CN108697178A - 用于气溶胶生成的吸烟装置及方法 - Google Patents

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Abstract

用于液体气溶胶形成基质的气溶胶生成的吸烟装置包括装置壳体(10)，所述装置壳体(10)包括液体气溶胶形成基质的液体存储部分(16)。所述装置还包括表面声波雾化器(SAW雾化器，15)，所述SAW雾化器(15)包括雾化区域(40)、至少一个换能器(20)、至少一第二换能器(20)和供应元件(30)，所述至少一个换能器(20)用于生成将沿着所述SAW雾化器(15)的表面传播的表面声波，所述供应元件(30)被布置成将液体气溶胶形成基质从所述液体存储部分(16)供应到所述SAW雾化器(15)上的所述雾化区域(40)。所述装置还包括控制系统(14)，所述控制系统(14)被配置成操作所述SAW雾化器(15)以使所述雾化区域(40)中的所述液体气溶胶形成基质雾化，从而生成气溶胶。还提供一种用于此类吸烟装置的筒以及一种用于在吸烟系统中生成气溶胶的方法。

Description

用于气溶胶生成的吸烟装置及方法
技术领域
本发明涉及用于液体气溶胶形成基质的气溶胶生成的吸烟装置、方法和吸烟系统，以及用于此类吸烟装置的筒。吸烟装置和气溶胶生成系统是电操作的装置和系统。
背景技术
例如，在电操作的吸烟系统中，液体气溶胶形成基质进行雾化以形成气溶胶。通常，在雾化器中，热线线圈卷绕在浸泡于液体气溶胶形成基质中的细长芯周围。其它类型的雾化器使用超声波振动而非热量来使液体基质雾化。其中，使用振动来推动或抽吸液体通过筛网，并使液体雾化。使用超声波振动的大多数雾化器的问题在于它们无法使通常在电操作的吸烟系统中使用的高粘性液体雾化。此外，许多雾化器需要高功率来实现所要雾化速率。
需要一种改善这些问题的用于液体气溶胶形成基质的气溶胶生成的吸烟装置。需要一种需要小功率来实现有效雾化的用于液体气溶胶基质的气溶胶生成的吸烟装置。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种用于液体气溶胶形成基质的气溶胶生成的吸烟装置。吸烟装置包括装置壳体，所述装置壳体包括液体存储部分，所述液体存储部分包括用于装纳液体气溶胶形成基质的壳体。例如，装置壳体可包括用于在其中收容筒的腔，所述筒包括液体气溶胶形成基质。吸烟装置还包括：表面声波雾化器(SAW雾化器)，其包括雾化区域；至少一个换能器，其用于生成将沿着包含雾化区域的SAW雾化器的表面传播的表面声波；以及至少一个第二换能器。供应元件被布置成将液体气溶胶形成基质从液体存储部分供应到SAW雾化器上的雾化区域。供应元件可流体连接例如筒的液体存储部分和SAW雾化器，具体是SAW雾化器上的雾化区域。控制系统被配置成操作SAW雾化器以使雾化区域中的液体气溶胶形成基质雾化，从而生成气溶胶。例如，控制系统可包括电源和连接到SAW雾化器的控制电子器件。例如，控制系统适于向至少一个换能器提供RF信号。接着可以在装置壳体中将所生成的气溶胶传输到吸烟装置的下游端，再传输给吸烟装置的用户。
在使用中，用户可通过操作开关或通过在装置的烟嘴上进行抽吸来操作所述装置。可以向SAW雾化器提供电力，以启动至少一个换能器产生将沿着SAW雾化器的表面传播的表面声波(瑞利波(Rayleigh-waves))。这些表面声波的能量被传递到供应到雾化区域的液体气溶胶形成基质中。供应到液体中的能量使液体气溶胶形成基质的气溶胶液滴形成，由此使雾化区域的液体气溶胶形成基质雾化。传递到液体中的表面声波从根本上使SAW雾化器的表面上的液体液滴不稳定，使得液滴的表面分解并形成气溶胶液滴的薄雾。
这种生成气溶胶的方式已经被证明能够从液体气溶胶形成基质提供可靠且一致的气溶胶数量，从而便于进行吸烟过程。此外，相比于利用已知的振动元件生成气溶胶，这种气溶胶生成需要的电力更少，例如使用热量的那些。
可以使用众所周知的SAW传感器芯片作为SAW雾化器。这通常至少包括叉指式(或叉指)换能器，叉指式换能器包括布置在压电衬底上的(金属)电极，例如，打印到衬底上的(金属)电极。施加到换能器电极的个别‘手指’的AC电压因为在手指之间形成的压电衬底中的具有拉伸和压缩应变的区域交替出现而使压电衬底以机械方式变形。当在换能器的同一侧的手指处于相同压缩或张力水平时，它们之间的空间(被称为间距)对应于机械波的波长。
由此生成的波通常具有纳米大小的振幅，且在MHz频率下沿着压电衬底的表面传播。
