KR20230074678A - 외부 가열식 에어로졸 생성장치 및 그 에어로졸 생성장치에 사용되는 궐련 - Google Patents

외부 가열식 에어로졸 생성장치 및 그 에어로졸 생성장치에 사용되는 궐련 Download PDF

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김수호
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주식회사 케이티앤지
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Abstract

본 발명은 외부가열식 에어로졸 생성장치 및 그 생성장치에 사용되는 궐련에 대한 발명으로서, 궐련에 열에너지가 용이하게 전달되어 초기 퍼프시에도 사용자가 만족스러운 흡연 경험을 할 수 있도록 하기 위해 충분한 무화량을 제공할 수 있는 데에 특징이 있다.

Description

외부 가열식 에어로졸 생성장치 및 그 에어로졸 생성장치에 사용되는 궐련 {Apparatus for generating aerosol based on external heating and cigarette thereof}
본 발명은 외부 가열식 에어로졸 생성장치 및 그 에어로졸 생성장치에 사용되는 궐련에 대한 발명으로서, 보다 구체적으로는, 에어로졸 생성장치에 포함된 히터가 궐련에 직접적으로 접촉하지 않고 궐련을 가열하여, 에어로졸을 생성시킬 수 있는 에어로졸 생성장치 및 그 에어로졸 생성장치에 사용되는 궐련에 대한 발명에 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.
에어로졸 생성 장치 중에서도 삽입된 궐련을 궐련의 외부에서 가열하여 사용자가 흡입가능한 에어로졸을 생성시키는 외부가열식 에어로졸 생성장치가 존재한다. 외부가열식 에어로졸 생성장치는 에어로졸 생성기질을 포함하는 궐련이 삽입되면, 삽입된 궐련에 직접적으로 히터를 접촉하여 에어로졸을 생성시키지 않고, 외부에서 열을 가하여 에어로졸을 생성하는 데에 특징이 있어서, 히터의 열에너지가 궐련에 원활하게 전달되지 않아서, 사용자가 에어로졸 생성장치를 통해 퍼프를 시작하는 초기 퍼프구간에 있어서 충분한 양의 무화량이 확보되지 않는 한계가 있다.
무화량을 증대시키기 위해 히터의 가열 온도를 무작정 높게 설정하게 되면, 히터에 전력을 제공하는 배터리의 수명이 단축될 뿐만 아니라 균일한 담배맛을 사용자에게 제공하기 어려워므로, 가열 온도를 적절하게 유지하면서도 사용자에게 일관된 흡연감을 제공할 수 있는 기술의 필요성이 대두된다.
1. 대한민국 등록특허공보 제10-1812693호 (2017.12.27 공고) 2. 대한민국 등록특허공보 제10-1082646호 (2011.11.14 공고)
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 외부가열식 에어로졸 생성장치에 궐련이 삽입되고 나서 에어로졸 생성장치의 히터가 가열될 때에, 히터의 열에너지가 궐련에 효과적으로 전달되는 궐련 및 그 궐련이 사용되는 에어로졸 생성장치를 제공하는 데에 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 궐련은, 가열을 통해 매질부에 포함된 매질로부터 에어로졸이 생성되는 궐련으로서, 상기 궐련은, 상기 매질부를 둘러싸고 있는 매질부 래퍼; 및 상기 매질부 래퍼에 의해 둘러싸인 매질부와 상기 매질부를 제외한 요소들을 일괄적으로 둘러싸는 외피를 포함하고, 상기 매질부 래퍼는, 기설정된 두께 및 열전도율을 갖는 금속과 종이를 합지로 구성된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 궐련은, 가열을 통해 에어로졸기재부 및 매질부에 포함된 에어로졸생성기재 및 매질부로부터 에어로졸이 생성되는 궐련으로서, 상기 궐련은, 상기 에어로졸기재부를 둘러싸고 있는 기재부 래퍼; 상기 매질부를 둘러싸고 있는 매질부 래퍼; 및 상기 기재부 래퍼 및 매질부 래퍼에 의해 각각 둘러싸인 에어로졸기재부 및 매질부와 나머지 요소들을 일괄적으로 둘러싸는 외피를 포함하고, 상기 기재부 래퍼 및 매질부 래퍼는, 기설정된 두께 및 열전도율을 갖는 금속과 종이를 합지로 구성한 것을 특징으로 할 수 있다.
이외에도, 상기 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 궐련 또는 궐련을 사용하는 에어로졸 생성장치가 사용자에게 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 초기 퍼프(initial puff)시에도 에어로졸 생성장치를 사용하는 사용자에게 충분한 무화량의 에어로졸을 제공할 수 있다.
도 1 및 도 2는 에어로졸 생성 장치에 궐련이 삽입된 예들을 도시한 도면들이다.
도 3은 에어로졸 생성 장치에 궐련이 삽입된 다른 예를 도시한 도면들이다.
도 4은 궐련의 일 예를 도시한 도면이다.
도 5는 궐련이 다른 일 예를 도시한 도면이다.
도 6은 도 3의 장치에서 사용되는 이중매질궐련의 일 예를 도시한 도면이다.
도 7은 기존의 궐련에서의 온도상승곡선과 이중매질궐련의 온도상승곡선을 비교한 결과를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명을 적용했을 때의 이중매질궐련의 온도변화곡선의 다른 일 예를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명을 적용했을 때의 이중매질궐련의 온도변화곡선의 또 다른 일 예를 나타낸 도면이다.
실시 예들에서 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.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시 예에 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 실시 예에 한정되지 않는다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2는 에어로졸 생성 장치에 궐련이 삽입된 예들을 도시한 도면들이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 에어로졸 생성 장치(10)는 배터리(120), 제어부(110), 히터(130) 및 증기화기(180)를 포함한다. 또한, 에어로졸 생성 장치(10)의 내부 공간에는 궐련(200)이 삽입될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 에어로졸 생성 장치(10)에는 본 실시 예와 관련된 구성요소들이 도시되어 있다. 따라서, 도 1 및 도 2에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 에어로졸 생성 장치(10)에 더 포함될 수 있음을 본 실시 예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
또한, 도 1 및 도 2에는 에어로졸 생성 장치(10)에 히터(130)가 포함되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 필요에 따라, 히터(130)는 생략될 수도 있다.
도 1에는 배터리(120), 제어부(110), 증기화기(180) 및 히터(130)가 일렬로 배치된 것으로 도시되어 있다. 또한, 도 2에는 증기화기(180) 및 히터(130)가 병렬로 배치된 것으로 도시되어 있다. 그러나, 에어로졸 생성 장치(10)의 내부 구조는 도 1 또는 도 2에 도시된 것에 한정되지 않는다. 다시 말해, 에어로졸 생성 장치(10)의 설계에 따라, 배터리(120), 제어부(110), 증기화기(180) 및 히터(130)의 배치는 변경될 수 있다.
궐련(200)이 에어로졸 생성 장치(10)에 삽입되면, 에어로졸 생성 장치(10)는 증기화기(180)를 작동시켜, 증기화기(180)로부터 에어로졸을 발생시킬 수 있다. 증기화기(180)에 의해 생성된 에어로졸은 궐련(200)을 통과하여 사용자에게 전달된다. 증기화기(180)에 관한 설명은 하기에서 보다 상세히 하기로 한다.
