CN105142444A - 电子吸烟器具 - Google Patents

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Abstract

公开了电子吸烟器具，其包括外壳，在纵向方向上延伸；微量泵系统，构造成将液体供应容器内所容纳的液体材料通过供应容器的出口而泵入到毛细管中；所述毛细管，具有入口和出口，所述入口与所述液体供应容器的出口连通；加热装置，操作用于加热所述毛细管至足以使所述毛细管内所容纳的液体材料至少开始挥发的温度；电源，操作用于在所述微量泵气室上施加电压来生成气体，以驱动液体材料离开所述液体供应容器而进入到所述毛细管的入口中；以及至少一个进气口；其中，空气与所挥发的材料混合以形成气雾。

Description

电子吸烟器具
相关申请
本申请依据美国法典第35卷第119条要求享有于2013年3月22日提交的美国临时申请61/804,294的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
发明内容
本文所教导的内容提供了例如电子烟、电子雪茄和气雾发生器的新型吸烟器具的实施例。这些装置可包括设计成用来将液体材料从液体容器传送至加热器的毛细管。所公开的装置可通过消费者在吸烟器具的吸嘴端吸气以使气雾传送到使用者而被激活。所教导的内容包括基于气室(gascell)的微量泵作为基于气雾的烟传送装置中的流体传送装置的应用。
根据一个示例性实施例，公开了电子吸烟器具，所述电子吸烟器具包括：外壳，在纵向方向上延伸；微量泵系统，构造成使液体供应容器内所容纳的液体材料通过供应容器的出口而泵入到毛细管中；所述毛细管，具有入口和出口，所述入口与所述液体供应容器的出口连通；加热装置，操作用于加热所述毛细管至足以使所述毛细管内所容纳的液体材料至少开始挥发的温度；电源，操作用于在所述微量泵气室上施加电压来生成气体，以驱动所述液体材料离开所述液体供应容器而进入到所述毛细管的入口中；以及至少一个进气口；其中，空气与所挥发的材料混合以形成气雾。
根据一个示例性实施例，公开了电子吸烟器具，所述电子吸烟器具包括：液体供应容器，容纳液体材料；以及微量泵系统，包括：可扩大的气体腔，包括所述液体供应容器的可移动壁；以及微量泵气室，用于生成气体并引导气体至所述可扩大的气体腔，以使所述可扩大的气体腔扩大，其中所述可扩大的气体腔的扩大使所述壁移动，以从所述液体供应容器分送液体材料。
根据另一个示例性实施例，公开了由电子吸烟器具产生气雾的方法，所述方法包括：使用微量泵系统将液体材料从液体容器泵入到所述毛细管的入口中，以使液体材料传递至毛细管；以及将来自电源的电力传递至作用于所述毛细管的加热器，其中所述毛细管使传递至毛细管的液体以至少部分挥发的状态排出而进入到混合腔中，以产生气雾。
根据一个示例性实施例，公开了气雾生成器，所述气雾生成器包括：可加热的毛细管；液体源；以及微量泵气室，操作用于使液体从所述源泵入到所述可加热的毛细管中。
附图说明
下面将参照附图中所示的示例性实施例来描述本发明。在附图中：
图1是根据一个示例性实施例的电子吸烟器具的横断面视图；以及
图2是根据一个示例性实施例的电子吸烟器具的具有微量泵系统和毛细管的部分的横断面视图。
具体实施方式
根据一个示例性实施例，例如电子烟或电子雪茄的电子吸烟器具包括：微量泵系统，其推动液体材料柱穿过可被加热的毛细管。根据一个示例性实施例，微量泵包括电池形式的电源和微量泵气室，所述微量泵气室在排出气体以推动活塞或可移动的结构时产生气体，，所述活塞或可移动的结构驱动液体材料以恒定的流速离开液体容器而进入到毛细管中。
