CN109069773A - 用于气溶胶生成系统的包括片状加热元件和液体递送装置的汽化组合件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于气溶胶生成系统(20)的汽化组合件(1)。所述汽化组合件包括片状加热元件(2)和递送装置(3)，所述递送装置(3)用于将液体气溶胶形成基质从液体存储部分(8)递送到所述片状加热元件。所述片状加热元件与所述递送装置间隔开，且配置成用于将所述所递送的液体气溶胶形成基质加热到足以使所述所递送的液体气溶胶形成基质的至少一部分挥发的温度。本发明另外涉及一种包括所述汽化组合件(1)的气溶胶生成系统(20)。此外，本发明涉及一种用于生成气溶胶的方法。

Description

用于气溶胶生成系统的包括片状加热元件和液体递送装置的 汽化组合件

技术领域

本发明涉及一种用于气溶胶生成系统的汽化组合件和用于蒸发液体气溶胶形成基质的递送系统。具体地说，本发明涉及手持式气溶胶生成系统，如电操作的气溶胶生成系统。

背景技术

已知的气溶胶生成系统包括用于存储液体气溶胶形成基质的液体存储部分和具有用于蒸发气溶胶形成基质的加热元件的电操作汽化器。将由使用者吸入(例如，“抽吸”)的气溶胶在所蒸发的气溶胶形成基质在通过加热元件的气流中冷凝时生成。借助于具有一组联接到液体存储部分的纤维的芯将液体气溶胶形成基质供应到加热元件。基于此技术来准确控制供应到加热元件及将被并入在所生成的气溶胶中的气溶胶形成基质的量可具有挑战性。因此，控制使用者在每一吸入循环吸入的气溶胶形成基质的量也具有挑战性。

需要提供一种用于气溶胶生成系统的汽化组合件和提供对所生成的气溶胶中所含的经汽化气溶胶形成基质的量的某一控制的递送系统。此外，每吸入循环生成具有预定量的经汽化气溶胶形成基质的气溶胶最好是可以重复的。

发明内容

根据本发明的第一方面，呈现一种适用于气溶胶生成系统的汽化组合件。汽化组合件包括片状加热元件和递送装置，所述递送装置用于将液体气溶胶形成基质从液体存储部分递送到片状加热元件，其中片状加热元件与递送装置间隔开，且配置成用于将所递送的液体气溶胶形成基质加热到足以使所递送的液体气溶胶形成基质的至少一部分挥发的温度。片状加热元件是流体可渗透的，且包括多个导电丝。

如本文中所使用，片状加热元件包括薄的导电材料，优选的是基本平坦的导电材料，例如纤维网、导电膜或加热条带阵列，其适用于接收并加热用于气溶胶生成系统的气溶胶形成基质。

如本文中所使用，“薄”是指在约8微米和2毫米之间，优选的是在8微米和500微米之间，并且最优选的是在8微米和100微米之间。在网由丝组成的情况下，将优选的是，这些丝的直径分别小于40微米。

如本文中所使用，“基本平坦”优选地是指具有平面轮廓，使得片状加热元件可安置在汽化组合件中并与递送装置间隔开，且在加热元件上基本均匀地从装置接收喷流或射流。然而，在一些应用中，可能需要向片状加热元件施加曲率以便优化基质的递送，这取决于递送装置的递送分布的特征。因此，片状加热元件的“基本平坦”特征涉及其制造时的元件形式，但不一定涉及它在汽化组合件中的布置。在优选实施例中，片状加热元件还以基本平坦定向安置在汽化组合件中，并与递送装置间隔开且与其相对。

如本文中所使用，“导电”是指由具有1x10^-4欧姆米或更小的电阻率的材料形成。

片状加热元件优选的是包括多个开口。例如，片状加热元件可包括其间具有空隙的纤维网。片状加热元件可包括任选地穿有小孔的薄膜或板。片状加热元件可包括串联连接的窄加热条带阵列。

