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KR102623333B1 - 에어로졸 발생 물품 및 이와 함께 사용되는 에어로졸 발생 장치 - Google Patents

에어로졸 발생 물품 및 이와 함께 사용되는 에어로졸 발생 장치 Download PDF

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KR102623333B1
KR102623333B1 KR1020210079979A KR20210079979A KR102623333B1 KR 102623333 B1 KR102623333 B1 KR 102623333B1 KR 1020210079979 A KR1020210079979 A KR 1020210079979A KR 20210079979 A KR20210079979 A KR 20210079979A KR 102623333 B1 KR102623333 B1 KR 102623333B1
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South Korea
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aerosol
tobacco
segment
filter
heating element
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권찬민
정은미
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주식회사 케이티앤지
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Abstract

에어로졸 발생 물품 및 이와 함께 사용되는 에어로졸 발생 장치가 제공된다. 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 에어로졸 발생 장치는, 에어로졸 발생 물품이 수용되는 수용공간을 형성하는 하우징 및 수용공간 내에 수용된 에어로졸 발생 물품을 가열하는 히터부를 포함하고, 에어로졸 발생 물품은 담배 과립이 충진된 캐비티 세그먼트를 포함하는 담배 로드와 필터 로드를 포함할 수 있다. 히터부는 캐비티 세그먼트만을 가열하거나 담배 로드를 내외부에서 동시에 가열하는 구조를 가짐으로써, 충진된 담배 과립을 효과적으로 가열할 수 있다.

Description

에어로졸 발생 물품 및 이와 함께 사용되는 에어로졸 발생 장치{AEROSOL-GENERATING ARTICLE AND AEROSOL-GENERATING APPARATUS USED WITH THE SAME}
본 개시는 에어로졸 발생 물품 및 이와 함께 사용되는 에어로졸 발생 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 담배 과립 기반의 에어로졸 발생 물품과 이러한 물품과 함께 사용되는 에어로졸 발생 장치에 관한 것이다.
근래에 전통 궐련의 단점을 극복하는 대체 물품에 관한 수요가 증가하고 있다. 예를 들어, 궐련 스틱을 전기적으로 가열함으로써 에어로졸을 발생시키는 장치(e.g. 궐련형 전자 담배)에 관한 수요가 증가하고 있다. 이에 따라, 전기 가열식 에어로졸 발생 장치와 그에 적용되는 궐련 스틱(또는 에어로졸 발생 물품)에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
한편, 상술한 궐련 스틱의 담배 물질로는 판상엽이 주로 이용되고 있고, 잎담배 각초도 가끔 이용되고 있다. 최근에는, 과립 형태의 담배 물질을 이용하는 방식이 제안된 바 있다. 예를 들어, 담배 과립이 담긴 카트리지를 에어로졸 발생 장치에 장착하여 흡연하는 방식이 제안된 바 있다.
그러나, 카트리지 형태의 제품은 궐련 스틱보다 소비자의 친숙도가 떨어지며, 궐련 스틱과 같은 흡연감을 제공할 수도 없을뿐더러, 제조 비용도 상승한다는 단점이 있다.
본 개시의 몇몇 실시예들을 통해 해결하고자 하는 기술적 과제는, 담배 과립에 기반하여 흡연 기능을 제공할 수 있는 에어로졸 발생 물품을 제공하는 것이다.
본 개시의 몇몇 실시예들을 통해 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 담배 과립 기반의 에어로졸 발생 물품과 함께 사용될 수 있는 에어로졸 발생 장치를 제공하는 것이다.
본 개시의 몇몇 실시예들을 통해 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 담배 과립 기반의 에어로졸 발생 물품을 효과적으로 가열할 수 있는 에어로졸 발생 장치를 제공하는 것이다.
본 개시의 몇몇 실시예들을 통해 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 무연 모드와 유연 모드 중 설정된 모드로 동작할 수 있는 에어로졸 발생 장치 및 이와 함께 사용될 수 있는 에어로졸 발생 물품을 제공하는 것이다.
본 개시의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 개시의 기술분야에서의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 에어로졸 발생 장치는, 에어로졸 발생 물품이 수용되는 수용공간을 형성하는 하우징 및 상기 수용공간 내에 수용된 에어로졸 발생 물품을 가열하는 히터부를 포함하고, 상기 에어로졸 발생 물품은 담배 과립이 충진된 담배 로드와 필터 로드를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 상기 담배 로드는 제1 필터 세그먼트, 제2 필터 세그먼트 및 상기 제1 필터 세그먼트와 상기 제2 필터 세그먼트에 의해 형성되는 캐비티 세그먼트를 포함하고, 상기 담배 과립은 상기 캐비티 세그먼트에 충진될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 상기 제2 필터 세그먼트는 상기 캐비티 세그먼트의 상류에 위치하고, 종이 물질을 포함하며, 상기 히터부는 상기 담배 로드를 내부에서 가열하는 가열요소를 포함하고, 상기 가열요소의 두께는 2.0mm 이하일 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 상기 히터부는 상기 담배 로드를 외부에서 가열하는 가열요소를 포함하고, 상기 가열요소는 상기 캐비티 세그먼트만을 가열하도록 배치될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 상기 히터부는 상기 담배 로드를 외부에서 가열하는 가열요소를 포함하고, 상기 가열요소는 상기 캐비티 세그먼트를 가열하도록 배치되되, 상기 캐비티 세그먼트의 하류 말단 부근에 미가열 부위가 형성되도록 배치될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 상기 히터부는 상기 담배 로드를 외부에서 가열하는 제1 가열요소와 내부에서 가열하는 제2 가열요소를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 상기 히터부는 상기 담배 로드를 외부에서 가열하는 가열요소와 상기 가열요소에서 발생된 열을 상기 담배 로드의 내부로 전달하는 열전도요소를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 상기 담배 과립 또는 상기 담배 로드는 입자 형태의 서셉터 물질을 포함하고, 상기 히터부는 상기 서셉터 물질을 유도 가열하는 인덕터를 포함할 수 있다.
상술한 본 개시의 몇몇 실시예들에 따르면, 담배 과립이 충진된 담배 로드를 포함하는 에어로졸 발생 물품과 이와 함께 사용되는 에어로졸 발생 장치가 제공될 수 있다. 제공된 에어로졸 발생 물품은 담배 과립을 이용하여 다른 가열식 궐련과 유사한 흡연감을 제공할 수 있다.
또한, 담배 로드의 상류와 하류에 위치한 필터 세그먼트에 의해 캐비티 세그먼트가 형성될 수 있고, 캐비티 세그먼트 내에 담배 과립이 충진될 수 있다. 이에 따라, 담배 과립의 탈락 현상이 방지될 수 있는 담배 로드가 용이하게 제조될 수 있다.
또한, 에어로졸 발생 장치의 히터부가 캐비티 세그먼트만을 가열하거나 내외부 동시 가열 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, 캐비티 세그먼트에 충진된 담배 과립이 효과적으로 가열될 수 있다.
또한, 담배 로드의 필터 세그먼트가 종이 물질을 포함할 수 있다. 이러한 담배 로드는 히터부의 가열에 의해 필터 세그먼트의 물성 변화가 거의 일어나지 않아 가열식 에어로졸 발생 물품을 제조하는 데 적합할 수 있다.
또한, 퍼프 시에 캐비티 세그먼트 내부에서 와기류가 발생되도록 담배 로드가 설계될 수 있다. 이러한 경우, 발생된 와기류에 의해 담배 과립이 잘 혼합되면서 가열되기 때문에, 다수의 담배 과립이 균일하게 가열될 수 있으며, 그 결과 탄맛이 감소하고 끽미는 향상될 수 있다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 에어로졸 발생 장치를 개략적으로 나타내는 예시적인 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 개시의 다른 몇몇 실시예들에 따른 에어로졸 발생 장치를 개략적으로 나타내는 예시적인 도면이다.
도 4는 본 개시의 다른 몇몇 실시예들에 따른 에어로졸 발생 장치가 무연 모드로 동작하는 것을 예시한다.
도 5는 본 개시의 다른 몇몇 실시예들에 따른 에어로졸 발생 장치가 유연 모드로 동작하는 것을 예시한다.
도 6 및 도 7은 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 에어로졸 발생 물품을 개략적으로 나타내는 예시적인 도면이다.
도 8은 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 에어로졸 발생 물품에서 와기류가 발생되는 원리와 조건을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 9는 본 개시의 제1 실시예에 따른 히터부의 가열 구조를 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 10은 본 개시의 제2 실시예에 따른 히터부의 가열 구조를 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 11은 본 개시의 제3 실시예에 따른 히터부의 가열 구조를 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 12는 본 개시의 제4 실시예에 따른 히터부의 가열 구조를 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 13은 본 개시의 제5 실시예에 따른 히터부의 가열 구조를 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 14 및 도 15는 담배 과립의 크기가 와기류 발생에 미치는 영향에 대한 실험 결과를 나타내는 도면이다.
도 16 내지 도 18은 담배 과립의 충진율이 와기류 발생에 미치는 영향에 대한 실험 결과를 나타내는 도면이다.
도 19 내지 도 21은 내부 가열요소의 두께 및 형상이 필터 세그먼트의 손상도에 미치는 영향에 대한 실험 결과를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 본 개시의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 개시의 기술적 사상은 이하의 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 이하의 실시예들은 본 개시의 기술적 사상을 완전하도록 하고, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 개시의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 개시의 기술적 사상은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 개시를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 개시를 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
또한, 본 개시의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 개시에서 사용되는 "포함한다 (comprises)" 및/또는 "포함하는 (comprising)"은 언급된 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성 요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 개시의 다양한 실시예들에 대한 설명에 앞서, 이하의 실시예들에서 사용되는 몇몇 용어들에 대하여 명확하게 하기로 한다.
이하의 실시예들에서, "에어로졸 형성제"는 가시적인 연기(smoke) 및/또는 에어로졸(aerosol)의 형성을 용이하게 할 수 있는 물질을 의미할 수 있다. 에어로졸 형성제의 예로는 글리세린(GLY), 프로필렌 글리콜(PG), 에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜 및 올레일 알코올을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 당해 기술 분야에서, 에어로졸 형성제는 보습제, 습윤제 등과 같은 용어와 혼용되어 사용될 수 있다.
이하의 실시예들에서, "에어로졸 형성 기재"는 에어로졸(aerosol)을 형성할 수 있는 물질을 의미할 수 있다. 에어로졸은 휘발성 화합물을 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 고체 또는 액상일 수 있다.
예를 들면, 고체의 에어로졸 형성 기재는 판상엽 담배, 각초, 재구성 담배 등 담배 원료를 기초로 하는 고체 물질을 포함할 수 있으며, 액상의 에어로졸 형성 기재는 니코틴, 담배 추출물 및/또는 다양한 향미제를 기초로 하는 액상 조성물을 포함할 수 있다. 그러나, 본 개시의 범위가 이러한 예시에 한정되는 것은 아니다. 에어로졸 형성 기재는 가시적인 연기 및/또는 에어로졸을 안정적으로 형성하기 위해 에어로졸 형성제를 더 포함할 수도 있다.
이하의 실시예들에서, "에어로졸 발생 장치"는 사용자의 입을 통해 사용자의 폐로 직접적으로 흡입 가능한 에어로졸을 발생시키기 위해 에어로졸 형성 기재를 이용하여 에어로졸을 발생시키는 장치를 의미할 수 있다. 에어로졸 발생 장치의 몇몇 예시들에 대해서는 도 1 내지 도 3을 참조하도록 한다.