배터리(120)는 에어로졸 생성 장치(10)가 동작하는데 이용되는 전력을 공급한다. 예를 들어, 배터리(120)는 히터(130) 또는 증기화기(180)가 가열될 수 있도록 전력을 공급할 수 있고, 제어부(110)가 동작하는데 필요한 전력을 공급할 수 있다. 또한, 배터리(120)는 에어로졸 생성 장치(10)에 설치된 디스플레이, 센서, 모터 등이 동작하는데 필요한 전력을 공급할 수 있다.
제어부(110)는 에어로졸 생성 장치(10)의 동작을 전반적으로 제어한다. 구체적으로, 제어부(110)는 배터리(120), 히터(130) 및 증기화기(180)뿐 만 아니라 에어로졸 생성 장치(10)에 포함된 다른 구성들의 동작을 제어한다. 또한, 제어부(110)는 에어로졸 생성 장치(10)의 구성들 각각의 상태를 확인하여, 에어로졸 생성 장치(10)가 동작 가능한 상태인지 여부를 판단할 수도 있다.
제어부(110)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 실시 예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
히터(130)는 배터리(120)로부터 공급된 전력에 의하여 가열될 수 있다. 예를 들어, 궐련이 에어로졸 생성 장치(10)에 삽입되면, 히터(130)는 궐련의 외부에 위치할 수 있다. 따라서, 가열된 히터(130)는 궐련 내의 에어로졸 생성 물질의 온도를 상승시킬 수 있다.
히터(130)는 전기 저항성 히터일 수 있다. 예를 들어, 히터(130)에는 전기 전도성 트랙(track)을 포함하고, 전기 전도성 트랙에 전류가 흐름에 따라 히터(130)가 가열될 수 있다. 그러나, 히터(130)는 상술한 예에 한정되지 않으며, 희망 온도까지 가열될 수 있는 것이라면 제한 없이 해당될 수 있다. 여기에서, 희망 온도는 에어로졸 생성 장치(10)에 기 설정되어 있을 수도 있고, 사용자에 의하여 원하는 온도로 설정될 수도 있다.
한편, 다른 예로, 히터(130)는 유도 가열식 히터일 수 있다. 구체적으로, 히터(130)에는 궐련을 유도 가열 방식으로 가열하기 위한 전기 전도성 코일을 포함할 수 있으며, 궐련은 유도 가열식 히터에 의해 가열될 수 있는 서셉터를 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2에는 히터(130)가 궐련(200)의 외부에 배치되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 히터(130)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(200)의 내부 또는 외부를 가열할 수 있다.
또한, 에어로졸 생성 장치(10)에는 히터(130)가 복수 개 배치될 수도 있다. 이때, 복수 개의 히터(130)들은 궐련(200)의 내부에 삽입되도록 배치될 수도 있고, 궐련(200)의 외부에 배치될 수도 있다. 또한, 복수 개의 히터(130)들 중 일부는 궐련(200)의 내부에 삽입되도록 배치되고, 나머지는 궐련(200)의 외부에 배치될 수 있다. 또한, 히터(130)의 형상은 도 1 및 도 2에 도시된 형상에 한정되지 않고, 다양한 형상으로 제작될 수 있다.
증기화기(180)는 액상 조성물을 가열하여 에어로졸을 생성할 수 있으며, 생성된 에어로졸은 궐련(200)을 통과하여 사용자에게 전달될 수 있다. 다시 말해, 증기화기(180)에 의하여 생성된 에어로졸은 에어로졸 생성 장치(10)의 기류 통로를 따라 이동할 수 있고, 기류 통로는 증기화기(180)에 의하여 생성된 에어로졸이 궐련을 통과하여 사용자에게 전달될 수 있도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 증기화기(180)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(10)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(180)로부터 탈/부착될 수 있도록 제작될 수도 있고, 증기화기(180)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(180)는 카토마이저(cartomizer) 또는 무화기(atomizer)로 지칭될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
한편, 에어로졸 생성 장치(10)는 배터리(120), 제어부(110) 및 히터(130) 외에 범용적인 구성들을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 생성 장치(10)는 시각 정보의 출력이 가능한 디스플레이 및/또는 촉각 정보의 출력을 위한 모터를 포함할 수 있다. 또한, 에어로졸 생성 장치(10)는 적어도 하나의 센서(퍼프 감지 센서, 온도 감지 센서, 궐련 삽입 감지 센서 등)를 포함할 수 있다. 또한, 에어로졸 생성 장치(10)는 궐련(200)이 삽입된 상태에서도 외부 공기가 유입되거나, 내부 기체가 유출 될 수 있는 구조로 제작될 수 있다.
도 1 및 도 2에는 도시되지 않았으나, 에어로졸 생성 장치(10)는 별도의 크래들과 함께 시스템을 구성할 수도 있다. 예를 들어, 크래들은 에어로졸 생성 장치(10)의 배터리(120)의 충전에 이용될 수 있다. 또는, 크래들과 에어로졸 생성 장치(10)가 결합된 상태에서 히터(130)가 가열될 수도 있다.
궐련(200)은 일반적인 연소형 궐련과 유사할 수 있다. 예를 들어, 궐련(200)은 에어로졸 생성 물질을 포함하는 제 1 부분과 필터 등을 포함하는 제 2 부분으로 구분될 수 있다. 또는, 궐련(200)의 제 2 부분에도 에어로졸 생성 물질이 포함될 수도 있다. 예를 들어, 과립 또는 캡슐의 형태로 만들어진 에어로졸 생성 물질이 제 2 부분에 삽입될 수도 있다.
에어로졸 생성 장치(10)의 내부에는 제 1 부분 전체가 삽입되고, 제 2 부분은 외부에 노출될 수 있다. 또는, 에어로졸 생성 장치(10)의 내부에 제 1 부분의 일부만 삽입될 수도 있고, 제 1 부분 및 제 2 부분의 일부가 삽입될 수도 있다. 사용자는 제 2 부분을 입으로 문 상태에서 에어로졸을 흡입할 수 있다. 이때, 에어로졸은 외부 공기가 제 1 부분을 통과함으로써 생성되고, 생성된 에어로졸은 제 2 부분을 통과하여 사용자의 입으로 전달된다.
일 예로서, 외부 공기는 에어로졸 생성 장치(10)에 형성된 적어도 하나의 공기 통로를 통하여 유입될 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 생성 장치(10)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(200)의 표면에 형성된 적어도 하나의 구멍(hole)을 통하여 궐련(200)의 내부로 유입될 수도 있다.
도 3은 에어로졸 생성 장치에 궐련이 삽입된 다른 예를 도시한 도면들이다.
도 3을 도 1 및 도 2를 통해 설명한 에어로졸 생성장치와 비교하면, 증기화기(180)가 생략된 것을 알 수 있다. 도 3에 도시된 에어로졸 생성장치에 삽입되는 이중매질궐련(300)에 증기화기(180)의 기능을 수행하는 요소가 포함되어 있으므로, 도 3에는 도 1 및 도 2에 도시된 에어로졸 생성장치와 달리 증기화기(180)를 포함하지 않는다.
도 3에 따른 에어로졸 생성장치(10)는 이중매질궐련(300)이 삽입되면, 이중매질궐련(300)을 외부 가열함으로써, 이중매질궐련(300)으로부터 사용자가 흡입가능한 에어로졸이 생성될 수 있도록 한다. 이중매질궐련(300)에 대해서는 도 6을 통해 구체적으로 설명하기로 한다.
