CN107278124A - 用于电子吸烟装置的具有液体输送元件的胶囊 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电子吸烟装置的胶囊，所述胶囊包括具有侧壁(101,102)和端壁(103)的壳体(105)，其中所述侧壁(101,102)和所述端壁(103)限定了在一端(111)开口的空腔(110)。可刺穿膜(104)密封所述空腔(110)的开口端(111)。通过所述壳体(105)和所述可刺穿膜(104)将液体收容在所述空腔(110)内，其中液体输送元件(120)配置在由所述可刺穿膜(104)封闭的空腔(110)内并浸在所述液体中。

Description

用于电子吸烟装置的具有液体输送元件的胶囊
技术领域
本发明涉及一种用于电子吸烟装置的胶囊。本发明还涉及一种电子吸烟装置和用于填充胶囊的方法。
背景技术
电子吸烟装置(例如，电子烟)旨在允许吸烟者吸入尼古丁或芳香味液体的其他烟雾，而不干扰其他人。电子吸烟装置通常包括容纳液体储器和用于在使用者激活时将液体转变成烟雾的装置的细长外壳。用于将液体转变成烟雾的装置由于其将液体雾化(即，将液体转变成烟雾或蒸汽)而通常被称为雾化器。
已经提出了用于电子吸烟装置的几种方法。一种常用的方法是使用可更换的胶囊，该胶囊包括具有开口端和封闭端的细长壳体。胶囊的开口端用可刺穿膜密封以封闭待汽化的含有化合物的液体。当将胶囊插入吸烟装置中时，雾化器的刺穿元件使膜破裂并进入到胶囊中以与胶囊内所含的液体接触。刺穿元件由通过毛细作用将液体输送到雾化器的加热部分的金属网(metal mesh)形成或支撑该金属网。在通常通过使用者的抽吸来激活雾化器时，向加热部分提供由电池供给的电能以使液体汽化。汽化的液体由使用者的抽吸所引起的液体流输送到烟嘴处，使用者在烟嘴处吸入汽化的液体。由于汽化的液体在通过液体流的输送中部分地冷凝成微小液滴以形成烟雾，所以将雾化器的动作称为将液体“雾化”成作为雾化器的产物的“烟雾”。
这种类型的电子吸烟装置通常被称为三件式电子烟(three-part electroniccigarette)，因为它们包括三个主要部分：液体储罐或胶囊、雾化器和具有电池的控制电子元件。在EP 2443946 A1中公开了这种电子吸烟装置的例子，其使用具有柱形合金海绵的雾化器，当将液体储罐插入电子吸烟装置中时，该柱形合金海绵刺穿液体储罐的膜。液体储罐中的液体渗入雾化器的海绵中、被输送到加热线圈并由加热元件汽化。
在上述方法使用一次性胶囊的同时，其他方法将液体储存容器和雾化器组合成通常称为“喷雾器(cartomizer)”的单个单元。由于液体储存容器未设计成一次性的，所以必须由使用者补充被消耗掉的液体。这种类型的电子吸烟装置也称为两件式电子烟(two-part electronic cigarette)，因为它包括作为主要部件的喷雾器和控制电子元件。
两种方法都向使用者提供不同的优点和缺点。例如，由于使用者需要注射器或移液管来重新填充喷雾器的液体储存容器，所以向喷雾器补充液体对于使用者来说可能是困难和不方便的。
使用一次性小胶囊避免了使用者重新填充喷雾器的需要，因为他可以简单地更换空的胶囊。然而，已经观察到液体没有被完全引入雾化器中，使得一部分液体残留在胶囊中。残留的剩余液体与胶囊一起被丢弃，这在商业和环境方面都是不利的。
鉴于上述情况，期望提供一种用于电子吸烟装置的胶囊，其具有改善的液体耗尽。
发明内容
通过根据权利要求1或权利要求5所述的用于电子吸烟装置的胶囊实现了该目的。权利要求11涉及一种包括相关胶囊的电子吸烟装置。权利要求14涉及一种相关胶囊的制造方法。
根据一个实施方案的用于电子吸烟装置的胶囊包括具有侧壁和端壁的壳体。所述侧壁和所述端壁限定了在一端开口的空腔。另一端由所述端壁封闭。可刺穿膜密封由所述端壁和所述侧壁限定的空腔的开口端以封闭收容在所述空腔内的液体。所述胶囊还包括配置在由所述可刺穿膜封闭的空腔内并浸在所述液体中的液体输送元件。
当膜被雾化器的穿透到胶囊的空腔中的破裂元件破裂时，收容在胶囊的空腔中的液体输送元件便于将液体输送到空腔的开口端。在将破裂元件推进到空腔中时，可以将液体输送元件推向空腔的封闭端，并且确保封闭端处的液体与液体输送元件接触并且可以由液体输送元件输送到破裂元件。通常包括金属网、纤维材料或其他微网状材料或者由金属网、纤维材料或其他微网状材料形成的破裂元件与液体输送元件保持接触，以提供从空腔内到雾化器的加热部分的液体输送路径。通过雾化器的破裂元件和胶囊的液体输送元件的组合作用，可以将收容在胶囊的空腔内的液体可靠地输送到雾化器的加热部分。此外，由于液体输送元件与空腔的封闭端接触或至少延伸靠近空腔的封闭端，所以通过毛细作用将收容在空腔中的大部分液体引到加热部分。