이하의 실시예들에서, "에어로졸 발생 물품"은 에어로졸을 발생시킬 수 있는 물품을 의미할 수 있다. 에어로졸 발생 물품은 에어로졸 형성 기재를 포함할 수 있다. 에어로졸 발생 물품의 대표적인 예로는 궐련을 들 수 있을 것이나, 본 개시의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
이하의 실시예들에서, "상류"(upstream) 또는 "상류 방향"은 사용자(흡연자)의 구부로부터 멀어지는 방향을 의미하고, "하류"(downstream) 또는 "하류 방향"은 사용자의 구부로부터 가까워지는 방향을 의미할 수 있다. 상류 및 하류라는 용어는 에어로졸 발생 물품을 구성하는 요소들의 상대적 위치를 설명하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 예시된 에어로졸 발생 물품(2)에서, 담배 로드(21)는 필터 로드(22)의 상류 또는 상류 방향에 위치하고, 필터 로드(22)는 담배 로드(21)의 하류 또는 하류 방향에 위치한다.
이하의 실시예들에서, "퍼프"(puff)는 사용자의 흡입(inhalation)을 의미하며, 흡입이란 사용자의 입이나 코를 통해 사용자의 구강 내, 비강 내 또는 폐로 끌어 당기는 상황을 의미할 수 있다.
이하의 실시예들에서, "길이 방향"(longitudinal direction)은 에어로졸 발생 물품의 길이 방향 축에 상응하는 방향을 의미할 수 있다.
이하에서는, 첨부된 도면에 따라 본 개시의 다양한 실시예들에 대하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 에어로졸 발생 장치(1)를 설명하기 위한 예시적인 도면이다. 특히, 도 1 이하의 도면은 에어로졸 발생 물품(2)이 삽입된(수용된) 상태를 예로서 도시하고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 에어로졸 발생 장치(1)는 하우징, 히터부(13), 배터리(11) 및 제어부(12)를 포함할 수 있다. 다만, 도 1에는 본 개시의 실시예와 관련 있는 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 본 개시가 속한 기술분야의 통상의 기술자라면 도 1에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성 요소들이 더 포함될 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 발생 장치(1)는 사용자로부터 명령 등을 입력받기 위한 입력 모듈(e.g. 버튼, 터치 가능한 디스플레이 등)과 장치의 상태, 흡연 정보 등과 같은 정보를 출력하기 위한 출력 모듈(e.g. LED, 디스플레이, 진동 모터 등)을 더 포함할 수도 있다. 이하, 에어로졸 발생 장치(1)의 각 구성 요소에 대하여 설명하도록 한다.
하우징은 에어로졸 발생 장치(1)의 외관을 형성할 수 있다. 또한, 하우징은 에어로졸 발생 물품(2)을 수용하기 위한 수용공간을 형성할 수 있다. 하우징은 내부의 구성요소들을 보호할 수 있는 소재로 구현되는 것이 바람직할 수 있다.
다음으로, 히터부(13)는 수용공간에 수용된 에어로졸 발생 물품(2)을 가열할 수 있다. 구체적으로, 에어로졸 발생 물품(2)이 에어로졸 발생 장치(1)의 수용공간 내에 수용되면, 히터부(13)는 배터리(11)로부터 공급된 전력에 의하여 에어로졸 발생 물품(2)을 가열할 수 있다.
히터부(13)는 다양한 형태 및/또는 방식으로 구성될 수 있다.
예를 들어, 히터부(13)는 전기 저항성 가열요소를 포함하도록 구성될 수 있다. 가령, 히터부(13)는 전기 절연성 기질(예를 들어, 폴리이미드(polyimide)로 형성된 기질) 및 전기 전도성 트랙(track)을 포함하고, 전기 전도성 트랙에 전류가 흐름에 따라 발열하는 가열요소를 포함할 수 있다. 그러나, 본 개시의 범위가 상술한 예시에 한정되는 것은 아니며, 가열요소는 희망 온도까지 가열될 수 있는 것이라면 제한 없이 해당될 수 있다. 여기에서, 희망 온도는 에어로졸 발생 장치(1)에 기 설정(e.g. 온도 프로파일이 미리 저장되어 있는 경우)되어 있을 수도 있고, 사용자에 의하여 원하는 온도로 설정될 수도 있다.
다른 예로서, 히터부(13)는 유도 가열 방식으로 동작하는 가열요소를 포함하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 히터부(13)는 에어로졸 발생 물품(2)을 유도 가열 방식으로 가열하기 위한 인덕터(inductor; e.g. 유도 코일)와 인덕터에 의해 유도 가열되는 서셉터(susceptor)를 포함할 수 있다. 서셉터는 에어로졸 발생 물품(2)의 외부에 위치할 수도 있고, 내부에 위치할 수도 있다.
또한, 예를 들어, 히터부(13)는 에어로졸 발생 물품(2)을 내부에서 가열하는 가열요소(이하, "내부 가열요소"로 칭함), 외부에서 가열하는 가열요소(이하, "외부 가열요소"로 칭함) 또는 이들의 조합을 포함하도록 구성될 수 있다. 내부 가열요소는 예를 들어 관형, 침형 또는 봉형 등의 형태로 이루어져 에어로졸 발생 물품(2)의 적어도 일부를 관통하도록 배치될 수 있고, 외부 가열요소는 판형, 원통형 등의 형태로 이루어져 에어로졸 발생 물품(2)의 적어도 일부는 감싸는 형태로 배치될 수 있다. 다만, 본 개시의 범위가 이에 한정되는 것은 아니고, 가열요소의 형상, 개수, 배치 형태 등은 다양하게 설계될 수 있다. 중복된 설명을 배제하기 위해, 히터부(13)의 가열 구조에 관한 보다 자세한 설명은 추후 도 9 내지 도 13을 참조하여 설명하도록 한다.
다음으로, 배터리(11)는 에어로졸 발생 장치(1)가 동작하는데 이용되는 전력을 공급할 수 있다. 예를 들어, 배터리(11)는 히터부(13)가 에어로졸 발생 물품(2)을 가열할 수 있도록 전력을 공급할 수 있고, 제어부(12)가 동작하는데 필요한 전력을 공급할 수 있다.
또한, 배터리(11)는 에어로졸 발생 장치(1)에 설치된 디스플레이(미도시), 센서(미도시), 모터(미도시) 등의 전기적 구성요소가 동작하는데 필요한 전력을 공급할 수 있다.
다음으로, 제어부(12)는 에어로졸 발생 장치(1)의 동작을 전반적으로 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(12)는 히터부(13) 및 배터리(11)의 동작을 제어할 수 있고, 에어로졸 발생 장치(1)에 포함된 다른 구성요소들의 동작도 제어할 수 있다. 제어부(12)는 배터리(11)가 공급하는 전력, 히터부(13)의 가열 온도 등을 제어할 수 있다. 또한, 제어부(12)는 에어로졸 발생 장치(1)의 구성들 각각의 상태를 확인하여, 에어로졸 발생 장치(1)가 동작 가능한 상태인지 여부를 판단할 수도 있다.
제어부(12)는 적어도 하나의 제어부(processor)에 의해 구현될 수 있다. 상기 제어부는 다수의 논리 게이트들의 어레이로 구현될 수도 있고, 범용적인 마이크로 제어부와 이 마이크로 제어부에서 실행될 수 있는 프로그램이 저장된 메모리의 조합으로 구현될 수도 있다. 또한, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 제어부(12)가 다른 형태의 하드웨어로 구현될 수도 있음을 자명하게 이해할 수 있다.
에어로졸 발생 물품(2)은 일반적인 연소형 궐련과 유사한 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 에어로졸 발생 물품(2)은 담배 물질(또는 에어로졸 형성 기재)을 포함하는 제1 부분(e.g. 담배 로드)과 필터 등을 포함하는 제2 부분(e.g. 필터 로드)으로 구분될 수 있다. 에어로졸 발생 장치(1)의 내부에는 제1 부분의 전체가 삽입되고, 제2 부분은 외부에 노출될 수 있다. 또는, 에어로졸 발생 장치(1)의 내부에 제1 부분의 일부만 삽입될 수도 있고, 제1 부분의 전체 및 제2 부분의 일부가 삽입될 수도 있다. 사용자는 제2 부분을 입으로 문 상태에서 흡연을 행할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 에어로졸 발생 물품(2)은 과립 형태의 담배 물질이 충진된 담배 로드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 담배 로드 내에 형성된 캐비티(cavity)에 담배 과립이 충진될 수 있다. 중복된 설명을 배제하기 위해, 본 실시예에 따른 에어로졸 발생 물품(2)에 관하여서는 도 6 이하의 도면을 참조하여 후술하도록 한다.
한편, 몇몇 실시예들에서, 에어로졸 발생 장치(1)는 무연 기능(즉, 사용 중에 가시적인 연기가 발생되지 않는 기능 또는 가시적인 연기의 발생이 최소화되는 기능)을 구비한 것일 수 있다. 또한, 에어로졸 발생 물품(2)은 무연 기능을 구현하기 위해 고안된 것일 수 있다. 구체적으로, 에어로졸 발생 물품(2)은 담배 과립이 충진되어 있는 물품이고, 에어로졸 발생 장치(1)는 약 270도 이하의 가열 온도로 에어로졸 발생 물품(2)을 가열하도록 동작할 수 있다. 이러한 경우, 흡연 중에 가시적인 연기가 발생되지 않거나 가시적인 연기의 발생이 최소화될 수 있는데, 이는 담배 과립이 각초(e.g. 잎담배 각초, 판상엽 각초), 판상엽 등의 담배 물질보다 수분 및/또는 에어로졸 형성제의 함량이 현저하게 적어 가시적인 연기의 발생을 감소시킬 수 있기 때문이다. 또한, 담배 과립은 각초, 판상엽 등의 담배 물질보다 낮은 가열 온도(e.g. 각초의 가열 온도는 통상적으로 270도 이상임)에서도 충분한 끽미가 발현될 수 있어(즉, 니코틴이 충분히 이행될 수 있어) 히터부(13)의 가열 온도를 낮출 수 있고, 가열 온도가 낮아짐에 따라 가시적인 연기의 발생이 더욱 감소될 수 있기 때문이다. 본 실시예에 따르면, 무연 기능이 제공됨에 따라 사용자가 장소나 환경에 제약받지 않고 에어로졸 발생 장치를 사용할 수 있게 되는 바, 사용자의 편의성이 크게 향상될 수 있다. 본 실시예에 관하여서는 추후 도 6 이하의 도면을 참조하여 에어로졸 발생 물품(2)의 구조와 함께 보다 상세하게 설명하도록 한다.
이하에서는, 도 2 내지 도 5를 참조하여 다른 유형의 에어로졸 발생 장치(1)에 대하여 설명하도록 한다. 다만, 본 개시의 명료함을 위해, 앞선 실시예에 중복되는 내용에 대한 설명은 생략하도록 한다.
