CN111107757B - 具有气溶胶冷凝的水烟装置 - Google Patents

Abstract

一种方法，其包括通过加热而不燃烧水烟装置(100)中的气溶胶生成基质(300)来生成气溶胶。所述方法还包括将至少一个气溶胶冷凝粒子引入水烟装置的气流路径(103)。气流路径(103)将由气溶胶生成基质生成的气溶胶运送到水烟装置的出口(104)，以递送至用户。

Description

具有气溶胶冷凝的水烟装置

技术领域

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

背景技术

水烟装置通常用于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。木炭颗粒通常用于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，提供一种方法，其包括通过加热而不燃烧水烟装置中的气溶胶生成基质生成气溶胶；并且将至少一个气溶胶冷凝粒子引入水烟装置的气流路径。气流路径将由气溶胶生成基质生成的气溶胶运送到水烟装置的出口以递送至用户。所述方法可以使可见气溶胶增加或总气溶胶质量增加。

在本发明的各个方面，提供一种被配置成执行所述方法的水烟装置。所述水烟装置可以包括器皿、气溶胶生成元件和气溶胶冷凝粒子分配器。所述器皿限定被配置为容纳一定体积的液体的内部。所述器皿包括与出口连通的顶部空间以将气溶胶递送至用户。气溶胶生成元件与器皿流体连接，并且被配置成加热气溶胶生成基质。气溶胶冷凝粒子分配器被配置成将至少一个气溶胶冷凝粒子递送到气流路径。

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，与气溶胶冷凝粒子不递送到气流路径的类似装置相比，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，该装置的用户可以体验其中用木炭燃烧气溶胶生成基质但不燃烧木炭的副产物或气溶胶生成基质的更典型的水烟装置。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。

本文所述的方法、装置和系统可以提供水烟装置中增加的可见气溶胶、增加的总气溶胶质量的递送、或增加的可见气溶胶以及增加的总气溶胶质量的递送，所述水烟装置包括气溶胶生成元件，所述气溶胶生成元件具有电加热器，其加热但不燃烧气溶胶生成基质。可见气溶胶和总气溶胶质量中的一者或两者的增加由将气溶胶冷凝粒子引入气流路径中而产生，所述气流路径被配置成将通过加热气溶胶生成基质生成的气溶胶运送到出口以递送至用户供其吸入。在不意图受理论束缚的情况下，据信，气溶胶冷凝粒子促进异相成核的过程，其增加可见气溶胶和总气溶胶质量中的一者或两者。

如本文所使用，术语“气溶胶冷凝粒子”是指可充当种子或成核位点的任何颗粒物质，蒸气粒子可以在种子或成核位点上或周围冷凝以形成气溶胶形式的固体粒子或液滴。气溶胶冷凝粒子可以是固体粒子，或者可以是液滴。

本文所述的方法、装置和系统可以将一个气溶胶冷凝粒子引入气流路径。然而，本文所述的方法、装置和系统通常将多个气溶胶冷凝粒子引入气流路径中。

在气流路径中蒸气浓度最大的位置处提供至少一个气溶胶冷凝粒子可能是有利的。在将多个气溶胶冷凝粒子引入气流路径的情况下，将多个气溶胶冷凝粒子尽可能靠近基质引入气流路径可能是有利的，使得在气流路径中气溶胶冷凝粒子的浓度在气流路径中蒸气浓度最大的位置处最大。通常，气流路径中的蒸气浓度在气溶胶生成基质处或周围处于最大值。因此，将至少一个气溶胶冷凝粒子尽可能接近气溶胶生成基质引入气溶胶生成基质可能是有利的。这可进一步促进成核并增加可见气溶胶和总气溶胶质量中的一者或两者。

至少一个气溶胶冷凝粒子可以在气流路径中相对于气溶胶生成基质的任何合适位置处引入气流路径。至少一个气溶胶冷凝粒子可以引入基质上游、基质处或基质下游的气流路径，前提是至少一个气溶胶冷凝粒子最终存在于基质生成的蒸气中。

