필터의 기공률보다 큰 기공률을 갖는 필터를 후방에 구비하는 궐련이 제공될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 궐련은, 담배 로드, 담배 로드의 제1 말단에 인접하고, 제1 기공률을 갖는 제1 기류 전달 요소 및 담배 로드의 제2 말단에 인접하고, 제1 기공률보다 크거나 같은 제2 기공률을 갖는 제2 기류 전달 요소를 포함하고, 제2 기공률은 30% 이상일 수 있다.
제1 기공률은 10% 이상 30% 이하일 수 있다.
제1 기공률 대비 제2 기공률의 비는 1 이상 3 미만일 수 있다.
제2 기류 전달 요소는, 중공에 의해 형성되는 내경을 갖는 튜브 형태일 수 있다.
제2 기류 전달 요소의 외경 대비 내경의 비율은 55% 이상일 수 있다.
내경은 3.0mm 이상이고 4.5mm 이하일 수 있다.
제1 기류 전달 요소 및 제2 기류 전달 요소는 셀룰로오스 아세테이트를 포함할 수 있다.
다른 일 실시예에 따르면, 에어로졸 생성 장치는 담배 로드, 담배 로드의 전단에 인접하고 제1 기공률을 갖는 전단 플러그 및 담배 로드의 후단에 인접하고, 제1 기공률보다 크거나 같은 제2 기공률을 갖는 필터 로드를 포함하고, 제2 기공률은 30% 이상인 궐련을 가열하는 가열부, 액상 조성물을 기화시켜 에어로졸을 생성하고, 에어로졸을 전단 플러그를 통해 궐련 내부로 전달하는 증기화기 및 가열부 및 증기화기의 동작을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 궐련은 전방에 위치하는 필터의 기공률보다 큰 기공률을 갖는 필터가 후방에 배치됨으로써, 주류연 및 궐련의 표면 온도를 안전한 온도로 냉각시킬 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 도면의 사시도이다.
도 2는 다른 일 실시예에 따른 궐련의 사시도이다.
도 3 내지 도 4는 에어로졸 생성 장치에 궐련이 삽입된 예들을 도시한 도면들이다.
도 5는 도 1의 궐련을 통과하는 공기의 흐름을 도시한 A-A' 방향 단면도이다.
도 6은 도 1의 궐련의 B-B'방향 단면도 및 C-C'방향 단면도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 궐련에서 주류연의 온도 및 궐련 표면 온도가 측정된 지점을 표시하는 도면이다.
실시예들에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "?부", "?모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
명세서 전체에서 "에어로졸 발생 물품"은 담배(궐련), 시가 등과 같이, 에어로졸을 발생시킬 수 있는 물질을 의미할 수 있다. 에어로졸 발생 물품은 에어로졸 발생 물질 또는 에어로졸 형성 기질을 포함할 수 있다. 또한, 에어로졸 발생 물품은 판상엽 담배, 각초, 재구성 담배 등 담배 원료를 기초로 하는 고체 물질을 포함할 수 있다. 에어로졸은 휘발성 화합물을 포함할 수 있다.
또한, 명세서 전체에서 "상류" 또는 "전방"은 에어로졸 발생 물품을 흡연하는 사용자의 구부로부터 멀어지는 방향을 의미하고 "하류" 또는 "후방"은 에어로졸 발생 물품을 흡연하는 사용자의 구부에게 가까워지는 방향을 의미한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 도면의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 궐련(3)은 담배 로드(31), 필터 로드(32) 및 전단 플러그(33)를 포함한다. 담배 로드(31)는 담배 물질 및 에어로졸 생성 물질을 포함한다. 담배 물질은 토바코(tobacco)일 수 있다.
필터 로드(32)는 담배 로드(31) 말단에 인접할 수 있다. 예를 들어, 필터 로드(32)는 담배 로드(31) 후단에 인접할 수 있다. 필터 로드(32)는 단일 세그먼트 또는 복수의 세그먼트들로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 필터 로드(32)는 에어로졸을 냉각하는 제1 세그먼트(321) 및 에어로졸 내에 포함된 소정의 성분을 필터링하는 제2 세그먼트(322)를 포함할 수 있다.
전단 플러그(33)는 담배 로드(31) 말단에 인접할 수 있다. 예를 들어, 전단 플러그(33)는 담배 로드(31)에 있어서, 필터 로드(32)에 대향하는 일 측에 위치할 수 있다. 전단 플러그(33)는 담배 로드(31)의 전단에 인접할 수 있다. 전단 플러그(33)는 담배 로드(31)가 외부로 이탈하는 것을 방지할 수 있으며, 흡연 중에 담배 로드(31)로부터 액상화된 에어로졸이 에어로졸 발생 장치(도 1 내지 도 3의 1)로 흘러 들어가는 것을 방지할 수 있다.
궐련(3)은 적어도 하나의 래퍼(35)에 의하여 포장될 수 있다. 래퍼(35)는 궐련(3)을 둘러쌀 수 있다.
