KR20230167353A - 기화기를 위한 소모품 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 적어도 하나의 전기 전도성 재료의 입자, 입자를 결합시키기 위한 적어도 하나의 결합제, 적어도 하나의 에어로졸 형성제, 및 선택적으로 적어도 하나의 향미제 재료를 포함하는, 에어로졸 발생 장치를 위한 소모품에 관한 것이다.
Description
본 발명은 에어로졸 발생 장치를 위한 소모품에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 소모품을 제조하기 위한 방법, 및 소모품을 포함하는 에어로졸 발생 장치에 관한 것이다.
많은 종류의 전기식 흡연 장치가 시장에서 이용 가능하다. 가장 대중적인 것은 전자 담배로 알려져 있으며, e-액체를 흡입식 증기로 기화시킨다. 그러나, 이러한 장치는 e-액체의 누출에 취약하다. 이는 예를 들어 사용자가 전기식 흡연 장치를 이들의 주머니 또는 가방 속에 보관하는 경우, 사용자에게 바람직하지 않을 수 있다. 누출되지 않는 고체 소모품을 갖는 대안적인 장치가 이용 가능하다. 그러한 장치는, 종이로 포장된 담배 재생 물질을 연소시키는 대신 가열하는 것이다. 그러나, 이러한 장치는 장치의 일부로서 히터를 필요로 하며, 장치의 표면에서 고온을 방지하기 위한 적절한 단열을 필요로 한다. 이러한 장치는 조립하기가 비교적 복잡하며, 이에 따라 비교적 고가이다.
통상적인 고체 소모품은 가열하는 데 긴 시간이 걸리고, 코어 또는 벌크(bulk) 재료에 열을 공급하기 어려울 수 있다. 고체 소모품에 가해지는 임의의 열은, 열이 이의 코어에 도달하기 전에, 고체 소모품의 외부 표면을 태우거나 연소시킬 수 있다. 예를 들어, 고체 소모품은 기화기 내에 압축된 블록으로서 배치되어 에어로졸화 온도에 도달될 수 있다. 에어로졸은 주로 블록의 표면에서 방출될 것이다. 에어로졸을 방출하는 역할을 하는 담배의 코어 내로 충분한 열이 전달될 때까지, 대부분의 표면이 태워질 것이다.
본 발명의 목적은, 소모품 내에 포함된 임의의 향미제(flavorant) 재료 및/또는 에어로졸 형성제가 용이하고 균일하게 방출될 수 있는, 에어로졸 발생 장치를 위한 고체 소모품을 제공하는 것이다.
소모품, 소모품을 포함하는 에어로졸 발생 장치, 소모품을 제조하기 위한 방법, 및 에어로졸을 발생시키기 위한 방법이 독립 청구항에 한정된다. 바람직한 실시형태는 종속 청구항에 한정된다.
본 발명에 따른 에어로졸 발생 장치를 위한 소모품은, 적어도 하나의 전기 전도성 재료의 입자, 입자를 결합시키기 위한 적어도 하나의 결합제; 적어도 하나의 에어로졸 형성제; 및 선택적으로 적어도 하나의 향미제 재료(flavorant material)를 포함한다.
소모품이 전기 전도성 재료를 포함하는 경우, 이에 따라, 열이 소모품의 코어에 전달될 수 있다. 열이 소모품 전체에 걸쳐서 용이하게 전달될 수 있기 때문에, 소모품에 포함된 임의의 향미제 재료 및/또는 에어로졸 형성제가 용이하고 균일하게 가열될 수 있다.
소모품이 전기 전도성인 경우, 이에 따라, 가열 시스템 또는 라이터가 장치의 일부이어야 할 필요 없이, 예를 들어 재충전식 리튬 이온 배터리를 통해 에어로졸 발생 장치를 작동시킬 수 있다.
바람직하게는, 전기 전도성 재료의 입자는, 소모품의 총 중량을 기준으로, 35 내지 60 중량%의 양으로 존재한다. 바람직하게는, 결합제 및 에어로졸 형성제 그리고 선택적인 향미제 재료는, 소모품의 총 중량을 기준으로, 40 내지 65 중량%의 양으로 함께 존재한다.
전기 전도성 재료는, 바람직하게는 목탄, 활성탄, 블랙 카본(black carbon), 및 흑연으로부터 선택되는, 바람직하게는 전기 전도성 탄소 함유 재료이다. 바람직하게는, 전기 전도성 재료의 입자는, 1 ㎛ 내지 10 mm, 바람직하게는 10 ㎛ 내지 1 mm, 보다 더 바람직하게는 100 ㎛ 내지 500 ㎛ 범위의 입자 크기를 갖는다.
바람직하게는, 향미제 재료는, 바람직하게는 담배로부터 선택되는, 식물로부터 유래된다. 바람직하게는, 향미제 재료의 입자는, 분쇄 담배 잎, 미분탄(pulverized) 담배 잎, 또는 황색종잎(flue cured) 담배(FCT)로부터 획득된 담배 입자이다. 바람직하게는 담배 입자는, 200 ㎛ 내지 5 mm, 바람직하게는 250 ㎛ 내지 4.5 mm, 보다 더 바람직하게는 300 ㎛ 내지 4 mm, 그리고 보다 더 바람직하게는 350 ㎛ 내지 3.5 mm, 보다 더 바람직하게는 1000 ㎛ 미만의 범위의 입자 크기를 갖는다. 소모품의 총 중량을 기준으로, 향미제 재료는 바람직하게는 0.1 내지 60 중량%의 양으로 존재하며, 전기 전도성 재료 없이 존재하는 경우, 바람직하게는 35 내지 60 중량%, 보다 더 바람직하게는 약 45 중량%의 양으로 존재한다.
적어도 하나의 결합제는, 소모품의 총 중량을 기준으로, 바람직하게는 0.1 내지 7 중량%의 양으로 존재한다. 바람직하게는, 적어도 하나의 결합제는, 셀룰로오스 유도체 및 검(gum) 중 적어도 하나를 포함한다. 바람직하게는, 셀룰로오스 유도체는 카르복시메틸 셀룰로오스로부터 선택되며, 검은 젤란검으로부터 선택된다.
적어도 하나의 에어로졸 형성제는, 소모품의 총 중량을 기준으로, 바람직하게는 5 내지 70 중량%의 양으로 존재한다. 바람직하게는, 적어도 하나의 에어로졸 형성제는, 바람직하게는 글리세린, 프로필렌 글리콜, 및 알코올로부터 선택되는, 습윤제이다.
바람직하게는, 소모품은, 전기 전도성 재료로서 목탄 입자 및 향미제 재료로서 담배 입자 중 적어도 하나, 카르복시메틸 셀룰로오스 및 선택적으로 젤란검을 포함하는 결합제, 및 글리세린을 포함한다.
소모품은 바람직하게는 전기 전도성이다. 바람직하게는, 소모품은, 향미제 재료 및 에어로졸 형성제 중 적어도 하나가 에어로졸을 형성하는 온도로 가열되도록 구성된다. 바람직하게는, 소모품의 전기 전도율은, 적어도 3x102 S/m(20℃에서), 바람직하게는 최대 3x106 S/m(20℃에서)이다.
적어도 하나의 결합제 및 적어도 하나의 에어로졸 형성제는, 바람직하게는 겔을 형성한다. 바람직하게는, 겔 대 전기 전도성 재료의 중량비는, 0.01:1 내지 100:1, 바람직하게는 0.1:1 내지 10:1, 보다 바람직하게는 0.5:1 내지 5:1, 보다 더 바람직하게는 0.5:1 내지 1:1이며, 가장 바람직하게는, 겔 대 전기 전도성 재료의 중량비는 2:1, 1.75:1, 1.5:1, 1.25:1 또는 1:1이다.
본 개시물에 따른 에어로졸 발생 장치는 소모품을 포함한다.
기화기를 위한 소모품을 제조하기 위한 방법은,
i) 적어도 하나의 전기 전도성 재료의 입자, 및 선택적으로 향미제 재료를 제공하는 단계;
ii) 입자를 결합시키기 위한 적어도 하나의 결합제, 적어도 하나의 에어로졸 형성제, 및 선택적으로 물과 입자 및 선택적인 향미제 재료를 혼합하는 단계; 및
iii) 예를 들어 경화 및/또는 건조에 의해, 혼합물을 응고시키는 단계를 포함한다.
바람직한 실시형태에서, 입자, 결합제, 에어로졸 형성제, 및 선택적인 물은, 페이스트(paste) 또는 도우(dough)를 형성한다. 그 다음, 페이스트 또는 도우는 층 내로 압착될 수 있다. 그 다음, 이러한 층은, 예를 들어 경화 및/또는 건조에 의해 응고될 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 결합제, 에어로졸 형성제, 및 선택적인 물은 겔 형성제를 형성한다. 바람직하게는, 겔 형성제 대 전기 전도성 재료의 중량비는, 0.01:1 내지 100:1, 바람직하게는 0.1:1 내지 10:1, 보다 바람직하게는 0.5:1 내지 5:1, 보다 더 바람직하게는 0.5:1 내지 1:1이며, 가장 바람직하게는, 겔 형성제 대 전기 전도성 재료의 중량비는 2:1, 1.75:1, 1.5:1, 1.25:1 또는 1:1이다.
에어로졸을 발생시키는 방법은,
i) 본원에 한정된 바와 같은 소모품을 제공하는 단계;
ii) 에어로졸 발생 장치의 2개의 전극 사이에, 바람직하게는 층 형태로 소모품을 배치하는 단계;
iii) 소모품 상의 전극을 압착하는 단계;
iv) 전극에 전류를 공급하는 단계로서, 소모품은 전극 간에 전류를 전도하는, 단계; 및
v) 소모품을 가열하여, 에어로졸을 생성하는 단계를 포함한다.
도면으로서:
도 1a는 전기 전도성 재료의 하나의 입자를 갖는, 2개의 전극 사이의 전기 전도성 재료를 포함하는 소모품의 개략적인 단면도를 도시한다;
도 1b는 전기 전도성 재료의 2개의 접촉 입자를 갖는, 2개의 전극 사이의 전기 전도성 재료를 포함하는 소모품의 개략적인 단면도를 도시한다;
도 1c는 2개의 전극 사이의 전기 전도성 재료를 포함하는 소모품의 개략적인 평면도를 도시한다;
도 2는 2개의 전극, 및 전극 사이에 배치된 소모품을 갖는, 에어로졸을 전달하기 위한 장치의 개략도를 도시한다;
도 3은 전기 전도성 재료를 포함하는 소모품을 제조하기 위한 방법의 흐름도를 도시한다;
도 4는 2개의 전극, 및 전극 사이에 배치된 소모품을 포함하는 장치를 통한 에어로졸 생성 방법의 흐름도를 도시한다;
도 5a는 나선으로 배치된 소모품을 포함하는 카트리지의 개략도를 도시한다;
도 5b는 쌍곡 나선(hyperbolic spiral)으로 배치된 소모품을 포함하는 카트리지의 개략도를 도시한다;
도 6은 겔 대 입자의 상이한 비율로 제조된 3개의 소모품의 사진을 도시한다;
도 7은 상이한 함량의 목탄을 포함하는 소모품의 사진을 도시한다.
달리 정의되지 않는 한, 본원에 사용된 기술 용어 및 과학 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.
본 개시물에서 주어진 모든 값은, 문맥상 반대인 것이 명확하지 않는 한, "약"이라는 단어에 의해 보완되는 것으로 이해되어야 한다.
본원에 사용된 바와 같은 중량%는, 명시적으로 달리 명시되지 않는 한, 소모품의 총 중량을 기준으로 하는 중량 퍼센트로서 이해되어야 한다. 또한, 본 개시물에서, 특정 소모품 내에서 중량%로 주어진 모든 양은 총합이 100 중량%가 된다. 이에 따라, 중량 퍼센트는, 달리 표시되지 않거나 문맥상 명확하지 않는 한, 각각의 성분의 질량을 소모품의 총 질량으로 나눔으로써 계산된다.
