CN108697164A - 高频极性气溶胶发生器 - Google Patents

Abstract

一种汽化装置，如电子香烟，包括包含电池(12)或其它与高频振荡电路(50)电连接的电源的外壳(11)。两个电极或电极极板(56)被电连接到高频振荡电路(50)，该两个电极或电极极板(56)之间有一个液体空间(70)。壳体(11)中的液体供应器(34)向液体空间(70)提供液体。高频振荡电路(50)由手动开关打开或由感应用户吸入的传感器(24)打开。液体通过电介质加热汽化。

Description

高频极性气溶胶发生器

技术领域

本发明一般涉及电子吸烟装置、电子香烟和类似的汽化装置和方法。

背景技术

电子吸烟装置，例如电子香烟(电子烟)，通常具有容纳电源(例如，单次使用或可充电电池、电插头或其他电源)的壳体，以及可电操作的雾化器。雾化器汽化由贮存器供应的液体并将液体转换成蒸汽或气溶胶。控制电子设备控制雾化器的激活。在一些装置中，提供气流传感器以检测用户在装置上的抽吸(例如，通过感测负压或通过装置的气流模式)。气流传感器向控制电子设备发出抽吸信号，向装置供电并产生蒸汽。在其他装置中，开关被用于接通可电操作的雾化器。这些类型的装置在此统称为电子烟，尽管它们的尺寸和形状可以与传统的烟草香烟不同。

可电操作的雾化器通常使用电阻加热器来加热液体。线圈形式的电阻加热器已广泛用于许多电子烟设计中。还提出了陶瓷板加热器和固体加热棒。虽然这些和其他产品在过去已成功使用，但它们也提出了性能方面的考虑因素，包括根据具体设计，加热元件上残留物的腐蚀或积聚、电阻的短期和长期变化，以及其他可能会影响蒸汽的产生的因素。因此，工程挑战仍然存在于电子香烟的设计中，特别是在电子烟中使用的雾化器的设计中。

发明内容

在本发明的一个方面，汽化装置包括壳体，该壳体包含电源，例如电连接到高频振荡电路的电池。第一和第二导体被电连接到高频振荡电路，在第一和第二导体之间具有液体空间。壳体中的液体供应器被定位成将液体提供到液体空间中。开关被电连接到高频振荡电路，用于接通高频振荡电路，以通过电介质加热使液体汽化。开关可以被设置为连接到电子控制器的吸气传感器。液体空间可以是平面的或环形的，并且尺寸设计成允许液体通过毛细管力流入液体空间。

在使用方法中，将极性液体供应到连接到振荡高频源的第一和第二导体之间的空间。极性液体的分子通过在第一和第二导体之间产生的振荡电场进行高频振动。振动在液体内产生热量，导致液体变成蒸汽。极性液体可包括尼古丁或其他生理活性物质，其包含在蒸气中并由使用者吸入。

结合参考附图解释的示例性实施例的以下描述，本发明的特征、特性和优点以及获得它们的方式将变得更加明显并且将更清楚地被理解。

附图说明

在附图中，相同的元素编号表示每个视图中的相同元素。

图1是示例性电子烟的示意性横截面图。

图2是电感耦合振荡升压电路的示意图。

图3是电容器振荡电路的示意图。

图4是变压器振荡电路的示意图。

图5是推挽式振荡电路的示意图。

图6是MOSFET推挽式振荡电路的示意图。

图7是图1中所示的雾化器的电极极板的截面图。

图8是具有液体导体或芯的电极极板的截面图。

图9是网状电极极板的俯视图。

图10是管型电极极板的截面图。

图11是振荡电路之前的升压图。

图12是振荡电路之后的升压图。

具体实施例

如图1所示，电子烟10通常具有壳体11，该壳体11具有圆柱形中空管，该中空管可以是单件式或多件式管。在图1中，圆柱形中空管显示为具有电池部分12和雾化器/液体贮存部分14的两件式结构。电池部分12和雾化器/液体贮存部分14一起形成大约为与传统香烟相同的尺寸和形状，通常约为100毫米，直径为7.5毫米，但长度可以为70至150或180毫米，直径为5至20毫米。

电池部分12和雾化器/液体贮存器部分14通常由金属或塑料制成，并与端盖一起作用以提供容纳电子烟10的操作元件的壳体。电池部分12和雾化器/液体贮存器部分14可以被配置成通过摩擦推入配合、搭扣配合或卡口附接、磁性配合或螺纹而配合在一起。端盖16被设置在电池部分12的前端。端盖16可以是半透明的，以允许位于端盖附近的LED 20通过端盖发光。或者，端盖可以是不透明的并且省略LED。

空气入口38可以被设置在端盖中、在入口的边缘处靠近圆柱形中空管处、沿着圆柱形中空管的长度的任何位置，或者在电池部分12和雾化器/液体贮存部分14的连接处。图1示出了在电池部分12和雾化器/液体贮存器部分14之间的交叉处提供的一对空气入口38。空气出口40设置在远离端盖16的雾化器/液体贮存器部分14的后端处。空气出口40可以形成在雾化器/液体贮存器部分14中，或者它可以形成在单独的端盖或吸嘴中。

