CN112004429B - 具有优化的汽化的电子烟 - Google Patents

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Abstract

披露了一种用于电子烟的囊体(16)，该囊体具有用于与电子烟装置接合的第一端和被配置为具有蒸气出口的吸嘴部分(28)的第二端，该囊体进一步包括：被配置用于容装待汽化液体L的液体储存器(32)；包括加热器(36)和流体传递元件(38)的汽化单元(34)，该汽化单元布置在汽化腔室(30)内；从该汽化腔室延伸至该吸嘴中的蒸气出口的蒸气主通道(24)；以及包封该液体储存器和该汽化单元的壳体，其中，该壳体包括组装在一起的内部壳体(18a)和外部壳体(18b)，其中，该液体储存器(32)位于该内部壳体与该外部壳体之间的空隙中，其中，在该内部壳体与该外部壳体之间设置了密封件(50)，并且其中，该密封件的截面形状的截面高度hs大于截面宽度Ws。

Description

具有优化的汽化的电子烟
技术领域
本发明涉及个人用汽化装置，比如电子烟。特别地，本发明涉及一种电子烟以及用于其的可抛弃式囊体。
背景技术
电子烟是常规香烟的替代品。替代于产生燃烧烟雾，电子烟汽化可由使用者吸入的液体。液体典型地包括气溶胶形成物质，例如产生蒸气的甘油或丙二醇。液体中的其他常见物质是尼古丁和多种不同的香料。
电子烟是手持式吸入器系统，包括吸嘴部分、液体储存器、供电单元。通过汽化器或加热器单元实现汽化，该汽化器或加热器单元典型地包括加热线圈形式的加热元件以及流体传递元件。随着加热器将芯吸件中的液体加热直到液体转化为蒸气，来发生汽化。电子烟可以在吸嘴区段中包括腔室，该腔室被配置用于接纳囊体形式的可抛弃式消耗品。包括液体储存器和汽化器的囊体通常被称为“汽化烟弹(cartomizer)”。
电子烟的问题在于，加热器有时将液体加热到使得一部分液体转化为蒸气，而使另一部分进入沸腾状态。这导致未汽化的液体转化为穿过吸嘴逸出的较大液体喷出物或液滴。使用者吸入如此大的液滴可能是不愉快的，因此提出了减轻该问题的不同方法。
为了减轻该问题，通常在吸嘴中设置网孔以防止较大的颗粒到达使用者的嘴。文献US 20170215481示出了一种具有网孔的电子烟的示例，该网孔避免较大的液滴穿过吸嘴离开。
然而，由于气溶胶中的期望的蒸气滴大小非常小，因此网孔仍不能给出令人满意的结果。即使减小了网孔中的开口，则会增加相关联的流量限制，并且仍难以实现来自吸嘴的令人满意的蒸气流。
发明内容
鉴于现有技术的上述缺点，本发明的目的是减少在电子烟的蒸气中液滴的形成。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于电子烟的囊体，该囊体具有用于与电子烟装置接合的第一端和被配置为具有蒸气出口的吸嘴部分的第二端，该囊体进一步包括：被配置用于容装待汽化液体的液体储存器；包括加热器和流体传递元件的汽化单元，该汽化单元布置在汽化腔室内；从该汽化腔室延伸至该吸嘴中的蒸气出口的蒸气主通道；以及包封该液体储存器和该汽化单元的壳体，其中，该流体传递元件通过至少一个液体入口流体地连接至该液体储存器，并且该流体传递元件对其中接收的液体提供毛细作用，其中，该加热器设置在基本上邻近于该液体入口的位置处、或者设置在该液体入口与该吸嘴之间的位置处。
将加热器放在基本上邻近于液体入口或在液体入口与吸嘴之间的位置(并且因此当囊体处于装置中并且呈“正常”取向时总体上“高于”液体入口)的优点在于，加热器周围的液体量在一定程度上通过流体传递元件的毛细压力被调节。特别地，过量的液体倾向于在流体传递元件内、在液体入口下方而不是邻近于其或高于液体入口形成(由于毛细压力和重力的组合)。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于电子烟的囊体，该囊体具有用于与电子烟装置接合的第一端和被配置为具有蒸气出口的吸嘴部分的第二端，该囊体进一步包括：被配置用于容装待汽化液体的液体储存器；包括加热器和流体传递元件的汽化单元，该汽化单元布置在汽化腔室内；从该汽化腔室延伸至该吸嘴中的蒸气出口的蒸气主通道；以及包封该液体储存器和该汽化单元的壳体，其中，该壳体由组装在一起的内部壳体和外部壳体构成，其中，该液体储存器位于该内部壳体与该外部壳体之间的空隙中，其中，在该内部部分与该外部部分之间设置了密封件，并且其中，该密封件的截面形状的截面高度大于截面宽度。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于电子烟的囊体，该囊体具有用于与电子烟装置接合的第一端和被配置为具有蒸气出口的吸嘴部分的第二端，该囊体进一步包括：被配置用于容装待汽化液体的液体储存器；包括加热器和流体传递元件的汽化单元，该汽化单元布置在汽化腔室内；从该汽化腔室延伸至该吸嘴中的蒸气出口的蒸气主通道；以及包封该液体储存器和该汽化单元的壳体，其中，该加热器的高度对应于该流体传递元件的高度的25％-50％，并且其中，该加热器的对流在4000与7000W/m2K之间，并且功率密度在1.10至2.350Watt/mm2之间、优选地在1.220至2.320Watt/mm2之间、并且更优选地在1.15至1.16Watt/mm2之间。