图1显示了根据一个示例性实施例的电子烟100。如图1所示，电子烟100包括壳体110，其具有吸嘴端112以及本体端114。在本体端114中设置有电池120形式的电源、电路122形式的电气线路以及喷烟检测系统130。在吸嘴端112中，烟100包括容置微量泵系统200的烟弹140、电阻式加热器144以及毛细管146。微量泵系统200将液体材料242(图2)从液体供应容器(或流体容器)240传送至被加热器144所包围的毛细管146。在另一个实施例中，加热器144可包括毛细管自身的一部分。根据一个示例性实施例，毛细管146的一端与烟弹140的液体供应容器相连通。加热器144通过连接部148连接到电路122上。壳体110还包括进气口160、位于吸嘴端112的出气口162以及气雾形成腔170。
在使用中，液体材料242被微量泵200驱动而从流体容器240进入毛细管146的入口145中。当使用者在电子烟100的出气口162吸气时，环境空气通过进气口160被吸入。根据一个示例性实施例，电子烟100可包括喷烟检测系统130，其对喷烟进行感应并激活微量泵气室210(图2)和加热器144。电池120向加热器144提供能量脉冲以加热毛细管146邻近加热器144的部分。在毛细管146的出口端147内的液体材料242被加热器144蒸发以产生过饱和蒸汽。同时，通过微量泵系统200的泵送作用而沿着毛细管146移动的额外的液体材料242会替换被蒸发的液体材料242。
根据一个示例性实施例，所产生的过饱和蒸汽与来自进气口160的气流混合并被所述气流所携带。在气雾形成腔170中，蒸汽冷凝以形成可吸入的气雾，其在喷烟过程中被吸引穿过器具的出口162。如图1所示，优选地，电路122和喷烟检测系统130是可编程的。根据一个示例性实施例，电路122和喷烟检测系统130可用于管理电子烟100的操作。根据一个示例性实施例，微量泵系统200连同电子烟100的物理设计可有助于控制气雾中的颗粒大小。
毛细管146包括通过阀230(图2)与液体供应容器240的出口244流体连通的入口端145，以及可操作用于将挥发了的液体材料从毛细管146排出的出口端147。根据一个示例性实施例，毛细管146具有约0.01mm至10mm、优选地为0.05mm至1mm、并且更优选地为0.05mm至0.4mm的内径。例如，毛细管146可具有约0.05mm的内径。可替换地，毛细管146可具有8×10-5mm2至80mm2、优选地为0.002mm2至0.8mm2、并且更优选地为0.002mm2至0.05mm2的内横截面积。例如，毛细管146可具有约0.002mm2至0.02mm2的内横截面积。
根据一个示例性实施例，毛细管146可具有约5mm至约100mm、更优选地为约10mm至约60mm或约20mm至约50mm的长度。例如，毛细管146的长度可为约50mm，并被布置成使得当加热器144被激活时，毛细管146的下游约40mm长的部分形成加热部分，且毛细管的上游约10mm长的部分保持相对地未加热。根据一个示例性实施例，毛细管146具有约0.17mm至约0.21mm的内径、约0.23mm至约0.25mm的外径以及约5mm至约100mm(例如约50mm)的长度。在一个示例性实施例中，毛细管146基本上是笔直的、卷绕的和/或在其内包括一个或更多个的弯曲部以保持间隔。
在一个示例性实施例中，毛细管146由导电材料形成，并因此作为其自身的加热器。毛细管146可以是在毛细管146所经受的操作温度下可保持必要的结构完整性的同时能够进行电阻式加热的任何导电材料，且其不与液体材料反应。用于形成毛细管146的适合的材料选自由不锈钢、铜、铜合金、覆盖有薄膜电阻材料的多孔陶瓷材料、可从SpecialMetalsCorporation购买的(其为镍铬合金)、铬镍铁合金(其也是镍铬合金(包括镍铬铁合金))，以及它们的组合所构成的组。
在一个示例性实施例中，毛细管146是不锈钢毛细管146，经由连接到毛细管上的电连接部148而沿着毛细管146的长度通过直流电或交流电，毛细管可作为加热器。因此，不锈钢毛细管146由电阻加热来进行加热。不锈钢毛细管146的横截面优选为圆形。毛细管146可以是适于用作具有多种径号的注射针的管子。例如，毛细管146可包括具有0.11mm内径的32号针头和0.26mm内径的26号针头。