此外，液体输送元件提供液体保持能力，以避免当膜破裂时，收容在空腔中的液体泄漏或溢出。这改善了电子吸烟装置的操作，并且是使用者友好的，因为避免了当更换胶囊时使用者与液体的不期望的接触。
液体输送元件通常包括用于改善液体输送和液体保持能力的多个小空腔。例如，液体输送元件可以由纤维材料形成。纤维材料的纤维限定了在纤维之间的小空腔和通道，以提供具有大的内表面的液体输送元件，从而改善液体输送元件的液体输送性能。通常，通过小通道和空腔的毛细作用来输送液体。毛细作用(有时是毛细管现象、毛细运动或芯吸作用)是液体在不受到如重力等外力的帮助和对抗的情况下在狭窄空间内流动的能力。
尽管存在可以用于形成液体输送元件的许多不同的材料，但是应当特别注意选择合适的材料。该材料相对于液体应该是惰性的并且针对液体具有良好的润湿性，从而将液体引到液体输送元件的小通道和空腔中。
根据一个实施方案，例如，所述液体输送元件的纤维可以包含基于氧化硅的无机材料，例如，硅石纤维或诸如玻璃纤维等无定形硅石纤维。这些材料提供了针对液体的足够的刚度、惰性和润湿性。玻璃纤维也比纯硅石纤维更不易碎且更便宜，这使得它们更适于用作液体输送元件的材料。例如，玻璃纤维可以通过向二氧化硅中加入碳酸钙来制成。还可以加入其他添加剂。
根据一个实施方案，所述液体输送元件可以由多孔材料形成，所述多孔材料的形状可制成允许容易地插入胶囊的空腔中。多孔材料可以是无机材料。可选择地，也可以使用具有给定刚度的有机材料。
多孔材料具有由平均孔径和孔径分布限定的给定孔隙率。孔隙率可以由下式来定义：
其中VV是孔的总体积，VT是多孔材料的总体积(载体材料的体积和孔的总体积)。具有所谓的开口孔隙率(即，连通孔)的多孔材料能够吸收液体或气体，而具有闭口孔的多孔材料不能吸收另外的流体。真正开口的多孔材料通常包括闭口孔和连通孔。于是，吸收液体的能力仅由开口孔确定。例如，材料的孔隙率可以通过压汞法来实验测定。通常，孔隙率越高，多孔材料的液体吸收能力越高。
孔径分布和平均孔径影响多孔材料的液体吸收能力，因为形成较小毛细管的较小孔与具有与较小孔相同的总孔体积的较少大孔相比，通常产生更强的毛细作用。
根据一个实施方案，液体输送元件的材料的平均孔径可以在5μm～30μm之间，特别地在5μm～15μm之间。可以使用扫描电子显微镜来测定平均孔径，例如，先测量纤维直径，然后计算平均(算术平均)孔径，即，在纤维之间形成的细长孔的横截面面积。
根据一个实施方案，液体输送元件可以具有足以可靠和基于机器处理液体输送元件的抗弯刚度(也称为弯曲刚度)。与需要装进空腔中的软质或柔软材料相比，使液体输送元件具有给定的刚度有助于将液体输送元件插入空腔中。此外，当使用相对较硬的材料时，可以设想自动插入过程。因此，液体输送元件可以被描述成自支撑的。
纤维无机材料提供足够的刚度，当将纤维或数组纤维编织成细绳或绳子时，可以增大刚度。
如上所述，由各根纤维限定并在各根纤维之间形成的小通道增大了液体输送元件的内表面。此外，由于在纤维之间形成的通道具有沿纤维的纵向延伸方向延伸的细长形状，所以液体输送元件具有沿着纤维的增大的输送能力。
因此，根据一个实施方案，用于电子吸烟装置的胶囊可以包括具有侧壁和端壁的壳体，其中所述侧壁和所述端壁限定了在一端开口的空腔。可刺穿膜密封由所述端壁和所述侧壁限定的空腔的开口端。通过所述壳体和所述可刺穿膜将液体收容在所述空腔内。液体输送元件配置在由所述可刺穿膜封闭的空腔内并浸在所述液体中。所述液体输送元件包括无机材料的纤维，所述纤维限定了在纤维之间的用于输送所述液体的小通道。
各根纤维的尺寸、形状和粗细可以变化。例如，可以使用具有不同粗细的纤维来形成具有不同横截面的通道，以增大液体输送元件的内部储存容量，同时保持输送能力。由于不同粗细的纤维可以随机分布，所以大的和小的通道或空腔均匀地分布在整个液体输送元件中以形成互连空腔网。提供更大的通道和空腔也有助于液体输送元件对液体的吸收和使液体吸入液体输送元件中。
根据一个实施方案，可以使用具有基本上相同粗细的纤维。例如，纤维直径可以在5μm～25μm之间，特别地在7μm～15μm之间，更特别地在8μm～10μm之间。
根据一个实施方案，所述液体输送元件包括具有不同粗细的纤维，以提供具有不同尺寸和不同粗细的通道，如上所述。具有不同粗细的混合纤维还允许通过改变细纤维相对于粗纤维之间的比例来更好地适配液体输送元件的弯曲刚度。例如，较细纤维的纤维直径可以在8μm～10μm之间，较粗纤维的纤维直径可以大于15μm，以使较硬的纤维与较不硬的纤维混合。
例如，可以使用扫描电子显微镜来测量纤维的粗细。当使用具有基本上相同粗细的纤维时，纤维的粗细分布是具有一个峰的单峰形式(mono-modal)。与此不同的是，当使用具有不同粗细的纤维(例如，具有两个不同粗细范围的纤维)时，纤维的粗细分布是多峰形式(multi-modal)，例如，具有两个明显峰的双峰形式(bi-modal)。