优选的是，在根据本发明的吸烟装置中使用的SAW雾化器的至少一个换能器是包括布置在压电衬底上的电极的叉指式换能器。
换能器可包括用于支持所生成的表面声波定向到一个方向的反射器。由此，可以提高系统的功率效率。
换能器可被配置成生成平行波，例如，通过并联布置的直电极阵列。
换能器可被配置成具有生成波的聚焦效应。例如，换能器可具有形状平行但是弯曲的电极，以便将生成波聚焦到较小区域。
优选的是，换能器包括反射器且具有聚焦效应。
吸烟装置的控制系统被配置成在预定频率下操作SAW雾化器以生成表面声波。预定频率可为约20MHz或更高，可例如介于约20MHz和约100MHz之间，或介于约20MHz和约80MHz之间。这可提供所要的气溶胶输出速率和所要的液滴大小，从而获得良好的用户体验。
控制系统可包括连接到SAW雾化器且连接到电源的电路。
电路可包括微处理器，所述微处理器可以是可编程微处理器。电路可包括其它电子部件。电路可被配置成调节电力到SAW雾化器的供应。电力可以在启动装置之后连续地供应到SAW雾化器，或可以例如在逐抽吸的基础上间歇性地供应。
SAW雾化器可以具有任何合适的形状。SAW雾化器可以是基本上圆形或椭圆形的。SAW雾化器可以是基本上三角形或正方形或任何规则或不规则形状。优选的是，SAW雾化器是基本平坦的。SAW雾化器可以是弯曲的。SAW雾化器可以是拱顶形状。SAW雾化器可以是基本上正方形板。SAW雾化器可以是基本上圆形或椭圆形盘。
SAW雾化器可以是可重复使用的。SAW雾化器可以是一次性的。SAW雾化器可以是单独的元件，也可以是如下文将描述的筒的一部分。
SAW雾化器通常比较小且重量较轻。此外，相比于已知振动元件，SAW雾化器，尤其是具有适用于电操作的吸烟装置的大小的SAW雾化器使用的电力更少，例如使用热量来产生气溶胶的那些。另外，SAW雾化器一般能够生成小液滴大小的气溶胶。SAW雾化器的这些优点改善了本发明的吸烟装置并使得吸烟装置具有高效性和经济性。
根据本发明的吸烟装置可还包括加热器，所述加热器被布置成加热液体气溶胶形成基质，优选的是雾化区域中的液体气溶胶形成基质。加热器可被布置成加热SAW雾化器的至少一部分，并由此加热SAW雾化器上的气溶胶形成基质。优选的是，加热器被布置成至少加热SAW雾化器的雾化区域，并由此加热雾化区域中的气溶胶形成基质。
加热器可加热液体气溶胶形成基质并减小液体的粘度和表面张力。通过优选地在雾化之前及期间加热液体，加热器可以提高雾化速率。加热气溶胶形成基质并减小液体气溶胶形成基质的粘度可以分别提高装置或吸烟系统的可靠性。
加热器可以将液体气溶胶形成基质加热到一致的预定温度以进行雾化。这可使得气溶胶形成基质能够在一致的粘度下进行雾化，并且可使得装置能够以一致的雾化速率生成气溶胶。这可改善用户体验。
液体气溶胶形成基质的粘度可能会影响雾化速率和由装置或系统生成的气溶胶的液滴大小。因此，在雾化前将液体气溶胶形成基质加热到一致的预定温度可有助于生成具有一致的液滴大小分布的气溶胶。
在雾化前将液体气溶胶基质加热到高于环境温度的温度还可减小系统对环境温度的波动的敏感度，且在每次使用时向用户提供一致的气溶胶。
如本文中所使用，术语‘液滴大小’用于意指空气动力学液滴大小，它是按与所讨论的液滴相同的速度沉淀的单位密度液滴的球体的大小。在此项技术中使用若干度量来描述气溶胶液滴大小。这些包含质量中值直径(MMD)和质量中值空气动力学直径(MMAD)。如本文中所使用，术语‘质量中值直径(MMD)’用于意指液滴的直径，使得气溶胶的一半质量含于小直径液滴中且一半质量含于大直径液滴中。如本文中所使用，术语‘质量中值空气动力学直径(MMAD)’用于意指单位密度的球体的直径，所述球体具有与来自气溶胶的具有中值质量的液滴相同的空气动力学性质。
由本发明的吸烟装置和系统生成的液滴的质量中值空气动力学直径(MMAD)可介于约1μm和约10μm之间，或MMAD可介于约1μm和约5μm之间。液滴的MMAD可等于或小于3μm。由本发明的吸烟装置生成的液滴的所要液滴大小可以是上文所描述的任一MMAD。所要液滴大小(MMAD)可等于或小于3μm。
