CN109714991B - 带有液体流限制的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于响应于气压测量来控制供电的装置，包括：空气流路径；腔室，具有孔口；液体流限制器，被构造为抑制液体经由孔口进入腔室；压力传感器，位于腔室中并能操作以在存在液体流限制器的情况下检测由空气流路径中的空气流导致的气压变化；以及电路，该电路用于将由压力传感器检测到的气压变化转换成控制信号以用于控制电池的电力输出。

Description

带有液体流限制的装置

技术领域

本发明涉及用于响应于气压测量来控制供电的装置，例如用于气溶胶供给系统中。

背景技术

诸如电子烟的气溶胶供给系统通常包含源液的储存器，源液包含一种制剂，通常包括尼古丁，从源液产生气溶胶，例如通过蒸发或其他方式。因此，用于气溶胶供给系统的气溶胶源可包括耦接到来自储存器的源液的一部分的加热元件。当用户在装置上吸气时，激活加热元件以使少量源液蒸发，从而将其转换成气溶胶以由用户吸入。更特别地，这种装置通常设置有一个或多个空气进口孔，空气进口孔被定位成远离系统的烟嘴。当用户在烟嘴上抽吸时，将空气通过进口孔吸入，并且空气经过气溶胶源。具有使进口孔连接到气溶胶源并连接到烟嘴中的开口的空气流路径，这样使得经过气溶胶源的空气继续沿着空气流路径到达烟嘴开口，其携带一些来自气溶胶源的气溶胶。携带气溶胶的空气通过烟嘴开口离开气溶胶供给系统以由用户吸入。

为了使得能够“按需”供给气溶胶，在一些系统中，空气流路径也与气压传感器连通。用户通过空气流路径吸气会导致气压下降。这由传感器检测到，并且使用来自传感器的输出信号产生用于激活容纳于气溶胶供给系统中的电池的控制信号，以对加热元件供应电力。因此，响应于用户通过装置吸气，通过源液的蒸发来形成气溶胶。在喷烟结束时，气压再次改变，以由传感器检测到，这样使得产生使电力的供应停止的控制信号。这样，仅当用户需要时产生气溶胶。

在这种构造中，空气流路径与压力传感器和加热元件均连通，其本身与源液的储存器流体连通。因此，存在源液可能到达压力传感器的可能性，例如如果电子烟掉落、损坏或误处理。压力传感器暴露于液体会使传感器临时地或永久地停止正常工作。

因此，缓解此问题的方法是令人感兴趣的。

发明内容

根据本文描述的某些实施例的第一方面，提供一种用于响应于气压测量来控制供电的装置，该装置包括：空气流路径；腔室，具有孔口；液体流限制器，被构造为抑制液体经由孔口进入腔室；压力传感器，位于腔室中并能操作以在存在液体流限制器的情况下检测由空气流路径中的空气流导致的气压变化；和电路，该电路用于将由压力传感器检测的气压变化转换成控制信号以用于控制电池的电力输出。

压力传感器可以是能操作以在存在液体流限制器的情况下，检测在空气流路径中每秒5ml的空气流下的155Pa到在空气流路径中每秒40ml的空气流下的1400Pa的范围内的气压变化。

空气流路径可位于腔室外，并且与孔口连通。除了孔口以外，腔室可以是气密的。

或者，该孔口是用于腔室的空气出口，腔室进一步包括空气进口，空气流路径经过腔室并包括该孔口和该空气进口。

液体流限制器可布置在孔口中或横穿(across，横越)孔口，或者布置在空气流路径中或横穿空气流路径，或者如果具有适当的尺寸，可以是该孔口本身。

液体流限制器可包括网，例如具有疏水材料的表面层或者由疏水材料制成的网，和/或具有100μm或更小的孔径尺寸及200或更高的规格(gauge)的网。

在其他实施例中，液体流限制器可包括带有钻孔的喷嘴。喷嘴可由疏水材料制成或者具有疏水材料的表面涂层。例如，喷嘴可由聚醚醚酮制成。或者，喷嘴可以是亲水的。例如，喷嘴可由金属制成，例如不锈钢。喷嘴的钻孔可具有0.5mm或更小的直径，例如0.3mm。

在其他实施例中，液体流限制器可包括单向阀，该单向阀被构造为在空气流路径中的第一方向上的空气流的压力下打开，并针对相反方向上的液体流关闭。

该装置可进一步包括响应于来自电路的控制信号的电池。该装置可以是气溶胶供给系统的部件。

根据本文提供的某些实施例的第二方面，提供一种气溶胶供给系统，其包括根据第一方面的用于响应于气压测量来控制供电的装置。

根据本文提供的某些实施例的第三方面，提供一种用于响应于气压测量来控制供电的装置，该装置包括：空气流路径；腔室；从空气流路径通向腔室的孔口；液体流限制器，被布置在孔口中或横穿孔口并构造为抑制液体通过孔口进入腔室，液体流限制器包括网或带有钻孔的喷嘴；压力传感器，位于腔室中并能操作以在存在液体流限制器的情况下检测由空气流路径中的空气流导致的气压变化；和电路，该电路用于将由压力传感器检测的气压变化转换成控制信号以用于控制电池的电力输出。

根据本文提供的某些实施例的第四方面，提供一种用于响应于气压测量来控制供电的装置，该装置包括：空气流路径；腔室；从空气流路径通向腔室的孔口；液体流限制器，被布置在孔口中或横穿孔口，并构造为使空气能透过且使液体不能透过以抑制液体进入腔室；压力传感器，位于腔室中并能操作以在存在液体流限制器的情况下检测由空气流路径中的空气流导致的气压变化；和电路，该电力用于将由压力传感器检测的气压变化转换成控制信号以用于控制电池的电力输出。