在将至少一个气溶胶冷凝粒子引入基质下游的气流路径的情况下，至少一个气溶胶冷凝粒子可以引入基质的20厘米内、基质的5厘米内或基质内2厘米内的气流路径。

如本文所使用，“上游”和“下游”相对于通过水烟装置的气流路径。气流路径的下游端是将气溶胶递送到装置的用户的那一端。

任何合适的气溶胶冷凝粒子都可以引入气流路径，所述气流路径被配置成将气溶胶运送到出口以递送至用户。尺寸在约0.01微米至约5微米范围内的粒子可适用于促进异相成核，并且因此可以生成增加的可见气溶胶和总气溶胶质量中的一者或两者。气溶胶冷凝粒子的平均尺寸可以在约0.01微米至约5微米之间、约0.05微米至约2微米之间、约0.1微米至约0.3微米之间或约0.2微米。

至少一个气溶胶冷凝粒子可以包括例如氯化钠(NaCl)、氯化钾(KCl)、碳粒子或任何其他合适的颗粒物质。

至少一个气溶胶冷凝粒子可由液体组合物(诸如溶液、分散体或悬浮液)形成。例如，至少一个气溶胶冷凝粒子可以包括液体组合物的液滴。液体组合物可以包括水和一个或多个附加组分以增强气溶胶冷凝。例如，液体组合物可以包含氯化钠(NaCl)、氯化钾(KCl)、碳粒子或任何其他合适的组分。液体组合物可以包含水和氯化钠。氯化钠可以任何合适的浓度存在于雾化溶液中。例如，液体组合物可以包含某浓度的氯化钠，所述浓度从约5克氯化钠/1升蒸馏水到约50克氯化钠/1升蒸馏水，从约20克氯化钠/1升蒸馏水到约50克氯化钠/1升蒸馏水或约35克氯化钠/1升蒸馏水。雾化溶液中的盐浓度影响雾化干燥气溶胶的大小。

在至少一个气溶胶冷凝粒子由液体组合物形成的情况下，诸如水以及增强气溶胶冷凝的一个或多个另外的组分，至少一个气溶胶冷凝粒子可以被引入基质上游(尤其是加热器上游)的气流路径。在一些实施例中，这可能是有利的，因为气溶胶冷凝粒子的水组分可以不是促进气溶胶的成核必需的，气溶胶冷凝粒子的水含量可以基本上蒸发，因为气流路径中的气溶胶冷凝粒子被抽吸通过加热器。然而，由于气流路径中的空气在气溶胶生成基质上方或通过气溶胶生成基质被抽吸，引入基质上游的气流路径的气溶胶冷凝粒子中的一些可能会在与基质的碰撞中丢失。这可能导致可用于促进气溶胶成核的气溶胶冷凝粒子的数量减少。因此，在一些实施例中，将至少一个气溶胶冷凝粒子引入基质下游的气流路径可能是有利的。在将至少一个气溶胶冷凝粒子引入基质下游的气流路径的情况下，将至少一个气溶胶冷凝粒子尽可能靠近基质引入气流路径可能是有利的。

至少一个气溶胶冷凝粒子可以任何合适的方式引入水烟装置的气流路径中。至少一个气溶胶冷凝粒子可以由气溶胶冷凝粒子分配器引入。至少一个气溶胶冷凝粒子可以通过气溶胶冷凝粒子分配器直接引入水烟装置的气流路径中。至少一个气溶胶冷凝粒子可以通过气溶胶冷凝粒子分配器引入气流路径的附近、气流路径处或其周围，随后可以进入气流路径。

气溶胶冷凝粒子分配器可以是适用于将气溶胶冷凝粒子引入气流路径的任何类型的分配器。例如，气溶胶冷凝粒子分配器可以是雾化器。在气溶胶冷凝粒子分配器为雾化器的情况下，粒子可以以雾化形式引入。因此，气溶胶冷凝粒子可以包括雾化液滴。雾化液滴可以任何合适的方式产生，例如使用压缩气体，例如压缩空气或超声源将液体组合物分解成液滴。形成的液滴可通过喷嘴(例如，文丘里(Venturi)喷嘴)传递以引入气流路径中。液滴的大小可以通过例如气体的速度和喷嘴的特性来控制。

