CN109996457B - 用于气溶胶生成系统的汽化器和汽化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于气溶胶生成系统的汽化器(21)。所述汽化器包括管元件(22)、网格(25)和加热器(26)。所述管元件具有用于接收一定量的液体气溶胶形成基质的内部体积(23)。在所述管元件的所述内部体积中设置所述网格。所述加热器设置在所述管元件外部。所述加热器被配置成用于将所述网格和所接收量的液体气溶胶形成基质加热到足以使所述所接收量的液体气溶胶形成基质的至少一部分挥发的温度。本发明还提出一种用于生成气溶胶的方法。

Description

用于气溶胶生成系统的汽化器和汽化方法

技术领域

本发明涉及一种用于气溶胶生成系统的汽化器，和一种用于使液体气溶胶形成基质蒸发的汽化方法。确切地说，本发明涉及手持式气溶胶生成系统，例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，和具有用于使气溶胶形成基质蒸发的加热器的电操作汽化器。在所蒸发的气溶胶形成基质在通过加热器的气流中冷凝时生成将由用户吸入(例如，“抽吸”)的气溶胶。液体气溶胶形成基质可直接施配到汽化器的加热器上。在这种情况下，施配的液体倾向于局部冷却加热器。作为不希望的结果，一定量的液体可能从加热器的低温区滴下而不被汽化。这个问题可通过借助于芯向汽化器递送液体气溶胶形成基质来解决。芯可由多孔芯吸材料制成。这种多孔芯吸材料能够保持液体并将液体分布在加热器的表面上。这些已知的芯通常被加热器封闭并加热。加热器使保持在芯中的液体汽化。在这些已知的气溶胶生成系统中经常观察到的问题是液体泄漏，如果它们被携载在用户长裤的口袋中，可能是不便的。

因此，希望具有一种用于气溶胶生成系统的汽化器以及一种汽化方法，其提供气溶胶形成基质的充分汽化，并且能够避免一定量的液体从加热器滴下。

发明内容

本发明的上述和进一步目标由适用于气溶胶生成系统的汽化器实现。汽化器包括管元件、网格和加热器。管元件具有用于接收一定量的液体气溶胶形成基质的内部体积。在管元件的内部体积中设置网格。加热器被配置成加热管元件。加热器设置在管元件外部。管元件优选地导热。加热器被配置成用于将网格和所接收量的液体气溶胶形成基质加热到足以使所接收量的液体气溶胶形成基质的至少一部分挥发的温度。

优选地，网格不会由电阻式加热器直接加热。实际上，网格被周围的经加热管元件加热。液体气溶胶形成基质经由经加热管并经由网格使用热传导间接地加热。网格改进液体气溶胶形成基质在经加热表面上的分布。这可以改进汽化。由于网格被来自管元件的热传导加热，所以网格的表面被均匀地加热。因此，汽化进一步得以改进。由于液体在管元件的内部体积中加热并且还被网格保持，所以液体不会不合需要地从汽化器漏出或滴下。因此，确保大多数乃至所有所供应的液体的汽化。

网格可以是编织网格。网格可以具有全圆柱体的形状。网格的外径可小于管元件的内径。网格可布置在管元件的中心处。液体气溶胶形成基质可以在管段的内表面与网格的外表面之间分布。因此，液体气溶胶形成基质可在这两个表面之间形成薄的中空液体圆柱。汽化器可以在这个薄的中空液体圆柱的所有点上正交地加热这个薄的中空液体圆柱。汽化器可相对于薄的中空液体圆柱的外侧和内侧正交地加热。从液体层的一侧到另一侧的行进距离可从薄的液体中空液体圆柱的所有点基本相同。因此，可以改进从汽化器到液体气溶胶形成基质的热传递。相反，在没有网格的管段的情况下，热量从整个液体圆柱的外表面传递通过所述整个液体圆柱。在此配置中，热量的行进距离不同，这取决于热量适用的整个液体圆柱上的点。因此，汽化的均匀性很低，且有效性很低，尤其是在整个液体圆柱的中心处。

管元件由任何导热材料制成。管元件可以由铝或氧化铝制成。管元件可以在10毫米至40毫米范围内在纵向方向上延伸，并且可具有0.5毫米至4.0毫米范围内，优选在1.5毫米至2.5毫米范围内的外径。管元件的内部体积可以具有0.3毫米至2.3毫米范围内，优选在1.0毫米至1.6毫米范围内的直径。