在所附独立权利要求和从属权利要求中阐述了某些实施例的这些方面和其他方面。将认识到，从属权利要求的特征可彼此组合，及与独立权利要求的特征组合，除了在权利要求中明确阐述的那些组合以外。而且，本文描述的方案不限于例如下面阐述的具体实施例，而是包括并考虑本文提出的特征的任何适当的组合。例如，可提供根据本文描述的方案的装置，其适当地包括下面描述的各种特征中的任何一个或多个。

附图说明

现在将参考附图仅通过实例来详细地描述各种实施例，其中：

图1示出了可使用本发明的实施例的气溶胶供给系统的示意图；

图2示出了可使用本发明的实施例的气溶胶供给系统的部分的剖视示意图；

图3示出了根据本发明的实施例的装置的第一实例构造；

图4示出了根据本发明的实施例的装置的第二实例构造；

图5示出了根据本发明的实施例的装置的第三实例构造；

图6示出了使用通流(flow-through)构造的液体流限制器的网实施例记录的压力测量结果的曲线图；

图7示出了使用旁流(flow-bypass)构造的液体流限制器的网实施例记录的压力测量结果的曲线图；

图8示出了根据液体流限制器的网实施例的实例装置的透视剖视图；

图9示出了在渗漏试验之前和之后从图8的装置记录的压力测量结果的曲线图；

图10示出了使用旁流构造的液体流限制器的喷嘴实施例记录的压力测量结果的曲线图；

图11示出了根据液体流限制器的喷嘴实施例的实例装置的透视剖视图；

图12示出了从带有不同喷嘴的图8的装置记录的压力测量结果的曲线图；

图13示出了在渗漏试验之前和之后从图11的装置记录的压力测量结果的曲线图；以及

图14示出了根据液体流限制器的阀实施例的实例装置的示意性剖视图。

具体实施方式

在本文中讨论/描述了某些实例和实施例的方面和特征。某些实例和实施例的一些方面和特征可用传统方式实现，为了简洁起见，这些不进行详细的讨论/描述。因此，将认识到，不详细描述的本文讨论的设备和方法的方面和特征可根据任何传统的用于实现这些方面和特征的技术来实现。

如上所述，本公开涉及(但不限于)气溶胶供给系统，例如电子烟。在以下描述中，有时可使用术语“电子烟”；然而，将认识到，此术语可与气溶胶(蒸气)供给系统互换地使用。

图1诸如电子烟10等的气溶胶/蒸气供给系统的非常示意性的图示(不是按比例绘制的)，一些实施例可应用于该气溶胶/蒸气供给系统。电子烟具有大致圆柱形的形状，沿着由虚线指示的纵向轴线延伸，并且包括两个主要部件，即主体20和烟弹组件30。

烟弹组件30包括储存器38，储存器38包含源液，源液包括液体制剂，从液体制剂产生气溶胶，例如源液包含尼古丁，烟弹组件30还包括用于加热源液以产生气溶胶的加热元件或加热器40。源液和加热元件40可共同叫做气溶胶源。烟弹组件30进一步包括烟嘴35，烟嘴35具有开口，用户可通过开口吸入由加热元件40产生的气溶胶。源液可包括大约1％到3％的尼古丁和50％的甘油，剩余部分包括大约等量的水和丙二醇，还可能包括其他成分，例如香料。主体20包括可再充电电池单元或电池54(在下文中叫做电池)以对电子烟10供电，以及印刷电路板(PCB)28和/或其他通常用于控制电子烟的电子器件。在使用中，当加热元件40从电池54接收电力时，如由电路板28响应于气压传感器(未示出)检测到的压力变化所控制的，加热元件40使加热位置处的源液蒸发以产生气溶胶，然后这由用户通过烟嘴35中的开口吸入。将气溶胶从气溶胶源沿着空气通道(未示出)运送到烟嘴35，当用户在烟嘴上吸气时，空气通道将气溶胶源连通到烟嘴开口。

在此特殊实例中，主体20和烟弹组件30可通过在平行于纵向轴线的方向上分离而彼此分开，如图1所示，但是当装置10在使用中时通过配合的接合元件21、31(例如，螺钉或卡口配合)连接在一起，以在主体20和烟弹组件30之间提供机械连接和电连接。当主体20从烟弹组件30分离时，用来连接到烟弹组件30的主体20上的电连接器接口还可用作用于使主体20连接到充电装置(未示出)的接口。可将充电装置的另一端插入外部电源，例如USB插座，以对电子烟的主体20中的电池54充电或再充电。在其他实现方式中，可提供单独的充电接口，例如，当仍连接到烟弹组件30时可这样对电池54充电。

电子烟10设置有一个或多个用于空气进入的孔(未在图1中示出)。这些在主体20的外壁中的孔，连接到空气流路径，空气流路径穿过电子烟10连通到烟嘴35。空气流路径包括主体20中的压力传感区域(未在图1中示出)，然后从主体20连通到烟弹组件30中，连通到加热元件40周围的区域，这样使得当用户通过烟嘴35吸气时，将空气通过该一个或多个空气进口孔吸入空气流路径。此空气流(或者产生的压力变化)由与空气流路径连通的压力传感器(未在图1中示出)检测，接着压力传感器激活加热元件(经由电路板28的操作)以使一部分源液蒸发，从而产生气溶胶。空气流通过空气流路径，与加热元件40周围的区域中的蒸气组合，并且产生的气溶胶(空气流和冷凝蒸气的组合)沿着空气流路径移动以由用户吸入，该空气流路径从加热元件40的区域连通到烟嘴35。