在一个示例性实施例中，毛细管146可以是非金属管，例如玻璃管。在此类示例性实施例中，加热器144可由能够进行电阻式加热的导电材料形成，例如不锈钢、镍铬铁合金或铂丝，其沿着玻璃管布置。当沿着玻璃管布置的加热器被加热时，毛细管146内的液体材料会被加热到足以使毛细管146内的液体材料至少部分地挥发的温度。
根据一个示例性实施例，电连接部148可以是至少两个间隔开的电连接部，它们结合到金属毛细管146上。在该示例性实施例中，所述至少两个电连接部铜焊于毛细管146上。优选地，一根电引线铜焊于毛细管146的第一上游部分上，且另一根电引线铜焊于毛细管146的下游部分上。
在使用中，一旦毛细管146被加热，包含在毛细管146的加热部分内的液体材料就会挥发，并从出口147喷出，其在此处膨胀并与空气混合，进而在混合腔170内形成气雾。电子烟100还包括至少一个进气口160，其可操作用于传送空气至混合腔170。优选地，进气口160至混合腔170布置于毛细管146的下游，以便使沿着毛细管的吸入的空气减到最少，并因此避免了毛细管146在加热周期中的冷却。在使用中，挥发的材料膨胀离开管146并进入到混合腔170中，在此处挥发的材料可与空气混合以形成气雾，然后气雾通过吸嘴端112被吸出。在该示例性实施例中，至少一个进气口160包括一个或两个进气口160。可替换地，进气口160可以是三个、四个、五个或更多个。根据一个示例性实施例，进气口160的尺寸和数量还可有助于形成电子烟100的吸气阻力。
电池120可以是锂离子电池或者其变形中的一种，例如锂离子聚合物电池。可替换地，电池120可以是镍氢电池、镍镉电池、锂锰电池、锂钴电池或燃料电池。根据一个示例性实施例，吸烟者可以使用电子烟100直至电源的电量被耗尽。可替换地，电源120可以是可充电的，且包括允许电池通过外部充电装置进行充电的电路(未示出)。例如，在充电后，电路可为预定数量的喷烟提供电量，在这之后电路必须重新连接到外部充电装置上。
电子烟100还包括可位于印刷电路板上的控制电路122。一旦开关180被按压，电源则被激活并向微量泵系统200和加热器144提供电量。控制电路122还可以包括加热激活灯(未示出)，当加热器144被激活时，加热激活灯可操作用于发热。控制电路122还可包括计时器，可操作用于限制向微量泵系统200和加热器144提供电量的时间。向微量泵系统200和加热器144提供电流的时间周期可根据想要蒸发的液体的量而预先设定。例如，为了该目的，电路122可以是可编程的。
根据一个示例性实施例，当被激活时，加热器144加热毛细管146的一部分少于约10秒，更优选地少于约7秒。因此，电力循环(或最大喷烟长度)可以界定于从约1秒至约10秒的范围中。
图2是根据一个示例性实施例的电子烟100的具有微量泵系统200和毛细管146的部分的横断面视图。微量泵系统200可包括微量泵气室210、活塞220、阀230以及液体供应容器240。如图2所示，电子烟100包括在纵向方向上延伸的圆柱形外壳110。微量泵系统200构造成使液体材料242通过出口244从液体供应容器240泵入到毛细管146的入口145中。根据一个示例性实施例，液体供应容器240包括液体材料242，其在被加热时挥发并在离开毛细管146时形成气雾。
根据一个示例性实施例，电池120形式的电源可操作用于在加热器144的两端施加电压，加热器144可操作用于加热毛细管146至足以使毛细管146内所容纳的液体材料至少开始挥发的温度。电池120还可操作用于在微量泵气室210上施加电压，以生成气体212。所生成的气体212的压力使活塞220沿着前向方向上在微量泵系统200内的线性路径上移动，将液体材料242从液体供应容器240中抽出。作为活塞220的替代或补充，容器可包括弹性囊，在这种情况下，微量泵气室210所排出的气体会压缩囊而将流体从容器中抽出。