在包括雾化器的实施例中，可采用任何合适的雾化器形成包含液滴的气溶胶冷凝粒子。例如，雾化器可以包括压缩气体(例如压缩空气)源或将液体组合物分解成液滴的超声振动元件。雾化器可以包括定位为将液滴引导到水烟装置的气流路径的喷嘴。如果雾化器采用压缩气体，气体可以存在于可更换的筒中。待雾化的液体组合物可以包含在可更换容器中，或可以在可再填充的储存器中。

本发明的水烟装置可以包括任何合适的气溶胶生成元件、气溶胶生成元件、气溶胶生成装置或气溶胶生成元件。例如，水烟装置可以具有加热器以加热气溶胶生成基质来产生气溶胶。气溶胶生成基质可以由电加热器加热。

水烟装置可包括用于接收气溶胶生成基质的容纳器。容纳器可被构造成接收容纳气溶胶生成基质的筒。气溶胶生成元件可包括容纳器。气溶胶生成基质可容纳在筒中。在气溶胶生成基质容纳在筒中时，容纳器可被构造成接收筒。当由加热元件加热时，气溶胶生成基质可包含在筒中。

在气溶胶生成基质包含在筒中的实施例中，气溶胶生成元件可包括被构造成接收筒的筒容纳器。容纳器可被构造成直接接收含有气溶胶生成基质的筒和气溶胶生成基质中的一者或两者。气溶胶生成元件包括新鲜空气入口和气溶胶出口。当用户在水烟装置上抽吸时，新鲜空气可进入新鲜空气入口，在气溶胶生成基质的表面上通过或穿过气溶胶生成基质，并且离开气溶胶出口。

气溶胶生成元件的加热器可限定容纳器的至少一个表面，用于保持气溶胶生成基质或筒。加热器可限定容纳器的至少两个表面。例如，加热器可形成顶表面、侧表面和底表面中的两者或更多者的至少一部分。加热器可限定顶表面的至少一部分和侧表面的至少一部分。加热器可形成容纳器的整个顶表面和整个侧壁表面。加热器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器。具体地，水烟装置可以包括电加热器。电加热器可包括电阻加热部件和感应加热部件中的一者或两者。电加热器可包括任何合适的电阻加热部件。例如，电加热器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。合适的传导材料的示例包括铝、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。

电加热器可包括任何合适的感应加热部件。例如，电加热器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生成基质处于热接触或紧密热邻近时，基质由感受器加热，使得形成气溶胶。感受器可至少部分地以与气溶胶生成基质直接物理接触的形式进行布置。

感受器可以由能够感应加热到足以从气溶胶生成基质生成气溶胶的温度的任何材料形成。感受器可包括金属或碳。感受器可包括铁磁或亚磁性材料或由铁磁或亚磁性材料组成，例如铁素体铁、铁磁或亚铁磁合金(如铁磁钢或不锈钢)和铁氧体。合适的感受器可以是铝或包括铝。

感受器可以是金属感受器，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。

感受器可以包括任何合适比例的铁磁或顺磁材料。例如，感受器可以包含至少5％、至少20％、至少50％或至少90％的铁磁性或顺磁材料。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。

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质的筒中。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。所述控制器可以包含以下中的一个或多个：专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit；ASIC)状态机、数字或模拟信号处理器、门阵列、微处理器，或同等的离散或集成逻辑电路。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。电子电路可以配置成调节电力的供应。电力可以电流脉冲的形式供应给加热器元件或感应线圈。

如果电加热器包括电阻加热元件，则控制电子器件可被配置为监测电阻加热元件的电阻，并且根据电阻加热元件的电阻控制对电阻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加热元件的温度。

如果电加热器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为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至少一个温度传感器，诸如热电偶。至少一个温度传感器可以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质或筒中，以监测被加热的气溶胶生成基质的温度。温度传感器可与加热器的加热元件接触。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。每个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，该装置可被配置成将接收在容纳器中的气溶胶生成基质加热到足以生成气溶胶而不会使气溶胶生成基质燃烧的程度。