在一些实例中，当源液供应耗尽时，可丢弃可拆卸的烟弹组件30，并且用另一烟弹组件替换，如果这样希望的话。然而，主体20可旨在是可重复使用的，例如以通过连接到一系列一次性可拆卸烟弹组件来提供一年或更长时间的操作。因此，保持该主体20中的部件的功能是令人感兴趣的。

图2示出了穿过与图1的电子烟类似的实例电子烟的中间部分的示意性纵向剖视图，其中，烟弹组件30和主体20连接。在此图示中，烟弹组件30示出为附接到主体20；这些部件的侧壁32、22的形状构造为允许推入配合(还可使用搭扣配合、卡口或螺钉配合)。主体24的侧壁22具有一对孔24(可使用更多或更少的孔)，其允许空气进入，由箭头A示出。这些孔连通到位于主体20中的中心空气流路径或通道66的第一部分，当烟弹组件30和主体20连接时，第一部分联接到位于烟弹组件30中的空气流通道66的第二部分，以形成连续空气流通道66。加热元件40位于空气流通道66内，这样使得当用户通过烟嘴吸气从而通过孔24拉入空气时，空气可穿过加热元件而被抽吸，以收集蒸发的源液。

主体20还包括压力传感器62，其可操作以检测空气流通道66内的气压变化。传感器62在腔室60中，腔室60经由孔口64连通到空气流路径66的第一部分。将通道66中的气压变化通过孔口64传达到腔室60中以由传感器62检测到。在另选布置中，传感器62可位于空气流通道内(在下面进一步讨论)。在此实例中，电路板28或之前提到的其他电子器件也位于腔室60中(其可位于电子烟中的其他地方)，并且当其响应于气压变化时接收传感器62的输出。如果检测到超过预定阈值的气压压降，那么这表明，用户正通过空气流通道吸气，并且电路板对电池54产生供应电流的控制信号，以产生加热元件的加热。这些各种部件可认为是用于响应于气压测量来控制供电的装置。

加热元件40从电子烟的储存器(未在图2中示出)接收源液的供应，例如通过芯吸(取决于加热元件的材料结构)。如可从图2认识到的，这将源液带到离压力传感器很近的地方。在正常操作条件下，这通常将是没有问题的；加热元件能够保持源液，并且当源液蒸发时，有规律地从该区域抽走源液。然而，储存器的泄漏、破坏或其他故障，电子烟上的冲击，或者类似事件，会迫使或使得源液在与吸入空气流方向相反的方向上沿着空气流通道66移动，经过加热元件40，如由箭头L指示的。于是源液能够进入腔室60并打断压力传感器62的操作。

本发明的实施例涉及旨在抑制压力传感器暴露于源液同时仍允许压力传感器的可接受操作的布置。考虑若干种构造。

装置几何形状

图3示出了根据本发明的实施例的第一实例气压检测布置的高度示意性的图示(不是按比例绘制的)。该布置与图2所示的布置类似。如以各种方式说明的，特征的方向没有任何意义。在图3的实例中，压力传感器62位于空气流路径或通道66的部分附近的腔室60中，该腔室由在电子烟的结构内形成的侧壁限定，并且与之前描述的空气进口孔连通。该通道当其通过腔室时可以是笔直的或者可以不是笔直的。在由用户吸入时，空气沿着路径流动，如由箭头A指示的。腔室60在一个壁中具有通向空气流路径66的孔口64，空气流路径在腔室外且不流过该腔室。将在空气流路径中出现的气压变化通过孔口64传达到腔室60的内部，这样使得压力传感器62能够检测该变化，并且将对应输出发送到控制电子器件或电路板(未在图3中示出)。根据本发明的实施例，该装置进一步包括液体流限制器70(也叫做限制器)，其位于孔口64中、孔口上方或横穿孔口，孔口64用来防止、减少或抑制任何可能在空气流路径66中的液体L进入腔室60并危及传感器62。考虑液体流限制器70的各种构造；这些在下面进一步描述。然而，这些构造的共有特性是，每个装置都可在一定程度上使空气流透过，将空气流路径66中的压力变化全部或大部分传达到腔室60以由传感器66成功检测到，同时也是全部或大部分不可使液体透过的，这样使得抑制或防止液体进入腔室60及传感器66附近。为此，在此实例中，液体流限制器70的尺寸和形状通常构造为，通过插入到孔口内或固定在孔口64上方来填充孔口64。在图3实例的特殊布置中，如果腔室60制造为除了孔口以外基本上是气密的，那么便于液体流限制器70的操作。与吸气过程中的空气流通道中的压力相比，这从腔室60产生背压，该吸气与限制器70上或其附近的任何液体流入腔室60相反地作用。而且，图3的布置将空气流通道保持在干净且不受限的条件中，这样使得不改变通过电子烟吸入的用户体验。空气流A绕过限制器70。另外，图3实例的构造对任何液体提供一种另选的且更简单的流路径，其沿着空气流路径找到和孔口一样远的路。液体能够，相比于穿透限制器并进入腔室而言，更容易经过孔口沿着空气流路径继续移动，因此结果更可能是这样，还通过此机制将液体保持在腔室外。