网格可以是由至少一种金属材料制成的金属网格。金属网格可以由线材材料形成。线材材料可具有在0.01毫米至0.04毫米范围内，优选地在0.02毫米至0.03毫米范围内的直径。线材材料可以具有均匀的直径。网格可以具有在0.01毫米至0.04毫米范围内，优选地在0.02毫米至0.03毫米范围内的孔尺寸的孔隙。举例来说，线材材料可以是不锈钢。金属网格可以是编织的。金属网格可具有编织线材网格图案。网格图案可根据液体气溶胶形成基质的表面张力和/或粘度进行尺寸设计，使得液体气溶胶形成基质在网格的表面上的分布得到最大化。金属网格改进网格表面上液体气溶胶形成基质的分布。金属网格是导热的。此外，金属网格抵抗高加热温度。金属网格改进安置在管元件的内部体积中的液体气溶胶形成基质的加热和汽化。此外，金属网格在广泛的加热温度下稳定。因此，汽化器的平均寿命得以改进。

优选地，网格为卷绕式网格(rolled mesh)。术语卷绕意味着网格不平坦，网格是弯曲的。术语卷绕包含弯曲、卷绕和卷起的含义。卷绕式网格可以具有开放的横截面，例如，对于U型卷绕式网格向向上方向开放。此网格优选地布置在汽化器中，使得针对预期汽化器用途，开放的方向是向上方向。网格可以围绕管元件的纵向轴线或方向弯曲或卷绕。网格可以围绕供应到管元件的内部体积的液体气溶胶形成基质的预期流动方向弯曲或卷绕。网格可以卷绕，使得网格的两个端面彼此面对或接触。网格可以卷起来，像卷起的地毯。网格可以卷起来，使得网格分层。网格可以包括第一网格层和第二网格层，其中第一网格层包裹在第二网格层周围。网格可以具有弧形横截面。网格可以具有圆形、椭圆形或螺旋形状的横截面。横截面可沿着管元件的纵向方向是均匀的。

优选地，网格沿着管元件的纵向方向延伸。因此，液体气溶胶形成基质可以通过管元件和网格均匀地加热。因此，汽化得以改进。

优选地，网格从管元件的一端延伸到另一端。因此，液体气溶胶形成基质可沿着管元件的整个长度分布和加热。这改进液体气溶胶形成基质的汽化。

优选地，管元件具有自由开放端。优选地，管元件适于在管元件的与管元件的自由开放端相对的端部处接收液体气溶胶形成基质。自由开放端可以适于允许来自液体气溶胶形成基质的蒸汽从管元件的内部体积逸出。自由开放端减小管元件内部体积中液体气溶胶形成基质的流动阻力。因此，改进内部体积中的液体气溶胶形成基质朝向自由开放端的分布。

优选地，管元件已闭合自由端。优选地，管元件适于在管元件的与管元件的闭合自由端相对的端部处接收液体气溶胶形成基质。具有闭合自由端的管元件进一步包括至少一个出口，以允许气溶胶从管元件的内部体积逸出。闭合端允许避免液体气溶胶形成基质可能从管元件滴出。管元件包括若干微孔。微孔穿过从内部体积延伸到管元件的外圆周表面的孔。微孔适于允许汽化的液体气溶胶形成基质从管元件的内部体积逸出。每个微孔可具有50至250微米范围内的直径。微孔可以布置在一个或多个周向环上。微孔可以在周向方向上相等间隔地布置，例如，以0度和180度或跨越彼此成45度的角度。微孔可沿着管元件的纵向方向相等间隔地布置。对于具有开放端的管元件，微孔优选地布置在管元件的纵向尺寸的中间区段中。微孔优选地布置在邻近于管元件的闭合自由端的区段中。

优选地，管元件被电隔离。具体地说，管元件可以从其外圆周表面向其内周向表面电隔离。这避免金属网格与加热器之间的可能的短路成为金属加热器。管元件优选地导热且不导电。

优选地，加热器包括电阻式加热器。电阻式加热器可以是金属加热器。电阻式加热器可以是线圈加热器。电阻式加热器可包裹在管元件周围。电阻式加热器可部分地并入在管元件中。电阻式加热器可沿着管元件的(优选地)整个纵向方向延伸。