吸烟装置的控制系统可被配置成操作加热器以将液体气溶胶形成基质加热到预定温度，优选的是，通过将SAW雾化器的至少一部分加热到预定温度。预定温度可高于环境温度。预定温度可高于室温。相比于未加热的气溶胶形成基质的粘度，这可以减小气溶胶形成基质的粘度以及表面张力。这可提高雾化速率，且可有助于生成具有所要液滴大小的气溶胶。这可减小系统对环境温度的波动的敏感度。预定温度可低于蒸发温度或低于液体气溶胶形成基质的沸点。预定温度可基于18摄氏度和80摄氏度之间，或介于30摄氏度和60摄氏度之间或介于35摄氏度和45摄氏度之间。预定温度可介于20摄氏度和30摄氏度、30摄氏度和40摄氏度、40摄氏度和50摄氏度、50摄氏度和60摄氏度、60摄氏度和70摄氏度或70摄氏度和80摄氏度之间。优选的是，SAW雾化器的受热部分的预定温度对应于雾化区域中的液体气溶胶形成基质的预定温度。
如本文中所使用，术语‘环境温度’是指正在使用气溶胶生成装置或系统的周围环境的空气温度。环境温度通常对应于介于约10摄氏度和35摄氏度之间的温度。如本文中所使用，术语‘室温’是指标准环境温度和压力，通常为约25摄氏度的温度和约100kPa(1atm)的绝对压力。
被配置成操作加热器的控制系统可以与吸烟装置的控制系统成一体式或与其分开。
控制系统可包括连接到加热器且连接到电源的电路。电路可被配置成监测加热器的电阻，且取决于加热器的电阻控制电力到加热器的供应。电路可包括微处理器，所述微处理器可以是可编程微处理器。电路可包括其它电子部件。电路可被配置成调节电力到加热器的供应。电力可以在启动装置之后连续地供应到加热器，或可以例如在逐抽吸的基础上间歇性地供应。电力可以电流脉冲的形式供应到加热器。
加热器可被布置在SAW雾化器的表面上，优选的是紧靠着雾化区域，或与雾化区域相对。例如，加热器可被布置在SAW雾化器上与雾化区域相同的表面上。此类布置允许加热器和待加热液体气溶胶形成基质的直接物理或紧密接触，具体地说，在接近雾化区域处。例如，加热器可围绕或部分围绕雾化区域中的气溶胶形成基质。
在其中加热器被布置在SAW雾化器的表面上与雾化区域相对处的布置中，气溶胶形成基质到雾化区域的供应不因为加热器的存在而更改。此外，加热器可被布置在雾化区域的位置中但是在SAW雾化器的衬底的相对侧面上。加热器的大小可对应于SAW雾化器的大小。加热器的大小可受限于雾化区域的大小。加热器的大小可至少对应于雾化区域的大小。加热器的位置可在供应元件的方向上移位。这允许在液体处于雾化区域之前加热液体。优选的是，加热器的热量通过热传导传递通过SAW雾化器的衬底。
如所描述的加热器的位置可以改进加热器和SAW雾化器上的液体气溶胶形成基质之间的热传递。
加热器可以是附接到SAW雾化器上或紧接着或靠近SAW雾化器布置的单独加热器。
加热器可与SAW雾化器整合在一起。这可减少装置的构成零件的数目，且有助于进行简单明了的制造。
优选的是，加热器与SAW雾化器成导热关系。
加热器还可布置在液体存储部分的壳体上或壳体内。接着，液体气溶胶形成基质在从液体存储部分供应到SAW雾化器时处于高温下。
加热器可以是能够加热液体气溶胶形成基质的任何合适的加热器。加热器可以是电操作的加热器。加热器可以是电阻加热器。加热器可包括电感性加热构件。加热器可为基本平坦的，以允许进行简单明了的制造。如本文中所使用，术语“基本平坦”意味着在单一平面中形成且不卷绕或另外被确认拟合弯曲或其它非平面形状。平坦加热器可在制造期间易于处置且提供稳固的构造。
加热器可包括在电绝缘衬底上的一个或多个导电轨道。电绝缘衬底可包括任何合适材料，且可以是能够耐受高温(超过150摄氏度)和急剧温度变化的材料。合适材料的实例为聚酰亚胺膜，例如，
被配置成操作加热器或SAW雾化器或这两个的控制系统可包括用于检测环境温度的环境温度传感器。控制系统在SAW雾化器上可包括温度传感器，所述温度传感器用于检测雾化区域中的液体气溶胶形成基质的温度。一个或多个温度传感器可与气溶胶生成装置的控制电子器件通信，以使控制电子器件能够将液体气溶胶形成基质的温度维持在预定温度。一个或多个温度传感器可以是热电偶或电阻式温度传感器。加热器可用于提供关于温度的信息。加热器的温度相关的电阻性性质可为已知的，且用于按技术人员已知的方式确定至少一个加热器的温度。
在根据本发明的吸烟装置中，供应元件的一部分可被布置成邻近SAW雾化器的雾化区域，而供应元件的另一部分可流体连接到液体存储部分。供应元件中被布置成邻近雾化区域的部分可延伸到雾化区域中。在吸烟装置的即可使用状态中，供应元件可允许液体气溶胶形成基质从液体存储部分，例如从筒内传输到雾化区域。因而，供应元件的另一部分可直接连接到液体存储部分，例如插入到液体存储部分的内容物中或布置成邻近液体存储部分的内容物。然而，气溶胶形成基质还可从液体存储部分中传输出去，例如在液体通道中，并且可在从存储部分到SAW雾化器的液体传输的再下游处与供应元件的另一部分流体连接。液体传输的分离可以增强从液体存储部分到SAW雾化器的液体传输构件的可变性和优化。具体地说，用于将液体气溶胶形成基质供应到SAW雾化器的供应元件可针对到雾化区域的液体供应和雾化区域上的液体分布而优化。另一方面，可以优化从液体存储部分离开的液体传输。