粗纤维还可以配置成比细纤维更集中，以形成相对刚性的芯体，同时细纤维包围由粗纤维形成的刚性芯体。例如，当将具有细纤维的一束纤维编织在一束粗纤维周围时，粗纤维沿着液体输送元件延伸。
为了提高所述液体输送元件的刚度，对数组纤维进行编织以形成绳，各组纤维都具有多根纤维。除此之外，或者可选择地，可以使用环形元件，以将纤维保持在一起而不是将纤维太紧密地紧固在一起。
由于雾化器的破裂元件插入到空腔中至给定长度，所以可以使液体输送元件的长度制得比空腔的内部长度短，以为破裂元件提供足够的空间。因此，根据一个实施方案，所述液体输送元件在从所述壳体的端壁到封闭所述空腔的开口端的所述可刺穿膜的方向上的长度比从所述壳体的端壁到所述可刺穿膜的距离短。通常，对液体输送元件的长度进行调节，使得破裂元件的插入深度比由液体输送元件提供的空间稍长，从而确保当将破裂元件插入空腔中时，破裂元件和液体输送元件保持接触。
根据一个实施方案，所述液体输送元件在从所述壳体的端壁到所述可刺穿膜的方向上的长度比从所述壳体的端壁到所述可刺穿膜的距离短，例如，短几毫米的距离。例如，壳体的外部长度可以在20mm～26mm之间。端壁的厚度可以在约0.5mm～约2mm之间。于是，空腔的长度为约19.5mm～约25.5mm。当将破裂元件完全插入胶囊中时，该破裂元件的插入深度例如可以在几毫米的范围内，使得上述距离略小于插入深度。
液体输送元件的纤维直径可以在5μm～20μm之间，特别地在8μm～10μm之间。这种尺寸的纤维对于硅石和玻璃材料来说是有利的，以避免纤维太硬并且容易断裂。实际直径不限于这里给出的值，并且可以根据具体需要进行调整。此外，其他材料可以更有利地设置有较粗的纤维，以保持单根纤维足够坚硬但仍然具有一定程度的柔性。
不必是每根纤维都从液体输送元件的一端完全延伸到液体输送元件的另一端。具有不同长度的纤维可以混合。纤维可以具有例如至少200μm、例如至少300μm、特别地至少500μm的长度。长度是指纤维的算术平均长度。纤维的长度可以长达空腔的总长度，例如长达2000μm。因此，纤维可以具有例如在200μm～2000μm之间、特别地在300μm～2000μm之间、更特别地在300μm～1500μm之间的长度。
电子吸烟装置的胶囊可以用作一次性的。所述电子吸烟装置通常包括细长外壳，所述细长外壳包括第一中空部和与第一中空部可拆卸地连接的第二中空部。第一中空部和第二中空部限定了所述外壳的内部空间。可电加热的雾化器配置在所述外壳的内部空间内并且包括破裂元件，当将所述胶囊可移除地插入所述外壳的内部空间中时，所述破裂元件刺穿所述可更换的胶囊的膜。当插入所述胶囊并将第一中空部连接到第二中空部时，雾化器的破裂元件被推向胶囊的膜并且在朝向胶囊前进时使膜破裂。破裂元件在给定的插入深度处停止移动，在那里其与配置在胶囊内的液体输送元件接触。在第一中空部和胶囊之间的密封件防止液体泄漏。
第一中空部和第二中空部在它们各自的开口端处彼此配合。第一中空部在与其开口端相对的端部处形成烟嘴。所述胶囊可插入第一中空部中，使得所述胶囊的封闭端指向所述烟嘴。因此，在激活雾化器时形成的烟雾流过在所述胶囊的外表面和第一中空部的内表面之间形成的空气通道，从而允许空气流从所述雾化器流到所述烟嘴。
根据一个实施方案，一种用于填充胶囊的方法包括：将空胶囊从库存供给到用于将液体输送元件插入所述空胶囊中的插入装置，其中所述胶囊包括具有侧壁和端壁的壳体，并且其中所述侧壁和所述端壁限定了在一端开口的空腔；将液体输送元件供给到所述插入装置；从所述胶囊的这一端将所述液体输送元件插入所述胶囊的空腔中；用液体填充所述胶囊的空腔；和用可刺穿膜密封所述空腔的这一端。
在阅读以下详细说明以及查看附图时，本领域技术人员将认识到附加特征和优点。
附图说明
附图中的部件不一定按比例绘制，而是重点说明本发明的原理。此外，在附图中，相似的附图标记表示相应的部分。在附图中：
图1示出了根据一个实施方案的胶囊；
图2示出了根据一个实施方案的用于胶囊的液体输送元件；
图3示出了根据另一个实施方案的胶囊；
图4示出了根据一个实施方案的液体输送元件的REM照片；
图5示出了液体输送元件的另一张REM照片；
图6示出了根据一个实施方案的具有胶囊的电子吸烟装置；
图7A和图7B示出了根据一个实施方案的胶囊的制造方法的工序；和
图8是根据一个实施方案的胶囊的一系列制造步骤的流程图。
具体实施方式
在下面的详细说明中，参照形成其一部分的附图，并且其中通过可以实施本发明的说明性具体实施方案的方式示出了附图。在这方面，诸如“顶”、“底”、“前”、“后”、“头”、“尾”、“横向”、“纵向”等方向术语参照附图中所描绘的取向进行使用。因为实施方案的部件可以以多个不同的取向定位，所以方向术语用于说明的目的，而不以任何方式限制。所说明的实施方案使用特定的语言，其不应该解释为限制含义。