电池18、LED 20、控制电子设备22和可选的气流传感器24设置在电池部分12内。电池18电连接到控制电子设备22，控制电子器件22电连接到LED 20和气流传感器24。在该示例中，LED 20位于电池部分12的前端，邻近端盖16，并且控制电子设备22和气流传感器24设置在电池18的另一端处与雾化器/液体贮存器14相邻的中心腔室中。控制电子设备22可包括可编程微处理器。

气流传感器24用作抽吸检测器，检测在出口40上的用户吸入或吸吮。气流传感器24可以是用于检测气流或气压变化的任何合适的传感器，例如包括可变形膜的麦克风开关，该可变形膜通过气压的变化来移动。或者，传感器可以是霍尔元件或机电传感器。

控制电子设备22还连接到设置在雾化器/液体贮存器部分14中的雾化器26。中心通道32可以由圆柱形液体供应器34围绕，其中供应管或芯30邻接或延伸到液体供应器34中。芯30可以是多孔材料，例如一束玻璃纤维，液体供应34中的液体36通过毛细管作用通过芯被吸入雾化器26。

液体供应器34可以是柔性壁或刚性壁瓶或容纳散装液体的容器，或者可选地，它可以包括浸泡在液体中的填塞物，该填塞物环绕中心通道32，其中芯30的端部邻接填塞物。液体供应器34可以可选地设置为环形腔，其布置成填充液体并且芯30的端部延伸到环形腔中。

在液体是极性的或者以其他方式经受电介质加热的情况下，雾化器26可以通过经由高频电场(AC)振动液体分子来操作。这种振动在液体中产生热量，将液体变成蒸汽。液体内部产生热量。因此，没有热量从加热元件(例如电阻线圈)传递到液体中。避免了过热和降解。液体可包括丙二醇、甘油(glycerol)或丙三醇(glycerin)，并具有1.0至8.0德拜的偶极矩。

雾化器26可以设置为第一和第二电极或电极极板或板56被电连接到高频振荡电路50，在极板56之间具有液体空间70。电极极板56是导电的，并且可以是金属的，有或没有不导电的保护膜或层。电极极板56可具有各种形状，例如扁平和圆形、三角形、正方形、齿状或矩形。可以选择形成液体空间70的电极极板56之间的开放空间的尺寸DD，使得液体通过毛细管作用被吸入液体空间70。该尺寸DD将根据液体的特性而变化，并且通常可以在0.5至4mm的范围内。在使用扁平电极极板56的情况下，它们通常彼此对齐并平行。

图9示出了可用于代替固体极板的线或金属网电极极板90。图10示出了管状雾化器96，其具有管状或圆柱形隔热层98、金属导体或其他导电层100，以及多孔材料或纤维层102。

图2示出了高频振荡电路50，在这种情况下设置为电感耦合振荡电路52。电感器54和电极极板56形成LC基本振荡环路。电容器58提供正反馈信号，并且晶体管60形成振荡电路。电极极板56之间的液体36经历电介质加热以产生蒸汽。

蒸汽是夹带的气流通过壳体11并冷却和冷凝以形成气溶胶。图3示出了电容器隔离电路124，其具有通过电容器58隔离的变压器112。图6示出了也可以使用的MOSFET推挽式振荡电路122。

参照图7，可以在电极极板56的背面和/或侧面上提供绝热层或绝缘层72。绝缘层72可以是填充有空气和/或气溶胶、多孔的材料或纤维材料的开放空间或间隙。电极极板材料优选地结合了隔热和导电性。碳气凝胶可用作电极极板材料。

转到图8，液体导体80可用于向雾化器26提供连续的液体供应。液体导体80可以是在两个电极极板56之间延伸的多孔材料。

可以通过使用各种技术来增加电池18的标称电压(通常为1-12V DC)。图11示出了逆变器110，其通过逆变器将低电池DC电压反转为高电压然后振荡以向雾化器26提供高频振荡电压。图12示出了振荡电路50产生高频AC电压输出的设计，其利用变压器112增加AC电压，然后将其施加到电极极板56。或者，可以使用逆变器110来增加DC电压以驱动振荡电路50，其中变压器112被用于增加施加到电极极板56的AC电压。

可以从如图4所示的变压器隔离电路118、如图5所示的推挽式振荡器120或者通过如图6所示的MOSFET推挽振荡电路122产生高频电压，其中振荡器输出被连接到电极极板56。高频振荡电路可以在50KHz到980MHz和30伏到5000伏的电压下工作。通过使用这些范围内的频率和电压组合，不同的液体组合物将有效地汽化。

在使用中，使用者在出口40上吸气，使空气通过空气入口38和中心通道32被吸入壳体11。由此产生的空气压力的变化由气流传感器24(如果使用的话)检测到，其产生了传递给控制电子设备22的电信号。响应于该信号，控制电子设备22启动雾化器26，雾化器26使液体空间70中的液体36通过电介质加热汽化，在中心通道32内产生气溶胶(可包括气体和液体组分)。在液体具有极性分子(例如水或乙二醇)的情况下，或者如果液体具有弱键合的分子，则分子倾向于定向成与振荡电场对齐，引起分子偶极旋转，其可以通过电介质加热快速加热液体。