优选的是，片状加热元件的表面积小于或等于约100平方毫米，从而允许片状加热元件并入到手持型系统中。片状加热元件的表面积可小于或等于约50平方毫米。

在优选实施例中，导电丝布置成网以形成片状加热元件，其大小在160和600目(美国标准)(Mesh US)(+/-10％)(即，在每厘米400和1500根丝(+/-10％)之间)。空隙的宽度优选的是在200微米和10微米之间，最优选的是在75微米和25微米之间。网的敞开面积的百分比为空隙的面积与网的总面积的比，其优选的是在25％与56％之间。网可使用不同类型的编织或网格结构来形成。或者，导电丝由彼此平行布置的丝阵列组成。

在实施例中，导电膜或板可形成片状加热元件，导电膜或板由金属、导电塑料或其它适合的导电材料制成。在优选实施例中，膜板穿有大小约为如上文的网实施例中所描述的空隙的孔。

在实施例中，窄加热条带可组合成阵列以形成片状加热元件。阵列中的加热条带的宽度越小，可在本发明的片状加热元件中串联连接的加热条带越多。使用串联连接的较小宽度的加热条带的优势在于它们组合到片状加热元件中的电阻增大。

递送装置包括入口和出口。递送装置配置成在它的入口处接收液体气溶胶形成基质，并在它的出口处输出将递送到片状加热元件的一定量的液体气溶胶形成基质。

片状加热元件配置成用于将所递送的液体气溶胶形成基质加热到足以使所递送的液体气溶胶形成基质的至少一部分挥发的温度。

片状加热元件与递送装置间隔开。如本文中所使用，“间隔开”是指汽化组合件配置成用于通过气隙将液体气溶胶形成基质从递送装置递送到片状加热元件。间隔开还指递送装置和片状加热元件不通过管道段联接，所述管道段用于引导液体气溶胶形成基质从递送装置到加热元件的流动。间隔开还可指提供递送装置和片状加热元件作为通过气隙与彼此分隔开的个别构件。术语间隔开包含递送装置和片状加热元件变成组合部件的集成组合，条件是液体气溶胶形成基质在即将由片状加热元件加热之前必须穿过此组合部件内的气隙。

相比于具有用于引导液体气溶胶形成基质从递送装置到加热元件的流动的管道段的汽化器，通过提供与递送装置间隔开的片状加热元件可以更好地控制被递送到加热元件的液体气溶胶形成基质的量。可以避免由此类管道段导致的非所要毛细管作用，非所要毛细管作用可能会以其它方式例如引起液体在加热元件和递送装置之间的非所要移动。当通过气隙时，在撞击片状加热元件的表面之前，所递送的一定量的液体气溶胶形成基质可变换成液滴的喷流。因此，可以增强所递送的一定量的液体气溶胶形成基质在片状加热元件上的均匀分布，从而产生每吸入循环生成具有预定量的经汽化气溶胶形成基质的气溶胶的更佳可控性和可重复性。

片状加热元件的操作温度可在120与210摄氏度之间变化，优选的是在150与180摄氏度之间变化。

片状加热元件包括多个导电丝。优选的是，片状加热元件是网状加热元件，其包括多个导电丝。多个导电丝配置网状加热元件的网。通过向多个导电丝施加电功率来加热网。片状加热元件可包括多个丝，丝可由例如电阻式纤维的单一类型的纤维以及包含毛细管纤维和传导纤维的多种类型的纤维制成。

导电丝可包括任何合适的导电材料。合适的材料包含但不限于：例如掺杂陶瓷、“导电”陶瓷(例如二硅化钼)的半导体、碳、石墨、金属、金属合金和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或未掺杂的陶瓷。合适的掺杂陶瓷的实例包含掺杂碳化硅。合适的金属的实例包含钛、锆、钽和铂族金属。合适的金属合金的实例包含不锈钢、康铜、含镍合金、含钴合金、含铬合金、含铝-钛-锆合金、含铪合金、含铌合金、含钼合金、含钽合金、含钨合金、含锡合金、含镓合金、含锰合金、含金和含铁合金、以及基于镍、铁、钴、不锈钢的超合金、铁-铝基合金、和铁-锰-铝基合金。是钛金属公司的注册商标。丝可涂覆有一个或多个绝缘体。导电丝的优选材料是304、316、304L和316L不锈钢以及石墨。