이하, 도 4을 참조하여, 궐련(200)의 일 예에 대하여 설명한다.
도 4은 궐련의 일 예를 도시한 도면이다.
도 4을 참조하면, 궐련(200)은 담배 로드(210) 및 필터 로드(220)를 포함한다. 도 1 및 도 2를 참조하여 상술한 제 1 부분은 담배 로드(210)를 포함하고, 제 2 부분은 필터 로드(220)를 포함한다.
도 4에는 필터 로드(220)가 단일 세그먼트로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다. 다시 말해, 필터 로드(220)는 복수의 세그먼트들로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 필터 로드(220)는 에어로졸을 냉각하는 제 1 세그먼트 및 에어로졸 내에 포함된 소정의 성분을 필터링하는 제 2 세그먼트를 포함할 수 있다. 또한, 필요에 따라, 필터 로드(220)에는 다른 기능을 수행하는 적어도 하나의 세그먼트를 더 포함할 수 있다.
궐련(200)은 적어도 하나의 래퍼(240)에 의하여 포장될 수 있다. 래퍼(240)에는 외부 공기가 유입되거나 내부 기체가 유출되는 적어도 하나의 구멍(hole)이 형성될 수 있다. 일 예로서, 궐련(200)은 하나의 래퍼(240)에 의하여 포장될 수 있다. 다른 예로서, 궐련(200)은 2 이상의 래퍼(240)들에 의하여 중첩적으로 포장될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 래퍼에 의하여 담배 로드(210)가 포장되고, 제 2 래퍼에 의하여 필터 로드(220)가 포장될 수 있다. 그리고, 개별 래퍼에 의하여 포장된 담배 로드(210) 및 필터 로드(220)가 결합되고, 제 3 래퍼에 의하여 궐련(200) 전체가 재포장될 수 있다. 만약, 담배 로드(210) 또는 필터 로드(220) 각각이 복수의 세그먼트들로 구성되어 있다면, 각각의 세그먼트가 개별 래퍼에 의하여 포장될 수 있다. 그리고, 개별 래퍼에 의하여 포장된 세그먼트들이 결합된 궐련(200) 전체가 다른 래퍼에 의하여 재포장될 수 있다.
담배 로드(210)는 에어로졸 생성 물질을 포함한다. 예를 들어, 에어로졸 생성 물질은 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(210)는 풍미제, 습윤제 및/또는 유기산(organic acid)과 같은 다른 첨가 물질을 함유할 수 있다. 또한, 담배 로드(210)에는, 멘솔 또는 보습제 등의 가향액이, 담배 로드(210)에 분사됨으로써 첨가할 수 있다.
담배 로드(210)는 다양하게 제작될 수 있다. 예를 들어, 담배 로드(210)는 시트(sheet)로 제작될 수도 있고, 가닥(strand)으로 제작될 수도 있다. 또한, 담배 로드(210)는 담배 시트가 잘게 잘린 각초로 제작될 수도 있다. 또한, 담배 로드(210)는 열 전도 물질에 의하여 둘러싸일 수 있다. 예를 들어, 열 전도 물질은 알루미늄 호일과 같은 금속 호일일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 일 예로, 담배 로드(210)를 둘러싸는 열 전도 물질은 담배 로드(210)에 전달되는 열을 고르게 분산시켜 담배 로드에 가해지는 열 전도율을 향상시킬 수 있으며, 이로 인해 담배 맛을 향상시킬 수 있다. 또한, 담배 로드(210)를 둘러싸는 열 전도 물질은 유도 가열식 히터에 의해 가열되는 서셉터로서의 기능을 할 수 있다. 이때, 도면에 도시되지는 않았으나, 담배 로드(210)는 외부를 둘러싸는 열 전도 물질 이외에도 추가의 서셉터를 더 포함할 수 있다.
필터 로드(220)는 셀룰로오스 아세테이트 필터일 수 있다. 한편, 필터 로드(220)의 형상에는 제한이 없다. 예를 들어, 필터 로드(220)는 원기둥 형(type) 로드일 수도 있고, 내부에 중공을 포함하는 튜브 형(type) 로드일 수도 있다. 또한, 필터 로드(220)는 리세스 형(type) 로드일 수도 있다. 만약, 필터 로드(220)가 복수의 세그먼트들로 구성된 경우, 복수의 세그먼트들 중 적어도 하나가 다른 형상으로 제작될 수도 있다.
필터 로드(220)는 향미가 발생되도록 제작될 수도 있다. 일 예로서, 필터 로드(220)에 가향액이 분사될 수도 있고, 가향액이 도포된 별도의 섬유가 필터 로드(220)의 내부에 삽입될 수도 있다.
또한, 필터 로드(220)에는 적어도 하나의 캡슐(230)이 포함될 수 있다. 여기에서, 캡슐(230)은 향미를 발생시키는 기능을 수행할 수도 있고, 에어로졸을 발생시키는 기능을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 캡슐(230)은 향료를 포함하는 액체를 피막으로 감싼 구조일 수 있다. 캡슐(230)은 구형 또는 원통형의 형상을 가질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
만약, 필터 로드(220)에 에어로졸을 냉각하는 세그먼트가 포함될 경우, 냉각 세그먼트는 고분자 물질 또는 생분해성 고분자 물질로 제조될 수 있다. 예를 들어, 냉각 세그먼트는 순수한 폴리락트산 만으로 제작될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또는, 냉각 세그먼트는 복수의 구멍들이 뚫린 셀룰로오스 아세테이트 필터로 제작될 수 있다. 그러나, 냉각 세그먼트는 상술한 예에 한정되지 않고, 에어로졸이 냉각되는 기능을 수행할 수 있다면, 제한 없이 해당될 수 있다.
한편, 도 4에는 도시되지 않았으나, 일 실시 예에 따른 궐련(200)은 전단 필터를 더 포함할 수 있다. 전단 필터는 담배 로드(210)에 있어서, 필터 로드(220)에 대향하는 일측에 위치한다. 전단 필터는 담배 로드(210)가 외부로 이탈하는 것을 방지할 수 있으며, 흡연 중에 담배 로드(210)로부터 액상화된 에어로졸이 에어로졸 발생 장치(도 1 및 도 2의 100)로 흘러 들어가는 것을 방지할 수 있다.
도 5는 궐련의 다른 일 예를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 궐련(200)은 십자튜브(205), 담배 로드(210) 및 튜브(220a), 필터(220b)가 최종 래퍼(240)에 의해 감싸여지는 형태를 갖는 것을 알 수 있다. 도 5에서, 래퍼는 십자튜브(205), 담배 로드(210), 튜브(220a), 필터(220b)를 각각 둘러싸는 개별래퍼와 개별래퍼로 둘러싸인 십자튜브(205), 담배 로드(210), 튜브(220a), 필터(220b)를 하나로 감싸는 최종래퍼를 포함한다.
도 1 및 도 2를 참조하여 상술한 제 1 부분은 십자튜브(205) 및 담배 로드(210)를 포함하고, 제 2 부분은 필터 로드(220)를 포함한다. 설명의 편의를 위해서, 이하에서는, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하고, 도 4에서 설명한 것과 중복된 설명은 생략하기로 한다.
십자튜브(205)는 담배 로드(210)에 연결되는 십자 형태의 튜브를 의미한다.