본 발명의 추가적인 이점, 목적 및 특징은, 첨부된 도면을 참조하여 이하의 설명에서 예시적으로만 설명될 것이다. 도면에서, 상이한 실시형태의 유사한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 나타낼 수 있다.
도 1a는 전기 전도성 재료의 하나의 입자를 갖는, 2개의 전극 사이의 전기 전도성 재료를 포함하는 소모품의 개략적인 단면도를 도시한다;
도 1b는 전기 전도성 재료의 2개의 접촉 입자를 갖는, 2개의 전극 사이의 전기 전도성 재료를 포함하는 소모품의 개략적인 단면도를 도시한다;
도 1c는 2개의 전극 사이의 전기 전도성 재료를 포함하는 소모품의 개략적인 평면도를 도시한다;
도 2는 2개의 전극, 및 전극 사이에 배치된 소모품을 갖는, 에어로졸을 전달하기 위한 장치의 개략도를 도시한다;
도 3은 전기 전도성 재료를 포함하는 소모품을 제조하기 위한 방법의 흐름도를 도시한다;
도 4는 2개의 전극, 및 전극 사이에 배치된 소모품을 포함하는 장치를 통한 에어로졸 생성 방법의 흐름도를 도시한다;
도 5a는 나선으로 배치된 소모품을 포함하는 카트리지의 개략도를 도시한다;
도 5b는 쌍곡 나선(hyperbolic spiral)으로 배치된 소모품을 포함하는 카트리지의 개략도를 도시한다;
도 6은 겔 대 입자의 상이한 비율로 제조된 3개의 소모품의 사진을 도시한다;
도 7은 상이한 함량의 목탄을 포함하는 소모품의 사진을 도시한다.
달리 정의되지 않는 한, 본원에 사용된 기술 용어 및 과학 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.
본 개시물에서 주어진 모든 값은, 문맥상 반대인 것이 명확하지 않는 한, "약"이라는 단어에 의해 보완되는 것으로 이해되어야 한다.
본원에 사용된 바와 같은 중량%는, 명시적으로 달리 명시되지 않는 한, 소모품의 총 중량을 기준으로 하는 중량 퍼센트로서 이해되어야 한다. 또한, 본 개시물에서, 특정 소모품 내에서 중량%로 주어진 모든 양은 총합이 100 중량%가 된다. 이에 따라, 중량 퍼센트는, 달리 표시되지 않거나 문맥상 명확하지 않는 한, 각각의 성분의 질량을 소모품의 총 질량으로 나눔으로써 계산된다.
본 발명의 추가적인 이점, 목적 및 특징은, 첨부된 도면을 참조하여 이하의 설명에서 예시적으로만 설명될 것이다. 도면에서, 상이한 실시형태의 유사한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 나타낼 수 있다.
본 발명에 따른 에어로졸 발생 장치를 위한 소모품(1)은, 적어도 하나의 전기 전도성 재료(7)의 입자, 입자를 결합시키기 위한 적어도 하나의 결합제, 적어도 하나의 에어로졸 형성제(6), 및 선택적으로 적어도 하나의 향미제 재료(5)를 포함한다.
바람직한 실시형태에서, 소모품(1)은, 적어도 하나의 전기 전도성 재료(7)의 입자, 입자를 결합시키기 위한 적어도 하나의 결합제, 및 적어도 하나의 에어로졸 형성제(6), 및 선택적으로 적어도 하나의 향미제 재료(5)로 형성된다. 이러한 실시형태에서, 소모품(1)은 임의의 다른 캐리어 재료를 포함하지 않지만, 대신에, 전기 전도성 재료(7)의 입자, 입자를 결합시키기 위한 적어도 하나의 결합제, 및 적어도 하나의 에어로졸 형성제(6)에 의해, 이의 고체 구조물이 제공된다. 다른 실시형태에서, 소모품(1)은, 적어도 하나의 전기 전도성 재료(7)의 입자, 입자를 결합시키기 위한 적어도 하나의 결합제, 적어도 하나의 에어로졸 형성제(6), 및 선택적으로 적어도 하나의 향미제 재료(5)로 구성된다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 소모품(1)은 층(3)의 형태일 수 있다. 도시된 소모품(1)은, 전기 전도성 재료(7)의 입자, 향미제 재료(5)의 입자, 및 에어로졸 형성제(6)를 포함한다. 소모품은, 도면에 구체적으로 표시되지 않은 결합제를 더 포함한다. 도시된 실시형태에서, 층 형태(3)의 소모품(1)은 에어로졸 발생 장치의 2개의 전극(4a, 4b) 사이에 배치된다. 도면에 도시된 나머지 부분은 아래에 추가로 설명될 것이다.
전기 전도성 소모품
특히 바람직한 실시형태에서, 소모품은 전기 전도성이다. 바람직하게는, 전기 전도성 입자의 양은 전기 전도성 소모품을 생성하기에 충분하다.
전기 전도성 재료
전기 전도성 재료(7)는 바람직하게는 담배 업계 또는 식품 업계에서 사용되는 무독성 승인 첨가제로부터 선택된다.
바람직한 실시형태에서, 전기 전도성 재료(7)는 전기 전도성 탄소 함유 재료이다. 전기 전도성 탄소 함유 재료는, 바람직하게는 목탄, 활성탄, 블랙 카본, 및 흑연으로부터 선택된다. 목탄의 사용이 특히 바람직할 수 있는데, 이는 우수한 전기 전도율을 제공하고, 담배 재료와 같은 향미제 재료가 이에 흡수되거나 부착될 수 있기 때문이다. 목탄은, 니코틴 또는 다른 향미제, 및 아래에 설명되는 에어로졸 형성제와 같은, 액체 재료로 충전될 수 있다. 바람직하게는, 목탄은 액체 재료로 완전히 충전되지는 않는데, 이는 그렇지 않으면 너무 축축해져서 겔과 더 이상 결합되지 않을 수 있기 때문이다.
바람직하게는, 전기 전도성 재료(7)는, 소모품을 통해 전류가 흐를 수 있도록 하는 양으로 존재한다. 소모품 내의 전기 전도성 재료(7)의 양은, 소모품 또는 이의 층의 두께에 따라 좌우될 수 있다. 또한, 소모품 내의 전기 전도성 재료(7)의 양은, 에어로졸 발생 장치의 전극(4a, 4b) 사이에 가해지는 압력에 따라 좌우될 수 있다. 바람직하게는, 전기 전도성 재료(7)는, 소모품의 총 중량을 기준으로, 35 내지 60 중량% 그리고 바람직하게는 약 45 중량%의 양으로 존재한다. 전기 전도성을 보장하기 위해, 35 내지 60 중량%, 또는 심지어 50 내지 60 중량%의 양으로 전기 전도성 재료(7)를 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
소모품을 형성하기 위해 사용되는 전기 전도성 재료(7)의 입자는, 분말, 성긴 입자, 또는 응집 입자의 형태로 제공될 수 있다. 바람직하게는, 전기 전도성 재료(7)의 입자는, 1 ㎛ 내지 10 mm, 바람직하게는 10 ㎛ 내지 1 mm, 보다 더 바람직하게는 250 ㎛ 내지 1000 ㎛의 범위, 예를 들어 약 250 미크론, 또는 300 미크론, 또는 350 미크론, 또는 400 미크론, 또는 450 미크론, 또는 500 미크론, 또는 550 미크론, 또는 600 미크론, 또는 650 미크론, 또는 700 미크론, 또는 750 미크론, 또는 800 미크론의 입자 크기를 갖는다.
소모품 또는 가열 층 내에 포함된 전기 전도성 재료(7)는, 3x102 S/m 및 3x106 S/m의 범위(20℃에서)의 전기 전도율을 가질 수 있다.
전기 전도성 재료(7)는 인가된 전류를 전도하도록 구성될 수 있으며, 이의 전기 저항으로 인해, 소모품 내에 포함된 에어로졸 형성제(6) 및/또는 향미제 재료(5)를 에어로졸화하기에 충분한 온도를 제공하도록 구성될 수 있다. 온도는 특정 에어로졸 형성제(6) 및/또는 향미제 재료(5)에 따라 좌우되지만, 전기 전도성 재료(7)에 의해 제공되는 온도는 90 내지 230℃일 수 있으며, 이는 글리세린과 같은 에어로졸 형성제(6) 및 담배와 같은 향미제 재료(5)의 전형적인 에어로졸화 온도이다.
전기 전도성 재료(7)는 중공 구조물을 가질 수 있다. 중공 구조물은, 기공 또는 튜브 또는 다른 모세관 또는 스펀지 구조물에 의해 형성될 수 있다. 중공 구조물은, 소모품을 연화시키지 않으면서, 에어로졸 형성제(6)를 위한 비축물(reserve)을 제공할 수 있다. 중공 구조물을 갖는 전기 전도성 재료(7)의 전형적인 실시예는, 0.2 내지 0.4 g/cm3의 부피 밀도 및 1.38 내지 1.46 g/cm3의 절대 밀도를 갖는 목탄이다.
향미제 재료
소모품은 향미제 재료(5)를 더 포함할 수 있다. 향미제 재료(5)는 바람직하게는 미립자 형태로 존재한다.
향미제 재료(5)는, 가열 또는 연소 시에 에어로졸화될 수 있는 재료이다. 본 발명에서, 향미제 재료(5)는 바람직하게는 가열되지만, 연소되지는 않는다. 바람직하게는, 향미제 재료(5)는, 가열 시에, 향미제를 포함하는 에어로졸을 제공한다.
향미제 재료(5)는, 소모품의 총 중량을 기준으로, 0.1 내지 60 중량%, 바람직하게는 1 내지 30 중량%, 보다 더 바람직하게는 2.5 내지 20 중량%, 보다 더 바람직하게는 3 내지 15 중량% 또는 5 내지 10 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
전기 전도성 재료(7) 및 향미제 재료(5)가 모두 존재하는 경우, 이들은, 소모품의 총 중량을 기준으로, 35 내지 60 중량%, 또는 50.1 내지 60 중량%, 그리고 보다 더 바람직하게는 약 45 중량%의 양으로 함께 존재할 수 있다. 그 다음, 소모품의 나머지 부분은, 결합제 및 에어로졸 형성제(6)에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 결합제 및 에어로졸 형성제(6)는, 소모품의 총 중량을 기준으로, 40 내지 65 중량%, 보다 바람직하게는 약 55 중량%의 양으로 함께 존재할 수 있다. 이 경우, 소모품의 총 중량을 기준으로, 결합제는 0.1 내지 7 중량%의 양으로 존재할 수 있으며, 에어로졸 형성제(6)는 33 내지 64.9 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
향미제 재료(5)는, 발생된 에어로졸의 맛을 강화하고 변경하는, 천연 및/또는 합성 성분을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 향미제 재료(5)는 식물 잎으로부터 유래된다. 식물 잎은 바람직하게는 담배 잎으로부터 선택된다.
바람직하게는, 향미제 재료(5)의 입자는 담배 입자이다. 담배 입자는, 예를 들어 잎, 줄기 또는 뿌리와 같은, 담배 식물의 임의의 부분으로부터 비롯될 수 있다. 담배 입자는, 분쇄 담배 잎, 미분탄 담배 잎, 썰은 담배, 또는 황색종잎 담배(FCT)로부터 획득될 수 있다. 황색종잎 담배는, 담배 가닥 및 담배 가루의 혼합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 썰은 담배는, 최대 약 5 mm 길이의 담배 가닥(예를 들어, 담배 절단 충전제)을 포함할 수 있다. 향미제 재료(5)는 상이한 유형의 담배 재료의 조합물을 포함할 수 있다. 이로 인해, 예를 들어, 화건종(fire-cured) 담배 및/또는 황색종잎 담배 및/또는 다른 식물 첨가제를 사용하여, 상이한 담배 맛으로 소모품을 강화하는 것이 가능하다.