궐련(3)의 직경은 5mm 내지 9mm의 범위 이내이고, 길이는 약 48mm일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다담배 로드(31)는 예를 들어, 에어로졸 생성 물질인 글리세린, 프로필렌 글리콜, 에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜 및 올레일 알코올 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 담배 로드(31)는 풍미제, 습윤제 및/또는 유기산(organic acid)과 같은 다른 첨가 물질을 함유할 수 있다. 또한, 담배 로드(31)에는, 멘솔 또는 보습제 등의 가향액이, 담배 로드(31)에 분사됨으로써 첨가할 수 있다.
담배 로드(31)는 다양하게 제작될 수 있다. 예를 들어, 담배 로드(31)는 시트(sheet)로 제작될 수도 있고, 가닥(strand)으로 제작될 수도 있다. 또한, 담배 로드(31)는 담배 시트가 잘게 잘린 각초로 제작될 수도 있다. 또한, 담배 로드(31)는 열 전도 물질에 의하여 둘러싸일 수 있다. 예를 들어, 열 전도 물질은 셀룰로오스 아세테이트 필터일 수 있다. 한편, 필터 로드(32)의 형상에는 제한이 없다. 예를 들어, 필터 로드(32)는 원기둥 형(type) 로드일 수도 있고, 내부에 중공을 포함하는 튜브 형(type) 로드일 수도 있다. 또한, 필터 로드(32)는 리세스 형(type) 로드일 수도 있다. 만약, 필터 로드(32)가 복수의 세그먼트들로 구성된 경우, 복수의 세그먼트들 중 적어도 하나가 다른 형상으로 제작될 수도 있다.
이하에서는 필터 로드(32)의 각 세그먼트를 자세히 설명한다.
필터 로드(32)의 제1 세그먼트(321)는 가열부(13)가 담배 로드(31)를 가열함으로써 생성된 에어로졸을 냉각시킬 수 있다. 따라서, 사용자는 적당한 온도로 냉각된 에어로졸을 흡입할 수 있다.
제1 세그먼트(321)는 담배 로드로부터 나오는 기체를 제2 세그먼트(322)로 통과시키는 과정에서 이물질과 같은 소정의 성분들은 차단하는 필터일 수 있다.
또한, 제1 세그먼트(321)는 담배 로드에서 배출된 기체가 이동하는 경로를 제공함으로써, 기체를 그 전단에서 후단으로 전달시키는 기류 전달 요소일 수 있다.
제1 세그먼트(321)는 기체가 이동할 수 있는 빈 공간을 포함할 수 있다.
빈 공간은 중공이거나 그 단면이 다각형이고, 길이 방향으로 연장된 통로일 수 있다. 또는, 빈 공간은 제1 세그먼트(321)가 다공성 재질로 이루어짐에 따라 형성된 다수의 작은 구멍일 수 있다.
빈 공간에 의해 제1 세그먼트(321)의 기공률이 다양하게 결정될 수 있다. 기공률은, 제1 세그먼트(321)의 전체 단면적 중에서 빈 공간이 차지하는 면적의 비율일 수 있다. 기류의 냉각 효과 및 니코틴 이행량 등을 고려하여 설계될 수 있다.
빈 공간 및 기공률은 다양한 형태 및 수치로 설계될 수 있는데, 그 실시예들에 대해서 도 6을 통해 더 자세히 후술한다.
제1 세그먼트(321)의 길이 또는 직경은 궐련(3)의 형태에 따라 다양하게 결정될 수 있다. 예를 들어, 제1 세그먼트(321)의 길이는 7mm 내지 20mm의 범위 내에서 적절하게 채용될 수 있다. 바람직하게는, 제1 세그먼트(321)의 길이는 약 14mm가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
일 실시예에 따르면, 필터 로드(32)의 제1 세그먼트(321)는 셀룰로오스 아세테이트 필터일 수 있다. 또한, 제1 세그먼트(321)는 내부(예를 들어, 중공)에 동일 혹은 이형의 재질의 필름, 튜브 등의 구조물을 삽입하여 제조될 수 있다.
예를 들어, 제1 세그먼트(321)는 내부에 중공을 포함하는 튜브 형태의 구조물일 수 있다. 제1 세그먼트(321)에 의하여 가열부(13)가 삽입되는 경우에 담배 로드(210)의 내부 물질이 뒤로 밀리는 현상을 방지할 수도 있고, 에어로졸의 냉각 효과도 발생될 수 있다. 제1 세그먼트(321)에 포함된 중공의 직경은 2mm 내지 4.5mm의 범위 내에서 적절한 직경이 채용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
다른 일 실시예에 따르면, 제1 세그먼트(321)는 폴리머 섬유를 직조하여 제작될 수 있다. 이 경우, 폴리머로 제조된 섬유에 가향액을 도포할 수도 있다. 또는, 가향액이 도포된 별도의 섬유와 폴리머로 제조된 섬유를 함께 직조하여 제1 세그먼트(321)를 제작할 수도 있다. 또는, 제1 세그먼트(321)는 권축된 폴리머 시트에 의하여 형성될 수 있다. 이로써, 에어로졸과 접촉하는 표면적이 증대될 수 있다. 따라서, 냉각 구조물(830)의 에어로졸 냉각 효과는 더욱 향상될 수 있다.