根据一个示例性实施例，微量泵气室210形成可扩大气体腔214的第一壁，且可移动的活塞220形成可扩大的气体腔214的第二壁。活塞220还形成了流体容器240的可移动壁。在使用中，微量泵气室根据需要产生气体212并引导气体212进入到可扩大的气体腔214中，以使可扩大的气体腔214扩大，其中可扩大的气体腔214的扩大使活塞220在前向方向上沿着线性路径移动，以减少流体容器240的容积，其将液体材料242从流体容器240分送或推动到毛细管146的入口145中。
如图2所示，液体供应容器240可以是具有与阀230流体连通的出口244的长形体。阀230防止液体材料倒流至液体供应容器240中。根据一个示例性实施例，阀230可以是具有开口234的弹簧加载阀232，其允许液体材料242从液体容器240流入毛细管146的入口中。同时，为将液体材料242传送到毛细管146，电源120被激活且毛细管146被加热以形成加热部分，液体材料242在加热部分中被挥发。当从加热的毛细管146离开时，挥发的材料膨胀、与空气混合并形成气雾。
根据一个示例性实施例，液体材料242包括含有挥发性烟草香料化合物的含烟草的材料，所述挥发性烟草香料化合物在加热时从液体中释放出来。液体材料242还可以是含烟草香料的材料或含尼古丁的材料。可替换地或作为补充，液体材料242可包括无烟草材料。例如液体材料242可包括水、有机溶剂、乙醇、植物提取物以及天然或人工香料。优选地，液体材料还包括气雾形成剂。合适的气雾形成剂的例子有丙二醇和丙三醇。
在一个示例性实施例中，电子烟100与传统的香烟具有大致相同的尺寸。在一些实施例中，电子烟100可以是约80mm至约88mm长，且直径为约7mm至约8mm。例如，在一个示例性实施例中，电子烟100为约84mm长且具有为约7.8mm的直径。
电子烟100的圆柱形外壳110可由任何合适的材料或材料的组合形成。适用的材料的例子包括：金属、合金、塑料或包含这些材料中的一种或更多种的复合材料，或者适用于食品或药品用途的热塑性塑料，例如聚丙烯、聚醚醚酮(PEEK)、陶瓷以及聚乙烯。
在一个示例性实施例中，本文描述的所形成的挥发材料可以至少部分地冷凝，以形成包括颗粒的气雾。蒸汽和/或气雾内所包含的颗粒可在从约0.5微米至约4微米(例如约1微米至约4微米)的尺寸范围内。在一个示例性实施例中，蒸汽和/或气雾含有尺寸为约3.3微米或更小的颗粒。此外，颗粒可基本上均匀地遍布于蒸汽和/或气雾中。
加热器144优选地包括电加热元件。加热器144优选地包括电阻材料。适用的电阻材料包括但不限于：半导体(例如掺杂陶瓷)、“导电”陶瓷(例如二硅化钼)、碳、石墨、金属、金属合金以及由陶瓷材料和金属材料制成的复合材料。此类复合材料可包括掺杂陶瓷或无掺杂陶瓷。
合适的掺杂陶瓷的实例包括掺杂碳化硅。合适的金属的实例包括钛、锆、钽以及铂系元素中的金属。合适的金属合金的实例包括不锈钢、康铜、镍合金、钴合金、铬合金、铝钛锆合金、铪合金、铌合金、钼合金、钽合金、钨合金、锡合金、镓合金、包含铁锰的合金以及基于镍、铁、钴、不锈钢、和铁锰铝基合金的超级合金。是位于美国科罗拉多州丹佛市1999百老汇套房4300的TitaniumMetalsCorporation的注册商标。在复合材料中，电阻材料可选择性地嵌入、封装入或涂覆绝缘材料，或者相反，这取决于能量传递的动力学及所需的外部物理化学性能。