일 실시예에서, 가향 재료는, 소모품의 총 중량을 기준으로, 1 내지 47.5 중량% 또는 약 25 중량%의 양으로 황색종잎 담배(FCT)를 포함한다.
바람직한 실시형태에서, 향미제 재료(5)는 담배 재료이며, 보다 더 바람직하게는 담배 재료의 입자를 포함한다. 그러나, 향미제 재료(5)는, 담배 향미제 및/또는 니코틴을 포함하거나 이로 농축된 다른 입자일 수 있다. 그러나, 본 발명은 담배 재료로 제한되지 않는다. 예를 들어, 향미제 재료(5)에 존재하는 비-담배 향미제는 초콜릿, 바닐라 또는 멘톨일 수 있다.
바람직하게는, 향미제 재료의 입자, 특히 담배 입자는, 200 ㎛ 내지 5 mm, 바람직하게는 250 ㎛ 내지 4.5 mm, 보다 더 바람직하게는 300 ㎛ 내지 4 mm, 그리고 보다 더 바람직하게는 350 ㎛ 내지 3.5 mm, 보다 더 바람직하게는 1000 ㎛ 미만 또는 600 ㎛ 미만의 범위의 입자 크기를 갖는다.
향미제 재료의 입자 크기는 전달되는 맛을 강화할 수 있다. 예를 들어, 담배 입자를 더 작은 입자 크기로 분쇄하는 것이 향기에 영향을 줄 수 있는 것으로 확인되었다. 분쇄 동안 높은 전단 에너지로 인해, 향기 첨가(odorizing) 분자 중 일부가 분해되는 것으로 판단된다.
또한, 일부 향기 첨가 분자는, 분쇄 공정 동안 또는 이후의 처리 공정 동안, 너무 작은 담배 입자에서 배출될 수 있다. 이로 인해, 담배 입자 내의 향기 첨가 분자의 고갈, 및 완전한 담배 향기를 갖지 않는 향기 첨가 조성물을 야기할 수 있다. 그러나, 작은 평균 입자 크기를 갖는 담배 입자는, 향기 첨가 분자가 입자에서 배출될 수 있는 높은 표면적을 제공한다. 이로 인해, 작은 담배 입자는, 오랜 기간에 걸쳐서 완전한 담배 향미를 제공할 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 소모품은 하나보다 많은 유형의 향미제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 소모품은, 초콜릿, 바닐라 또는 멘톨과 같은 비-담배 향미제와 더불어, 담배의 입자를 포함할 수 있다.
결합제
전기 전도성 재료(7) 및/또는 향미제 재료(5)의 입자는 결합제 또는 바인더(binder)에 의해 결합될 수 있다. 결합제는 소모품이 고체로 존재할 수 있도록 할 수 있다. 또한, 결합제는, 소모품이 제조 공정 동안 경화될 수 있도록 할 수 있다.
결합제는, 전기 전도성 재료(7) 및/또는 향미제 재료(5)의 입자를 함께 결합시키기에 충분한 양으로 존재한다. 결합제는, 소모품의 총 중량을 기준으로, 0.1 내지 7 중량%, 0.1 내지 5 중량%, 0.5 내지 5 중량%, 0.6 내지 4.55 중량%, 2.8 내지 3.25 중량%, 그리고 바람직하게는 0.5 내지 2.5 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 결합제, 에어로졸 형성제(6), 및 선택적으로 물을 포함하는, 아래에 추가로 설명되는 제조 공정 동안 사용될 수 있는 겔 형성제와 관련하여, 결합제의 양은, 겔 형성제의 총 중량을 기준으로, 0.1 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 5 중량%, 0.2 내지 5 중량%, 0.2 내지 4 중량%, 0.5 내지 4 중량%, 보다 더 바람직하게는 0.5 내지 2.5 중량%, 보다 더 바람직하게는 1 내지 2 중량%일 수 있다.
바람직하게는, 결합제는, 담배 업계 또는 식품 업계에서 사용하기 위한 승인된 첨가제인 결합제로부터 선택된다.
결합제는, 바람직하게는 셀룰로오스 유도체 및 검으로부터 선택된다.
셀룰로오스 유도체는, 입자 간의 접착제, 겔 또는 아교의 역할을 할 수 있다. 셀룰로오스 유도체는, 소모품의 총 중량을 기준으로, 0.1 내지 7 중량%, 0.1 내지 5 중량%, 0.2 내지 4 중량%, 0.4 내지 3.25 중량%, 0.65 내지 2 중량%, 1 내지 2 중량%, 그리고 바람직하게는 0.5 내지 2.5 중량%, 예를 들어 1.74 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 제조 공정 동안 사용될 수 있는 겔 형성제 내에서, 셀룰로오스 유도체는, 겔 형성제의 총 중량을 기준으로, 1 내지 5 중량%, 예를 들어 1 중량%, 2 중량%, 2.5 중량%, 또는 5 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 특히 바람직한 셀룰로오스 유도체는 카르복시메틸 셀룰로오스(CMC)이다.
검은 소모품에 가요성을 제공할 수 있다. 검은, 소모품의 총 중량을 기준으로, 0.1 내지 7 중량%, 0.1 내지 5 중량%, 0.2 내지 1.3 중량%, 0.325 내지 0.8 중량%, 0.5 내지 2 중량%, 예를 들어 0.5 내지 1 중량% 또는 1 내지 2 중량%, 그리고 바람직하게는 0.5 내지 2.5 중량%, 예를 들어 1.74 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 제조 공정 동안 사용될 수 있는 겔 형성제 내에서, 검은, 겔 형성제의 총 중량을 기준으로, 0.5 내지 2 중량%, 예를 들어 0.5 중량%, 1 중량%, 또는 2 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 특히 바람직한 검은 젤란검이다.
특히 바람직한 실시형태에서, 결합제는 셀룰로오스 유도체 및/또는 검을 포함한다. 특히 바람직한 결합제는, 카르복시메틸 셀룰로오스, CMC 및/또는 젤란검을 포함한다.
에어로졸
형성제
에어로졸 형성제(6)는, 예를 들어 향미제와의 혼합 및/또는 가열 시에, 에어로졸을 형성할 수 있는 임의의 화합물, 혼합물 및/또는 용액일 수 있다. 에어로졸 형성제(6)는 결합제의 역할을 추가로 지원할 수 있다.
에어로졸 형성제(6)는, 가열 시에 에어로졸을 제공하기에 충분한 양으로 존재한다. 바람직하게는, 에어로졸 형성제(6)는, 소모품의 총 중량을 기준으로, 5 내지 75 중량%, 보다 바람직하게는 20 내지 75 중량%, 보다 더 바람직하게는 20 내지 30 중량%, 또는 33 내지 64.9 중량%, 또는 39.9 중량%, 및 58 중량%의 양으로 존재한다. 다른 바람직한 실시형태에서, 에어로졸 형성제는, 소모품의 총 중량을 기준으로, 적어도 5 중량% 및 25 중량% 미만의 양으로 존재한다.
에어로졸 형성제(6), 결합제, 및 선택적으로 물을 포함하는, 아래에 추가로 설명되는 제조 공정 동안 사용될 수 있는 겔 형성제와 관련하여, 에어로졸 형성제(6)의 양은, 겔 형성제의 총 중량을 기준으로, 25 내지 75 중량%, 바람직하게는 45 내지 57.5 중량%, 예를 들어 25 중량%, 45 중량%, 57.5 중량%, 또는 75 중량%일 수 있다.
에어로졸 형성제(6)의 실시예는, 습윤제, 예를 들어 글리세린 및 프로필렌 글리콜, 다른 알코올, 예를 들어 에탄올 등을 포함한다. 바람직한 실시형태에서, 에어로졸 형성제(6)는, 글리세린, 프로필렌 글리콜, 및/또는 알코올을 포함한다. 글리세린 및/또는 프로필렌 글리콜의 사용이 가장 바람직하다. 예를 들어, 에어로졸 형성제(6)는, 글리세린, 프로필렌 글리콜, 또는 글리세린 및 프로필렌 글리콜의 혼합물일 수 있다. 글리세린은, 예를 들어 220℃의 온도로 충분한 에어로졸 또는 증기를 제공하기 위해 유용할 수 있다. 글리세린은 주로 에어로졸 형성제로서 기능하지만, 결합제에 결합력을 추가할 수 있다.
에어로졸 형성제(6)의 사용은 에어로졸을 제공하기 위해 바람직할 수 있지만, 에어로졸 형성제(6)를 소모품에 첨가하지 않거나, 소량으로만 이를 첨가하는 것이 가능하다. 이 경우, 전기 전도성 재료는, 소모품 내에 포함된, 담배와 같은 임의의 향미제 재료의 에어로졸화를 위해 더 높은 온도를 제공해야 할 수 있다.
특히 소모품을 사용하는 경우, 소량의 에어로졸 형성제(6)를 사용하거나, 에어로졸 형성제를 사용하지 않는 것이 안출 가능하다. 이에 따라, 소모품 내의 불필요한 수분 함량을 방지하도록 도울 수 있다. 그러나, 에어로졸 형성제(6)는 에어로졸을 제공하기 위해 특히 바람직할 수 있으며, 추가로 소모품에 탄성을 제공하기 위해서도 바람직할 수 있다. 소모품 내에 에어로졸 형성제(6)를 사용함으로써, 취성을 또한 방지하도록 도울 수 있으므로, 이에 따라 소모품의 보다 적절한 성형을 가능하게 할 수 있다.
물
소모품은 물을 더 포함할 수 있다. 물은 결합제를 활성화시키기 위해 아래에 추가로 설명되는 제조 방법에 사용될 수 있으며, 최종 소모품에 소량으로 존재할 수 있다. 일반적으로, 함께 겔 형성제를 형성할 수 있는, 첨가제 및 에어로졸 형성제(6)와 함께, 물이 제조 공정에서 도입된다. 물의 양은 선택된 결합제에 따라 달라질 수 있다.
겔 형성제 내에서, 물은 100 중량%까지 충전되도록 첨가된다. 물은, 겔 형성제의 총 중량을 기준으로, 0.1 내지 75 중량%, 바람직하게는 20 내지 75 중량%, 보다 바람직하게는 22 내지 72 중량%, 보다 더 바람직하게는 40 내지 69.5 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 일반적으로 제조 공정 동안 열이 가해지기 때문에, 물은 소모품 내에 경미한 정도로만 존재할 수 있다(즉, 소모품은 실질적으로 물이 없는 것으로 간주될 수 있거나, 소모품의 총 중량을 기준으로, 0.1 내지 10 중량%, 0.1 내지 5 중량%, 0.1 내지 2 중량%의 적은 양으로 물이 존재할 수 있다).
추가적인 향미제 또는 니코틴
담배 재료와 같은 향미제 재료와 더불어, 니코틴과 같은 추가적인 향미제 재료, 또는 멘톨, 바닐라 또는 초콜릿과 같은 비-담배 향미제가 소모품에 첨가될 수 있다. 일반적으로, 이러한 추가적인 향미제 재료는, 소모품의 총 중량을 기준으로, 0.1 내지 5 중량%, 0.1 내지 2 중량%, 또는 0.5 내지 1 중량%와 같이, 적은 양으로 소모품 내에 존재할 것이다.
소모품 내의 원료의 총량
위에 나타낸 바와 같이, 제조 공정 동안, 바람직하게는 결합제, 에어로졸 형성제, 및 선택적인 물을 포함하는, 겔 형성제가 사용될 수 있다.
바람직하게는, 전기 전도성 재료(7) 및/또는 향미제 재료(5)의 입자의 양은, 소모품의 총 중량을 기준으로, 35 내지 60 중량%, 또는 50.1 내지 60 중량%이며, 45 중량%에서 최적인 것으로 확인되었다. 또한, 겔 형성제의 양은, 소모품의 총 중량을 기준으로, 40 내지 65 중량%이며, 55 중량%에서 최적인 것으로 확인되었다.
