CN112312779A - 具有凝胶的水烟筒 - Google Patents

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Abstract

一种水烟筒包括限定腔体和内部腔体表面的主体。所述筒包括设置于所述腔体中的气溶胶形成基材，并且包括设置在所述腔体中的邻近所述内部腔体表面的凝胶层。当所述筒被加热时，所述凝胶可以改善气溶胶形成。

Description

具有凝胶的水烟筒
技术领域
本公开涉及水烟装置和包含用于水烟装置的气溶胶形成基材的筒；具体而言，涉及一种用于这种筒的凝胶，所述凝胶改善了在不燃烧基材的情况下气溶胶形成基材的气溶胶形成。
背景技术
传统水烟装置被用于吸食烟草并且被构造为使得蒸气和烟雾在被消费者吸入之前经过水池。水烟装置可以包括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、改变香味或这两者。木炭颗粒通常用于在传统水烟装置中加热烟草，这可以造成烟草或其他成分的完全或部分燃烧。另外，木炭颗粒可以产生有害或潜在有害的产品，诸如一氧化碳，一氧化碳可以与水烟蒸气混合并通过水池。
已提出一些水烟装置，所述水烟装置使用电热源来消耗烟草以例如避免燃烧木炭产生的副产物或以改进加热烟草的一致性。已提出使用电子烟液而非烟草的其他水烟装置。使用电子烟液的水烟装置会消除燃烧副产物，但会剥夺水烟使用者的基于烟草的体验。
已提出采用电加热器来加热但不燃烧烟草的其他水烟装置。这种加热不燃烧水烟装置减少或消除了与烟草燃烧有关的副产物，但是与传统的基于木炭的水烟装置相比，可以产生的气溶胶更少，因此可能无法满足使用者对传统水烟体验的期望。气溶胶产生的减少在最初的抽吸过程中可以更加明显，并且可以是由于加热器和基于烟草的基材之间的热传导效率低下。
一些加热不燃烧水烟装置与传统基于烟草的糖蜜大不相同的基材组合使用。例如，用于电子水烟的基材可以包括干石或电子液体。这些基材通常具有比糖蜜更均质的形态和更高的热导率。糖蜜倾向于相对更不均质，因此难以均匀地加热。然而，使用者可能会认为非糖蜜基材会破坏典型的仪式和体验。
与基于烟草的气溶胶生成基材(诸如糖蜜)一起使用的所提出的电加热式水烟装置通常采用胶囊或筒来容纳气溶胶生成基材。所述筒可以包括敞开顶部和位于底部的多个孔。然而，敞开顶部和多个孔(如果未密封的话)会导致新鲜度(例如，水分含量)丧失或基材污染，以及泄漏问题。为了保持新鲜度和防止基材泄漏以及在储存期间保持基材的质量和完整性，在使用之前密封筒的开口和/或孔是所期望的。例如，在储存期间，顶部和底部可以被可移除的覆盖物、盖子或贴纸封闭。
密封开口的贴纸或盖子的使用涉及以下另外的制造步骤：形成盖子，然后例如通过焊接、粘合剂或压接将盖子附接到筒。此外，贴纸通常是一次性的，这会产生更多的废料，因此经济性较差。此外，一些已知的覆盖物或贴纸的性能不是最佳的。例如，在温暖的气候下，用于形成防潮密封件和固定覆盖物或盖子的粘合剂可以熔化并且破坏防潮密封件，这可以导致新鲜度丧失、基材的质量和完整性下降等等。
提供一种改善气溶胶化的，用于电加热式水烟装置的气溶胶生成系统是所期望的。提供一种增加总气溶胶质量(TAM)的，用于电加热式水烟装置的气溶胶生成系统也是所期望的。提供一种缩短使用者可以进行第一次抽吸的时间(第一次抽吸的时间，也称为TT1P)的，用于电加热式水烟装置的气溶胶生成系统也是所期望的。提供一种不需要可移除的覆盖物、盖子或贴纸即可保持基材的质量和完整性的胶囊或筒也是所期望的。提供一种允许使用传统基材(例如糖蜜)的，同时改善气溶胶化、增加TAM和减少TT1P中的一者或多者的气溶胶生成系统也是所期望的。提供一种以更经济的方式帮助保持基材的新鲜度的气溶胶生成系统也是所期望的。
发明内容
本发明的多个方面涉及一种包括限定腔体和内部腔体表面的主体的水烟筒。筒包括设置在腔体中的气溶胶形成基材。筒包括设置在腔体中的邻近内部腔体表面的凝胶。凝胶也可以邻近气溶胶形成基材设置(例如，在内部腔体表面和气溶胶形成基材之间)。凝胶可以是凝胶层。