优选地，该流体传递元件位于该蒸气主通道内并且具有与囊体的纵向轴线重合的纵向分量。以此方式，对流体传递元件中的液体的毛细作用可以朝向吸嘴，从而抵消重力作用并且由此调节从液体储存器到流体传递元件的液体流动。该流体传递元件可以使用毛细作用来使液体背离液体入口。加热器可以设置成高于或邻近于液体入口，并且因此加热器可以将在流体传递元件内使用毛细效应行进的液体汽化。毛细作用可以在与重力相反的方向上起作用，并且这可以限制存在于流体传递元件中的液体的量。这可以允许液体的有效汽化、并且可以防止饱和的流体传递元件汽化，饱和的流体传递元件汽化可能对气流产生未汽化液滴。
有效地，流体传递元件通过该至少一个液体入口流体地连接至液体储存器，并且管状的流体传递元件的外表面抵接该至少一个液体入口，而该管状的流体传递元件的内表面与加热器接触。
该液体入口可以设置在该流体传递元件的底部处、在正常使用中在距该流体传递元件底部为0-1mm的距离处。液体入口的直径可以在0.8至1.3mm之间、优选地在0.95与1.15之间、并且更优选地在1.03与1.14mm之间。将液体入口设置在流体传递元件的底部处迫使液体在流体传递元件中通过毛细作用上升。这实现了对加热器的受控液体供应，无论液体储存器中的液体量如何。
该壳体优选地包括组装在一起的内部壳体和外部壳体。该汽化腔室优选地基本上位于内部部分内，而该液体储存器优选地位于该内部壳体与该外部壳体之间的空隙中。该内部壳体和该外部壳体可以使用第一接头和第二接头进行组装，并且第二接头可以位于第一接头的径向内侧。第二接头可以实现内部壳体与外部壳体之间沿囊体的轴向方向的移动，从而可以改变内部壳体和外部壳体的相对轴向位置。
该内部壳体可以具有第一肩台和第二肩台，在其间限定了凹槽。该外部壳体可以具有突出部，并且该突出部可以被配置成以可变深度延伸到该凹槽中。优选地，该内部壳体和该外部壳体通过可压缩密封件密封在一起，该可压缩密封件的截面高度大于截面宽度。该密封件可以设置在被限定在该内部壳体中的凹槽中、并且可以具有卵形的截面形状。在其他实施例中，该密封件可以具有带有横向伸出部的截面形状，该横向伸出部沿横向于密封件的轴向可压缩方向的方向伸出。该横向伸出部可以被配置成在一旦已经达到压缩阈值时就密封在该内部壳体或该外部壳体上。
优选地，该液体储存器被配置用于维持负压，使得流动被调节并且被限制而不能自由流到流体传递元件中。
该流体传递元件可以具有中空的管状形状，并且该加热器可以呈加热线圈的形式、并且布置在该流体传递元件的径向内侧。该流体传递元件的毛细高度优选地超过加热线圈的轴向高度。在一些实施例中，该加热线圈的高度对应于该流体传递元件的高度的25％-50％、优选地25％-45％、或最优选地35％。该流体传递元件的毛细高度可以对应于该流体传递元件的实际高度。该流体传递元件的高度可以在4.5与6.5mm之间，并且该加热线圈的高度可以为1.8至2.5mm、优选地分别为5.8mm和2.04mm。
优选地，加热器的对流在4000与7000W/m2K之间、优选地在5500与6500W/m2K之间、并且最优选地在5800W/m2K与6200W/m2K之间。以此方式，已经发现由于汽化潜热，加热器产生的能量在流体传递元件中造成汽化并且驱逐出蒸气，而不是使液体储存器中的液体的温度升高。
加热器可以是匝数在2至4之间、优选地3匝的加热线圈。在一些实施例中，加热线圈可以是钛。
本发明是基于发明人的以下认识：可以通过提高电子烟的汽化能力来减少蒸气中的液滴。当液体进入沸腾状态而不是汽化状态时，通常造成液滴喷出。通过减少汽化腔室中的沸腾效应并且提高汽化能力，可以使更多的液体进入汽化状态。
本发明的每个方面都具有减少液体喷出物形成的期望特性。然而，如果这些解决方案组合地使用，则来自特征的功能性组合的效果彼此叠加，并且可以实现协同作用。因此，本发明的一个方面的特征都可以与本发明的任何其他方面进行组合。
