CN110769706B - 用于增强气溶胶特性的水烟装置 - Google Patents

Abstract

一种水烟装置包括器皿、与所述器皿流体连通的气溶胶生成元件以及位于所述器皿和所述气溶胶生成元件之间的腔室。所述腔室与所述器皿和所述气溶胶生成元件流体连通。所述腔室包括入口，所述入口被配置成加速从所述气溶胶生成元件流动通过所述入口的包含气溶胶的空气。所述腔室可包括与所述入口流体连通的主腔室。所述主腔室的大小和形状可被设计成当所述气溶胶离开所述入口并进入所述主腔室时允许所述主腔室中的所述气溶胶减速。

Description

用于增强气溶胶特性的水烟装置

技术领域

本公开涉及水烟装置，并且更具体地，涉及加热气溶胶生成基材而不使所述基材燃烧并增强所生成气溶胶的特性的水烟装置。

背景技术

水烟装置用以抽烟并被配置成使得蒸气和烟雾在被消费者吸入之前穿过水池。水烟装置可包含一个出口或多于一个出口，使得装置一次可被多于一个消费者使用。使用水烟装置被许多人视为休闲活动和社交体验。

在水烟装置中使用的烟草可与其他成分混合以例如增大所产生蒸气和烟雾的体积、改变口味或这两者。木炭颗粒通常用以在水烟装置中加热烟草，此可造成烟草或其他成分的完全或部分燃烧。

已提出一些水烟装置，所述水烟装置使用电热源来加热或燃烧烟草以例如避免燃烧木炭产生副产物或以改进加热或燃烧烟草的一致性。然而，用电加热器代替木炭可能会导致气溶胶产生在可见烟雾或气溶胶、总气溶胶质量或可见烟雾或气溶胶和气溶胶质量方面不令人满意。

期望提供一种采用电加热器的水烟装置，该电加热器产生令人满意量的可见气溶胶和总气溶胶质量中的一者或两者。

还期望提供一种水烟装置，该水烟装置以不导致燃烧副产物的方式加热基材。

发明内容

在本发明的各个方面中，提供了一种水烟装置，该水烟装置包括器皿、与器皿流体连通的气溶胶生成元件以及位于器皿和气溶胶生成元件之间的腔室。腔室与器皿和气溶胶生成元件流体连通。腔室包括入口，该入口被配置成加速从气溶胶生成元件流动通过入口的包含气溶胶的空气。优选地，腔室包括与入口流体连通的主腔室。主腔室的大小和形状设计成当气溶胶离开入口并进入主腔室时允许主腔室中的气溶胶减速。气溶胶生成元件包括：电加热元件；用于接纳将由加热元件加热的水烟气溶胶生成基材的容纳器；与容纳器连通的入口；以及与容纳器连通的出口。水烟装置被配置成在不燃烧气溶胶的情况下充分加热气溶胶生成基材以产生气溶胶。

本文所述的水烟装置的各个方面或实施方案可提供相对于现有水烟装置的一个或多个优点。例如，与不包括具有空气加速入口的腔室的类似装置相比，本文所述的一个或多个水烟装置可以产生显著更多的可见气溶胶，递送显著更多的总气溶胶质量，或者产生显著更多的可见气溶胶，以及递送显著更多的总气溶胶质量。因此，该装置的使用者可以体验其中用木炭燃烧气溶胶生成基材的更典型的水烟装置，但无木炭的燃烧副产物。另外，如果水烟装置被配置成在不燃烧气溶胶的情况下充分加热气溶胶生成基材以产生气溶胶，则还可以避免气溶胶生成基材的燃烧副产物。通过阅读本公开，本文描述的水烟装置的这些和其他优点对于本领域技术人员将是显而易见的。

本发明的水烟装置可以包括具有空气加速入口的任何合适的腔室。该腔室在水烟装置的空气流动路径中的气溶胶生成元件和器皿之间。从气溶胶生成元件行进到器皿的包含气溶胶的空气穿过腔室。腔室包括入口，该入口在包含气溶胶的空气进入腔室时对其进行加速。相对于不包括具有空气加速入口的腔室的装置，离开入口的包含气溶胶的空气可减速，这可以改善成核过程并导致可见气溶胶的增加。可见气溶胶的量可以在单元的主腔室、器皿的顶部空间或主腔室和器皿两者中增加。另外或替代地，相对于不包括具有空气加速入口的腔室的装置，可以增加由水烟装置递送的总气溶胶质量。例如，总气溶胶质量可以增加约1.5倍或更大或约2倍或更大，诸如约3倍。

腔室可包括与入口流体连通的主腔室。主腔室的大小和形状设计成当包含气溶胶的空气离开入口并进入主腔室时允许主腔室中的包含气溶胶的空气减速。主腔室可具有允许包含气溶胶的空气减速的任何合适的大小和形状。优选地，主腔室是基本上圆柱形的，但是可以具有任何其他合适的形状。

主腔室可以具有任何合适的直径。出于本公开的目的，“直径”是从物体的第一端到与第一端相对的第二端的最大横向距离。举例来说，“直径”可以是具有圆形横截面的物体的直径，或者可以是具有矩形横截面的物体的宽度。在一些实例中，主腔室具有至少约10mm的直径。例如，主腔室的直径可为约10mm至约50mm，诸如约30mm。