예를 들어, 폴리머는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리젖산(PLA, polylactide), 셀룰로오스 아세테이트(CA) 및 알루미늄 호일으로 이루어진 군으로부터 선택된 재료로 제작될 수 있다.
제1 세그먼트(321)가 직조된 폴리머 섬유 또는 권축된 폴리머 시트에 의하여 형성됨에 따라, 제1 세그먼트(321)는 종 방향으로 연장되는 단수 또는 복수의 채널들을 포함할 수 있다. 여기에서, 채널은 기체(예를 들어, 공기 또는 에어로졸)가 통과하는 통로를 의미한다.
한편, 제1 세그먼트(321)에는 휘발성 향미 성분을 함유하는 스레드(thread)가 포함될 수 있다. 여기에서, 휘발성 향미 성분은 멘톨일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 필터 로드(32)의 제2 세그먼트(322)는 셀룰로오스 아세테이트 필터일 수 있다. 제2 세그먼트(322)의 길이는 4mm 내지 20mm의 범위 내에서 적절하게 채용될 수 있다. 예를 들어, 제2 세그먼트(322)의 길이는 약 14mm 또는 약 12mm가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제2 세그먼트(322)를 제작하는 과정에서, 제2 세그먼트(322)에 가향액을 분사함으로써 향미가 발생되도록 제작될 수도 있다. 또는, 가향액이 도포된 별도의 섬유를 제2 세그먼트(322)의 내부에 삽입할 수도 있다. 담배 로드(31)에서 생성된 에어로졸은 제1 세그먼트(321)를 통과함에 따라 냉각되고, 냉각된 에어로졸이 제2 세그먼트(322)를 통하여 사용자에게 전달된다. 따라서, 제2 세그먼트(322)에 가향 요소가 첨가되는 경우, 사용자에게 전달되는 향미의 지속성이 증진되는 효과가 발생될 수 있다.
전단 플러그(33)는, 담배 로드에서 배출된 기체가 이동하는 경로를 제공함으로써, 기체를 그 전단에서 후단으로 전달시키는 기류 전달 요소일 수 있다.
전단 플러그(33)는, 기체가 이동할 수 있는 빈 공간을 포함할 수 있다.
빈 공간은 중공이거나 그 단면이 다각형이고, 길이 방향으로 연장된 통로일 수 있다. 또는, 빈 공간은 전단 플러그(33)가 다공성 재질로 이루어짐에 따라 형성된 다수의 작은 구멍일 수 있다.
빈 공간에 의해 전단 플러그(33)의 기공률이 다양하게 결정될 수 있다. 기공률은, 전단 플러그(33)의 전체 단면적 중에서 빈 공간이 차지하는 면적의 비율일 수 있다. 기류의 냉각 효과 및 니코틴 이행량 등을 고려하여 설계될 수 있다.
빈 공간 및 기공률은 다양한 형태 및 수치로 설계될 수 있는데, 그 실시예들에 대해서 도 6을 통해 더 자세히 후술한다.
전단 플러그(33)의 기공률은 제1 세그먼트(321)의 기공률보다 작은 값으로 설계될 수 있다. 이로써, 전단 플러그(33)를 통과한 기류가 제1 세그먼트(321)를 지나면서 팽창할 수 있고, 이에 따른 기류의 냉각 효과 및 니코틴 이행량의 증가 효과를 얻을 수 있다. 이에 대해서는 도 5를 통해 더 자세히 후술하기로 한다.
전단 플러그(33)는 셀룰로오스 아세테이트로 제작될 수 있다또한, 필요에 따라, 전단 플러그(33)는 적어도 하나의 채널을 포함할 수 있고, 채널의 단면 형상은 다양하게 제작될 수 있다.
도 2는 다른 일 실시예에 따른 궐련의 사시도이다.
도 2에서 설명하는 궐련(3)에는 도 1을 통해 상술한 사항들이 적용될 수 있으며, 도 2에서는 도 1에서 상술한 궐련(3)이 추가적으로 더 포함할 수 있는 사항들에 관해 기술한다.
래퍼(35)는 각 세그먼트를 감싸는 다수의 래퍼들을 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 래퍼(351)에 의하여 전단 플러그(33)가 포장되고, 제2 래퍼(352)에 의하여 담배 로드(31)가 포장되고, 제3 래퍼(353)에 의하여 제1 세그먼트(321)가 포장되고, 제4 래퍼(354)에 의하여 제2 세그먼트(322)가 포장될 수 있다. 그리고, 제5 래퍼(355)에 의하여 궐련(3) 전체가 재포장될 수 있다.
제1 래퍼(351)는 일반적인 필터 권지에 알루미늄 호일과 같은 금속 호일이 결합된 것일 수 있다. 제2 래퍼(352) 및 제3 래퍼(353)는 일반적인 필터 권지로 제작될 수 있다. 예를 들어, 제2 래퍼(352) 및 제3 래퍼(353)는 다공질 권지 또는 무다공질 권지일 수 있다.
래퍼(35)에는 적어도 하나의 천공(36)이 형성될 수 있다. 래퍼(35)에 형성된 천공(36)을 통해 궐련(3) 외부의 공기가 궐련(3) 내부로 유입될 수 있다.