当使用者继续吸气时，蒸汽通过中心通道32被吸入并被使用者吸入。同时，控制电子设备22可以激活LED 20(如果使用的话)，使LED 20点亮并产生通过半透明端盖16可见的光，模拟传统香烟末端的发光余烬的外观。当存在于芯30中的液体转换成气溶胶时，更多的液体通过毛细管作用从液体供应器34吸入芯30并移动到雾化器26。

一些电子烟旨在是一次性的，并且电池18的电力旨在足以汽化液体供应器34中包含的液体，之后电子烟10被丢弃。在其他实施例中，电池18是可再充电的并且液体供应器是可再填充的。在液体供应器34是环形腔的情况下，这可以通过再填充口再填充液体供应器来实现。雾化器/液体贮存器部分14可以从电池部分12上拆卸下来，并且新的雾化器/液体贮存器部分14可以装配新的液体供应器34，从而补充液体的供应。在一些情况下，更换液体供应器34可涉及更换液体供应器34的同时更换雾化器26和芯30。

新的液体供应器34可以是烟弹的形式，可选地具有中心通道32，使用者通过该中心通道吸入气溶胶。除了通过中心通道32吸入气溶胶，烟弹可以阻塞电子烟10的中心部分，并且产生的气溶胶可以围绕烟弹的外部被引导到出口40以便吸入。

当然，除了以上对典型电子烟10的结构和功能的描述之外，还存在变体。例如，可以省略LED 20。气流传感器24可以放置在端盖16附近而不是电子香烟的中间。气流传感器24可以用开关代替，该开关使用户能够手动启动电子香烟，而不是响应于检测到气流或气压的变化。

因此，已经示出并描述了新颖的设计。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当然可以进行各种改变和替换。因此，除了以下权利要求及其等同物之外，本发明不应受到限制。

Claims (25)

1.一种汽化装置，包括：

壳体，其包括电连接到高频振荡电路的电源；

第一电极和第二电极，其电连接到所述高频振荡电路，在所述第一电极和第二电极之间具有液体空间；

在所述壳体中的液体供应器，其被定位成将极性液体提供到所述液体空间中；以及

开关，其被电连接到所述高频振荡电路，用于接通所述高频振荡电路，以通过电介质加热使所述液体汽化。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述开关包括连接到电子控制器的吸入传感器。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一电极和所述第二电极包括第一电极极板和第二电极极板，其分别包括在所述第一电极上的第一绝缘体和所述第二导体上的第二绝缘体。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述液体空间是环形的。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述液体空间的尺寸允许液体通过毛细管力流入所述液体空间。

6.根据权利要求1所述的装置，其中所述液体包括丙二醇、甘油或植物甘油。

7.根据权利要求1所述的装置，其中所述液体具有1.0至8.0德拜的偶极矩。

8.根据权利要求7所述的装置，其中所述液体具有1.0至4.0德拜的偶极矩。

9.根据权利要求1所述的装置，其中所述电源包括电池。

10.根据权利要求1所述的装置，其中所述高频振荡电路工作频率为50KHz至980MHz。

11.一种汽化装置，包括：

壳体，其包括电连接到高频振荡电路的电源；

第一电极极板和第二电极极板，其被电连接到所述高频振荡电路；

在所述第一电极极板和所述第二电极极板之间的液体空间；

在所述壳体中的液体供应器，其被定位用于将极性液体提供到所述液体空间中；

开关，其被电连接到所述高频振荡电路，用于接通所述高频振荡电路，以通过电介质加热使所述液体汽化。

12.根据权利要求11所述的汽化装置，其中每个电极极板包括在电极上的绝热层。

13.根据权利要求11所述的汽化装置，其中所述绝热层包括多孔材料或纤维材料。

14.根据权利要求12所述的汽化装置，其中所述绝热层包括气隙。

15.根据权利要求11所述的汽化装置，其中每个电极极板包括导电碳气凝胶。

16.根据权利要求11所述的汽化装置，还包括从所述液体供应器延伸到所述液体空间的液体导体。

17.根据权利要求11所述的汽化装置，其中每个电极极板具有圆形或矩形形状。

18.根据权利要求11所述的汽化装置，其中所述电极极板中的一个或两个包括管。

19.根据权利要求11所述的汽化装置，其中所述电极极板中的一个或两个包括金属网材料。

20.根据权利要求11所述的装置，其中所述高频振荡电路工作频率为50KHz至980MHz，并且电压为30至5000V。

21.根据权利要求11所述的装置，其中所述高频振荡电路包括电感耦合振荡升压电路。

22.根据权利要求11所述的装置，其中所述高频振荡电路包括电容器振荡电路。

23.根据权利要求11所述的装置，其中所述高频振荡电路包括变压器隔离电路。

24.根据权利要求11所述的装置，其中所述高频振荡电路包括推挽式振荡电路。

25.根据权利要求11所述的装置，其中所述高频振荡电路包括MOSFET推挽式振荡电路。