WO2020235894A2 - 카트리지 및 이를 구비한 전자담배 - Google Patents

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WO2020235894A2
WO2020235894A2 PCT/KR2020/006470 KR2020006470W WO2020235894A2 WO 2020235894 A2 WO2020235894 A2 WO 2020235894A2 KR 2020006470 W KR2020006470 W KR 2020006470W WO 2020235894 A2 WO2020235894 A2 WO 2020235894A2
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mixing chamber
air
path
liquid
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PCT/KR2020/006470
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박재경
한토마스
Original Assignee
주식회사 야쓰홀딩스
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    • A24F40/42—Cartridges or containers for inhalable precursors
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    • A61M15/00—Inhalators
    • A61M15/06—Inhaling appliances shaped like cigars, cigarettes or pipes

Definitions

  • the present invention relates to an e-cigarette cartridge, and more particularly, to a cartridge in which a liquid phase tobacco material flows back into the air inlet path and does not leak by controlling an inflow path of air.
  • Cigarette smoke is said to contain 4,700 harmful ingredients such as tar and carbon monoxide as well as nicotine. E-cigarettes were developed to reduce the absorption of these harmful substances and absorb only pure nicotine.
  • electronic cigarettes can be inhaled by vaporizing e-liquid containing various chemical substances such as nicotine, flavors, propylene glycol, and glycerol through battery operation. It is a device that allows.
  • electronic cigarettes are composed of a cartridge that stores a liquid tobacco material, a vaporizer that heats and vaporizes the liquid tobacco material stored in the cartridge, and a battery that supplies power to the vaporizer.
  • the e-cigarette of this configuration is accompanied by a process of vaporizing a liquid tobacco material and drawing in outside air and mixing it with the liquid tobacco material. At this time, there is a chronic problem that the liquid tobacco material leaks to the outside by flowing backward through the path through which outside air is introduced.
  • An object of the present invention is to provide a cartridge that prevents the liquid tobacco material from flowing back through the air inlet path.
  • a mouthpiece that provides a user's suction power through a suction port;
  • the mouthpiece is coupled to the mouthpiece to provide an inflow path of air and a discharge path connecting the inflow path and the intake port so that external air is introduced by the suction force and guided to the inlet, respectively, for liquid phase cigarettes
  • a housing including a storage space for material;
  • a mixing chamber that connects the inflow path and the discharge path in the housing, and attracts the liquid tobacco material from the storage space by its own weight or the flow of the introduced air;
  • the inflow path comprises: In order to prevent the reverse flow of the liquid tobacco material attracted to the mixing chamber, including a plurality of inflow passages extending in different directions, at least one inlet passage in a direction opposite to the traveling direction of the air in the mixing chamber It provides a cartridge containing.
  • the cartridge may be used for an electronic cigarette.
  • a mouthpiece provided with a suction force of the user through the suction port;
  • the mouthpiece is coupled to the mouthpiece to provide an inflow path of air and a discharge path connecting the inflow path and the intake port so that external air is introduced by the suction force and guided to the inlet, respectively, for liquid phase cigarettes
  • a housing including a storage space for material;
  • a mixing chamber that connects the inflow path and the discharge path in the housing, and attracts the liquid tobacco material from the storage space by its own weight or the flow of the introduced air;
  • a heater for heating the attracted liquid tobacco material to evaporate it into a vapor phase tobacco material so that the gaseous tobacco material is mixed with the introduced air, wherein the storage space of the housing is It is formed in a structure surrounding the mixing chamber and the liquid mixing tube forming the discharge path, and a plurality of liquid attraction holes are formed along the outer circumferential surface of the liquid mixing tube, so that the liquid tobacco material in the storage space is the liquid attraction
  • the inflow path including a storage space for material;
  • the entire amount of the liquid tobacco material in the cartridge can be used without leakage, so that the use time of the cartridge can be extended.
  • FIG. 1 is a view showing the overall external configuration of an electronic cigarette according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing a schematic internal configuration of the electronic cigarette shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a perspective view in the direction A-A′ in which the inner cross section of the cartridge shown in FIG. 1 is shown.
  • FIG. 4 is an exploded view for explaining a detailed configuration of the cartridge shown in FIG. 3.
  • FIG. 5 is an enlarged view showing a configuration related to an air inflow process of the cartridge shown in FIG. 3.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a main part of the cartridge shown in FIG. 5.
  • FIG. 7 is an enlarged view illustrating a configuration in which a path tip is installed in the cartridge shown in FIG. 2 to remove a tobacco substance in the form of droplets.
  • FIG. 8 is an enlarged view of a main part showing a configuration in which protrusions are installed on the cartridge shown in FIG. 2 to remove a tobacco substance in the form of droplets.
  • FIG. 9 is an enlarged view illustrating a configuration in which a wire mesh pad is installed in the cartridge shown in FIG. 2 to remove a tobacco substance in the form of droplets.
  • FIG. 10 is an enlarged view of a main part showing a configuration in which a zigzag baffle is installed in the cartridge shown in FIG. 2 to remove a tobacco substance in the form of droplets.
  • FIG. 11 is an enlarged view of a main part showing a configuration in which the discharge path and the suction path are refracted again together with the configurations shown in FIGS. 7 to 10 to remove the tobacco material in the form of droplets.
  • inlet pipe 122 closing cap
  • inlet 124 base horizontal plane
  • IR Inflow path (1IR, 2IR, 3IR: 1st, 2nd, 3rd inflow path)
  • FIG. 1 and 2 illustrate an electronic cigarette (EC) according to an embodiment of the present invention.
  • the electronic cigarette (EC) of the present invention largely includes a cartridge 100 and a battery receiver 200.
  • the cartridge 100 includes a liquid phase tobacco material and a heater 150 therein, and heats and vaporizes the liquid tobacco material through the heater 150 to evaporate vapor phase tobacco.
  • the soluble material is used to replace conventional tobacco smoke.
  • the battery container 200 accommodates the battery 220 therein and supplies power to the heater 150 of the cartridge 100, as well as serves as a support means for fixing and supporting the detachable and replaced cartridge 100. To perform.
  • the electrode of the heater 150 is exposed through the bottom of the cartridge 100, and is electrically connected to the electrode of the battery 220 exposed in the coupling cover 210 of the battery receptor 200.
  • a locking groove 111 is formed on the outer circumferential surface of the cartridge 100, and a locking protrusion 211 is formed on the inner circumferential surface of the coupling cover 210 to correspond to the locking groove 111 so as to be mutually engaged or fitted,
  • the cartridge 100 is mechanically coupled to the battery receiver 200.
  • the liquid tobacco material is vaporized and provided to the user through the following process.
  • the vacuum sensor 230 When the cartridge 100 is coupled to the coupling cover 210, the vacuum sensor 230 is switched to the sleeping mode and waits, and when the user transmits the suction power through the mouthpiece 160, the cartridge 100 and the battery receiver 200 ) Air in the interspace is introduced into the cartridge 100, so that a pressure drop (vacuum) occurs in the space between the cartridge 100 and the battery container 200.
  • the vacuum detection sensor 230 detects a pressure drop in the space between the cartridge 100 and the battery container 200
  • the preceding sleeping mode is switched to the operation mode, so that the vacuum detection sensor 230 is connected to the heater 150.
  • the liquid tobacco material is vaporized by the heat generated by the heater 150 and is provided to the user through the mouthpiece 160 by the user's suction force in a gaseous tobacco material state, thereby replacing the existing tobacco smoke.
  • the operation process of the electronic cigarette (EC) of the present invention can be easily recognized by the user through the operation lamp 112 exposed on the outer circumferential surface of the battery receptor 200, and although not shown in the drawing, the battery receptor ( A charging terminal for USB is installed at the bottom of 200) to charge the battery 220.
  • 3 to 6 show the configuration of the cartridge 100 of the electronic cigarette (EC).
  • the cartridge 100 used in such an electronic cigarette includes a housing 110, a base part 120, a cover part 130, a mixing chamber 140, and a heater 150. And a mouthpiece 160.
  • the housing 110 forms the body of the cartridge 100 to accommodate the base part 120, the cover part 130, and the mixing chamber 140, as well as the liquid tobacco material therein. It includes a storage space (113).
  • the storage space 113 is formed in a structure surrounding the mixing chamber 140 to be described later installed inside the housing 110 so that the amount of the liquid tobacco material stored in the storage space 113 is exposed to the outside. Through this, the user can easily check the remaining amount of the liquid tobacco material, and the liquid tobacco material supplied to the mixing chamber 140 is attracted and entered in a symmetrical structure on the front, rear, left and right horizontal planes, thereby The mixing ratio of the tobacco material is improved, and the durability of the cartridge 100 is expected by supporting an even load.
  • the cartridge 100 of the present invention has a configuration that must take into account the acceptance and flow of a fluid such as storing a liquid tobacco material therein, and receiving air from the outside, and the inflow of air and the liquid tobacco material, It is preferable that all of the remaining parts except for the part for discharging the gaseous tobacco material are provided in a closed form. Therefore, it is provided in an integrated structure to close the gaps of the above-described components 120, 130, 140 accommodated therein.