主腔室可以具有任何合适的长度。在一些实例中，主腔室具有至少约10mm的长度。例如，主腔室的长度可为约10mm至约100mm，诸如约40mm。

优选地，入口伸入到主腔室中。例如，入口的第一端可以形成在腔室的壳体的外表面处，并且入口的第二端可以延伸到主腔室中。

可以使用加速携带气溶胶的空气的任何合适的入口。合适的入口可包括限定收缩的空气流动横截面的引导件，该引导件将迫使空气基本沿轴向方向加速。在一些实例中，入口包括靠近气溶胶生成元件的第一孔和靠近主腔室的第二孔。来自气溶胶生成元件的气溶胶通过第一孔流入入口，并且从第二孔流出进入主腔室。第一孔具有大于第二孔的直径。

第一孔可以具有任何合适的尺寸。例如，入口的第一孔可以具有在约1mm至约10mm范围内的直径，诸如从约2mm至约9mm，或者约7mm。

入口的第二孔可以具有任何合适的尺寸。例如，第二孔可以具有在约0.5mm至约4mm范围内的直径，诸如从约0.5mm至约2mm，或者约1mm。

入口可以具有任何合适的长度。例如，入口的从第一孔到第二孔的长度可以从约1mm至约30mm，诸如从约1mm至约20mm或从约5mm至约30mm，诸如约20mm。

优选地，入口具有截头圆锥形形状。例如，入口可以是喷嘴的形式。具有截头圆锥形形状的入口可以在空气抽吸通过入口时允许包含气溶胶的空气有效加速。

腔室可包括任何合适数量的空气加速入口。例如，腔室可包括一个或多个空气加速入口。在一些实例中，腔室可包括2、3、4或5个或更多个空气加速入口。

腔室可包括一个或多个部分。例如，主腔室和所述一个或多个入口可以由相同部分或由不同部分形成。优选地，主腔室由允许使用者观察腔室内的气溶胶的材料形成。例如，主腔室可以由光学透明或光学不透明的材料形成。

腔室定位在气溶胶生成元件与被配置成容纳液体的器皿之间的空气流动路径中。导管可将气溶胶生成元件连接到腔室至气溶胶生成元件的出口。替代地，腔室的入口可以是气溶胶生成元件的出口。

水烟装置可包括从腔室延伸到器皿中的导管。优选地，导管延伸到器皿中至器皿的液体液位以下。在一些实例中，腔室的主腔室流体地连接至导管。在其他实例中，延伸到器皿中的导管形成腔室的主腔室。

本发明的水烟装置可包括任何合适的气溶胶生成元件，用于加热气溶胶生成基材以产生气溶胶。优选地，气溶胶生成基材由电加热元件加热。气溶胶生成元件包含用于容纳要由加热元件加热的气溶胶生成基材的容纳器。优选地，当由加热元件加热时，气溶胶生成基材位于筒中，并且因此气溶胶生成元件包括被配置成接纳筒的筒容纳器。替代地，可以将不在筒中的气溶胶生成基材放置在容纳器中。气溶胶生成元件包括新鲜空气入口和气溶胶出口。当使用者在水烟装置上抽吸时，新鲜空气可进入新鲜空气入口，经过或穿过气溶胶生成基材，并且离开气溶胶出口以进入腔室的入口。在一些实例中，气溶胶生成元件的气溶胶出口是腔室的入口或形成腔室的入口的至少一部分。

优选地，气溶胶生成元件的加热元件限定容纳器的至少一个表面，用于保持气溶胶生成基材或筒。更优选地，该加热元件限定容纳器的至少两个表面。例如，加热元件可形成顶表面、侧表面和底表面中的两者或更多者的至少一部分。优选地，加热元件限定顶表面的至少一部分和侧表面的至少一部分。更优选地，加热元件形成容纳器的整个顶表面和整个侧壁表面。加热元件可设置在容纳器的内表面或外表面上。

可以采用任何合适的加热元件。例如，加热元件可包括电阻式加热部件和感应式加热部件中的一者或两者。优选地，加热元件包括电阻式加热部件。例如，加热元件可包括一根或多根电阻丝或其他电阻元件。电阻丝可与导热材料接触以将产生的热量分布在更宽的区域上。合适的导电材料的实例包括铝、铜、锌、镍、银及其组合。出于本公开的目的，如果电阻丝与导热材料接触，则电阻丝和导热材料两者均为加热元件的一部分，该加热元件形成筒容纳器的表面的至少一部分。

在一些实例中，加热元件包括感应式加热元件。例如，加热元件可包括形成筒容纳器的表面的感受器材料。如本文所用，术语“感受器”是指能够将电磁能量转换成热量的材料。当位于交变电磁场中时，通常感生涡电流并且可能在感受器中发生磁滞损耗，从而引起感受器的加热。在感受器定位成与气溶胶形成基材处于热接触或紧密热邻近时，基材由感受器加热，使得形成气溶胶。优选地，感受器至少部分地以与气溶胶形成基材直接物理接触的形式进行布置。

感受器可以由能够经电感加热到足以从气溶胶形成基材生成气溶胶的温度的任何材料形成。优选的感受器包括金属或碳。优选的感受器可以包括铁磁性材料或由铁磁性材料组成，例如铁磁体铁、铁磁性合金(如铁磁性钢或不锈钢)和铁氧体。合适的感受器可以是铝或包括铝。

优选的感受器是金属感受器，例如不锈钢。但是，感受器材料还可以包括以下各种或由以下各种制成：石墨；钼；碳化硅；铝；铌；因康镍合金(Inconel alloy)(基于奥氏体(austenite)镍-铬的超合金)；金属化膜；如氧化锆等陶瓷；如Fe、Co、Ni等过渡金属或如B、C、Si、P、Al等类金属组分。

