CN108289510B - 带有液体泵的电操作气溶胶生成系统 - Google Patents

Abstract

一种电操作气溶胶生成系统包括：液体贮存器(120)，包括刚性外壳；所述刚性外壳中的空气入口阀(122)，被配置成当所述外壳外部和所述外壳内部之间的压力差超出阈值压力差时允许空气进入所述液体贮存器；蒸发器(134)，被配置成使所述液体蒸发；泵(132)，经由所述刚性外壳连接到出口且被配置成将液体从所述液体贮存器泵送到所述蒸发器。本发明提供在所述液体贮存器之间的泵。这改进液体到芯体的递送的可靠性和效率。此外，本发明提供在所述液体贮存器中的空气入口阀。这允许所述贮存器内部的压力与大气压达到平衡。这继而允许使用刚性贮存器外壳，从而为所述液体贮存器提供必需的牢固性。

Description

带有液体泵的电操作气溶胶生成系统

技术领域

本发明涉及一种电操作气溶胶生成系统，例如电操作吸烟系统。确切地说，本发明涉及一种将液体从贮存器有效地泵送到蒸发器的系统。

背景技术

液基电加热式吸烟系统变得越来越流行。通常，这些系统包括液体储存区、电加热器和毛细管芯，所述毛细管芯连同电源和电路一起将液体从贮存器输送到加热器。加热器通常是缠绕在毛细管芯周围且通过电阻性加热而操作的电线线圈。毛细管芯中的液体通过加热器蒸发以形成蒸汽。用户抽吸系统从而致使空气流过加热器。经过加热器的气流夹带蒸汽，且所述蒸汽随后在气流内冷却以形成气溶胶。

液体储存区可提供为固定到系统的剩余部分或插入到系统的剩余部分中的可再填充或可更换的筒。所述筒还可包含芯体和加热器。或者，芯体和加热器可提供于与筒分离的雾化器组合件中。

液体贮存器通常是密封罩壳且具有刚性外壳。这是因为，液体在使用之前或期间从贮存器渗漏是非常不合需要的。除渗漏不合意且使用起来不便之外，电操作吸烟系统中使用的液体还可能对皮肤产生刺激。液体到装置中的渗漏还可能损坏电路且可能难以清洁。因此，液体贮存器通常是完全密封且坚固的容器。

然而，液体贮存器的固定体积意味着，当从液体贮存器移除液体时，贮存器内部的压力下降。此压力降意味着液体不太有效地递送到芯体。在大多数系统中，在压力下降到远低于大气压之前，空气能够经由芯体进入液体贮存器以便平衡贮存器内部和外部的压力。但此穿过芯体的气流减小芯吸性能，并且因此可能不利地影响气溶胶密度和风味。

如此，虽然液体储存区和芯体的布置提供液体到加热器的令人满意的递送，但期望的是提供一种更高效和可靠的机制来将液体递送到电操作气溶胶生成系统中的蒸发器。

发明内容

在第一方面中，提供一种电操作气溶胶生成系统，包括：

液体贮存器，其包括刚性外壳；空气入口阀，其在所述刚性外壳中，所述空气入口阀被配置成当外壳外部和外壳内部之间的压力差超出阈值压力差时允许空气进入液体贮存器；蒸发器，其被配置成使液体蒸发；以及泵，其连接到穿过刚性外壳的出口且被配置成将液体从液体贮存器泵送到蒸发器。

液体贮存器和蒸发器之间泵的使用改进液体到蒸发器的递送的可靠性和效率。此外，本发明提供一种液体贮存器中的空气入口阀。这允许贮存器内部的压力与大气压达到平衡。这继而允许使用刚性贮存器外壳，从而提供液体贮存器(确切地说，可再填充的贮存器)的必需的牢固性，而不会发生贮存器中压力减小的问题。

气溶胶生成系统的液体贮存器具有刚性外壳。如本文中所使用，术语“刚性外壳”用以表示自承式外壳。外壳可为大体上圆柱形。空气入口阀的开口可提供在汽缸的一端处。液体储存部分的外壳可具有大体上圆形横截面。

液体贮存器可进一步包括外壳内的用于保持液体的载体材料。液体可吸附或以其它方式加载到载体或支撑件上。载体材料可由任何合适的吸收塞或吸收体制成，例如，发泡金属或塑料材料、聚丙烯、涤纶、尼龙纤维或陶瓷。