网状加热元件的多个导电丝的电阻优选的是在0.3和4欧姆之间。更优选的是，多个导电丝的电阻是在0.5和3欧姆之间，并且更优选的是，约为1欧姆。多个导电丝的电阻优选的是比网状加热元件的电接触部分的电阻大至少一个数量级，并且更优选的是大至少两个数量级。这确保通过使电流通过网状加热元件生成的热集中到多个导电丝。

导电丝可限定丝之间的空隙，且空隙的宽度可在10微米与100微米之间。优选的是，丝引起空隙中的毛细管作用，使得在使用时，待汽化的液体被抽吸到所述空隙中，从而增加加热器组合件与液体之间的接触面积。

如在本领域中很好理解的，导电丝的网的特征还可在于其保留液体的能力。

优选的是，网状加热元件包括至少一根由第一材料制成的丝和至少一根由不同于第一材料的第二材料制成的丝。出于电气或机械的原因，这可能是有利的。例如，一个或多个丝可由电阻随温度显著变化的材料形成，所述材料例如铁铝合金。这使得丝的电阻的度量可以用于确定温度或温度的变化。这可用于抽吸检测系统中且可用于控制加热元件的温度以使其保持在所需温度范围内。

片状加热元件是流体可渗透的。如本文所使用，与片状加热元件相关的“流体可渗透”意指呈气相和可能呈液相的气溶胶形成基质可轻易地穿过片状加热元件。流体可渗透加热器的一般优势在于增加的表面积和改善的汽化。此外，提供流体可渗透加热器还可使经汽化液体气溶胶形成基质与气流的混合得以改进。

优选的是，片状加热元件是基本平坦的。如本文中所使用，基本平坦是指形成在单个平面中且不卷绕或另外符合弯曲或其它非平面形状。平坦加热元件可在制造期间易于处理且提供稳固的构造。

在片状加热元件是网状加热元件的实施例中，网状加热元件可包括沿着穿过网状加热元件的气流的目标方向堆叠的多个网状层。每一网状层可在制造期间易于处理且提供稳固的构造。此外，堆叠的网状层改进了液体气溶胶形成基质的汽化。

优选的是，片状加热元件具有方形几何结构。片状加热元件可具有为方形几何结构的加热区域，其每一侧的尺寸在3毫米和7毫米的范围内，优选的是在4毫米和5毫米的范围内。

片状加热元件可包括在平面上布置成彼此间隔开的多个窄加热条带。加热条带优选的是呈矩形形状，且在空间上布置成基本上彼此平行。加热条带可进行串联电连接。相比于例如使用具有相同面积的片状加热元件的情况，通过使加热条带适当地间隔开可获得更加均匀的加热。

优选的是，递送装置配置成在执行一个启动循环后向片状加热元件递送预定量的液体气溶胶形成基质。通过气隙将预定量的液体气溶胶形成基质从递送装置递送到片状加热元件。通过将液体气溶胶形成基质直接沉积到片状加热元件上，液体气溶胶形成基质可基本保持液态，直到它到达片状加热元件为止，但是元件附近的小液滴可能会在接触到片状加热元件之前气溶胶化。预定量的液体气溶胶形成基质可具有一定的剂量当量以在片状加热元件中产生所要体积的气溶胶。

优选的是，递送装置配置成用于将液体气溶胶形成基质作为大小和形状适合于片状加热元件的几何结构的喷射流而将其喷射到片状加热元件上。递送装置可适于将液体气溶胶形成基质喷射到片状加热元件上，以覆盖片状加热元件中面向递送装置的上游表面的至少90％，优选的是至少95％。

递送装置可包括传统类型的雾化器喷嘴，在此情况下，通过使用者的抽吸动作经由喷嘴供应空气流，从而产生将与在喷嘴的出口中产生雾化射流的液体混合和作用的加压气流。在市场上可获得数种包含对较小体积的液体起作用且大小符合装配在小型便携式装置中的要求的喷嘴的系统。可使用的另一类别的喷嘴是无气喷嘴，其有时被称为微型喷嘴。此类喷嘴产生极小的微型喷射雾锥。利用这一类型的喷嘴，装置内部的气流处理，即烟嘴内部的气流处理围绕喷嘴和加热元件，从而朝向烟嘴出口冲洗加热元件表面，优选的是包含离开烟嘴的气溶胶的湍流模式。