感受器优选包括大于5％、优选大于20％、优选大于50％或90％的铁磁性或顺磁性材料。优选的感受器可以被加热到超过250摄氏度的温度。合适的感受器可以包括非金属芯体，其具有安置在非金属芯体上的金属层，例如形成于陶瓷芯体的表面上的金属迹线。

在根据本发明的系统中，容纳器的至少一个表面或包含用于放置在容纳器中的气溶胶生成基材的筒的至少一个表面可以包括感受器材料。优选地，容纳器的至少两个表面包括感受器材料。例如，容纳器的基部和至少一个侧壁可以包括感受器材料。有利地，筒容纳器的外表面的至少一部分由感受器材料制成。然而，筒容纳器的内侧的至少一部分也可用感受器材料涂布或加衬。优选地，内衬附接或固定到壳以便形成壳的整体部分。

另外或替代地，该筒可包括感受器材料。

该水烟装置还可包括一个或多个感应线圈，所述一个或多个感应线圈被配置成在感受器材料中感应出导致感受器材料加热的涡电流和/或滞后损耗。感受器材料也可被定位在包含气溶胶生成基材的筒中。包括感受器材料的感受器元件可包括任何合适的材料，诸如在例如PCT公开专利申请WO 2014/102092和WO 2015/177255中描述的那些。

水烟装置可包括可操作地联接到电阻式加热元件或感应线圈的控制电子器件。控制电子器件被配置成控制加热元件的加热。

控制电子器件可以任何合适的形式提供，并且可以例如包含控制器或存储器和控制器。所述控制器可以包括以下中的一个或多个：专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit；ASIC)状态机、数字信号处理器、门阵列、微处理器，或同等的分立或集成逻辑电路。控制电子器件可包括存储器，该存储器包含使电路的一个或多个部件实施控制电子器件的功能或方面的指令。可归因于本公开中的控制电子设备的功能可以被体现为软件、固件和硬件中的一个或多个。

电子电路可包括微处理器，微处理器可以是可编程微处理器。电子电路可被配置成调节电力供应。电力可以电流脉冲的形式供应给加热器元件或感应线圈。

如果加热元件是电阻式加热元件，则控制电子器件可被配置成监测加热元件的电阻，并且根据加热元件的电阻控制对加热元件的电力供应。以这种方式，控制电子器件可调节电阻元件的温度。

如果加热部件包括感应线圈并且加热元件包括感受器材料，则控制电子器件可被配置成监测感应线圈的方面，并且根据线圈的方面控制对感应线圈的电力供应，诸如在例如WO 2015/177255中描述的。以这种方式，控制电子器件可调节感受器材料的温度。

水烟装置可包括可操作地联接到控制电子器件以控制加热元件的温度的温度传感器，诸如热电偶。温度传感器可被定位在任何合适的位置。例如，温度传感器可被配置成插入接纳在容纳器内的气溶胶生成基材或筒中，以监测被加热的气溶胶生成基材的温度。另外或替代地，温度传感器可与加热元件接触。另外或替代地，温度传感器可被定位成检测水烟装置的气溶胶出口(诸如气溶胶生成元件的气溶胶出口)处的温度。传感器可将与感测到的温度有关的信号传输到控制电子器件，该控制电子器件可调节加热元件的加热以在传感器处实现合适的温度。

不管水烟装置是否包括温度传感器，该装置均优选地被配置成将接纳在容纳器中的气溶胶生成基材加热到足以产生气溶胶而不会使气溶胶生成基材燃烧的程度。

控制电子器件可以可操作地联接到电源。水烟装置可包括任何合适的电源。例如，水烟装置的电源可以是电池或电池组。在一些实例中，阴极和阳极元件可被卷起并组装以匹配它们被放置在其中的水烟装置的一部分的几何形状。供电单元的电池可为可充电的，且其可为可移除和可更换的。可使用任何合适的电池。例如，市场上存在重载型或标准电池，例如用于工业重载电动工具的电池。替代地，供电单元可以是任何类型的电源，包含超级(super/hyper)电容器。替代地，装置可连接到外部电源而被供电，且出于此类目的进行电和电子设计。不管所用的电源类型如何，在装置被再充电或需要连接到外部电源之前，电源优选地提供足够能量来使装置正常起作用，以供装置进行大致70分钟的连续操作。

水烟装置包括与用于容纳气溶胶生成基材的容纳器流体连接的新鲜空气入口通道。在使用水烟装置时，新鲜空气流动通过该通道到达容纳器和放置在容纳器中的基材，以将由气溶胶生成基材生成的气溶胶运送到气溶胶出口。优选地，通道的至少一部分由加热元件形成，以在进入容纳器之前预热空气。优选地，加热元件的形成容纳器表面的部分形成新鲜空气入口通道的一部分。优选地，新鲜空气入口通道由容纳器的顶表面和容纳器的由加热元件形成的侧壁中的一者或两者形成。优选地，空气入口通道由容纳器的顶表面和容纳器的由加热元件形成的侧壁两者形成。

空气入口通道的任何合适的部分可由加热元件形成。优选地，空气入口通道的长度的约50％或更多由加热元件形成。在许多实例中，加热元件将形成新鲜空气入口通道的长度的95％或更小。

流动通过新鲜空气入口通道的空气可由加热元件加热任何合适的量。在一些实例中，当加热的空气流动通过气溶胶生成基材或包含气溶胶生成基材的筒时，空气将被充分加热以引起气溶胶的形成。在一些实例中，空气本身没有充分受热以引起气溶胶的形成，而是促进加热元件对基材的加热。优选地，当根据本发明对空气进行预热时，相对于不对空气进行预热的设计，供应给加热元件以加热基材并引起气溶胶形成的能量减少5％或更多、诸如10％或更多、或15％或更多。通常，能量节省将小于75％。