도 2 및 도 3은 본 개시의 다른 몇몇 실시예들에 따른 에어로졸 발생 장치(1)를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 에어로졸 발생 장치(1)는 카트리지(15)와 카트리지 히터부(14)를 더 포함할 수 있다. 도 2는 히터부(13)(또는 에어로졸 발생 물품 2)와 카트리지 히터부(14)가 일렬로 배치된 것을 예시하고 있고, 도 3은 히터부(13)(또는 에어로졸 발생 물품 2)와 카트리지 히터부(14)가 병렬로 배치된 것을 예시하고 있다. 그러나, 에어로졸 발생 장치(1)의 내부 구조가 도 2 및 도 3의 예시에 한정되는 것은 아니며, 구성요소들의 배치는 얼마든지 변경될 수 있다.
카트리지(15)는 액상 저장조 및 액상 전달 수단을 포함할 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 카트리지(15)는 다른 구성요소를 더 포함할 수도 있다. 또한, 카트리지(15)는 카트리지 히터부(14)로부터 탈/부착될 수 있도록 제작될 수도 있고, 카트리지 히터부(14)와 일체로서 제작될 수도 있다.
액상 저장조는 액상 조성물을 저장할 수 있다. 예를 들어, 액상 조성물은 담배 함유 물질(또는 니코틴 함유 물질)을 포함하는 액체일 수 있고, 비담배 물질을 포함하는 액체일 수도 있다. 예를 들어, 액상 조성물은 물, 솔벤트, 에탄올, 식물 추출물(e.g. 담배 추출물), 니코틴, 향료, 에어로졸 형성제, 향미제 또는 비타민 혼합물을 포함할 수 있다. 향료는 멘솔, 페퍼민트, 스피아민트 오일, 각종 과일향 성분 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 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, 에어로졸 형성제의 예로는 글리세린 또는 프로필렌 글리콜을 들 수 있을 것이나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 액상 전달 수단은 액상 저장조에 저장된 액상 조성물을 카트리지 히터부(14)로 전달할 수 있다. 예를 들어, 액상 전달 수단은 면 섬유, 세라믹 섬유, 유리 섬유, 다공성 세라믹과 같은 윅(wick) 요소가 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 카트리지 히터부(14)는 카트리지(15)에 저장된 액상의 에어로졸 형성 기재(e.g. 액상 조성물)를 가열하여 에어로졸을 형성시킬 수 있다. 예를 들어, 카트리지 히터부(14)는 액상 전달 수단에 의해 전달된 액상 조성물을 가열하여 에어로졸을 형성시킬 수 있다. 형성된 에어로졸은 에어로졸 발생 물품(2)을 통과하여 사용자에게 전달될 수 있다. 다시 말해, 카트리지 히터부(14)의 가열에 의해 형성된 에어로졸은 에어로졸 발생 장치(1)의 기류 패스를 따라 이동할 수 있고, 기류 패스는 형성된 에어로졸이 에어로졸 발생 물품(2)을 통과하여 사용자에게 전달될 수 있도록 구성될 수 있다. 카트리지 히터부(14)의 동작, 가열 온도 등은 제어부(12)에 의해 제어될 수 있다.
카트리지 히터부(14)는 예를 들어 금속 열선, 금속 열판, 세라믹 히터부 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 카트리지 히터부(14)는 예를 들어 니크롬선과 같은 전도성 필라멘트로 구성될 수 있고, 액상 전달 수단에 감기는 구조로 배치될 수도 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니다.
참고로, 당해 기술 분야에서 카트리지 히터부(14)와 카트리지(15)는 카토마이저(cartomizer), 아토마이저(atomizer), 증기화기(vaporizer) 등과 같은 용어로 지칭될 수도 있다.
한편, 본 개시의 몇몇 실시예들에 따르면, 도 2 또는 도 3에 예시된 에어로졸 발생 장치(1)는 무연 모드 또는 유연 모드로 동작할 수 있다. 구체적으로, 에어로졸 발생 장치(1)는 무연 모드 및 유연 모드 중에서 설정된 모드로 동작할 수 있으며, 동작 모드는 사용자에 의해 설정될 수 있다. 이하, 각 동작 모드와 에어로졸 발생 장치(1)의 동작에 대하여 도 4 및 도 5를 다시 참조하여 부연 설명하도록 한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 무연 모드는 에어로졸 발생 장치(1)에 의해 에어로졸이 발생되되, 가시적인 연기는 발생되지 않는 모드(또는 가시적인 연기의 발생이 최소화되는 모드)를 의미할 수 있다. 무연 모드를 구현하기 위해, 제어부(12)는 카트리지 히터부(14)와 히터부(13) 중에서 히터부(13)만을 동작시킬 수 있다. 다시 말해, 설정된 모드가 무연 모드라는 판단에 응답하여, 제어부(12)는 히터부(13)만을 동작시킬 수 있다. 이러한 경우, 카트리지(15)는 가열되지 않고, 에어로졸 발생 물품(2)만이 가열됨으로써, 가시적인 연기가 발생되는 것이 방지될 수 있다. 구체적으로, 카트리지(15)에 저장된 액상은 가열됨에 따라 가시적인 연기를 포함하는 에어로졸을 발생시키는데, 액상의 가열이 방지되므로 가시적인 연기의 발생도 방지될 수 있다.
다음으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 유연 모드는 에어로졸 발생 장치(1)에 의해 에어로졸이 발생되되, 가시적인 연기도 발생되는 모드를 의미할 수 있다. 유연 모드를 구현하는 방식은 다양할 수 있으며, 구체적인 구현 방식은 실시예에 따라 달라질 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 제어부(12)는 카트리지 히터부(14)와 히터부(13)를 모두 동작시킬 수 있다. 이러한 경우, 카트리지(15)에 저장된 액상이 가열됨에 따라 가시적인 연기를 포함하는 에어로졸이 형성되고, 형성된 에어로졸이 에어로졸 발생 물품(2)을 통해 방출됨으로써 유연 모드가 구현될 수 있다. 이때, 히터부(13)의 가열 온도는 무연 모드의 가열 온도보다 낮게 설정될 수도 있다. 유연 모드에서는 카트리지(15)에서 형성된 고온의 에어로졸이 에어로졸 발생 물품(2)을 통과하므로, 에어로졸 발생 물품(2)이 상대적으로 낮은 온도로 가열되더라도 충분한 끽미가 보장될 수 있기 때문이다. 가령, 히터부(13)의 가열 온도는 무연 모드에서는 약 230도 이상(e.g. 약 230도 내지 270도)일 수 있고, 유연 모드에서는 약 230도 이하(e.g. 약 220도)일 수 있다.
다른 몇몇 실시예들에서, 제어부(12)는 카트리지 히터부(14)만을 동작시킬 수도 있다. 카트리지(15)만 가열되더라도 가시적인 연기를 포함하는 에어로졸이 형성되기 때문이다. 보다 고온의 에어로졸을 형성하기 위해, 본 실시예에 따른 카트리지 히터부(14)의 가열 온도는 앞선 실시예의 가열 온도보다 높을 수도 있다.
지금까지 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 에어로졸 발생 장치(1)에 대하여 설명하였다. 이하에서는 도 6 이하의 도면을 참조하여 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 에어로졸 발생 물품(2)에 대하여 설명하도록 한다.
도 6은 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 에어로졸 발생 물품(2)을 개략적으로 나타내는 예시적인 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 에어로졸 발생 물품(2)은 필터 로드(22) 및 담배 로드(21)를 포함할 수 있다. 다만, 도 6에는 본 개시의 실시예와 관련 있는 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 본 개시가 속한 기술분야의 통상의 기술자라면 도 6에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성 요소들이 더 포함될 수 있음을 알 수 있다. 이하, 에어로졸 발생 물품(2)의 각 구성요소에 대하여 설명한다.
필터 로드(22)는 담배 로드(21)의 하류에 위치하여 에어로졸에 대한 여과 기능을 수행할 수 있다. 이를 위해, 필터 로드(22)는 종이, 셀룰로오스 아세테이트 섬유 등과 같은 필터 물질을 포함할 수 있다. 필터 로드(22)는 필터 물질을 래핑(wrapping)하고 있는 래퍼를 더 포함하는 것일 수도 있다.
필터 로드(22)는 다양한 형상으로 제작될 수 있다. 예를 들어, 필터 로드(22)는 원기둥형(type) 로드일 수도 있고, 내부에 중공을 포함하는 튜브형 로드일 수도 있다. 또한, 필터 로드(22)는 리세스형 로드일 수도 있다. 만약, 필터 로드(22)가 복수의 세그먼트들로 구성된 경우, 복수의 세그먼트들 중 적어도 하나가 다른 형상으로 제작될 수도 있다.
필터 로드(22)는 향미가 발생되도록 제작될 수도 있다. 일 예로서, 필터 로드(22)에 가향액이 분사될 수도 있고, 가향액이 도포된 별도의 섬유가 필터 로드(22)의 내부에 삽입될 수도 있다. 다른 예로서, 필터 로드(22)에는 향액을 함유하고 있는 적어도 하나의 캡슐(미도시)이 포함될 수도 있다.
도 6은 필터 로드(22)가 단일 세그먼트로 구성된 것을 예로써 도시하고 있으나, 본 개시의 범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 필터 로드(22)는 복수의 세그먼트로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 필터 로드(22)는 에어로졸에 대한 냉각 기능을 수행하는 냉각 세그먼트(222)와 에어로졸에 대한 여과 기능을 수행하는 마우스피스 세그먼트(221)로 구성될 수 있다. 또는, 경우에 따라, 필터 로드(22)는 다른 기능을 수행하는 적어도 하나의 세그먼트를 더 포함할 수도 있다.
참고로, 냉각 세그먼트(222)는 다양한 형태로 제조될 수 있다. 예를 들어, 냉각 세그먼트(222)는 지관, 중공이 형성된 셀룰로오스 아세테이트 필터, 복수의 구멍이 뚫린 셀룰로오스 아세테이트 필터, 고분자 물질 또는 생분해성 고분자 물질이 충진된 필터 등의 형태로 제조될 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니고, 에어로졸이 냉각되는 기능을 수행할 수 있다면, 냉각 세그먼트(222)는 어떠한 형태로 제조되더라도 무방하다. 고분자 물질 또는 생분해성 고분자 물질은 폴리락트산(PLA) 소재의 직조물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 마우스피스 세그먼트(221)는 예를 들어 셀룰로오스 아세테이트 필터(즉, 셀룰로오스 아세테이트 섬유로 이루어진 필터)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상술한 필터 로드(22)에 대한 설명은 마우스피스 세그먼트(221)에도 적용될 수 있다.
다시 도 6을 참조하여 설명한다.
다음으로, 담배 로드(21)는 캐비티 또는 캐비티 세그먼트(212)를 포함하는 담배 로드로서 가열됨에 따라 니코틴과 같은 담배 성분(또는 끽미 성분)을 공급할 수 있다.
도시된 바와 같이, 담배 로드(21)는 제1 필터 세그먼트(211), 제2 필터 세그먼트(213) 및 제1 필터 세그먼트(211)와 제2 필터 세그먼트(213)에 의해 형성된 캐비티 세그먼트(212)를 포함할 수 있다. 그리고, 캐비티 세그먼트(212)에는 담배 과립(214; 즉 과립 형태의 담배 물질)이 충진될 수 있다. 담배 로드(21)는 로드를 래핑하고 있는 래퍼를 더 포함하는 것일 수도 있다.
제1 필터 세그먼트(211)는 캐비티 세그먼트(212)을 형성하는 필터 세그먼트로서 캐비티 세그먼트(212)의 하류에 위치할 수 있다. 제1 필터 세그먼트(211)는 캐비티 형성 기능 외에도 에어로졸에 대한 여과, 냉각 기능 등을 더 수행할 수도 있다.