图4示出了根据本发明的实施例的第二实例气压检测布置的高度示意性的图示(不是按比例绘制的)。和图3实例一样地布置腔室60、传感器62、孔口64和空气流路径66，空气流路径66位于腔室60外。然而，在此实例中，液体流限制器70位于空气流路径66内并横穿空气流路径66延伸，而不是位于孔口64中。它相对于吸入空气流A的方向位于孔口的下游，但是相对于可能的液流L的方向位于孔口的上游。因此，将空气流路径66中的气压经由孔口没有任何障碍地直接传达到腔室60中，并传达到传感器62，同时通过限制器70的存在而抑制或防止液体到达孔。和之前一样，限制器70可使空气流透过，这样使得空气可沿着空气流路径66自由地通过。然而，注意，在此实例中，限制器70沿着路径66直接位于空气流A中；它是通流构造，与图3的旁流构造不同。因此，限制器的存在对于通过电子烟吸入的用户来说可以是明显的，例如，激活装置所需的吸入抽吸压力可能增加。限制器可设计为解决此问题，如下面进一步讨论的。

图5示出了根据本发明的实施例的第三实例气压检测布置的高度示意性的图示(不是按比例绘制的)。此实例与图4实例的相似性在于，其是通流布置，其中空气流A经过限制器70。然而，与图3和图4的实例两者相比，空气流路径66布置为通过腔室60。腔室60具有和前面一样的孔口64，但是在此实例中，对于空气流路径66，孔口64是源自腔室60的出口或开口。腔室60具有另一开口68，对于空气流路径66，另一开口68是进入腔室60的进口。在用户吸入的过程中，空气流A通过进口68进入腔室60，并通过出口孔口64离开。压力传感器62和前面一样位于腔室60中，但是图5的构造将传感器62更直接地暴露于空气流和产生的压力变化。腔室60示出为比空气流路径的进口部分和出口部分宽得多的盒子；这并不是必需要的。相反，可能使用仅足以容纳传感器的体积的路径的加宽，或者传感器可能直接位于空气流路径中，这样使得路径用作腔室。腔室的形状可能构造为促进平稳空气流通过其中。在此实例中，液体流限制器70位于孔口64中或横穿孔口64，并位于腔室的空气出口处。此位置相对于可能的液流L的方向在传感器62的上游，因此通过限制器70的液体流抑制特征来保护传感器62不暴露于液体。限制器70优选地构造为对通过其的空气流产生最小影响，这样使得吸气的用户不容易发觉到它的存在。

虽然图3、图4和图5的实例在部件和特征的相对定位上不同，但是将认识到，在每种情况下，限制器布置为通过抑制液体通过腔室中的孔口进入腔室来使液体远离传感器，同时不妨碍传感器的功能。

现在将描述液体流限制器的三种设计。这些设计分别是网式限制器、喷嘴式限制器，和阀式限制器。

网式限制器

在本上下文中，网片可用作液体流限制器。网的经线和纬线之间的开口或孔隙允许空气流过，但是如果开口足够小，那么由于液体中的表面张力，会大幅阻碍液体的通过。液体将不能形成足够小的液滴以通过这些开口。网可想做是可透过气体(包括空气)但是不可透过液体的隔膜。如果网设置有疏水材料的表面层，或者由疏水材料制成，那么可增强对液体的不透性。可将适当尺寸和/或处理的网的片贴附在适当位置，以全部或基本上覆盖腔室的孔口64(图3和图5的实例)，或者全部或基本上横穿空气流通道66的钻孔延伸(图4实例，或者图5实例，在比所描绘的更上游的位置)。

可能的网材料包括不锈钢和聚合物(例如尼龙)。已经进行若干种细网的试验。在每种情况下，网由编织成正方形网格图案的规则排列的纤维或金属丝形成。试验不同的金属丝厚度和不同的规格(给出不同的孔径尺寸)，包括规格80的不锈钢网(孔径尺寸大约280μm，金属丝厚度大约150μm)；规格200的不锈钢网(孔径尺寸大约64μm，金属丝厚度大约30μm)；规格400的不锈钢网(孔径尺寸大约37μm，金属丝厚度大约27μm)；规格500的不锈钢网(孔径尺寸大约22μm，金属丝厚度大约28μm)；以及细尼龙网(孔径尺寸大约162μm，金属丝厚度大约53μm)。通过喷雾应用疏水处理来处理每种网类型的样本，商用实例产品是来自Rust-Oleum(RTM)的NeverWet(RTM)，其排斥表面液体。气相沉积是一种用于疏水处理的应用技术。而且，应相对于装置的预期目的来选择合适的疏水材料。将疏水材料包含在供人类口腔使用的气溶胶供给系统中，将需要对疏水材料进行试验或认证，以供食品和/或医疗行业使用。

在带有通流构造和旁流构造的试验台中对网进行试验，腔室和空气流通道几何形状与在实际电子烟中找到的那些相当。使用真空泵通过试验台产生空气流，用流量计和压力计进行监测。为了模拟实际电子烟装置内的流动条件，产生用大约1.3kPa的总压降实现的50ml/s的空气流。空气流运行大约3秒的一段时间。

试验台包括两个压力传感器，网的每侧上一个，用于测量网上的压降。可评估测量结果，以判断网的存在是否会对腔室中的压力变化产生不利影响而导致在腔室中进行的测量将无法正确反映吸入过程中的空气流，并且判断网的存在是否对通过装置的空气流造成过多干扰。

