CN101500443B - 挥发装置 - Google Patents

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Abstract

将挥发材料输送到使用者的装置，其包括：热输送部件(11)，该热输送部件(11)包括散热件(14)，该散热件(14)与例如热管(36)的传热装置呈传热关系；以及挥发部件(20)，该挥发部件(20)包括可挥发材料源(22)，该可挥发材料例如烟草、香味材料或者治疗物质等。挥发部件(20)可分离地安装在热输送部件(11)上，且可挥发材料源(22)与热输送部件的传热装置(36)传热导通。因此，可以通过使用一系列一次性挥发部件(20)来重复使用热传输部件(11)。

Description

挥发装置
技术领域
本发明涉及挥发装置。
背景技术
将挥发材料输送到使用者的装置具有几种用途，具体地例如吸烟模拟装置，或者用于将香味剂或治疗物质输送到使用者。
已经提出许多建议来改进吸烟模拟装置，该吸烟模拟装置在不燃烧烟草的情况下提供吸烟的感受。这些包括，例如：授权给Cook等人的美国专利No.5,944,025，该专利教授了一种模拟香烟，其中在吸烟物品的催化反应部分内产生热气以用于形成挥发的香味烟雾气体，之后这种气体被输送到吸烟者的口中同时控制燃烧气体的成分；以及授予Strubel的美国专利No.4,892,109，该专利教授了一种利用化学反应物的模拟吸烟物品，当被混合时所述化学反应物发生放热反应以提供热源来加热被吸入吸烟者口中的烟雾产生物质。授予Clearman等人的美国专利No.5,247,947、授予Roberts等人的美国专利No.4,819,665和授予Sensabaugh Jr.等人的美国专利No.4,793,365均教授了不同的模拟香烟或吸烟物品，其中被加热的烟雾产生自含碳外部热源并且之后被输送给吸烟者。此外，授予Abhulimen等人的美国专利No.6,532,965教授了一种不可燃的模拟吸烟物品，该物品使用蒸汽作为烟雾产生源。
在授予Potter等人的美国专利No.4,917,119中公开了用于输送挥发治疗材料的装置。该装置是管件的形式，使用者通过该管件吸气。在管件的核心处承载药物的基质被例如氧化钙的材料的环形装料所围绕，该材料与水接触时生热。当触发热源时，产生的热使药物挥发，使用者通过管件吸入所述药物。这种装置仅被使用一次，之后就被丢弃。
发明内容
广泛地根据本发明，提供了一种用于将挥发材料输送到使用者的装置，该装置包括热输送部件，其包括具有近端和远端的细长主体，位于所述主体的所述远端的散热件，在所述主体内沿所述主体延伸并在一端与所述散热件热连接的热管；和设置在所述主体的所述近端的可分离的挥发部件，包括沿所述主体纵向延伸的可挥发材料源，所述热管纵向延伸到所述可挥发材料内并沿所述热管和所述可挥发材料的一部分长度与所述可挥发材料呈传热导通。
通过提供一种可从传热装置上分离的挥发装置，挥发装置可以与传热装置分开制造和销售并且传热装置可以被再次使用。
为了便于挥发部件的分离，装置优选地由两个基本部件构成，使用者可以容易地分开这两个基本部件。所述部件中的一个包括可能与散热件或传热装置一起的挥发部件，并且另一个部件包括散热件或传热装置或者包括二者。例如，在本发明的一个实施例中，散热件和传热装置被一同安装在装置的第一部件内，并且可挥发材料源被安装在装置的第二部件内，且该第二部件可从所述第一部件分开。在可选构造中，散热件和挥发部件被安装在装置的第一部件内，并且传热装置被安装在装置的第二部件内。
常规地，散热件和传热装置被安装在装置的相同部件上。因此，本发明特别提供了一种将挥发材料输送到使用者的装置，该装置包括：热输送部件，该热输送部件包括散热件和与所述散热件呈传热关系的传热装置；以及挥发部件，该挥发部件包括可挥发材料源，该可挥发材料源与第一部件的传热装置呈可分离的传热导通。