몇몇 실시예들에서, 제1 필터 세그먼트(211)는 종이 물질을 포함할 수 있다. 다시 말해, 제1 필터 세그먼트(211)는 종이 필터로 이루어질 수 있다. 원활한 기류 패스 확보를 위해 종이 물질은 길이 방향으로 배열되는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 실시예에 따르면, 가열식 에어로졸 발생 장치(1)에 적합한 담배 로드(21)가 제조될 수 있다. 구체적으로, 셀룰로오스 아세테이트 섬유는 일정 온도 이상으로 가열되면 녹거나 수축되는 현상이 일어나기 때문에, 히터부(13)에 의해 가열되는 담배 로드 부위에 적용되기 어렵다. 반면에, 종이 물질은 열에 의해 변성이 거의 일어나지 않기 때문에, 담배 로드 부위에 용이하게 적용될 수 있으며, 이를 통해 가열식 에어로졸 발생 장치(1)에 적합한 담배 로드(21)가 제조될 수 있다. 다만, 다른 몇몇 실시예들에서는, 제1 필터 세그먼트(211)가 셀룰로오스 아세테이트 필터로 이루어질 수도 있다. 이러한 경우에는, 제1 필터 세그먼트(211)의 제거능이 향상되는 효과가 달성될 수 있다.
또한, 몇몇 실시예들에서, 제1 필터 세그먼트(211)는 내수성 또는 내유성의 종이 물질을 포함할 수 있다. 이러한 경우, 에어로졸 내에 함유된 연기 성분(e.g. 수분, 에어로졸 형성제 성분)이 제1 필터 세그먼트(211)를 통과하는 동안 흡수되어 가시적인 무화량이 감소되는 문제가 크게 경감될 수 있다. 가령, 제1 필터 세그먼트(211)가 일반적인 종이 물질을 포함하는 경우, 종이 물질의 흡습성으로 인해 상술한 연기 성분이 흡수되어 가시적인 무화량이 감소될 수 있다. 그러나, 내수성 또는 내유성의 종이 물질이 적용되면, 상술한 연기 성분의 흡수가 거의 일어나지 않아 이러한 무화량 감소 문제가 해결될 수 있다.
또한, 몇몇 실시예들에서, 제1 필터 세그먼트(211) 또는 제2 필터 세그먼트(213)의 흡인저항은 약 50mmH20/60mm 내지 150mmH20/60mm일 수 있고, 바람직하게는 약 50mmH20/60mm 내지 130mmH20/60mm, 약 50mmH20/60mm 내지 120mmH20/60mm, 약 50mmH20/60mm 내지 110mmH20/60mm, 약 50mmH20/60mm 내지 100mmH20/60mm, 약 50mmH20/60mm 내지 90mmH20/60mm, 약 50mmH20/60mm 내지 100mmH20/80mm 또는 약 50mmH20/60mm 내지 70mmH20/60mm일 수 있다. 이러한 수치범위내에서, 적절한 빨림성이 보장될 수 있다. 또한, 적절한 빨림성에 의해 캐비티 세그먼트(212) 내에서의 와기류 발생 확률이 증가되고, 이로 인해 다수의 담배 과립(214)이 균일하게 가열되는 효과가 달성될 수 있는데, 이에 관하여서는 도 8을 참조하여 추후에 부연 설명하도록 한다. 또한, 필터 세그먼트(211, 213)가 종이 필터인 경우, 예시된 수치범위 내에서 적절한 무화량이 보장되는 것으로 확인되었다(실험예 1 참조).
다음으로, 제2 필터 세그먼트(213)는 캐비티 세그먼트(212)을 형성하는 필터 세그먼트로서 캐비티 세그먼트(212)의 상류에 위치할 수 있다. 제2 필터 세그먼트(213)는 담배 과립(214)에 대한 탈락 방지 기능을 더 수행할 수 있다. 뿐만 아니라, 제2 필터 세그먼트(213)는 에어로졸 발생 물품(2)이 에어로졸 발생 장치(1)에 삽입되는 경우, 캐비티 세그먼트(212)가 에어로졸 발생 장치(1) 내의 적절한 위치에 배치되도록 할 수 있다. 또한, 제2 필터 세그먼트(213)는 담배 로드(21)가 외부로 이탈하는 것을 방지할 수 있고, 흡연 중에 담배 로드(21)로부터 액상화된 에어로졸이 에어로졸 발생 장치(1)로 흘러 들어가는 것을 방지할 수도 있다.
몇몇 실시예들에서, 제2 필터 세그먼트(213)는 종이 물질을 포함할 수 있다. 다시 말해, 제2 필터 세그먼트(213)는 종이 필터로 이루어질 수 있다. 원활한 기류 패스 확보를 위해 종이 물질은 길이 방향으로 배열되는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 실시예에 따르면, 가열식 에어로졸 발생 장치(1)에 적합한 담배 로드(21)가 제조될 수 있다. 구체적으로, 셀룰로오스 아세테이트 섬유는 내부 가열요소와 접촉 시에 녹거나 수축되는 현상이 일어나 담배 과립(214)의 탈락 현상을 가속화할 수 있다. 그러나, 열에 강인한 종이 물질은 이러한 현상을 크게 완화시킬 수 있다.
또한, 몇몇 실시예들에서, 제2 필터 세그먼트(213)는 내수성 또는 내유성의 종이 물질을 포함할 수 있다. 이러한 경우, 앞서 언급한 바와 같이, 가시적인 무화량이 감소되는 문제가 크게 경감될 수 있다.
한편, 필터 세그먼트(211, 213)에 포함되는 종이 물질의 물성은 다양할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 종이 물질의 내유도는 3M Kit Test에 의해 측정 시 약 4 이상(즉, 1부터 12까지의 범위에서 약 4 이상)일 수 있고, 바람직하게는 약 5, 6, 7 또는 8 이상일 수 있다. 이러한 수치범위 내에서, 종이 물질의 흡습으로 인해 가시적인 무화량(즉, 가시적인 연기의 발생량)이 감소하는 문제(e.g. 유연 모드에서 가시적인 무화량의 감소)가 해결될 수 있다.
또한, 몇몇 실시예들에서, 종이 물질의 두께는 약 30μm 내지 50μm일 수 있고, 바람직하게는 약 33μm 내지 47μm, 약 35μm 내지 45μm 또는 약 37μm 내지 42μm일 수 있다.
또한, 몇몇 실시예들에서, 종이 물질의 평량은 약 20g/m2 내지 40g/m2일 수 있고, 바람직하게는 약 23g/m2 내지 37g/m2, 약 25g/m2 내지 35g/m2, 약 27g/m2 내지 33g/m2일 수 있다.
또한, 몇몇 실시예들에서, 종이 물질의 인장강도는 약 2.5kgf/15mm 이상일 수 있고, 바람직하게는 약 2.8kgf/15mm, 3.2kgf/15mm 또는 3.5kgf/15mm 이상일 수 있다.
또한, 몇몇 실시예들에서, 종이 물질의 신장율은 약 0.8% 이상일 수 있고, 바람직하게는 약 1.0%, 1.2% 또는 약 1.5% 이상일 수 있다.
또한, 몇몇 실시예들에서, 종이 물질의 휨강성(stiffness)은 약 100cm3 이상일 수 있고, 바람직하게는 약 120cm3, 150cm3 또는 180cm3 이상일 수 있다.
또한, 몇몇 실시예들에서, 종이 물질의 회분 함량은 약 1.5% 이하일 수 있고, 바람직하게는 약 1.2%, 1.0% 또는 0.8% 이하일 수 있다.
또한, 몇몇 실시예들에서, 종이 물질의 지폭은 약 80mm 내지 250mm일 수 있고, 바람직하게는 약 90mm 내지 230mm, 약 100mm 내지 200mm, 약 120mm 내지 180mm 또는 약 120mm 내지 150mm일 수 있다. 이러한 수치범위 내에서 필터 세그먼트(211, 213)가 적절한 흡인저항을 가지며, 적절한 무화량이 보장되는 것으로 확인되었다(실험예 1 참조).
다음으로, 캐비티 세그먼트(212)는 캐비티를 구비한 세그먼트로서 제1 필터 세그먼트(211)와 제2 필터 세그먼트(213) 사이에 위치할 수 있다. 즉, 캐비티 세그먼트(212)는 필터 세그먼트(211)와 제2 필터 세그먼트(213)에 의해 형성될 수 있다.
캐비티 세그먼트(212)는 다양한 방식으로 제조될 수 있다. 일 예로서, 캐비티 세그먼트(212)는 지관 등과 같은 튜브형 구조물을 포함하는 형태로 제조될 수 있다. 다른 예로서, 캐비티 세그먼트(212)는 두 필터 세그먼트(211, 213)에 의해 형성된 캐비티를 적절한 소재의 래퍼로 래핑함으로써 제조될 수도 있다. 다만, 본 개시의 범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 담배 과립(214)이 충진될 수 있다면 캐비티 세그먼트(212)는 어떠한 방식으로 제조되더라도 무방하다.
캐비티 세그먼트(212)의 길이는 약 8mm 내지 12mm 내에서 자유롭게 선택될 수 있을 것이나, 본 개시의 범위가 이러한 수치범위에 한정되는 것은 아니다.
도시된 바와 같이, 캐비티 세그먼트(212)에는 담배 과립(214)이 충진될 수 있다. 담배 과립(214)은 다른 유형의 담배 물질(e.g. 잎담배 각초, 판상엽 등)에 비해 낮은 가열 온도에서도 충분한 끽미가 발현될 수 있기 때문에, 히터부(13)의 소비 전력을 줄일 수 있다. 뿐만 아니라, 담배 과립(214)은 다른 유형의 담배 물질(e.g. 잎담배 각초, 판상엽 등)보다 수분 및/또는 에어로졸 형성제의 함유량을 줄이는 것이 용이하기 때문에(즉, 수분 함량이 적거나 에어로졸 형성제 함량이 적은 담배 과립을 제조하는 것이 용이함), 예시된 담배 로드(21)를 이용하면 에어로졸 발생 장치(1)의 무연 기능을 구현할 수 있는 에어로졸 발생 물품(e.g. 도 7 또는 도 8의 2)이 용이하게 제조될 수 있다.
담배 과립(214)의 직경, 밀도, 충진율, 구성 물질의 조성비, 가열 온도 등은 다양할 수 있으며, 이는 실시예에 따라 달라질 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 담배 과립(214)의 직경은 약 0.3mm 내지 1.2mm일 수 있다. 이러한 수치범위 내에서, 담배 과립(214)의 적절한 경도와 제조 용이성이 보장되고, 캐비티 세그먼트(212) 내에서의 와기류 발생 확률이 증가될 수 있다. 와기류 발생과 관련하여서는 도 8을 참조하여 추후에 부연 설명하도록 한다.
또한, 몇몇 실시예들에서, 담배 과립(214)의 크기는 약 15메시(mesh) 내지 50메시일 수 있고, 바람직하게는 약 15메시 내지 45메시, 약 20메시 내지 45메시, 약 25메시 내지 45메시 또는 약 25메시 내지 40메시일 수 있다. 이러한 수치범위 내에서, 담배 과립(214)의 적절한 경도와 제조 용이성이 보장되고, 탈락 현상이 최소화되며, 캐비티 세그먼트(212) 내에서의 와기류 발생 확률이 증가될 수 있다.