优选地，加热器被绝热元件环绕或封装。绝热元件可覆盖整个加热器。这可以节约热能，并避免热量耗散到周围环境以及气溶胶生成系统的除汽化器之外的其它部件。

优选地，加热器不延伸到管元件的内部体积中。这允许在内部体积内实现均匀的温度分布。因此，汽化得以改进。此外，可以避免金属加热器与金属网格之间的短路。此外，其防止液体气溶胶形成基质的残留物在延伸到内部体积中的加热器部分处粘附。

优选地，汽化器不含芯吸材料。具体地说，管元件的内部体积不含芯吸材料，从而简化其构造。

根据本发明的第二方面，呈现包括如上所示的汽化器和递送单元的气溶胶生成系统。递送单元适于将预定量的液体气溶胶形成基质供应到汽化器的管元件的内部体积。递送单元优选地为微泵。确定量的液体气溶胶形成基质从气溶胶生成系统的液体存储部分泵送到汽化器。这种设计可以允许产生没有汽化器的筒。由于改进了液体输送，一旦液体存储部分为空就可以不需要安置管段和汽化器。通过使用泵而非无源介质来抽吸液体，只有实际所需量的液体气溶胶形成基质才可被输送到汽化器。可以仅按需求泵送液体气溶胶形成基质，例如响应于用户的抽吸。

微型泵可以允许针对可变或恒定持续时间的时间间隔以例如近似0.5到2微升/秒的低流速按需递送液体气溶胶形成基质。可以小心调谐微型泵以便递送适当量的液体气溶胶形成基质到汽化器。因此，可以根据泵循环的量确定所递送的液体气溶胶形成基质的量。

微型泵可配置成泵送表征为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以在约10到500毫帕·秒的范围内，优选地在约17到86毫帕·秒的范围内。

在调节流速时，可能需要更多的能量使较高量的所递送的液体气溶胶形成基质在汽化器处汽化。因此，可以根据液体流速来调节汽化器的温度设置。

加热元件的温度优选地由电路控制。一旦已检测到抽吸并且加热器和/或汽化器的管元件已达到操作温度，电路就可以激活微型泵并设定用于在抽吸持续时间内将液体气溶胶形成基质递送至汽化器的管元件的内部体积的确定的流速。

微型泵和加热器都可以由抽吸检测系统触发。替代地，微型泵和加热器可以通过按压开-关按钮保持抽吸的持续时间来触发。

优选的是，微型泵被配置成在执行一个泵循环时将确定量的液体气溶胶形成基质从液体存储部分递送到汽化器的管元件的内部体积。

如本文中所使用，术语‘上游’、‘下游’、‘近端’、‘远端’、‘前部’和‘后部’用于描述气溶胶生成系统的各部件或部件的各部分相对于用户在气溶胶生成系统使用期间在气溶胶生成系统上抽吸的方向的相对位置。

气溶胶生成系统可以包括口端，在使用中，气溶胶通过所述口端离开气溶胶生成系统并且被递送给用户。口端也可以称为近端。在使用中，用户在气溶胶生成系统的近端或口端上抽吸，以便吸入由气溶胶生成系统生成的气溶胶。气溶胶生成系统包括与近端或口端相对的远端。气溶胶生成系统的近端或口端也可以称为下游端，且气溶胶生成系统的远端也可以称为上游端。气溶胶生成系统的各部件或部件的各部分可以基于其在气溶胶生成系统的近端、下游端或口端与远端或上游端之间的相对位置而描述为彼此的上游或下游。

优选的是，气溶胶生成系统进一步包括管段，液体气溶胶形成基质通过所述管段从微型泵递送到汽化器，且其中汽化器布置在管元件的开放段的下游。

优选的是，气溶胶生成系统包括主单元和筒，其中筒可以可移除地联接到主单元，其中主单元可以包括电源，其中液体存储部分可以设置在筒中，并且其中微型泵可以设置在主单元中。优选的是，主单元进一步包括汽化器。主单元可以包括管段。

根据本发明的实施例的气溶胶生成系统可以进一步包括连接到汽化器且连接到电源的电路。电路可以被配置成监测汽化器的电阻，并且优选地取决于汽化器的电阻来控制向汽化器供应的功率。

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。电路可以被配置成调节向汽化器供应的功率。在激活系统之后功率可以连续地供应到汽化器，或可以例如在逐抽吸的基础上间歇地供应功率。功率可以电流脉冲的形式供应到汽化器。

有利的是，气溶胶生成系统包括例如在壳体的主体内的电源，通常是电池。电源可以是一种形式的电荷存储装置，例如电容器。电源可能需要再充电，并且其容量可以允许存储足够用于一次或多次吸入体验的能量；例如，电源的容量可足以允许在大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。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器总成的不连续激活。