供应元件可以是但不限于如芯或纸条的毛细管元件、毛细管或用于刺穿含有液体气溶胶形成基质的筒的刺穿元件。
优选的是，供应元件是具有液体气溶胶形成基质的毛细管作用的毛细管元件。优选的是，呈毛细管元件形式的供应元件使得液体气溶胶形成基质能够被供应到SAW雾化器的雾化区域。毛细管元件由使得液体气溶胶形成基质通过毛细管效应传递的材料组成或包括所述材料。毛细管材料是主动地将液体从材料的一端输送到另一端的材料。毛细管材料在装置中有利地定向成将液体气溶胶形成基质输送到SAW雾化器的表面上的雾化区域。毛细管材料可具有纤维状结构，也可具有海绵状结构。毛细管材料可包括一捆毛细管、多个纤维、多个丝线，也可包括细孔管。毛细管材料可包括纤维、丝线与细孔管的组合。纤维、丝线和细孔管可通常对准以将液体输送到SAW雾化器。毛细管材料可包括海绵状材料，也可包括泡沫状材料。毛细管材料的结构可形成多个小孔或小管，液体可通过毛细管作用传输通过所述小孔或小管。
毛细管材料可包括任何合适的材料或材料组合。合适材料的实例是海绵或泡沫材料；呈纤维或烧结粉末形式的陶瓷、纸或石墨类材料；泡沫金属或塑料材料；片材；例如由短纤或挤出纤维制成的纤维状材料，如乙酸纤维素、聚酯或粘结聚烯烃、聚乙烯、涤纶或聚丙烯纤维、尼龙纤维或陶瓷。毛细管材料可以是基于纸的。毛细管材料可具有任何合适的毛细性和多孔性，以便结合不同液体物理性质来使用。
液体气溶胶形成基质具有物理性质，包含但不限于粘度、表面张力、密度、导热性和沸点，这些性质使得液体能够通过毛细管作用传输通过毛细管元件的毛细管材料。毛细管元件可被配置成将液体气溶胶形成基质输送到SAW雾化器的雾化区域。毛细管元件可呈片材形式。一些毛细管材料，如基于纸的芯材料，可额外具有从液体中过滤掉污染物的能力，由此支持纯净液体气溶胶形成基质的雾化。
供应元件可以是单独元件，也可以是SAW雾化器的部分。优选的是，供应元件是SAW雾化器的部分，例如，与SAW雾化器整合在一起。
供应元件可以是本领域中已知的使用毛细管效应传输液体的芯元件。供应元件还可使用例如文丘里效应将液体传输到雾化区域。供应元件可以是例如集成到SAW雾化器的衬底中的微通道，或者是上述供应元件的任何组合。
SAW雾化器可包括至少一个压电换能器。SAW雾化器可包括至少一个叉指式换能器。压电换能器可优选地包括单晶材料，但是还可包括多晶材料。压电换能器可包括石英、陶瓷、钛酸钡(BaTiO3)、铌酸锂(LiNbO3)。陶瓷可包括锆钛酸铅(PZT)。陶瓷可包括掺杂材料，例如，Ni、Bi、La、Nd或Nb离子。压电换能器可以是极化的。压电换能器可以是未极化的。压电换能器可包括极化和未极化两种压电材料。
SAW雾化器可包括一个用于生成表面声波的换能器。SAW雾化器可包括超过一个用于生成表面声波的换能器。生成表面声波的换能器被称作输入换能器。输入换能器接收电信号并根据输入信号生成表面声波。超过一个输入换能器可生成表面声波来彼此干扰，优选的是正干扰，从而增强到雾化区域中的能量输入。可以使用额外的输入换能器以将液体集中在雾化区域中或大体上将液体集中在较小区域中。
如果SAW雾化器包括超过一个换能器，那么所述超过一个换能器中的至少一个可用于生成电信号。
生成电信号的换能器被称作输出换能器。输出换能器将表面声波转换成输出信号。由输出换能器接收的表面声波已经通过至少一个输入换能器生成，且已经沿着SAW雾化器的雾化区域传播到输出换能器。输出信号可包括关于雾化区域中的物理过程的信息，例如，关于存在于雾化区域中的液体的量的信息。因此，SAW雾化器可用作获得关于雾化过程的信息的SAW传感器。此信息可用于控制雾化过程。例如，传感器信息可供控制系统用于控制SAW雾化器的操作或例如控制加热器。雾化过程的控制可例如通过调整供应到SAW雾化器的电力来实现。
SAW雾化器包括至少一个第二换能器。所述至少一个第二换能器可用于生成表示雾化区域的物理信息的电信号。或者，所述至少一个第二换能器可用于生成其它表面声波。
如果存在两个换能器，那么优选的是，这两个换能器被布置成彼此相对，且雾化区域被布置在这两个换能器之间。这两个换能器中的第一者是输入换能器。这两个换能器中的第二者可以是输入或输出换能器。