对于任一类型的喷嘴，递送装置和面向喷嘴的片状加热元件之间的气隙的距离优选的是在2和10毫米的范围内，更优选的是在3和7毫米的范围内。可使用任何类型的可用喷射喷嘴。来自制造商“李氏公司(The Lee Company)”的无气喷嘴062 Minstac是合适的喷嘴的实例。

优选的是，递送装置包括用于从液体存储部分泵送液体气溶胶形成基质的微型泵。通过使用微型泵而不是毛细芯或任何其它被动介质来抽吸液体，只有实际所需量的液体气溶胶形成基质才可以被传输到片状加热元件。可以仅按需求泵送液体气溶胶形成基质，例如响应于使用者的抽吸。

微型泵可允许在可变或恒定持续时间的间隔内以例如大约每秒0.7到4.0微升的流动速率按需递送液体气溶胶形成基质。在从8赫兹到15赫兹的泵送频率内操作的微型泵中，一个启动循环的泵送体积可约为0.5微升。优选的是，作为每次抽吸的液体气溶胶形成基质的剂量，每一启动循环中的泵送体积可为约0.4微升到0.5微升。

微型泵可配置成泵送特征在于相较于水具有相对较高粘度的液体气溶胶形成基质。液体气溶胶形成基质的粘度可在约15毫帕·秒到500毫帕·秒的范围内，优选的是在约18毫帕·秒到81毫帕·秒的范围内。

在一些实施例中，递送装置可包括用于从液体存储部分泵送液体气溶胶形成基质的手动操作泵。手动操作泵减少了电气和电子部件的数目，并因此可以简化汽化组合件的设计。

根据本发明的另一方面，提供一种适用于气溶胶生成系统的汽化组合件。汽化组合件包括片状加热元件和递送装置，所述递送装置用于将液体气溶胶形成基质从液体存储部分递送到片状加热元件，其中片状加热元件与递送装置间隔开，且配置成用于将所递送的液体气溶胶形成基质加热到足以使所递送的液体气溶胶形成基质的至少一部分挥发的温度。

根据本发明的第二方面，提供一种气溶胶生成系统，其包括上文根据第一方面所描述的汽化组合件，并且进一步包括用于检测使用者的操作以开始气溶胶生成的使用者操作检测单元。使用者操作检测单元可由例如抽吸传感器的抽吸检测系统配置。替代地或任选地，使用者操作检测单元可由例如电开关的开/关型按钮配置。开/关型按钮可配置成当使用者向下按压时触发微型泵和加热元件中的至少一个的启动。被向下按压的开/关型按钮的持续时间可确定微型泵和加热元件中的至少一个的启动的持续时间，例如，使用者在进行抽吸期间一直向下按压开/关型按钮。

优选的是，气溶胶生成系统进一步包括控制单元，所述控制单元适于在响应于检测到的使用者操作而启动加热元件之后延迟预定时间再启动递送装置。在使用者例如使用开/关型按钮或抽吸传感器启动后，控制单元可首先启动片状加热元件，然后在延迟约0.3到1秒之后，优选的是延迟0.5到0.8秒之后，可启动递送装置。启动的持续时间可以固定或可以对应于类似于例如通过使用者操作检测单元检测到的按压开/关型按钮或抽吸的使用者动作。或者，控制单元可适于同时启动片状加热元件和递送装置。

优选的是，气溶胶生成系统可包括装置部分和可替换的液体存储部分。装置部分可包括电源和控制单元。电源可以是任何类型的电源，通常是电池。递送装置的电源可与片状加热元件的电源不同，也可与片状加热元件的电源相同。

气溶胶生成系统可进一步包括电路，所述电路连接到汽化组合件且连接到作为电力源的电源。电路可配置成监测片状加热元件的电阻，并且优选的是，取决于片状加热元件的电阻而控制对片状加热元件的电力供应。