本发明还包括用于在根据本发明的装置内使用的热输送部件，该热输送部件包括与传热装置呈传热关系的散热件，该部件适于支撑与所述传热装置呈传热导通的可分离的可挥发材料源。
本发明进一步包括用于在根据本发明的装置内使用的挥发部件，该挥发部件包括烟嘴和可挥发材料源，该可挥发材料源邻近所述烟嘴并且适于与传热装置接合成传热关系。
根据需要，装置的挥发部件可以包括过滤部分，挥发材料穿过该过滤部分。
本发明的热输送部件优选地可重复使用，并且本发明的挥发装置优选地是一次性的或者仅可使用一次。
热输送部件和挥发部件被可分离地连接在一起。为了这个目的，可挥发材料源和传热装置优选地通过形状互补的部分呈传热导通。例如，可挥发材料源优选地包括槽道或凹槽，该槽道或凹槽在形状上与传热装置的一端互补并且可分离地接合传热装置的该端。所述部件的相邻端常规地形状互补，且其中一个部件的该端可分离地容纳在另一个内。
在一个实施例中，可挥发材料被安装在载体或支撑件上，该载体或支撑件适于接合所述传热装置并且具有传热表面以便将热从传热装置传送到可挥发材料内。
本发明的装置和部件可以被用于将任意可挥发材料输送给使用者，该可挥发材料包括香味剂和治疗材料。然而优选地，本发明被用于提供一种不可燃的模拟香烟。在本发明的这些实施例中，可挥发材料源包括烟草或烟草替代品。
热输送部件包括散热件，通过传热装置传送来自该散热件的热，以便传送给可挥发材料源。
散热件优选地是吸热材料主体的形式，该吸热材料主体被配置成被外部热源加热、能够吸收并保持足够的施加热从而以被控方式通过传热装置使得所述施加热在一段时间内被传送到可挥发材料源，以便在一段所需时间内向使用者释放可挥发材料。
外部热源可以是明火(open flame)或起始加热装置(例如电阻抗加热装置)，其可以包括被设计成通过恒温控制方式来产生特定温度的装置。热变色热指示装置可以被包括在热输送部件的散热件端，以便向使用者提供装置已到达其工作温度的可视化指示。
任意合适材料可被用作散热件。例如，散热件可以是例如不锈钢的金属或者陶瓷材料。可以包括高热容的材料或者能够经由包括生热的可逆过程(例如通过高温相变)来吸热并随后放热的材料。
传热装置可以是简单导热元件的形式，例如传导性金属的实心或管状棒，该传导性金属例如铜等。然而优选地，传热装置是热管的形式。这种装置常规包括装填有导热液体的金属管件，该导热液体有效地沿所述管导热。这样的产品可以自美国亚利桑那州钱德勒的Enertron，Inc.以及其他公司获得。可以使用单个或多个传导元件或热管，或者一个或多个热管可以与一个或多个所述传导元件结合使用。
为了减少在传热期间的热损失，在散热件和可挥发材料源之间传热元件是隔热的。
优选地，当使用者在装置上抽吸时空气从散热件和可挥发材料源之间的一个或多个点处进入装置。优选地空气被来自散热件的热加热并且之后穿过可挥发材料源，从而可挥发材料被释放以通过装置行进到使用者。
在本发明的一个优选实施例中，热输送部件包括包围散热件和热管的纵向延伸的外部管件或包套(wrap)。该管件可以由例如高热阻塑料材料制成，大量高热阻塑料材料可从市场上购得，例如聚四氟乙烯(PTFE)、聚四氟乙烯与全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)或者例如Victrex plc以商标PEEK销售的线性芳香热塑性聚合物，上述任意材料均可以不填充有填料或者可以包含填料，例如包含重量为30％的玻璃。外部管件包括朝向邻近挥发部件的端部的多个挥发孔。
与挥发部件呈传热导通的传热装置的端部可以包括适于接触可挥发材料源的涂层。适当的涂层可以包括铝、不锈钢、高温塑料或者导热陶瓷。此外，传热装置的端部可以被成形成导热几何形状或包括导热几何形状，例如鳍状、沟槽、脊或板，以形成传热表面来改进与可挥发材料源的接触和导热。
附图说明
为了更好地理解本发明，现参考附图仅通过示例的方式描述具体实施例，其中各图中的相同附图标记代表相同部件，并且其中：