根据实施例，提供了一种用于电子烟的囊体，该囊体具有用于与电子烟装置接合的第一端和被配置为具有蒸气出口的吸嘴部分的第二端，该囊体进一步包括：被配置用于容装待汽化液体的液体储存器；包括加热器和流体传递元件的汽化单元，该汽化单元布置在汽化腔室内；一个或多个空气入口；蒸气主通道，该蒸气主通道的一端与该一个或多个空气入口处于流体连通、并且另一端与该吸嘴中的蒸气出口处于流体连通、并且具有该汽化腔室；以及包封该液体储存器和该汽化单元的壳体，其中，该流体传递元件通过至少一个液体入口流体地连接至该液体储存器，并且该流体传递元件对其中接收的液体提供毛细作用，其中，该流体传递元件沿蒸气主通道的方向在背离液体入口的一个或两个方向上延伸了超过加热器沿着该蒸气主通道延伸的量。
优选地，流体传递元件被配置为管，其外表面抵接该至少一个液体入口，而其内表面与加热器接触。优选地，加热器位于流体传递元件内、邻近于该至少一个液体入口。以此方式，当邻近于加热器的流体传递元件由于待汽化液体被加热器汽化而变干时，液体通过毛细作用从该液体入口或每个液体入口径向地流动穿过流体传递元件、并且另外通过毛细作用(优选地在一些实施例中，如果装置保持在正常使用取向时，则具有重力辅助)从流体传递元件的其他部分轴向地和/或周向地流动穿过流体传递元件，由此能够将待汽化液体快速且有效地补充至与流体传递元件的与加热器接触的这部分。这防止了加热器的一些部分由于液体未重复补充到流体传递元件的与加热器元件接触的部分、以及远离待汽化液体的再供应源(无论这些再供应源是流体传递元件(的其他部分)还是一个或多个液体入口)的部分而变干，而无需非常多或大的(在表面积方面)入口，这是有利的，因为使用非常多的或大的入口可能导致液体穿过流体传递元件泄漏的问题，尤其在以下情况下：在液体入口的一侧，流体传递元件邻近于该液体入口(或液体入口的一部分)干枯，并且在液体入口的另一侧，液体储器中的液体的表面也下降到低于液体入口(或其一部分)，因为这可以准许大气压下的空气穿过“干的”流体传递元件泄漏到液体储器中、并且进入该液体表面上方的空间中，由此破坏该液体储器中的液体表面上方的空间中的负压，这可能导致液体穿过流体传递元件进入汽化腔室中的(增大的)不期望泄漏。
在一些实施例中，加热器设置在基本上邻近于液体入口的位置处。这是有利的，因为它最小化了液体从(多个)入口到加热器所需要行进的距离。因此，液体可以沿着不同的再供应路线行进以行进至流体传递元件的与加热器接触的部分，以将液体再供应的效率最大化。这与常规布置相反，在常规布置中，穿过流体传递元件的再供应路线通常汇合，使得再供应更慢。应了解的是，来自流体传递元件的、离(多个)液体入口比离加热器更远的其他部分的液体的再供应不(与现有技术布置相反)倾向于自身被再供应来自液体储存器的液体，直至在芯吸件的邻近于加热器的部分自身已经被再供应之后。这种布置在电子烟中效果很好，因为在吸吮之间通常存在足够的时间供液体再供应至整个流体传递元件。因此，这些较远的区域可以充当缓冲器，从而在吸吮期间能够快速再供应到芯吸件的某些部分，然后在吸吮之间缓冲器被重新填充。
附图说明
现在将参考附图描述本发明，这些附图通过示例的方式图示了本发明的实施例，并且在附图中，相似的特征使用相同的附图标记来表示，并且其中：
图1a是根据本发明示例性实施例的吸入器和囊体的示意性透视图；
图1b是图1a的吸入器和囊体的示意性透视图，其中已经移除了吸入器的前面板；
图1c是图1a和图1b的吸入器的示意性透视图，其中已经移除了吸入器的后面板；
图2a是根据本发明的实施例的囊体的前部示意性截面视图；
图2b是根据本发明的实施例的囊体的侧面示意性截面侧视图；
图2c是根据本发明的另一个实施例的囊体的侧面示意性截面侧视图；
图3a至图3d是根据本发明的实施例的囊体密封件的截面视图；
图4a是本发明的囊体的示意性分解视图；
图4b是图3c的囊体的内部壳体的示意性截面视图；以及
图5是本发明的实施例中的囊体的截面视图。
具体实施方式
如本文中所使用的，术语“吸入器”或“电子烟”可以包括被配置成将气溶胶输送给使用者的电子烟，气溶胶包括用于吸烟的气溶胶。用于吸烟的气溶胶可以是指颗粒大小为0.5-7微米的气溶胶。颗粒大小可以小于10或7微米。电子烟可以是便携式的。
参照附图并且尤其参照图1a至图1c，展示了用于使液体L汽化的电子烟2。电子烟2可以用作常规香烟的替代品。电子烟2具有主体4，该主体包括供电单元6、电路系统8、以及囊体坐置件12。囊体坐置件12被配置用于接纳包含汽化液体L的可移除囊体16。
囊体坐置件12可以呈被配置成接纳囊体16的腔体的形式。囊体坐置件12设置有连接部分21，该连接部分被配置成将囊体16牢固地固持至囊体坐置件12。连接部分21例如可以是过盈配合、卡扣配合、螺钉配合、卡口配合或磁性配合。囊体坐置件12进一步包括一对电连接器14，这对电连接器被配置成与囊体16上对应的电力端子45接合。