图1示出了根据一个实施方案的用于电子吸烟装置的胶囊100。
胶囊100包括壳体105，该壳体由限定第一侧壁的第一或前壳体部101、限定第二侧壁的第二或后壳体部102以及与第二壳体部102形成一体的端壁103形成。第一壳体部101和第二壳体部102一起形成壳体105的侧壁并与端壁103一起限定胶囊100的空腔110。空腔110在一端111开口并且在相对端112由端壁103封闭。
胶囊100的壳体105在图1中示出为由基本上呈中空圆筒形形状的第一壳体部101和基本上为底部封闭的中空圆筒的第二壳体部102形成的两件式元件。第二壳体部102的第二侧壁从端壁103延伸。第一和第二壳体部101,102在它们彼此面对的端部处彼此连接以形成具有单个开口端111的共同空腔。壳体105也可以形成为单个一体部件。在这种情况下，第一壳体部101和第二壳体部102彼此形成一体。
在每种情况下，壳体105可以是由疏水性材料制成的注塑制件，例如，该疏水性材料为诸如聚丙烯或PTFE等聚烯烃或者任何其他合适的塑性材料。
可刺穿膜104覆盖并密封空腔110的开口端111，以防止收容在空腔110内的液体从空腔110泄漏。可刺穿膜104可以是铝箔片，例如，其被热密封到空腔110的开口端111。
收容在空腔110中的液体通常包含用于诸如尼古丁等烟草化合物的溶剂或载体、风味剂、醚类油或其混合物。溶剂通常是亲水性的，并且可以包含如水和多元醇等成分。例如，可以使用丙二醇和/或丙三醇，它们具有水溶性、化学惰性和无毒性而使得这些化合物适于作为溶剂。通常，液体含有0％～20％(更优选1％～10％，最优选2％～7％)的水和多元醇(例如，丙三醇(优选0％～90％或甚至100％，更优选10％～50％，最优选15％～25％)和/或丙二醇(优选50％～100％，更优选60％～90％，最优选70％～80％))。所有百分比都按相对于液体的总重量的重量计。
被称为导芯的液体输送元件120配置在由可刺穿膜104封闭的空腔110内并浸在液体中。如图2最佳示出的，导芯120包括基本上沿着导芯120的纵向方向延伸的多根纤维121。各根纤维121不必彼此平行，而是可以具有从纵向方向稍微偏离的取向。因此，当提及沿纵向方向取向或延伸的纤维时，该取向还包括与严格纵向方向的稍微偏差。此外，由于可以对纤维121或数组纤维进行编织，所以纤维可以被稍微卷绕或缠绕。
纤维121限定和限制了在各根纤维121之间的小通道或空腔122。通道122的尺寸和形状可以取决于纤维121的尺寸和纤维121的填充密度。由于纤维121沿纵向方向延伸，所以通道122也具有优选的纵向延伸，从而使得由导芯120中的通道122形成多个纵向毛细空间。
为了使导芯120具有足够的刚度，可以适宜地选择各根纤维121的粗细。例如，纤维121的平均粗细可以在5μm～20μm之间。在图3中示出了具体的例子，其是示出了在8μm～10μm之间的示例性范围内的各种粗细的纤维的REM(光栅电子显微镜)照片。当将导芯描述为包括相同尺寸的纤维121时，这应被解释为指的是相同平均尺寸，因为多根纤维121具有给定粗细分布。相同的尺寸是指单峰粗细分布，即，具有一个明显峰的分布。
在另外的变型中，也可以使用具有不同粗细的纤维121。在这种情况下，纤维121的粗细分布对应于双峰分布，即，具有两个明显峰的分布。也可以使用具有多峰粗细分布的多根纤维121。
纤维121的粗细还取决于用于纤维121的材料。对于诸如基于氧化硅的无机材料等刚性材料，纤维粗细通常在5μm～20μm之间的上述范围内，以避免各根纤维121变得太硬以及在处理时可能破裂。因此，各根纤维121应该具有足够的柔性，以允许例如进行编织或稍微的扭曲或卷绕。
当使用诸如聚合物材料等其他材料时，各根纤维121的粗细可以更粗，因为聚合物材料通常具有比无机材料更高的柔性。然而，有机材料的柔性和刚度可以在宽范围内进行调节，例如，通过改变交联速率或链的尺寸。
为了使导芯120具有足够的液体输送性能，各根纤维121不应该太粗，因为粗纤维121会形成更大但更少的通道122。由于液体输送主要基于毛细作用，所以期望由多个通道和空腔122形成的大的内表面，其可使用相对较细的纤维来获得。
液体输送元件的毛细作用的强度可以按照下式来定量，当液体输送元件(例如，导芯)在干燥状态下与液体接触时，它会以随时间减小的速度开始吸收液体。对于一端被润湿的具有恒定横截面S的材料棒，在时间t之后所吸收的液体沿着棒长度的浸透深度x为：
其中B是液体浸透系数[cm s-1/2]。此外，所吸收的液体的质量m为：
其中A是以[g/(cm2h1/2)]给出的液体吸收系数。B和A之间的相互关系为如下式所示：