加热器144可采用任何适用的形式。例如，加热器144可采用加热片的形式。可替换地，加热器144可采用套管或具有不同电传导部分的基片，或者电阻金属管的形式。可替换地，加热器144可以是盘式(端部)加热器或者具有加热针或加热棒的盘式加热器的组合。可替换地，加热器144可采用在两层惰性材料之间绝缘的蚀刻金属箔的形式。在那种情况下，惰性材料可包括聚酰亚胺、全聚酰亚胺(all-polyimide)或云母箔。可替换地，加热器144可采用片状材料的形式，其可围绕毛细管146的至少一部分卷绕。可替换地，加热器144可采用围绕毛细管的至少一部分折叠的蚀刻箔的形式。蚀刻箔可包括由激光或电化学工艺切割的金属片。所述片可由任何适用的材料制成，例如铁铝基合金、铁锰铝基合金或所述片的形状可以是矩形的，或者可具有图案形状，当其围绕毛细管卷绕时可形成像线圈的结构。其他可替换的选择包括加热丝或灯丝，例如镍铬(Ni-Cr)、铂、钨或合金丝。
在一个示例性实施例中，加热器144包括至少部分围绕毛细管146的一卷金属丝。在一个示例性实施例中，加热器144是金属丝或合金丝。加热器144可以是线圈，其可沿着毛细管146的全部或部分长度延伸。线圈可围绕毛细管146的全部或部分圆周延伸。在另一个实施例中，线圈不与毛细管146接触，其允许加热线圈以加热毛细管146，但通过不使多于必要的液体挥发而降低损耗。这还会降低在内侧壁上冷凝的液体的量，因此降低了清洁需求。
电子烟100可包括当加热器144被激活时用于指示的喷烟指示器(未示出)。在该实施例中，电路包括喷烟传感器，当传感器感应到表征使用者吸烟的气流时，指示器可被激活。在该实施例中，电路可包括手动操作开关，指示器可通过开关被激活。
根据一个示例性实施例，电子烟100具有如图1至图2所示的微量泵系统200，其可被构造成当打开阀230时(如果使用了阀230)，以约1微升/秒至5微升/秒的恒定流速传送流体材料242。根据一个示例性实施例，微量泵系统200被构造成在具有周期间一致性的系统寿命期间，替换总计约0.5至2微升的液体材料242。例如，具有微量泵系统200的电子烟100包括可具有约250次循环的寿命，其具有上至约5秒的循环时间且在循环之间具有约1秒或更久的时间。根据一个示例性实施例，微量泵系统200的外径可以根据容量和尺寸而关联，例如，在一个示例性实施例中少于8mm。此外，微量泵系统200与液体材料242及外界环境是隔离的。在美国专利No.8,113,390和No.8,353,426中提供了适用的气室微量泵的其他细节，其全部内容通过引用并入本文。
本文的教导可应用于电子吸烟器具的所有形式，例如电子烟、雪茄、烟枪、水烟袋以及其他形式，无论其尺寸和形状。
在本文中，当用语“约”与一个数值连用时，其意指相关的数值包括有在该既定数值的周围的±10％的容差。
并且，当用语“大致”和“基本上”和几何形状连用时，其意指并不要求几何形状的精密度，但其形状的界限是在所披露的范围之内。当使用几何术语时，“大致”和“基本上”意欲不仅包括符合严格规定的特征，还包括相当地接近此严格规定的特征。
现在可以清楚，在本说明书中描述了一种新的、改进的、非显而易见的电子烟，其中披露了足够的细节以能够被本领域的普通技术人员所理解。并且，对于本领域的技术人员来说显然的是，对于电子烟的特征来说存在有未实质性偏离本发明的精神和范围的许多修改、变化、替代物和等效物。因此，可明确地表示，所有这些落入所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的修改、变化、替代物和等效物都包含在所附权利要求书内。

Claims (20)

1.电子吸烟器具，所述电子吸烟器具包括：
外壳，在纵向方向上延伸；
微量泵系统，构造成将液体供应容器内所容纳的液体材料通过供应容器的出口而泵入到毛细管中；
所述毛细管，具有入口和出口，所述入口与所述液体供应容器的出口连通；
加热装置，操作用于加热所述毛细管至足以使所述毛细管内所容纳的液体材料至少开始挥发的温度；
电源，操作用于对微量泵气室施加电压来生成气体，以驱动液体材料离开所述液体供应容器而进入到所述毛细管的入口中；以及
至少一个进气口；
其中，空气与所挥发的材料混合以形成气雾。
2.根据权利要求1所述的电子吸烟器具，包括：
混合腔，位于所述毛细管的下游；以及