在根据本发明的吸烟装置中，液体存储部分、SAW雾化器和供应元件可形成筒的部分。包含或不包含SAW雾化器和供应元件的筒可以预先制成。筒可为可移除的、可替换的、可重复使用的或一次性的。筒可以是可用液体气溶胶形成基质再填充的。具有可再填充液体存储部分，或具体地说，具有可替换筒，吸烟装置就变为可重复使用的。优选的是，筒不是可再填充的，且在每次使用之后进行替换。
装置壳体可包括用于收容筒的腔。
筒可以可移除联接到气溶胶生成装置。当气溶胶形成基质被耗尽时，筒可从气溶胶生成装置移除。如本文中所使用，术语‘可移除联接’用于意指筒与装置可以相互联接和解除联接，而不会显著损坏装置或筒。
可以按可靠且可重复的方式以低成本制造筒。筒可以具有简单设计。筒可具有其内装纳有气溶胶形成基质的壳体。
筒可包括装纳气溶胶形成液体的液体保留材料。筒可以是填充有液体的贮槽系统。
筒壳体可以是刚性壳体。如本文中所使用，‘刚性壳体’意指自支撑式外壳。壳体可包括液体不可渗透的材料。
筒可包括盖。在将筒联接到气溶胶生成装置之前可以剥离盖。盖可为可刺穿的，例如可被供应元件刺穿。
包括供应元件和SAW雾化器的筒允许在替换筒的任何时间具有完全‘新鲜的’雾化过程。供应元件中或SAW雾化器上的沉积物或残余物可在替换筒后去除。包含供应元件的SAW雾化器还可为可重复使用的，并且优选的是吸烟装置中固定安装的元件。由此可以减少浪费和材料成本。
根据本发明的另一方面，提供一种用于在吸烟系统中生成气溶胶的方法。方法包括提供包括雾化区域、至少一个换能器和至少一个第二换能器的表面声波雾化器(SAW雾化器)。方法还包括以下步骤：将液体气溶胶形成基质提供到SAW雾化器的雾化区域并操作SAW雾化器，从而利用至少一个换能器生成表面声波，所述表面声波沿着SAW雾化器的表面传播到雾化区域中并传播到雾化区域中的液体气溶胶形成基质中，从而使液体气溶胶形成基质雾化并生成气溶胶。方法可以使用根据本发明的其它方面的吸烟装置、吸烟系统和筒来执行。
方法可具有相对于本发明的另一方面描述的所有优点。SAW雾化器的如其操作模式的特征、供应元件的如其布置和构造的特征、加热器的如预定温度的特征可与相对于本发明的其它方面描述的那些特征相同。
方法可包括以下步骤：将包括液体气溶胶形成基质的例如筒的液体存储部分与SAW雾化器的雾化区域流体连接。
方法可包括以下步骤：将射频信号提供到至少一个换能器。
方法还可包括以下步骤：将一定量的液体气溶胶形成基质供应到SAW雾化器，所述液体量对应于一次抽吸。
方法可包括以下步骤：将雾化区域中的液体气溶胶形成基质加热到高于室温的温度，优选的是在雾化之前进行加热。可执行加热，以使得待雾化液体具有高于50摄氏度的温度，例如介于50和80摄氏度之间的温度。
根据本发明的方法还可包括以下步骤：向SAW雾化器提供至少一个第二换能器。
方法接着可包括以下步骤：利用所述至少一个第二换能器输出信号。输出信号表示雾化区域中的物理过程。所述输出信号可用于控制SAW雾化器的操作。例如，输出信号可用作到控制系统中以控制SAW雾化器或加热器的输入信号。
或者，方法可包括以下步骤：利用至少一个第二换能器生成其它表面声波，所述其它表面声波沿着SAW雾化器的表面传播到雾化区域中并传播到雾化区域中的液体气溶胶形成基质中。
根据本发明的另一方面，提供一种包括如本文中所描述的吸烟装置的气溶胶生成吸烟系统。系统还包括液体气溶胶形成基质。供应元件与包括在吸烟装置的液体存储部分的壳体中的液体气溶胶形成基质流体连接且与表面声波雾化器(SAW雾化器)上的雾化区域流体连接。
液体气溶胶形成基质包括至少一种气溶胶形成剂和液体添加剂。气溶胶形成剂可以是例如丙二醇或甘油。
液体气溶胶形成基质可包括水。
液体添加剂可以是液体调味剂或液体刺激物质中的任何一种或组合。液体调味剂可以例如包括烟草调味剂、烟草提取物、水果调味剂或咖啡调味剂。液体添加剂可以是例如：香草、焦糖和可可等甜味液体、草药液体、辛辣液体或含有例如咖啡因、牛磺酸、尼古丁或食品工业中使用的已知的其它刺激剂的刺激液体。
根据本发明的又一方面，提供一种用于气溶胶生成的吸烟装置的筒。筒包括液体存储部分，所述液体存储部分包括用于装纳液体气溶胶形成基质的壳体。筒还包括：表面声波雾化器(SAW雾化器)，其包括雾化区域；至少一个换能器，其用于生成将沿着包含雾化区域的SAW雾化器的表面传播的表面声波；以及至少一个第二换能器。提供供应元件，并将其布置成将液体存储部分的壳体将液体气溶胶形成基质供应到SAW雾化器上的雾化区域。