천공(36)이 형성되는 위치는 다양할 수 있다. 예를 들면, 천공(36)은 제5 래퍼(355)에 형성될 수 있다. 제5 래퍼(355)를 통해 유입된 공기는 제5 래퍼(355)가 감싸고 있는 내부의 래퍼를 통과하여 궐련(3) 내부로 유입될 수 있다.
다른 일 예를 들어, 천공(36)은 필터 로드(32)를 둘러싸는 영역에 형성될 수 있다. 구체적으로, 천공(36)은 제1 세그먼트(321)를 둘러싸는 영역에 형성될 수 있다. 이 때 천공(36)을 통해 유입된 공기는, 담배 로드(31)를 통과하는 가열된 공기가 사용자 구부에 도달하기 이전에, 가열된 공기를 냉각시키고, 필터 로드(32) 표면을 냉각시키는 역할을 수행할 수 있다.
천공(36)의 개수는 다양할 수 있다. 예를 들어, 3개의 천공(36)이 형성될 수 있고, 또는 9개의 천공(36)이 형성될 수 있다. 이 때 각 천공(36) 간 이격 거리는 일정할 수 있으며, 또는 일정한 패턴을 가지고 상이한 이격 거리에 따라 형성될 수도 있다.
도 3 내지 도 4는 에어로졸 생성 장치에 궐련이 삽입된 예들을 도시한 도면들이다.
도 3을 참조하면, 에어로졸 생성 장치(1)는 배터리(11), 제어부(12) 및 가열부(13)를 포함한다. 도 4를 참조하면, 에어로졸 생성 장치(1)는 증기화기(14)를 더 포함한다. 또한, 에어로졸 생성 장치(1)의 내부 공간에는 궐련(3)이 삽입될 수 있다.
도 3 내지 도 4에 도시된 에어로졸 생성 장치(1)에는 본 실시예와 관련된 구성요소들이 도시되어 있다. 따라서, 도 3 내지 도 4에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 에어로졸 생성 장치(1)에 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
또한, 도 4에는 에어로졸 생성 장치(1)에 가열부(13)가 포함되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 필요에 따라, 가열부(13)는 생략될 수도 있다.
도 3에는 배터리(11), 제어부(12) 및 가열부(13)가 일렬로 배치된 것으로 도시되어 있다. 또한, 도 4에는 배터리(11), 제어부(12), 증기화기(14) 및 가열부(13)가 일렬로 배치된 것으로 도시되어 있다. 그러나, 에어로졸 생성 장치(1)의 내부 구조는 도 3 내지 도 4에 도시된 것에 한정되지 않는다. 다시 말해, 에어로졸 생성 장치(1)의 설계에 따라, 배터리(11), 제어부(12), 가열부(13) 및 증기화기(14)의 배치는 병렬로 배치되거나 또는 다른 배치 형태로 변경될 수 있다.
궐련(3)이 에어로졸 생성 장치(1)에 삽입되면, 에어로졸 생성 장치(1)는 가열부(13) 및/또는 증기화기(14)를 작동시켜, 에어로졸을 발생시킬 수 있다. 가열부(13) 및/또는 증기화기(14)에 의하여 발생된 에어로졸은 궐련(3)을 통과하여 사용자에게 전달된다.
필요에 따라, 궐련(3)이 에어로졸 생성 장치(1)에 삽입되지 않은 경우에도 에어로졸 생성 장치(1)는 가열부(13)를 가열할 수 있다.
배터리(11)는 에어로졸 생성 장치(1)가 동작하는데 이용되는 전력을 공급한다. 예를 들어, 배터리(11)는 가열부(13) 또는 증기화기(14)가 가열될 수 있도록 전력을 공급할 수 있고, 제어부(12)가 동작하는데 필요한 전력을 공급할 수 있다. 또한, 배터리(11)는 에어로졸 생성 장치(1)에 설치된 디스플레이, 센서, 모터 등이 동작하는데 필요한 전력을 공급할 수 있다.
제어부(12)는 에어로졸 생성 장치(1)의 동작을 전반적으로 제어한다. 구체적으로, 제어부(12)는 배터리(11), 가열부(13) 및 증기화기(14)뿐 만 아니라 에어로졸 생성 장치(1)에 포함된 다른 구성들의 동작을 제어한다. 또한, 제어부(12)는 에어로졸 생성 장치(1)의 구성들 각각의 상태를 확인하여, 에어로졸 생성 장치(1)가 동작 가능한 상태인지 여부를 판단할 수도 있다.
제어부(12)는 적어도 하나의 프로세서를 포함한다. 프로세서는 다수의 논리 게이트들의 어레이로 구현될 수도 있고, 범용적인 마이크로 프로세서와 이 마이크로 프로세서에서 실행될 수 있는 프로그램이 저장된 메모리의 조합으로 구현될 수도 있다. 또한, 다른 형태의 하드웨어로 구현될 수도 있음을 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
가열부(13)는 배터리(11)로부터 공급된 전력에 의하여 가열될 수 있다. 예를 들어, 궐련(3)이 에어로졸 생성 장치(1)에 삽입되면, 가열부(13)는 궐련(3)의 외부에 위치할 수 있다. 따라서, 가열된 가열부(13)는 궐련(3) 내의 에어로졸 생성 물질의 온도를 상승시킬 수 있다.