吸嘴端，具有至少一个出口，其中所述吸嘴端与所述混合腔流体连通，以便传送气雾至吸烟者。
3.根据权利要求1所述的电子吸烟器具，包括：
阀，位于所述液体供应容器的出口和毛细管的入口之间，其中，所述阀在关闭时阻止液体材料倒流至所述液体供应容器中。
4.根据权利要求3所述的电子吸烟器具，其中，所述微量泵包括：
可扩大的气体腔，包括形成所述可扩大的气体腔的壁并沿着线性路径移动的活塞，并且其中所述活塞形成所述液体供应容器的壁；以及
微量泵气室，生成气体并引导所述气体至所述可扩大的气体腔，使所述可扩大的气体腔扩大，其中所述可扩大的气体腔的扩大使所述活塞在前向方向上沿着所述线性路径移动，以减少所述液体供应容器的容积，将液体材料从所述液体供应容器分送到所述毛细管的入口中。
5.根据权利要求4所述的电子吸烟器具，包括：
电源，连接到所述微量泵气室上；以及
开关，结合到所述电源上，所述开关构造成激活所述微量泵气室，并且其中所述微量泵气室构造成在所述阀打开时以约0.5微升/秒至2.0微升/秒的恒定流速传送液体材料。
6.根据权利要求1所述的电子吸烟器具，其中，所述毛细管具有约0.17mm至约0.21mm的内径，以及约5mm至约100mm的长度。
7.根据权利要求1所述的电子吸烟器具，其中，所述毛细管包括不锈钢管或非金属管。
8.根据权利要求1所述的电子吸烟器具，其中，所述电源包括电池。
9.根据权利要求1所述的电子吸烟器具，其中，所述加热装置包括通过两个间隔开的电连接部连接到电池上的加热器。
10.根据权利要求9所述的电子吸烟器具，还包括操作用于控制向所述加热器提供的电量的控制电路。
11.根据权利要求1所述的电子吸烟器具，其中，所述至少一个进气口位于所述毛细管的上游。
12.根据权利要求1所述的电子吸烟器具，还包括开关，所述开关在电子烟的外壁上进行操作，并且其中向所述开关施加的压力同时激活所述加热装置和微量泵系统，以便从所述液体供应容器释放液体材料至所述毛细管中。
13.电子吸烟器具，所述电子吸烟器具包括：
液体供应容器，容纳液体材料；以及
微量泵系统，包括：
可扩大的气体腔，包括所述液体供应容器的可移动壁；以及
微量泵气室，用于生成气体并引导气体至所述可扩大的气体腔，以使所述可扩大的气体腔扩大，其中所述可扩大的气体腔的扩大使所述壁移动，以从所述液体供应容器分送液体材料。
14.根据权利要求13所述的吸烟器具，包括：
毛细管，与所述液体供应容器的出口连通；以及
阀，位于所述液体供应容器的出口和所述毛细管的入口之间，其中所述阀构造成限制液体材料倒流至所述液体供应容器中。
15.根据权利要求14所述的吸烟器具，包括：
电源，连接到所述微量泵气室上。
16.根据权利要求15所述的吸烟器具，包括：
开关，结合到所述电源上，所述开关构造成激活所述微量泵气室，其中所述微量泵气室构造成在所述阀打开时以约0.5微升/秒至2.0微升/秒的恒定流速传送液体材料。
17.由电子吸烟器具产生气雾的方法，所述方法包括：
通过微量泵系统来使液体材料与毛细管连通，从而将液体材料从液体容器泵入到所述毛细管的入口中；以及
将来自电源的电力传递至作用于所述毛细管的加热器，其中所述毛细管使传递至毛细管的液体以至少部分挥发的状态排出到混合腔中，以产生气雾。
18.根据权利要求17所述的方法，包括：
通过微量泵气室生成气体；以及
使所生成的气体与所述液体供应容器连通，以将液体材料从所述液体供应容器分送到所述毛细管的入口中。
19.根据权利要求18所述的方法，包括：
通过关闭位于所述液体供应容器的出口和所述毛细管的入口之间的阀来限制液体材料倒流至所述液体供应容器中。
20.气雾生成器，所述气雾生成器包括：
可加热的毛细管；
液体源；以及
微量泵气室，操作用于将液体从所述源泵入到所述可加热的毛细管中。
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