图6示出了通流构造的试验台的实验结果，作为所测量的压差的图。线A来自网的上游侧的传感器，线B来自网的下游侧的传感器。这些数据是关于大气压力值的归一化，这样使得仅示出了相对于大气压的压差。图6(a)示出了控制试验的测量结果，具有2mm直径的开放孔口，没有网。此结果表明，在50ml/s的流速下，孔上的压降大约是0.1kPa。图6(b)示出了5mm直径的孔的试验的测量结果，该孔覆盖有带有疏水涂层的规格80的钢网。观察到大约0.1kPa的类似压降，表明网的存在不影响空气流和压力行为。相比之下，对于更小规格的网，保持50ml/s流速所需的压降变得大得多。图6(c)示出了带有疏水涂层的规格200的钢网(5mm直径)的测量结果，表明大约0.7kPa的压降，而图6(d)示出了带有疏水涂层的规格400的钢网(5mm直径)的测量结果，并且表明大约6kPa的压降。因此，更细的网对空气流具有较高的阻力，这将可能被认为是在实际的气溶胶供给系统中产生过大的抽吸阻力。

更细的网的高阻力可能部分地由孔隙的堵塞而导致，由所施加的疏水喷涂涂层而导致孔隙堵塞。对于一些应用，这可能是没有问题的。以另外的方式，可能采用施加一层更薄的疏水材料的涂覆处理，或者省略疏水材料，或者增加孔口和覆盖其的网的直径(此选项将取决于装置的预期几何形状)，或者使用具有更大孔隙的网，如果其仍可对液流提供合适的限制的话。

图7示出了带有网式限制器的旁流构造的试验台的实验结果。在此布置中，第一传感器在由网覆盖的孔口后面的闭合腔室中，第二传感器在主空气流通道中。因此，第一传感器测量通道中的压降，如通过网所经历的。图7(a)示出了控制试验的测量结果，具有10mm的开放孔口，没有网。绘制两个传感器的测量结果，但是其是基本上重叠的，表明腔室内部和外部的相同压力，在大小或时间延迟上减小很少或者没有减小。分别如图7(a)和图7(c)所示，对于10mm直径的规格500的钢网(无疏水涂层)，及对于10mm直径的聚合物网(无疏水涂层)，观察到类似的结果。这些结果表明，通过孔口与空气流路径连通并在孔口的上方受网保护的单独腔室中的压力传感器，能够精确地检测流路径内的压力变化，并且网不会干扰沿着流路径的空气流。此几何形状(对应于图3实例)的一个优点是，因为网形式的限制器装置不放在空气流路径中，所以可使用细得多的网，与通流几何形状相比，抽吸阻力没有任何增加。更细的网将可能更有效地阻止液流，从而防止液体进入腔室，并且没有疏水涂层也可提供足够的保护。

进一步试验具有疏水涂层和没有疏水涂层的各种网，以评估它们阻止液体通过其渗漏的能力。使用在底端用每种类型网的圆盘封闭的管子，执行各种越来越严格的渗漏试验。所使用的液体是用于电子烟的尼古丁溶液。未处理的聚合物网和未处理的规格80的钢网承受一滴液体加上轻微搅动，没有渗漏。更多液滴的增加导致渗漏。当用疏水涂层处理时，这些网一开始能够承受另外五个液滴，但是在10分钟延迟之后表现出渗漏。当缺少疏水处理时，这对于所有更细规格的钢网来说也是这样的。当提供疏水涂层时，规格200、400和500的钢网在10分钟延迟之后不表现出渗漏，但是当受到1.3kPa正压时允许液体通过，其能够推动液体通过网孔。此施加的压力对应于用户主动地吹入电子烟(与通常的吸吮、吸入作用不同)，其可用于尝试清除感知到的堵塞。这种堵塞可能是源液从储存器的泄漏，这样使得向电子烟内吹气可能推动液体通过任何位于空气流路径上的网状屏障。因此，在此上下文中，诸如图3实例的旁流几何形状可能是优选的。进一步试验的结果与此相关。

图8示出了通过另一试验台80的横截面透视图，另一试验台80设计为对电子烟的部件更精确地建模，并且使用旁流构造的网式限制器，如与图2比较可认识到的。腔室60已经在其上内表面上安装压力传感器62。腔室60的上壁示出为具有孔；这在关于漏气和气密性的试验中使用，但是对于当前实例来说是闭合的以提供气密腔室。腔室60在一个壁中具有直径4mm的孔口，其由网式限制器70a覆盖。网在此实例中是规格500的不锈钢的5mm直径的圆盘，带有疏水表面涂层，胶粘在孔口的上方。空气流路径66经过孔口，这样使得腔室内部经由网70a与空气流路径66空气连通。该路径由第一管子66a和第二管子66b形成，第一管子66a竖直地布置以模拟电子烟的主体中的空气进口通孔24，第二管子66b水平地布置以模拟通向电子烟的烟弹组件中的加热元件的空气流通道，但是在试验台80中终止于出口25。两个管子在网70a和孔口的附近以直角联接。

为了模拟用户的泄漏和疏通尝试，旋转该试验台80以竖直地放置管子66b，并且此管子66b充满尼古丁溶液(与渗透试验中使用的相同的液体)。这相当于由烟弹组件的完全失效导致的严重泄漏。对出口25施加正压，以模拟用户向堵塞的电子烟内吹气；这推动尼古丁溶液沿着管子66a前进并通过空气进口24离开。然后，在3秒50ml/s空气流(和之前一样)的过程中记录压力测量结果，并与在泄漏模拟之前在相同条件下进行的测量结果进行比较。