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包括电池、电容器和燃料电池中的至少一个。所述电源可包括电池。在一些实例中，电源可以包括电池，电池被配置成使得电池的几何形状、尺寸和形状因子符合水烟装置的一部分。例如，电池的阴极和阳极元件可被卷起并组装以匹配它们被设置在其中的水烟装置的一部分的几何形状。电源可为可再充电的。电源可为可拆卸的和可更换的。可以使用任何合适的电源。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。供电单元可以是任何类型的电源，包含超级电容器或超电容器。在某些实施例中，可以通过连接到外部电源来给装置供电。水烟装置可以被电设计和电子设计成使用其特定电源进行操作。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，电源可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质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，新鲜空气可流动通过该通道到达容纳器和设置在容纳器中的基质，以将由气溶胶生成基质生成的气溶胶运送到气溶胶出口。通道的至少一部分可由加热元件形成，以在进入容纳器之前预热空气。

通过预热的空气和来自加热元件的加热的一者或两者可将气溶胶生成基质加热至约150℃至约250℃、约180℃至约230℃、或约200℃至约230℃范围内的温度。这种温度可以足以在不燃烧基质的情况下从基质产生气溶胶。

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。水烟装置可包括两个或更多新鲜空气入口通道。

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。孔可形成在容纳器的顶部中。

容纳器的形状和大小可被设定成当基质或筒被容纳器接收时允许容纳器的一个或多个壁或顶板与气溶胶生成基质或包含气溶胶生成基质的筒之间接触，以促进形成容纳器表面的加热元件对气溶胶生成基质的传导加热。在一些实例中，可在包含气溶胶生成基质的筒的至少一部分与容纳器的表面之间形成气隙。

容纳器可由一个或多个部分形成。容纳器可由两个或更多部分形成。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质或包含气溶胶生成基质的筒。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质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。筒可包括导热壳体。例如，壳体可由铝、铜、锌、镍、银及其组合形成。壳体可由铝形成。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。在容纳器的顶部包括一个或多个孔的一些实施例中，筒顶部中的至少一些孔可与容纳器顶部中的孔对准。在容纳器的顶部包括一个或多个孔的一些实施例中，筒顶部中的至少一些孔可与容纳器顶部中的孔偏离或不对准。筒可包括对准特征，该对准特征被配置成与容纳器的互补对准特征匹配，以相对于容纳器的孔定位筒的孔。例如，筒可包括对准特征，该对准特征被配置成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质从筒中溢出。在一些实施例中，壳体中的孔的尺寸可足够小以防止或抑制气溶胶生成基质离开筒。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。容纳器可被配置成刺穿筒的顶部。

可将任何合适的气溶胶生成基质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。气溶胶生成基质可以是能够释放可形成气溶胶的挥发性化合物的基质。可以通过加热气溶胶生成基质来释放挥发性化合物。气溶胶生成基质可以是固体或液体，或包括固体和液体组分。气溶胶生成基质可以是固态。

气溶胶生成基质可包括尼古丁。含尼古丁的气溶胶生成基质可包括尼古丁盐基体。气溶胶生成基质可包括植物类材料。气溶胶生成基质可包括烟草。含烟草材料可以含有挥发性烟草香味化合物，其在加热时从气溶胶生成基质释放。

气溶胶生成基质可包括均质化烟草材料。均质化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％。

气溶胶生成基质可包括不含烟草材料。气溶胶生成基质可以包括均质化植物类材料。

气溶胶生成基质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。

气溶胶生成基质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元件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。气溶胶生成基质可以包括其它添加剂和成分，例如香料。气溶胶生成基质可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。

固体气溶胶生成基质可以设置在热稳定载体上或嵌入热稳定载体中。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 openmesh metallic screen)或穿孔金属箔或任何其他热稳定聚合物基体形成。载体可采取粉末、颗粒、小球、碎片、通心管、条或片材的形式。载体可以是其中已包含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，气溶胶生成基质呈悬浮液的形式。例如，气溶胶生成基质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质、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顶部空间出口。顶部空间出口通常布置在器皿的顶部空间区域。顶部空间区域通常高于器皿的液体填充液位。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。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。液体可包括水，其可任选地与一种或多种着色剂、香料或着色剂和香料一起注入。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。

夹带在离开气溶胶生成单元的气溶胶出口的空气中的气溶胶可穿过定位在器皿中的导管。导管可联接到气溶胶出口并且可具有低于器皿的液体液位的开口，使得流经器皿的气溶胶流经导管的开口，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烟嘴。