液体存储部分、SAW雾化器、供应元件或加热器可包括如上文相对于如本文中所描述的气溶胶生成装置的液体存储部分、SAW雾化器、供应元件和加热器所描述的任何特征，或可布置成如上文相对于如本文中所描述的气溶胶生成装置的液体存储部分、SAW雾化器、供应元件和加热器所描述的任何配置。筒的优点和特征已经相对于吸烟装置加以描述，并且将不再重复。
根据另一方面，提供一种用于液体气溶胶形成基质的气溶胶生成的吸烟装置。吸烟装置包括装置壳体，所述装置壳体包括液体存储部分，所述液体存储部分包括用于装纳液体气溶胶形成基质的壳体。例如，装置壳体可包括用于在其中收容筒的腔，所述筒包括液体气溶胶形成基质。吸烟装置还包括表面声波雾化器(SAW雾化器)，所述表面声波雾化器包括雾化区域和至少一个换能器，所述至少一个换能器用于生成将沿着包含雾化区域的SAW雾化器的表面传播的表面声波。供应元件被布置成将液体气溶胶形成基质从液体存储部分供应到SAW雾化器上的雾化区域。供应元件可流体连接例如筒的液体存储部分和SAW雾化器，具体是SAW雾化器上的雾化区域。控制系统被配置成操作SAW雾化器以使雾化区域中的液体气溶胶形成基质雾化，从而生成气溶胶。例如，控制系统可包括电源和连接到SAW雾化器的控制电子器件。例如，控制系统适于向至少一个换能器提供RF信号。接着可以在装置壳体中将所生成的气溶胶传输到吸烟装置的下游端，再传输给吸烟装置的用户。
附图说明
将仅通过举例并参考附图进一步描述本发明，附图中：
图1示意性地说明具有可刺穿筒和包括聚焦换能器的SAW雾化器的气溶胶生成装置；
图2示意性地说明具有包括两个聚焦换能器的SAW雾化器的气溶胶生成装置；
图3示意性地说明具有可刺穿筒和包括聚焦换能器的尖头SAW雾化器的气溶胶生成装置；
图4示出具有直线换能器的SAW雾化器；
图5示出具有反射器的图4的SAW雾化器；
图6示出包括具有不同反射器的直线换能器和额外的加热元件的SAW雾化器；
图7示出具有聚焦换能器的SAW雾化器；
图8、9示出具有聚焦换能器、加热元件和毛细管元件的SAW雾化器的俯视图和横截面(沿着中线A-A)；
图10、11示出沿着具有加热元件的SAW雾化器的其它实施例的中线的横截面；
图12、13示出穿过具有两个聚焦换能器的SAW雾化器的俯视图的横截面(沿着中线B-B)；
图14、15示出穿过具有包括微通道的供应元件的SAW雾化器的俯视图的横截面(沿着中线C-C)；
图16、17示出穿过具有沉头供应元件的SAW雾化器的俯视图和横截面(沿着中线D-D)；
图18示出SAW雾化器的表面处理。
具体实施方式
图1示出包括壳体10和烟嘴11的电子气溶胶生成装置。壳体包括含有气溶胶形成液体的筒16、表面声波雾化器(SAW雾化器)芯片15、用于操作和控制SAW雾化器的电子器件14，以及向电子器件14和SAW雾化器15提供电力的电池13。SAW雾化器芯片15是包括聚焦叉指式换能器20的矩形芯片，聚焦叉指式换能器20包含反射器，所述反射器将在下文更详细地描述。
圆柱形筒16在其面向SAW雾化器芯片的远端处用密封元件封闭，所述密封元件例如可刺穿或可穿孔箔160。密封元件被呈尖头毛细管元件30形式的供应元件刺穿，所述尖头毛细管元件30例如针或纸条。毛细管元件30的另一远端到达芯片上的换能器20的聚焦区域，所述聚焦区域对应于芯片15上的雾化区域40或蒸发区域。
图2示出电子气溶胶生成装置的另一实施例，其中相同附图标号用于相同或类似元件。在图2中，SAW雾化器15包括布置成彼此相对的两个聚焦叉指式换能器20。雾化区域40处于这两个换能器20之间。
这两个换能器均可用于生成表面声波。由此，雾化区域40中的雾化可以增强，或实现相同蒸发速率所需的电力可以更少。或者，这两个换能器中的一个可用于提供表示雾化区域中的效果或状况的信号，例如蒸发速率或液体的存在与否。所述信号可供电子器件14用于控制及可能地调适雾化过程。
在图2的实施例中，筒16的远端被一层多孔材料161封闭。多孔材料与芯31接触，所述芯31例如一条或一股纤维或纸条，芯31从多孔材料161延伸到芯片15上的雾化区域40。由于这两个换能器20的布置具有基本上垂直于装置的纵向轴线的波传播方向，所以芯31处于这两个换能器之间。
图3示出电子气溶胶生成装置的又一实施例，其类似于图1所示的电子气溶胶生成装置，其中相同附图标号用于相同或类似元件。在图3中，SAW雾化器芯片15包括支持刺穿筒的可刺穿膜160的尖端部分150。毛细管32被布置成在筒16的内部和芯片15的雾化区域40之间延伸。毛细管32可以是例如微通道。