图9示出了这些测量结果的曲线图，和之前一样归一化为大气压力。线A和线B分别是在泄漏模拟之前和之后记录的压力信号。如可看到的，这两个记录的压力曲线非常相似，表明在此旁流布置中(其对液体提供另选路径，而不是迫使其通过网)，网成功地保护传感器不受液体的影响，还表明网中和网周围的任何残余液体都不会对转移到腔室中并由传感器检测到的压力产生不利影响。

对于诸如电子烟的气溶胶供给系统的特殊应用，结果表明，在大约500的规格下，带有大约25μm或更小的孔径尺寸的网将是有效的。更大的孔径和规格也可被认为适合于此应用，例如在200或400的规格下，小于100μm、小于75μm或小于50μm的孔径尺寸。对于其他应用，其他尺寸的网可能是优选的。

喷嘴流限制器

可使用的液体流限制器的第二实例是喷嘴，或管子，其意味着一种具有窄钻孔的元件，窄钻孔可能是圆柱形的，通过其中。该钻孔可以是笔直的，这减小了将气压变化通过限制器传送到传感器时喷嘴的存在的影响。而且，该钻孔可具有恒定的或基本上恒定的直径、宽度和/或横截面积。当与图3、图4和图5的构造一样放在孔口或空气流路径中时，喷嘴具有将孔口或路径的宽度或直径减小或使其变窄到钻孔的宽度的效果。或者，孔口或路径可能形成为在适当的点处具有较窄的直径(钻孔)，以避免需要单独的部件。空气仍可通过钻孔，但是将大幅限制液体的通过；表面张力将防止液体形成足够小到能通过钻孔的液滴。喷嘴的远边上的任何正压，例如来自密封腔室内的正压，也将阻止液体的流动。因此，形成空气可透过但是液体透不过或几乎透不过的屏障，可将其放置为保护传感器不暴露于液体。在通流几何形状(例如，图4和图5)的上下文中，对于特殊应用，喷嘴可限制空气过多流入，尽管其有时可能是有用的。在这种情况下，喷嘴在旁流几何形状中可能更有用地使用，例如图3的构造。

在与用于网试验的试验台类似的旁流试验台中测试各种喷嘴，第一传感器位于具有和孔口一样的窄钻孔的腔室内，第二传感器位于腔室外的空气流路径中。和之前一样，将真空泵应用于试验台大约3秒的时段，产生大约50ml/s的流速。

图10示出了这些试验的结果，作为由两个传感器记录的测量结果的图，和之前一样归一化为大气压力。线A来自腔室中及由此位于喷嘴后面的传感器，线B来自空气流路径中的传感器。图8(a)示出了1.2mm内径的孔或钻孔的测量结果，图8(b)示出了0.51mm内径的孔或钻孔的测量结果，图8(c)示出了0.26mm内径的孔或钻孔的测量结果，图8(d)示出了0.21mm内径的孔或钻孔的测量结果。这些结果的评估表明有多少外部压力(空气流路径中的空气流)通过喷嘴钻孔转移，并由腔室中的传感器检测到(线A)。对于最大的1.2mm的喷嘴，检测大约90％的外部信号。在腔室内检测到的信号的比例随着喷嘴钻孔的减小而减小，直到使用0.21mm喷嘴时，仅检测到大约10％的外部空气流压力。这并非完全如预期的那样；信号的减少比预期的要大。一个可能的解释是，在试验台的制造和组装中存在缺陷，导致包含传感器的腔室对外部大气没有完全密封。随着喷嘴尺寸的减小，任何泄漏的影响将成比例地变大，并且产生腔室中的压力与大气压力的相等；这将掩盖由喷嘴的另一侧上的(空气流路径中的)空气流产生的低压信号。对容纳传感器并由小口径喷嘴屏蔽的腔室确保针对大气压力的良好密封将克服这一问题。这也适用于使用网式限制器而不是喷嘴限制器的实施例。高质量制造和试验以实现密封腔室可从腔室内提供更大的测量信号，从而提供更可靠的装置操作。进一步的试验证实了这一点。

图11示出了通过构造为测试喷嘴限制器的另一试验台的透视剖视图。试验台82具有与图8所示的网试验台80的构造相同的构造，除了用喷嘴限制器70b代替网式限制器70a以外。测试各种喷嘴，每个喷嘴将孔口填充到腔室60中。喷嘴具有0.5mm、0.25mm和0.125mm的内孔径。可使用其他内孔径，例如0.4mm、0.3mm、0.2mm和0.1mm。喷嘴由聚醚醚酮(PEEK)制成，PEEK是一种固有疏水材料。也可能使用其他疏水材料来制造用于限制器应用的喷嘴。还可使用金属来制造喷嘴，例如不锈钢。进一步，腔室可形成为具有集成喷嘴。例如，腔室可形成为具有适当尺寸的孔口，以用作喷嘴限制器。密封该腔室以使其是气密的，除了喷嘴钻孔以外。在试验过程中，使用真空泵，将空气以50ml/s的速度通过空气流路径66抽出大约3秒。

图12示出了这些试验的结果，作为由传感器62记录的压力的曲线图，针对大气压力进行归一化。图12(a)示出了不使用喷嘴70b的控制试验的测量结果，通向腔室62中的开放孔口具有2mm的直径。图12(b)、图12(c)和图12(d)分别示出了0.25mm、0.5mm和0.125mm喷嘴钻孔的结果。这些结果表明，对于密封防止空气泄漏的腔室，喷嘴不会减弱可由腔室中的传感器记录的压力信号，即使是对于最小直径的喷嘴钻孔，其将提供最大的保护防止液体进入。可通过腔室中的传感器精确地测量空气流通道中的压力。