  • the base part 120 is coupled to the lower portion of the housing 110 to form the bottom of the cartridge 100, and the inlet pipe 121, the closing cap 122, the inlet 123, the base horizontal surface 124 and the furrow Includes 125.
  • the inlet pipe 121 is a cylindrical tube that extends integrally from the bottom of the base part 120 to the top and extends through the inside, and provides a straightened first inlet passage 1IR that is not bent among the air inlet paths IR. To form. At this time, the inlet pipe 121 is formed to have a width of a predetermined radius so that a large amount of air can be introduced, and as well as preventing the inflow of foreign substances, thermal deformation transmitted from the heater 150 or mechanical deformation due to physical force In order to suppress the like, a finishing cap 122 having a certain strength or more is installed to close the opening. However, in order to introduce air, an inlet 123 having a bent path is formed in the facing portion of the closing cap 122 and the inlet pipe 121 so that a small amount of air is continuously supplied to the inlet pipe 121.
  • the inlet 123 communicating with the inlet pipe 121 may be a hole formed in the closing cap 122, but not only for convenience of manufacture, but also according to the interval between the closing cap 122 and the inlet pipe 121 In order to form a flow path whose size is adjusted, it is not formed in the closing cap 122, but is formed using a gap spaced apart between the closing cap 122 and the inner circumferential surface of the inlet pipe 121.
  • the base horizontal surface 124 is to provide one surface forming a third inflow path 3IR to be described later, and is formed between the inflow pipe 121 and the mixing chamber 140, and the furrow 125 is the base
  • the spaced gap between the horizontal surface 124 and the outer circumferential surface of the inlet pipe 121 serves not only for the purpose of ensuring the convenience of manufacturing, but also as a receiving space for accommodating a liquid tobacco material flowing backward.
  • the cover part 130 is laminated and coupled to the base part 120, so that a third inflow path 3IR formed in succession with the second inflow path 2IR and the second inflow path 2IR is connected to the base part 120. As provided together, it includes a chamber binding hole 131, a cover vertical surface 132, and a cover horizontal surface 133.
  • the chamber binding hole 131 is a through hole formed in the center for coupling with the mixing chamber 140, and the cover vertical surface 132 forms a second inflow path 2IR together with the outer circumferential surface of the inflow pipe 121 described above. For this purpose, it is formed at a position facing the outer circumferential surface of the inlet pipe 121, and the cover horizontal surface 133 is also the base horizontal surface 124 to form the third inflow path 3IR together with the base horizontal surface 124 described above. It is formed in a position facing the and.
  • the second inflow path 2IR and the third inflow path 3IR are refraction paths generated by protrusion of the first inflow path 1IR, and the first inflow path 1IR is inside the mixing chamber 140.
  • the second inflow path 2IR is formed in a reverse direction
  • the third inflow path 3IR is formed in a direction transverse to the mixing chamber 140 for mixing. It is connected to the chamber 140. That is, the liquid tobacco material flowing back from the mixing chamber 140 is provided with a path through which the first inflow path 1IR forms a certain step and the second inflow path 2IR goes back, so that the inside of the mixing chamber 140 It can prevent backflow of liquid tobacco substances.
  • the mixing chamber 140 is a space in which a gaseous tobacco material vaporized by heating and vaporizing a liquid tobacco material is mixed with air to be joined.
  • the liquid mixing pipe 141 is connected to the air inlet path (IR) on one side along the longitudinal direction, and the inside of the stainless material connected to the discharge path (OR) of the gaseous tobacco material mixed with air by vaporization to the other side. It is provided in a cylindrical structure through which the mixing chamber 140 and the discharge path (OR) are integrated, so that air and gaseous tobacco materials move along the discharge path (OR), The materials can be easily mixed.
  • the liquid induction hole 142 has a plurality of through holes formed along the outer circumferential surface of the liquid mixing pipe 141 to connect the mixing chamber 140 and the storage space 113 described above.
  • the liquid induction hole 142 attracts the liquid tobacco material in the storage space 113 in a direction transverse to the traveling direction of air to the mixing chamber 140, so that the liquid tobacco material joins the flow of air. to provide. This allows the tobacco material vaporized through air to be naturally provided to the user in a state diluted with air.
  • the wick 143 is to continuously provide a liquid tobacco material to the heating coil 161 disposed inside the mixing chamber 140 to be described later, and is formed in a fiber structure and installed along the inner circumferential surface of the liquid mixing pipe 141 , The liquid tobacco material flowing from the liquid induction hole 142 is impregnated into the heating coil 161.
  • the heater 150 is provided near the liquid induction hole 141 in the mixing chamber 140 and operates with power applied from the battery 220, so that the liquid tobacco material wet with the wick 143 through the liquid induction hole 141 Vaporizes.
  • the electrode for applying power to the heating coil 151 is exposed from the base part 120 and is electrically connected to the electrode of the battery 220 in the battery container 200 as described above.
  • a flow path of air in the liquid mixing pipe 141 in which the mixing chamber 140 and the discharge path OR are integrated is formed along the longitudinal direction of the housing 110, and heating is arranged in the flow path.
  • the liquid tobacco material is attracted to the coil 151 to be vaporized.
  • the gaseous tobacco material heated and vaporized on the outer circumferential surface of the heating coil 151 is As it moves along the length, it joins the air, mixes and dilutes.
  • a mixing chamber 140 is provided between the inlet path IR and the discharge path OR, and vaporizes and flows liquid tobacco materials through air with good fluidity, thereby making a series of atomizations only by the user's suction power. The process can be carried out easily.
  • the mouthpiece 160 is coupled to the top of the main body to deliver vaporized tobacco material to the user's mouth through the mixing chamber 140.
  • the mouthpiece 160 is provided with a plurality of suction ports 161 having a path different from the discharge path OR connected to the mixing chamber 140 to provide a refracted suction path BR, and the mouthpiece 160 And a discharge seal 162 for watertight of the housing 110.
  • the air inlet path IR is formed through a bonding structure by lamination of the base part 120 and the cover part 130.
  • the first inlet path 1IR is formed in a linear shape without being refracted along the traveling direction of the air in the mixing chamber 140, thereby forming a constant step from the inlet end of the air in the mixing chamber 140.
  • the second and third inflow paths 2IR and 3IR are formed in a structure in which the flow path is refracted differently from the first inflow path 1IR, so that the first inflow path 1IR and the mixing chamber ( 140). Therefore, the first inflow path 1IR may be formed only with the base part 120, but the second and third inflow paths 2IR and 3IR are formed by assembling the base part 120 and the cover part 130. It is desirable to be.
  • the second inlet path 2IR is formed in a direction opposite to the traveling direction of the air in the mixing chamber 140, so that the flow of the liquid tobacco material is greatly restricted compared to the flow of air, thereby preventing reverse flow. have.
  • low-viscosity air can flow smoothly without significant restrictions in both the backward and forward directions, but liquid tobacco materials that are relatively viscous compared to air are greatly increased by the reverse direction of the second inlet path (2IR). It is constrained, so that the flow of air can suppress the backflow of the liquid tobacco material in a smooth state.
  • the third inflow path 3IR is formed toward the inflow end of the air of the mixing chamber 140 when the second inflow path 2IR is formed in the reverse direction, and the second inflow path 2IR It is formed in a structure with a stepwise slope from the end. This allows the liquid tobacco material leaking from the mixing chamber 140 and accumulated in the air inflow path IR to easily re-enter into the mixing chamber 140 by the suction force of the user. Accordingly, the air inflow path IR can maintain a smooth flow state again.
  • the overall structure formed by the second and third inflow paths 2IR and 3IR together is the first inflow path 1IR. It can be formed similarly to the diagonal shape connecting the end and the inlet end of the air of the mixing chamber 140, it can be formed very similar to the transmission direction of the load according to the user's suction operation. Through this, the blind spot of load transmission in the second inlet passage 2IR and the third inlet passage 3IR is largely eliminated, thereby preventing the accumulation of liquid tobacco substances in the second and third inlet passages 2IR and 3IR. It can be prevented, it is possible to easily re-enter the liquid tobacco material into the mixing chamber 140.
  • this configuration is rather a configuration that can facilitate the reverse flow of the liquid tobacco material, and the second inflow path (2IR) and the third inflow path (3IR) are connected to form a furrow 125 in the refracted part.
  • the overflow amount is accommodated in the furrow 125 to prevent the liquid tobacco material from flowing backward without significantly deviating from the diagonal shape.
  • the second and third inflow paths 2IR and 3IR are divided into a direction that goes backward and a direction toward the mixing chamber 140, that is, a transverse direction.
  • the second and third inflow paths (2IR, 3IR) are formed as one flow path to provide a continuous/stepwise inclination It is obvious that it is also within the technical idea of the present invention.
  • the diameters of the second and third inflow paths 2IR and 3IR are preferably formed to be narrower than the diameter of the mixing chamber 140.
  • the viscosity of the liquid tobacco material is a sticky material that is relatively larger than the air, and forms an arch-shaped support structure by viscous in the section where the bottleneck phenomenon occurs, so that the liquid tobacco material is transferred to the second and third inflow paths (2IR, 3IR). Can make it difficult to enter.
  • Radius change can also be provided by adding the function of suppressing backflow of liquid tobacco materials.