图1是根据本发明的在组装状况下的第一装置的透视图；
图2是图1装置的纵向截面图；
图3是在拆卸状况下的图1和图2装置的纵向截面图；
图4a是根据本发明的可替换装置的一部分的放大比例透视图；
图4b是根据本发明的另一个可替换装置的与图4a类似的图；
图4c是根据本发明的又一个可替换装置的与图4a类似的图；
图5是根据本发明的在组装状况下的第二装置的轴向截面图；
图6是在图5的装置中使用的挥发部件的侧视图；
图7是图6中示出的挥发部件的端视图；
图8是根据本发明的第三装置的轴向截面图；
图9是当拆卸时图8中所示装置的一个部件的轴向截面图；
具体实施方式
参考图1、图2和图3，示出了以模拟香烟的形式将挥发材料输送给使用者的装置10，该装置10包括可重复使用的热输送部件11以及挥发部件20，该挥发部件20仅被使用一次并且计划在使用后被丢弃。热输送部件11包括圆柱形外壳或外部包套12，该圆柱形外壳或外部包套12是由例如高热阻塑料材料、陶瓷或其他具有低热导率的耐用材料组成的不导热管件。传热装置被置于包套12内，该传热装置是由支撑和隔热材料26包围的热管16的形式。热管16在一端纵向延伸到散热件14内并且在相对端延伸到一次性的挥发部件20内。
虽然在此作为模拟香烟示出了本发明装置的实施例，但是本发明装置的实施例也可以被设计成模拟例如雪茄或烟斗的其他吸烟物品。此外，虽然在所述实施例中热管16作为线性元件被示出，不过对本领域技术人员显而易见的是热管16可以被成形为不同的非线性构造。例如，散热件14可以从挥发部件20横向偏移。
外部包套12设置有多个穿孔18，所述多个穿孔18在一个位置或多个位置围绕外部包套12，且经常距热管16的第二终端32大约5mm至20mm处。穿孔18的数量和大小控制使用时通过装置10的支撑和隔热材料26的空气流的阻力以及气流量。外部包套12的终端稍稍外扩，以便当一次性挥发部件20插入终端并从终端分离时容纳一次性挥发部件20。
散热件14收集并保持从外部源供应的热。散热件14一般是适当金属或陶瓷材料，例如储热蜂窝陶瓷、铝或泡沫铝，或者散热件14可以利用包含相变材料的封装的或密闭的单元结构，该相变材料被选择成在所需最佳热范围内工作，从而使得热保持能力扩展通过在例如液体的高能状态到例如固体的低能状态之间的物理相变。熔点在150到250℃之间的大量相变材料是可以获得的，其具有在100-700J/cc范围内的熔化潜热，包括：盐，例如AgNO3、AlCl3、TaCl3、InCl3、SnCl2、AlI3和TiI4；金属和金属合金，例如硒、锡、铟、硒-锌、铟-锌或铟-铋；以及有机化合物(compound)，例如D-甘露醇、丁二酸、p-硝基苯甲酸、对苯二酚和己二酸。一种具体的适当的相变材料是锡(91wt％)和锌(9wt％)的共晶体，其具有199℃的熔点。可替换地，能够承受可逆放热过程的材料也可以被用于散热件14。例如这些包括二氢化镁，当被加热时二氢化镁导致氢与镁分裂；当冷却时，氢和镁化学结合以形成二氢化镁，从而在返回到二氢化镁的低能状态的过程中放热。可替换地，可以使用其他高温相变材料(该材料能承受从约150℃至约300℃的相变)。
优选地，散热件14的长度从15mm至30mm，并且散热件14近似为标准香烟的周长，即约25mm。散热件14的材料应该优选地能被加热到200°F和600°F之间(从约90℃至约315℃)，并且更优选地300°F和500°F之间(从约148℃至约260℃)。此外，散热件14可以被薄的绝热材料(未示出)护套，该绝热材料具有低的热传导能力，从而允许散热件接收来自直接火焰的热但是提供隔热层以防止使用者直接接触被加热的散热件。绝热护套也可以是可移动护套，该可移动护套可以滑下装置10以暴露散热件从而加热，并且可以滑上装置10以覆盖散热件14，从而为使用者提供直接接触保护并且提供储热的增加隔热。此外，在与散热件14或隔热护套(未示出)的热关系中，可以在其表面上使用热变色指示器，例如作为附图标记40示出的，并且当装置10的端部被充分加热到使用的有效(functional)热范围时该热变色指示器被用于向使用者提供指示。可作为指示器使用的热变色材料包括，例如：氧化锌、氧化铅(II)、硫酸镍、富铬铝镁榴石等等。可替换地，包括双金属恒温器的机械装置可以被包括在散热件14或绝热护套(未示出)内，以提供已经到达合适的有效热范围的可视化确认。