如图2a和图2b中最佳可见的，囊体16包括壳体18、液体储存器32、汽化单元34、以及电力端子45。壳体18具有设置有蒸气出口28的吸嘴部分20。吸嘴部分20可以具有尖部状形式以与使用者的嘴部的人类工程学相对应。在吸嘴部分20的相反侧上定位有连接部分21。连接部分21被配置成与囊体坐置件12中的连接器连接。在图2a和图2b的所展示的实施例中，囊体16上的连接部分21是金属板，该金属板被配置成连接至囊体坐置件12中的磁性表面。囊体壳体18可以是透明材料，由此使用者可以清楚地看到囊体16的液位。壳体18可以由聚酯等聚合物或塑料材料形成。
汽化单元34包括加热元件36和流体传递元件38。流体传递元件38被配置成通过毛细作用将来自液体储存器32的液体L传递至加热元件36。流体传递元件38可以是纤维或多孔元件，比如由绞绕的棉或二氧化硅制成的芯体。可替代地，流体传递元件38可以是任何其他合适的多孔元件。
汽化腔室30被限定在发生液体汽化的区域中、并且对应于加热元件36与流体传递元件38彼此相接触之处的近端区域。流体传递元件36具有上部远端38a和下部远端38b。下部远端38b设置在汽化腔室30的下端处。汽化腔室30定位在囊体16的与吸嘴部分20相反的远端处。从汽化腔室30到吸嘴部分20中的蒸气出口28，形成了蒸气主通道24，并且其可以具有管状的截面。因此，蒸气主通道24从汽化腔室30延伸至吸嘴部分20中的蒸气出口28。汽化腔室30具有与蒸气出口28相反布置的底表面46。该底表面是液体不可渗透表面、关闭了汽化腔室30。
液体L可以包括气溶胶形成物质，比如丙二醇或甘油，并且可以包含其他物质，比如尼古丁。液体L还可以包含香料，例如烟草、薄荷醇、或水果风味。
如图4a和图4b所见，汽化腔室30使用至少一个液体入口48流体地连接至液体储存器32。液体入口48布置在液体储存器32的底表面46处、在距底表面46上方0-2mm、优选地0-1mm的距离处。液体入口48的位置靠近液体储存器32的底表面46避免了来自液体储存器32的液体L自由地流到汽化腔室30中。液体入口48也被定位成靠近流体传递元件38的下部远端38b。因此，液体入口48位于离流体传递元件38的下部远端38b为1-3mm、优选地1-2mm处。加热元件36有利地被定位成其第一触点与液体开口大致对准，即与液体入口齐平或在其下方1mm或其上方1-2mm。优选地，加热元件36与流体传递元件38接触。如果液体L自由地流动，则存在使流体传递元件38过饱和的风险。液体入口靠近液体储存器32的底表面46使得能够在汽化期间并且直至液体储存器32变空，在液体储存器32中形成负压。这是因为液体入口48被定位在囊体16中的液体表面S的竖直下方，直至囊体16接近耗尽。接近耗尽可以被定义为囊体16中的液体L的体积从原始体积减少了90％。这在电子烟2处于基本上直立位置时并且因此在电子烟2的正常使用期间实现。
如图1a和图1b所示，囊体16的形状可以是在轴向方向上不旋转对称的。因此，囊体16可以具有矩形基部，该矩形基部具有短侧和平坦长侧。该形状也可以对应于电子烟2的形状。液体入口48可以有利地设置在囊体16的短侧中。这在液体储存器32中维持负压，因为当电子烟处于闲置位置(平放在比如桌子等表面上)时，液体入口48始终低于液体表面的表面。这种效果至少持续到液体储存器32大约为半满。另外，甚至当液体储存器32少于半满时，当流体传递元件“湿润”时，它有效地密封以防止空气穿过流体传递元件并且降低负压。典型地，由于重力，流体传递元件或芯吸件的“变干”从芯吸件的顶部开始并且仅缓慢地向下蔓延。因此，甚至当液体储存器少于半满时，将液体入口放置成在电子烟处于闲置位置时不位于流体传递元件的顶部处仍将辅助维持负压。
液体储存器32的底表面49还可以设有朝向该至少一个液体入口48向下倾斜的表面49。向下倾斜表面49使得液体储存器32中的全部液体L朝向液体入口48输送、并且进一步被主通道24内的流体传递元件38吸收。囊体16进一步设有至少一个进气通道26，该进气通道从囊体16中的第一开口延伸至汽化腔室30。
如在图2a、图2c、和图4a中最佳所见，囊体壳体18可以由组装在一起的内部壳体18a和外部壳体18b形成，其中液体储存器32位于内部壳体18a与外部壳体18b之间的空隙中。内部壳体18a和外部壳体18b可以使用第一接头17和第二接头19来进行组装。第一接头17位于囊体16的底部部分处、并且可以有利地通过超声波焊接来实现。
第二接头19位于囊体16内部、并且可以通过容纳在内部壳体18a中的圆形凹槽52的密封件50来实现。内部壳体18a具有第一肩台62和第二肩台64，在其间限定了凹槽52。外部壳体18b设有伸出部54，该伸出部被配置成以可变长度延伸到凹槽52中。伸出部54被布置成抵接密封件50。由于密封件50可沿囊体16的轴向方向A压缩，因此伸出部54可以以可变深度进入凹槽52中。