  • the width of the first inlet passage 1IR does not need to be formed larger than that of the second and third inlet passages 2IR and 3IR in order to prevent leakage of liquid tobacco materials, but it is necessary to increase the inflow amount of air.
  • the linear structure of the first inflow path 1IR can function as a support shaft, so that the second and third inflow paths Compared to (2IR, 3IR), the diameter needs to be formed relatively large.
  • cover part 130 is assembled as if it is stacked on the base part 120, and it is combined to surround the base part 120 so that the spaced gap generated by the coupling of the two parts (2IR, 3IR) is any one direction. Or it is desirable to have it formed on the cotton. This is because it is advantageous in terms of manufacturing and management to provide a sealing structure that intensively forms a gap on a single surface for watertightness of the cartridge 100 for receiving the fluid therein, and suppresses it.
  • such an assembling structure surrounding the base part 120 and the cover part 130 can be refracted and extended one more time to obtain a backflow prevention effect by refraction and extension of the spaced gap according to the combination of the base part 120 and the cover part 130, and further, the inflow sealing 112 It goes without saying that you can maximize the watertight effect accordingly.
  • the third inlet path 3IR is formed toward the inlet end direction of the air in the mixing chamber 140, and has a curved ring structure along the mixing chamber 140. , May be formed in a ring structure or a spiral structure to be connected to the mixing chamber 140.
  • the electronic cigarette (EC) in which the cartridge 100 of the present invention is installed is maintained in an upright state in the user's suction operation, that is, in a structure in which the cartridge 100 is positioned above the battery container 200, but when carrying the cartridge ( 100) and the battery container 200 may be in a laid-down state or an inverted state. Accordingly, it is preferable that the third inflow path 3IR is formed in a ring structure, a ring structure, or a spiral structure curved along the circumference of the mixing chamber 140 in consideration of both the standing state or the lying state.
  • the end of the third inflow path 3IR is formed in a symmetrical ring structure curved within 180° along the circumference of the mixing chamber 140, a ring structure in the range of 360°, and a spiral structure having an inclination downward to the mixing chamber ( 140).
  • the flow paths having the bent structure of the second and third inflow paths 2IR and 3IR of the present invention are formed by stacking and assembling a plurality of parts, such as the base part 120 and the cover part 130, as described above.
  • a structure in which a plurality of parts are stacked and assembled may provide an advantage of providing an air inflow path (IR) of more various shapes and structures.
  • the gaseous tobacco material vaporized in the mixing chamber 140 is moved to the mouthpiece 160 through the discharge path OR.
  • inertial impaction in the discharge path (OR) between the mixing chamber 140 and the mouthpiece 160 or the suction path (BR) between the discharge path (OR) and the inlet 161 It consists of a process in which the droplets in the gaseous tobacco material increase in size and settle by their own weight due to ⁇ ).
  • the liquid tobacco material supplied into the mixing chamber 140 and mixed with air is vaporized by the heater 150 and provided to the user through the mouthpiece 160.
  • the vaporized gaseous tobacco material contains fine droplets, and as the density of these fine droplets increases, the smell or taste of the liquid tobacco material is felt in the user's mouth, giving a severe discomfort.
  • the vaporized gaseous tobacco material is incorporated into the flow of air in a condensed mist/aerosol state and provided to the user.
  • the particles of the gaseous tobacco material in the mist/aerosol state are coagulated with each other, and are provided to the user in the form of droplets of which the size of the gaseous tobacco material is increased, so that the user feels severe discomfort.
  • droplets are generated by condensation of the liquid tobacco material by evaporation by the heating coil 161 in the mixing chamber 140, or when some of the liquid tobacco material is incorporated into the flow of air due to excessive suction power of the user. I can.
  • a section smaller than the discharge path OR and the suction path BR is formed in the center so that a section in which the radius within the discharge path OR or the suction path BR is rapidly narrowed is formed.
  • Each of the path tips 163 with the diameter discharge holes 163a are inserted into each other, so that the fine droplets collide with the protruding portion to narrow the radius and settled by their own weight, so that the fine droplets are reduced to a liquid tobacco material.
  • the amount of droplets leaking out through the mouthpiece 160 can be greatly reduced.
  • protruding protrusions 164 having a structure protruding alternately along the inner circumferential surface of the discharge path OR or the suction path BR are formed to refract each gaseous tobacco material to flow. .
  • the protrusion 164 in the bent path is formed with a through hole in the direction of travel, The flow of the material is smooth, but the flow of the fine droplets is restricted, so that the sedimentation of the droplets by its own weight can be induced.
  • fine droplets may be removed using a knitted mesh having various densities and space ratios in the discharge path OR or the suction path BR.
  • the woven mesh can be used by drawing stainless steel or plastic fiber (fIber) and processing it into a wire shape, and the lamination type of the mesh can be different.
  • a form in which wave true fibers are stacked in the same direction a form in which wave fibers are stacked alternately, which increases the porosity, reduces the non-contact area, and increases the surface area efficiency, and a spiral-wound stacking form that reduces pressure loss by 1/3.
  • the wire mesh pad 165 is a gas depending on the density of the gas and liquid, the surface tension of the liquid, the viscosity of the liquid, the specific surface area of the wire mesh, the amount of liquid introduced, and the concentration of solid suspended solids flowing together. The flow of the phase tobacco material can be determined.
  • a Zigzag baffle mist separator may be installed in the discharge path OR or the suction path BR to easily remove fine droplets.
  • the streamline of the gas will try to be in a zigzag shape, and the droplets, which are masses, will escape the streamline by inertial force and collide with the baffle and be collected do.
  • the collection efficiency of a zigzag baffle mist separator depends on the size of the mist and the geometry of the device, but in general, the droplet diameter, the droplet density, the viscosity coefficient of the gas, the spacing of the baffles in the same row, the apparent flow velocity of the gas, and the baffle It is affected by variable factors such as number of lines, baffle inclination angle, baffle width, and acceleration caused by centrifugal force.
  • the inlet 161 of the mouthpiece 160 is disposed so that the axial center is formed at a position spaced apart from the axial center of the discharge path OR, so that the suction path BR is refracted from the discharge path OR.
  • the suction path BR is refracted from the discharge path OR.
  • inertial collisions between paths and sedimentation due to their own weight are induced. By doing so, it is possible to increase the efficiency of removing droplets in the gaseous tobacco material.
  • the gaseous tobacco material that has passed through the discharge path (OR) is received, and then distributed to the plurality of intake ports 161 by the user's suction power, and guided.
  • a refractive space RS is formed.
  • the refraction space (RS) collects gaseous tobacco materials that have passed through the discharge path (OR) and provides them to a plurality of intake ports 161, so that the vortex flow by convection of the gaseous tobacco materials in the refraction space (RS) By allowing the formation to increase the probability of contact between droplets, it is possible to expect more improved droplet removal efficiency.

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Abstract

본 발명은 카트리지에 관한 것으로, 흡입구를 통해 사용자의 흡입력을 제공하는 마우스 피스; 상기 흡입력에 의해 외부 공기가 유입되어 상기 흡입구로 안내되도록, 상기 마우스 피스에 결합되어 공기의 유입경로와, 상기 유입경로와 상기 흡입구를 연결하는 배출경로를 각각 제공하며, 액체상(liquid phase) 담배용 물질의 저장 공간을 포함하는 하우징; 상기 하우징 내 유입경로와 상기 배출경로를 연결하며, 자중 또는 상기 유입된 공기의 흐름에 의해 상기 저장 공간으로부터 상기 액체상 담배용 물질이 유인되도록 하는 혼합챔버; 및 상기 유인된 액체상 담배용 물질을 가열하여 기체상(vapor phase) 담배용 물질로 기화시킴으로써, 상기 기체상 담배용 물질이 상기 유입된 공기에 혼합되도록 하는 히터를 포함하고, 상기 유입경로는, 상기 혼합챔버로 유인된 상기 액체상 담배용 물질의 역류를 방지하기 위하여, 서로 다른 방향으로 연장되는 복수 개의 유입로들을 포함하되, 상기 혼합챔버 내 공기의 진행방향에 역행하는 방향의 유입로를 적어도 하나 이상 포함하는 카트리지를 제공한다. 본 발명에 의하면, 카트리지 내 액체상 담배용 물질의 누수를 크게 경감함으로써, 전기적으로 동작하는 전자담배의 청결을 유지하여 장치의 잔고장을 방지하고 내구성 향상을 기대할 수 있다.

Description

카트리지 및 이를 구비한 전자담배
본 발명은 전자담배용 카트리지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공기의 유입경로를 조절하여 액체상(liquid phase) 담배용 물질이 공기의 유입경로로 역류하여 누수되지 않도록 하는 카트리지에 관한 것이다.
흡연은 여러 질병의 위험 인자일 뿐만 아니라, 간접 흡연으로 인한 피해를 주게 되므로, 사회적으로 규제가 강화되고 있다. 국내에서도 금연을 권장하는 다양한 정책들이 시행되고 있으며, 금연 보조를 위한 약물이나 대체제가 개발되고 있다. 담배 연기에는 니코틴 뿐만 아니라 타르, 일산화탄소 등 4,700여 가지의 유해성분이 포함되어 있다고 한다. 이러한 유해물질의 흡수를 줄이고 순수하게 니코틴만을 흡수할 수 있도록 개발된 것이 전자담배이다.