십자튜브(205)는 궐련(200)이 에어로졸 생성장치에 삽입되면, 담배 로드(210)와 함께 궐련감지센서에 의해서 센싱되는 부분으로서, 담배 로드(210)와 동일한 구리합지래퍼로 감싸져서, 궐련감지센서가 삽입된 궐련(200)이 에어로졸 생성장치가 지원하는 종류의 궐련(자사에서 제작된 궐련)인지 여부를 파악하는 데에 활용될 수 있다. 구리합지래퍼에 대해서는 도 7 내지 도 9를 통해 후술한다.
담배 로드(210)는 에어로졸 생성장치(10)의 히터(130)에 의해 가열되어 에어로졸을 생성시키는 에어로졸 생성기질을 포함한다.
튜브(220a)는 담배 로드(210)의 에어로졸 생성기질이 히터(130)로부터 충분한 양의 에너지를 받아서 가열될 때 생성되는 에어로졸을 필터(220b)에 전달시키는 기능을 수행한다. 튜브(220a)는 셀룰로오스 아세테이트 토우에 가소제인 트리아세틴(TA)을 일정이상 가하여 원형(circle)으로 성형하는 방식으로 제조되는 튜브로서, 십자튜브(205)와 비교하면, 형태가 다를 뿐만 아니라, 담배 로드(210)와 필터(220b)를 연결하는 점에서 배치상의 차이가 있다.
필터(220b)는 담배 로드(210)에서 생성된 에어로졸이 튜브(220a)를 통해 전달되면, 에어로졸을 통과시킴으로써, 사용자가 필터(220b)에 의해 여과된 에어로졸을 흡입할 수 있도록 하는 기능을 수행한다. 필터(220b)는 셀룰로오스 아세테이트 토우를 기초로 하여 제작된 셀룰로오스 아세테이트 필터일 수 있다.
최종 래퍼(240)는 십자튜브(205), 담배 로드(210), 튜브(220a) 및 필터(220b)를 각각 둘러싸는 종이로서, 십자튜브 래퍼(240b), 담배 로드 래퍼(240c), 튜브 래퍼(240d) 및 필터 래퍼(240e)를 모두 포함할 수 있다.
도 5에서, 십자튜브 래퍼(240b)는 알루미늄 재질의 래퍼, 튜브부(220a)는 MFW 또는 24K 래퍼, 필터(220b)는 내유하드래퍼 또는 PLA(Poly Lactic Acid)재질의 합지에 의해서 둘러싸여진다. 담배 로드 래퍼(240c) 및 최종 래퍼(240)에 대해서는 이하에서 보다 상세히 후술하기로 한다.
담배 로드 래퍼(240c)는 담배 로드(210)를 둘러싸는 래퍼(wrapper)로서, 히터(130)에 의해 전달되는 열에너지의 효율성을 극대화시키기 위해서 열전도성 향상물질이 코팅(coating)될 수 있다. 예를 들어, 담배 로드 래퍼(240c)는 은 박지(Ag), 알루미늄 박지(Al), 구리박지(Cu), 카본지(carbon paper), 충진제(filler), 세라믹(AlN, Al2O3), 실리콘 카바이드(silicon carbide), 구연산나트륨(Na citrate), 구연산칼륨(K citrate), 아라미드 섬유(aramid fiber), 나노 셀룰로오스(nano cellulose), 미네랄지(mineral paper), 글라신지(glassine paper), SWNT(Single-Walled Carboe Nanotube)중 적어도 한 가지가 일반 래퍼 또는 이형 원지에 코팅되는 방식으로 제작될 수 있다. 일반 래퍼는 널리 알려진 궐련에 적용되어 있는 래퍼를 의미하고, 수초지 시험을 거쳐서 종이제조작업성 및 열전도성이 모두 일정값 이상을 초과하는 검증된 재질로 제작된 다공성 래퍼를 의미한다.
또한, 본 발명에서 최종 래퍼(240)는 담배 로드 래퍼(240c)에 코팅되는 다양한 물질 중에서, 충진제, 세라믹, 실리콘 카바이드, 구연산나트륨, 구연산칼륨, 아라미드 섬유, 나노 셀룰로오스, SWNT 중 적어도 한 가지가 MFW 원지에 코팅되는 방식으로 제작될 수 있다.
도 1 및 도 2에서 설명한 외부가열식 에어로졸 생성장치(10)에 포함되는 히터(130)는 제어부(110)에 의해 제어되는 대상으로서, 담배 로드(210)에 포함되어 있는 에어로졸 생성기질을 가열시켜서 에어로졸이 생성되도록 하며, 이때 담배 로드(210)에 전달되는 열에너지는 복사열 75%, 대류열 15%, 전도열 10%의 비율로 구성된다. 실시 예에 따라서, 담배 로드(210)에 전달되는 열에너지를 구성하는 복사열, 대류열, 전도열의 비율은 달라질 수 있다.
본 발명은, 히터(130)가 에어로졸 생성기질에 직접 접촉하여 열에너지를 전달할 수 없는 특성상 조속한 에어로졸의 생성이 어려운 것을 극복하기 위해, 전술한 것과 같이 담배 로드 래퍼(240c) 및 최종 래퍼(240)에 열전도성 향상물질을 코팅하여, 담배 로드(210)의 에어로졸 생성기질에 열에너지가 효율적으로 전달될 수 있도록 촉진함으로써, 히터(130)가 충분하게 가열되기 전의 초기 퍼프시에도 사용자에게 충분한 양의 에어로졸을 제공할 수 있다.
실시 예에 따라서, 담배 로드 래퍼(240c) 또는 최종 래퍼(240) 중 어느 하나에 대해서만 열전도성 향상물질이 코팅될 수도 있으며, 전술한 예뿐만 아니라, 미리 설정된 값의 열전도율을 갖는 유기금속, 무기금속, 섬유, 고분자 소재가 담배 로드 래퍼(240c) 또는 최종 래퍼(240)에 코팅되는 방식으로 본 발명이 구현될 수도 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 담배 로드 래퍼(240c) 및 최종 래퍼(240)를 제조하는 공정 및 그 공정에 따라 제조된 담배 로드 래퍼(240c) 및 최종 래퍼(240)의 물성에 대해서 설명하기로 한다.
담배 로드 래퍼(240c)는 전술한 열전도성 향상물질을 일반 래퍼 또는 이형 원지에 코팅한 후 슬리팅(slitting)하는 방식으로 제조될 수 있다. 일반 래퍼 또는 이형 원지에 열전도성 향상물질을 코팅하는 방식의 일 예로서, 펄코팅(Pearl Coating)방식이 이용될 수 있다. 또한, 슬리팅하는 방식의 일 예로서, 슬리팅의 폭은 24.5mm가 될 수 있으며, 실시 예에 따라 슬리팅의 폭은 달라질 수 있다.
담배 로드 래퍼(240c)를 제조하는 방식의 일 예로서, 이때, 담배 로드 래퍼(240c)의 베이스가 되는 래퍼는, 카렌더링(calendering) 처리가 된 일반 래퍼가 이용될 수 있다.