内部壳体18a被配置用于容纳汽化单元34，该汽化单元位于从汽化腔室30的底表面46延伸的主通道24中，如之前描述的。为了避免流体传递元件38塌缩到汽化腔室30中，内部壳体18a可以设有凸缘56，该凸缘包绕流体传递元件38的内圆周。
内部壳体18a包括从该至少一个流体入口48延伸至第一肩台62的管状柱体或烟囱80。管状柱体80设置在流体传递元件38的径向外侧，使得它对流体传递元件38提供结构支撑。包绕流体传递元件38的内圆周的凸缘56通过径向短柱82附接至管状柱体上。以此方式，管状柱体80可以对管状的流体传递元件38的内表面和外表面提供结构支撑。特别地，如从图2a中可以了解到，第一肩台62被设置为管状柱体80的一部分。第二肩台64通过径向短柱82连接至管状柱体80，使得在第一肩台62与第二肩台64之间限定了环形凹槽52。
具有包括内部壳体18a和外部壳体18b的两件式壳体18的优点在于，促进了汽化单元34的内部部件的组装。然而，由于囊体16是由第一壳体18a和第二壳体18b组装而成，因此在制造过程中可能存在变化。因此，密封件50被配置成适应制造过程中的变化。
由于内部壳体18a和外部壳体18b密封在一起，因此当流体从液体储存器32流出时，在液体储存器32内形成负压。负压调节从液体储存器32到流体传递元件38的液体流动。因此，负压对液体L自由流到汽化腔室30中造成阻力、并且以此方式调节液体流动。该至少一个流体入口48可以设置在加热元件36的端部分处、在其最靠近囊体16基部的点处。
图3a展示了具有圆形截面的常规O形环。图3a的密封件50可以用在根据本发明的囊体16中。然而，如图3b、图3c和图3d所见，密封件50的截面高度hs可以大于截面宽度ws。这具有以下优点：密封件50被配置成适应内部壳体18a相对于外部壳体18b的位置之间的较长轴向变化，同时维持横向方向上的紧凑形状。
在图3b、图3c和图3d所示的实施例中，密封件50设有非圆形形状，使得该密封件在轴向方向(与囊体16的轴向方向重合)上较长。密封件50可以具有如图2c和图3d所示的矩形截面。
在图3b所示的实施例中，其中密封件50具有T形形式。T型在轴向差异的较长适应方面提供了相同的优势。作为额外的效果，横向突出部58使密封件50能够额外地抵靠第一肩台62和第二肩台64密封。
卵形和T形密封件50的长的截面高度hs提供了长的变形长度和长的距离，在该长度和距离上，密封件50能够将内部壳体18a和外部壳体18b彼此密封。另外，密封件50的相对小宽度减小了密封件50在水平方向上的空间，使得可以优化囊体16的大小和液体储存器中的液体含量L。
具有圆形截面的O形环在内部壳体18a与外部壳体18b之间提供了密封效果。由于超声波焊接工艺的变化，密封件被配置为适应±0.5mm的差异。卵形密封件和T形密封件提供了更长的压缩距离来实现密封效果。
圆形、卵形、矩形和T形的密封件表现出不同的压缩行为，即，这些密封件对轴向变形力Fc具有不同的抵抗力。这种行为与密封件的水平截面积和竖直高度的几何差异有关。因此，圆形、卵形、和T形的密封件之中，几何差异转化为不同的弹簧常数。密封件的弹簧常数还以非线性方式变化，因为密封件的截面在其轴向方向上具有不同的截面积。当压缩力Fc除以横截面积时，力分布在截面积上，并且可以用牛顿/m2为单位度量。
与圆形密封件相比，对于卵形密封件，截面积相对于竖直高度较小。这意味着卵形密封件的弹性模量低于圆形密封件，因此具有更大的柔性。
T形密封件也具有与卵形密封件相似的截面积。然而，T形密封件提供了高可压缩性(低的弹簧常数)的第一区域和在水平T形突出部上的具有较硬区域(高的弹簧常数)的第二区域。T形突出部提供了另一个益处，即，额外密封在侧向表面上。
现在参见图2a和图2b，其中展示了流体传递元件38可以具有管状形式并且具有与主通道24的轴向纵向方向重合的轴向纵向方向。管状形式在流体传递元件38内提供了蒸气通道40，蒸气可以穿过该蒸气通道离开汽化腔室30以向蒸气出口部分28行进。此外，流体传递元件38的管状形式还提供了抵靠主通道24的内壁的紧密配合、并且在其中形成了用于接纳加热元件36的空间。
加热元件36可以有利地呈线圈形状的加热器36的形式、并且对齐成使得其轴向方向与流体传递元件38的纵向方向重合。因此，线圈形状的加热器36可以装配到流体传递元件38内所限定的蒸气通道40中、同时提供与流体传递元件38的紧密接触。以此方式，流体传递元件38可以被固持在主通道24的内壁与加热元件36之间。这还帮助流体传递元件38保持其形状并且避免塌缩。流体传递元件38的材料可以是棉、二氧化硅、或任何其他纤维性或多孔材料。