优选地通过预热的空气和来自加热元件的加热的组合将基材加热至约150℃至约250℃、更优选地约180℃至约230℃、或约200℃至约230℃范围内的温度。

优选地，空气流动通道的至少一部分形成在加热元件和隔热罩之间。优选地，由新鲜空气入口通道形成的新鲜空气入口通道的基本上整个部分也由隔热罩形成。隔热罩和加热元件可形成新鲜空气入口通道的相对表面，使得空气在隔热罩与加热元件之间流动。优选地，隔热罩被定位在由容纳器形成的内部的外部。

可以采用任何合适的隔热罩材料。优选地，隔热罩材料包括热反射表面。热反射表面可背衬有绝缘材料。在一些实例中，热反射材料包括铝金属化膜或其他合适的热反射材料。在一些实例中，绝缘材料包括陶瓷材料。在一些实例中，隔热罩包括铝金属化膜和陶瓷材料背衬。

新鲜空气入口通道可包括穿过容纳器的一个或多个孔，使得新鲜空气从水烟装置外部可流动通过该通道并通过孔进入容纳器。如果通道包括多于一个孔，则该通道可包括歧管以将流动通过通道的空气引导至每个孔。优选地，水烟装置包括两个或更多个新鲜空气入口通道。

容纳器可包括与一个或多个新鲜空气入口通道连通的任何合适数量的孔。例如，容纳器可包括1至1000个孔，诸如10至500个孔。孔可具有均匀的大小或不均匀的大小。孔可均匀分布或不均匀分布。孔可形成在筒容纳器中的任何合适位置处。例如，孔可形成在容纳器的顶部或侧壁中的一者或两者中。优选地，孔形成在容纳器的顶部中。

容纳器的形状和大小优选地被设计为当基材或筒被容纳器接纳时允许容纳器的一个或多个壁或顶板与气溶胶生成基材或包含气溶胶生成基材的筒之间的接触，以促进形成容纳器表面的加热元件对气溶胶生成基材的传导加热。在一些实例中，可在包含气溶胶生成基材的筒的至少一部分与容纳器的表面之间形成气隙，此处该气隙用作新鲜空气入口通道的一部分。

优选地，容纳器的内部和包含气溶胶生成基材的筒的外部具有相似的大小和尺寸。优选地，容纳器的内部和筒的外部的高度与基部宽度(或直径)比大于约1.5比1或者高度与基部宽度(或直径)比大于约1.5比1。此类比例可通过使来自加热元件的热量渗透到筒的中间而允许在使用期间筒内的气溶胶生成基材更有效的消耗。例如，容纳器和筒的底部直径(或宽度)可为高度的约1.5倍至约5倍、或高度的约1.5倍至约4倍、或高度的约1.5倍至约3倍。类似地，容纳器和筒的高度可为底部直径(或宽度)的约1.5倍至约5倍、或底部直径(或宽度)的约1.5倍至约4倍、或底部直径(或宽度)的约1.5倍至约3倍。优选地，容纳器和筒的高度与底部直径比或底部直径与高度比为约1.5比1至约2.5比1。

在一些实例中，容纳器的内部和筒的外部具有在约15mm至约25mm范围内的高度和在约40mm至约60mm范围内的底部直径。

容纳器可由一个或多个部分形成。优选地，容纳器由两个或更多个部分形成。优选地，容纳器的至少一个部分可相对于另一部分移动，以允许进入容纳器的内部以将筒插入到容纳器中。例如，一个部分可以可移除地附接到另一个部分，以允许在所述部分分离时插入气溶胶生成基材或包含气溶胶生成基材的筒。这些部分可以任何合适的方式附接，诸如通过螺纹接合、过盈配合、卡扣配合等。在一些实例中，这些部分经由铰链彼此附接。当这些部分经由铰链附接时，这些部分还可包括锁定机构以在容纳器处于关闭位置时将这些部分相对于彼此固定。在一些实例中，容纳器包括抽屉，该抽屉可滑动打开以允许将气溶胶生成基材或筒放置到抽屉中并且可滑动关闭以允许使用水烟装置。

任何合适的气溶胶生成筒可与如本文所述的水烟装置一起使用。优选地，筒包括导热壳体。例如，壳体可由铝、铜、锌、镍、银及其组合形成。优选地，壳体由铝形成。在一些实例中，筒由导热性比铝低的一种或多种材料形成。例如，壳体可由任何合适的热稳定聚合材料形成。如果材料足够薄，则尽管壳体由不是特别导热的材料形成，但仍然可通过壳体传递足够的热量。

筒可包括形成在壳体的顶部和底部中的一个或多个孔，以在使用时允许空气流动通过筒。如果容纳器的顶部包括一个或多个孔，则筒顶部中的至少一些孔可与容纳器顶部中的孔对准。筒可包括对准特征结构，该对准特征结构被配置成与容纳器的互补对准特征结构匹配，以在将筒插入到容纳器中时将筒的孔与容纳器的孔对准。在储存期间，筒壳体中的孔可被覆盖以防止储存在筒中的气溶胶生成基材从筒中溢出。另外或替代地，壳体中的孔的尺寸可足够小以防止或抑制气溶胶生成基材离开筒。如果孔被覆盖，则消费者可在将筒插入容纳器之前移除盖。在一些实例中，容纳器被配置成刺穿筒以在筒中形成孔。优选地，容纳器被配置成刺穿筒的顶部。