泵可以是微型泵，例如压电微型泵。

阀可以是止回阀，例如球形止回阀或鸭嘴止回阀。阀可推动配合到液体贮存器的外壳。

所述系统可包括定位于泵和蒸发器之间的毛细材料。毛细材料可以具有纤维状或海绵状结构。毛细材料优选包括毛细管束。例如，毛细材料可以包括多个纤维或线或其它细孔管。纤维或线可大体上对准以将液体输送到加热器。或者，毛细材料可以包括海绵状或泡沫状材料。毛细材料的结构形成多个孔或管，经由所述孔或管可以利用毛细作用运送液体。毛细材料可以包括任何合适的材料或材料的组合。合适材料的实例是海绵或泡沫材料，呈纤维或烧结粉末的形式的陶瓷或石墨基材料，泡沫金属或塑料材料，例如由纺制或挤出纤维制造的纤维状材料，例如醋酸纤维素、聚酯或粘合聚烯烃、聚乙烯、涤纶或聚丙烯纤维、尼龙纤维或陶瓷。毛细材料可以具有任何合适的毛细作用和多孔性，以便供不同的液体物理性质使用。液体具有物理性质，包含但不限于粘度、表面张力、密度、热导率、沸点和蒸汽压力，其允许液体通过毛细作用运送穿过毛细材料。毛细材料可以配置成将气溶胶形成基质输送到蒸发器。毛细材料可以延伸到蒸发器中的间隙中。

蒸发器包括电加热器。电加热器可以是围绕毛细管芯体的电线的线圈。或者，电加热器可为网状加热器。网状加热器可以与毛细材料接触。电加热器可感应式加热或可电连接到电源。或者，蒸发器可以是振动网或振动膜片。

所述系统可包括被配置成供应电力以操作泵和蒸发器的电源，电源可以是电池。电池可以是基于锂的电池，例如锂钴、磷酸锂铁、钛酸锂或锂聚合物电池。电池可以是镍金属氢化物电池或镍镉电池。电源可以是另一形式的电荷储存装置，例如电容器。电源可能需要再充电，且针对许多充放电循环而配置。电源可具有允许储存用于一次或多次吸烟体验的足够能量的容量；例如，电源可具有足够的容量以允许在大约六分钟(对应于吸常规香烟所花去的典型时间)的周期内或在六分钟的倍数的周期内连续生成气溶胶。在另一实例中，电源可具有足够的容量以允许预定次数的抽吸或加热构件和致动构件的离散激活。

所述系统可包括电路。电路可以包括可以是可编程微处理器的微处理器、微控制器或专用集成芯片(ASIC)或能够提供控制的其它电子电路。电路可包括另外的电子部件。

电路可被配置成调节电力到蒸发器的供应。电力可以在系统激活之后连续地供应给蒸发器，或者可以间歇性地供应，例如以逐口抽吸的方式。电路可被配置成调节电力到泵的供应。

气溶胶生成系统可包括与电路通信的抽吸检测器。抽吸检测器可被配置以检测何时用户在系统上吸取。电路可被配置成取决于来自抽吸检测器或泵或者泵和蒸发器两者的输入而控制到蒸发器的电力。

气溶胶生成系统可包括用户输入，例如开关或按钮。这使用户能够接通系统。开关或按钮可激活蒸发器。

电路可被配置成基于蒸发器的激活而操作泵。举例来说，泵可在激活蒸发器时激活。或者，电路可被配置成在激活蒸发器之后操作泵。举例来说，蒸发器可基于感测到的用户抽吸或基于另一用户输入而激活。蒸发器的激活将耗尽蒸发器附近的液体。可控制泵以在激活蒸发器的预定持续时间之后将较多液体供应到蒸发器。电路还可以被配置成在接通系统时操作泵。如果自从系统上一次使用已过去显著时间周期，那么蒸发器可能已经变得干燥，且因此在激活蒸发器之前操作泵可能是有益的。

系统可以是电操作吸烟系统。系统可以是手持式气溶胶生成系统。气溶胶生成系统可具有与常规雪茄或香烟相当的大小。吸烟系统可以具有介于约30mm与约150mm之间的总长度。吸烟系统可具有介于约5mm与约30mm之间的外径。