구분 단위 26.5gsm 일반 래퍼 비고
원지 카렌더링 후
평량 g/m2 26.5 26.4
두께 μm 45.1 34.5 23.5% 감소
Density g/cm3 0.59 0.77
Bulk cm3/g 1.70 1.31
인장강도 (MD) kgf/15mm 5.81 5.67
평활도 (SS) sec 28 200
평활도 (RS) 8 150
Stiffness cm3 16 15
표 1은 열전도성향상물질이 펄코팅되기 전의 일반 래퍼의 물성의 일 예를 나타낸 표이다. 표 1을 참조하면, 열전도성 향상물질이 펄코팅되기 전의 일반 래퍼는 카렌더링 후에 원지 상태와 대비하여, 그 두께가 23.5% 감소하며, 그 외의 물성도 달라지는 것을 알 수 있다. 카렌더링이 완료된 일반 래퍼에, 열전도성 향상물질을 펄코팅하는 방식을 통해서 담배 로드 래퍼(240c)가 제조될 수 있다.
선택적 일 실시 예로서, 담배 로드 래퍼(240c)는 일반 래퍼, 이형 원지 및 MFW원지 중 어느 하나를 기초로 하여, 열전도성 향상물질을 코팅한 후에 카렌더링 처리를 함으로써, 제조될 수도 있다. 본 선택적 실시 예에 따르면, 궐련(200)의 에어로졸 생성기질에 대한 열에너지 전달률을 증대시키기 위해서, 카렌더링 처리가 된 래퍼가 아니라, 열전도성 향상물질이 먼저 코팅된 래퍼에 카렌더링 처리를 하게 된다.
구분 단위 26.5gsm 일반 래퍼 35 gsm 이형 원지 60 gsm MFW 원지
원지 최종 원지 최종 원지 최종
평량 g/m2 26.8 27.6 35.2 35.9 60.5 61.6
코팅 양 2.24 1.99 1.98
두께 μm 45 34.2 43 38.3 68.7 69.2
Density g/cm3 0.6 0.81 0.82 0.94 0.88 0.89
Bulk cm3/g 1.68 1.24 1.22 1.07 1.14 1.12
인장강도 (MD) kgf/15mm 6.23 5.72 7.55 7.6 9.6 9.85
인장강도 (CD) 1.08 1.32 1.9 1.92 2.58 2.59
평활도 (SS) sec 25 145 100 225 260 150
평활도
(RS)		 8 110 80 175 75 40
Stiffness cm3 - 16 - 26.9 - 66.4
표 2는 열전도성 향상물질인 구연산칼륨을 각종 래퍼에 코팅하기 전과 후의 물성을 비교하여 나타낸 표이다. 표 2를 참조하면, 베이스가 되는 래퍼의 재질에 따라서, 코팅 양을 1.98%에서 2.24%로 다르게 적용하여 담배 로드 래퍼(240c)의 인장강도, 평활도, 강도(stiffness)를 미리 설정된 비율 이상 변화시킨 것을 알 수 있다. 여기서, 미리 설정된 비율은 에어로졸 생성기질에 전달되는 열에너지를 일정값 이상 높이기 위해서, 실험적, 수학적인 계산에 의해서 산출되는 비율값을 의미한다.
구분 단위 26.5gsm 일반 래퍼 35 gsm 이형 원지 60 gsm MFW 원지
원지 최종 원지 최종 원지 최종
평량 g/m2 26.6 27.2 34.7 35.6 60.2 61.2
코팅 양 1.88 2.31 1.83
두께 μm 44.7 32.2 42.8 38 67.4 69.2
Density g/cm3 0.6 0.84 0.81 0.94 0.89 0.88
Bulk cm3/g 1.68 1.18 1.23 1.07 1.12 1.13
인장강도 (MD) kgf/15mm 6.14 5.63 7.92 7.88 9.88 9.79
인장강도 (CD) 1.32 1.27 1.84 1.58 2.71 2.62
평활도 (SS) sec 30 170 150 265 280 160
평활도
(RS)		 10 135 70 165 80 40
Stiffness cm3 - 16.4 - 27.4 - 63.3
표 3은 열전도성 향상물질인 구연산나트륨을 각종 래퍼에 코팅하기 전과 후의 물성을 비교하여 나타낸 표이다. 표 3을 참조하면, 베이스가 되는 래퍼의 재질에 따라서, 코팅 양을 1.83%에서 2.31%로 다르게 적용하여 담배 로드 래퍼(240c)의 인장강도, 평활도, 강도를 미리 설정된 비율 이상 변화시킨 것을 알 수 있다. 여기서, 미리 설정된 비율은 에어로졸 생성기질에 전달되는 열에너지를 일정값 이상 높이기 위해서, 실험적, 수학적인 계산에 의해서 산출되는 비율값을 의미한다.
표 2 및 표 3과 같이 구연산칼륨 또는 구연산나트륨이 코팅된 래퍼는, 카렌더링을 거쳐서 담배 로드 래퍼(240c)로 제조될 수 있다. 또한, 표 2 및 표 3을 통해 설명한 구연산칼륨 및 구연산나트륨은 열전도성 향상물질의 일 예로서, 실시 예에 따라서, 구연산칼륨 및 구연산나트륨이 아닌 다른 열전도성 향상물질이 적용될 수 있다.
항목 무화량 구부
열감		 주류연
열감		 끽미강도 자극성 풍미도
일반래퍼
(대조구)		 4.5 3.7 3.6 2.8 3.0 3.1
일반래퍼
(Na)		 4.8 3.7 3.8 3.1 3.2 3.5
일반래퍼
(K)		 4.9 3.8 3.8 3.1 3.3 3.4
이형원지
(Na)		 4.8 3.7 3.8 3.0 3.2 3.3
이형원지(K) 4.8 3.7 3.6 3.1 3.2 3.4
일반래퍼
(펄코팅)		 4.9 3.7 3.6 3.0 3.0 3.4
표 4는 표 1 내지 표 3을 통해서 설명한 열전도성 향상물질이 코팅된 담배 로드 래퍼(240c)가 적용된 담배를 통해서 에어로졸 생성장치를 동작시켰을 때, 무화량, 풍미도 등과 같이 흡연감과 직접적으로 관련있는 지표를 수치화한 결과를 나타내는 표이다. 담배 로드에 포함되어 있는 에어로졸 생성기질에 열에너지가 얼마나 잘 전달되는지 확인하기 위해서, 담배 로드 래퍼(240c)에만 열전도성 향상물질을 적용하였고, 최종 래퍼(240)는 일괄적으로 두께가 얇은 페이퍼인너가 적용되었다.
표 4에서, 일반래퍼(대조구)는 열전도성 향상물질이 전혀 적용되지 않은 일반 래퍼를 의미하며, 본 발명의 효과성을 확인하기 위한 실험군이다. 표 4에서, 일반래퍼(Na) 및 일반래퍼(K)는 각각 구연산나트륨 및 구연산칼륨이 2% 코팅적용된 일반래퍼이고, 이형원지(Na) 및 이형원지(K)는 각각 구연산나트륨 및 구연산칼륨이 2% 코팅적용된 이형원지이다. 일반래퍼(펄코팅)은 구연산나트륨 및 구연산칼륨을 제외한 특정한 열전도성 향상물질을 펄코팅(Pearl coating)방식으로 일반 래퍼에 적용한 실험군을 의미한다.