加热元件36的高度对应于流体传递元件38的毛细高度的比例。发明人发现，如果加热元件36的高度大大超过流体传递元件38的毛细高度，则加热元件36倾向于与流体传递元件38的干燥顶部分接触，因为液体储存器32中的液体量被耗尽。囊体16的底部部分中的流体传递元件38通常被液体饱和或甚至过饱和，而流体传递元件38的上部部分保持是干的。如果对流体传递元件38施加热，则在流体传递元件38的干燥部分处该加热元件36的温度不会被周围的液体L冷却，由此干燥部分被过度加热。在流体传递元件38的过饱和部分中，温度较低，并且可能形成沸腾气泡和喷出物。来自汽化单元34的热被传递至液体储存器32和囊体16的一部分内部。因此，避免形成局部变化和存在流体传递元件38的与加热元件36接触的干燥区域是有利的。
另一方面，如果流体传递元件38的毛细高度大大超过加热元件36的高度，则加热元件36将沿其整个轴向长度变得过饱和，并且加热元件36的温度被冷却而不是实现液体的有效汽化。这可能同样导致气泡形成和液体喷出，同时液体储存部分32和吸嘴部分20壳体内的温度升高。在电子烟的典型汽化过程中，汽化是通过将液体表面以下的液体的沸腾来实现的。如果加热元件36的饱和度保持在理想水平，使得加热元件36仅被少量的液体L覆盖，则沸腾不会产生大的液体喷出物，而是产生液体的均匀加热并且使液体能够直接进入蒸气状态。
通常检测加热元件36的温度，因为当流体传递元件38变干时加热元件36的温度升高。在加热元件36周围没有流体的情况下，加热元件36的温度升高。这是因为存在于加热元件36周围的流体在其进入汽化状态时从加热元件36吸收能量，这对加热元件36产生冷却效应。即，来自加热元件36的热倾向于用于提供为了在沸点温度下将液体转化为气体所需的汽化潜热，而不是致使加热元件36的温度和任何周围材料的温度升高。通过测量加热元件36的温度，可以控制汽化温度，使得流体传递元件38不会被过度加热。
理想汽化的特征在于蒸气体积高、最小量的热被传递至液体储存器、以及液体喷出物的存在少。
基于之前已知的加热器元件36和流体传递元件38组合的构型和相对尺寸，设计了第一示例性原型。在第一示例中，选择了以下参数：
实例1
直径：0.4mm
电阻长度：70mm
电阻：0.294Ω
总有效长度：68mm
节距：0.7mm
加热线圈高度：4.75mm
总有效表面：85.45mm2
功率密度：0.187W/mm2
被加热对流：1040W/m2K
流体传递元件的高度：5.8mm
另外，到流体传递元件38的液体入口沿流体传递元件38的轴向方向扩大，以便沿加热器元件36的整个长度提供足够的液体供应。
然而，第一示例性囊体提供的结果并不令人满意，尽管对加热器元件36和饱和的流体传递元件38的液体供应充足且分布均匀。线圈呈现出不一致的加热曲线，其中加热线圈的下部仅达到300K，而线圈的上部达到约900K。由于总的可测量电阻对应于整个线圈长度上的电阻之和，因此无法基于电阻测量值来调节温度，因为温度在整个线圈长度上不一致。
在线圈的第一示例的问题的背景下，发明人已经发现，流体传递元件38的下部区段可以被配置成只要在液体储存器32中存在液体，就具有润湿高度hw。润湿高度对应于发生毛细作用的距离。因此，加热元件36应相对短，而不延伸到高于流体传递元件38的上部(干燥)区段。然而，加热元件36仍需要被配置成产生令人满意的蒸气量。流体传递元件38应被供以受控且恒定的液体量。因此，在汽化期间需要控制液体供应速率。液体入口在流体传递元件38的底部处迫使液体在流体传递元件38中通过毛细作用上升。这实现了对加热器元件36的受控液体供应，无论液体储存器中的液体量如何。
此外，发明人发现的有利尺寸包括流体传递元件38的高度在4.5至6.5mm之间，而加热线圈的高度在1.8至2.5mm之间。优选地，高度分别为5.8mm和2.04mm。
优选地，加热线圈36相对于流体传递元件的高度为流体传递元件38的高度的20-50％、优选地在25％至45％之间、并且最优选地为约35％。流体传递元件38的多孔材料优选地被选择成使得流体传递元件的毛细高度等于流体传递元件的实际高度。流体传递元件38的毛细高度甚至可以超过流体传递元件的实际高度。在这种情况下，我们可以称为理论毛细高度。
与加热线圈36和流体传递元件38构型的初始且标准的第一示例构型相比，加热元件36的高度被减小至为初始高度的大致一半。在不同的样本中，该高度被减小至不同水平。从绝对度量来看，加热元件(即，加热线圈36)的高度减小了至少3mm。具有长的芯吸件的优点在于，它可以保留储备量的液体并因此充当缓冲器。因此，芯吸件被适配成例如在电子烟倒置的情况下对加热器区域中的芯吸件供应液体。另外，如上文讨论的，甚至当电子烟2保持在正常取向时，缓冲器还提供穿过流体传递元件38的用于在吸吮期间对流体传递元件38的一部分再供应液体的独立再供应路线。