电路可包括具有微处理器的控制器，所述微处理器可为可编程微处理器。电路可包括其它电子部件。电路可配置成调节对汽化组合件的电力供应。电力可在启动系统之后连续地供应到汽化组合件，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汽化组合件。

电源可为一种形式的电荷存储装置，例如电容器、超级电容器或超高级电容器。电源可能需要再充电，并且可具有允许为一次或多次用户体验存储足够能量的容量；例如，电源可具有足以允许在约六分钟的时段内或在六分钟的倍数的时段内连续生成气溶胶的容量。在另一实例中，电源可具有足以允许预定次数的抽吸或汽化组合件的不连续启动的容量。

为了允许空气进入气溶胶生成系统，气溶胶生成系统的壳体壁，优选的是与汽化组合件相对的壁，优选的是底壁，具有至少一个半开放入口。优选的是，半开放入口允许空气进入气溶胶生成系统，但不允许空气或液体通过所述半开放入口离开气溶胶生成系统。例如，半开放入口可为半透膜，其可仅在一个方向上透气，但在相反方向上不透气且不透液。例如，半开放入口还可为单向阀。优选的是，半开放入口允许空气仅在符合特定条件时才能穿过所述入口，所述条件例如气溶胶生成系统中的最小低气压或穿过所述阀或膜的一定体积的空气。

液体气溶胶形成基质是能够释放可形成气溶胶的挥发性化合物的基质。可以通过加热液体气溶胶形成基质来释放挥发性化合物。液体气溶胶形成基质可包括植物类材料。液体气溶胶形成基质可包括烟草。液体气溶胶形成基质可包括含有挥发性烟草香味化合物的含烟草材料，所述挥发性烟草香味化合物在加热之后从液体气溶胶形成基质中释放。或者，液体气溶胶形成基质可包括不含烟草的材料。液体气溶胶形成基质可包括均质化植物类材料。液体气溶胶形成基质可包括均质化烟草材料。液体气溶胶形成基质可包括至少一种气溶胶形成剂。液体气溶胶形成基质可包括其它添加剂和成分，例如香料。

气溶胶生成系统可为电操作的系统。优选的是，气溶胶生成系统是便携式的。气溶胶生成系统的大小可相当于常规雪茄或香烟。系统的总长度可在大约45毫米和大约160毫米之间。系统的外径可在大约7毫米和大约25毫米之间。

根据本发明的第三方面，提供一种用于生成气溶胶方法，包括以下步骤：加热片状加热元件；以及通过设置成与片状加热元件间隔开的递送装置将液体气溶胶形成基质递送到片状加热元件，其中片状加热元件将所递送的液体气溶胶形成基质加热到足以使所递送的液体气溶胶形成基质的至少一部分挥发的温度。

附图说明

关于一个方面描述的特征可等同地应用于本发明的其它方面。

现在将参考附图仅以举例的方式描述本发明的实施例，在附图中：

图1是根据本发明的实施例的汽化组合件的示意图；

图2是根据本发明的实施例的由汽化组合件生成的喷射流的示意性说明；以及

图3是根据本发明的实施例的气溶胶生成系统的示意图。

在所有图中，相同的附图标记将指派给相同或类似的部件和特征。

具体实施方式

图1是根据本发明的实施例的汽化组合件的示意图。汽化组合件1包括并入到共用壳体10中的片状加热元件2和递送装置3。递送装置3由通过管道段12连接的微型泵6和喷嘴5配置。微型泵6适于通过管道段11从可替换的液体存储部分8接收液体气溶胶形成基质。递送装置3设置成与网状加热器元件2间隔开。详细地说，递送装置3和网状加热器元件2由具有喷嘴5的出口5A和片状加热元件2中面向喷嘴5的上游表面2A之间的距离D的气隙间隔开。喷嘴5适于通过管道段12接收从微型泵6泵送的一定量的液体气溶胶形成基质，并将此一定量的液体气溶胶形成基质作为喷射流4S喷射到片状加热元件2的上游表面2A上。喷嘴5配置成生成喷射流4S，使得所述一定量的液体气溶胶形成基质被片状加热元件2完全接收，且覆盖片状加热元件2的整个上游表面2A。壳体10包括空气入口4，所述空气入口4允许空气15从壳体10外部朝向片状加热元件2的上游表面2A传递到汽化组合件1中。片状加热元件2适于允许已经从空气入口4进入的空气15穿过并朝向片状加热元件2中与喷嘴5相对的下游表面2B。在穿过片状加热元件2后，空气15与通过片状加热元件2汽化的气溶胶形成基质组合以形成气溶胶16。