가열부(13)는 전기 저항성 히터일 수 있다. 예를 들어, 가열부(13)에는 전기 전도성 트랙(track)을 포함하고, 전기 전도성 트랙에 전류가 흐름에 따라 가열부(13)가 가열될 수 있다. 그러나, 가열부(13)는 상술한 예에 한정되지 않으며, 희망 온도까지 가열될 수 있는 것이라면 제한 없이 해당될 수 있다. 여기에서, 희망 온도는 에어로졸 생성 장치(1)에 기 설정되어 있을 수도 있고, 사용자에 의하여 원하는 온도로 설정될 수도 있다.
한편, 다른 예로, 가열부(13)는 유도 가열식 히터일 수 있다. 구체적으로, 가열부(13)에는 궐련(3)을 유도 가열 방식으로 가열하기 위한 전기 전도성 코일을 포함할 수 있으며, 궐련(3)은 유도 가열식 히터에 의해 가열될 수 있는 서셉터를 포함할 수 있다.
예를 들어, 가열부(13)는 관 형 가열 요소, 판 형 가열 요소, 침 형 가열 요소 또는 봉 형의 가열 요소를 포함할 수 있으며, 가열 요소의 모양에 따라 궐련(3)의 내부 또는 외부를 가열할 수 있다.
또한, 에어로졸 생성 장치(1)에는 가열부(13)가 복수 개 배치될 수도 있다. 이때, 복수 개의 가열부(13)들은 궐련(3)의 내부에 삽입되도록 배치될 수도 있고, 궐련(3)의 외부에 배치될 수도 있다. 또한, 복수 개의 가열부(13)들 중 일부는 궐련(3)의 내부에 삽입되도록 배치되고, 나머지는 궐련(3)의 외부에 배치될 수 있다. 또한, 가열부(13)의 형상은 도 3 내지 도 4에 도시된 형상에 한정되지 않고, 다양한 형상으로 제작될 수 있다.
도 4를 참조하면, 에어로졸 생성 장치는 증기화기(14)를 더 포함할 수 있다.
증기화기(14)는 액상 조성물을 가열하여 에어로졸을 생성할 수 있으며, 생성된 에어로졸은 궐련(3)을 통과하여 사용자에게 전달될 수 있다. 다시 말해, 증기화기(14)에 의하여 생성된 에어로졸은 에어로졸 생성 장치(1)의 기류 통로를 따라 이동할 수 있고, 기류 통로는 증기화기(14)에 의하여 생성된 에어로졸이 궐련(3)을 통과하여 사용자에게 전달될 수 있도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 증기화기(14)는 액체 저장부, 액체 전달 수단 및 가열 요소를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 액체 저장부, 액체 전달 수단 및 가열 요소는 독립적인 모듈로서 에어로졸 생성 장치(1)에 포함될 수도 있다.
액체 저장부는 액상 조성물을 저장할 수 있다. 예를 들어, 액상 조성물은 휘발성 담배 향 성분을 포함하는 담배 함유 물질을 포함하는 액체일 수 있고, 비 담배 물질을 포함하는 액체일 수도 있다. 액체 저장부는 증기화기(14)로부터 탈/부착될 수 있도록 제작될 수도 있고, 증기화기(14)와 일체로서 제작될 수도 있다.
예를 들어, 액상 조성물은 물, 솔벤트, 에탄올, 식물 추출물, 향료, 향미제, 또는 비타민 혼합물을 포함할 수 있다. 향료는 멘솔, 페퍼민트, 스피아민트 오일, 각종 과일향 성분 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 향미제는 사용자에게 다양한 향미 또는 풍미를 제공할 수 있는 성분을 포함할 수 있다. 비타민 혼합물은 비타민 A, 비타민 B, 비타민 C 및 비타민 E 중 적어도 하나가 혼합된 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 액상 조성물은 글리세린 및 프로필렌 글리콜과 같은 에어로졸 형성제를 포함할 수 있다.
액체 전달 수단은 액체 저장부의 액상 조성물을 가열 요소로 전달할 수 있다. 예를 들어, 액체 전달 수단은 면 섬유, 세라믹 섬유, 유리 섬유, 다공성 세라믹과 같은 심지(wick)가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
가열 요소는 액체 전달 수단에 의해 전달되는 액상 조성물을 가열하기 위한 요소이다. 예를 들어, 가열 요소는 금속 열선, 금속 열판, 세라믹 히터 등이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 가열 요소는 니크롬선과 같은 전도성 필라멘트로 구성될 수 있고, 액체 전달 수단에 감기는 구조로 배치될 수 있다. 가열 요소는, 전류 공급에 의해 가열될 수 있으며, 가열 요소와 접촉된 액체 조성물에 열을 전달하여, 액체 조성물을 가열할 수 있다. 그 결과, 에어로졸이 생성될 수 있다.