液体贮存器中的液体可包括植物类材料。液体可包括烟草。液体可包括尼古丁。液体可包括含烟草的材料，所述含烟草的材料含有在加热时从液体释放的挥发性烟草风味化合物。液体或者可包括不含烟草的材料。液体可包括均质化的植物类材料。液体可包括均质化的烟草材料。液体可包括至少一种气溶胶形成剂。气溶胶形成剂是任何合适的已知化合物或化合物的混合物，其在使用中有助于形成稠密且稳定的气溶胶并且在系统的操作温度下大体上抗热降解。合适的气溶胶形成剂在此项技术中是众所周知的，包含(但不限于)：多元醇，例如三甘醇、1,3-丁二醇和甘油；多元醇的酯，例如甘油单酯、二酯或三酯；和一元、二元或多元羧酸的脂族酯，例如十二烷二酸二甲酯和十四烷二酸二甲酯。优选的气溶胶形成剂是多元醇或其混合物，例如三甘醇、1,3-丁二醇，且最优选为甘油。液体可包括其它添加剂和成分，例如香料。

在第二方面中，提供一种用于电操作气溶胶生成系统的筒，包括：液体贮存器，其包括刚性外壳；空气入口阀，其在刚性外壳中，被配置成当外壳外部和外壳内部之间的压力差超出阈值压力差时允许空气进入液体贮存器；以及穿过刚性外壳的出口，其被配置成接合电操作气溶胶生成系统中的泵。

所述筒可包括刚性外壳中的填充端口，液体可经由所述填充端口通过到液体贮存器中。填充端口可由可刺穿隔板或由可移动塞密封。

出口可在与泵接合之前密封。举例来说，筒可包括密封出口的可剥离或可刺穿隔板、箔或膜。

所述筒可包括泵。所述泵可以是压电微型泵。

所述筒可包括蒸发器。所述泵可连接于液体贮存器和蒸发器之间，且可被配置成将液体从液体贮存器泵送到蒸发器。

蒸发器可包括电加热器。蒸发器可包括被配置成将液体从泵输送到电加热器的毛细材料。

阀可以是止回阀，例如球形止回阀或鸭嘴止回阀。

泵和蒸发器可提供于与筒分离但可与筒连接的雾化器组合件中。气溶胶生成系统可额外包括主体，其包括电源和控制电路。所述主体可与筒或雾化器组合件连接。

参考本发明的第一方面描述的特征可适用于本发明的第二方面。

附图说明

将参看附图仅以举例的方式进一步描述本发明，在附图中：

图1是根据本发明的气溶胶生成系统的第一实施例的示意性说明；

图2是根据本发明的筒的组件的示意性说明；

图3是图2的阀的横截面说明；以及

图4是根据本发明的筒的另一实施例的示意性说明。

具体实施方式

图1是根据本发明的气溶胶生成系统的说明。图1在本质上是示意性的。明确地说，所展示的部件个别地或相对于彼此未必按比例。系统为手持式电操作吸烟装置100且包括外壳110。在外壳110内，存在呈电池112的形式的电源和控制电路114。外壳内还存在含有液体气溶胶形成基质的液体贮存器120，所述液体气溶胶形成基质被蒸发以便形成由用户吸入的气溶胶。雾化器组合件130提供在外壳内，耦合到液体贮存器120。雾化器组合件包括蒸发器134，在此实例中为电加热器，和经定位以将液体从液体贮存器120泵送到蒸发器134的泵132。在控制电路114的控制下，向泵132和电加热器134两者提供来自电池112的电力，如将描述。

外壳110包含空气入口118和空气出口116。空气出口116提供在外壳的衔嘴端处。在使用中，用户在外壳的衔嘴端上吸吮。这将空气经由空气入口118吸取到外壳中，经过蒸发器134且经由出口116离开到用户的嘴里。吸取经过蒸发器的空气夹带蒸发的气溶胶形成基质。蒸发的气溶胶形成基质随着其移动穿过装置并且进入用户的嘴巴冷却以形成气溶胶。

加热器的激活可通过用户按压外壳110上的按钮而直接控制。或者，所述系统可包括检测穿过系统的气流的气流传感器，例如麦克风115，且可基于来自气流传感器的信号激活加热器。当用户经由系统吸取空气时，这在本文被称作抽吸，空气流动经过气流传感器115。如果由气流传感器检测到的气流超出阈值，那么控制电路可通过将电力供应到加热器来激活加热器。控制电路可持续预定时间周期将电力供应到加热器，或只要检测到的气流超出阈值就可将电力供应到加热器。控制电路可包含温度感测构件，例如专门的温度传感器，或通过监视加热器的电阻。控制电路接着可将电力供应到加热器以将加热器的温度升高到所要温度范围内。所述温度应足以使气溶胶形成基质蒸发，但不会过高以致存在显著的燃烧风险。