전자담배(Electronic cigarettes)는 일반적으로 니코틴, 향료(Flavors), 프로필렌글리콜(Propylene glycol), 글리세롤(Glycerol) 등의 다양한 화학물질을 포함한 액체(e-liquid)를 배터리 구동을 통해 기화시켜 흡입할 수 있도록 하는 장치이다.
일반적으로 전자담배는 액체상 담배용 물질을 저장하는 카트리지, 카트리지에 저장된 액체상 담배용 물질을 가열하여 기화시키는 기화기, 기화기에 전원을 공급하는 배터리 등으로 구성된다.
이러한 구성의 전자담배는 액체상 담배용 물질을 기화시키며, 외부 공기를 끌어들여 액체상 담배용 물질과 혼합시키는 과정이 수반된다. 이때, 액체상 담배용 물질이 외부 공기가 유입되는 경로로 역류하여 외부로 누수되던 고질적인 문제가 있었다.
본 발명은 액체상 담배용 물질이 공기의 유입경로를 통해 역류되지 않도록 하는 카트리지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 흡입구를 통해 사용자의 흡입력을 제공하는 마우스 피스; 상기 흡입력에 의해 외부 공기가 유입되어 상기 흡입구로 안내되도록, 상기 마우스 피스에 결합되어 공기의 유입경로와, 상기 유입경로와 상기 흡입구를 연결하는 배출경로를 각각 제공하며, 액체상(liquid phase) 담배용 물질의 저장 공간을 포함하는 하우징; 상기 하우징 내 유입경로와 상기 배출경로를 연결하며, 자중 또는 상기 유입된 공기의 흐름에 의해 상기 저장 공간으로부터 상기 액체상 담배용 물질이 유인되도록 하는 혼합챔버; 및 상기 유인된 액체상 담배용 물질을 가열하여 기체상(vapor phase) 담배용 물질로 기화시킴으로써, 상기 기체상 담배용 물질이 상기 유입된 공기에 혼합되도록 하는 히터를 포함하고, 상기 유입경로는, 상기 혼합챔버로 유인된 상기 액체상 담배용 물질의 역류를 방지하기 위하여, 서로 다른 방향으로 연장되는 복수 개의 유입로들을 포함하되, 상기 혼합챔버 내 공기의 진행방향에 역행하는 방향의 유입로를 적어도 하나 이상 포함하는 카트리지를 제공한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 있어서, 상기 카트리지는 전자담배에 사용될 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명은, 흡입구를 통해 사용자의 흡입력이 제공되는 마우스 피스; 상기 흡입력에 의해 외부 공기가 유입되어 상기 흡입구로 안내되도록, 상기 마우스 피스에 결합되어 공기의 유입경로와, 상기 유입경로와 상기 흡입구를 연결하는 배출경로를 각각 제공하며, 액체상(liquid phase) 담배용 물질의 저장 공간을 포함하는 하우징; 상기 하우징 내 유입경로와 상기 배출경로를 연결하며, 자중 또는 상기 유입된 공기의 흐름에 의해 상기 저장 공간으로부터 상기 액체상 담배용 물질이 유인되도록 하는 혼합챔버; 및 상기 유인된 액체상 담배용 물질을 가열하여 기체상(vapor phase) 담배용 물질로 기화시킴으로써, 상기 기체상 담배용 물질이 상기 유입된 공기에 혼합되도록 하는 히터를 포함하고, 상기 하우징의 저장 공간이 상기 혼합챔버와 상기 배출경로를 형성하는 액상 혼합관을 감싸는 구조로 형성되며, 상기 액상 혼합관에는 외주면을 따라 복수 개의 액상 유인홀들이 형성되어, 상기 저장 공간의 상기 액체상 담배용 물질이 상기 액상 유인홀들을 통해 상기 혼합챔버로 유인되도록 하며, 상기 유입경로는 상기 저장 공간의 하부에서 서로 다른 방향으로 연장형성되는 복수 개의 유입로들을 포함하고, 유입구로부터 상기 혼합챔버 내 공기의 진행 방향에 순행하는 방향으로 연장형성되는 제1 유입로; 상기 제1 유입로의 끝단으로부터 상기 혼합챔버 내 공기의 진행 방향에 역행하는 방향으로 연장형성되는 제2 유입로; 및 상기 제2 유입로의 끝단으로부터 상기 혼합챔버 내 공기의 진행방향을 가로지르는 방향으로 연장형성되어 상기 혼합챔버의 공기 유입단에 연결되는 제3 유입로를 포함하는 카트리지를 제공한다.
본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 카트리지 내 액체상 담배용 물질의 누수를 크게 경감함으로써, 전기적으로 동작하는 전자담배의 청결을 유지하여 장치의 잔고장을 방지하고 내구성 향상을 기대할 수 있다.
둘째, 카트리지 내 액체상 담배용 물질의 누수가 경감됨으로써, 사용자에게 휴대되며 사용 시 신체에 닿게 되는 전자담배의 위생적으로 사용하게 할 수 있어, 사용상의 편의를 크게 증대시킬 수 있다.
셋째, 카트리지 내 액체상 담배용 물질을 전량 누수됨 없이 사용할 수 있어, 카트리지의 사용시간을 연장시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자담배의 전체적인 외부 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 전자담배의 개략적인 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 카트리의 내부 단면이 나타나는 A-A` 방향의 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 카트리지의 세부 구성을 설명하기 위한 분해도이다.
도 5는 도 3에 도시된 카트리지의 공기의 유입과정과 관련된 구성을 나타내는 요부 확대도이다.
도 6은 도 5에 도시된 카트리지의 요부 단면도이다.
도 7은 도 2에 도시된 카트리지에 경로팁이 설치되어 액적 형태의 담배용 물질을 제거하는 구성을 나타내는 요부 확대도이다.
도 8은 도 2에 도시된 카트리지에 돌출돌기들이 설치되어 액적 형태의 담배용 물질을 제거하는 구성을 나타내는 요부 확대도이다.
도 9는 도 2에 도시된 카트리지에 와이어 메쉬 패드가 설치되어 액적 형태의 담배용 물질을 제거하는 구성을 나타내는 요부 확대도이다.
도 10은 도 2에 도시된 카트리지에 지그재그 배플이 설치되어 액적 형태의 담배용 물질을 제거하는 구성을 나타내는 요부 확대도이다.
도 11은 도 7 내지 10에 도시된 구성들과 함께 배출경로와 흡입경로가 다시 굴절되어 액적 형태의 담배용 물질을 제거하는 구성을 나타내는 요부 확대도이다.
[부호의 설명]
EC : 전자담배
100 : 카트리지
110 : 하우징 111 : 걸림홈
112 : 동작램프 113 : 저장 공간
114 : 유입실링 120 : 베이스 파트
121 : 유입관 122 : 마감캡
123 : 유입구 124 : 베이스 수평면
125 : 고랑
IR : 유입경로 ( 1IR, 2IR, 3IR : 제1, 제2, 제3 유입로 )
130 : 커버 파트 131 : 챔버 결속공
132 : 커버 수직면 133 : 커버 수평면
140 : 혼합챔버 141 : 액상 혼합관
142 : 액상 유인홀 143 : 심지(Wick)
OR : 배출경로
150 : 히터 151 : 히팅코일
160 : 마우스 피스 161 : 흡입구
162 : 배출실링 163 : 경로팁
163a : 배출공 164 : 돌출돌기
165 : 와이어 메쉬 패드 166 : 지그재그 배플
BR : 흡입경로 RS : 굴절공간
200 : 배터리 수용체
210 : 결합커버 211 : 걸림돌기
220 : 배터리 230 : 진공 감지센서
도 1 및 도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자담배(EC)가 도시되어 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 전자담배(EC)는 크게 카트리지(100) 및 배터리 수용체(200)를 포함한다.
카트리지(100)는 내부에 액체상(liquid phase) 담배용 물질과 히터(150)을 내장하여, 상기 히터(150)을 통해 액체상 담배용 물질을 가열 및 기화시킴으로써, 기화된 기체상(vapor phase) 담배용 물질이 종래의 담배연기를 대신하게 한다. 그리고, 배터리 수용체(200)는 내부에 배터리(220)를 수용하여 카트리지(100)의 히터(150)에 전원을 공급함은 물론, 탈착되어 교체되는 카트리지(100)를 고정하여 지지하는 지지수단으로서의 역할을 수행하게 한다.
여기서, 카트리지(100)에는 히터(150)의 전극이 카트리지(100)의 저면을 통해 노출되며, 배터리 수용체(200)의 결합커버(210) 내 노출되는 배터리(220)의 전극과 전기적으로 연결된다. 또한 카트리지(100)의 외주면에 걸림홈(111)이 형성되고, 결합커버(210)의 내주면에 걸림돌기(211)가 상기 걸림홈(111)에 대응되게 형성되어 상호 걸림 또는 끼움 결합됨으로써, 상기 카트리지(100)가 배터리 수용체(200)에 기계적으로 결합된다.