예를 들어, 증기화기(14)는 카토마이저(cartomizer) 또는 무화기(atomizer)로 지칭될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
한편, 에어로졸 생성 장치(1)는 배터리(11), 제어부(12), 가열부(13) 및 증기화기(14) 외에 범용적인 구성들을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 생성 장치(1)는 시각 정보의 출력이 가능한 디스플레이 및/또는 촉각 정보의 출력을 위한 모터를 포함할 수 있다. 또한, 에어로졸 생성 장치(1)는 적어도 하나의 센서를 포함할 수 있다. 또한, 에어로졸 생성 장치(1)는 궐련(3)이 삽입된 상태에서도 외부 공기가 유입되거나, 내부 기체가 유출될 수 있는 구조로 제작될 수 있다.
도 3 내지 도 4에는 도시되지 않았으나, 에어로졸 생성 장치(1)는 별도의 크래들과 함께 시스템을 구성할 수도 있다. 예를 들어, 크래들은 에어로졸 생성 장치(1)의 배터리(11)의 충전에 이용될 수 있다. 또는, 크래들과 에어로졸 생성 장치(1)가 결합된 상태에서 가열부(13)가 가열될 수도 있다.
궐련(3)은 일반적인 연소형 궐련과 유사할 수 있다. 예를 들어, 궐련(3)은 담배 물질 및 에어로졸 생성 물질을 포함하는 담배 로드(31)와 필터 등을 포함하는 필터 로드(32)로 구분될 수 있다. 또는, 궐련(3)의 담배 로드(32)에도 에어로졸 생성 물질이 포함될 수도 있다. 예를 들어, 과립 또는 캡슐의 형태로 만들어진 에어로졸 생성 물질이 필터 로드(32)에 삽입될 수도 있다.
에어로졸 생성 장치(1)의 내부에는 담배 로드(31)의 전체가 삽입되고, 필터 로드(32)은 외부에 노출될 수 있다. 또는, 에어로졸 생성 장치(1)의 내부에 담배 로드(31)의 일부만 삽입될 수도 있고, 담배 로드(31)의 전체 및 필터 로드(32)의 일부가 삽입될 수도 있다. 사용자는 필터 로드(32)를 입으로 문 상태에서 에어로졸을 흡입할 수 있다. 이때, 에어로졸은 외부 공기가 담배 로드(31)를 통과함으로써 생성되고, 생성된 에어로졸은 필터 로드(32)를 통과하여 사용자의 입으로 전달된다.
일 예로서, 외부 공기는 에어로졸 생성 장치(1)에 형성된 적어도 하나의 공기 통로를 통하여 유입될 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 생성 장치(1)에 형성된 공기 통로의 개폐 및/또는 공기 통로의 크기는 사용자에 의하여 조절될 수 있다. 이에 따라, 무화량, 끽연감 등이 사용자에 의하여 조절될 수 있다. 다른 예로서, 외부 공기는 궐련(3)의 표면에 형성된 적어도 하나의 구멍(hole)을 통하여 궐련(3)의 내부로 유입될 수도 있다.
도 5는 도 1의 궐련을 통과하는 공기의 흐름을 도시한 A-A' 방향 단면도이다.
도 5를 참조하면, 사용자가 궐련(3)을 이용하여 흡연 시, 공기는 전단 플러그(33)를 통하여 궐련(3) 내부로 유입되고, 이후 담배 로드(31)를 거치면서 생성된 에어로졸을 운반하여, 필터 로드(32)의 제1 세그먼트(321) 및 제2 세그먼트(322)를 지나 사용자 구부에 도달할 수 있다.
제1 세그먼트(321)의 기공률은 전단 플러그(33)의 기공률보다 더 큰 값으로 설계된다. 이로써 공기 및 주류연을 포함하는 기체가 전단 플러그(33)를 지난 후 제1 세그먼트(321)에 진입하면서 기체는 순간적으로 부피가 팽창할 수 있다. 이로써, 기체는 팽창하면서 냉각될 수 있다. 또한, 제1 세그먼트(321)에 진입하면서 기체는 궐련(3)의 직경 방향으로 확산할 수 있다. 이 때 후방으로 향하던 기류의 편향성이 감소됨에 따라 기체가 제1 세그먼트(321)에 머무르는 시간이 길어질 수 있고, 냉각 효과가 향상될 수 있다.
전단 플러그(33) 및 제1 세그먼트(321) 간 기공률의 차이가 클수록 상술한 기체의 냉각 효과는 향상될 수 있다. 다시 말하면, 제1 세그먼트(321)의 기공률이 클수록 상술한 기체의 냉각 효과는 향상될 수 있다.
예를 들어, 제1 세그먼트(321)가 중공을 포함하는 튜브형일 때, 내경이 증가할수록 기공률이 증가하여, 기체의 냉각 효과가 향상될 수 있다. 전단 플러그(33)가 튜브형일 때, 전단 플러그(33)의 내경 대비 제1 세그먼트(321)의 내경이 클수록 기체의 냉각 효과가 향상될 수 있다.