水烟装置可包括可由用户启动的开关，所述开关可操作地联接到水烟装置的控制电子器件。开关可以布置在水烟装置上的任何合适位置。例如，开关可以布置在气溶胶生成元件、器皿或烟嘴处。开关可以无线耦合到控制电子器件。开关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，使用开关可起到节省能量的作用。

水烟装置可以包括与气流路径连通的抽吸传感器。抽吸传感器可以定位在气流路径的任何合适位置处。例如，烟嘴可以包括吸烟传感器。抽吸传感器可以可操作地联接到雾化器，以响应于检测到抽吸，使雾化器将至少一个气溶胶冷凝粒子递送到气流路径。抽吸传感器可以可操作地联接到控制电子器件，控制器电子器件可以联接到雾化器。

水烟装置可以包括气溶胶生成元件的下游的腔室，其具有用于加速来自气溶胶生成元件的进入空气、蒸气和气溶胶的入口。腔室的尺寸和形状可以设定成在空气、蒸气和气溶胶离开入口进入腔室时使空气、蒸气和气溶胶减速。此类布置可进一步促进蒸气的冷凝、气溶胶的成核以及可见气溶胶的数量和总气溶胶质量中的一者或两者的增加。

在一些实例中，用户可通过使用启动元件来启动一个或多个加热元件。启动元件可布置在水烟装置上的任何合适的位置处。例如，启动元件可以布置在烟嘴处。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。在一些实例中，仅在用户抽吸烟嘴时才启用此类手动启动，以防止筒中的气溶胶生成基质过热或不必要的加热。

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，用户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质或在容纳器中包含基质的筒，以将气溶胶携带通过容纳器的气溶胶出口。由用户抽吸引起的低压可以启动雾化器，使雾化器引入至少一个气溶胶冷凝粒子进入气流路径，以便与由气溶胶生成基质生成的蒸气混合，这可改善蒸气冷却以形成气溶胶时的成核，从而使得可见气溶胶增强。含有气溶胶的空气然后可通过导管流动到器皿内的液体。然后，气溶胶将从液体涌出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烟嘴以递送至消费者。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。

本发明的水烟装置的所有主要部分的组装可以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。所述材料可以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。所述部分可以由适用于标准洗碗机的材料形成。

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

出于示例的目的，如上所述，一个示例性水烟装置可以包括器皿、气溶胶生成元件和腔室，腔室的空气加速入口在器皿与气溶胶生成元件之间。水烟装置还可以包括将烟嘴连接到器皿的顶部空间出口的软管。气溶胶生成元件可以包括电加热器和用于接收气溶胶生成基质的容纳器或用于接收气溶胶生成基质的筒。水烟装置还可以包括用于向气溶胶生成元件供电的电源、用于控制向气溶胶生成元件供电的控制电子器件以及用于启动气溶胶生成元件的烟嘴处的启动元件。根据本发明，水烟装置包括在新空气入口、气溶胶生成元件、腔室、将腔室连接到器皿的导管、器皿、软管和烟嘴之间延伸的气流路径。同样根据本发明，水烟装置还包括可操作地连接到气溶胶冷凝粒子源的雾化器，雾化器具有喷嘴，喷嘴被布置成将气溶胶冷凝粒子递送到直接在气溶胶生成元件的电加热器的下游，带空气加速入口的腔室上游的气流路径。

出于示例的目的，在下文按时间顺序提供一种使用如上文中所描述的示范性水烟装置的方法。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。接着可以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质或筒插入到容纳器中。然后可以再组装或关闭气溶胶生成元件。然后可以通过用户操作启动元件打开装置。这可以打开气溶胶生成元件的电加热器以加热容纳器中的气溶胶生成基质。