筒可以是任何合适的形状。优选地，筒具有截头圆锥形形状。

可将任何合适的气溶胶生成基材放置在筒中以与本发明的水烟装置一起使用，或者可以放置在气溶胶生成单元的容纳器中。气溶胶生成基材优选的是能够释放可形成气溶胶的挥发性化合物的基材。可以通过加热气溶胶生成基材来释放挥发性化合物。气溶胶生成基材可以是固体或液体，或包括固体和液体组分。优选地，气溶胶生成基材是固体。

气溶胶生成基材可包括尼古丁。含尼古丁的气溶胶生成基材可包括尼古丁盐基体。气溶胶生成基材可包括植物类材料。气溶胶生成基材可包括烟草，且优选地，含烟草材料含有挥发性烟草香味化合物，所述挥发性烟草香味化合物在被加热时从气溶胶生成基材释放。

气溶胶生成基材可包括均质化烟草材料。均质烟草材料可以通过凝结颗粒烟草形成。当存在时，均质化烟草材料可具有以干重计等于或大于5％并且优选地以干重计大于30重量％的气溶胶形成剂含量。以干重计，气溶胶形成剂含量可小于约95％。

替代地或另外，气溶胶生成基材可包括不含烟草的材料。气溶胶生成基材可包括均质化植物类材料。

气溶胶生成基材可包括例如以下中的一种或多种：粉末、细粒、球粒、碎片、细条、条带或片材，其含有以下中的一种或多种：草本植物叶、烟草叶、烟草叶脉片段、复原烟草、均质化烟草、挤出烟草以及膨胀烟草。

气溶胶生成基材可以包括至少一种气溶胶形成剂。气溶胶形成剂可为任何合适的已知化合物或化合物的混合物，在使用中，所述化合物或化合物的混合物有利于致密和稳定气溶胶的形成，并且对在气溶胶生成装置的操作温度下的热降解有基本抵抗力。合适的气溶胶形成剂是本领域众所周知的，并且包括但不限于：多元醇，例如三甘醇，1,3-丁二醇和甘油；多元醇的酯，例如甘油单、二或三乙酸酯；和一元、二元或多元羧酸的脂肪酸酯，例如二甲基十二烷二酸酯和二甲基十四烷二酸酯。特别优选的气溶胶形成剂是多元醇或其混合物，例如三甘醇，1,3-丁二醇和最优选的甘油。气溶胶形成基材可以包括其他添加剂和成分，例如香料。气溶胶生成基材优选地包括尼古丁和至少一种气溶胶形成剂。在一个特别优选的实施方案中，气溶胶形成剂是甘油。

固体气溶胶形成基材可提供于热稳定载体上或嵌入其中。载体可包括薄层，在其上固体基材沉积于第一主表面、第二主外表面或第一主表面和第二主表面两者上。载体可以由例如纸或纸样材料、非织造碳纤维垫、低质量开网金属丝网(low mass open meshmetallic screen)或穿孔金属箔或任何其他热稳定聚合物基体形成。替代地，载体可呈粉末、细粒、球粒、碎片、细条、条带或片材形式。载体可以是其中已并有烟草组分的非织造织物或纤维束。非织造织物或纤维束可包括例如碳纤维、天然纤维素纤维或纤维素衍生型纤维。

在一些实例中，气溶胶生成基材呈悬浮液的形式。例如，气溶胶生成基材可呈浓稠的糖蜜状悬浮液的形式。

进入筒的空气流过气溶胶生成基材、夹带气溶胶并经由气溶胶出口离开筒和容纳器。携带气溶胶的空气从气溶胶出口进入器皿。

水烟装置可包括任何合适的器皿，该器皿限定被配置成容纳液体的内部容积并且限定液体液位上方的顶部空间中的出口。器皿可包括光学透明或光学不透明壳体，以允许消费者观察器皿中包含的内容物。器皿可包括液体填充界限，诸如液体填充线。器皿壳体可由任何合适的材料形成。例如，器皿壳体可包括玻璃或合适的刚性塑料材料。优选地，器皿可从水烟装置的包括气溶胶生成元件的部分上移除，以允许消费者填充或清洁器皿。

消费者可将器皿填充至液体液位。液体优选地包括水，其可任选地与一种或多种着色剂、香料或着色剂或香料一起注入。例如，水可与植物冲剂或草本冲剂中的一种或两种一起注入。

夹带在离开腔室的空气中的气溶胶可行进穿过定位在容纳器中的导管。导管可联接到腔室并且可具有低于器皿的液体液位的开口，使得流动通过器皿的气溶胶流动通过导管的开口，然后穿过液体进入器皿的顶部空间并离开顶部空间出口以递送至消费者。

顶部空间出口可联接到软管，该软管包括用于将气溶胶递送至消费者的衔嘴。衔嘴可包括可由使用者启动的开关或可操作地联接到水烟装置的控制电子器件的抽吸传感器。优选地，开关或抽吸传感器无线地联接到控制电子器件。开关或抽吸传感器的启动可使得控制电子器件启动加热元件，而不是不断地向加热元件供应能量。因此，相对于不采用此类元件来提供按需加热而不是恒定加热的装置，使用开关或抽吸传感器可起到节省能量的作用。