카트리지(100)가 배터리 수용체(200) 내부에 결합되면, 아래와 같은 과정을 통해 액체상 담배용 물질을 기화시켜 사용자에 제공한다.
카트리지(100)가 결합커버(210)에 결합되면 진공 감지센서(230)가 슬리핑 모드로 전환되어 대기하며, 사용자가 마우스 피스(160)을 통해 흡입력을 전달하면 카트리지(100)와 배터리 수용체(200) 사이 공간의 공기가 카트리지(100) 내부로 유입되어, 상기 카트리지(100)와 배터리 수용체(200) 사이의 공간은 압력저하(진공)가 발생한다.
이때, 진공 감지센서(230)가 카트리지(100)와 배터리 수용체(200) 사이 공간의 압력저하 상태를 감지하면, 앞선 슬리핑 모드가 동작 모드로 전환되어 진공 감지센서(230)가 히터(150)에 전원을 공급하여 발열되도록 한다. 히터(150)의 발열에 의해 액체상 담배용 물질은 기화되어 기체상 담배용 물질 상태로 사용자의 흡입력에 의해 마우스 피스(160)를 거쳐 사용자에게 제공됨으로써, 기존의 담배연기를 대신한다.
한편, 압력이 저하된 카트리지(100)와 배터리 수용체(200) 사이의 공간에는 카트리지(100)와 결합커버(210) 사이의 틈새 또는 배터리 수용체(200) 내 틈새를 통해 새로운 공기가 유입되어 채워지게 된다.
아울러, 이러한 본 발명의 전자담배(EC)의 작동 과정은 배터리 수용체(200)의 외주면에 노출된 동작램프(112)를 통해 사용자가 용이하게 인지할 수 있고, 도면에 도시되지는 않았으나 배터리 수용체(200)의 하부에 USB용 충전단자가 설치되어 상기 배터리(220)를 충전할 수 있다.
도 3 내지 도 6에는 상기 전자담배(EC) 중 카트리지(100)의 구성이 도시되어 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 이러한 전자담배(EC)에 사용되는 카트리지(100)는 하우징(110), 베이스 파트(120), 커버 파트(130), 혼합챔버(140), 히터(150) 및 마우스 피스(160)를 포함한다.
하우징(110)은 카트리지(100)의 본체를 형성하여 상술한 베이스 파트(120), 커버 파트(130) 및 혼합 챔버(140)를 수용함은 물론, 내부에 액체상 담배용 물질을 수용할 수 있는 저장 공간(113)을 포함한다. 여기서, 저장 공간(113)은 하우징(110) 내부에 설치되는 후술될 혼합챔버(140)를 감싸는 구조로 형성되어 저장 공간(113)에 저장된 액체상 담배용 물질의 수용량이 외부로 노출된다. 이를 통해, 사용자가 액체상 담배용 물질의 남은 잔량을 용이하게 확인할 수 있게 하고, 혼합챔버(140)로 공급되는 액체상 담배용 물질이 전후좌우 수평면 상에서 대칭된 구조로 유인되어 진입됨으로써, 공기와 기체상 담배용 물질의 혼합비율을 향상시키고, 균등한 하중을 지지하여 카트리지(100)의 내구성을 기대하게 한다.
아울러, 본 발명의 카트리지(100)는 내부에 액체상 담배용 물질을 저장하고, 외부로부터 공기를 유입 받는 등의 유체의 수용과 유동을 고려하여야만 하는 구성으로, 공기와 액체상 담배용 물질의 유입과, 기체상 담배용 물질의 배출을 위한 부분을 제외한 나머지 부분은 모두 폐쇄된 형태로 마련되는 것이 바람직하다. 따라서, 내부에 수용된 상술한 구성들(120, 130, 140)의 틈새들을 마감할 수 있도록 일체화된 구조로 마련된다.
베이스 파트(120)는 상기 하우징(110)의 하부에 결합되어 카트리지(100)의 저면을 형성하며, 유입관(121), 마감캡(122), 유입구(123), 베이스 수평면(124) 및 고랑(125)을 포함한다.
유입관(121)은 베이스 파트(120)의 저면으로부터 상부로 일체화되어 연장 형성되는 내부가 관통된 원통형 튜브로, 공기의 유입경로(IR) 중 굴절됨 없는 직선화된 제1 유입로(1IR)를 형성한다. 이때, 유입관(121)은 다량의 공기가 유입될 수 있도록 소정 반경의 폭을 갖도록 형성되며, 이물질의 유입을 방지함은 물론, 히터(150)로부터 전달되는 열적변형 또는 물리력에 의한 기계적인 변형 등을 억제하기 위하여, 일정 강도 이상의 마감캡(122)이 설치되어 개구부를 마감한다. 다만, 공기의 유입을 위해 마감캡(122)과 유입관(121)의 대면 부분에는 굴절된 경로를 갖는 유입구(123)가 형성되어 소량의 공기가 지속적으로 유입관(121)에 공급되게 한다.
여기서, 유입관(121)과 연통되는 유입구(123)는 마감캡(122)에 형성되는 홀일 수 있겠으나, 제작의 편의는 물론, 마감캡(122)과 유입관(121)의 간격에 따라 그 크기가 조절되는 유로를 형성하기 위하여, 마감캡(122)에 형성되는 것이 아니라 마감캡(122)과 유입관(121) 내주면의 이격된 틈새를 이용하여 형성되도록 한다.
또한, 베이스 수평면(124)은 후술될 제3 유입로(3IR)를 형성하는 일면을 제공하기 위한 것으로, 유입관(121)과 혼합챔버(140) 사이에 형성되며, 고랑(125)은 상기 베이스 수평면(124)과 유입관(121)의 외주면 사이의 이격된 틈새로 제작의 편의성을 보장하기 위한 목적은 물론, 역류되는 액체상 담배용 물질을 수용하는 수용공간으로서의 역할을 수행한다.
커버 파트(130)는 베이스 파트(120)에 적층결합됨으로써, 제2 유입로(2IR)과 제2 유입로(2IR)와 연달아 형성되는 제3 유입로(3IR)를 상기 베이스 파트(120)와 함께 제공하는 것으로, 챔버 결속공(131), 커버 수직면(132) 및 커버 수평면(133)을 포함한다.
챔버 결속공(131)은 혼합챔버(140)와의 결합을 위해 중심에 형성된 관통공이며, 커버 수직면(132)은 상술한 유입관(121)의 외주면과 함께 제2 유입로(2IR)를 형성하기 위해, 유입관(121)의 외주면과 마주보는 위치에 형성되고, 커버 수평면(133)은 역시 상술한 베이스 수평면(124)과 함께 제3 유입로(3IR)을 형성하기 위해, 베이스 수평면(124)과 마주보는 위치에 형성된다.
여기서, 제2 유입로(2IR) 및 제3 유입로(3IR)는 제1 유입로(1IR)의 돌출에 의해 생성된 굴절 경로로서, 제1 유입로(1IR)가 상기 혼합챔버(140) 내 공기의 진행 방향을 순행하는 방향으로 형성될 때, 제2 유입로(2IR)는 역행하는 방향으로 형성되고, 제3 유입로(3IR)는 혼합챔버(140)를 향해 가로지르는 방향으로 형성되어 혼합챔버(140)에 연결된다. 즉, 혼합챔버(140)에서 역류되는 액체상 담배용 물질은 제1 유입로(1IR)가 일정 단턱을 형성하고, 제2 유입로(2IR)가 거슬러 올라가는 경로를 제공함으로써, 혼합챔버(140) 내 액체상 담배용 물질의 역류를 방지할 수 있다.
이러한, 유입경로(IR)의 굴절을 이용한 액체상 담배용 물질의 역류를 방지하는 과정은 후술될 도 5 및 도 6에 다시 상세히 설명하기로 한다.
혼합챔버(140)는 액체상 담배용 물질을 가열하여 기화시킴으로써 기화된 기체상 담배용 물질이 공기에 혼합되어 합류되게 하는 공간으로, 액상 혼합관(141), 액상 유인홀(142) 및 심지(143)를 포함한다.
액상 혼합관(141)은 길이방향을 따라 일측에 공기의 유입경로(IR)와 연결되고, 타측으로 기화되어 공기와 혼합된 기체상 담배용 물질의 배출경로(OR)와 연결된 스테인레스 재질의 내부가 관통된 원통형 구조로 마련되며, 혼합챔버(140)와 배출경로(OR)가 일체화된 구조를 제공하여 공기와 기체상 담배용 물질이 배출경로(OR)를 따라 이동함으로써, 공기와 기체상 담배용 물질이 용이하게 혼합되도록 할 수 있다.
액상 유인홀(142)은 복수개의 관통홀이 액상 혼합관(141)의 외주면을 따라 형성되어 혼합챔버(140)와 상술한 저장 공간(113)을 연결한다. 이러한 액상 유인홀(142)은 저장 공간(113)의 액체상 담배용 물질을 혼합챔버(140)에 공기의 진행방향을 가로지르는 방향으로 유인시켜, 공기의 흐름에 액체상 담배용 물질이 합류되는 구조를 제공한다. 이는 공기를 매개로 하여 기화된 담배용 물질이 공기에 희석된 상태로 사용자에게 자연스레 제공될 수 있게 한다.