用户可以从烟嘴抽吸以在新鲜空气入口处将空气吸入到水烟装置中并通过气流路径。可以抽吸空气通过气溶胶生成元件，并且空气可以夹带由加热的气溶胶生成基质生成的蒸气。空气和蒸气可以从气溶胶生成元件抽出，并且通过空气加速入口进入腔室中。烟嘴上的抽吸可以启动雾化器以在空气和蒸气进入腔室之前将气溶胶冷凝粒子引入气流路径中。这种布置使得气溶胶冷凝粒子与蒸气混合，并且可促进成核过程。蒸气可在腔室中冷凝以形成气溶胶，且气溶胶可以通过导管从腔室抽出进入器皿中。气溶胶可以从导管抽出进入器皿中的水中，从水中出来进入顶部空间中，在此气溶胶通过顶部空间出口从器皿抽出，并且沿着软管到达烟嘴以由用户吸入。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。当筒或基质中的可用气溶胶生成基质被耗尽时，该装置可以自动关闭。在一些实例中，在例如从装置接收到耗材被耗尽或几乎被耗尽的报警之后，消费者可用新鲜的气溶胶生成基质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。在一些实例中，消费者可在任何时间通过例如在启动元件切断装置来关断水烟装置。

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是示出本发明方法的实施例的流程图。

图2是示出本发明的水烟系统的实施例的示意性框图。

图3是示出本发明的水烟系统的实施例的示意性剖面图。

图4是示出本发明的水烟装置的一部分的示意性剖面图。

图5是包含用于本发明的水烟装置的实施例中的气溶胶生成基质的筒的示意性透视图。

图6是示出本发明方法的另一个实施例的流程图。

图7是示出本发明的水烟系统的另一个实施例的示意性框图。

图8A和8B是使用中的水烟装置的图像。图8A中的水烟装置不包括雾化器，图8B中的装置包括雾化器，其将气溶胶生成粒子引入气流路径中，以便与加热气溶胶生成基质生成的蒸气混合。

图9是示出由水烟装置(其中雾化器在气流路径中引入气溶胶生成粒子，以与蒸气(圆形)混合)以及由缺少雾化器(三角形)的水烟装置生成的总气溶胶质量的图形。

具体实施方式

现在参考图1，示出了用于增加水烟装置中的可见气溶胶和总气溶胶质量中的一者或两者的方法，水烟装置包括气溶胶生成元件，其加热但不会燃烧气溶胶生成基质。所述方法包括通过加热水烟装置中的气溶胶生成基质来生成蒸气(2)。所述方法还包括将气溶胶冷凝粒子引入水烟装置的气流路径中的蒸气，以与通过加热基质生成的蒸气混合(4)。当蒸气冷却时，蒸气冷凝以形成气溶胶。在此实施例中，气溶胶冷凝粒子被引入气溶胶生成基质下游的气流路径中。气溶胶冷凝粒子的引入可改善成核，其可以增加可见气溶胶和总气溶胶质量中的一者或两者。因此，电加热气溶胶生成基质而不燃烧基质的水烟装置可产生类似于或大于燃烧基质的装置的可见气溶胶和总气溶胶质量。

现在参考图2，示出了包括水烟装置100和气溶胶生成基质300的系统10。水烟装置100包括入口102、出口104和从入口102延伸到出口104的气流路径103(由箭头显示)。装置100包括气溶胶生成元件130，气溶胶生成元件包含用于加热气溶胶生成基质300的电加热元件。基质300位于装置100的气流路径103中。当基质300被加热时，生成气溶胶，气溶胶可以被夹在流动通过气流路径103的空气中。当用户在装置100上抽吸时，气溶胶可以通过出口104递送至用户。

气溶胶生成元件130可操作地联接到电源35和控制电子器件30，他们一起控制气溶胶生成元件130的加热元件将基质300加热到的温度，使得基质300被充分加热以产生气溶胶但不燃烧。因此，燃烧副产品不会递送给用户进行吸入。

所述装置包括雾化器400，其定位成将气溶胶冷凝粒子递送到气流路径。雾化器400位于基质300的下游。当携带由被加热的基质300生成的蒸气的空气在气流路径中朝出口104行进时，蒸气可与气溶胶冷凝粒子混合，以促进气溶胶的成核，增加可见气溶胶，并增加总气溶胶质量。

装置100可选地包括与气流路径103连通的抽吸传感器109。当用户通过出口104在装置100上抽吸时，内部压力降可由抽吸传感器109检测。抽吸传感器109和雾化器400可操作地联接到控制电子器件30。传感器109的抽吸检测可以使控制电子器件30启动雾化器400。