发明人发现，来自液体储存器32的液体流需要与功率密度精确匹配，以获得高水平的蒸气产生，避免流体传递元件38变干、形成气泡、以及液体储存器32中液体被过度加热。令人惊讶的效果是，通过增大功率密度，发现液体储存器32中的液体温度降低。在测试期间，发现通过将对流从1900W/m2K增大至6000W/m2K、并且将功率密度从0.187W/mm2增大至1.152W/mm2，液体储存器内的温度从108℃降低至54℃。对流和功率密度的增大是通过减小加热线圈的直径来增大其电阻实现的。
为了验证流体传递速率和功率密度的相互关系，对多个囊体原型进行测试。发现加热元件36的目标对流在5000与7000W/m2K之间、优选地在5500W/m2K与6500W/m2K之间、并且最优选地为6000W/m2K。
当加热元件36的高度减小时，加热线圈的直径也减小以获得6000W/m2K的期望对流。因此，对于施加至加热线圈的相同量功率，将高度减小以进一步增大加热线圈的功率密度。然而，已经显示，由于两个主要原因，不能使形成加热线圈36的加热丝变得太细：首先，线圈36可能在机械上变弱，而使得难以组装并且不再能够支撑流体传递元件38以及防止其变形到蒸气主通道40中。这是不希望的，因为蒸气通道直径是影响装置性能的重要参数，并且因此重要的是对该参数进行一致的控制，这在如果流体传递元件38部分地阻挡蒸气通道的情况下是难以实现的，其次，随着加热丝变得更细，制造公差对丝的厚度的影响更大，并且丝的某些部分可能变得很细——相对于丝的其他部分，这些部分则存在过热的风险，并且可能会熔化。
为了减小高度并仍然实现相同的功率密度，仍然减小了线圈直径，并且评估了不同的值。然后从0.4、0.3、0.254和0.226mm等值中选择最佳线圈直径。
评估的结果是，根据示例2的优化的囊体可以具有：
实例2
直径：在0.226与0.3mm之间、优选地0.254mm
电阻长度：26.92mm
电阻：在0.291至0.295Ω之间
总有效长度：26.09mm
节距：在0.5-1.0mm之间、优选地1.0mm
加热线圈高度：在2.4-3.2mm之间
总有效表面：20.82mm2
功率密度：在1.152至2.319Watt/mm2之间、优选地1.152Watt/mm2
被加热对流：在5000与7000W/m2K之间、优选地约6000W/m2K,W/m2K
流体传递元件的高度：在4.5与6.5mm之间、优选地5.8mm mm
流体传递元件的毛细高度：等于或超过流体传递元件的实际高度
密封类型：显示了，高度大于宽度的非圆形密封件最有利于在液体储存器32中维持负压。
发现绕组的最佳节距在0.5-1.0mm之间的优选范围内，以确保令人满意的热分布。
第二示例性囊体的目标加热温度与第一示例性囊体的270℃的目标加热温度相同。
还发现加热线圈36的绕组数应优选地在2-4之间，并且最优选地为3。具有2与4之间的数量的绕组提供的加热线圈36不那么脆弱，并且可以在加热线圈36的制造过程中更好地保持在一起。另外，在液体到流体传递元件38的与加热元件36接触的这部分的再供应路线方面，具有三个线圈绕组非常有效。特别地，存在径向地穿过液体入口48而朝向加热器的中心线圈的直接路径。另外，来自液体入口48的一些液体可以向下朝向加热元件36的底部线圈绕组行进。同时，从流体传递元件38的在底部线圈的紧密下方的这部分提供了次要再供应路线。主要再供应路线是从流体传递元件的高于顶部线圈的这部分到流体传递元件的与加热元件36的顶部线圈接触的这部分。来自液体入口的仅少量液体向上行进以对于这个部分再供应，因为它主要是再供应被中间和下部的线圈绕组汽化的液体，因此，大部分再供应液体来自顶部线圈绕组上方的缓冲部分。然后这在吸吮之间通过毛细作用被再供应。
具有高度大于加热元件36的高度并且还具有对应的高的毛细高度的流体传递元件38的优点在于，由于流体传递元件38中的液体可以补充穿过(多个)液体入口48的液体以便在吸吮期间再供应汽化的液体，因此由于液体入口48可以被配置成仅需要再供应在吸吮期间被汽化的液体的一部分，而可以最小化液体入口的大小。自然地，液体入口的大小需要根据将在液体储存器32中使用的液体的粘度来确定。在这个实施例中，这些尺寸被选择为最适合与主要包含植物甘油(VG)和丙二醇(PG)、其比率为40％至60％(即VG:PG＝40:60至VG:PG＝60:40)的混合物的液体一起使用。如果使用更高比例的VG(例如，最高达到基本上100％VG并且没有PG)，由于与PG相比，VG的粘度更高，则入口的尺寸自然会略微增大。