바람직하게는, 소모품 내의 겔 형성제 대 입자의 중량비는, 0.01:1 내지 100:1, 바람직하게는 0.1:1 내지 10:1, 보다 바람직하게는 0.5:1 내지 5:1, 보다 더 바람직하게는 0.5:1 내지 1:1이며, 가장 바람직하게는, 겔 형성제 대 입자의 중량비는 2:1, 1.75:1, 1.5:1, 1.25:1 또는 1:1이다. 이러한 중량비를 사용함으로써, 소모품이 충분한 전기 전도성을 갖도록 보장될 수 있다.
바람직하게는, 겔 형성제는, 겔 형성제의 총 중량을 기준으로, 0.5 내지 7 중량%, 바람직하게는 1.5 내지 7 중량%, 예를 들어 1.5 중량%, 2 중량%, 2.5 중량%, 또는 5.5 중량%의 양으로 적어도 하나의 결합제를 포함한다. 바람직하게는, 겔 형성제는, 겔 형성제의 총 중량을 기준으로, 25 내지 75 중량%, 예를 들어 25 중량%, 45 중량%, 57.5 중량%, 또는 75 중량%의 양으로 에어로졸 형성제(6)를 포함한다. 바람직하게는, 겔 형성제는, 100 중량%까지, 즉 대체로 20 내지 75 중량%, 예를 들어 22 중량%, 52 중량%, 69.5 중량%, 또는 72 중량%까지 겔 형성제를 충전하기 위한 양으로 물을 포함한다.
위에 나타낸 바와 같이, 물은 제조 공정 동안 대부분 또는 완전히 증발될 것이다. 소모품 내의 결합제 및 에어로졸 형성제(6)의 결과적인 양은, 위에 나타낸 양에 기초하여 용이하게 계산될 수 있다.
소모품의 층
재료는 층, 시트, 플레이트, 또는 막으로서 형성될 수 있다. 층(3)은 에어로졸 발생 장치의 2개의 전극 사이에 위치되도록 구성될 수 있다. 소모품은, 예를 들어 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 층(3)에 내장된 전기 전도성 재료(7) 및/또는 향미제 재료(5)의 입자를 포함할 수 있다.
재료의 층(3)의 두께(8)는, 0.5 내지 3 mm, 바람직하게는 0.5 내지 2 mm, 그리고 가장 바람직하게는 0.75 mm일 수 있다.
층(3)의 두께(8)는 전체 소모품(1)의 두께에 해당할 수 있다. 이 경우, 층(3)은 바람직하게는 별도의 층으로서 형성되는 것이 아니라, 전체 소모품(1) 전체에 걸쳐서 분포된다. 이로 인해, 전체 소모품이 층을 형성한다.
소모품(1)의 최대 두께(8)는 에어로졸 발생 장치의 설계에 의해 결정될 수 있다. 비교적 소형 에어로졸 발생 장치에 이용 가능한 공간이 거의 없을 수 있으므로, 소모품의 두께(8)가 조정될 수 있다. 이로 인해, 소모품의 바람직한 두께는, 카트리지 내의 저장을 위해 특히 바람직하다. 소모품의 최소 두께는 층에 의해 결정될 수 있다.
좁거나 얇은 층 두께는, 소모품을 저장하는 카트리지의 더 큰 용량을 가능하게 한다. 동시에, 좁은 층을 가열하기 위해, 더 적은 전압 및 더 적은 가열 시간이 필요할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 소모품을 갖는 단일 카트리지를 더 오랜 시간 기간 동안 사용할 수 있다. 소모품 또는 층의 바람직한 두께에 대한 추가적인 이점은, 카트리지 내의 조밀한 와인딩이다. 이에 따라, 소모품을 포함하는 카트리지 내의 소모성 보이드를 방지하는 데 도움을 줄 수 있다.
소모품의 형태
특히 층(3)의 형태의 소모품(1)은, 페이스트 또는 도우(dough)로서 형성될 수 있다.
도우로서 제공되는 소모품은, 나선형 또는 쌍곡선 나선형과 유사하게 두번 감긴 층으로서 제공되거나 저장될 수 있다. 보빈으로 감긴 소모품을 제공하는 것도 가능하다. 바람직하게는, 특히 층 형태의 전체 소모품이 카트리지 내에 저장될 수 있으며, 카트리지는 소모품을 신선하게 유지시키도록 의도될 수 있다. 카트리지는, 카트리지를 개방 및 폐쇄하기 위한 기구를 구비할 수 있다. 이러한 목적을 위해 다양한 마개가 이용 가능하다. 이로 인해, 카트리지는 특히 층 형태의 소모품으로 리필 가능하도록 안출 가능하다.
페이스트로서 제공되는 소모품은, (20℃에서) 최대 10² mPas의 점도를 가질 수 있다. 소모품의 (바람직하게는 동적) 점도는, 바람직하게는 온도가 증가함에 따라 감소한다. 소모품은, 고체 입자를 포함하는 비뉴턴(non-Newtonian) 유체로서 간주될 수 있다. 소모품의 재료의 조성에 따라, 고체 입자의 양이 달라질 수 있다. 소모품의 점도, 특히 동적 점도는, 소모품 내의 고체 입자의 양 및 선택된 원료에 따라 좌우될 수 있다.
소모품 내의 입자의 분포
전기 전도성 재료(7) 및 선택적으로 향미제 재료(5)의 입자는, 특히 층(3)의 형태의 소모품(1) 내에 그리고 소모품(1) 상에 분포될 수 있다.
입자(5, 7)는 소모품(1)의 내부 및/또는 표면 상에 실질적으로 균일하게 분포될 수 있다. 전기 전도성 재료(7)의 입자가 존재하는 경우, 균일한 분포에 따라, 하나의 전극으로부터 소모품의 두께를 통하여 다른 전극으로 전류가 흐를 수 있다. 이 경우, 전체 소모품이 층을 형성할 수 있다. 그러나, 전기 전도성 재료를 포함하는 추가적인 층을 사용하는 것도 안출 가능하다.
바람직하게는, 전기 전도성 재료(7)는 전류 흐름이 보장되는 정도까지 분산된다. 예를 들어 페이스트 형태의 보다 액체 또는 점성 소모품 내부의 전도성 재료의 분포는, 소모품의 내부 분포와 비교될 수 있다. 바람직하게는, 전도성 재료는 액체 또는 점성 소모품의 내부에 균일하게 분산된다. 이는 액체 전기 전도성 재료의 사용을 통해 달성될 수 있거나, 캐리어 액체 내에 분산된 고체 전기 전도성 입자를 사용함으로써 달성될 수 있다.
향미제 재료(5)의 입자가 존재하는 경우, 균일한 분포는, 향미제를 포함하는 에어로졸의 균일한 방출을 가능하게 한다.
또한, 입자(5, 7)는 소모품의 내부에 및/또는 표면 상에 무작위로 분포될 수 있다. 소모품 내의 전도성 재료의 분포는, 픽(Fick)의 확산 법칙으로 설명될 수 있다. 입자는 소모품의 내부에 이방성으로 분포될 수 있다. 이에 따라, 소모품 내부의 입자의 더 높고 더 낮은 농도를 갖는 영역의 형성을 유발할 수 있다.
전기 전도성 재료의 입자를 포함하는 소모품
소모품(1)은 전기 전도성 재료의 입자를 포함한다. 따라서, 소모품은, 전기 전도성 재료(7)의 입자, 입자를 결합시키기 위한 적어도 하나의 결합제, 및 적어도 하나의 에어로졸 형성제(6)를 포함한다.
향미제 재료(5)가 존재할 필요는 없다. 향미제 재료(5)가 없는 소모품은, 에어로졸 형성제(6)의 존재로 인해 에어로졸을 제공할 수 있다. 그러나, 아래에 상세하게 추가로 설명되는 특히 바람직한 실시형태에서, 전기 전도성 재료(7)와 더불어, 향미제 재료(5)가 존재한다.
전기 전도성 재료(7)의 입자는, 소모품에 전기 전도성을 제공할 수 있다. 전류가 인가되는 경우, 소모품이 가열될 수 있으므로, 에어로졸 형성제(6) 및/또는 임의의 존재하는 향미제 재료(5)를 에어로졸화할 수 있다.
특히 층(3) 형태의 소모품(1)은, 에어로졸 발생 장치의 2개의 전극(4a, 4b) 사이에 배치될 수 있으며, 보다 바람직하게는 전극 사이에 압착될 수 있다. 2개의 전극은 에어로졸 발생 장치에 통상적으로 사용되는 통상적인 전극일 수 있다. 적어도 다양한 저장 가능성 때문에 그리고 또한 2개의 전극 사이의 배치의 용이함 때문에, 소모품을 층 형상으로 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
에어로졸 발생 장치의 2개의 전극은 전압 소스에 연결될 수 있다. 전압 소스는 1 V 내지 5 V의 범위의 전압을 제공할 수 있으며, 전체 에어로졸 발생 장치에 전기 에너지를 공급할 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 전압 소스는 3.7 V의 전압을 전달하는 리튬 이온 배터리이다. 이러한 전압 소스는, 재충전 가능성의 관점에서 최신 에어로졸 발생 장치를 위해 특히 바람직하다. 전류가 전극에 인가되는 경우, 소모품이 가열될 수 있으므로, 에어로졸 형성제(6) 및/또는 임의의 존재하는 향미제 재료(5)를 에어로졸화할 수 있다.
따라서, 전기 전도성 재료(7)를 포함하는 소모품은 전기 전도성이며, 향미제 재료(5) 및 에어로졸 형성제(6) 중 적어도 하나가 에어로졸을 형성하는 온도까지 가열되도록 구성된다. 특히 층(3) 형태의 소모품(1)은 전극 사이의 전도체로 보일 수 있고, 소모품 내의 에어로졸 형성제(6) 및/또는 향미제 재료(5)의 직접적인 에어로졸화를 제공할 수 있다. 바람직하게는, 2개의 전극 및 가열 층은, 소모품 내에 포함된 에어로졸 형성제(6) 및/또는 향미제 재료(5)의 충분한 에어로졸화를 보장하기 위해, 90 내지 230℃ 범위의 온도에 도달한다.
바람직하게는, 전기 전도성 재료(7)는, 소모품을 통해 전류가 흐를 수 있게 하도록 존재한다. 소모품(1) 또는 층(3)은 전기 전도성 재료로 추가적으로 코팅될 수 있다. 전기 전도성 재료(7)는, 제1 전극(4a)으로부터 제2 전극(4b)으로 전류가 흐를 수 있도록 할 수 있다. 전류는 소모품의 두께(8)에 수직인 횡방향으로 흐를 수 있다. 이러한 맥락에서, 소모품의 두께(8)는 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된 층의 두께에 해당할 수 있다. 소모품 내의 전기 전도성 재료(7)의 양은, 소모품의 두께에 따라 좌우될 수 있다. 또한, 소모품 내의 전기 전도성 재료(7)의 양은, 전극 사이에 가해지는 압력에 따라 좌우될 수 있다. 바람직한 양은 위에 제시되어 있다.
전기 전도성 재료(7)는 (20℃에서) 적어도 3*10² S/m 그리고 (20℃에서) 최대 100*106 S/m의 전기 전도율을 가질 수 있다. 소모품(1)의 전기 전도율의 값은, 소모품 내의 전기 전도성 재료(7)의 양 및 유형에 따라 달라질 수 있다.
소모품(1)은 전기 전도성 재료를 포함하는 2개 이상의 층을 포함할 수 있다. 층은 상부 및 하부 층으로서 배치될 수 있으므로, 적어도 2개의 층을 포함하는 층상 소모품을 생성할 수 있다. 이 경우, 상부 및 하부 층은 전극과 접촉될 수 있다. 중간 층이 존재할 수도 있으며, 중간 층은 전기 전도성 재료를 포함하므로, 하나의 전극으로부터 다른 전극으로의 전류 흐름을 보장한다.