现在参考图3，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的填充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收包含气溶胶生成基质(或接收不在筒中的气溶胶生成基质)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(或不在筒中的基质)中以携带由被加热的气溶胶生成基质生成的蒸气。空气和蒸气离开气溶胶生成元件130的出口，并通过空气加速入口(未示出)进入腔室200。当蒸气冷却时，蒸气冷凝以形成气溶胶。

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，进入器皿17的顶部空间18，通过器皿17的顶部空间出口15离开顶部空间18。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。烟嘴25可附接到软管20或形成为软管的一部分。

该装置在使用中的气流路径103在图3中用粗箭头表示。

烟嘴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。应当理解，在其它实施例中，启动元件27可以放置在装置100上的任何其他合适位置处。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30启动加热元件160；例如，通过使电源35为加热元件160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3所示的元件130的底部。

图4示出了水烟装置100的实例的示意性剖视图。装置100的一些部件未显示，因为理解该实施例不需要这些部件。所述装置包括气溶胶生成元件130，其被配置成电子加热气溶胶生成基质300。气溶胶生成元件130包括入口133以用于新鲜空气从气溶胶生成元件130外部通过气溶胶生成基质300流动，并进入导管190中以递送至器皿。装置100包括雾化器400，其可操作地联接到含有液体组合物的储存器407。雾化器400雾化液体组合物以形成多个气溶胶冷凝粒子405，该粒子被引入基质300下游导管190上游的气流路径中。

在此实施例中，雾化器400定位为将气溶胶冷凝粒子引入加热元件160和腔室200之间的气流路径中。然而，要认识到，在其它实施例中，雾化器400可以定位为将气溶胶冷凝粒子引入气流路径中的不同位置。例如，雾化器400可以定位为将气溶胶冷凝粒子引入加热元件160上游或气溶胶生成元件130下游的气流路径，例如引入腔室200或导管190。

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质的多个孔153。筒150的底部还可包含一个或多个孔，以允许空气流动通过筒150。

现在参考图6，示出了用于增加水烟装置中的可见气溶胶和总气溶胶质量中的一者或两者的另一种方法，水烟装置包括气溶胶生成元件，其加热但不会燃烧气溶胶生成基质。所述方法包括与图1的方法类似的步骤，用来指图6的方法步骤的相同数字对应于用来指图1方法的相同步骤的相同数字。所述方法包括将气溶胶冷凝粒子引入水烟装置的气流路径(4’)。所述方法还包括通过加热水烟装置中的气溶胶生成基质，在气流路径中生成蒸气(2’)。蒸气与气流路径中的气溶胶冷凝粒子混合，这促进在蒸气冷却以形成气溶胶时蒸气的成核。在此实施例中，气溶胶冷凝粒子被引入气溶胶生成基质上游的气流路径中。气溶胶冷凝粒子的引入可改善成核，其可以增加可见气溶胶和总气溶胶质量中的一者或两者。

现在参考图7，示出了包括水烟装置100’和气溶胶生成基质300’的系统10’。系统10’包括与图2的系统10相似的特征，用来指图7系统的特征的相同数字对应于用来指图2系统的特征的相同数字。水烟装置100’包括入口102’、出口104’和从入口102’延伸到出口104’的气流路径103’(由箭头显示)。装置100’包括气溶胶生成元件130’，其包括用于加热气溶胶生成基质300’的电加热元件。基质300’位于装置100’的气流路径103’中。当基质300’被加热时，生成气溶胶，其可以被夹在流动通过气流路径103’的空气中。当用户在装置100’上抽吸时，气溶胶可以通过出口104’递送至用户。

气溶胶生成元件130’可操作地联接到电源35’和控制电子器件30’，他们一起控制气溶胶生成元件130’的加热元件将基质300’加热到的温度，使得基质300’被充分加热到产生气溶胶但不燃烧的程度。

所述装置包括雾化器400’，其定位成将气溶胶冷凝粒子递送到气流路径。雾化器400’在基质300’的上游。当携带气溶胶冷凝粒子的空气在气流路径中在基质300’上方或通过基质朝出口104’行进时，气溶胶冷凝粒子位于气流路径中由基质300’生成蒸气的位置处。因此，一生成气溶胶冷凝粒子，蒸气就可与气溶胶冷凝粒子混合，以促进气溶胶的成核，增大可见气溶胶，并增大总气溶胶质量。