또한, 전단 플러그(33) 및 제1 세그먼트(321)의 기공률은 기류의 흡인 저항 및 기류가 운반하는 니코틴 이행량에 영향을 줄 수 있다. 제1 세그먼트(321)의 기공률이 클수록 유입되는 공기량이 커지고, 흡인 저항은 감소할 수 있다. 이에 따라 담배 로드에서 생성된 니코틴을 포함하는 에어로졸의 이행량이 증가할 수 있다.
따라서, 전단 플러그(33) 및 제1 세그먼트(321)의 기공률 및 내경 수치 등은 흡인 저항, 에어로졸 운반량 및 기체의 냉각 효과 등을 고려하여 결정될 수 있다.
도 6은 도 1의 궐련의 B-B'방향 단면도 및 C-C'방향 단면도이다. 도 6의 단면은 궐련(3)의 단면의 일 예일 뿐이며, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 6(a)는 궐련(3)의 B-B'방향 단면도이다. 도 6(a)를 참조하면, 궐련(3)의 단면은 다수의 슬릿형 또는 막대형 빈 공간이 결합된 형태의 빈 공간을 포함할 수 있다. 도 6(a)의 단면은 전단 플러그(33)의 단면일 수 있다.
예를 들면, 빈 공간은 그 연장 방향이 상이한 세 개의 슬릿형 또는 막대형 빈 공간이 결합된 Y형일 수 있다.
슬릿형 또는 막대형 빈 공간의 개수, 두께 및 길이 등에 따라 궐련(3)의 단면의 기공률은 상이할 수 있다. 일 예로, 궐련(3) 전체의 단면적은 38.5 mm2이고, 빈 공간의 단면적은 10.89mm2 일 수 있다. 이 때 궐련(3)의 기공률은 28.3%일 수 있다.
다른 일 예로, 궐련(3) 전체의 단면적은 38.5 mm2이고, 빈 공간의 단면적은 8.21mm2 일 수 있다. 이 때 궐련(3) 단면의 기공률은 21.3%일 수 있다. 또 다른 일 예로, 궐련(3) 전체의 단면적은 38.5 mm2이고, 빈 공간의 단면적은 5.75mm2 일 수 있다. 이 때 궐련(3) 단면의 기공률은 14.9%일 수 있다. 즉, 도 6(a)에 따를 때, 궐련(3) 단면의 기공률은 10% 내지 30% 미만일 수 있다.
도 6(a)의 단면은 궐련(3) 단면의 일 예일 뿐이며, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 궐련(3)의 단면은, 슬릿형 또는 막대형 빈 공간이 한 개, 두 개 또는 네 개 이상으로 구비될 수 있다. 이 때 슬릿형 또는 막대형 빈 공간의 개수가 증가함에 따라 기공률이 증가할 수 있다.
도 6(b)는 궐련(3)의 C-C'방향 단면도이다. 도 6(b)를 참조하면, 궐련(3)의 단면은 중공이 형성된 튜브형일 수 있다. 도 6(b)는 예를 들어, 제1 세그먼트(321)의 단면일 수 있다.
중공의 내경은 소정의 기공률을 제공하기 위한 수치로 설계될 수 있다. 중공의 내경이 증가할수록 기공률이 증가할 수 있고, 중공의 내경이 감소할수록 기공률은 감소할 수 있다.
예를 들면, 궐련(3) 전체의 직경은 5mm 내지 9mm의 범위 이내일 수 있고, 구체적으로 궐련(3)의 직경은 7mm 내지 7.4mm일 수 있다.
이 때, 중공의 내경은 3.0mm 이상이고 4.5mm 이하일 수 있다. 바람직하게는, 중공의 내경은 3.8mm이상일 수 있다. 더 바람직하게는, 중공의 내경은 4.0mm이상일 수 있다.
이로써, 궐련(3) 전체 직경 대비 중공의 내경은 50% 이상일 수 있다. 구체적으로, 궐련(3) 전체 직경 대비 중공의 내경은 55% 이상일 수 있다.
한편, 궐련(3) 전체의 단면적은 38.5 mm2이고, 중공으로 인한 빈 공간의 단면적은 13.85mm2 일 수 있다. 이 때 궐련(3) 단면의 기공률은 30%이상일 수 있다. 구체적으로 궐련(3) 단면의 기공률은 36.0%일 수 있다.
도 6(a) 및 도 6(b)를 통해 상술한 바와 같이, 궐련(3)의 단면 형태에 따라 궐련(3) 단면의 기공률은 상이하게 설계될 수 있다. 예를 들어, 제1 세그먼트(321)는 도 6(b)와 같이 30% 이상의 기공률을 갖는 중공형 단면을 가질 수 있고, 전단 플러그(33)는 도 6(a)와 같이 10% 이상 30% 미만의 기공률을 갖는 Y형 빈 공간을 포함하는 단면을 가질 수 있다. 다시 말하면, 전단 플러그(33)의 기공률 대비 제1 세그먼트(321)의 기공률의 비는 1 이상 3 미만일 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 궐련에서 주류연의 온도 및 궐련 표면 온도가 측정된 지점을 표시하는 도면이다. 도 7(a)는 궐련(3)의 길이 방향 단면도이고, 도 7(b)는 궐련(3)의 사시도이다. 천공(36)은 제1 세그먼트(321)를 둘러싸는 래퍼의 일 영역에 위치할 수 있다.