전체적으로, 표 4에 따르면, 일반래퍼(대조구)에 비해서 열전도성 향상물질이 적용된 실험군은 구부열감에 대해서는 거의 차이가 없는 반면, 무화량, 끽미강도, 풍미도에 대해서는 더 나은 결과를 나타내는 것을 알 수 있으며, 각각의 결과는 최대 9점을 기준점수로 하여 상대적으로 산출된 결과이다. 위와 같이, 본 발명에 따르면, 열전도성 향상물질을 담배 로드 래퍼(240c)에 적용하여, 에어로졸 생성기질에 공급되는 히터(130)의 열에너지의 전달률을 증대시켜서, 외부가열식 에어로졸 생성장치를 사용하는 사용자에게 풍부한 무화량 및 만족스러운 흡연감을 제공할 수 있다.
표 4에 따른 결과는 담배 로드 래퍼(240c)에만 열전도성 향상물질이 적용된 결과로서, 실시 예에 따라서, 최종 래퍼(240)에만 열전도성 향상물질이 적용될 수도 있다.
항목 무화량 구부
열감		 주류연
열감		 끽미강도 자극성 풍미도
MFW
(대조구)		 4.5 3.6 3.6 3.1 3.0 3.6
MFW
(Na)		 4.7 3.7 3.7 3.3 3.1 3.8
MFW
(K)		 4.8 3.7 3.7 3.4 3.1 3.7
표 5는 최종 래퍼(240)에만 열전도성 향상물질이 적용되었을 때, 사용자가 느끼는 흡연감, 에어로졸 생성장치를 통해 생성되는 에어로졸의 무화량 증대를 수치화하여 나타낸 표이다. 표 5는, 담배 로드에 포함되어 있는 에어로졸 생성기질에 열에너지가 얼마나 잘 전달되는지 확인하기 위해서, 최종 래퍼(240)에 대해서만 열전도성 향상물질을 적용하였고, 담배 로드 래퍼(240c)는 일반 다공성 래퍼를 채택한 결과이다.
표 5에서, MFW(대조구)는 열전도성 향상물질이 전혀 적용되지 않은 MFW 원지를 의미하며, 본 발명의 효과성을 확인하기 위한 비교실험군이다. 표 5에서, MFW(Na) 및 MFW(K)는 각각 구연산나트륨 및 구연산칼륨이 2% 코팅적용된 MFW원지를 의미한다.
표 5에 따르면 열전도성 향상물질이 적용된 최종 래퍼(240)는 구부열감에 대해서는 열전도성 향상물질이 적용되지 않은 대조구와 차이가 없는 반면, 무화량, 끽미강도, 풍미도에 대해서는 더 높은 결과값을 나타내는 것을 알 수 있다. 표 5는 표 4와 같이, 최대 9점을 기준점수로 하여 상대적으로 산출된 결과이다. 위와 같이, 본 발명에 따르면, 열전도성 향상물질을 최종 래퍼(240)에 적용하여, 에어로졸 생성기질에 공급되는 히터(130)의 열에너지의 전달률을 증대시켜서, 외부가열식 에어로졸 생성장치를 사용하는 사용자에게 풍부한 무화량 및 만족스러운 흡연감을 제공할 수 있다.
도 6은 도 3의 장치에서 사용되는 이중매질궐련의 일 예를 도시한 도면이다.
도 6에서 이중매질궐련이라는 명칭은 도 4 및 도 5에서 설명한 궐련과 구별하기 위한 목적뿐만 아니라, 본 발명에 대한 설명을 간결하게 하기 위해 명명한 것으로서, 실시 예에 따라서, 일반적인 궐련과 동일하게 호칭될 수 있다.
도 6을 참조하면, 이중매질궐련(300)은 에어로졸기재부(310), 매질부(320), 냉각부(330) 및 필터부(340)가 최종 래퍼(350)에 의해서 감싸여지는 형태를 갖는 것을 알 수 있다. 도 6에서, 최종 래퍼(350)는 에어로졸기재부(310), 매질부(320) 및 필터부(340)를 각각 둘러싸는 개별래퍼와 개별래퍼로 둘러싸인 에어로졸기재부(310), 매질부(320) 및 필터부(340)를 하나로 감싸는 외피를 의미한다.
에어로졸기재부(310)는 펄프(pulp) 기반의 종이에 보습제를 함유시켜서 기설정된 형태로 성형한 부분이다. 에어로졸기재부(310)에 들어가는 보습제(기재)에는 프로필렌 글리콜 및 글리세린이 있다. 에어로졸기재부(310)의 보습제는 원지 무게 대비 일정 중량비율을 갖는 프로필렌 글리콜 및 글리세린이 포함된다. 에어로졸기재부(310)는 이중매질궐련(300)이 도 3의 에어로졸 생성장치(10)에 삽입되었을 때, 외부 가열식 히터(130)와 가장 가깝게 위치하게 되며, 히터(130)에 의해 일정 이상의 온도도 가열되면 보습제증기를 생성한다.
매질부(320)는 시트(sheet), 가닥(strand), 담배 시트가 잘게 잘린 각초 중 하나 이상을 포함하며, 사용자에게 흡연경험을 제공하기 위해 니코틴을 발생시키는 부분이다. 매질부(320)는 이중매질궐련(300)이 도 3의 에어로졸 생성장치(10)에 삽입되더라도, 히터(130)로부터 직접 가열되지 않고, 가열되는 에어로졸기재부(310) 및 매질부(320)를 감싸고 있는 매질부 래퍼(또는 최종 래퍼)로부터 전도, 대류 및 복사 방식으로 간접가열될 수 있다. 본 발명에서는 매질부(320)에 포함되는 매질이 도달해야 하는 온도가 에어로졸기재부(310)에 포함된 보습제들이 도달해야 하는 온도보다 더 낮은 특성을 고려하여, 외부가열식 히터(130)로 에어로졸기재부(310)를 가열 후에 우회적으로 매질부(320)의 온도가 상승되도록 한다. 매질부(320)에 포함된 매질의 온도가 일정 이상의 온도로 상승되면, 매질부(320)로부터 니코틴증기가 생성된다.
실시 예에 따라서, 이중매질궐련(300)이 도 3의 에어로졸 생성장치(10)에 삽입되었을 때, 매질부(320)의 일부가 히터(130)와 마주 보는 방향이 되어 히터(130)로부터 가열될 수도 있다.
냉각부(330)는 소정의 중량의 가소제를 포함하는 튜브 필터로 제작되고, 에어로졸기재부(310) 및 매질부(320)로부터 생성된 보습제증기 및 니코틴증기가 혼합되어 에어로졸화(aerosolization)되어 냉각부(330)를 통과되면서 냉각되며, 에어로졸기재부(310), 매질부(320) 및 필터부(340)와는 다르게 개별래퍼로 감싸지지 않는다.
필터부(340)는 셀룰로오스 아세테이트 필터일 수 있으며 필터부(340)의 형상에는 제한이 없다. 필터부(340)는 원기둥 형(type) 로드일 수도 있고, 내부에 중공을 포함하는 튜브 형(type)일 수도 있다. 만약, 필터부(340)가 복수의 세그먼트들로 구성된 경우, 복수의 세그먼트들 중 적어도 하나가 다른 형상으로 제작될 수도 있다. 필터부(340)는 향미가 발생되도록 제작될 수도 있다. 일 예로서, 필터부(340)에 가향액이 분사될 수도 있고, 가향액이 도포된 별도의 섬유가 필터부(340)의 내부에 삽입될 수도 있다.