图2说明根据本发明的实施例的由汽化组合件生成的喷射流。从图1中所说明的汽化组合件的喷嘴5的出口5A输出的喷射流4S具有适配片状加热元件2的上游表面2A的几何结构的大小和形状。上游表面2A具有方形形状。喷射流4S呈现相同的方形形状。到达上游表面2A的喷射流4S的大小与上游表面2A的大小相同。

图3是根据本发明的实施例的气溶胶生成系统的示意图。气溶胶生成系统20包括图1中所说明的适于生成如图2中所说明的喷射流的汽化组合件1。此外，气溶胶生成系统20包括由可替换容器8实施的液体存储部分、电子控制单元9、电池单元13、用于电连接电池单元13、电子控制单元9和汽化组合件1的电驱动部件的布线部件14，所述电驱动部件即片状加热元件2和微型泵6。联接到壳体10的是可替换烟嘴17，其具有提供给使用者(未示出)以便吸入所生成的气溶胶16的气流出口18。

Claims (14)

1.一种用于气溶胶生成系统的汽化组合件，所述汽化组合件包括

加热元件，以及

递送装置，其用于将液体气溶胶形成基质从液体存储部分递送到所述加热元件，

其中所述加热元件与所述递送装置间隔开，且配置成用于将所述所递送的液体气溶胶形成基质加热到足以使所述所递送的液体气溶胶形成基质的至少一部分挥发的温度，且

其中所述加热元件是片状加热元件，所述片状加热元件是流体可渗透的且包括多个导电丝。

2.根据权利要求1所述的汽化组合件，其中所述片状加热元件是网状加热器。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的汽化组合件，其中所述片状加热元件包括穿孔板。

4.根据前述权利要求中任一项所述的汽化组合件，其中所述片状加热元件包括沿着穿过所述片状加热元件的气流的目标方向堆叠的多个网状层。

5.根据前述权利要求中任一项所述的汽化组合件，其中所述片状加热元件具有方形几何结构。

6.根据前述权利要求中任一项所述的汽化组合件，其中所述片状加热元件包括在平面上布置成彼此间隔开的多个元件。

7.根据前述权利要求中任一项所述的汽化组合件，其中所述递送装置配置成在执行一个启动循环后将预定量的所述液体气溶胶形成基质递送到所述片状加热元件。

8.根据前述权利要求中任一项所述的汽化组合件，其中所述递送装置配置成用于将所述液体气溶胶形成基质作为大小和形状适配所述片状加热元件的几何结构的喷射流喷射到所述片状加热元件上。

9.根据前述权利要求中任一项所述的汽化组合件，其中所述递送装置包括无气喷嘴。

10.根据前述权利要求中任一项所述的汽化组合件，其中所述递送装置包括用于从液体存储部分泵送所述液体气溶胶形成基质的微型泵。

11.一种气溶胶生成系统，其包括根据前述权利要求中任一项所述的汽化组合件和用于检测使用者的操作以开始气溶胶生成的使用者操作检测单元。

12.根据权利要求11所述的气溶胶生成系统，其进一步包括控制单元，所述控制单元适于在响应于检测到的使用者操作而启动所述加热元件之后延迟预定时间再启动所述递送装置。

13.根据权利要求11或12中任一项所述的气溶胶生成系统，其包括

装置部分，其包括电源和所述控制单元，

可替换的液体存储部分。

14.一种用于生成气溶胶的方法，其包括以下步骤：

加热片状加热元件；以及

通过设置成与所述片状加热元件间隔开的递送装置将液体气溶胶形成基质递送到所述片状加热元件，

其中所述片状加热元件将所述所递送的液体气溶胶形成基质加热到足以使所述所递送的液体气溶胶形成基质的至少一部分挥发的温度。