如图2和图3很好地示出，装置10的可重复使用的热输送部件11还包括热管16形式的传热装置，该热管16的一端30与散热件14呈传热关系并且相对端32被容纳在挥发部件的包含可挥发材料源的部分22内，在这个案例中该可挥发材料是包含烟草的组合物(composition)。热管16通常是空心金属管件，例如两端均被密封并且填充有传热材料36的蒙乃尔铜-镍合金、钛、铝或铜管件。优选地，传热材料36包括毛细材料，该毛细材料用例如水等的液体渗透并且被设计成将热能从散热件14传递到烟草部分22。例如，工作温度范围是从5℃至230℃的铜护套的水热管或者工作温度范围是从5℃至290℃的蒙乃尔铜-镍合金护套的水热管均足以在当前发明中使用。此外，热管16的直径一般从约2mm至6mm并且长度一般从5cm至9cm。热管16被适当的支撑和隔热材料26围绕，该材料26例如陶瓷垫、陶瓷纤维、多孔陶瓷、玻璃纤维、开口单元树脂泡沫(open cell resin foam)或能够反复暴露于有效热范围的其他合适的隔热材料。如下所述，热管16的暴露端32适于与烟草部分22接合成传热导通。暴露端32可以包括适于接触烟草部分22的涂层。适当的涂层可以包括铝、不锈钢、高温塑料或导热陶瓷。支撑和隔热材料26从散热件14到热管的第二或暴露端32的通常5mm至10mm内覆盖热管16。
如图3很好地示出，不可燃吸烟装置10包括一次性挥发部件20，该一次性挥发部件20包括烟草基的可挥发材料源22，并且在这个实施例中也包括与烟草部分22轴向对齐的过滤部分24。烟草部分22设置有槽道部分或凹槽28，该槽道部分或凹槽28的内径近似等于热管16的端32的外径，从而使其形状与热管端32互补并且适于容纳热管端32。烟草部分22通常是圆柱形，其长度约5mm至20mm并且被包套在纸张或其他适当材料(作为附图标记38被示出)内，且该圆柱形的外径基本等于外部包套12的内径。因此，当热管端32滑动进入槽道28以实现在其中的热能传送时烟草部分22适于滑动进入热输送部件11的外部包套12内。与图1内18处所示相似的一圈穿孔(未示出)可设置在烟草部分22的圆柱形外壳内以有助于挥发和通过装置的空气流。
如图3所示，热管端32可以是平的或者甚至稍稍成圆角。可替换地，热管端32可以被几何成形为实际上穿过烟草部分22以改进与其接触和导热。使用热管的这种调节，部分22可以不需要槽道部分28。图4a示出了热管端32的一种这样的可替换实施例，其中该热管端32被配置成单个贯入针(penetration needle)的形状。图4b示出了热管端32的另一个可替换实施例，其中该热管端32被配置成带扁平鳍的圆锥形状。图4c示出了热管端32的又一个可替换实施例，其中该热管端32被配置成多个贯入针的形状。烟草或香味产生部分22代表性地包括烟草颗粒、加工过的烟草片或压制烟草，其已经被适当地选择、包装并加香味以便作为发热但不燃烧的烟草基质。
包括过滤端24的烟嘴被附连到香味基质或烟草基质22。过滤嘴24通常是交叉链接的聚丙烯网，或者是较高的每单丝代数(high denier perfilament)的醋酸纤维素，或者是成形醋酸纤维素管件或提供适当稳定性以及低通风(low draft)、低排除效率的其他材料。过滤嘴24通过外部纸张包套38或类似物被附连到基质上。