其中ρ是液体的密度[g/cm3]，ψ是多孔介质的液体容量[cm3/cm3]。液体吸收系数A是指每单位面积质量吸收(mass absorption)的速度。液体容量ψ与孔隙率密切相关，因为它涉及多孔介质中液体的可用空间。
纤维121的填充密度可以通过不同的方式进行调节。填充密度也影响空腔和通道122的尺寸，因此，其是调整液体输送性能的另一选项。
对纤维121或数组纤维121进行编织也增大了导芯120的弯曲刚度，因此，这是调节导芯120的整体刚度的一个选项。图4示出了具体实施方案的REM照片，其中数组纤维121被编织成绳子。可以根据具体需要选择纤维121的组数和每组纤维中纤维121的根数。例如，每组纤维可以包括形成编织绳子的一个绳股的多根纤维。例如，弯曲刚度取决于由单组纤维121形成的各个绳股的数量和编织图案。
为了进一步将纤维121或绳股紧固在一起，可以使用环形元件，如图5所示。这种环形元件位于导芯120的前端可以是有益的，以防止纤维121磨损以及阻塞导芯120的插入。
导芯120设置有足够的弯曲刚度以允许导芯自动插入胶囊100的空腔110中。考虑到插入过程，上限并不是特别重要的，但是不应该太高，从而使得导芯120保持足够的柔性以例如卷绕在线轴或卷轴上。
根据一个实施方案的导芯120的具体例子由纯二氧化硅纤维制成，该纤维被编织或绞合以形成直径为约1.5mm的线或绳子。纤维121的直径为约8～10μm。材料的毛细特性由纤维121的堆叠产生，其在纤维121之间产生微小的通道，以允许液体慢慢流过。
二氧化硅纤维具有有益的材料性能，因为该材料显示高达1600℃的耐热性，尽管配置在胶囊100的空腔110内的导芯120不需要这种高耐热性。二氧化硅(SiO2)的含量通常为至少96％。可燃材料的含量优选等于或少于5％。
当受到高温时，二氧化硅进一步表现出约5％以下的低的材料损失和小于5％的相对较低的线性收缩性能。如下面进一步说明的，这种材料对于用于雾化器的导芯也是有益的。
由于二氧化硅纤维相当昂贵，所以无定形硅石(例如，玻璃)可以用作纤维121的材料。玻璃比纯硅石便宜且更不易碎。如果需要，可以通过向二氧化硅中加入碳酸钙以及其他添加剂来制备玻璃。碳酸钙的添加产生具有较低熔点的更便宜的产品，然而，对于作为胶囊的导芯材料的预期应用来说，这不是关键的。
替代材料是用于纤维121的聚酯。为了使聚酯纤维具有足够的弯曲刚度，应当相应地选择各根纤维121的粗细。与二氧化硅相比，聚酯更便宜并且易于处理，因为该材料更不易碎。
太软的导芯不适合自动插入过程，因为导芯会在一定程度上被按压。诸如聚酯海绵或棉状纤维材料等软质材料可能被压缩，从而可能影响材料的毛细特性。海绵状导芯的另一个缺点在于，将液体吸收到海绵中是非常耗时的，并且不允许高速快速地填充胶囊(针对自动过程)。当使用海绵时，需要一定时间才能将液体浸透在海绵中，这之后才可以加入更多的液体。这需要用液体逐步填充空腔，从而很耗时。
用于导芯的另一种有益材料包括形成为圆筒形结构的多孔材料，其具有中空部，从而允许插入填充针以填充空腔。图3示出了具有导芯160的胶囊100的实施方案，该导芯在此实施方案中形成由多孔材料构成的液体输送元件。除了导芯不同之外，图3的实施方案与图1的实施方案的不同之处还在于，壳体105'是具有与端壁103'形成一体的侧壁101'的单个一体成型的主体。
导芯160可以具有适于几乎完全填充胶囊100的空腔110的尺寸和形状。如图3所示，导芯160可以包括中央部分161和包围中央部分161的外面部分162。中央部分161的多孔材料的平均孔径可以低于外面部分162的平均孔径，以使导芯160具有非均匀的孔隙率分布。例如，可以调节孔隙率，使得吸收容量从圆筒的中央到外周径向增大。
中央部分161在导芯160的面向膜104的端部相对于外面部分162凹陷，以形成用于使针插入的中空部，从而促进空腔110的经由针的快速自动填充。由于不同的孔隙率，所以提供更大的总空腔体积以增大导芯160内的储存容量。中央部分161的更高的孔隙率还增大了在填充期间液体的吸收容量，从而有利于自动填充。
多孔材料可以相对较硬而使得插入过程更容易，因为刚性材料也是尺寸稳定的。此外，与纤维导芯不同的是，由一种或两种多孔材料制成的导芯160的端部不会磨损，从而使得导芯160的外部尺寸和形状可以基本上与空腔110的内部空间相对应，因为端部未因磨损而扩大。因此，与纤维导芯相比，可以增大多孔导芯160的体积以提高毛细管效率。
此外，对于中央部分161和外面部分162，使用具有不同孔隙率的多孔材料允许调整毛细作用，从而确保毛细作用基本上保持恒定，直到空腔110中的液体耗尽。例如，与具有更大孔的外面部分162相比，中央部分161可以具有毛细作用增大的更小的孔。因此，外面部分162用作储器，而中央部分161用作吸收或吸取收容在外面部分162中的液体的输送区域。因此，将液体完全引入中央部分161中，从而增大了胶囊100的耗尽率。