为了允许环境空气进入气溶胶生成系统，气溶胶生成系统的壳体壁设置有至少一个半开放入口，所述壁优选地是与汽化器相对的壁，优选的是底壁。半开放入口优选地允许空气进入气溶胶生成系统，但不允许空气或液体通过半开放入口离开气溶胶生成系统。举例来说，半开放入口可以是半透膜，其仅在一个方向上可透气，但在相反方向上不透气且不透液。举例来说，半开放入口还可以是单向阀。优选地，半开放入口允许空气仅在符合特定条件时通过所述入口，所述条件例如气溶胶生成系统中的最小低气压或一定体积的空气通过阀或膜。

液体气溶胶形成基质是能够释放可以形成气溶胶的挥发性化合物的基质。可以通过加热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。

气溶胶生成系统可以是电操作气溶胶生成系统。优选地，气溶胶生成系统是便携式的。气溶胶生成系统可以具有与常规雪茄或香烟相当的大小。气溶胶生成系统可以具有在大致30毫米与大致150毫米之间的总长度。气溶胶生成系统可以具有在大致5毫米与大致30毫米之间的外径。

根据本发明的第三方面，提供一种用于生成气溶胶的方法。所述方法包括以下步骤：将一定量的液体气溶胶形成基质递送到汽化器的管元件的内部体积，从而用所递送的液体气溶胶形成基质的至少一部分润湿所述管元件的内部体积中设置的网格；通过提供于管元件外部的加热器，将所述网格和所递送量的液体气溶胶形成基质加热到足以使所递送量的液体气溶胶形成基质的至少一部分挥发的温度。加热器优选地包括电阻式加热器。

关于一个方面描述的特征可以同等地应用于本发明的其它方面。

附图说明

现将参看附图仅借助于实例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器的示意图；

图2A是根据本发明的实施例的带有汽化器的闭合端的管元件的横截面视图、侧视图和俯视图；

图2B是根据本发明的实施例的带有另一汽化器的闭合端的管元件的横截面视图、侧视图和俯视图；

图3是根据本发明的实施例的带有气化器的开放端的管元件的横截面视图、侧视图和俯视图；

图4A是根据本发明的实施例的气溶胶生成系统的透视图和顶侧视图；以及

图4B是根据本发明的实施例的气溶胶生成系统的透视图。

具体实施方式

图1是根据本发明的实施例的汽化器的示意图。汽化器21包括管元件22、网格25和加热器26。管元件22具有在管元件22和汽化器21的纵向方向28上延伸的内部体积23。网格25被配置成布置在内部体积23中的卷绕式金属网格，并且在纵向方向28上从管元件22的一端30延伸到另一端31。网格25的外径小于内部体积23的直径，使得液体可以围绕网格分布并且在内部容积23内循环。

用于将液体气溶胶形成基质供应到内部体积23的流体入口24布置在一端30处。另一端31被配置为使得汽化的气溶胶形成基质沿着箭头29指示的方向逸出的开放端。加热器26被配置为金属线圈，其围绕管元件22的外圆周且沿着纵向方向28螺旋缠绕。绝热元件27沿着纵向方向28缠绕在加热器26周围。在汽化器的操作期间，液体气溶胶形成基质通过流体入口24供应到内部体积23并且沿着整个网格25分布。将电流施加到加热器26以加热管元件22和其内部容积23中的一切。管元件22的热传导到内部体积23和网格25。因此，分布在内部容积23中的网格25上的液体气溶胶形成基质被加热。内部体积23中的液体气溶胶形成基质被汽化并且沿着方向29经由开放端31逸出。

图2A为根据本发明的实施例的带有汽化器的闭合端的管元件22的横截面视图、侧视图和俯视图。管元件22具有1.90毫米的均匀外径，并且内部体积23具有1.30毫米的均匀直径。管元件22在纵向方向上具有20毫米长度。与用于接收液体气溶胶形成基质的端部30相对的端部34闭合。六个微穿孔33环分别布置在距端部34 1至6毫米远处。每个环包括六个直径为0.20毫米的微孔孔33。

图2B为根据本发明的实施例的带有汽化器的闭合端的管元件22的横截面视图、侧视图和俯视图。图2B的管元件22类似于图2A中示出的管元件。唯一的区别在于，每个微孔的每个环仅包括分别布置在0和180度的两个微孔孔。