소모품의 전기 저항은 층(3)의 두께에 비례할 수 있다. 따라서, 더 얇은 층은 더 낮은 전기 저항을 가질 수 있다. 재료의 층의 두께(8)는, 0.5 내지 3 mm, 바람직하게는 0.5 내지 2 mm, 그리고 가장 바람직하게는 0.75 mm일 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 필요한 전기 전도율은, 전극(4a, 4b)의 접촉 표면의 조절에 의해 달성될 수 있다. 작은 전극 접촉 표면을 갖는 전극이 더 큰 저항을 달성하는 것이 안출 가능하다. 작은 전극 접촉 표면은, 150 mm2 내지 200 mm2 범위의 접촉 표면적을 포함할 수 있다. 이 경우, 소모품 내의 전기 전도성 재료(7)의 양을 증가시키는 것이 가능하다. 큰 전극 접촉 표면을 갖는 전극은, 더 적은 양의 전기 전도성 재료를 포함하는 소모품과 함께 사용될 수 있다. 큰 전극 접촉 표면은, 250 mm2 내지 320 mm2 범위의 접촉 표면적을 포함할 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 전극 접촉 표면적은 200 mm2 내지 250 mm2의 범위에 있고, 보다 바람직하게는 215 mm2이다.
전기 전도성으로 인해, 열은 소모품(1) 전체에 걸쳐서 용이하게 전달될 수 있으며, 소모품(1) 내에 포함된 향미제 재료(5) 및/또는 에어로졸 형성제(6)가 빠르게 가열될 수 있다. 또한, 전기 전도성 재료(7)에 의해 제공된 열은 재료의 코어에 용이하게 전달될 수 있다.
전기 전도성 재료 및 향미제 재료의 입자를 포함하는 소모품
특히 바람직한 실시형태에서, 소모품은, 향미제 재료(5)의 입자와 더불어, 전기 전도성 재료(7)의 입자를 포함한다.
이러한 실시형태의 소모품은 전기 전도성이며, 임의의 외부 가열 수단을 필요로 하지 않는다. 입자 또는 전기 전도성 재료(7)가 소모품 내에 존재하기 때문에, 이들은 전체 소모품에 걸쳐서 열을 제공한다. 따라서, 열이 실질적으로 균일하게 또는 균질하게 대부분의 소모품 전체에 걸쳐서 제공될 수 있으므로, 소모품 내에 존재하는 향미제 재료(5) 및/또는 에어로졸 형성제의 제어된 에어로졸화를 가능하게 한다.
특히 바람직한 실시형태에서, 소모품은, 목탄 입자 및 담배 입자, 카르복시메틸 셀룰로오스 및 선택적으로 젤란검을 포함하는 결합제, 및 글리세린을 포함한다.
목탄은 전기 전도성을 제공하며, 결합제는 입자가 안정적으로 함께 유지될 수 있도록 한다. 소모품에 전류를 인가하면, 담배 입자 및 글리세린에 열이 공급되며, 그 다음, 이들 모두가 에어로졸화된다. 담배 입자는 강화된 담배 맛을 발생된 에어로졸에 제공하며, 글리세린은 보다 증기 같은 외관을 에어로졸에 부여할 수 있다.
소모품을 포함하는 장치
에어로졸 발생 장치는 소모품을 포함할 수 있다. 장치는, 예를 들어, 소모품에 전류를 인가함으로써 및/또는 소모품을 가열함으로써, 소모품으로부터 에어로졸을 공급하도록 구성될 수 있다.
장치는, 한 쌍의 전극(4a, 4b), 및 전극에 인가되도록 구성된 전기 에너지(19)의 소스를 포함할 수 있다. 전극은 접촉 표면을 포함할 수 있으며, 소모품 또는 층의 표면적의 적어도 일부분을 따라 샌드위치로 소모품(1) 또는 이의 층(3)을 압착하도록 구성될 수 있다.
층(3)과 접촉되는 부분은, 전극(4a, 4b) 사이의 표면적의 10 내지 80%, 바람직하게는 20 내지 50%일 수 있다.
전극(4a, 4b)은, 0.5 내지 10 바(bar)에 포함되는 압력(바람직하게는, 5 바)으로, 소모품(1) 또는 이의 층(3) 상에 압착될 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 장치는 압력 발생을 위한 수단을 포함한다. 바람직하게는, 수단은 0.5 내지 10 바의 압력을 발생시키기 위한 스프링을 포함한다. 바람직한 실시형태에서, 압력 발생을 위한 수단은, 2개의 전극 사이에 5 바의 압력을 발생시킨다.
바람직하게는, 압력은 150 내지 300 mm2, 예를 들어 215 mm2의 표면적을 갖는 전극 상에 작용한다. 전극의 더 넓은 표면적 상에 적어도 5 바의 압력을 발생시키는 것도 가능하다. 그러나, 전극의 표면적은 전체 장치의 크기에 따라 좌우된다. 전극은, 에어로졸이 소모품의 밖으로 흐르도록 촉진시키기 위한 개구 또는 채널을 포함할 수 있다. 예를 들어, 각각의 전극은, 파형 및/또는 개구형 접촉 표면을 포함할 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 장치는, 소모품이 내장된 가열 챔버, 또는 소모품을 적어도 부분적으로 둘러싸는 저항성 또는 유도성 발열체와 같은, 가열 수단(도면에 도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 에어로졸 발생 장치 분야의 당업자에게 알려져 있는 바와 같이, 소모품을 가열하는 다른 수단이 안출 가능할 수 있다. 그러나, 제시된 바와 같이, 그러한 가열 수단은, 소모품 내의 전기 전도성 재료를 고려할 때, 장치의 기능을 위해 필요하지 않다.
장치는, 통상적인 전기 에어로졸 전달 장치로부터 알려져 있는 기계, 전기 및/또는 전자 부품을 더 포함할 수 있다. 장치는 소모품의 저장을 위한 카트리지를 더 포함할 수 있다. 바람직하게는, 카트리지는 소모품으로 리필 가능하거나 보충 가능하다.
다시 도면을 참조하면, 도 1a 및 도 1b에서, 2개의 전극(4a, b) 사이에 전기 전도성 재료(7)를 포함하는 소모품(1)의 개략적인 단면도가 도시된다. 두 도면 모두에 도시된 실시형태에서, 소모품(1)은, 전기 전도성 재료(7), 향미제 재료(5), 및 에어로졸 형성제(6)를 포함한다. 소모품은, 도면에 구체적으로 표시되지 않은 결합제를 더 포함한다. 소모품(1)은 에어로졸 기재(도시되지 않음)를 형성하는 원료를 더 포함하는 것이 안출 가능하다.
향미제 재료(5)는 전술한 바와 같은 재료일 수 있다. 따라서, 향미제 재료(5)는, 개별적인 담배 맛을 갖는 에어로졸 기재를 강화하기 위한 담배 재료일 수 있거나/담배 재료일 수 있으며, 담배 재료에 추가적으로 또는 대안적으로 첨가되는 다른 향미 물질일 수 있다.
전기 전도성 재료는 입자를 포함하는 고체 분말로서 제공될 수 있다. 그러한 미립자 원료는 바람직하게는 소모품(1)에 내장된다. 소모품(1)은 바람직하게는 층(3)으로서 형성되며, 특히 가열 층(3)이거나 가열 층(3)을 포함한다. 소모품(1) 또는 층(3)은, 에어로졸 발생 장치(2) 내의 2개의 전극(4a, b) 사이에 배치될 수 있다(도 2에 도시됨).
도 2에 도시된 바와 같이, 2개의 전극(4a, b)은 서로 이격되며, 소모품(1) 또는 층(3)과 연결된다. 바람직하게는, 전극(4a, b) 사이의 거리는 소모품(1)의 두께(8)로서 간주된다. 소모품(1) 또는 층(3)의 두께(8)는, 바람직하게는 0.5 mm 내지 5 mm의 범위, 바람직하게는 0.5 내지 2 mm의 범위일 수 있다. 두께(8)는, 에어로졸 발생 장치(2)(도 2에 도시됨)의 크기, 및 전극(4a, b)의 크기에 따라 좌우될 수 있다. 바람직하게는 휴대용 장치(2)는, 작은 평균 접촉 표면(11)을 갖는 전극(4a, b)을 포함한다. 일 실시예에서, 접촉 표면(11)은 215 mm2의 면적을 포함한다. 접촉 표면(11)이 150 mm2 내지 300 mm2 범위의 면적을 포함하는 것도 안출 가능하다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 전극(4a, b)의 접촉 표면(11)은 소모품(1) 또는 층(3)과 직접 접촉된다. 일 실시예에서, 접촉 표면(11)의 70% 내지 95%가 소모품(1) 또는 층(3)과 접촉된다. 바람직하게는, 전극(4a, b)은 소모품(1) 또는 층(3)에 압력을 가하여, 전극과 전기 전도성 입자 간의 접촉 저항을 감소시킨다.
제1 전극(4a) 및 제2 전극(4b)은 전압 소스(19)에 연결될 수 있다. 에어로졸 발생 장치(2)의 사용 상태에서, 하나의 전극(4b)으로부터 소모품(1)을 통하여 다른 전극(4a)으로 전류가 흐른다. 일 실시예에서, 전압 소스(19)는, 리튬 이온과 같은 재충전식 배터리에 의해 3.7 V의 전압 값이 공급된다. 전극(4a, b)에 에너지를 공급하기 위한 다른 전기 에너지 소스(10)(도 2에 도시됨)를 사용하는 것도 안출 가능하다.
바람직하게는, 도 1a에 도시된 바와 같은 소모품(1)은, 압축 후에, 전도성 입자의 가장 큰 치수 이하인 두께(8)를 포함한다. 소모품(1)은 전도성 재료(7)의 하나보다 많은 유형의 입자를 포함하는 것이 안출 가능하다. 바람직하게는, 소모품은, 소모품 내에 무작위로 분산된 복수의 입자를 포함한다. 예를 들어, 전기 전도성 재료(7)는, 약 780 미크론의 입자 크기를 갖는 입자를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 전기 전도성 재료(7)는, 참조물 Jacobi EcoSorb MB3-10H에 따른 활성탄 입자였다.
전극 간의 저항은, 전도성 재료(7)의 입자의 크기에 따라 좌우될 수 있다. 전기 전도성 재료(7)는, 바람직하게는 서로 평행하게 배치된 전극(4a, b)과의 2개의 접점(7a)을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 전류는 하나의 접점(7a)으로부터 다른 접점으로 흐르므로, 전극(4a, b)을 전기적으로 연결시킨다. 다른 실시형태(도 1b 참조)에서, 적어도 2개의 입자를 포함하는 전기 전도성 재료(7)는, 바람직하게는 적어도 3개의 접점(7a)을 갖는다. 바람직하게는, 2개의 접점(7a)은 전극(4a, b)과 접촉되며, 제3 접점(7a)은 전도성 재료(7)의 입자 간의 접점이다.
물론, 소모품 내의 도 1a, 도 1b의 배치를 모두 갖는 전기 전도성 재료(7)도 가능하다. 바람직하게는, 소모품의 두께(8)는, 복수의 입자에 대한 전극과의 접점(7a)을 보장하기 위해, 입자 크기와 실질적으로 동일하다. 소모품의 두께는, 전극 사이의 소모품의 압축 후에 접촉점을 보장하기 위해, 입자 크기보다 0 내지 20% 더 클 수 있다.