또한, 몇몇 실시예들에서, 담배 과립(214)의 밀도는 약 0.5g/cm3 내지 1.2g/cm3일 수 있고, 바람직하게는 약 0.6g/cm3 내지 1.0g/cm3, 0.7g/cm3 내지 0.9g/cm3또는 0.6g/cm3 내지 0.8g/cm3일 수 있다. 이러한 수치범위 내에서, 담배 과립(214)의 적절한 경도가 보장되고, 캐비티 세그먼트(212) 내에서의 와기류 발생 확률이 증가될 수 있다. 와기류 발생과 관련하여서는 도 8을 참조하여 추후에 부연 설명하도록 한다.
또한, 몇몇 실시예들에서, 담배 과립(214)의 경도는 약 80% 이상일 수 있고, 바람직하게는 85% 또는 90% 이상, 더욱 바람직하게는 91%, 93%, 95% 또는 97% 이상일 수 있다. 이러한 수치범위 내에서, 담배 과립(214)의 제조 용이성이 향상되고, 부스러짐 현상이 최소화되어 에어로졸 발생 물품(2)의 제조 용이성도 향상될 수 있다. 본 실시예에서, 담배 과립(214)의 경도는 국가 표준 시험 방법인 KSM-1802("활성탄 시험 방법")에 의거하여 측정된 수치일 수 있다. 경도 측정 방법의 세부 내용과 측정치의 의미에 대해서는 국가 표준 KSM-1802를 참조하도록 한다.
또한, 몇몇 실시예들에서, 캐비티 세그먼트(212)에 대한 담배 과립(214)의 충진율은 약 80부피% 이하일 수 있고, 바람직하게는 약 70부피%, 60부피% 또는 50부피% 이하일 수 있다. 이러한 수치범위 내에서, 캐비티 세그먼트(212) 내에서의 와기류 발생 확률이 증가될 수 있다. 와기류 발생과 관련하여서는 도 8을 참조하여 추후에 부연 설명하도록 한다. 또한, 담배 과립(214)의 충진율은 적절한 끽미를 담보하기 위해 약 20부피%, 30부피% 또는 약 40부피% 이상인 것이 바람직할 수 있다.
또한, 몇몇 실시예들에서, 담배 과립(214)은 약 20중량% 이하의 수분을 포함할 수 있고, 바람직하게는 약 15중량%, 12중량%, 10중량%, 7중량% 또는 5중량% 이하의 수분을 포함할 수 있다. 이러한 수치범위 내에서, 가시적인 연기의 발생이 크게 감소될 수 있으며, 에어로졸 발생 장치(1)의 무연 기능이 용이하게 구현될 수 있다. 다만, 다른 몇몇 실시예들에서, 담배 과립(214)은 약 20중량% 이상의 수분을 포함할 수도 있다.
또한, 몇몇 실시예들에서, 담배 과립(214)은 약 10중량% 이하의 에어로졸 형성제를 포함할 수 있고, 바람직하게는 약 7중량%, 5중량%, 3중량% 또는 1중량%의 에어로졸 형성제를 포함할 수 있다. 또는, 담배 과립(214)은 에어로졸 형성제를 포함하지 않을 수도 있다. 이러한 수치범위 내에서, 가시적인 연기의 발생이 크게 감소될 수 있으며, 에어로졸 발생 장치(1)의 무연 기능이 용이하게 구현될 수 있다. 다만, 다른 몇몇 실시예들에서, 담배 과립(214)은 약 10중량% 이상의 에어로졸 형성제를 포함할 수도 있다.
또한, 몇몇 실시예들에서, 담배 과립(214)의 가열 온도는 약 270도, 260도, 250도, 240도 또는 230도 이하일 수 있다. 다시 말해, 히터부(13)가 예시된 범위의 가열 온도로 담배 로드(21)를 가열할 수 있다. 이러한 수치범위 내에서, 담배 과립(214)이 과가열되어 탄맛이 발현되는 문제가 해결될 수 있다. 뿐만 아니라, 적절한 끽미가 보장됨과 동시에 가시적인 연기의 발생이 최소화되어 에어로졸 발생 장치(1)의 무연 기능이 용이하게 구현될 수 있다. 부연 설명하면, 각초, 판상엽 등과 같은 담배 물질은 약 270도 이상으로 가열되어야 충분한 끽미가 발현되는 데 반해, 담배 과립(214)은 그보다 낮은 온도에서도 충분한 끽미가 발현될 수 있어 히터부(13)의 소비 전력이 감소될 수 있고 가시적인 연기의 발생도 용이하게 억제될 수 있다. 또한, 이러한 특성으로 인해, 담배 과립(214)이 다른 유형의 담배 물질에 비해 에어로졸 발생 장치(1)의 무연 기능을 구현하기에 적합할 수 있다.
또한, 몇몇 실시예들에서, 담배 과립(214)의 습량 기준(wet basis) 니코틴 함량은 약 1.0% 내지 4.0%이고, 바람직하게는 약 1.5% 내지 3.5%, 1.8% 내지 3.0% 또는 2.0% 내지 2.5%일 수 있다. 이러한 수치범위 내에서, 적절한 수준의 끽미감이 보장될 수 있다.
또한, 몇몇 실시예들에서, 담배 과립(214)의 건량 기준(dry basis) 니코틴 함량은 약 1.2% 내지 4.2%이고, 바람직하게는 약 1.7% 내지 3.7%, 2.0% 내지 3.2% 또는 2.2% 내지 2.7%일 수 있다. 이러한 수치범위 내에서, 적절한 수준의 끽미감이 보장될 수 있다.
한편, 명확하게 도시되어 있지는 않으나, 에어로졸 발생 물품(2)은 적어도 하나의 래퍼에 의하여 포장될 수 있다. 일 예로서, 에어로졸 발생 물품(2)은 하나의 래퍼에 의하여 포장될 수 있다. 다른 예로서, 에어로졸 발생 물품(2)은 2 이상의 래퍼들에 의하여 중첩적으로 포장될 수도 있다. 예를 들어, 제1 래퍼에 의하여 담배 로드(21)가 포장되고, 제2 래퍼에 의하여 필터 로드(22)가 포장될 수 있다. 그리고, 개별 래퍼에 의하여 포장된 담배 로드(21) 및 필터 로드(22)가 결합되고, 제3 래퍼에 의하여 에어로졸 발생 물품(2) 전체가 재포장될 수 있다. 만약, 담배 로드(21) 또는 필터 로드(22) 각각이 복수의 세그먼트들로 구성되어 있다면, 각각의 세그먼트가 개별 래퍼에 의하여 포장될 수 있다. 그리고, 개별 래퍼에 의하여 포장된 세그먼트들이 결합된 에어로졸 발생 물품(2) 전체가 다른 래퍼에 의하여 재포장될 수 있다. 래퍼에는 외부 공기가 유입되거나 내부 기체가 유출되는 적어도 하나의 구멍(hole)이 형성될 수도 있다.
지금까지 도 6 및 도 7을 참조하여 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 에어로졸 발생 물품(2)에 대하여 설명하였다. 상술한 바에 따르면, 담배 과립(214)이 충진된 에어로졸 발생 물품(2)이 제공될 수 있다. 이러한 에어로졸 발생 물품(2)은 카트리지 형태의 제품(즉, 담배 과립이 충진된 카트리지 제품)보다 우수한 흡연감과 친숙감을 사용자에게 줄 수 있으며, 제조 비용 또한 감소시킬 수 있다.
또한, 에어로졸 발생 장치(1)의 무연 기능을 구현하기에 적합한 에어로졸 발생 물품(2)이 제공될 수 있다. 구체적으로, 에어로졸 발생 물품(2)은 담배 과립(214)이 충진되어 있는 담배 로드(21)를 포함하는데, 담배 과립(214)은 각초(e.g. 잎담배 각초, 판상엽 각초), 판상엽 등과 같은 담배 물질에 비해 수분 및/또는 에어로졸 형성제의 함량이 현저하게 적기 때문에, 가시적인 연기의 발생을 크게 감소시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 담배 과립(214)은 다른 유형의 담배 물질에 비해 상대적으로 낮은 온도에서도 충분한 끽미가 발현되기 때문에, 에어로졸 발생 장치(1)의 가열 온도를 상대적으로 낮게 설정할 수 있고, 가열 온도가 낮아짐에 따라 가시적인 연기의 발생이 더욱 감소될 수 있다.
또한, 담배 로드(21)의 상류와 하류에 위치한 필터 세그먼트(211, 213)에 의해 캐비티 세그먼트(212)가 형성될 수 있고, 캐비티 세그먼트(212) 내에 담배 과립(214)이 충진될 수 있다. 이에 따라, 담배 과립(214)의 탈락 현상이 최소화될 수 있는 담배 로드(21)가 용이하게 제조될 수 있다.
또한, 필터 세그먼트(211, 213)가 종이 필터로 이루어질 수도 있다. 이러한 경우, 히터부(13)의 가열에 의해 필터 세그먼트(211, 213)의 물성이 변화되는 문제가 방지될 수 있다.
한편, 본 개시의 발명자들은 특정한 조건이 만족되는 경우 퍼프 시에 캐비티 세그먼트(212) 내에서 와기류가 발생되고, 발생된 와기류로 인해 다수의 담배 과립(214)이 혼합되면서 균일하게 가열되는 현상이 나타나는 것을 확인하였다. 이하에서는, 이러한 와기류 발생 원리와 조건에 대하여 도 8을 참조하여 설명하도록 한다.
도 8은 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 에어로졸 발생 물품(2)에서 와기류가 발생되는 원리와 조건을 설명하기 위한 예시적인 도면이다. 이해의 편의를 제공하기 위해, 도 8 이하의 도면은 필터 로드(22)를 제외하고 담배 로드(21)만을 도시하고 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 특정한 조건이 만족되는 경우, 퍼프에 의해 제2 필터 세그먼트(213)를 통해 유입된 기류(점선 화살표 참조)가 캐비티 세그먼트(214) 내에서 와류하는 현상이 발생될 수 있다. 가령, 퍼프에 의해 유입된 기류가 퍼프에 의해 하류 방향으로 이동되는 다수의 담배 과립(214)과 만나면서 불규칙한 기류 흐름이 형성될 수 있고, 이러한 과정 중에 와기류가 발생될 수 있다. 또한, 발생된 와기류에 의해 다수의 담배 과립(214)이 잘 혼합되면서 균일하게 가열될 수 있다. 가령, 더 가열된 담배 과립(214)과 덜 가열된 담배 과립(214)이 혼합되고 담배 과립(214)의 위치가 변경됨에 따라 다수의 담배 과립(214)이 균일하게 가열되는 효과가 달성될 수 있다. 이에 따라, 흡연 시에 탄맛은 감소되고 끽미는 향상될 수 있다.
본 발명자들은 지속적인 연구 과정 중에 위와 같은 와기류 발생 현상이 나타나는 것을 확인하였고, 실험을 통해 다음과 같은 조건 하에서 와기류 발생 확률이 크게 증가하는 것을 확인하였다. 이하, 와기류 발생 조건에 대하여 설명하도록 한다.