표 1은 전단 플러그(33)의 기공률 대비 제1 세그먼트(321) 기공률의 비율을 달리하며, 궐련(3)의 주류연 온도, 궐련(3) 표면 온도 및 니코틴 이행량을 측정한 데이터이다. 도 7(a)와 같이, 제1 세그먼트(321)와 제2 세그먼트(322)가 인접하고, 주류연이 통과하는 영역(A1)에서 주류연 온도가 측정되었다. 주류연 온도는 온도 센서를 통해 측정될 수 있다. 도 7(b)와 같이, 제2 세그먼트(322)의 표면의 중앙의 일 영역(A2)에서 표면 온도가 측정되었다. 표면 온도는 열 화상 분석을 통해 측정될 수 있다.
구분 실험예 #1 실험예 #2 실험예 #3
제1 세그먼트 기공률(%) 12.8 23.6 36.0
전단 플러그 기공률(%) 28.3
궐련 표면 온도(°C) 50.0 53.0 53.0
주류연 온도(°C) 62.0 58.6 56.2
니코틴 이행량 (mg/궐련) 0.60 0.66 0.71
전단 플러그(33)의 빈 공간 단면적은 10.89이고, 기공률은 28.3%이다.각 실험예에서, 전단 플러그(33)의 빈 공간 단면적은 10.89mm2이고, 이로 인한 전단 플러그(33) 단면의 기공률은 28.3%으로 유지된다.
제1 실험예에서 제1 세그먼트(321)는 중공을 포함하는 튜브 형태이고, 제1 세그먼트(321)의 외경은 7mm 내지 7.4mm일 수 있다. 제1 세그먼트(321)의 내경은 2.5mm이다. 제1 세그먼트(321)의 외경 대비 내경의 비는 34%이다. 제1 세그먼트(321)의 빈 공간 단면적은 4.91mm2이고, 이로 인한 제1 세그먼트(321) 단면의 기공률은 12.8%이다.
제2 실험예에서 제1 세그먼트(321)의 내경은 3.4mm이다. 제1 세그먼트(321)의 외경 대비 내경의 비는 46%이다. 제1 세그먼트(321)의 빈 공간 단면적은 9.07mm2이고, 이로 인한 제1 세그먼트(321) 단면의 기공률은 23.6%이다.
제3 실험예에서 제1 세그먼트(321)의 내경은 4.2mm이다. 제1 세그먼트(321)의 외경 대비 내경의 비는 56%이다. 제1 세그먼트(321)의 빈 공간 단면적은 13.85mm2이고, 이로 인한 제1 세그먼트(321) 단면의 기공률은 36.0%이다.
표 1을 참조하면, 도 5를 통해 상술한 바와 같이, 제1 세그먼트(321)의 기공률이 높을수록 궐련(3) 표면 온도 및 주류연 온도는 감소하고, 니코틴 이행량은 증가함을 알 수 있다.
특히, 전단 플러그(33)의 기공률이 30% 미만이고, 제1 세그먼트(321)의 기공률이 30%이상일 때, 주류연 온도가 56.2도로 낮고, 니코틴 이행량이 0.71mg/궐련으로 높게 확보될 수 있다.
본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 에어로졸 생성 장치
3 궐련
31 담배 로드
32 필터 로드
33 전단 플러그

Claims (8)

  1. 담배 로드;
    상기 담배 로드의 제1 말단에 인접하고, 제1 기공률을 갖는 제1 기류 전달 요소; 및
    상기 담배 로드의 제2 말단에 인접하고, 상기 제1 기공률보다 크거나 같은 제2 기공률을 갖는 제2 기류 전달 요소를 포함하고,
    상기 제2 기공률은 30% 이상인,
    궐련.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 기공률은 10% 이상 30% 이하인,
    궐련.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 기공률 대비 상기 제2 기공률의 비는 1 이상 3 미만인,
    궐련.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 기류 전달 요소는, 중공에 의해 형성되는 내경을 갖는 튜브 형태인
    궐련.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제2 기류 전달 요소의 외경 대비 상기 내경의 비율은 55% 이상인,
    궐련.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 내경은 3.0mm 이상이고 4.5mm 이하인,
    궐련.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 기류 전달 요소 및 상기 제2 기류 전달 요소는 셀룰로오스 아세테이트를 포함하는
    궐련.
  8. 케이스;
    담배 로드, 상기 담배 로드의 전단에 인접하고 제1 기공률을 갖는 전단 플러그 및 상기 담배 로드의 후단에 인접하고, 상기 제1 기공률보다 크거나 같은 제2 기공률을 갖는 필터 로드를 포함하고, 상기 제2 기공률은 30% 이상인 궐련을 가열하는 가열부;
    액상 조성물을 기화시켜 에어로졸을 생성하고, 상기 에어로졸을 상기 전단 플러그를 통해 상기 궐련 내부로 전달하는 증기화기; 및
    상기 가열부 및 상기 증기화기의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는,
    에어로졸 생성 장치.
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