图3是根据本发明的实施例的带有汽化器的开放端的管元件的横截面视图、侧视图和俯视图。图3中示出的管元件22的尺寸与图2A和2B相同。图3的管元件22配置有开放端35而不是图2A和2B的闭合端34。在管元件22的中间区段中布置具有1毫米相应距离的微孔的六个环。与图2B类似，微孔的每个环包括分别布置在0和180度的两个微孔孔。

图4A和4B是气溶胶生成系统的示意性图解。气溶胶生成系统包括主单元和具有液体存储部分3的可再填充或可更换的筒。主单元包括主体10和衔嘴部分12。主体10含有电源1，例如电池，例如磷酸铁锂电池；电子电路2；用于装纳筒的腔；具有入口和出口的微型泵5；以及汽化器7。在主体10的侧部处设置电连接件8、9以提供电路2、电源1与汽化器7之间的电连接。设置管段4以将液体存储部分的出口连接到微型泵的入口。管段6引导液体气溶胶形成基质从微型泵5的出口流到汽化器7的流体入口。衔嘴部分12包括多个空气入口11和出口13。在使用中，用户吮吸或抽吸出口13，以从空气入口11汲取空气，穿过衔嘴部分12到出口13，然后进入口腔或肺部。设置内部挡板以迫使空气流过衔嘴部分12。汽化器7被配置成在液体气溶胶形成基质离开管段6之后直接加热液体气溶胶形成基质。

筒被配置成接收在主体10内的腔中。所述筒优选地可更换，所以当筒中提供的气溶胶形成基质耗尽时，用户可以用新的筒更换。当插入新的筒时，可以移动主体处的滑件以露出腔。可以将新的筒插入到露出的腔中。液体存储部分的出口被配置成连接到微型泵5的入口。主单元是便携式的，且具有与常规雪茄或香烟相当的大小。

上文所描述的示例性实施例是说明性的，而不是限制性的。鉴于上文讨论的示例性实施例，与上述示例性实施例一致的其它实施例现在对于所属领域的一般技术人员而言将是显而易见的。

Claims (13)

1.一种用于气溶胶生成系统的汽化器，所述汽化器包括：

管元件，其具有用于接收一定量的液体气溶胶形成基质的内部体积，

网格，其设置在所述管元件的所述内部体积中，以及

加热器，其设置在所述管元件外部，其中所述加热器包括电阻式加热器，

其中所述加热器被配置成用于将所述网格和所接收的一定量的液体气溶胶形成基质加热到足以使所述所接收的一定量的液体气溶胶形成基质的至少一部分挥发的温度。

2.根据权利要求1所述的汽化器，其中所述加热器被配置成通过经由所述管元件到所述管元件的所述内部体积的热传导来间接地加热所述网格和所接收的一定量的液体气溶胶形成基质。

3.根据权利要求1所述的汽化器，其中所述网格是金属网格。

4.根据权利要求1所述的汽化器，其中所述网格是卷绕式网格。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的汽化器，其中所述网格沿着所述管元件的纵向方向延伸。

6.根据权利要求1到4中任一项所述的汽化器，其中所述网格从所述管元件的一端延伸到另一端。

7.根据权利要求1到4中任一项所述的汽化器，其中所述管元件具有自由开放端。

8.根据权利要求1到4中任一项所述的汽化器，其中所述管元件具有闭合自由端，且其中所述管元件包括若干微孔。

9.根据权利要求1到4中任一项所述的汽化器，其中所述管元件是电绝缘的。

10.根据权利要求1到4中任一项所述的汽化器，其中所述加热器由绝热元件环绕。

11.一种气溶胶生成系统，其包括递送单元和根据前述权利要求中任一项所述的汽化器，所述递送单元用于将预定量的所述液体气溶胶形成基质供应到所述汽化器的所述管元件的所述内部体积。

12.如权利要求11所述的气溶胶生成系统，其中所述递送单元是微泵。

13.一种用于生成气溶胶的方法，所述方法包括以下步骤：

将一定量的液体气溶胶形成基质递送到汽化器的管元件的内部体积，从而用所递送的一定量的液体气溶胶形成基质的至少一部分润湿所述管元件的所述内部体积中设置的网格，

通过设置于所述管元件外部的加热器，将所述网格和所述所递送的一定量的液体气溶胶形成基质加热到足以使所述所递送的一定量的液体气溶胶形成基质的至少一部分挥发的温度，其中所述加热器包括电阻式加热器。

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