또한, 필터부(340)에는 적어도 하나의 캡슐이 포함될 수 있다. 여기에서, 캡슐은 향미를 발생시키는 기능을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 캡슐은 향료를 포함하는 액체를 피막으로 감싼 구조일 수 있으며, 구형 또는 원통형의 형상을 가질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
최종래퍼(350)는 개별래퍼로 둘러싸인 에어로졸기재부(310), 매질부(320) 및 필터부(340)를 하나로 감싸는 외피를 의미하고, 최종래퍼(350)는 후술하는 매질부 래퍼와 동일한 재질로 구성될 수 있다.
이하에서는, 매질부(320)를 감싸는 개별래퍼로서 매질부 래퍼에 대한 설명을 구체적으로 하기로 한다.
Figure pat00001
표 6은 매질부 래퍼의 제조방식 또는 특성에 따라 달라지는 열전도율에 대한 데이터를 나타내는 표이다.
구체적으로, 표 6에 따른 데이터는 각각의 방식과 재료로 수초지를 제조하여 한국탄소융합기술원에서 열전도율을 측정한 결과이다. 표 6을 참조하면, 내첨방식으로 매질부 래퍼를 제작하는 경우, 합지방식으로 매질부 래퍼를 제작하는 경우보다 매질부 래퍼의 열전도율이 현저히 낮은 결과를 알 수 있다.
종이에 금속을 내첨시키기 위해서는, 펄프랑 함께 금속 파우더가 물에 떠야 하는데, 금속의 비중이 높아서 물에 분산이 잘 되지 않기 때문에 층분리가 일어나면서 50% 이상의 높은 비율로 내첨이 잘 되지 않는 한계가 있다. 또한, 종이에 금속 파우더가 성공적으로 내첨되더라도 일반 래퍼(권지)의 중량 대비 50% 이상으로 내첨될 수 없으나, 매질부 래퍼에서 열전달 메커니즘인 격자진동(phonon vibration)이 효과적으로 일어나기 위해서는 50%의 내첨률로도 부족하므로, 종이에 내첨되는 금속의 종류와 상관없이, 의미있는 수준의 열전도율이 검출되지 않는다.
한편, 표 6을 참조하면, 활성탄소섬유(ACF: Activated Carbon Fiber)를 종이에 내첨시킬 경우, 활성탄소섬유들끼리 꼬여서 결합되는 부분이 상당부분 존재하게 되어서, 내첨되는 비율에 비해서 열전도율이 대폭 상승하는 효과가 있는 것을 알 수 있으며, 금속과 종이가 합지(laminated paper)된 방식을 이용할 경우, 매질부 래퍼의 열전도율은 전술한 어느 방식보다도 상대적으로 높게 나타나는 것을 알 수 있다. 또한, 동일한 금속에서 두께가 두꺼울수록, 동일한 두께에서는 금속의 열전도성이 높을수록 매질부에 전달되는 열효율은 높게 나타냈으며, 표 6에서 20um의 두께를 갖는 구리를 합지방식으로 하여 매질부 래퍼를 제조할 경우, 다른 방식으로 제조된 매질부 래퍼에 비해서 월등한 열전도율을 나타냈다. 합지방식으로 제조된 래퍼는 내부에는 금속부분이 외부에는 종이부분이 노출되도록 대상을 감싸게 된다.
또한, 표 6을 참조하면, 종이에 동일한 비율의 활성탄소섬유를 내첨시키더라도 활성탄소섬유의 다공성 값(porosity value)이 더 높으면, 열전도율도 더 높다는 것을 알 수 있다. 여기서, 다공성 값은, 퍼센트 비율일 경우 %(퍼센트), 다공성 직경(porosity diameter)일 경우, μm(마이크로미터)를 단위로 할 수 있다.
본 발명은 표 6과 같은 결과를 기초로 하여 고안된 것이다. 일 실시 예로서, 본 발명은 기설정된 두께 및 열전도율을 갖는 금속과 종이가 합지로 구성된 매질부 래퍼를 사용하여 매질부(320)에 전달되는 열의 효율을 높일 수 있다. 본 발명에 따르면, 종이에 금속을 합지시키는 방식으로 제조한 래퍼를 매질부 래퍼로 사용함으로써, 히터의 열에너지가 매질부(320)에 효과적으로 전달되어 초기 퍼프에서도 충분한 무화량이 사용자에게 제공될 수 있다.
다른 일 실시 예로서, 에어로졸기재부(310)의 래퍼는 전술한 매질부 래퍼와 동일한 재질의 래퍼일 수 있다. 즉, 에어로졸기재부(310)를 감싸는 래퍼도 기설정된 두께 및 열전도율을 갖는 금속과 합지된 종이일 수 있다. 본 실시 예에 따르면, 매질부(320)뿐만 아니라 에어로졸기재부(310)에 전달되는 히터의 열에너지 효율도 상승되어, 에어로졸 생성장치는 무작정 히터의 온도를 높인 채로 장시간 유지하지 않더라도 사용자에게 일관되고 만족스러운 흡연감을 제공할 수 있는 에어로졸을 생성할 수 있게 된다.
도 7은 기존의 궐련에서의 온도상승곡선과 이중매질궐련의 온도상승곡선을 비교한 결과를 나타낸 도면이다.
보다 구체적으로, 도 7은 총 4개의 그래프를 포함하고 있으며, 이하에서는, 4개의 그래프를 2개씩 쌍을 지어서 해석하도록 하며, 도 6을 참조하여 설명하기로 한다.
먼저, 도 7을 참조하면, 에어로졸기재부(310) 및 매질부(320)가 일반래퍼일 경우, 에어로졸기재부(310)의 온도는 가장 높게 형성되며(약 230도), 매질부(320)의 온도는 가장 낮게 형성되는 것(최대 140도 부근)을 알 수 있다.
한편, 도 7을 참조하면, 에어로졸기재부(310) 및 매질부(320)가 이중알박래퍼일 경우, 에어로졸기재부(310)의 온도가 약 200도로 수렴되고, 매질부(320)의 온도는 일반래퍼를 이용했을 때의 온도보다 더 높게 형성되는 것을 알 수 있다. 여기서, 이중알박래퍼는 본 발명에 따른 합지 방식으로 제작된 래퍼로서 합지의 주성분은 알루미늄(aluminium)인 것을 의미한다.
도 7은, 이중매질궐련(300)이 1차적으로 에어로졸기재부(310)가 외부 가열식 히터(130)로부터 열에너지를 받아서 가열되면, 2차적으로 매질부(320)가 그 영향을 받아서 가열되는 방식으로 에어로졸을 생성하고, 이중알박래퍼가 에어로졸기재부(310) 및 매질부(320)에 적용되면, 일반래퍼가 적용되었을 때보다 에어로졸기재부(310)가 히터(130)로부터 더 적은 열에너지를 받고도 충분히 가열되어 매질부(320)를 함께 가열시키고, 그에 따라 에어로졸이 생성되는 것을 도식적으로 나타내고 있다. 도 7에서, 이중알박래퍼가 에어로졸기재부(310) 및 매질부(320)에 적용되었을 때의 온도편차는 일반래퍼가 에어로졸기재부(310) 및 매질부(320)에 적용되었을 때의 온도편차보다 더 작다.
Figure pat00002
수학식 1은 도 7의 결과를 수학식으로 나타낸 것이다. 수학식 1에서 A는 에어로졸 생성 장치의 히터가 에어로졸을 생성할 수 있을 정도로 충분히 예열된 이후에 안정된 상태에서 이중합지래퍼를 적용한 에어로졸기재부(310)의 온도를 의미하고, B는 같은 상태의 매질부(320)의 온도를 의미하며, A*는 B*는 일반래퍼를 적용한 에어로졸기재부(310) 및 매질부(320)의 온도를 각각 의미한다.