泵可以与加热器相同的方式激活。举例来说，控制电路可持续与电力被供应到加热器相同的时间周期将电力供应到泵。或者，控制电路可在紧接在加热器激活之后的周期内将电力供应到泵。

此实例中的液体包括水、甘油、丙二醇、尼古丁和调味剂的混合物。液体保持在液体贮存器120内。液体贮存器提供为筒，其可在液体已经用完时更换。为了防止使用之前和期间液体渗漏，液体贮存器具有由刚性塑料材料形成的外壳，且为液密的。如本文所使用，“刚性”意味着外壳为自承式。在此实例中，贮存器通过使用基于丙烯酸的感光聚合物进行3D印刷而形成。筒必须很坚固且能够承受运送和储存期间的显著负载。然而，因为液体贮存器外壳密封且刚性，所以液体贮存器具有固定的内部容积。随着液体被泵移除液体贮存器内部的内部压力的减小可能不利地影响泵送液体离开贮存器的能力。为了防止显著的压力下降，液体贮存器具有平衡空气入口阀122。平衡阀122允许当贮存器内部和贮存器外部之间的压力差超出阈值压力差时空气进入液体贮存器。

图2是液体贮存器120、泵132和加热器组合件的分解视图，加热器组合件包括管件139、毛细管喷嘴138和加热器136。如图2所示，液体贮存器包括平衡阀122和液体出口124。液体出口124被配置成与泵132的入口140接合。出口124可在使用前用可移除帽盖密封，或可用可刺穿密封件密封。

泵是压电微型泵，例如来自德国，44263多特蒙德，Konrad-Adenauer林荫大道11号，Bartels Mikrotechnik有限公司(www.bartels-mikrotechnik.de)的MP6泵。泵具有接合加热器组合件的管件139的出口142。

管件139将泵132连接到毛细管喷嘴138。毛细管喷嘴138是2ml玻璃毛细管。镍-铬加热器电线缠绕在毛细管喷嘴周围以加热喷嘴中的液体。

图3详细展示图2的止回阀122的构造。阀122是来自美国，维斯布鲁克，CT 06498-0424，2Pettipaug路，邮箱424，Lee公司的5mm直径的陶瓷球形止回阀。阀122经设计以推动配合到贮存器外壳。阀包括不锈钢主体150和不锈钢框架156。安置在框架156上的不锈钢弹簧154抵靠着主体推进陶瓷球152以密封主体中的孔隙。当跨越球的压力差变大而足以抵抗弹簧的偏置移动球时，孔隙解封，从而允许空气进入液体贮存器120。

在此实例中，液体贮存器120提供为筒。筒收纳于系统的外壳110中。筒可键合以确保出口124正确地接合泵的入口140。泵132和加热器组合件134提供为可更换的雾化器组合件130。雾化器组合件收纳于外壳110中，但或者可形成外壳110的一部分。

电池112是可再充电的锂铁磷酸盐电池。充电接触件提供在外壳112上。电路114包含可编程微处理器，其被配置成控制电力到加热器134以及到泵132的供应。

外壳110由聚醚醚酮(PEEK)形成，且具有用户可舒适地抓持在一只手中的大小和形状。可移除式衔嘴可提供在空气出口116周围。衔嘴可经移除以允许接达外壳中保持筒的腔。

用户在操作之前将主外壳、雾化器组合件和液体贮存器筒组装在一起。为了激活系统，用户按压外壳110上的按钮。在此实施例中，在用户激活装置之后，电路将电力供应到泵132使得液体被泵送到加热器组合件134。用户随后在装置的衔嘴上抽吸，从而经由装置吸取空气。装置包含抽吸传感器115，其是麦克风，检测穿过装置的空气流。针对抽吸传感器的气流经由比空气入口118小得多的辅助空气入口117进入系统。响应于来自麦克风115的信号，电路将电力供应到加热器136，使得加热器加热毛细管喷嘴138中的液体且使其蒸发。蒸发的液体基质随后在气流中冷却且冷凝以形成气溶胶，气溶胶被吸取离开系统并且进入用户的嘴里。在此实例中，在检测到抽吸之后，电路持续固定持续时间将电力供应到加热器。然而，可使用用于到加热器的电力供应的其它控制方案。持续与电力供应到加热器相同的周期将电力供应到泵，以便补充喷嘴138中的液体，因为其正在蒸发。当用户已完成使用系统时，其可使用按钮切断系统。此外，电路可被配置成在所确定时间周期内未检测到用户抽吸的情况下切断系统。