전극 사이의 거리(8) 또는 소모품의 두께(8)는, 각각 200 내지 1000 미크론, 예를 들어 200 내지 250 미크론, 또는 300 내지 360 미크론, 또는 350 내지 420 미크론, 또는 400 내지 480 미크론, 또는 450 내지 540 미크론, 또는 500 내지 600 미크론, 또는 55 내지 660 미크론, 또는 600 내지 720 미크론, 또는 650 내지 780 미크론, 또는 700 내지 840 미크론, 또는 750 내지 900 미크론, 또는 800 내지 960 미크론일 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 소모품(1)의 두께(8)에서의 저항이 감소하는 특히 바람직한 실시형태를 도시한다. 전극(4a, b)과의 가능한 한 적은 접촉점(7a)을 가능하게 하는 소모품의 두께(8)를 통해, 전류가 더 잘 흐른다. 이로 인해, 경계 저항은 바람직하게는 두께(8) 및/또는 다수의 접촉점(7a)에 비례한다.
도 1c는 2개의 전극(4a, b) 사이의 전도성 재료(7)를 포함하는 소모품(1)의 개략적인 평면도를 도시한다. 도 1b에서 알 수 있는 바와 같이, 소모품(1)은 전극(4a, b)(4b는 도시되지 않음) 사이에 배치된다. 바람직하게는, 소모품(1) 또는 가열 층(3)은, 전극(4a, b)의 접촉 표면(11)(도시되지 않음)과 접촉되는 적어도 하나의 표면 영역(3a)을 포함한다. 소모품(1)이 전극(4a, b) 사이에서 압착된다는 점으로 인해, 소모품(1)의 표면(3b)의 일부분만이 가열 가능한 것이 안출 가능하다.
도 2는 2개의 전극(4a, b), 및 전극(4a, b) 사이에 배치된 소모품(1)을 갖는, 에어로졸을 전달하기 위한 장치(2)의 개략도를 도시한다. 장치(2)는, 전기 에너지 공급기(10), 마우스피스(12), 에어로졸 채널(13), 및 카트리지(14)를 더 포함한다. 장치(2)는 추가적인 기계적, 전기적 및/또는 전기 구성 요소를 포함하는 것이 안출 가능하다. 바람직하게는, 전기 에너지 공급기(10)에 포함된 에너지가 전극(4a, b)에 공급된다. 이로 인해, 전극(4a, b)은, 바람직하게는 외부 전압 소스(19)(도시되지 않음)를 필요로 하지 않는다. 그러나, 장치(2)의 다른 실시형태는 전극에만 에너지를 공급하는 전압 소스(19)를 포함하는 것도 가능하다(도시되지 않음).
바람직하게는, 소모품(1)은 카트리지(14)에 포함된다. 카트리지(14)는 소모품(1)의 저장을 위해 사용될 수 있다. 카트리지(14)에 저장된 소모품(1)은, 바람직하게는 공간 절약 방식으로 배치된다. 바람직하게는, 신선한, 특히 연소되지 않는 소모품(1)을 전극(4a, b)에 공급하기 위해, 카트리지(14)가 전극(4a, b)에 연결된다. 카트리지는 저장된 소모품(1)을 전극(4a, b) 쪽으로 밀어넣기 위한 수단을 포함하는 것이 안출 가능하다(도시되지 않음). 이러한 수단은 수동적 또는 전기적 추진력일 수 있다.
2개의 전극(4a, b) 사이에 배치된 가열된 소모품(1)은, 바람직하게는 흡입식 에어로졸(9)을 분리시킨다. 바람직하게는, 에어로졸(9)은 에어로졸 채널(13)을 통하여 장치(2)의 마우스피스(12)로 안내된다. 이로 인해, 에어로졸 채널(13)이 전극(4a, b)에 연결되는 것이 안출 가능하다. 전극(4a, b)이 에어로졸 채널(13) 내에 배치되는 것도 가능하다. 그러한 경우, 에어로졸 채널(14)은 카트리지(13)에 연결될 수 있다.
소모품을 제조하기 위한 방법
소모품을 제조하기 위한 방법은,
i) 적어도 하나의 전기 전도성 재료의 입자, 및 선택적으로 향미제 재료를 제공하는 단계;
ii) 입자를 결합시키기 위한 적어도 하나의 결합제, 적어도 하나의 에어로졸 형성제, 및 선택적으로 물과 입자 및 선택적인 향미제 재료를 혼합하는 단계; 및
iii) 예를 들어 경화 및/또는 건조에 의해, 혼합물을 응고시키는 단계를 포함한다.
바람직한 실시형태에서, 입자 및 선택적인 향미제 재료의 혼합물, 결합제, 에어로졸 형성제, 및 선택적인 물은 페이스트 또는 도우를 형성한다. 이러한 페이스트 또는 도우는 층 내로 압착될 수 있다. 그 다음, 층은 경화 및/또는 건조될 수 있다.
전기 전도성 재료 및 선택적으로 향미제 재료의 입자는, 결합제, 에어로졸 형성제, 및 선택적으로 물과 혼합될 수 있다. 이러한 맥락에서, 혼합은, 원료가 확산 가능하거나 분산 가능함을 의미한다. 일부 원료는 고체 형태로 제공되고 다른 원료는 액체 형태로 제공되는 것이 안출 가능하다. 고체 원료를 액체 원료에 침지하여 소모품을 제조하는 것도 안출 가능하다. 페이스트 또는 도우는, 원료의 균일한 분포를 위해 반죽될 수 있다. 바람직하게는, 전기 전도성 재료 및/또는 향미제 재료는 고체 원료로서 제공된다. 또한 바람직하게는, 에어로졸 형성제, 물 및 결합제는 액체 원료로서 제공된다. 바람직하게는, 원료의 최적 비율은, 고체 원료의 적어도 52 중량%, 및 액체 원료의 적어도 48 중량%를 포함한다.
바람직하게는, 제조 동안의 그리고 최종 소모품 내의 고체 대 액체 원료 함량의 비율은, 70:30 내지 30:70, 바람직하게는 60:40 내지 40:60, 보다 바람직하게는 55:45 내지 50:50, 가장 바람직하게는 52:48을 포함한다. 이로 인해, 소모품은 충분한 에어로졸 형성제를 포함하며, 전기 전도성을 위한 충분한 전기 전도성 재료를 가지면서도 너무 쉽게 부서지지 않는 층으로 형성될 수 있다.
바람직하게는, 도우 또는 페이스트는, 적어도 0.5 mm의 두께를 갖는 층, 시트 또는 막으로 압착된다. 2 mm 이하의 두께를 갖는 층을 압착하는 것도 가능하다. 그러나, 소모품의 전기 저항은 두께가 더 클수록 증가한다. 페이스트 또는 도우로서 제공되는 소모품을 갖는 일 실시형태에서, 페이스트 또는 도우를 층으로 압착하여 이러한 층이 건조되도록 하는 것이 가능하다. 추가적으로 또는 대안적으로, 페이스트 또는 도우는, 종이 층 또는 실리콘 층과 같은 지지 층 상에 압착될 수 있거나/압착될 수 있으며, 2개의 래핑(wrapping) 층 사이에 압연될 수 있다. 이러한 래핑 층은, 압착된 원료의 층상 형태를 형성하여 유지하기 위해 바람직할 수 있다. 지지 층 및/또는 래핑 층은 바람직하게는 종이 또는 실리콘을 포함한다. 따라서, 특히 안정적인 형태의 소모품이 달성될 수 있다.
결합제, 에어로졸 형성제, 및 선택적인 물은 겔 형성제를 형성할 수 있다. 겔 형성제 대 입자의 중량비는, 바람직하게는 0.01:1 내지 100:1, 바람직하게는 0.1:1 내지 10:1, 보다 바람직하게는 0.5:1 내지 5:1, 보다 더 바람직하게는 0.5:1 내지 1:1이다. 가장 바람직하게는, 겔 형성제 대 입자의 중량비는 2:1, 1.75:1, 1.5:1, 1.25:1 또는 1:1이다.
결합제를 활성화시키도록 물이 첨가된다. 반죽 가능한 도우가 생성되도록, 물의 양이 선택될 수 있다.
바람직하게는, 겔 형성제는, 겔 형성제의 총 중량을 기준으로, 0.5 내지 7 중량%, 바람직하게는 1.5 내지 7 중량%, 예를 들어 1.5 중량%, 2 중량%, 2.5 중량%, 또는 5.5 중량%의 양으로 적어도 하나의 결합제를 포함한다. 바람직하게는, 결합제는, 1 내지 5 중량%의 셀룰로오스 유도체 및 0.5 내지 2 중량%의 검(gum)으로 이루어진다. 바람직하게는, 겔 형성제는, 겔 형성제의 총 중량을 기준으로, 25 내지 75 중량%, 예를 들어 25 중량%, 45 중량%, 57.5 중량%, 또는 75 중량%의 양으로 에어로졸 형성제를 포함한다. 바람직하게는, 겔 형성제는, 100 중량%까지, 즉 대체로 20 내지 75 중량%, 예를 들어 22 중량%, 52 중량%, 69.5 중량%, 또는 72 중량%까지 겔 형성제를 충전하기 위한 양으로 물을 포함한다. 바람직한 실시형태에서, 겔 형성제는, 2.5 중량% CMC, 1.0 중량% 검, 15 내지 45 중량% 글리세린, 및 물을 포함한다.
바람직하게는, 겔 형성제 내의 물이 증발하도록, 가열 단계에서 100 내지 200℃(예를 들어, 150℃)의 온도가 가해지며, 소모품(1)의 층(3)이 형성되도록, 압력이 가해진다. 바람직하게는, 층(3)은 0.5 내지 3 mm, 바람직하게는 0.5 내지 2 mm의 두께(8)를 갖는다.
도 3은 전기 전도성 재료(7) 및/또는 향미제 재료(5)를 포함하는 소모품(1)을 제조하기 위한 방법의 흐름도를 도시한다. 도시되지 않은 사전 단계에서, 전기 전도성 재료(7) 및 향미제 재료(5) 중 적어도 하나의 입자가 제공된다. 입자를 결합시키기 위한 적어도 하나의 결합제, 적어도 하나의 에어로졸 형성제, 및 선택적으로 물을 포함하는 겔 형성제가 추가로 제공된다. 제공된 원료는 고체 또는 액체일 수 있다. 향미제 재료(5) 및 전기 전도성 재료(7)는, 바람직하게는 미립자 형태, 예를 들어 분말로서 제공된다. 다른 원료와 혼합하기 전에, 목탄과 같은 전도성 입자를 액체 형성제에 침지하는 것도 안출 가능하다. 에어로졸 형성제(6) 및 물은 바람직하게는 액체 원료로서 제공된다. 겔 형성제는, 선택된 결합제에 따라, 고체 또는 액체일 수 있다.
추가적인 단계(100)에서, 원료가 함께 첨가되어 바람직하게는 혼합된다. 임의의 액체 원료를 고체 원료에 첨가하기 전에, 먼저 고체 재료들을 혼합하는 것이 바람직할 수 있다. 겔 형성제 내의 결합제는, 더 균일한 에어로졸 기재 혼합물을 제공할 수 있다. 원료를 혼합(100)한 후에, 도우 또는 페이스트 형태로 에어로졸 기재가 획득될 수 있다.
압착 단계(101)에서, 도우 또는 페이스트를 층, 시트 또는 막과 같은 형태로 압착하기 위해, 기계적 압축이 가해진다. 본 발명은 층 형태의 사용으로 제한되지 않으며, 임의의 다른 형태로도 사용될 수 있음을 유의한다. 압착된 소모품(1)은, 압착 단계(101) 후에 2개의 래핑 사이에 배치될 수 있다. 이러한 래핑은 바람직하게는 소모품(1)을 압연 또는 적층하기 위해 유용하다. 일부 실시형태에서, 소모품(1)은 래핑을 사용하지 않고 압연 또는 적층될 수 있다. 래핑 층은 종이 또는 실리콘 층일 수 있다. 카트리지(14) 내의 추가적인 저장을 위해, 소모품(1)을 압연된 형상이 되도록 하는 것이 바람직할 수 있다.