먼저, 제1 조건은 캐비티 세그먼트(212)의 충진율에 관한 것이다. 캐비티 세그먼트(212) 내에 빈 공간이 충분하게 존재하여야 다수의 담배 과립(214)이 용이하게 이동 및 혼합될 수 있기 때문이다. 실험 결과에 따르면, 캐비티 세그먼트(212)에 대한 담배 과립(214)의 충진율이 약 80부피% 이하인 경우에 와기류가 잘 발생되는 것으로 확인되었고, 약 70부피% 이하인 경우에 와기류 발생 확률이 더욱 증가하는 것으로 확인되었다.
다음으로, 제2 조건은 담배 과립(214)의 밀도에 관한 것이다. 담배 과립(214)의 무게가 너무 무거우면 퍼프 또는 기류에 의해 이동되기 힘들고, 유입되는 기류에 대해 강한 저항으로 작용할 수 있기 때문이다. 실험 결과에 따르면, 담배 과립(214)의 밀도가 약 1.2g/cm3 이하인 경우에 와기류가 잘 발생되는 것으로 확인되었고, 약 1.0g/cm3 이하인 경우에 와기류 발생 확률이 더욱 증가하는 것으로 확인되었다.
다음으로, 제3 조건은 담배 과립(214)의 직경에 관한 것이다. 담배 과립(214)의 직경이 너무 커도 유입되는 기류에 대해 강한 저항으로 작용할 수 있기 때문이다. 실험 결과에 따르면, 담배 과립(214)의 직경이 약 1.2mm 이하인 경우에 와기류가 잘 발생되는 것으로 확인되었고, 약 1.0mm 이하인 경우에 와기류 발생 확률이 더욱 증가하는 것으로 확인되었다.
다음으로, 제4 조건은 제1 필터 세그먼트(211)의 흡인저항에 관한 것이다. 흡인저항이 너무 낮으면 헛빨림이 발생하여 퍼프에 의한 흡입력이 캐비티 세그먼트(212)까지 전달되지 않을 수 있기 때문이다. 실험 결과에 따르면, 제1 필터 세그먼트(211)의 흡인저항이 약 50mmH20/60mm 이상인 경우에 와기류가 잘 발생되는 것으로 확인되었고, 약 70mmH20/60mm 이상인 경우에 와기류 발생 확률이 더욱 증가하는 것으로 확인되었다.
지금까지 도 8을 참조하여 와기류 발생 원리와 관련된 조건에 대하여 설명하였다. 이하에서는, 도 9 내지 도 13을 참조하여 본 개시의 몇몇 실시예들에 따른 히터부(13)의 가열 구조에 대하여 설명하도록 한다.
먼저, 도 9를 참조하여 본 개시의 제1 실시예에 따른 히터부(13)의 가열 구조에 대하여 설명하도록 한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 히터부(13)는 외부 가열요소(131)를 포함하도록 구성될 수 있고, 외부 가열요소(131)는 캐비티 세그먼트(131)만을 가열하도록 배치될 수 있다. 가령, 외부 가열요소(131)는 캐비티 세그먼트(131)의 적어도 일부를 감싸는 형태로 배치될 수 있다.
이와 같은 경우, 히터부(13)의 열에 의해 필터 세그먼트(211, 213)의 물성이 변화되는 문제와 필터 세그먼트(211, 213)의 흡습으로 인해 가시적인 무화량(즉, 가시적인 연기의 발생량)이 감소되는 문제가 해결될 수 있다. 예를 들어, 필터 세그먼트(211, 213)가 셀룰로오스 아세테이트 필터인 경우 히터부(13)의 열에 의해 셀룰로오스 아세테이트 섬유가 녹거나 수축되는 문제가 발생될 수 있는데, 이러한 문제가 해결될 수 있다. 다른 예로서, 필터 세그먼트(211, 213)가 종이 필터인 경우 히터부(13)의 열에 의해 종이 물질의 흡습성이 증가함에 따라 유연 모드에서 무화량이 감소되는 문제가 발생될 수 있는데, 이러한 문제도 해결될 수 있다.
이하에서는, 도 10을 참조하여 본 개시의 제2 실시예에 따른 히터부(13)의 가열 구조에 대하여 설명하도록 한다. 본 개시의 명료함을 위해, 앞선 실시들과 중복되는 내용에 대한 설명은 생략하도록 한다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 히터부(13)는 외부 가열요소(131)를 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 외부 가열요소(131)는 캐비티 세그먼트(212)만을 가열하도록 배치되되, 캐비티 세그먼트(212)의 하류 말단 부근에 미가열 부위(215)가 형성되도록 배치될 수 있다. 가령, 외부 가열요소(131)는 캐비티 세그먼트(212)의 미가열 부위(215)를 제외한 나머지 부위를 감싸는 형태로 배치될 수 있다.
이와 같은 경우, 히터부(13)의 가열 효율이 향상될 수 있고, 와기류 발생 확률 또한 더욱 향상될 수 있다. 구체적으로, 외부 가열요소(131)의 가열 면적 감소에 의해 소비 전력이 감소하는 반면 담배 과립(214)에 대한 가열 성능은 그대로 유지되어 가열 효율이 향상될 수 있다. 다시 말해, 흡연 시에는 중력에 의해 대부분의 담배 과립(214)이 캐비티 세그먼트(212)의 상류에 위치하게 되는데, 외부 가열요소(131)가 대부분의 담배 과립(214)이 위치한 상류 부분을 가열하게 되는 바 가열 면적이 감소하더라도 실질적으로 담배 과립(214)에 전달되는 열량은 거의 떨어지지 않을 수 있다. 뿐만 아니라, 캐비티 세그먼트(212) 내에 온도차가 발생하여 와기류 발생 확률이 향상될 수 있다. 가령, 캐비티 세그먼트(212) 내의 온도차(e.g. 상류가 상대적으로 고온으로 가열됨)로 인해 하류 방향으로의 기류 흐름이 촉진되어 와기류 발생 확률이 더욱 증가할 수 있다.
한편, 몇몇 실시예들에서는, 히터부(13)가 캐비티 세그먼트(212)의 상류를 가열하는 제1 외부 가열요소와 하류를 가열하는 제2 외부 가열요소를 포함하도록 구성될 수 있고, 제어부(12)는 제1 외부 가열요소의 가열 온도가 제2 외부 가열요소보다 높도록 제어할 수 있다. 이와 같은 경우에도, 상술한 바와 유사한 효과가 달성될 수 있다.
또한, 몇몇 실시예들에서는, 히터부(13)가 캐비티 세그먼트(212)의 다양한 부위를 서로 다른 온도로 가열하는 복수의 외부 가열요소를 포함하도록 구성될 수도 있다. 가령, 히터부(13)는 캐비티 세그먼트(212)의 제1 부위를 가열하는 제1 외부 가열요소, 제2 부위를 가열하는 제2 외부 가열요소 및 제3 부위를 가열하는 제3 외부 가열요소를 포함하도록 구성될 수 있고, 제어부(12)는 각 외부 가열요소를 서로 다른 온도로 동작시킬 수 있다. 이러한 경우, 캐비티 세그먼트(212)의 각 부위가 다른 온도로 가열됨에 따라 내부의 기류 흐름이 복잡해질 수 있고, 이로 인해 와기류의 발생 확률이 더욱 증가될 수 있다.
이하에서는, 도 11을 참조하여 본 개시의 제3 실시예에 따른 히터부(13)의 가열 구조에 대하여 설명하도록 한다.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 히터부(13)는 내부 가열요소(132)와 외부 가열요소(131)를 포함하도록 구성될 수 있다. 히터부(13)는 두 가열요소(131, 132)를 통해 내외부에서 캐비티 세그먼트(212)를 동시에 가열함으로써 다수의 담배 과립(214)을 균일하게 가열할 수 있다. 다만, 히터부(13)의 구체적인 구현 방식은 달라질 수 있다.
일 예로서, 내부 가열요소(132)와 외부 가열요소(131)는 제어부(12)에 의해 동시에 제어되는 형태로 구현될 수 있다. 이때, 두 가열요소(131, 132)는 도시된 바와 같이 물리적으로 일체형으로 제조될 수도 있고, 서로 분리된 형태로 제조될 수도 있다. 어떠한 경우이든, 제어부(12)와 히터부(13) 간의 회로 구성의 복잡도는 감소될 수 있다.
다른 예로서, 내부 가열요소(132)와 외부 가열요소(131)는 제어부(12)에 의해 독립적으로 제어되도록 구현될 수 있다. 가령, 두 가열요소(131, 132)는 서로 분리된 형태로 제조되어, 제어부(12)에 의해 서로 다른 온도로 제어될 수 있다. 본 예시에서, 제어부(12)는 내부 가열요소(132)를 외부 가열요소(131)보다 낮은 가열 온도로 동작시키거나, 내부 가열요소(132)를 일정 조건 하에서만 동작시킬 수도 있다(e.g. 퍼프 시마다 동작, 예열 시간 동안에만 동작 등). 이러한 경우, 내부 가열요소(132)로 인해 담배 과립(214)이 과가열되어 탄맛이 발현되는 문제가 크게 경감될 수 있다. 가령, 일부 담배 과립(214)이 내부 가열요소(132)와 지속적으로 접촉되면서 가열됨에 따라 탄맛이 발현되는 문제가 크게 경감될 수 있다.
한편, 몇몇 실시예들에서, 내부 가열요소(132)의 두께는 약 4.0mm 이하이고, 바람직하게는 약 3.0mm, 2.5mm 또는 2.0mm 이하일 수 있다. 이러한 수치범위 내에서, 삽입 시에 담배 로드(21)가 밀리거나 내부 가열요소(132)에 의해 필터 세그먼트(e.g. 213)가 손상되는 문제가 용이하게 해결될 수 있으며, 필터 세그먼트(e.g. 213)의 손상 부위를 통한 담배 과립(214)의 탈락 현상도 최소화될 수 있다. 가령, 제2 필터 세그먼트(213)가 종이 필터이고 내부 가열요소(132)의 두께가 두꺼운 경우, 삽입 시에 내부 가열요소(132)가 종이 물질에 막혀 담배 로드(21)가 밀리는 문제가 발생할 수 있다. 또는, 내부 가열요소(132)의 관통에 의해 제2 필터 세그먼트(213)가 크게 손상되고, 손상 부위를 통해 담배 과립(214)이 외부로 탈락되는 문제가 발생할 수도 있다. 그러나, 내부 가열요소(132)의 두께가 예시된 수치범위를 갖는 경우, 예시된 문제가 해결될 수 있다.
또한, 몇몇 실시예들에서, 내부 가열요소(132)는 반원뿔형 등과 같은 뾰족한 형상을 가질 수 있다. 이러한 경우, 내부 가열요소(132)에 의한 제2 필터 세그먼트(213)의 손상과 담배 과립(214)의 탈락 현상이 최소화될 수 있다.
이하에서는, 도 12를 참조하여 본 개시의 제4 실시예에 따른 히터부(13)의 가열 구조에 대하여 설명하도록 한다.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 히터부(13)는 외부 가열요소(131)와 담배 로드(21)의 내부를 가열하는 열전도요소(133)를 포함하도록 구성될 수 있다. 여기서, 열전도요소(133)는 열전도성 물질로 구성되고 외부 가열요소(131)와 열적으로 접촉되도록 배치되어, 외부 가열요소(131)에서 발생된 열을 담배 로드(21)의 내부로 전달하는 역할을 수행할 수 있다.