심지(143)는 액체상 담배용 물질을 후술될 혼합챔버(140) 내부에 배치된 히팅코일(161)에 지속적으로 제공하게 하는 것으로, 섬유 구조로 형성되어 액상 혼합관(141) 내주면을 따라 설치됨으로써, 액상 유인홀(142)로부터 유입되는 액체상 담배용 물질을 내부에 스며들게 하여 히팅코일(161)에 제공한다.
히터(150)는 혼합챔버(140) 내 액상 유인홀(141) 부근에 마련되어 배터리(220)로부터 인가된 전원으로 동작하여, 액상 유인홀(141)을 통해 심지(143)에 젖은 액체상 담배용 물질을 기화시킨다. 이때, 히팅코일(151)에 전원을 인가하는 전극은 상술한 바와 같이, 베이스 파트(120)로부터 노출되어 배터리 수용체(200) 내 배터리(220)의 전극과 전기적으로 연결된다.
본 카트리지의 무화과정은 혼합챔버(140)와 배출경로(OR)가 일체화된 액상 혼합관(141) 내 공기의 유동경로를 하우징(110)의 길이방향을 따라 형성하고, 그 유동경로 내 배치된 히팅코일(151)에 액체상 담배용 물질을 유인하여 기화되도록 한다. 이후, 내부가 관통된 원통 형상의 히팅코일(151)의 중심으로 공기의 흐름이 형성될 때, 히팅코일(151)의 외주면에서 가열되어 기화된 기체상 담배용 물질이 액상 혼합관(141)의 길이방향을 따라 이동하면서 공기에 합류되어 혼합 및 희석된다.
이와 같이, 유입경로(IR)와 배출경로(OR) 사이에 혼합챔버(140)를 마련하여, 유동성이 좋은 공기를 매개로 액체상 담배용 물질을 기화시켜 유동하게 함으로써, 사용자의 흡입력만으로 일련의 무화과정을 손쉽게 실시할 수 있다.
마우스 피스(160)는 본체 상단에 결합되어 혼합챔버(140)를 통해 기화된 기체상 담배용 물질을 사용자의 입으로 전달되게 한다. 이러한, 마우스 피스(160)는 혼합챔버(140)와 연결된 배출경로(OR)와는 다른 경로를 갖는 복수개의 흡입구(161)가 형성되어 굴절된 흡입경로(BR)를 제공하며, 마우스 피스(160)와 하우징(110)의 수밀을 위한 배출실링(162)를 포함한다.
이 역시, 흡입구(161)를 통해 배출경로(OR) 내 이물질이 인입되는 것을 방지함은 물론, 기체상 담배용 물질이 곧바로 사용자의 입안으로 흡입되는 것이 아니라, 유로의 벽면에 부딪힌 상태에서 굴절되어 사용자에게 전달되게 하기 위함이다. 유체는 벽면을 타고 흐르는 성질이 있으므로, 공기 내 액적(droplet, 液滴) 형태의 담배용 물질은 흡입구(161) 주변의 벽에 부딪혀 다른 액적과 합쳐지게 되며, 합쳐질수록 액적의 크기가 점점 커져 공기의 흐름에서 이탈 및 중력에 의해 침강하게 되므로, 이러한 구성을 통해 액적 상태의 담배용 물질을 제거한 후 사용자에게 제공할 수 있다.
이러한, 마우스 피스(160)과 관련하여 액적을 제거하는 과정은 후술될 도 7 내지 도 11에서 다시 상세히 설명하기로 한다.
아래에서는, 혼합챔버(140)로 유입되는 공기의 유입경로(IR)를 따라 역류하는 액체상 담배용 물질의 역류를 방지하는 기술에 대해 설명한다.
도 5 및 6을 참조하면, 공기의 유입경로(IR)는 상술한 바와 같이, 베이스 파트(120)와 커버 파트(130)의 적층에 의한 결합구조를 통해 형성된다.
베이스 파트(120)에는 제1 유입로(1IR)가 혼합챔버(140) 내 공기의 진행 방향을 따라 굴절됨 없이 직선형으로 형성되어, 혼합챔버(140)의 공기의 유입단과 일정한 단차를 형성한다. 이때, 제2 및 제3 유입로(2IR, 3IR)는 제1 유입로(1IR)와 다르게 유로가 굴절되는 구조로 형성되어, 상술한 일정 단차가 형성된 제1 유입로(1IR)와 혼합챔버(140)를 연결한다. 따라서, 제1 유입로(1IR)는 베이스 파트(120)만으로도 형성될 수 있으나, 제2 및 제3 유입로(2IR, 3IR)는 베이스 파트(120)와 커버 파트(130)의 조립에 의해 형성되는 것이 바람직하다.
이때, 제2 유입로(2IR)는 혼합챔버(140) 내 공기의 진행 방향을 역행하는 방향으로 형성되도록 하여, 공기의 유동에 비해 액체상 담배용 물질의 유동은 크게 제약함으로써, 역류를 방지할 수 있다. 다시 말해, 점성이 낮은 공기는 역행하는 방향이나 순행하는 방향 모두 큰 제약 없이 원활한 유동이 가능하나, 공기에 비해 비교적 점성이 큰 액체상 담배용 물질은 제2 유입로(2IR)의 역행 방향에 의해 크게 제약되어, 공기의 유동은 원활한 상태에서 액체상 담배용 물질의 역류를 억제할 수 있다.
한편, 제3 유입로(3IR)는 제2 유입로(2IR)가 상기 역행하는 방향으로 형성될 때, 혼합챔버(140)의 공기의 유입단을 향해 형성되며, 제2 유입로(2IR)의 끝단으로부터 단계적인 경사를 갖는 구조로 형성된다. 이는, 혼합챔버(140)에서 누수되어 공기의 유입경로(IR) 내에 고여 있는 액체상 담배용 물질이 사용자의 흡입력에 의해 혼합챔버(140) 내로 손쉽게 재진입하게 할 수 있다. 이에, 공기의 유입경로(IR)는 다시 유동이 원활한 상태를 유지할 수 있다.
나아가, 제3 유입로(3IR)가 혼합챔버(140)의 공기의 유입단과 연결될 때, 제2 및 제3 유입로(2IR, 3IR)가 함께 형성하는 전체적인 구조는 제1 유입로(1IR)의 끝단과 혼합챔버(140)의 공기의 유입단을 잇는 사선형태와 유사하게 형성될 수 있어, 사용자의 흡입 동작에 따른 하중의 전달 방향과 매우 유사하게 형성할 수 있다. 이를 통해, 제2 유입로(2IR) 및 제3 유입로(3IR) 내의 하중 전달의 사각지대를 크게 제거하여, 제2 및 제3 유입로(2IR, 3IR) 내에 액체상 담배용 물질의 고임 현상을 방지할 수 있어, 액체상 담배용 물질을 혼합챔버(140) 내로 손쉽게 재진입시킬 수 있다.
다만, 이러한 구성은 오히려 액체상 담배용 물질의 역류를 용이하게 할 수 있는 구성이기도 하여, 제2 유입로(2IR)와 제3 유입로(3IR)가 연결되어 굴절되는 부분에 고랑(125)을 형성하여 역류하는 액체상 담배용 물질의 양이 많아지면, 넘치는 양만큼은 고랑(125)에 수용하게 하여 사선 형태를 크게 벗어나지 않으면서도 액체상 담배용 물질의 역류 현상을 방지할 수 있다.
첨언하여, 본 발명의 일 실시예에서는 제2 및 제3 유입로(2IR, 3IR)를 상술한 바와 같이, 각각 역행하는 방향과 혼합챔버(140)를 향한 방향 즉, 가로지르는 방향으로 나누어 연속적이거나 단계적 경사를 제공하는 구조를 상정하여 도시하고 설명하였으나, 이는 하나의 실시예에 불과하며, 제2 및 제3 유입로(2IR, 3IR)는 하나의 유로로 형성되어 연속적/단계적 경사를 제공하는 것 역시 본 발명의 기술적 사상 내에 있음은 자명하다.
한편, 제2 및 제3 유입로(2IR, 3IR)의 직경은 혼합챔버(140)의 직경보다 좁게 형성되는 것이 바람직하다. 액체상 담배용 물질의 점성은 공기에 비해 비교적 큰 끈적한 물질로 병목현상이 일어나는 구간에서 점성에 의한 아치 형태의 지지구조를 형성함으로써, 액체상 담배용 물질이 제2 및 제3 유입로(2IR, 3IR)로 진입되기 어렵게 할 수 있다.
이를 통해, 앞서 설명한 제1 유입로(1IR)가 형성하는 단차, 즉, 역행 방향으로 형성되는 제2 유입로(2IR)에 의한 역류 억제 기능과 더불어, 제2 및 제3 유입로(2IR, 3IR)의 반경 변화 역시 액체상 담배용 물질의 역류 억제 기능을 부가하여 제공할 수 있다.