응고 단계(102)에서, 압착된 및/또는 압연된 소모품(1)은 건조 및/또는 경화된다. 장치(2) 내의 추가적인 사용을 위해, 소모품(1)을 카트리지(14) 내에 배치하는 것이 안출 가능하다. 바람직하게는 소모품(1)은, 추가적인 사용을 위해 충분한 탄성을 이에 제공하기 위해 일정 양의 수분을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 소모품(1)은 장치(2) 내에서 추가적인 사용 시에 점진적으로 롤아웃된다(rolled out).
에어로졸의 발생
에어로졸은,
- 향미제 및/또는 에어로졸 형성제와 더불어, 전기 전도성 재료의 입자를 포함하는 소모품을 제공하는 단계;
- 에어로졸 발생 장치의 2개의 전극 사이에, 바람직하게는 층 형태로 소모품을 배치하는 단계;
- 소모품 상의 전극을 압착하는 단계;
- 전극에 전류를 공급하는 단계로서, 소모품은 전극 간에 전류를 전도하는, 단계;
- 소모품을 가열하여, 에어로졸을 생성하는 단계에 따라, 발생될 수 있다.
바람직하게는, 소모품(1)의 가열은, 에어로졸 발생 장치의 전극(4a)으로부터 다른 전극(4b)으로 흐르는 전류를 통해 제공된다. 전기 전도성 재료는 바람직하게는 전류 흐름을 가능하게 한다. 이로 인해, 소모품 내에 존재하는 향미제 및/또는 에어로졸 형성제가 가열됨으로써, 흡입식 에어로졸을 생성한다.
바람직하게는, 방법은, 도관 또는 에어로졸 채널을 통하여 마우스피스 배출구로 에어로졸을 안내하는 단계를 더 포함한다. 도관 또는 에어로졸 채널은 장치의 가열 섹션 및 마우스피스에 연결되는 것이 안출 가능하다. 바람직하게는, 장치의 가열 섹션은, 2개의 전극 및 소모품 배치를 포함한다.
도 4는 2개의 전극(4a, b), 및 전극(4a, b) 사이에 배치된 소모품(1) 또는 층(3)을 포함하는 장치(2)를 통해 에어로졸을 발생시키기 위한 방법의 흐름도를 도시한다. 배치 단계(200)에서, 소모품(1) 또는 층(3)은 장치(2)의 전극(4a, b) 사이에 배치된다. 배치 단계(200) 전에, 소모품(1)이 압연되어 장치(2)의 카트리지(14) 밖의 전극(4a, b)에 안내되는 것도 안출 가능하다. 압착 단계(201)에서, 전극(4a, b)은 압력으로 압착된다. 바람직하게는, 전극(4a, b)은 (도 1a에 도시된 바와 같이) 서로 평행하게 배치되며, 2개의 측면 또는 방향으로부터 소모품(1) 또는 층(3)을 둘러싼다. 공급 단계(202)에서, 전류가 전극(4a, b)에 공급된다. 바람직하게는, 소모품(1) 또는 층(3)은 2개의 전극(4a, b) 간에 전류를 전도한다. 가열 단계(203)에서, 소모품(1) 및/또는 전극(4a, b)의 온도가 증가함으로써, 소모품(1)을 가열한다. 가열 단계(203) 동안, 흡입식 에어로졸(9)이 소모품(1)으로부터 발생된다.
소모품을 포함하는 카트리지
도 5a는 나선형으로 배치된 소모품(1)을 포함하는 카트리지(14)의 개략도를 도시한다. 바람직하게는, 소모품(1) 또는 층(3)은 지점(도시되지 않음)으로부터 나오는 곡선 둘레로 연장됨으로써, 소모품(1)이 지점을 중심으로 회전함에 따라, 더 멀리 떨어지게 이동한다. 소모품(1)은 바람직하게는 카트리지(14) 내에 배치되거나 저장된다. 카트리지(14)는 소모품을 신선하게 유지하는 보관함 또는 다른 용기인 것이 안출 가능하다. 카트리지는, 장치(2)의 전극(4a, b)에 연결된 리딩(leading) 채널(17)을 더 포함한다. 리딩 채널(17)은 장치(2)의 에어로졸 채널(13)에 연결되고, 전극(4a, b)은 적어도 부분적으로 에어로졸 채널(13)의 내부에 배치되는 것도 안출 가능하다. 그러나, 카트리지(14)는 바람직하게는 연결 수단(18)을 통해 전극(4a, b)에 착탈식으로 연결된다. 이는 새로운 소모품(1)으로 카트리지(14)를 리필하는 경우 유용할 수 있다. 장치(2)는 사용된 소모품(16)을 위한 용기(15)를 더 포함하는 것이 안출 가능하다. 일부 실시형태에서, 사용된 소모품(16)은 바람직하게는 최대 350℃의 온도로 가열되며, 사용된 소모품(16)은 매우 적은 양의 액체를 포함하거나 액체를 전혀 포함하지 않는다. 액체 형성제의 양이 너무 적은 경우, 에어로졸을 발생시키기 위해, (거의 담배를 연소시키는) 더 높은 온도(예를 들어, 350℃)가 요구될 수 있다. 충분한 양의 형성제가 소모품 내에 포함된 경우, 충분한 에어로졸을 기화시키기 위한 온도는 예를 들어 300℃ 아래로 낮아질 수 있다. 새로운 소모품(1)이 카트리지(14)로부터 전극(4a, b)으로 전달된 후에, 사용된 소모품(16)은 바람직하게는 용기(15) 내로 떨어진다. 사용된 소모품(16)을 장치(2) 내에 저장하기 위한 다른 구조물을 배치하는 것도 안출 가능하다.
도 5b는 쌍곡선 나선형으로 배치된 소모품(1)을 포함하는 카트리지(14)의 개략도를 도시한다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 소모품(1)은 바람직하게는 카트리지(14) 내에 배치된다. 바람직하게는, 카트리지(14) 내부의 소모품(1)의 더 양호한 지지를 위해, 소모품(1)은 포장지 또는 고정물(도시되지 않음)로 포장된다. 그러나, 카트리지(14) 내부에 소모품(1) 또는 층(3)을 배치할 많은 가능성이 있다. 바람직하게는, 소모품(1)이 카트리지(14) 내부에 매우 조밀하게 배치되어, 장치(2) 내부의 카트리지(14)의 긴 가동 시간을 제공한다.
소모품은, 연속적인 아코디언(accordion) 소모품의 적층물, 또는 적층물 내에 배치된 별도의 층과 같이, 도 5a, 도 5b의 것들의 대안적인 형태로 저장될 수 있다.
실험 섹션
방법
본 출원에서, 입자 크기는, 건식 분산 방법 및 소프트웨어 v3.62를 사용하여, 입자 크기 분석기 Malvern 3000의 레이저 회절에 의해 결정된 평균 직경(D90)을 지칭한다. 그러나, 입자 크기는 체가름(sieving) 또는 레이저 회절과 같은 다른 적합한 방법으로도 측정될 수 있다.
소모품의 제조
전기 전도성 재료로서, 활성탄(Jacobi Carbons의 EcoSorb MB3-10H, 30x60 메시) 또는 목탄이 사용되었다. 목탄은 전기 전도성을 보장하며, 증발될 원료를 흡수할 수 있다. 결합제로서, 고도로 정제된 소듐 카르복시메틸셀룰로오스(CMC)를 포함하는 셀룰로오스 검(CP Kelco의 Cekol® 30000)이 사용되었다. 사용된 추가적인 결합제는 젤란검(Roeper의 젤란검)이었다. 글리세린으로서, 상업적으로 입수 가능한 전형적인 글리세린(99.5%)이 사용되었다. 물로서, 통상적인 수돗물이 사용되었다.
겔 형성제는, 겔 형성제의 총 중량을 기준으로, 1 내지 5 중량% CMC, 0.5 내지 2 중량% 젤란검, 25 내지 75 중량% 글리세린으로 형성되었고, 물(약 25 내지 75 중량%)로 가득 충전되어 겔 형성제를 형성하였다. 구체적인 양은 아래의 표에 제시된다.
글리세린은 먼저 중량이 측정되었고, 이의 점도를 감소시키도록 데워졌다. CMC 분말 및 젤란검은 중량이 측정되었고, 둘 모두 함께 혼합되었다. 혼합물은 교반 동안 데워진 글리세린에 용해되었다. 혼합물은 물을 첨가함으로써 활성화되었다. 겔이 즉시 생성되었다. 목탄이 적절한 양으로 첨가된 다음, 겔과 혼합되어 도우를 형성하였다.
혼합물은 열처리 종이(baking paper) 상에 확산되었고, 열을 가하면서 Vogt LaboPress P200s를 통해 필요한 두께로 압착되었다. 압착을 위해 압출기도 사용될 수 있음을 유의한다. 150℃의 압착 온도, 5분의 압착 시간, 및 3 mm의 압착 두께로, Vogt LaboPress P200s를 통해 상이한 비율의 겔 대 목탄이 혼합되어 압착되었다. 압착될 재료가 도우였기 때문에, 큰 압착 압력은 없었다. 프레스만을 사용하여 0.6 mm 내지 10 mm의 두께를 갖는 포일을 제조하였고, 도우를 열처리하였다. 목탄은 CMC를 통하여 함께 점착되었고, 150℃로 가열판을 함께 압착함으로써, 물이 빠르게 증발되었다.
시트 형태의 소모품이 열처리 종이로부터 조심스럽게 탈거되었다. 도 6은 1:1.25, 1:5 및 1:1.75의 겔 대 목탄의 상이한 비율로 제조된 3개의 소모품을 도시한다.
전기 전도성 재료 대 겔 형성제의 최적 비율을 구하기 위해, 아래의 표 1에 제시된 최적 농도로 예시적인 소모품이 형성되었다.
표 1의 농도는 이미 농도 최적화의 결과로서, 이는 이러한 범위를 벗어나면, 역효과가 얻어질 수 있기 때문임을 유의한다.
따라서, 소모품 내의 목탄의 최적 양은 35 내지 60 중량%인 것으로 결정되었다(45 중량%에서 최적임). 상응하게, 소모품 내의 겔 형성제의 최적 양은 40 내지 65 중량%인 것으로 결정되었다(55 중량%에서 최적임). 훨씬 더 많은 양의 목탄 및 더 적은 양의 겔 형성제를 통해, 접착력이 감소되었고, 형성된 에어로졸의 양이 감소되었음이 확인되었다. 또한, 더 적은 양의 목탄 및 더 많은 양의 겔 형성제를 통해, 즉 겔의 비율이 너무 큰 경우, 더 이상 목탄을 접착하는 것이 가능하지 않았음이 확인되었다.
젤란검의 최적 양은, 겔 형성제의 총 중량을 기준으로, 0.5 내지 2.0 중량%임이 확인되었다. 또한, 젤란의 양이 더 많을수록, 소모품이 더 탄력적임이 확인되었지만, 2.0 중량%의 농도 초과의 젤란검에서는 유의미한 개선이 확인되지 않았다. 0.5 중량% 미만의 양으로는, 소모품이 너무 쉽게 부서지게 되는 것으로 관찰되었다.
CMC의 최적 양은, 겔 형성제의 총 중량을 기준으로, 1 내지 5 중량%임이 확인되었다. CMC의 양이 더 많을수록, 소모품이 더 탄력적인 것으로 관찰되었다. 그러나, 5.0 중량% 초과의 양의 CMC는 더 이상 물에 용해 가능하지 않을 수 있다. 0.5 중량% 미만의 양으로는, 목탄 입자가 더 이상 적절하게 함께 결합되지 않는 것으로 관찰되었다.
글리세린의 최적 양은, 겔 형성제의 총 중량을 기준으로, 25.0 내지 75.0 중량%임이 확인되었다. 더 많은 글리세린을 첨가함으로써, 소모품이 더 연성이 되는 것으로 관찰되었다. 더 적은 글리세린 함량에서는, 형성된 에어로졸 또는 증기의 양이 감소되었다.