이와 같은 경우, 캐비티 세그먼트(212) 내부에서 담배 과립(214)이 전도열에 의해 가열되는 바, 담배 과립(214)이 과가열되는 문제가 크게 경감될 수 있다. 뿐만 아니라, 제어부(12)와 외부 가열요소(131)만이 회로적으로 연결되는 바, 회로 구성의 복잡도가 감소될 수 있다.
이하에서는, 도 13을 참조하여 본 개시의 제5 실시예에 따른 히터부(13)의 가열 구조에 대하여 설명하도록 한다.
도 13에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 히터부(13)는 입자 형태의 서셉터 물질(이하, "서셉터 입자"로 칭함)을 통해 유도 가열 방식으로 캐비티 세그먼트(212)를 가열할 수 있다. 구체적으로, 히터부(13)는 서셉터 물질을 유도 가열하기 위한 인덕터(134; e.g. 유도 코일)를 포함하도록 구성될 수 있고, 캐비티 세그먼트(212) 내부에 다수의 서셉터 입자가 배치될 수 있다. 이러한 경우, 캐비티 세그먼트(212) 내부에서 다수의 서셉터 입자가 담배 과립(214)과 혼합되면서 담배 과립(214)을 가열하게 되는 바, 담배 과립(214)이 균일하게 가열될 수 있다.
서셉터 입자를 배치하는 방식은 다양할 수 있다. 예를 들어, 서셉터 입자는 담배 과립(214)과 함께 캐비티 세그먼트(212) 내부에 충진될 수 있다. 다른 예로서, 서셉터 입자는 담배 과립(214)의 일부를 구성할 수도 있다. 이를테면, 담배 과립(214) 제조 시에 서셉터 입자를 투입함으로써, 서셉터 입자를 포함하는 담배 과립(214)이 제조될 수 있다.
지금까지 도 9 내지 도 13을 참조하여 본 개시의 제1 실시예 내지 제5 실시예에 따른 히터부(13)의 가열 구조에 대하여 설명하였다. 이해의 편의를 제공하기 위해, 실시예들을 구분하여 설명하였으나, 상술한 제1 실시예 내지 제5 실시예는 다양한 형태로 조합될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에 따른 히터부(13)는 내부 가열요소와 캐비티 세그먼트(212)만을 가열하는 외부 가열요소를 포함하도록 구성될 수도 있다.
이하에서는, 실시예 및 실험예를 통해 상술한 담배 과립(214) 및/또는 에어로졸 발생 물품(2)의 구성 및 효과에 대해 보다 상세하게 설명하도록 한다. 다만, 이하의 실시예들은 본 개시의 일부 예시에 불과할 뿐이므로, 본 개시의 범위가 이하의 실시예들에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
도 7에 예시된 에어로졸 발생 물품(2)과 동일한 구조를 갖는 궐련을 제조하였다. 구체적으로는, 원주 약 22mm, 길이 약 48mm의 궐련을 제조하였고, 담배 로드의 캐비티 세그먼트에 약 150mg의 담배 과립을 투입하였다. 그리고, 지폭이 약 150mm의 크립지(즉, 크림핑 공정이 수행된 종이)를 투입하여 흡인저항이 약 70mmH2O/60mm인 종이 필터를 제조하고(하기의 표 1 참조), 제조된 종이 필터를 절단하여 담배 로드의 필터 세그먼트로 이용하였다. 또한, 필터 로드의 냉각 세그먼트로는 지관을 이용하였고, 마우스피스 세그먼트로는 셀룰로오스 아세테이트 필터를 이용하였다.
실시예 2
지폭이 약 150mm인 종이를 투입하여 흡인저항이 약 70mmH20/60mm인 종이 필터를 제조하고(하기의 표 1 참조), 제조된 종이 필터를 절단하여 담배 로드의 필터 세그먼트로 이용한 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 궐련을 제조하였다. 흡인저항을 실시예 1보다 낮추기 위해, 크림핑 강도가 실시예 1보다 약한 크립지를 투입하여 종이 필터를 제조하였다.
실시예 3
지폭이 약 120mm인 종이를 투입하여 흡인저항이 약 70mmH20/60mm인 종이 필터를 제조하고(하기의 표 1 참조), 제조된 종이 필터를 절단하여 담배 로드의 필터 세그먼트로 이용한 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 궐련을 제조하였다. 흡인저항을 실시예 1과 동일하게 맞추기 위해, 크림핑 강도가 실시예 1보다 강한 크립지를 투입하여 종이 필터를 제조하였다.
실시예 4
지폭이 약 120mm인 종이를 투입하여 흡인저항이 약 50mmH20/60mm인 종이 필터를 제조하고(하기의 표 1 참조), 제조된 종이 필터를 절단하여 담배 로드의 필터 세그먼트로 이용한 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 궐련을 제조하였다. 흡인저항을 실시예 2와 동일하게 맞추기 위해, 크림핑 강도가 실시예 2보다 강한 크립지를 투입하여 종이 필터를 제조하였다.
실시예 5
지폭이 약 120mm인 종이를 투입하여 흡인저항이 약 100mmH20/60mm인 종이 필터를 제조하고(하기의 표 1 참조), 제조된 종이 필터를 절단하여 담배 로드의 필터 세그먼트로 이용한 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 궐련을 제조하였다. 흡인저항을 실시예 3보다 높이기 위해 크림핑 강도가 실시예 3보다 더 강한 크립지를 투입하여 종이 필터를 제조하였다.
하기의 표 1은 실시예 1 내지 실시예 5에 따른 궐련들의 제조에 이용된 종이 필터의 사양을 정리해 높은 것이고, 표 2는 실시예 1 내지 실시예 5에 따른 궐련들의 구조 및 사양을 정리해 놓은 것이다.
구분 원주
(mm)		 흡인저항
(mmH20)		 지폭
(mm)		 필터원지 필터권지 길이
(mm)
실시예 1 22 70 150 크립지 MFW 60
실시예 2 50
실시예 3 70 120
실시예 4 50
실시예 5 100 120
구분 담배 로드 필터 로드
필터 세그먼트 캐비티
세그먼트		 냉각
세그먼트		 마우스피스
세그먼트
상류 하류
실시예 1 종이(150mm, 70mmH2O/60mm) 과립
150mg		 지관 아세필터
실시예 2 종이(150mm, 50mmH2O/60mm)
실시예 3 종이(120mm, 70mmH2O/60mm)
실시예 4 종이(120mm, 50mmH2O/60mm)
실시예 5 종이(120mm, 100mmH2O/60mm)
실험예 1: 무화량 평가
실시예 1 내지 5에 따른 궐련들에 대해 무화량을 평가하는 실험을 진행하였다. 구체적으로는, 궐련들의 필터 세그먼트에 투입된 종이 물질이 무화량에 어느 정도의 영향을 미치는지를 평가하기 위해, 흡연 후 종이 물질의 무게 증가량(즉, 액상 카트리지에 발생된 에어로졸 등을 흡습함으로써 증가된 무게)을 측정하고 연기 성분을 분석하는 실험을 진행하였다. 또한, 흡연 시에 실제 육안으로 보이는 무화량의 정도(즉, 가시 무화량)를 상대적으로 평가하였다. 온도가 대략 20℃이며, 습도가 대략 62.5%인 흡연실에서 액상 카트리지가 장착된 하이브리드형 에어로졸 발생 장치(도 2 또는 도 3 참조)를 이용하여 실험을 진행하였고, 성분 분석을 위한 연기 포집은 시료별 3회씩, 회별 8 퍼프를 기준으로 반복 실시되었으며, 3회씩의 포집 결과에 대한 평균값이 하기의 표 3에 기재되어 있다. 또한, 표 3에 기재된 필터 세그먼트의 무게 증가량도 3회씩의 측정 결과에 대한 평균값으로 산출되었다.
구분 TPM
(mg/cig.)		 상류 필터 세그먼트의
무게 증가량
(mg)		 하류 필터 세그먼트의
무게 증가량
(mg)		 가시 무화량
실시예 1 50.7 38.5 11.2 약간 좋음
실시예 2 46.1 28.8 12.2 좋음
실시예 3 39.1 36.4 15.9 중간 정도
실시예 4 43.2 29.5 15.8 약간 좋음
실시예 5 32.1 41.5 16.2 약간 나쁨
상기 표 3을 참조하면, 실시예 2에 따른 궐련의 무화량이 대체로 실시예 1보다 우수한 것으로 나타났다. 구체적으로, 실시예 2에 따른 필터 세그먼트의 무게 증가량이 실시예 1보다 적고(즉, 종이 물질의 흡습량이 적음), 가시 무화량 또한 실시예 2에 따른 궐련이 실시예 1보다 우수한 것으로 나타났다. 이는 흡인저항을 실시예 1보다 낮추기 위해 크림핑 강도가 상대적으로 약한 종이 물질을 투입함에 따라 나타난 결과로 판단된다. 또한, 실시예 5에 따른 궐련의 무화량이 가장 나쁘게 평가되었는데(즉, 가시적인 무화량이 상대적으로 적고 무게 증가량은 높음), 이 또한 위와 같은 이유에서 기인한 것으로 판단된다. 다시 말해, 실시예 5에 따른 필터 세그먼트 제조 시에 상대적으로 작은 지폭의 종이로 약 100mmH2O/60mm의 흡인 저항을 맞추기 위해 크림핑 강도가 상당히 강한 종이를 이용하였는데, 이러한 점이 무화량에 영향을 미친 것으로 판단된다.
또한, 실시예 1과 실시예 3(또는 실시예 2와 실시예 4)을 비교했을 때, 실시예 1에 따른 궐련의 무화량이 더 우수한 것으로 나타났다. 이는 필터 세그먼트에 투입된 종이의 지폭보다 크림핑 강도가 무화량에 더 큰 영향을 미친다는 것을 의미하는 것으로 판단된다. 다시 말해, 필터 세그먼트에 투입된 종이의 지폭이 크더라도(즉, 양이 많더라도) 크림핑 강도를 약하게 함으로써 무화량에 미치는 영향을 조절할 수 있음을 의미하는 것으로 판단된다.
참고로, 기재되어 있지는 않으나, 크림핑 강도를 매우 약하게 하여 흡인저항이 약 30mmH2O/60mm 정도의 종이 필터를 제조하고, 이를 절단하여 궐련을 제조하였는데, 제조 시에 담배 과립이 탈락되는 현상이 간헐적으로 나타났다. 따라서, 제조된 궐련을 제외하고 실험예 1에 따른 무화량 평가 실험을 진행하였다.
상술한 내용을 정리해보면, 담배 로드의 필터 세그먼트는 적당하게 크림핑된 종이를 이용하여 흡인저항이 대략 50mmH2O/60mm 내지 100mmH2O/60mm인 종이 필터를 이용하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있고, 지폭의 범위는 약 120mm 내지 150mm에서 더 확장되더라도 무화량에 큰 영향을 미치지 않는다는 것을 알 수 있다.
실시예 6
크기가 약 30메시 내지 45메시인 담배 과립을 제조하고, 충진율이 약 75부피%가 되도록 제조된 담배 과립을 투입하여 도 7에 예시된 물품(2)과 동일한 구조를 갖는 궐련을 제조하였다. 담배 로드(e.g. 21)를 구성하는 두 필터 세그먼트(e.g. 211, 213)로는 내유도(3M Kit Test에 따라 측정된 내유도)가 약 2인 종이 물질로 제조된 필터가 이용되었다.