任选的加热器可被布置在毛细管的每一侧上、毛细管的顶部上或芯片的背侧上。
图4到17示出SAW雾化器芯片15的不同实施例以及换能器、毛细管元件和加热元件的布置实例及实施例。
在图4中，一个叉指式换能器21被布置在压电衬底的侧表面部分上。换能器21包括并联布置的一系列平直交错电极210(直线换能器)。雾化区域40由点虚线指示，且被布置成靠近换能器但是在压电衬底的相对侧表面部分上。在图5中，相同换能器21具有反射器电极215。平直反射器电极215被布置成平行于换能器21的电极210且邻近换能器中与面向雾化区域40的一侧相对的一侧。反射器电极可将表面声波反射回到目标传播方向(在图中向右)。换能器21可例如在LiNbO3衬底上布置有20个电极对和32个反射器电极215。电极材料可为金。
图6的直线换能器包括布置在换能器电极210之间的反射器电极216。加热元件，例如呈印刷电路路径形式的电阻加热器50，被布置在衬底上与雾化区域40相对。
图7是聚焦叉指式换能器20的实例，其具有弯曲且逐渐变细的电极211，所述电极211将生成的波聚焦到衬底表面上的较小聚焦区域200上。在换能器电极211之间，弯曲反射器电极214被布置成平行于换能器电极。
图8示出图7的SAW芯片15，其中集成的加热器50在芯片的表面上，且呈条形式的毛细管元件31基本上沿着由换能器21生成的波的传播方向的方向被布置在加热器50上，所述毛细管元件31例如芯或毛细管。
图9是图8的芯片的横截面。换能器20和加热器50被布置在压电衬底151的相同表面上，即压电衬底151的顶表面上，所述压电衬底151例如铌酸锂衬底。芯31被部分地布置在加热器上并与加热器紧密接触，以支持加热在芯31中从筒(未示出)传输到被布置在换能器20和加热器50之间的雾化区域的液体。
图10和图11示出SAW芯片15的其它实施例的横截面。在图10中，加热器50被布置在衬底151的相对侧面上，即衬底151的背侧上。加热器被定位成‘延伸’到雾化区域中并与芯31‘重叠’，但同时衬底151在加热器和芯31之间。为了缩短热量必须穿过衬底到达芯31中或雾化区域中的液体的路径，可以减小压电衬底的厚度。在图11中，换能器20和芯31被布置在压电层152的表面上，例如LiNbO3、ZnO、AlN或适用于SAW雾化器应用的层的其它压电材料。加热器50被布置在层152的背侧上，其位置与图10中所描述和示出的位置相同。
层152被布置在支座153上，例如由玻璃、陶瓷、硅或金属制成的衬底。出于制造的原因，可向衬底153应用加热器，然后所述衬底具有压电层152。
尽管加热器被示出为布置在芯片上，但是加热器还可例如沿着芯片和包括气溶胶形成液体的筒之间的毛细管材料或通道布置。
在图12和图13中，具有反射器电极的两个聚焦换能器20被布置成在压电衬底151上彼此相对。这两个换能器20在它们之间具有公共聚焦区域200。在聚焦区域200中，衬底151具有通孔155，气溶胶形成液体可通孔155供应到衬底151的顶表面。毛细管元件33被布置在衬底151下面以将液体供应到通孔155的底部。任选地，通孔155可填充有毛细管材料。在此实施例中，雾化区域41集中在衬底151的表面处的通孔155的边缘上。锐边缘支持形成极薄的气溶胶形成液体层，这有助于气溶胶形成液体的蒸发。
在图14和图15中，通过呈芯材料片材34形式的毛细管元件将气溶胶形成液体供应到芯片。片材34延伸到衬底151的表面上，且部分地上覆于设置在衬底表面中的一系列平行微通道35。微通道延伸到同样布置在衬底表面上的直线换能器21的雾化区域中。然而，雾化区域41集中到微通道的边缘上。
其中雾化区域41集中在衬底边缘156上的类似结果还可通过如图16和图17中所示的沉头毛细管元件36实现。衬底表面的一部分已例如通过蚀刻去除。在这一较低水平的表面部分上，例如纸条的毛细管元件被布置成与下部部分的边缘156齐平以使得液体能够被传输到边缘156。
并且，衬底151的表面处理可支持形成气溶胶形成液体薄层。表面处理还可支持此类层的局部化。例如，且如图18中所示，雾化区域40(由虚线指示)可进行处理，以便形成亲水性区域，而在凹进的雾化区域外部的区域可为疏水性区域158。
用于操作在根据本发明的气溶胶生成装置中包括一个或两个换能器的SAW芯片的示例性功率范围是5瓦特到15瓦特，优选的是小于20瓦特。典型的换能器电极距离在约100微米的范围中(直线换能器)，而反射器距离可在约50微米的范围中。