첨언하면, 제1 유입로(1IR)의 폭은 액체상 담배용 물질의 누수 방지를 위해, 제2 및 제3 유입로(2IR, 3IR)에 비해 크게 형성될 필요는 없겠으나, 공기의 유입량을 늘리는 목적 또는 베이스 파트(120)와 커버 파트(130)의 결합에 따른 굴절 구조 속에서, 제1 유입로(1IR)의 직선형 구조는 지지축으로서의 기능을 수행할 수 있어, 제2 및 제3 유입로(2IR, 3IR)에 비해 비교적 직경이 크게 형성될 필요가 있다.
더불어, 커버 파트(130)는 베이스 파트(120)에 적층되듯 조립되되, 베이스 파트(120)를 감싸듯이 결합되어 두 파트(2IR, 3IR)의 결합에 의해 발생되는 이격된 틈새가 어느 하나의 방향 또는 면에 형성되게 하는 것이 바람직하다. 이는, 내부에 유체를 수용하는 카트리지(100)의 수밀을 위해 단일한 면에 집중적으로 틈새가 형성되게 하고, 이를 억제하는 실링구조를 제공하는 것이 제조 및 관리 차원에서 유리함이 있기 때문이다.
아울러, 이러한 감싸는 조립구조는 베이스 파트(120)와 커버 파트(130)의 결합에 따른 이격된 틈새를 한 번 더 굴절 및 연장시켜 역류 방지 효과를 얻을 수 있고, 나아가, 유입실링(112)를 끼워 넣어 그에 따른 수밀 효과를 극대화할 수 있음은 물론이다.
한편, 도면에는 도시하지 않았으나, 본 발명의 다른 실시예에서는 제3 유입로(3IR)는 혼합챔버(140) 내 공기의 유입단 방향을 향하게 형성되되, 혼합챔버(140)를 따라 만곡된 고리 구조, 링 구조 또는 나선형 구조로 형성되어 혼합챔버(140)와 연결될 수 있다.
본 발명의 카트리지(100)가 설치되는 전자담배(EC)는 사용자의 흡입 동작에서는 기립된 상태 즉, 카트리지(100)가 배터리 수용체(200)의 상부에 위치하는 구조로 유지되나, 휴대 시 카트리지(100)와 배터리 수용체(200)는 눕혀진 상태 또는 뒤집힌 상태일 수 있다. 따라서, 제3 유입로(3IR)는 기립된 상태 또는 눕혀진 상태를 모두 감안하여, 혼합챔버(140)의 둘레를 따라 만곡되는 고리 구조, 링 구조, 나선형 구조로 형성되는 것이 바람직하다.
구체적으로, 제3 유입로(3IR)의 끝단은 혼합챔버(140)의 둘레를 따라 180° 이내로 만곡된 대칭형 고리 구조, 360° 범위 링 구조, 하부로 경사를 갖는 나선형 구조로 형성되어 혼합챔버(140)와 연결될 수 있다.
본 발명의 제2 및 제3 유입로(2IR, 3IR)의 굴절된 구조를 갖는 유로들은 베이스 파트(120) 및 커버 파트(130)와 같이 복수 개의 파트를 적층 조립하여 형성되는 구조로, 상술한 바와 같이, 복수 개의 파트를 적층하여 조립하는 구조는 보다 다양한 형상 및 구조의 공기 유입경로(IR)를 제공할 수 있는 이점을 제공할 수 있다.
이하에서는, 혼합챔버(140)에서 기화된 기체상 담배용 물질의 배출과정에서 액적 상태의 담배용 물질(이하, ‘액적’이라 함)을 제거하는 과정에 대해 설명한다.
도 7 내지 도 11을 참조하면, 본 발명의 기체상 담배용 물질의 배출과정은 혼합챔버(140)에서 기화된 기체상 담배용 물질이 배출경로(OR)를 지나 마우스 피스(160)로 이동되어 사용자에게 제공될 때, 혼합챔버(140)와 마우스 피스(160) 사이의 배출경로(OR) 또는 배출경로(OR)와 흡입구(161) 사이의 흡입경로(BR)에서 관성충돌(Inertial impaction, 慣性衝突)에 의해 기체상 담배용 물질 내 액적이 크기가 커져 자중에 의해 침강하는 과정으로 이루어진다.
구체적으로, 혼합챔버(140) 내 공급되어 공기와 혼합된 액체상 담배용 물질은 히터(150)에 의해 기화되어 마우스 피스(160)을 통해 사용자에게 제공된다. 이때, 기화된 기체상 담배용 물질은 미세한 액적들을 포함하고 있으며, 이러한 미세 액적들은 그 밀도가 높아질수록 사용자의 입에 액체상 담배용 물질의 냄새나 맛이 느껴지게 되어 심한 불쾌감을 준다.
여기서, 미세한 액적들의 설명을 약술하면, 기화된 기체상 담배용 물질은 응축된 상태의 미스트(mist)/에어로졸(aerosol) 상태로 공기의 흐름에 편입되어 사용자에게 제공된다. 그러나, 일부의 기화된 기체상 담배용 물질은 상기 미스트/에어로졸 상태의 기체상 담배용 물질의 입자들이 상호 응집되어, 그 크기가 커진 액적 상태로 사용자에게 제공됨으로써 사용자가 심한 불쾌감을 느끼게 된다.
이러한, 액적들은 혼합챔버(140)에서 히팅코일(161)에 의해 액체상 담배용 물질이 증발에 의해 응축되어 발생하거나, 사용자의 과도한 흡입력에 의하여 액체상 담배용 물질 중 일부가 공기의 흐름에 편입되어 발생할 수 있다.
따라서, 기체상 담배용 물질 내 미세 액적을 제거하기 위하여, 본 발명의 실시예에서는 관성충돌을 유도하여 자중에 의해 침강되는 구성들을 상정하여 설명한다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예로 배출경로(OR) 또는 흡입경로(BR) 내 반경이 급격히 좁혀지는 구간이 형성되도록, 중심에 배출경로(OR)와 흡입경로(BR) 보다 작은 직경의 배출공(163a)이 형성된 경로팁(163)을 각각 끼움결합되게 하여, 반경을 좁히기 위해 돌출된 부분에 미세 액적들이 충돌하여 자중에 의해 침강됨으로써, 미세 액적이 다시 액체상 담배용 물질로 환원되게 함은 물론, 마우스 피스(160)을 통해 새어 나오는 액적의 양을 크게 저감할 수 있다.
도 8을 참조하면, 다른 실시예로 배출경로(OR) 또는 흡입경로(BR)의 내주면을 따라 엇갈리게 돌출된 구조의 돌출돌기(164)들이 형성되어, 각 기체상 담배용 물질을 굴절시켜 유동시킨다. 이러한 경로의 굴절과 연장을 통해 액적들의 상호 접촉 확률을 높이고, 관벽을 확장시켜 관벽에 충돌하는 액적의 양을 늘림으로써, 기체상 담배용 물질에 포함된 미세 액적을 충분히 제거할 수 있다.
다만, 경로가 굴절되면 될수록 경로가 연장됨은 물론, 흡입력의 전달이 용이하지 않아 압력의 손실이 발생할 수 있어, 굴절된 경로 내 돌출돌기(164)에는 진행 방향으로 관통공이 형성되어, 기체상 담배용 물질의 유동은 원활하되 미세 액적들의 유동은 제약하여 액적의 자중에 의한 침강을 유도할 수 있다.
도 9를 참조하면, 또 다른 실시예로 배출경로(OR) 또는 흡입경로(BR)에 다양한 밀도와 공간율을 갖는 직조된 메쉬(Knitted mesh)를 사용하여 미세 액적을 제거할 수 있다.
직조된 메쉬는 스테인레스 강이나 플라스틱 섬유(fIber)를 인발하여 선재(wire) 형태로 가공하여 사용할 수 있으며, 메쉬의 적층 형식을 달리 할 수 있다. 예를 들어, Wave 진 섬유를 동 방향으로 적층한 형식, 공극율을 증가시키며 비접촉 면적을 감소시키고 표면적 효율을 높이는 Wave 섬유를 교차로 적층한 형식 및 압력손실을 1/3로 감소시키는 나선형 감김 적층 형식이 사용될 수 있다. 이러한, 와이어 메쉬(Wire mesh) 패드(165)는 가스와 액의 밀도, 액의 표면 장력, 액의 점성, 와이어 메쉬의 비표면적, 유입되는 액의 량, 함께 유입되는 고체 부유물의 농도 등에 따라 기체상 담배용 물질의 흐름이 결정될 수 있다.
도 10을 참조하면, 또 다른 실시예로 배출경로(OR) 또는 흡입경로(BR)에 지그재그 배플 미스트 세퍼레이터(Zigzag baffle mist separator)를 설치하여 미세 액적을 용이하게 제거할 수 있다.
액적을 포함한 기체상 담배용 물질의 흐름이 지그재그 배플(166)로 유입된다면 가스의 유선은 지그재그 형태로 되려고 할 것이고, 질량체인 액적은 관성력에 의해 유선을 벗어나게 되어 배플(Baffle)에 충돌, 포집되게 된다. 지그재그 배플 미스트 세퍼레이터의 포집효율은 미스트의 크기와 장치의 기하학적 형상에 따라 달라지지만 일반적인 경우, 액적경, 액적의 밀도, 가스의 점성계수, 같은 줄에 있는 baffle의 간격, 가스의 겉보기 유속, baffle의 줄수, baffle의 경사각, baffle의 폭, 원심력에 의해 발생되는 가속도 등의 변수 요인의 영향을 받는다.