在使用中，挥发部件20被插入可重复使用的热输送部件11的扩口端34，且热管16的端32被容纳在烟草或香味部分22的槽道28内。之后散热件14被例如香烟打火机或类似物的外部热源加热到预定温度，该预定温度优选地被例如热变色指示器40或其他类似指示器的热触发指示器确定。当指示器到达预定温度时，吸烟者或使用者中止加热过程并且在挥发部件20的嘴或过滤端24上抽吸。空气通过气孔18进入热输送部件11的支撑和隔热材料26，并且被置于传热管16内的热加热。之后热空气通过烟草或香味部分22，该烟草或香味部分22也通过接触热管16而被加热，在该烟草或香味部分22内使置于部分22内的香味成分挥发并且之后被吸入使用者口中。
图5示出了包括热输送部件11和挥发部件20的本发明的又一实施例。热输送部件11包括圆柱形外壳12，热管16沿该圆柱形外壳12的中心轴线放置。热管16被安装在散热件14内的一端。散热件14的一端是套管(spigot)14a的形式，该套管14a被容纳在圆柱形外壳12的一端内。隔热材料层36位于外壳12和套管14a之间。散热件14的另一端从外壳12突出并且被成形为在其外表面上设置有传热区14b，在所述实施例中该传热区14b承载一系列同心肋37。肋37增加了散热件的表面面积并且有利于从外部源向散热件14的传热速率。可以意识到，可以在散热件上设置替换性表面形状从而实现有效传热，例如提供鳍或沟槽。外壳12的另一端限定套节(socket)38，该套节38容纳在装置的挥发部件20的一端上形成的形状互补的套管39。
挥发部件20包括过滤部分24和香味生成部分22，过滤部分24和香味生成部分22被容纳在圆柱形外壳40内，该圆柱形外壳40具有与热输送部件的外壳12相同的外径，只是在一端具有减小的直径以形成套管39。热输送部件和挥发部件的外壳12、40均设置有一圈穿孔18、18a以允许在使用时空气被吸入装置内。
如图6和图7被很好地示出，香味生成部分22包括导热材料的载体45，该导热材料例如如铜或铝等的金属。载体45具有滑动配合在热管16上的圆柱形中心核46以及在其外表面上沿载体轴向延伸的四个径向鳍47。被置于四个鳍之间的烟草材料49被成形成具有圆柱形外表面，该圆柱形外表面邻接挥发部件的外壳40的内表面。载体45用于从热管向烟草材料传热。
在图8和图9中示出了本发明的又一实施例。装置包括挥发部件20和传热部件11。挥发部件20包括圆柱形外壳12、置于外壳12的一端内的散热件14以及被置于外壳20的另一端内与散热件14接触的圆柱形烟草材料主体22。材料主体22可以如图6和图7所示被构造。散热件14的一端是被容纳在圆柱形外壳12的端部内的套管14a的形式。散热件14的另一端从外壳12突出并且被成形为在其外表面上设置有一系列同心肋37，肋37来自传热区以有利于从外部源向散热件14的传热速率。散热件14和烟草材料主体22具有同轴对齐的中心通路以容纳热管16的一端。外壳12远离散热件的端部限定套管39，该套管39与在装置的传热部件11的一端上形成的形状互补的套节38滑动配合。一圈穿孔18a在外壳12内形成以允许空气被吸入外壳内的烟草材料主体区内。
如图9所示，传热部件11可从挥发部件20上分离。传热部件11包括终止于套节38的一端处的圆柱形外壳40以及两个过滤部分24a和24b，这两个过滤部分中的一个邻近套节38放置，而另一个位于外壳40上与套节38相对的一端处。过滤部分24a和24b由空间42彼此分开，该空间42通过一圈穿孔18b与外壳40的外部连通。热管16一端位于过滤部分24b的凹槽内并且沿外壳40的中心轴线延伸通过另一个过滤部分24a内的中心通路。热管足够长，从而当如图8所示组装装置的两个部件时，热管远离过滤部分的端部被容纳在散热件14的中心孔内。
根据需要，在外壳40的端部处的过滤部分24b可以承载附加香味剂，当过滤元件被热管16加热时该附加香味剂被释放。