根据另一个实施方案，多孔材料可以具有在多孔材料的轴向或纵向轴线上变化的非均匀孔径分布。例如，小孔可以位于面向膜的端部(密封用箔片端)，而大孔位于面向胶囊底部的端部(胶囊底端)。轴向不均匀的孔径分布改善了吸出并因此在轴向方向上输送，从而允许几乎完全地清空空腔，同样也允许输送在多孔材料的胶囊底端的液体。
根据一个实施方案，多孔材料在轴向方向和径向方向上都可以具有非均匀的孔隙率分布。这会促使液体从多孔材料的外部传送到多孔材料的中央，并且从多孔材料的胶囊底端传送到密封用箔片端。
图4和图5是根据本发明实施方案的液体输送元件的REM照片。
在所示的例子中，如图所示，液体输送元件包括由纯二氧化硅纤维制成的导芯，该纤维被编织形成直径为1.5mm的线。纤维的直径约为8～10微米。材料的毛细特性由形成使液体慢慢流过微小通道的纤维的堆叠产生。
从图4和图5可以看出，各根纤维配置成使得纤维之间的通道基本上与导芯160的纵向延伸对齐。当配置在胶囊内时，纤维之间的通道也类似地与胶囊100的纵向延伸对齐，这有助于将液体从胶囊100内空腔110的远离胶囊100的开口端的端部引出。
参照图6对根据一个实施方案的电子吸烟装置200进行说明。吸烟装置200包括细长外壳210，该细长外壳包括第一中空部211和与第一中空部211可拆卸地连接的第二中空部212。第一中空部211和第二中空部212一起限定外壳210的内部空间220。第一中空部211和第二中空部212中的每一个都基本上呈圆筒形并且具有封闭端和开口端。
如图6所示，例如，第一中空部211和第二中空部212通过卡扣配合在它们各自的开口端处彼此配合。例如，第一中空部211可以设置有可偏转臂213，各个可偏转臂都具有径向向内突出的鼻部214以与形成在第二中空部212的外侧的凹部215配合。当将第一中空部211和第二中空部212的开口端推向彼此时，臂213与第二中空部212的锥形开口端216接触，并且径向偏转直到鼻部214卡回到设置在第二中空部212上的凹部215内。第一中空部211和第二中空部212之间的其他可拆卸地连接也是可以的，并且包括例如螺纹连接和卡口连接。
第一中空部211在与其开口端相对的其封闭端处形成烟嘴，在该烟嘴处，使用者在电子吸烟装置200上吮吸以在外壳210的内部空间220内产生负压或空气流。可将胶囊240插入第一中空部211中，其中胶囊240的封闭端242指向外壳210的烟嘴。
雾化器250收容并固定在第二中空部212中。雾化器250包括破裂元件，该破裂元件包括雾化器桥接件251和包围桥接件251并由该桥接件支撑的泡沫镍或镍网(nickel mesh)253。桥接件251可以由具有足够刚性的金属丝支架形成，以允许使胶囊240的膜244破裂，如下文进一步说明的。
雾化器250还包括与由桥接件251支撑的泡沫镍253接触的圆筒形泡沫镍部分255(或圆筒形镍网部分)。圆筒形泡沫镍部分255和泡沫镍253一起形成雾化器250的液体输送路径，以将液体从胶囊240的空腔241输送到雾化器250的加热线圈254缠绕在其周围的玻璃纤维导芯252。加热线圈254与未在图6中示出的电池和控制电路连接。电池和控制电路收容在外壳210的第二中空部212中。
当将胶囊240插入第一中空部211中并且其开口端由面向雾化器的膜244密封时，桥接件251用在桥接件251的前端形成的未示出的刺穿尖状物刺穿膜244并使其破裂。在进一步将第一中空部211和第二中空部212推向彼此时，由桥接件251支撑的泡沫镍253进入胶囊240的空腔241的内部，并与配置在胶囊240的空腔241内的导芯245接触，从而形成从空腔内到玻璃纤维导芯252的液体输送路径。
当第一中空部211和第二中空部212彼此完全配合时，桥接件251按给定的程度推进到空腔241中，该程度取决于桥接件251的长度以及胶囊240和桥接件251相对于彼此的最终配置。
通常，收容在空腔241内的导芯245被切割成某一长度，该长度确保导芯与桥接件251充分接触，而不使导芯245和桥接件251产生大的张力。例如，如果桥接件251进入胶囊240中的长度为3mm，那么将导芯245切割成空腔241的长度减去3mm之后的长度。因此，导芯245比胶囊240的空腔241的长度短。
导芯长度比空腔241的长度短还确保了膜244对空腔241的适宜密封，原因是如果导芯245的材料不能足够快地吸收液体，那么在填充过程中液体的注入可能会导致导芯245从胶囊中升出。下面，进一步参照制造工序更详细地说明这一点。
由于胶囊240的空腔241通常具有相对较小的体积，所以收容在小且窄的空腔241中的液体的表面张力对使液体从空腔中排出产生不利的作用。如果不提供附加装置，那么这可能不利地限制液体到玻璃纤维导芯252的传输。例如，当没有导芯的胶囊被刺穿到雾化器250的桥接件上时，泡沫镍253经由毛细作用吸收液体。因此，在消耗液体期间，胶囊内的液体水平会降低。当液体水平降低使得液体不再与由桥接件251支撑的泡沫镍253接触时，毛细“连接”就会丢去，并且液体仍留在胶囊内部，从而使得液体不能充分地供应到雾化器。