随着液体被泵吸取离开液体贮存器，阀122打开以平衡贮存器内部的压力与贮存器外部的压力。阀可具有覆盖挡扳以减少用户抽吸期间回到贮存器的任何气溶胶流。

参看图2和3描述的实施例仅是根据本发明的系统的一个实例。图4展示替代的液体贮存器和阀布置。图4的液体贮存器为可再填充贮存器。图4中展示的液体贮存器具有刚性的大体圆柱形外壳160，且具有被配置成接合泵的液体出口164和平衡阀162。图4的实施例中的平衡阀是经设计以当贮存器内部和贮存器外部之间的压力差超出阈值压力差时允许空气进入液体贮存器的鸭嘴阀。液体贮存器还包含填充端口，液体贮存器可经由所述填充端口用液体气溶胶形成基质再填充。填充端口由弹性隔板166密封。为了再填充液体贮存器，隔板166由针刺穿且液体经由所述针注射到液体贮存器中。

还可能使用参看图2描述的加热器的替代的蒸发器。举例来说，蒸发器可以是加热网或振动网，其中泵被布置成将液体递送到网的间隙。蒸发器可以是加热板或成对的板，且泵可将液体递送到所述一个或多个板。蒸发器可以是感应加热元件。

还可能使用图1中展示的部件的替代布置和穿过系统的不同气流路径。举例来说，雾化器可比液体贮存器更接近系统的衔嘴。系统还可包括不同位置中的空气入口和抽吸传感器。

Claims (15)

1.一种用于电操作气溶胶生成系统的筒，包括：

液体贮存器，包括刚性外壳；

所述刚性外壳中的空气入口阀，被配置成当所述外壳的外部和所述外壳的内部之间的压力差超出阈值压力差时允许空气进入所述液体贮存器；以及

穿过所述刚性外壳的出口，被配置成接合所述电操作气溶胶生成系统中的泵。

2.根据权利要求1所述的筒，包括所述刚性外壳中的填充端口，液体可经由所述填充端口进入到所述液体贮存器中。

3.根据权利要求1或2所述的筒，其中所述出口在与所述泵接合之前被密封。

4.根据权利要求1或2所述的筒，其中所述筒包括所述泵。

5.根据权利要求4所述的筒，其中所述筒包括蒸发器，且其中所述泵连接于所述液体贮存器和所述蒸发器之间，且所述泵被配置成将液体从所述液体贮存器泵送到所述蒸发器。

6.根据权利要求5所述的筒，其中所述蒸发器包括电加热器。

7.根据权利要求6所述的筒，其中所述蒸发器包括被配置成将所述液体输送到所述电加热器的毛细材料。

8.根据权利要求1或2所述的筒，其中所述泵为压电微型泵。

9.根据权利要求1或2所述的筒，其中所述空气入口阀为止回阀。

10.一种电操作气溶胶生成系统，包括：

液体贮存器，包括刚性外壳；

所述刚性外壳中的空气入口阀，被配置成当所述外壳的外部和所述外壳的内部之间的压力差超出阈值压力差时允许空气进入所述液体贮存器；

蒸发器，被配置成使所述液体蒸发；以及

泵，其连接到一穿过所述刚性外壳的出口且被配置成将液体从所述液体贮存器泵送到所述蒸发器。

11.根据权利要求10所述的电操作气溶胶生成系统，其中所述泵为压电微型泵。

12.根据权利要求10或11所述的电操作气溶胶生成系统，其中所述蒸发器包括电加热器。

13.根据权利要求10或11所述的电操作气溶胶生成系统，其中所述系统包括被配置成供应电力以操作所述泵和所述蒸发器的电源。

14.根据权利要求10或11所述的电操作气溶胶生成系统，包括被配置成在激活所述蒸发器时操作所述泵的控制器。

15.根据权利要求10或11所述的电操作气溶胶生成系统，其中所述系统是手持式电操作吸烟装置。

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