相比之下，与对密封腔室进行的试验相比，通过故意引入腔室的空气泄漏来执行的进一步试验表现出大量减少的压力信号。与喷嘴钻孔的尺寸相比，更大泄漏的影响更大；例如0.25mm孔的泄漏将通过0.125mm喷嘴记录的信号大小减小大约95％，但是将通过0.5mm喷嘴记录的信号大小减小大约20％。与通向腔室的进口相当的或更大的泄漏能够使腔室与大气压力相等或几乎相等，导致在腔室中可检测到很少的来自空气流的压力。较小的泄漏仅允许部分均衡，因此可测量腔室中的更高比例的空气流压力。因此，适当密封以得到气密性的腔室确保了可在腔室中检测到最大量的压力信号。

还测试喷嘴限制器阻止液体渗漏的能力。在Perspex(RTM)板上钻取直径从0.5mm到2.0mm范围内的孔。第一组孔在末端封闭，即，不正好通过片。第二组孔也是封闭的，并且用疏水材料(NeverWet(RTM))的喷涂层处理周围的片材。第三组和第四组孔在末端是开放的，即，正好分别未处理和已处理材料中通过片。用于电子烟的尼古丁溶液形式的液体沉积在每个孔上，并且观察穿透到孔中的程度。

未经疏水处理的封闭孔表现出少量穿透，对于更大直径的孔穿透更多。未经疏水处理的开放孔表现出所有孔的穿透。表面处理大幅增强孔的性能。对于开放孔，更大直径的孔表现出穿透，但是疏水处理能够阻止液体穿透到更窄的孔中。对于封闭孔，仅有最大的表现出任何液体穿透，并且这只是部分穿透。疏水材料处理导致液体拉成珠状或液滴，其表面张力阻止其流入孔中。将需要更多能量来克服这一点而迫使液体进口孔中，这样使得能量平衡防止液体进入。如果孔的内表面也具有疏水表面，那么该效果将增强。虽然可能使用更精细的表面涂层来实现这一点，但是另一种替代方式是用固有疏水材料来制造喷嘴限制器，例如以上讨论的PEEK喷嘴。

而且，封闭孔在防止液体进入方面比开放通孔有效得多。这是因为液体用来密封孔底部中的空气的体积，并且当液体尝试进一步穿透进口孔中时，此空气被压缩并产生背压以阻止液体，平衡液体的重量以防止进一步进入。在没有空气被困住的开放孔中，此效果是不存在的。在对腔室内的传感器进行保护的情况下，封闭孔和开放孔与气密腔室和泄漏腔室是类似的。然而，腔室体积将大于试验孔的体积，因此将产生更小的背压，并且保护效果可能减弱。然而，其仍将提供一些效果，这样使得尝试气密密封所使用的带有喷嘴限制器的腔室是有益的。

使用图11所示的喷嘴试验台82执行进一步的渗透试验。喷嘴钻孔直径是0.25mm，并且喷嘴由PEEK制成。应用了类似于相对于图8和图9描述的泄漏模拟试验协议。

图13示出了此试验的结果。线A和B分别示出了在泄漏模拟之前和之后在腔室中检测到的压力。对于每个试验，所记录的压力是非常类似的，表明液体进入对传感器没有损坏，并且泄漏之后留在喷嘴上、喷嘴周围或喷嘴内的任何残余液体对传感器性能没有影响。

对于诸如电子烟的气溶胶供给系统的特殊应用，该结果表明，带有大约0.5mm或更小的钻孔宽度的喷嘴将是有效的，包括0.3mm或更小、0.25mm或更小，以及0.125mm或更小。对于其他应用，其他尺寸的喷嘴可能是优选的。

阀式限制器

可替换地，阀可用作液体流限制器。构造为打开并允许(气体或液体)在一个方向上流动但是仍关闭以阻止在相反方向上流动的单向阀，可位于空气流路径中，以允许空气在吸入方向上(在图1中从进口孔24向烟嘴35)通过，但是阻止液体在相反方向上(在图1中从储存器38和加热元件40朝着腔室60和空气进口24)流动。如果相对于空气流方向放在传感器下游并相对于液流方向放在传感器上游，那么将抑制任何泄漏的液体到达传感器，同时仍允许传感器经历空气流路径中的空气流并检测对应的压力变化。

在这种布置中，可能考虑“开启压力(cracking pressure)”，其是来自打开阀所需的进入空气流的压力的量。将使用液体流限制器的装置可具有对应于装置的正常操作过程中的空气流的预期操作压力，并且如果开启压力超过此操作压力，那么装置可能变得不可操作或者更难使用或更不方便使用。例如，在电子烟中，通过用户吸入产生的空气流会产生操作压力。通常，在5ml/s到40ml/s的空气流速下，这是155Pa到1400Pa的等级。如果将具有超过此压力的开启压力的阀安装在空气流路径中，那么用户将必须更用力地吸气以导致阀打开，这可能被认为是不希望的。该阀还将占据空气流路径中的空间，对空气流提供阻力，导致当打开时，可能需要比如果阀不存在时更大的压力来产生预期流速。而且，如果阀在其操作特征中具有明显的阶跃变化，导致其在开启压力下关闭或者在超过开启压力时立即差不多或完全打开，那么可能产生用户可识别的不希望有的效果。随着压力增加而逐渐打开的阀可能是优选的，以避免可感知的开启压力。