装置100’可选地包括抽吸传感器109’，其与气流路径103’连通。当用户通过出口104’在装置100’上抽吸时，内部压力降可以由抽吸传感器109’检测。抽吸传感器109’和雾化器400’可操作地联接到控制电子器件30’。传感器109’的抽吸检测可以使控制电子器件30’启动雾化器400’。

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，描述了气溶胶冷凝粒子增加可见气溶胶的量以及增加可递送至用户的总气溶胶质量的能力。

组装具有雾化器的水烟装置，并且组装不具有雾化器的水烟装置。除了存在或不存在雾化器之外，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器皿中液位下方延伸的导管。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。

将35克NaCl溶解在1升蒸馏水中。使用压力为30巴的雾化器将所得溶液喷洒到水烟装置的气溶胶相中。雾化NaCl和水被喷洒到筒上方2厘米处水烟装置的气溶胶路径中。

通过液位上方的器皿的顶部空间出口收集气溶胶。总共使用10个剑桥垫收集气溶胶，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

在图8A和8B中示出了在不带雾化器的水烟装置和包括根据本发明的实施例的雾化器的水烟装置的器皿的顶部空间中存在的可见气溶胶的数量的比较。图8A示出了无雾化器的水烟装置。图8B示出了具有雾化器的水烟装置。

与没有雾化器的水烟装置相比，如图8A-B中所示，包括雾化器的水烟装置的器皿的顶部空间中的可见气溶胶的量急剧增大。此外，收集的气溶胶的总量从1202mg(无雾化器)增大到1773mg(有雾化器)。

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9中，示出了对于两种不同配置的水烟装置，20、40、60、80和105次抽吸，每次抽吸的平均总气溶胶质量(TAM)。使用三角形描绘不具有雾化器的电动水烟所获得的每抽吸的平均TAM。使用圆圈显示使用相同装置(其中增加了雾化器)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，其包括：

限定内部的器皿，所述内部被配置成容纳一定体积的液体，所述器皿包括与出口连通以将气溶胶递送至用户的顶部空间；

气溶胶生成元件，所述气溶胶生成元件与所述器皿流体连接，其中所述气溶胶生成元件被配置成加热而不燃烧气溶胶生成基质以生成气溶胶；

气流路径，所述气流路径被布置成将从所述气溶胶生成基质生成的气溶胶运送到所述水烟装置的出口以递送至用户；以及

气溶胶冷凝粒子分配器，所述气溶胶冷凝粒子分配器被配置在所述气溶胶生成元件的下游而将至少一个气溶胶冷凝粒子分配到所述气流路径中以使所述顶部空间中的可见气溶胶增加或总气溶胶质量增加。

2.根据权利要求1所述的水烟装置，其还包括所述至少一个气溶胶冷凝粒子的气溶胶冷凝粒子源，其中所述气溶胶冷凝粒子源可操作地联接到所述气溶胶冷凝粒子分配器，用于将所述至少一个气溶胶冷凝粒子从所述气溶胶冷凝粒子源递送到所述气流路径中。

3.根据权利要求2所述的水烟装置，其中所述气溶胶冷凝粒子源包括液体组合物，所述液体组合物包含所述至少一个气溶胶生成粒子。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的水烟装置，其中所述气溶胶冷凝粒子分配器被定位成将所述至少一个气溶胶冷凝粒子递送到所述气溶胶生成基质下游的气流路径。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的水烟装置，其中所述气溶胶冷凝粒子分配器包括雾化器。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的水烟装置，其还包括与所述气流路径连通的抽吸传感器，其中所述抽吸传感器可操作地联接到所述气溶胶冷凝粒子分配器，以响应于检测到抽吸而使所述气溶胶冷凝粒子分配器将所述至少一个气溶胶冷凝粒子递送到所述气流路径。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的水烟装置，其中所述气溶胶生成元件包括电加热元件。

8.根据权利要求7所述的水烟装置，其还包括被配置成向所述电加热元件供电的电源。

9.一种气溶胶生成系统，其包括：

容器，气溶胶生成基质设置于所述容器中；以及

根据权利要求1至8中任一项所述的水烟装置，其中气溶胶生成单元被配置成接收包括所述气溶胶生成基质的所述容器。