包括两个换能器的矩形SAW芯片的大小在约50mm*20mm到55mm*25mm之间。
示例性气溶胶形成液体的成分为40％到80％的丙二醇、20％的水和0％到40％的甘油。气溶胶生成液体被加热到约65摄氏度。将约5微升的此类液体持续雾化或蒸发不到20秒，从而实现约每秒0.2到0.3微升或更高的蒸发速率。

Claims (15)

1.用于液体气溶胶形成基质的气溶胶生成的吸烟装置，所述吸烟装置包括：
包括液体存储部分的装置壳体，所述液体存储部分包括用于装纳液体气溶胶形成基质的壳体；
表面声波雾化器(SAW雾化器)，其包括雾化区域、至少一个换能器和至少一第二换能器，所述至少一个换能器用于生成将沿着包含所述雾化区域的所述SAW雾化器的表面传播的表面声波；
供应元件，其被布置成将液体气溶胶形成基质从所述液体存储部分供应到所述SAW雾化器上的所述雾化区域；以及
控制系统，其被配置成操作所述SAW雾化器以使所述雾化区域中的所述液体气溶胶形成基质雾化，从而生成气溶胶。
2.根据权利要求1所述的吸烟装置，其中所述至少一个换能器是包括布置在压电衬底上的电极的叉指式换能器。
3.根据前述权利要求中任一项所述的吸烟装置，还包括被布置成加热液体气溶胶形成基质的加热器。
4.根据权利要求3所述的吸烟装置，其中所述控制系统被配置成操作所述加热器以将液体气溶胶形成基质加热到预定温度。
5.根据权利要求3或4中任一项所述的吸烟装置，其中所述加热器被布置在所述SAW雾化器的表面上紧靠着所述雾化区域或被布置在所述SAW雾化器的表面上与所述雾化区域相对。
6.根据前述权利要求中任一项所述的吸烟装置，其中所述供应元件的一部分被布置成邻近所述SAW雾化器的所述雾化区域，且所述供应元件的另一部分能够流体连接到所述液体存储部分。
7.根据前述权利要求中任一项所述的吸烟装置，其中所述供应元件是毛细管元件，所述毛细管元件具有用于将液体气溶胶形成基质供应到所述SAW雾化器的所述雾化区域的毛细管作用。
8.根据前述权利要求中任一项所述的吸烟装置，其中所述至少一第二换能器用于生成表示所述雾化区域的物理信息的电信号或用于生成其它表面声波。
9.根据前述权利要求中任一项所述的吸烟装置，其中所述液体存储部分、所述SAW雾化器和所述供应元件形成筒的部分，并且其中所述装置壳体包括用于收容所述筒的腔。
10.用于在吸烟系统中生成气溶胶的方法，所述方法包括：
提供包括雾化区域和至少一个换能器的表面声波雾化器(SAW雾化器)；
将液体气溶胶形成基质提供到所述SAW雾化器的所述雾化区域；
操作所述SAW雾化器，从而利用所述至少一个换能器生成表面声波，所述表面声波将沿着所述SAW雾化器的表面传播到所述雾化区域中并传播到所述雾化区域中的所述液体气溶胶形成基质中，从而使所述液体气溶胶形成基质雾化并生成所述气溶胶。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括以下步骤：将所述雾化区域中的所述液体气溶胶形成基质加热到高于室温的温度。
12.根据权利要求10到11中任一项所述的方法，还包括以下步骤：
向所述SAW雾化器提供至少一第二换能器；以及要么
利用所述至少一个第二换能器输出信号，其中所述输出信号表示所述雾化区域中的物理过程；且
使用所述输出信号以用于控制所述SAW雾化器的操作，要么
利用所述至少一第二换能器生成其它表面声波，所述其它表面声波将沿着所述SAW雾化器的所述表面传播到所述雾化区域中并传播到所述雾化区域中的所述液体气溶胶形成基质中。
13.包括根据权利要求1到9中任一项所述的吸烟装置以及液体气溶胶形成基质的气溶胶生成吸烟系统，其中供应元件与包括在所述吸烟装置的液体存储部分的壳体中的所述液体气溶胶形成基质流体连接且与表面声波雾化器(SAW雾化器)上的雾化区域流体连接。
14.根据权利要求13所述的气溶胶生成系统，其中所述液体气溶胶形成基质包括至少一种气溶胶形成剂和液体添加剂。
15.用于气溶胶生成的吸烟装置的筒，所述筒包括：
液体存储部分，其包括用于装纳液体气溶胶形成基质的壳体；
表面声波雾化器(SAW雾化器)，其包括雾化区域、至少一个换能器和至少一第二换能器，所述至少一个换能器用于生成将沿着包含所述雾化区域的所述SAW雾化器的表面传播的表面声波；
供应元件，其被布置成将液体气溶胶形成基质从所述液体存储部分的所述壳体供应到所述SAW雾化器上的所述雾化区域。
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