当使用收容在胶囊240中的导芯245时，确保了液体的完全耗尽，因为当将胶囊240插入外壳210中时，导芯245将液体从空腔241的底部输送到泡沫镍253，从而提供基本上恒定的毛细流动，直到液体被完全耗尽为止。因此，提高了消耗效率，并且显著减少了液体丢弃量。
参照图7A、图7B和图8对根据一个实施方案的胶囊的制造工序进行说明。
例如，可以通过将多个绳股编织成长绳子来制造导芯，每个绳股都包括多根纤维(例如玻璃纤维或硅石纤维)。将绳子缠绕到大的线轴上，然后放置在切割机上，该切割机拉动绳子并使用旋转切割锯来切割其尺寸以获得各个导芯。导芯的刚度和坚固性质允许导芯的自动插入过程，如下面进一步说明的。
适于允许导芯的自动插入的插入系统可以基于托盘传输单元，其中首先对胶囊进行排序、随后插入导芯。托盘传输单元可以包括带有铝托盘的固定板，铝托盘被推到该板周围。将托盘在几个工作区域周围移动，最终将其传输到承载件中以进行装运。
接着，对几个工序进行说明。
工序1(410)
为了将导芯插入胶囊中，首先使胶囊适宜地排序和取向。例如，如图7A所示，胶囊100可以通过振动碗式送料器310供给。振动碗式送料器310包括具有螺旋状斜面的振动碗320，由于碗320的振动，胶囊100沿着该斜面移动。由于胶囊100具有不对称的形状，并且重心位于靠近端壁103的位置，所以最初随机取向的胶囊100当受到振动并沿着螺旋形斜面移动时，会以它们的开口端111面朝上来取向。在图7A中示出了开口端111。
振动碗式送料器310还包括彼此岔开的两个进料通道311,312，以将胶囊100输送到装载站的托盘340的两个容器(pocket)341,342。根据情况，每个托盘340可以包括多个容器341,342。在进料通道311,312的下方操作托盘340，并且在给定的操作时间内对托盘340的一对容器341,342进行填充。
工序2(420)
在进一步的工序中，将托盘340移动到检验站(未示出)，以检查胶囊100是否被正确地放置到托盘340的容器341,342中。具有未对齐的胶囊100或损坏的胶囊100的容器341,342将被剔除。
工序3(430)
如果每个容器341,342的尺寸适于容纳一排(6个)胶囊，那么如果一排胶囊100(例如，6个胶囊)被视为是正确取向且未被损坏，则将容器341,342传输到六通道导芯进料站360，如图7B所示。进料站360包括多条导芯进料通道361～366。导芯进料通道361～366的数量与容器341,342中一排胶囊100的数量相对应。
如图7B所示，进料管线361～362的开口端靠近胶囊100的开口端111，使得由进料管线361～366供给的导芯120将导芯120推入胶囊100的空腔110中。
工序4(440)
在插入导芯120之后，将托盘340移动到检验站以检查导芯120是否被完全正确地插入胶囊100中，并且没有一个导芯120悬挂在胶囊100的开口端111上或掉出来并躺在托盘340上。可以使用相机和图像处理软件自动地进行检验。如果检测到导芯120的任何错位，则排出整排胶囊并将其排出到拒收槽中，该拒收槽将胶囊100输送到废料仓。
由于当检测到错位放置的导芯120时，就排出一整排胶囊，所以一排内的胶囊100的数量不应太多。
通过检验的托盘340可以被清空，使得胶囊120收集在单独承载件中或传输到液体填充部。
工序5(450)
在进一步的工序中，例如，通过将针插入空腔110中来将含有烟草化合物的液体填充到胶囊100的空腔110中。由于导芯120比空腔110的内部长度短，所以可以将针插入给定的程度，而不挤压和损坏插入的导芯120。
针还可以保留在空腔110中，直到导芯120完全被液体浸透。这确保了在填充过程中，导芯120不会由于夹在通道中的空气而被从空腔110中推出，该空气需要给定时间来被液体替换掉。
工序6(460)
例如，在用液体填充胶囊100之后，如图1所示，开口端111由膜104密封。然后，将密封的胶囊100从托盘中取出、包装并运输。
工序7(470)
例如，在从托盘340取出胶囊100之后，用真空清洁托盘340以从托盘340和容器341,342中去除任何颗粒，然后允许其再循环到装载站。
上述工序可以在单个导芯插入和填充系统中进行。可选择地，导芯插入过程可以由与液体填充装置分开的导芯插入装置来处理。在这种情况下，膜104对胶囊100的密封由液体填充装置进行。

Claims (14)

1.一种用于电子吸烟装置的胶囊(100)，所述胶囊(100)包括：