도 8은 본 발명을 적용했을 때의 이중매질궐련의 온도변화곡선의 다른 일 예를 나타낸 도면이다.
도 8은 이중매질궐련(300)을 가열하는 외부 가열식 히터(130)의 온도가 260도일 때와 220도일 때의 에어로졸기재부(310) 및 매질부(320)의 온도변화를 일괄적으로 나타낸 도면이다. 도 8을 참조하면, 본 발명에 의해 에어로졸기재부(310) 및 매질부(320)에 전달되는 열에너지의 효율이 극대화되어, 에어로졸기재부(310)의 온도는 히터(130)의 온도(260도 또는 220도)와 근접할 정도로 상승했다가 하강하는 것을 반복하며, 에어로졸기재부(310)의 온도가 변함에 따라 매질부(320)의 온도도 함께 변화하는 것을 알 수 있다.
도 9는 본 발명을 적용했을 때의 이중매질궐련의 온도변화곡선의 또 다른 일 예를 나타낸 도면이다.
보다 구체적으로, 도 9는 이중매질궐련(300)에서 에어로졸기재부(310)의 래퍼 및 매질부(320)의 래퍼를 은박(은과 종이를 합지), 동박(동과 종이를 합지)으로 했을 때의 결과를 가시적으로 나타낸 것이며, 도 9를 참조하면, 동일한 은박에서도 두께가 두꺼워질수록, 두께와 상관없이 열전도율이 더 높을수록 매질부의 목표온도(180도)에 도달하는 시간이 더 짧아지는 것이 알 수 있다.
도 9에서 설명한 은이나 동보다 표 6에서 설명한 알루미늄이나 구리를 에어로졸기재부(310) 및 매질부(320)의 래퍼로 사용하는 경우, 매질부가 180도에 도달하는 시간은 더욱 짧아질 수 있다. 표 7은 알루미늄과 구리를 두께를 달리하여 사용했을 때의 결과를 요약하여 나타내고 있다.
Figure pat00003
표 7은 히터의 예열시간 40초를 포함한 결과로서, 표 7을 참조하면, 구리를 래퍼에 합지되는 금속으로 선택할 때에 매질부의 목표온도 도달시간이 가장 짧으며, 구리의 두께를 10μm보다 더 늘리면 늘릴수록 그 시간은 더욱 줄어들 것이라는 것을 예상할 수 있다.
Figure pat00004
표 8은 표 7과 같이 본 발명을 이중매질궐련(300)에 적용했을 때에 생성되는 에어로졸의 성분을 분석한 결과를 나타낸 표이다. 표 8을 참조하면, 매질부(320)에서 알루미늄의 두께가 증대됨에 따라서 입자상 분자(TPM: Total Particulate Matter)가 증대되는 경향이 있고, 구리합지래퍼의 경우는 두께가 알루미늄합지래퍼보다 더 얇더라도 더 높은 TPM값을 보이는 것을 알 수 있다.
초기 예열시 매질부(320)의 100도 도달시간은 알루미늄합지래퍼가 사용되었을 때가 구리합지래퍼가 사용되었을 때보다 더 길어서 알루미늄합지래퍼가 사용되었을 때가 초기열전달에 의한 PG(프로필렌 글리콜)와 글리세린(Gly)의 이행량이 더 많다. 다만, 매질부(320)의 끝단의 180도 도달시간은, 수평 열전달이 뛰어난 것에 의해서 구리합지래퍼가 사용되었을 때가 알루미늄합지래퍼가 사용되었을 때보다 월등하게 더 짧고, 그에 따라 TPM, 니코틴, 수분 이행량이 더 많으며, 종합적으로 무화량 증대 측면에서 구리합지래퍼가 사용되었을 때가 알루미늄합지래퍼가 사용되었을 때보다 더 효과적이라는 것을 표 8을 통해 도출할 수 있다.
본 발명에 따르면, 초기 퍼프(initial puff)시에도 에어로졸 생성장치를 사용하는 사용자에게 충분한 무화량의 에어로졸을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 외부가열식 에어로졸 생성장치를 통해서 사용자가 흡연을 하면, 에어로졸 생성기질에 충분한 히터의 열에너지가 전달되는 효과에 따라, 기존에 알려진 외부가열식 에어로졸 생성장치를 이용하여 흡연할 때보다 더 만족스러운 흡연경험을 할 수 있게 된다.
본 발명에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시 예들로서, 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, “필수적인”, “중요하게” 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.
본 발명의 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 “상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 본 발명에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 마지막으로, 본 발명에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 당업자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.
10 : 에어로졸 생성장치 230 : 캡슐
110 : 제어부 240 : 최종 래퍼
120 : 배터리 310 : 에어로졸 기재부
130 : 히터 320 : 매질부
180 : 증기화기 330 : 냉각부
200 : 궐련 340 : 필터부
210 : 담배 로드
220 : 필터 로드

Claims (6)

  1. 보습제를 함유하는 종이를 포함하고 가열되었을 때 보습제 증기를 생성하는 에어로졸기재부;
    가열되었을 때 니코틴 증기를 발생시키는 매질부;
    상기 에어로졸기재부를 둘러싸고 있는 기재부 래퍼;
    상기 매질부를 둘러싸고 있는 매질부 래퍼; 및
    상기 기재부 래퍼 및 상기 매질부 래퍼에 의해 각각 둘러싸인 상기 에어로졸기재부 및 상기 매질부와 나머지 요소들을 일괄적으로 둘러싸는 외피를 포함하고,
    상기 기재부 래퍼 및 상기 매질부 래퍼는,
    기설정된 두께 및 열전도율을 갖는 금속과 종이가 합지(laminated paper)로 구성된 것을 특징으로 하는 궐련.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 두께는,
    6μm 내지 30μm에서 임의로 결정된 값인 것을 특징으로 하는 궐련.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 금속은 알루미늄 또는 구리인 것을 특징으로 하는 궐련.
  4. 보습제를 함유하는 종이를 포함하고 가열되었을 때 보습제 증기를 생성하는 에어로졸기재부;
    가열되었을 때 니코틴 증기를 발생시키는 매질부;
    상기 에어로졸기재부를 둘러싸고 있는 기재부 래퍼;
    상기 매질부를 둘러싸고 있는 매질부 래퍼; 및
    상기 기재부 래퍼 및 상기 매질부 래퍼에 의해 각각 둘러싸인 상기 에어로졸기재부 및 상기 매질부와 나머지 요소들을 일괄적으로 둘러싸는 외피를 포함하고,
    상기 기재부 래퍼 및 상기 매질부 래퍼는,
    활성탄소섬유(ACF: Activated Carbon Fiber)를 내첨시킨 종이인 것을 특징으로 하는 궐련.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 활성탄소섬유를 내첨시킨 종이는,
    상기 활성탄소섬유를 25% 내지 50% 중 임의로 결정된 비율로 내첨시킨 것을 특징으로 하는 궐련.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 활성탄소섬유를 내첨시킨 종이는,
    상기 활성탄소섬유를 내첨시켜서 기설정된 다공성 값(porosity value)을 갖는 것을 특징으로 하는 궐련.
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