出于实例的目的，在下文按时间顺序提供一种使用如本文中所描述的水烟装置的方法。可将器皿与水烟装置的其他部件分离，并用水填充。可将天然水果果汁、植物性药材和草本冲剂中的一种或多种添加到水中以用于调味。所添加的液体量应覆盖导管的一部分但不应超过可任选地存在于器皿上的液位标记。接着将器皿再组装到水烟装置。气溶胶生成元件的一部分可被移除或打开，以允许将气溶胶生成基材或筒插入到容纳器中。然后再组装或关闭气溶胶生成元件。然后可接通装置。使用者可以从衔嘴抽吸，直到产生期望体积的气溶胶以填充具有空气加速入口的腔室。使用者可视需要抽吸衔嘴。使用者可继续使用所述装置直到腔室中不可见较多气溶胶。优选地，当筒或基材中的可用气溶胶生成基材被耗尽时，该装置将自动关闭。替代地或另外，在例如从装置接收到耗材被耗尽或几乎被耗尽的提示之后，消费者可用新鲜的气溶胶生成基材或新鲜的筒再填充装置。如果用新鲜基材或新鲜筒再填充，那么可继续使用装置。优选地，使用者可在任何时间通过例如切断装置来关断水烟装置。

在一些实例中，使用者可通过在例如衔嘴上使用启动元件来启动一个或多个加热元件。启动元件可例如与控制电子器件无线通信且可向控制电子器件发信号以将加热元件从待用模式启动至完全加热模式。优选地，仅在使用者抽吸衔嘴时才启用此类手动启动，以防止筒中的气溶胶生成基材过热或不必要的加热。

在一些实例中，衔嘴包含与控制电子器件进行无线通信的抽吸传感器，且使用者对衔嘴的抽吸引起加热元件从待用模式启动成充分加热。

本发明的水烟装置可具有任何合适的空气管理。在一个实例中，使用者的抽吸动作将产生吸入效应，从而引起装置内部的低压，这将导致外部空气流动通过装置的空气入口、进入新鲜空气入口通道并进入气溶胶生成元件的容纳器中。空气然后可以流动通过气溶胶生成基材或在容纳器中包含基材的筒，以将气溶胶携带通过容纳器的气溶胶出口。然后，包含气溶胶的空气可以流入腔室的空气加速入口的第一孔中(除非气溶胶生成元件的出口也用作腔室的空气加速入口)。当空气流动通过腔室的入口时，空气被加速。加速的空气通过第二孔离开入口进入腔室的主腔室，在主腔室中空气被减速。主腔室中的减速可以改善成核，从而导致腔室内增强的可见气溶胶。然后，雾化的空气可以离开腔室并流动通过导管(除非导管是腔室的主腔室)至器皿内的液体。然后，气溶胶将涌出液体并进入器皿中的液体水位上方的顶部空间，从顶部空间出口流出并通过软管和衔嘴递送至消费者。水烟装置内部的外部空气的流动和气溶胶的流动可由使用者的抽吸动作来驱动。

优选地，本发明的水烟装置的所有主要部分的组装确保装置起密闭式作用。密闭式功能应确保进行恰当的气流管理。可以任何合适方式实现密闭式作用。举例来说，可能使用例如密封环和垫圈(washer)的密封件来确保密闭式密封。

密封环和密封垫圈或其他密封元件可由一种或多种任何合适的材料制成。举例来说，密封件可包括石墨烯化合物和硅化合物中的一种或多种。优选地，所述材料被美国食品和药物管理局批准用于人类。

主要部分(诸如腔室、腔室的导管、容纳器的盖壳体以及器皿)可由一种或多种任何合适的材料制成。举例来说，这些部分可各自由玻璃、玻璃基化合物、聚砜(PSU)、聚醚砜(PES)或聚苯砜(PPSU)制成。优选地，所述部分由适用于标准洗碗机的材料形成。

在一些实例中，本发明的衔嘴并有快速连接凸出(male)/凹入(female)特征，以连接到软管单元。

附图说明

现在将参考附图，附图描绘本公开中所描述的一个或多个方面。然而，应当理解附图中未描绘的其他方面落入本公开内容的范围和精神内。图式中所用的相似编号指代相似部件、步骤等等。然而，应理解，编号在给定图中用于指代一部件的使用并不意图对另一图中标注有相同编号的部件进行限制。另外，不同编号在不同图中用于指代部件的使用并不意图指示不同编号的部件不能与其他编号的部件相同或类似。图式是出于说明而非限制的目的来呈现。图式中呈现的示意图未必按比例绘制。

图1示出了水烟装置的实例的示意性剖视图；

图2示出了腔室的实例的示意性剖视图；

图3示出了可操作地连接到气溶胶生成元件和导管的腔室的实例的示意性剖视图；

图4示出了移除了下部的气溶胶生成元件的示例的示意性剖视图；

图5示出了可与本文所述的水烟装置一起使用的筒的实例的示意性透视图；

图6A示出了不具有腔室的水烟装置；

图6B示出了具有腔室的水烟装置；

图7示出了对于两种不同配置的抽吸。

具体实施方式

现在参考图1，示出了水烟装置100的实例的示意性剖视图。装置100包括器皿17，该器皿限定被配置成容纳液体19的内部体积并限定液体19的液位上方的顶部空间出口15。液体19优选地包括水，其可任选地与一种或多种着色剂、一种或多种香料，或一种或多种着色剂和一种或多种香料一起注入。举例来说，水可与植物冲剂或草本冲剂中的一种或两种一起注入。