실시예 7
내유도가 약 6인 종이 물질로 제조된 필터가 이용된 점을 제외하고, 실시예 6과 동일한 궐련을 제조하였다.
실시예 8
담배 과립의 크기가 약 20메시 내지 30메시인 점을 제외하고, 실시예 6과 동일한 궐련을 제조하였다.
실시예 9
충진율이 약 50부피%가 되도록 담배 과립을 투입한 점을 제외하고, 실시예 6과 동일한 궐련을 제조하였다.
실시예 10
충진율이 약 100부피%가 되도록 담배 과립을 투입한 점을 제외하고, 실시예 6과 동일한 궐련을 제조하였다.
실험예 2: 종이 물질의 내유도가 무화량에 미치는 영향 확인
필터 세그먼트(e.g. 211, 213)에 투입된 종이 물질의 내유도가 무화량에 미치는 영향을 확인하기 위해, 유연 모드에서 실시예 6 및 7에 따른 궐련들의 연기 성분을 분석하여 TPM(Total Particulate Matter) 함량을 측정하는 실험을 진행하였다. 실험 방식은 실험예 1과 동일한 방식으로 수행되었고, 실험 결과는 하기의 표 4에 기재되어 있다.
구분 TPM(mg/cigar)
실시예 6 37.23
실시예 7 44.40
표 4를 참조하면, 실시예 7에 따른 궐련(즉, 내유도가 높은 종이 물질이 투입된 궐련)의 TPM 함량이 실시예 6보다 월등하게 많은 것으로 나타났다. 이는 내유도가 높은 종이 물질이 필터 세그먼트를 통과하는 에어로졸에서 흡습을 적게 함으로써 에어로졸 형성제와 수분의 이행량이 증가되었기 때문에 나타난 결과로 판단된다. 이러한 실험 결과를 통해 내유도가 높은 종이 물질을 투입하는 경우 무화량을 향상시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.
실험예 3: 담배 과립의 크기가 와기류 발생에 미치는 영향 확인
담배 과립의 크기가 캐비티 세그먼트(e.g. 212) 내부의 와기류 발생에 미치는 영향을 확인하기 위해, 실시예 6 및 8에 따른 궐련들에 대한 흡연 실험을 진행하고 흡연 후에 담배 과립이 뭉쳐있는 정도를 확인하는 실험을 진행하였다. 캐비티 세그먼트(e.g. 212) 내부에서 와기류가 잘 발생될수록 담배 과립이 고르게 섞여 뭉침 현상이 줄어들기 때문에, 흡연 후 담배 과립의 뭉침 정도가 와기류 발생 정도를 나타내는 척도가 될 수 있기 때문이다. 실험 결과는 도 14 및 도 15에 도시되어 있고, 도 14 및 도 15는 흡연 후에 담배 과립이 뭉쳐있는 정도를 촬영한 것으로, 각각 실시예 6(약 30메시 내지 45메시)과 실시예 8(약 20메시 내지 30메시)에 대한 실험 결과를 나타낸다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 실시예 8에 따른 담배 과립(즉, 크기가 큰 담배 과립)의 뭉침 정도가 실시예 6보다 심한 것으로 나타났다. 즉, 실시예 6에 따른 담배 과립은 상대적으로 고르게 펼쳐져 있는 반면, 실시예 8에 따른 담배 과립에서는 강하게 뭉쳐져 있는 부분이 나타나는 것으로 확인되었다. 이는 크기가 큰 담배 과립이 기류에 더 큰 저항으로 작용(e.g. 무게, 크기 증가 등으로 인해 기류를 더 잘 막을 수 있음)하여 와기류 발생 확률을 감소시키기 때문인 것으로 판단된다.
실험예 4: 담배 과립의 충진율이 와기류 발생에 미치는 영향 확인
담배 과립의 충진율이 캐비티 세그먼트(e.g. 212) 내부의 와기류 발생에 미치는 영향을 확인하기 위해, 실시예 6, 9 및 10에 따른 궐련들에 대한 흡연 실험을 진행하고 흡연 후에 담배 과립이 뭉쳐있는 정도를 확인하는 실험을 진행하였다. 실험 결과는 도 16 내지 도 18에 도시되어 있다. 도 16, 도 17 및 도 18은 흡연 후에 담배 과립이 뭉쳐있는 정도는 촬영한 것으로, 각각 실시예 9(충진율 약 50부피%), 실시예 6(충진율 약 75부피%) 및 실시예 10(충진율 약 100부피%)에 대한 실험 결과를 나타낸다.
도 16 내지 도 18을 참조하면, 담배 과립의 충진율이 증가할수록 담배 과립의 뭉침 정도가 심하게 나타나는 것으로 확인되었다. 가령, 충진율이 약 50부피%인 실시예 9에 따른 담배 과립의 뭉침 정도는 충진율이 약 100부피%인 실시예 10에 비해 현저하게 낮은 것으로 확인되었다. 이는 충진율이 낮을수록 캐비티 세그먼트(e.g. 212)의 빈 공간이 증가하여 기류 흐름이 촉진될 수 있고, 기류 흐름이 촉진됨에 따라 와기류 발생 확률이 증가하기 때문인 것으로 판단된다. 이러한 실험 결과를 통해, 담배 과립의 충진율은 약 75부피% 또는 약 80부피% 이하가 되는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.
실험예 5: 가열요소의 두께 및 형상이 필터 세그먼트의 손상도에 미치는 영향 확인
필터 세그먼트의 손상도가 클수록 담배 과립의 탈락 현상이 가속화될 수 있기 때문에, 내부 가열요소(e.g. 132)의 두께 및 형상이 필터 세그먼트(e.g. 213)의 손상도에 미치는 영향을 확인하는 실험을 진행하였다. 구체적으로는, 내부 가열요소의 두께 및 형상을 변경해가며 실시예 6에 따른 궐련의 필터 세그먼트 손상도를 확인하는 실험을 진행하였다. 실험 결과는 도 19 내지 도 21에 도시되어 있다. 도 19 내지 도 21은 내부 가열요소에 의해 관통된 필터 세그먼트(e.g. 213)의 단면을 촬영한 것으로, 각각 약 2mm 두께의 반원뿔형 가열요소, 약 2mm 두께의 원기둥형(봉형) 가열요소 및 약 3mm 두께의 원기둥형 가열요소에 대한 실험 결과를 나타낸다.
도 19 내지 도 21을 참조하면, 가열요소의 두께가 두꺼울수록 필터 세그먼트의 손상도가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해, 필터 세그먼트의 손상과 담배 과립의 탈락 현상을 최소화하려면, 가열요소의 두께가 약 3mm 이하가 되는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.
또한, 필터 세그먼트의 손상을 최소화하려면 원기둥형보다는 반원뿔형과 같이 뾰족한 형태의 가열요소를 사용하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.
참고로, 가열요소의 두께가 약 4mm 이상인 경우에는, 삽입 시에 필터 세그먼트가 밀려 삽입이 원활하지 않고 필터 세그먼트의 손상도가 더욱 증가하는 것으로 확인되었다.
지금까지 실시예 및 실험예를 통해 상술한 담배 과립(214) 및/또는 에어로졸 발생 물품(2)의 구성 및 효과에 대해 보다 상세하게 설명하였다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 실시예들을 설명하였지만, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 본 개시가 다른 구체적인 형태로도 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 개시의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 개시에 의해 정의되는 기술적 사상의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 에어로졸 발생 장치
11: 배터리
12: 제어부
13: 히터부
14: 카트리지 히터부
15: 카트리지
2: 에어로졸 발생 물품
21: 담배 로드
22: 필터 로드
211, 213: 필터 세그먼트
212: 캐비티 세그먼트
214: 담배 과립
215: 미가열 부위
221: 마우스피스 세그먼트
222: 냉각 세그먼트
131, 132: 가열요소
133: 열전도요소
134: 인덕터

Claims (11)

  1. 과립 형태의 담배 물질인 담배 과립을 포함하는 에어로졸 발생 물품을 가열하여 에어로졸을 발생시키는 에어로졸 발생 장치로서,
    상기 에어로졸 발생 물품이 수용되는 수용공간을 형성하는 하우징; 및
    상기 수용공간 내에 수용된 상기 에어로졸 발생 물품을 가열하는 히터부를 포함하고,
    상기 에어로졸 발생 물품은 상기 담배 과립이 충진된 담배 로드와 필터 로드를 포함하되,
    상기 담배 로드는,
    제1 필터 세그먼트;
    상기 제1 필터 세그먼트의 상류에 상기 제1 필터 세그먼트와 이격 배치되는 제2 필터 세그먼트; 및
    상기 제1 필터 세그먼트와 상기 제2 필터 세그먼트 사이의 이격 공간으로 형성된 캐비티를 구비하는 캐비티 세그먼트를 포함하고,
    상기 담배 과립은 상기 캐비티 세그먼트의 상기 캐비티에 충진되되,
    상기 담배 과립은 사용자의 퍼프 시 상기 캐비티 세그먼트 내에서 이동 및 상호 혼합될 수 있도록 상기 캐비티 세그먼트 내에서 적어도 일부 빈 공간을 형성하도록 충진되는,
    에어로졸 발생 장치.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 필터 세그먼트는 종이 물질을 포함하며,
    상기 히터부는 상기 담배 로드를 내부에서 가열하는 가열요소를 포함하고,
    상기 가열요소의 두께는 2.0mm 이하인,
    에어로졸 발생 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 히터부는 상기 담배 로드를 외부에서 가열하는 가열요소를 포함하고,
    상기 가열요소는 상기 캐비티 세그먼트만을 가열하도록 배치되는,
    에어로졸 발생 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 히터부는 상기 담배 로드를 외부에서 가열하는 가열요소를 포함하고,
    상기 가열요소는 상기 캐비티 세그먼트를 가열하도록 배치되되, 상기 캐비티 세그먼트의 하류 말단 부근에 미가열 부위가 형성되도록 배치되는,
    에어로졸 발생 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 캐비티 세그먼트에 대한 상기 담배 과립의 충진율은 80부피% 이하이고,
    상기 담배 과립의 밀도는 0.5g/cm3 내지 1.2g/cm3이며,
    상기 담배 과립의 직경은 0.3mm 내지 1.2mm이고,
    상기 캐비티 세그먼트의 하류에 위치한 상기 제1 필터 세그먼트의 흡인저항은 50mmH20/60mm 내지 150mmH20/60mm인,
    에어로졸 발생 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 필터 세그먼트는 지폭이 100mm 내지 200mm인 종이 물질을 포함하고,
    상기 제1 필터 세그먼트의 흡인저항은 50mmH20/60mm 내지 100mmH20/60mm인,
    에어로졸 발생 장치
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 히터부는 상기 담배 로드를 외부에서 가열하는 제1 가열요소와 내부에서 가열하는 제2 가열요소를 포함하는,
    에어로졸 발생 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 히터부는 상기 담배 로드를 외부에서 가열하는 가열요소와 상기 가열요소에서 발생된 열을 상기 담배 로드의 내부로 전달하는 열전도요소를 포함하는,
    에어로졸 발생 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 담배 과립 또는 상기 담배 로드는 입자 형태의 서셉터 물질을 포함하고,
    상기 히터부는 상기 서셉터 물질을 유도 가열하는 인덕터를 포함하는,
    에어로졸 발생 장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 필터 로드는 냉각 세그먼트 및 마우스피스 세그먼트를 포함하는,
    에어로졸 발생 장치.
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