在本发明的实施例的上下文中，可能使用任何类型的对于特殊装置及其预期用途具有合适的尺寸和操作特征的单向阀作为液体流限制器。例如，可使用弹簧阀或鸭嘴阀。

图14示出了装有阀(诸如鸭嘴阀)的电子烟的部件的示意性剖视图，与图2所示的装置类似。空气通过装置的一侧中的一个或多个孔24进入，并且沿着空气流路径66流动到加热元件40。腔室60容纳传感器62以检测通过孔口64的空气流路径66中的压力变化。在孔之后，相对于空气流方向A，在空气流路径66中安装单向阀70c，位于加热元件40的前方。在进入空气的足够压力的作用下，阀70c打开以允许空气到达加热元件40上。没有空气流，阀70c保持关闭，并且防止或抑制液体L从加热元件40流向腔室60。

各种液体流限制器实施例可各自在图3、图4和图5的实例构造中使用，或者在类似构造的布置为具有相同或相似功能的腔室、传感器、空气流路径和限制器中使用。而且，可能一起使用两个或更多个限制器来增强保护传感器不暴露于液体的效果。例如，单个装置可能包括网和喷嘴。两个限制器可能相对于空气流路径位于共同位置，例如都在图3装置中的孔口中以提供组合旁流布置，或者都在图4装置中的空气流路径中以提供组合通流布置。或者，它们可能隔开，一个在旁流位置，一个在通流位置。

本文描述的各种实施例仅用来帮助理解和教导所要求的特征。将这些实施例仅提供为实施例的代表性样本，并且不是详尽的和/排他的。应理解，这些优点、实施例、实例、功能、特征、结构，和/或本文描述的其他方面并不被认为是对由权利要求定义的本发明的范围的限制，或是对权利要求的等价物的限制，并且在不脱离所要求的发明的范围的情况下，可使用其他实施例并能进行修改。本发明的各种实施例可适当地包括、包含，或基本上包含，所公开的元件、部件、特征、零件、步骤、装置等的适当组合，除了本文具体描述的那些以外。另外，本公开可包括其他目前未要求但是可能在未来要求的发明。

Claims (19)

1.一种用于响应于气压测量来控制供电的装置，所述装置包括：

空气流路径；

腔室，具有孔口；

液体流限制器，被构造为抑制液体经由所述孔口进入所述腔室；

压力传感器，位于所述腔室中并能操作以在存在所述液体流限制器的情况下检测由所述空气流路径中的空气流导致的气压变化；以及

电路，该电路用于将由所述压力传感器检测到的气压变化转换成控制信号以用于控制位于所述腔室外的电池的电力输出，

其中，所述空气流路径位于所述腔室外，并且与所述孔口连通。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述压力传感器能操作以在存在所述液体流限制器的情况下，检测在所述空气流路径中每秒5 ml的空气流下的155 Pa到在所述空气流路径中每秒40 ml的空气流下的1400 Pa的范围内的气压变化。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，除了所述孔口以外，所述腔室是气密的。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述孔口是用于所述腔室的空气出口，所述腔室进一步包括空气进口，并且所述空气流路径经过所述腔室并包括所述孔口和所述空气进口。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，所述液体流限制器布置在所述孔口中或横穿所述孔口。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，所述液体流限制器布置在所述空气流路径中或横穿所述空气流路径。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，所述液体流限制器包括网。

8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述网具有疏水材料的表面层或者由疏水材料制成。

9.根据权利要求7所述的装置，其中，所述网具有100 μm或更小的孔径尺寸。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，所述液体流限制器包括带有钻孔的喷嘴。

11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述喷嘴由疏水材料制成或者具有疏水材料的表面涂层。

12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述喷嘴由聚醚醚酮制成。

13.根据权利要求10所述的装置，其中，所述喷嘴的所述钻孔具有0.5 mm或更小的直径。

14.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，所述液体流限制器包括单向阀，该单向阀被构造为在所述空气流路径中的第一方向上的空气流的压力下打开，并针对相反方向上的液体流关闭。

15.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，进一步包括对来自所述电路的控制信号作出响应的电池。

16.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，所述装置是气溶胶供给系统的部件。

17.一种气溶胶供给系统，包括根据权利要求1至16中任一项所述的用于响应于气压测量来控制供电的装置。

18.一种用于响应于气压测量来控制供电的装置，所述装置包括：

空气流路径；

腔室；

孔口，从所述空气流路径通向所述腔室；

液体流限制器，被布置在所述孔口中或横穿所述孔口，并被构造为抑制液体通过所述孔口进入所述腔室，所述液体流限制器包括网或带有钻孔的喷嘴；

压力传感器，位于所述腔室中并能操作以在存在所述液体流限制器的情况下检测由所述空气流路径中的空气流导致的气压变化；以及

电路，该电路用于将由所述压力传感器检测到的气压变化转换成控制信号以用于控制位于所述腔室外的电池的电力输出，

其中，所述空气流路径位于所述腔室外，并且与所述孔口连通。

19.一种用于响应于气压测量来控制供电的装置，所述装置包括：

空气流路径；

腔室；

孔口，从所述空气流路径通向所述腔室；

液体流限制器，被布置在所述孔口中或横穿所述孔口，并被构造为使空气能透过且使液体不能透过以抑制液体进入所述腔室；

压力传感器，位于所述腔室中并能操作以在存在所述液体流限制器的情况下检测由所述空气流路径中的空气流导致的气压变化；以及

电路，该电路用于将由所述压力传感器检测的气压变化转换成控制信号以用于控制位于所述腔室外的电池的电力输出，

其中，所述空气流路径位于所述腔室外，并且与所述孔口连通。

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