装置100还包括气溶胶生成元件130。气溶胶生成元件130包括容纳器140，该容纳器被配置成接纳包含气溶胶生成基材(或接纳不在筒中的气溶胶生成基材)的筒150。气溶胶生成元件130还包括加热元件160，该加热元件形成容纳器140的至少一个表面。在所示的实施方案中，加热元件160限定容纳器140的顶表面和侧表面。气溶胶生成元件130还包括新鲜空气入口通道170，其将新鲜空气吸入装置100中。新鲜空气入口通道170的一部分由加热元件160形成，以在空气进入容纳器140之前加热空气。然后，预热的空气进入也被加热元件160加热的筒150(或不在筒中的基材)中以携带由气溶胶生成基材生成的气溶胶。空气离开气溶胶生成元件130的出口，然后进入腔室200。

导管190将来自腔室200的空气和气溶胶运送到液体19的液位下方的器皿17中。空气和气溶胶可冒泡穿过液体19，然后离开器皿17的顶部空间出口15。软管20可附接到顶部空间出口15，以将气溶胶运送到使用者的嘴中。衔嘴25可附接到软管20或形成为软管的一部分。

该装置在使用中的空气流动路径在图1中用粗箭头表示。

衔嘴25可包括启动元件27。启动元件27可以是开关、按钮等，或者可以是抽吸传感器等。启动元件27可放置在装置100的任何其他合适的位置。启动元件27可与控制电子器件30无线通信，以使装置100处于使用状态或使控制电子器件启动加热元件160；例如，通过使电源35为加热元件140供电。

控制电子器件30和电源35可位于气溶胶生成元件130的任何合适位置处，而不是如图1所示的元件130的底部。

图2示出了腔室200的实例的示意性剖视图。腔室200包括限定主腔室230的壳体210。腔室200包括延伸或伸入到主腔室230中的入口220。入口包括第一孔223和第二孔227。来自气溶胶生成元件的包含气溶胶的空气通过第一孔223进入入口220，并且通过第二孔227进入主腔室230。第一孔223具有大于第二孔227的直径，使得从第一孔223流动通过入口220到第二孔227的空气被加速。加速的空气可以离开第二孔227进入主腔室230。空气在离开第二孔227并进入主腔230时减速。然后，包含气溶胶的减速的空气可以通过出口240离开主腔室230，该出口可以与导管(诸如图1中所示的导管190)流体联接以将气溶胶携带至器皿。

图3示出了可操作地连接到气溶胶生成元件130和导管190的腔室200的实例的示意性剖视图。为了简洁和清楚，未示出所有部件。在例示的实施方案中，空气(箭头)进入气溶胶生成元件130的上部131的空气入口171，然后穿过隔热罩165，然后沿加热元件160的外表面并到达加热元件160的顶部。然后，加热的空气经过筒150的壳体的顶表面，穿过气溶胶生成基材155，并且穿过底部133的空隙，向下到达气溶胶出口180。然后，雾化的空气进入腔室200的入口220，当雾化的空气行进穿过入口220时，其被加速。加速的空气经由第二孔227离开入口220，并且进入主腔230，在那里使加速的空气膨胀。减速的空气经由出口240离开腔室200，并且进入导管190以行进至器皿中。

在图3所示的实施方案中，空气沿加热元件160的外表面行进，然后穿过加热元件160。在其他实施方案中(未示出)，空气可以沿着加热元件160的内表面行进。

在图3所示的实例中，可将气溶胶生成元件130的上部131从下部133移除，以允许将筒150(或未在筒中的气溶胶生成基材)插入由加热元件160和底部131的顶表面形成的容纳器中或从中移除。上部131和下部133的主体可以由热绝缘材料形成。

在该实施方案中，以图4的示意性剖视图示出，气溶胶生成元件130包括可操作地联接到控制电子器件(在图4中未示出)的热电偶199。在所示的实例中，热电偶199穿透到筒150和气溶胶生成基材155中。当筒150被定位在底部133上并且上部131被置于底部131上方时，热电偶199可穿透筒150。热电偶199可在出口180附近或在任何其他合适的位置与加热元件160接触，以在水烟装置使用时提供温度相关的反馈。

现在参考图5，示出了可与本文所述的水烟装置一起使用的筒150的实例的示意性透视图。筒150包括壳体151和形成在壳体的顶表面中以允许空气流动通过筒150和壳体中包含的气溶胶生成基材的多个孔153。筒150的底部可还包含一个或多个孔，以允许空气流动通过筒150。

在一些实例中，诸如在图3中，在空气流动通过容纳器顶部的地方，容纳器的顶部可具有与图5中所示的筒相似的孔分布。

上文关于本发明的一个方面描述的特征也可以适用于本发明的另一个方面。

在以下非限制性实例中，描述了腔室增加可见气溶胶的量以及增加可递送到使用者的总气溶胶质量的能力。通过使用高温树脂的3D打印来构造具有40mm的长度和30mm的直径的腔室。该腔室具有入口喷嘴，该入口喷嘴具有7mm的第一孔直径以及具有1.6mm的第二孔直径。截头圆锥形喷嘴具有30mm的长度。采用的喷嘴是实验室吸液管尖头。

组装具有腔室的水烟装置，并且组装不具有腔室的水烟装置。除了存在或不存在腔室和相关联的入口之外，两个水烟装置基本相同。

包含筒容纳器和绕线加热元件的气溶胶生成元件联接至腔室或联接至不包括腔室的装置中的导管。腔室联接到导管。在这两种装置中，导管都在器皿中的液位以下延伸。

将填充有10g可商购获得的Al-Fakher烟草糖蜜的筒置于与两个装置中的绕线加热元件接触。绕线设置在230℃的恒定温度。

总共使用10个剑桥垫收集产生的气溶胶，所述气溶胶的重量在吸烟经历前后进行记录。经历的总持续时间对应于105次抽吸。为了实现理想的抽吸体验，同时使用四个可编程双注射器泵(PDSP)来创建以下抽吸状态：