지그재그 배플(166)과 와이어 메쉬 패드(165)의 세부적인 구성은 이미 공지된 바와 크게 다르지 않아 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 11을 참조하면, 마우스 피스(160)의 흡입구(161)는 배출경로(OR)의 축중심과 이격된 위치에 축중심이 형성되도록 배치되어 흡입경로(BR)가 배출경로(OR)로부터 굴절되게 형성되도록 하여, 상술한 경로팁(163), 돌출돌기(164), 와이어 매쉬 패드(165) 및 지그재그 배플(166)의 구성과 별개로 경로들 사이에서의 관성충돌과 자중에 의한 침강을 유도함으로써, 기체상 담배용 물질 내 액적의 제거 효율을 높일 수 있다.
아울러, 배출경로(OR)와 흡입경로(BR) 사이에는 배출경로(OR)를 지난 기체상 담배용 물질을 수용한 후, 사용자의 흡입력에 의해 복수개의 흡입구(161)들로 각각 배분하여 안내하는 굴절공간(RS)이 형성된다. 이러한, 굴절공간(RS)은 배출경로(OR)를 지난 기체상 담배용 물질들을 한데 모아 복수개의 흡입구(161)에 제공함으로써, 굴절공간(RS) 내 기체상 담배용 물질의 대류에 의한 와류 유동이 형성되게 하여 액적 간 접촉 확률을 증가시켜 보다 증진된 액적 제거 효율을 기대하게 할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 흡입구를 통해 사용자의 흡입력을 제공하는 마우스 피스;
    상기 흡입력에 의해 외부 공기가 유입되어 상기 흡입구로 안내되도록, 상기 마우스 피스에 결합되어 공기의 유입경로와, 상기 유입경로와 상기 흡입구를 연결하는 배출경로를 각각 제공하며, 액체상(liquid phase) 담배용 물질의 저장 공간을 포함하는 하우징;
    상기 하우징 내 유입경로와 상기 배출경로를 연결하며, 자중 또는 상기 유입된 공기의 흐름에 의해 상기 저장 공간으로부터 상기 액체상 담배용 물질이 유인되도록 하는 혼합챔버; 및
    상기 유인된 액체상 담배용 물질을 가열하여 기체상(vapor phase) 담배용 물질로 기화시킴으로써, 상기 기체상 담배용 물질이 상기 유입된 공기에 혼합되도록 하는 히터를 포함하고,
    상기 유입경로는,
    상기 혼합챔버로 유인된 상기 액체상 담배용 물질의 역류를 방지하기 위하여, 서로 다른 방향으로 연장되는 복수 개의 유입로들을 포함하되, 상기 혼합챔버 내 공기의 진행방향에 역행하는 방향의 유입로를 적어도 하나 이상 포함하는 카트리지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 역행하는 방향의 유입로의 시작단과 상기 마우스 피스와의 거리가 상기 혼합챔버의 공기 유입단과 상기 마우스 피스와의 거리보다 짧게 형성되는 카트리지.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 유입경로는,
    상기 혼합챔버 내 공기의 진행 방향을 가로지르는 방향으로 상기 혼합챔버 둘레를 따라 만곡되는 유입로를 하나 이상 포함하는 카트리지.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 유입경로는,
    상기 하우징 내 베이스 파트와 커버 파트의 적층된 조립에 의해 형성되는 카트리지.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 커버 파트가 상기 베이스 파트를 감싸는 구조로 결합되어, 상기 두 파트의 결합에 따른 이격된 틈새들이 상기 하우징의 동일면에 노출되는 카트리지.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 유입경로는,
    직경이 상기 혼합챔버의 직경보다 좁게 형성되어 상기 직경의 차이에 의해 상기 유입되는 공기의 점성보다 높은 점성의 액체상 담배용 물질이 상기 혼합챔버에서 병목화(bottleneck) 되도록 하는 카트리지.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 베이스 파트는,
    공기의 유입구로부터 상기 혼합챔버 내 공기의 진행 방향에 순행하는 방향으로 형성되는 유입로를 포함하며, 상기 유입경로가 변형 또는 수축되지 않도록, 상기 유입구에 끼워져 상기 유입경로를 마감하는 마감캡을 더 포함하는 카트리지.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 히터는,
    사용자의 흡입 동작에 따라 작동되고, 상기 흡입력에 비례하여 발열량이 조절되는 카트리지.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 혼합챔버는,
    내부에 히터가 배치된 상태로 상기 저장 공간의 중심에 배치되며, 상기 액체상 담배용 물질이 자중에 의해 유입되도록, 상기 저장 공간의 하단부와 연결된 액상 유입홀이 축 중심을 따라 대칭되게 복수 개로 형성되는 카트리지.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 배출경로 또는 상기 배출경로와 상기 흡입구를 연결하는 흡입경로에 설치되어, 상기 기체상 담배용 물질에 포함된 액적(droplet)들이 상기 흡입구를 통해 배출되지 않도록 상기 액적들을 포집하는 액적 제거장치를 포함하는 카트리지.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 액적 제거장치는,
    상기 배출경로 또는 상기 흡입경로의 내주면을 따라 상호 엇갈리게 돌출되어, 상기 배출경로 또는 상기 흡입경로를 굴절시키는 돌출돌기들을 포함하는 카트리지.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 액적 제거장치는,
    와이어 메쉬(Wire Mesh) 패드와 지그재그 배플(Zigzag baffle) 중 어느 하나를 포함하는 카트리지.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 마우스 피스는,
    상기 흡입구의 축중심이 상기 배출경로의 축중심과 이격된 위치에 형성되도록 배치되어 상기 흡입경로가 상기 배출경로로부터 굴절되도록 하며, 상기 배출경로로부터 배출된 상기 기체상 담배용 물질을 수용한 후, 복수 개의 상기 흡입구들을 각각 배분하여 안내하는 굴절공간을 포함하는 카트리지.
  14. 청구항 1에 따른 카트리지를 포함하는 전자담배.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 카트리지는,
    상기 히터와 전기적으로 연결된 배터리를 수용하는 배터리 수용체에 탈착되어 교체되는 전자담배.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 카트리지와 상기 배터리 수용체 사이의 압력 변화를 측정하여 사용자의 흡입 동작과 상기 흡입력의 크기를 감지하는 진공 감지센서를 더 포함하는 전자담배.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 하우징의 외주면에는 걸림홈이 형성되고, 상기 카트리지가 끼워지는 상기 배터리 수용체의 내주면에는 상기 걸림홈에 대응되는 걸림돌기가 형성되어, 상기 걸림홈과 상기 걸림돌기의 걸림결합에 의해 상기 카트리지가 상기 배터리 수용체에 결합되는 전자담배.
  18. 흡입구를 통해 사용자의 흡입력이 제공되는 마우스 피스;
    상기 흡입력에 의해 외부 공기가 유입되어 상기 흡입구로 안내되도록, 상기 마우스 피스에 결합되어 공기의 유입경로와, 상기 유입경로와 상기 흡입구를 연결하는 배출경로를 각각 제공하며, 액체상(liquid phase) 담배용 물질의 저장 공간을 포함하는 하우징;
    상기 하우징 내 유입경로와 상기 배출경로를 연결하며, 자중 또는 상기 유입된 공기의 흐름에 의해 상기 저장 공간으로부터 상기 액체상 담배용 물질이 유인되도록 하는 혼합챔버; 및
    상기 유인된 액체상 담배용 물질을 가열하여 기체상(vapor phase) 담배용 물질로 기화시킴으로써, 상기 기체상 담배용 물질이 상기 유입된 공기에 혼합되도록 하는 히터를 포함하고,
    상기 하우징의 저장 공간이 상기 혼합챔버와 상기 배출경로를 형성하는 액상 혼합관을 감싸는 구조로 형성되며, 상기 액상 혼합관에는 외주면을 따라 복수 개의 액상 유인홀들이 형성되어, 상기 저장 공간의 상기 액체상 담배용 물질이 상기 액상 유인홀들을 통해 상기 혼합챔버로 유인되도록 하며,
    상기 유입경로는 상기 저장 공간의 하부에서 서로 다른 방향으로 연장형성되는 복수 개의 유입로들을 포함하고,
    유입구로부터 상기 혼합챔버 내 공기의 진행 방향에 순행하는 방향으로 연장형성되는 제1 유입로;
    상기 제1 유입로의 끝단으로부터 상기 혼합챔버 내 공기의 진행 방향에 역행하는 방향으로 연장형성되는 제2 유입로; 및
    상기 제2 유입로의 끝단으로부터 상기 혼합챔버 내 공기의 진행방향을 가로지르는 방향으로 연장형성되어 상기 혼합챔버의 공기 유입단에 연결되는 제3 유입로를 포함하는 카트리지.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 제2 유입로의 시작단과 상기 마우스 피스와의 거리가 상기 혼합챔버의 공기 유입단과 상기 마우스 피스와의 거리보다 짧게 형성되는 카트리지.
  20. 청구항 18에 따른 카트리지를 포함하는 전자담배.
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