在使用时，使用者使挥发部件20与传热部件20分开，将烟草材料主体22滑动到热管16上，并且通过将热管16的端部插入散热件14的凹槽内并将传热部件20的外壳12上的套管39推动到传热部件11的外壳40上的套节38内从而再组装该装置。之后热被施加到散热件14上。热沿热管16行进从而导致烟草材料22和空间42中的空气的温度升高。当使用者在传热部件11的端部上抽吸时，空气通过穿孔18a和18b进入装置并且承载挥发材料进入使用者的口中。在使用后，装置可以被拆卸，并且使用过的烟草材料被丢弃并被新鲜材料所替代。
也应该注意的是，在其他实施例中，本发明的装置可以被用于将其他挥发材料输送给使用者，例如如医用药品的治疗材料等。本发明的这些实施例在所有方面上类似于附图中示出的装置，除了挥发部件20在部分22内包括可挥发治疗材料而不是香味剂或烟草。这种治疗材料的示例参见授予Ridings等人美国专利No.4,941,483和授予Potter等人的美国专利No.4,955,399，上述专利被并入本文以供参考。
主要为了清楚理解的目的给出了上述详细描述，并且不需从中了解非必要性限制，因为对于本领域的技术人员而言在阅读这个公开内容后修改是显而易见的并且可以在不背离本发明的精神和所附权利要求范围的情况下做出该修改。

Claims (12)

1.一种用于将挥发材料输送到使用者的装置，该装置包括：
热输送部件，其包括具有近端和远端的细长主体，位于所述主体的所述远端的散热件，在所述主体内沿所述主体延伸并在一端与所述散热件热连接的热管；和
设置在所述主体的所述近端的可分离的挥发部件，包括沿所述主体纵向延伸的可挥发材料源，所述热管纵向延伸到所述可挥发材料内并沿所述热管和所述可挥发材料的一部分长度与所述可挥发材料呈传热导通。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述可挥发材料源和所述热管通过形状互补的部分传热导通。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述可挥发材料源包括与所述热管的一端形状互补并且可分离地接合所述热管的该端的槽道或凹槽。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述热输送部件和所述可分离的挥发部件具有形状互补的端，且所述挥发部件的所述端容纳在所述热输送部件的所述端内。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述热管被在所述散热件和所述可挥发材料源之间的隔热材料围绕。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述散热件包括以下中的至少一种：
a)能够经由包括生热的可逆过程产生热的材料；
b)高温相变材料；
c)二氢化镁；和
d)陶瓷材料或金属。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述散热件包括储热蜂窝陶瓷材料、铝或泡沫铝。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述可挥发材料源包括烟草或可挥发治疗组合物。
9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述挥发部件包括过滤部分，挥发材料穿过该过滤部分。
10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述热输送部件包括包围所述散热件和所述热管的纵向延伸的外部包套。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述外部包套包括朝向邻近所述挥发部件的所述外部包套的端的多个通风孔。
12.根据权利要求1所述的装置，还包括在所述热输送部件的散热件端的热变色热指示装置。
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