● 抽吸体积：530mL

● 抽吸持续时间：2600ms

● 抽吸间持续时间：17s

在具有腔室的水烟装置中，器皿顶部空间中的可见气溶胶的量急剧增加，如图6A至图6B中所示。图6A示出了不具有腔室的水烟装置。图6B示出了具有腔室的水烟装置。

在不具有腔室的装置中，对基材进行电加热，并且所产生的蒸气直接从筒底部流到导管(柄管)，然后流动通过水。在具有腔室的装置中，空气在通过喷嘴时被加速并且随后在腔室中减速。因此，产生的可见烟雾的量显著增加。

另外，收集的气溶胶的总量从374mg(无腔室)增加到1159mg(具有腔室)。

实验装置被布置成使得在给定时刻十个剑桥垫中仅有两个收集生成的气溶胶。每20次抽吸，止回阀确保将气溶胶转移到正确的一对剑桥垫上。因此，气溶胶的产生可以作为时间的函数进行监测。

在图7中，示出了对于两种不同配置的抽吸20、40、60、80和105，每次抽吸的平均总气溶胶质量(TAM)。使用三角形描绘不具有腔室的电动水烟所获得的每抽吸平均TAM。使用圆圈显示使用相同装置(其中增加了包括喷嘴的腔室)获得的TAM。

本文中用到的所有科学和技术术语均具有本领域中常用的含义，另有指出除外。本文中提供的定义是为了便于理解本文中频繁使用的某些术语。

如本说明书和附随的权利要求书中所用，单数形式“一个”、“一种”和“该”、“所述”涵盖具有复数指代的实施方案，对此内容另有明确规定除外。

如本说明书和附随的权利要求书中所用，术语“或”通常以其包括“和/或”的意义上采用，对此内容另有明确规定除外。

如本文中所使用，“具有”、“包含”、“包括”等等以其开放的意义使用，并且一般意味着“包含(但不限于)”。应理解，“基本由……组成”、“由……组成”等归入“包含”等中。

单词“优选的”和“优选地”指在某些环境下可提供某些益处的本发明的实施方案。然而，其他实施方案在相同或其他环境下也可为优选的。此外，一个或多个优选实施方案的叙述不暗示其他实施方案是无用的，并且不预期从公开内容包括权利要求的范围内排除其他实施方案。

本文为了清楚和简洁起见而描述的本文所提及的任何方向诸如“顶部”、“底部”、“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”和其他方向或取向并不旨在限制实际的装置或系统。本文所述的装置和系统可以多个方向和取向使用。

上文举例说明的实施方案不具限制性。与上述实施方案一致的其他实施方案对于本领域技术人员来说将是显而易见的。

Claims (9)

1.一种水烟装置，包括：

限定被配置成容纳一定体积的液体的内部的器皿，所述器皿包括顶部空间出口；

与所述器皿流体连接的气溶胶生成元件，其中所述气溶胶生成元件包括：

电加热元件；

用于接纳将由所述电加热元件加热的水烟气溶胶生成基材的容纳器；

与所述容纳器连通的空气入口；以及

与所述容纳器连通的气溶胶出口；以及

位于所述器皿和所述气溶胶生成元件之间并与所述器皿和所述气溶胶生成元件流体连接的腔室，其中所述腔室包括腔室入口，所述腔室入口被配置成加速从所述气溶胶生成元件流动通过所述腔室入口的包含气溶胶的空气，

其中所述水烟装置被配置成将接纳在所述容纳器中的所述水烟气溶胶生成基材加热到足以产生气溶胶而不使所述水烟气溶胶生成基材燃烧的程度；

其中所述腔室包括与所述腔室入口流体连通的主腔室，其中所述主腔室的大小和形状被设计成当所述包含气溶胶的空气离开所述腔室入口并进入所述主腔室时允许所述主腔室中的所述包含气溶胶的空气减速；

其中所述腔室入口具有靠近所述气溶胶生成元件的第一孔和位于所述主腔室中的第二孔，其中来自所述气溶胶生成元件的气溶胶通过所述第一孔流入所述腔室入口，并且从所述第二孔流出进入所述主腔室，其中所述第一孔具有大于所述第二孔的直径；并且

其中所述第二孔具有在0.5mm至4mm的范围内的直径。

2.根据权利要求1所述的水烟装置，其中相对于不包括所述腔室的装置，所述腔室导致在使用所述水烟装置期间离开所述顶部空间出口的总气溶胶质量增加。

3.根据权利要求2所述的水烟装置，其中总气溶胶质量的所述增加为1.5倍或更大。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的水烟装置，其中所述第一孔具有在1mm至10mm的范围内的直径。

5.根据权利要求1至3中的任一项所述的水烟装置，其中所述腔室入口具有从所述第一孔到所述第二孔的1mm至20mm的长度。

6.根据权利要求1至3中的任一项所述的水烟装置，其中所述腔室入口伸入到所述主腔室中。

7.根据权利要求1至3中的任一项所述的水烟装置，其中所述腔室入口具有截头圆锥形形状。

8.根据权利要求1至3中的任一项所述的水烟装置，其中所述主腔室具有至少10mm的直径。

9.根据权利要求1至3中的任一项所述的水烟装置，其中所述主腔室具有至少10mm的长度。