물의 최적 양은, 겔 형성제의 총 중량을 기준으로, 25 내지 74.5 중량%, 그리고 바람직하게는 22 내지 69.5 중량%임이 확인되었다. 물은 프레스 가열판 아래의 소모품의 팽창을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 더 높은 단부를 향할수록, 팽창이 개선되었고, 더 낮은 단부를 향할수록, 팽창이 감소되었다. 대부분의 물은 공정 동안 증발한다는 점을 유의한다.
겔 대 목탄의 비율을 통한 실험
추가적인 일련의 실험에서, 겔 형성제 대 목탄의 최적 비율이 결정되었다. 이하의 표는 겔 대 목탄의 상이한 비율을 나타낼 뿐만 아니라, 검색된 재료의 관측치를 나타낸다.
겔 대 목탄의 바람직한 비율은, 소모품이 최적 특성을 가졌던 1:1, 1:25:1 및 1.5:1의 비율을 갖는 실시예 6, 7 및 8로 결정되었다. 해당 소모품은 도 6에 도시된다.
전기 전도성 테스트
전기 전도성 테스트는 테스트 기화기 내의 압착된 재료로 수행되었다.
목탄 시트의 직사각형 부분이 절단되어 기화기의 기화 챔버 내에 배치되었다. 시트가 2개의 전극 사이에 압착되었고, 열을 발생시키도록 전력이 인가되었다. 전극 간에 전류가 흐를 수 있도록, 압력이 선택되었다. 압력을 증가시킴으로써, 접촉 저항이 영향을 받을 수 있다. 기화기가 과열되는 것을 방지하기 위해, 전압이 펄스화되었다. 전형적인 가열 전력은 16 내지 60 와트였다. 전압의 인가 동안, 에어로졸 또는 증기가 생성되었다.
테스트는, 적은 양 및 많은 양의 글리세린을 갖는 상이한 두 가지 종류의 겔 형성제로 수행되었을 뿐만 아니라, 상이한 비율의 겔 대 목탄을 갖는 5개의 세트로 수행되었다.
증기 특성 및 전도성과 관련하여, 1:1, 1.25:1 및 1.5:1의 겔 대 목탄의 비율이 최적임이 관찰되었다. 또한, 높은 목탄 함량에서, 즉 2:1의 겔 대 목탄 비율에서, 재료는 더 이상 전기 전도성이 아님이 관찰되었다. 더 높은 글리세린 함량에서, 재료는 점착성인 경향이 있지만, 더 높은 증기 특성을 갖는다는 것이 추가로 관찰되었다. 더 낮은 글리세린 함량에서, 증기 특성은 여전히 허용 가능하며, 재료는 덜 점착성이다.
테스트에서, 담배 재료가 제조 공정 동안 첨가되었고, 결과적인 소모품이 기화기 내로 삽입되었다. 전류의 인가 시에, 니코틴을 포함하는 증기가 생성되었다.
이하의 표에서, 추가적인 실험이 요약되어 있다.
실시예
11.0 내지 11.4(표 4.1 내지 4.3)
표 4.1은 목탄을 포함하는 샘플인 실시예 11.0 내지 11.4의 원료를 나타낸다. 이러한 샘플은 임의의 향미제 재료를 포함하지 않는다. 제시된 양의 글리세린, CMC, 젤란검 및 물을 통한 방식에 따라 겔이 제조되었고, 이러한 겔은 제시된 혼합비로 목탄과 혼합되었다. 결과적인 재료는 제시된 온도 및 건조 시간으로 압착되었다. "고체" = 목탄 / "겔" 성분 간의 적절한 혼합비는 1/1.25 내지 1/1.75인 것으로 결정되었다.
표 4.2는 건조 후의 중량 손실을 나타내며, 이는 제시된 온도에서 증발되는 겔로부터의 물에 기여할 수 있다. 로트 1.0, 1.1, 1.2, 1.3 및 1.4의 샘플을 좌측으로부터 우측으로 나타내는 도 7에서 알 수 있는 바와 같이, 직경은 표 4.2에 표시된 바와 같이 증가하였다. 또한, 표 4.2는 건조 후의 샘플의 두께를 나타낸다. 표 4.2는 샘플 내의 고체 및 겔의 중량 비율 뿐만 아니라, 샘플의 겔 내의 원료를 추가로 나타낸다.
표 4.3은 샘플 내의 글리세린의 양을 나타낸다.
본 출원인은, 종래기술을 고려하여, 이들이 개별적으로 또는 조합하여 새로운 것인 한, 본 출원서에 개시된 모든 특징을 본 발명의 필수적인 특징으로서 청구할 권리를 갖는다. 또한, 도면에서, 개별적으로 바람직할 수 있는 특징부가 설명된 것임을 유의한다. 도면에 개시된 구체적인 특징부는 이러한 도면으로부터의 추가적인 특징을 채택하지 않고도 바람직할 수 있음을 당업자라면 바로 인식할 것이다. 또한, 하나 또는 다양한 도면에 개시된 다양한 특징의 조합으로부터 이점이 전개될 수 있음을 당업자라면 인식할 것이다.
참조 부호의 목록
1: 소모품
2: 에어로졸 발생 장치
3: 소모품의 층
3a: 층의 표면 영역
3b: 층의 표면의 일부분
4a: 제1 전극
4b: 제2 전극
5: 향미제 재료/담배 재료
6: 에어로졸 형성제
7: 전기 전도성 재료
7a: 전극과 전기 전도성 재료의 접점
8: 소모품의 층의 두께
9: 에어로졸
10: 전기 에너지
11: 전극의 접촉 표면
12: 마우스피스
13: 에어로졸 채널
14: 카트리지
15: 사용된 소모품을 위한 용기
16: 사용된 소모품
17: 리딩 채널
18: 연결 수단
19: 전압 소스
100: 소모품의 원료를 혼합
101: 도우 또는 페이스트를 층에 압착
102: 층을 응고
200: 전극 사이에 층/소모품을 배치
201: 층/소모품 상의 전극을 압착
202: 전극에 전류를 공급
203: 층을 가열
Claims (14)
- 기화기를 위한 소모품(1)으로서,
상기 소모품(1)은,
- 적어도 하나의 전기 전도성 재료(7)의 입자, 상기 입자를 결합시키기 위한 적어도 하나의 결합제;
- 적어도 하나의 에어로졸 형성제(6); 및
- 선택적으로 적어도 하나의 향미제 재료(5)를 포함하는,
기화기를 위한 소모품(1). - 제1항에 있어서,
전기 전도성 재료(7)의 상기 입자는, 상기 소모품의 총 중량을 기준으로, 35 내지 60 중량%의 양으로 존재하며,
상기 결합제, 상기 에어로졸 형성제, 및 상기 선택적인 향미제 재료(5)는, 상기 소모품의 총 중량을 기준으로, 40 내지 65 중량%의 양으로 함께 존재하는, 소모품(1). - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 전기 전도성 재료(7)는, 바람직하게는 목탄, 활성탄, 블랙 카본, 및 흑연으로부터 선택된, 전기 전도성 탄소 함유 재료인, 소모품(1). - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전기 전도성 재료(7)의 상기 입자는, 1 ㎛ 내지 10 mm, 바람직하게는 10 ㎛ 내지 1 mm, 보다 더 바람직하게는 100 ㎛ 내지 500 ㎛ 범위의 입자 크기를 갖는, 소모품(1). - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 향미제 재료(5)는, 바람직하게는 담배로부터 선택된, 식물로부터 유래되며,
바람직하게는, 상기 향미제 재료(5)의 입자는, 분쇄 담배 잎, 미분탄 담배 잎, 또는 황색종잎 담배(FCT)로부터 획득된 담배 입자이고,
바람직하게는 상기 담배 입자는, 200 ㎛ 내지 5 mm, 바람직하게는 250 ㎛ 내지 4.5 mm, 보다 더 바람직하게는 300 ㎛ 내지 4 mm, 그리고 보다 더 바람직하게는 350 ㎛ 내지 3.5 mm, 그리고 보다 더 바람직하게는 1000 ㎛ 미만의 범위의 입자 크기를 갖는, 소모품(1). - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 결합제는, 상기 소모품의 총 중량을 기준으로, 0.1 내지 7 중량%의 양으로 존재하며,
바람직하게는, 상기 적어도 하나의 결합제는, 셀룰로오스 유도체 및 검 중 적어도 하나를 포함하고,
바람직하게는, 상기 셀룰로오스 유도체는 카르복시메틸 셀룰로오스로부터 선택되며, 상기 검은 젤란검으로부터 선택되는, 소모품(1). - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 에어로졸 형성제(6)는, 상기 소모품(1)의 총 중량을 기준으로, 5 내지 75 중량%, 바람직하게는 25 내지 75 중량%의 양으로 존재하며,
바람직하게는, 상기 적어도 하나의 에어로졸 형성제(6)는, 바람직하게는 글리세린, 프로필렌 글리콜, 및 알코올로부터 선택된 습윤제인, 소모품(1). - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
전기 전도성 재료(7)로서의 목탄 입자 및 향미제 재료(5)로서의 담배 입자 중 적어도 하나;
카르복시메틸 셀룰로오스 및 선택적으로 젤란검을 포함하는 결합제; 및
글리세린을 포함하는, 소모품(1). - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 소모품(1)의 전기 전도율은, 적어도 3x102 S/m(20℃에서), 바람직하게는 최대 3x106 S/m(20℃에서)인, 소모품(1). - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 결합제 및 상기 적어도 하나의 에어로졸 형성제(6)는 겔을 형성하며,
바람직하게는, 겔 대 전기 전도성 재료(7)의 중량비는, 0.01:1 내지 100:1, 바람직하게는 0.1:1 내지 10:1, 보다 바람직하게는 0.5:1 내지 5:1, 보다 더 바람직하게는 0.5:1 내지 1:1이며, 가장 바람직하게는, 겔 대 전기 전도성 재료의 중량비는 2:1, 1.75:1, 1.5:1, 1.25:1 또는 1:1인, 소모품(1). - 에어로졸 발생 장치(2)로서,
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 소모품(1)을 포함하는,
에어로졸 발생 장치(2). - 기화기를 위한 소모품(1)을 제조하기 위한 방법으로서,
i) 적어도 하나의 전기 전도성 재료(7)의 입자, 및 선택적으로 향미제 재료(5)를 제공하는 단계;
ii) 상기 입자를 결합시키기 위한 적어도 하나의 결합제, 적어도 하나의 에어로졸 형성제(6), 및 선택적으로 물과 상기 입자 및 상기 선택적인 향미제 재료(5)를 혼합하는 단계; 및
iii) 예를 들어 경화 및/또는 건조에 의해, 상기 혼합물을 응고시키는 단계를 포함하는,
기화기를 위한 소모품(1)을 제조하기 위한 방법. - 제14항에 있어서,
상기 결합제, 상기 에어로졸 형성제(6), 및 상기 선택적인 물은 겔 형성제를 형성하며,
바람직하게는, 겔 형성제 대 전기 전도성 재료(7)의 중량비는, 0.01:1 내지 100:1, 바람직하게는 0.1:1 내지 10:1, 보다 바람직하게는 0.5:1 내지 5:1, 보다 더 바람직하게는 0.5:1 내지 1:1이며, 가장 바람직하게는, 겔 형성제 대 전기 전도성 재료(7)의 중량비는 2:1, 1.75:1, 1.5:1, 1.25:1 또는 1:1인, 방법. - 에어로졸을 발생시키는 방법으로서,
i) 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 소모품을 제공하는 단계;
ii) 에어로졸 발생 장치의 2개의 전극 사이에, 바람직하게는 층 형태로 상기 소모품을 배치하는 단계;
iii) 상기 소모품 상의 상기 전극을 압착하는 단계;
iv) 상기 전극에 전류를 공급하는 단계로서, 상기 소모품은 상기 전극 간에 상기 전류를 전도하는, 단계; 및
v) 상기 소모품을 가열하여, 에어로졸을 생성하는 단계를 포함하는,
에어로졸을 발생시키는 방법.
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