图5是本发明另一实施例中的囊体16的截面视图。囊体16与图2A所示的布置在汽化腔室30的位置方面不同。在这个布置中，汽化腔室30完全定位在液体储存器32下方。液体入口48设置在液体储存器32的基部中，以将液体储存器32与流体传递元件36流体地连接。流体传递元件36的毛细作用和向下的重力一起可以促使液体储存器32中的液体流到流体传递元件36中。在这个布置中，在液体排出时，通过在液体储存器32中形成的负压来调节液体的流动。在这个布置中，加热线圈36包括三个线圈，并且设置在流体传递元件38的径向内侧。
技术人员将意识到，本发明决不限于所描述的示例性实施例。在互不相同的从属权利要求中引用某些措施的事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。此外，表述“包括”不排除其他元件或步骤。其他非限制性表达包括“一(a或an)”不排除多个，并且单个单元可以满足几种手段的功能。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为限制范围。最后，尽管在附图和前述描述中已经详细地说明了本发明，但是这种说明和描述被认为是说明性或示例性的而非限制性的；本发明不限于所披露的实施例。

Claims (15)

1.一种用于电子烟的囊体，该囊体具有用于与电子烟装置接合的第一端和被配置为具有蒸气出口的吸嘴部分的第二端，该囊体进一步包括：
-被配置用于容装待汽化液体的液体储存器，
-包括加热器和流体传递元件的汽化单元，该汽化单元布置在汽化腔室内，
-从该汽化腔室延伸至该吸嘴中的蒸气出口的蒸气主通道，以及
-包括内部壳体和外部壳体的壳体，该壳体包封该液体储存器和该汽化单元，
其中，该内部壳体包括第一肩台和第二肩台，在其间限定了圆形凹槽，其中，该外部壳体包括伸出部，该伸出部被配置成当该内部壳体和该外部壳体组装在一起时延伸到该圆形凹槽中，其中，该液体储存器位于该内部壳体与该外部壳体之间的空隙中，其中，在该内部壳体与该外部壳体之间的圆形凹槽内部设置了密封件，并且其中，该密封件的截面形状的截面高度大于截面宽度。
2.根据权利要求1所述的囊体，其中，该流体传递元件通过至少一个液体入口流体地连接至该液体储存器，并且该流体传递元件对其中接收的液体提供毛细作用，其中，该加热器设置在基本上邻近于该液体入口的位置处、或者设置在该液体入口与该吸嘴之间的位置处。
3.根据权利要求2所述的囊体，其中，该流体传递元件位于该蒸气主通道内、并且具有与该囊体的纵向轴线重合的纵向分量，其中，对该流体传递元件中的液体的毛细作用朝向该吸嘴，从而抵消重力作用并且由此调节从该液体储存器到该流体传递元件的液体流动。
4.根据权利要求2所述的囊体，其中，该液体入口设置在该流体传递元件的底部处、在使用中在距该流体传递元件底部为0-1mm的距离处。
5.根据权利要求2所述的囊体，其中，该至少一个液体入口的直径在0.8至1.3mm之间。
6.根据权利要求1所述的囊体，其中，该内部壳体和该外部壳体是使用第一接头和第二接头组装的，其中，该第二接头位于该第一接头的径向内侧，并且其中，该第二接头能够实现该内部壳体与该外部壳体之间沿该囊体的轴向方向的移动，从而能改变该内部壳体和该外部壳体的相对轴向位置。
7.根据权利要求6所述的囊体，其中，该内部壳体具有第一肩台和第二肩台，在其间限定了凹槽，其中，该密封件设置在该凹槽中，并且其中，该外部壳体具有突出部，该突出部被配置成以可变深度延伸到该凹槽中。
8.根据权利要求1所述的囊体，其中，该密封件具有卵形的截面形状。
9.根据权利要求1所述的囊体，其中，该密封件具有带有横向伸出部的截面形状，该横向伸出部沿横向于该密封件的轴向可压缩方向的方向伸出，其中，该横向伸出部被配置成在一旦已经达到压缩阈值时就密封在该内部壳体或该外部壳体上。
10.根据权利要求1所述的囊体，其中，该流体传递元件具有中空的管状形状，并且该加热器呈加热线圈的形式、并且布置在该流体传递元件的径向内侧。
11.根据权利要求10所述的囊体，其中，该流体传递元件的毛细高度超过该加热线圈的轴向高度。
12.根据权利要求11所述的囊体，其中，该加热线圈的高度对应于该流体传递元件的高度的25％-50％。
13.根据权利要求12所述的囊体，其中，该流体传递元件的毛细高度对应于该流体传递元件的实际高度。
14.根据权利要求13所述的囊体，其中，该流体传递元件的高度在4.5与6.5mm之间，并且该加热线圈的高度为1.8至2.5mm。
15.根据权利要求14所述的囊体，其中，该加热器的对流在4000与7000W/m2K之间，并且功率密度在1.10至2.350Watt/mm2之间。
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