具有侧壁(101,102)和端壁(103)的壳体(105)，所述侧壁(101,102)和所述端壁(103)限定了在一端(111)开口的空腔(110)；
密封由所述端壁(103)和所述侧壁(101,102)限定的空腔(110)的开口端(111)的可刺穿膜(104)；
通过所述壳体(105)和所述可刺穿膜(104)收容在所述空腔(110)内的液体；和
配置在由所述可刺穿膜(104)封闭的空腔(110)内并浸在所述液体中的液体输送元件(120)，所述液体输送元件(120)包括无机材料的纤维(121)，所述纤维限定了在纤维(121)之间的用于输送所述液体的小通道。
2.根据权利要求1所述的胶囊，其中所述液体输送元件(120)包括具有不同粗细的纤维(121)。
3.根据权利要求1或2所述的胶囊，其中所述液体输送元件(120)包括数组纤维，各组纤维都包括多根纤维，其中对所述数组纤维进行编织以形成绳。
4.根据前述权利要求中任一项所述的胶囊，其中所述纤维(121)之间的小通道(122)基本上沿与所述空腔(110)的纵向延伸相同的方向取向。
5.一种用于电子吸烟装置的胶囊，所述胶囊(100)包括：
具有侧壁(101,102)和端壁(103)的壳体(105)，所述侧壁(101,102)和所述端壁(103)限定了在一端(111)开口的空腔(110)；
密封由所述端壁(103)和所述侧壁(101,102)限定的空腔(110)的开口端(111)的可刺穿膜(104)；
通过所述壳体(105)和所述可刺穿膜(104)收容在所述空腔(110)内的液体；和
配置在由所述可刺穿膜(104)封闭的空腔(110)内并浸在所述液体中的自支撑液体输送元件(120)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的胶囊，其中所述液体输送元件(120)的纤维(121)包含基于氧化硅的无机材料。
7.根据前述权利要求中任一项所述的胶囊，其中所述液体输送元件(120)的纤维(121)包含玻璃材料。
8.根据前述权利要求中任一项所述的胶囊，其中所述液体输送元件(120)由多孔材料形成。
9.根据前述权利要求中任一项所述的胶囊，其中所述液体输送元件(120)在从所述壳体的端壁(103)到封闭所述空腔(110)的开口端(111)的所述可刺穿膜(104)的方向上的长度比从所述壳体的端壁(103)到所述可刺穿膜(104)的距离短。
10.根据权利要求9所述的胶囊，其中所述液体输送元件(120)在从所述壳体(105)的端壁(103)到所述可刺穿膜(104)的方向上的长度比从所述壳体的端壁(103)到所述可刺穿膜(104)的距离短。
11.一种电子吸烟装置，包括：
细长外壳(210)，所述细长外壳包括第一中空部(211)和与第一中空部(211)可拆卸地连接的第二中空部(212)，第一中空部(211)和第二中空部(212)限定了所述外壳(210)的内部空间(220)；
根据权利要求1～10中任一项所述的可更换的胶囊(240)，其中将所述胶囊(240)可移除地插入所述外壳(210)的内部空间(220)中；
配置在所述外壳(211,212)的内部空间(220)内的可电加热的雾化器(250)，所述雾化器(250)包括破裂元件(251,253)，当将所述胶囊(240)插入所述内部空间(220)中时，所述破裂元件通过使所述胶囊(240)的可刺穿膜(244)破裂而延伸到所述胶囊(240)的空腔(241)的开口端中，其中所述破裂元件与所述胶囊(240)的液体输送元件(245)接触。
12.根据权利要求11所述的电子吸烟装置，其中第一中空部(211)和第二中空部(212)在它们各自的开口端处彼此配合，其中第一中空部(211)在与其开口端相对的端部处形成烟嘴，并且其中所述胶囊(240)可插入第一中空部(211)中，使得所述胶囊的封闭端(242)指向所述烟嘴。
13.根据权利要求12所述的电子吸烟装置，其中在所述胶囊(240)的外表面和第一中空部(211)的内表面之间形成空气通道，以允许空气流从所述雾化器(250)流到所述烟嘴。
14.一种用于填充胶囊的方法，所述方法包括：
将空胶囊从库存供给到用于将液体输送元件插入所述空胶囊中的插入装置，其中所述胶囊包括具有侧壁(101,102)和端壁(103)的壳体(105)，所述侧壁(101,102)和所述端壁(103)限定了在一端(111)开口的空腔(110)；
将液体输送元件(120)供给到所述插入装置；
从所述胶囊(100)的这一端(111)将所述液体输送元件插入所述胶囊(100)的空腔(110)中；
用液体填充所述胶囊(100)的空腔(110)；和
用可刺穿膜(104)密封所述空腔(110)的这一端(111)。
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