凝胶和气溶胶形成基材是单独的不同组件。气溶胶形成基材和凝胶不组合为单个组件。相反，气溶胶形成基材和凝胶可以提供于单独的层中。将气溶胶形成基材和凝胶层保持为单独的组件可以简化筒的制造和填充，因为不需要制备包含凝胶和气溶胶形成基材的混合物的另外的组合物。
凝胶和气溶胶形成基材可以作为单独和不同的层设置于筒中。
根据本公开的一个方面，将凝胶或胶凝化溶液放置于胶囊内部以改善气溶胶化和感觉活性化合物的释放。凝胶可以包含一种或多种气溶胶形成剂、感觉活性化合物或它们的前体。气溶胶形成剂是在使用中有助于气溶胶形成的化合物。这些化合物包括但不限于水、甘油和丙二醇。感觉活性化合物是允许触发感觉反应的化合物(例如，香味化合物)。可以用所选的胶凝剂使凝胶胶凝化，所述胶凝剂随着含有凝胶的筒在电动水烟装置的预热期间被加热而丧失凝胶状态。
凝胶可以放置于筒的腔体的底部、沿着筒的腔体的顶部或沿着筒的腔体的壁。在一个优选的实施方案中，当使用筒时，凝胶与加热的表面直接接触。
当筒和筒内部的凝胶在使用过程中被加热时，凝胶的化合物被部分或全部蒸发。蒸发的化合物有助于气溶胶的形成。凝胶可以通过增加水烟装置产生的总气溶胶化物质来改善气溶胶化，尤其是在最初几次抽吸过程中。因此，通过在具有传统基材(糖蜜)的筒中采用凝胶的加热不燃烧水烟装置，可以获得更类似于基于木炭的水烟装置的气溶胶产生，从而尽可能多地保持香味、香气以及与传统水烟装置和基材相关的仪式。在无凝胶的情况下，传统糖蜜基材在加热不燃烧水烟装置中可以产生少量总气溶胶质量，尤其是在最初几次抽吸过程中。
此处使用的术语“气溶胶”是指细小的固体颗粒或液滴在气体(诸如空气)中的悬浮液，它可以含有挥发性香味化合物。
在一些实施方案中，凝胶在与电动水烟装置一起使用期间对温度的升高发生反应，并且不需要使用者进行另外的步骤来活化或使用。在筒中使用凝胶可以缩短第一次抽吸的时间，增加总气溶胶物质(TAM)，或同时缩短第一次抽吸的时间和增加TAM。TAM优先增加，尤其是在最初几次抽吸过程中，因为通常在TAM较低的最初几次抽吸过程中使用电加热式水烟装置。
在一些实施方案中，凝胶可以用作筒中的一个或多个通风孔的密封机构。筒可以包括用于在储存期间保护内容物的可剥离或可移除的衬里或覆盖物。当筒包括覆盖通风孔的凝胶层时，在使用者操纵筒并且放置于水烟装置中的同时，可以移除衬里或覆盖物而不会导致内容物泄漏。
筒可具有被构造成由水烟装置接收的任何合适的形状。水烟装置被构造为加热筒中的凝胶和气溶胶形成基材。所述装置可以被构造为通过传导来加热筒中的凝胶和气溶胶形成基材。筒的形状和尺寸优选地被设计成允许接触或最小化水烟装置的加热元件之间的距离，以提供从水烟的加热器到筒中的气溶胶生成基材的有效热传递。热量可以通过任何合适的机制，诸如通过电阻加热或通过感应来产生。为了帮助感应加热，筒可以设置有感受器。例如，筒主体可以由能够作为感受器的材料(例如，铝)制成，或者感受器材料可以提供于筒的腔体内。
筒可以具有大致立方形、圆柱形、截头圆锥形或任何其他合适的形状。优选地，筒具有大致圆柱形或截头圆锥形。
筒可包括限定腔体的任何合适的主体，其中气溶胶形成基材设置在该腔体中。主体优选地由一种或多种耐热材料形成，诸如耐热聚合物或金属。优选地，主体包含导热材料。例如，主体可包含以下中的任何一种：铝、铜、锌、镍、银、其任何合金及其组合。优选地，主体包含铝。
主体可包括顶部、底部和侧壁。主体可包括一个或多个部分。例如，侧壁和底部可以是单个部分或两个部分，其被配置为以任何合适的方式彼此接合，诸如螺纹接合或过盈配合。顶部和侧壁可以是单个部分或两个部分，其被配置为以任何合适的方式彼此接合，诸如螺纹接合或过盈配合。
主体限定腔体，其中气溶胶形成基材和凝胶可设置在所述腔体中。限定腔体的主体的一部分可以具有可加热的壁或表面。如本文所用，“可加热的壁”和“可加热的表面”意指可以直接或间接施加热量的壁或表面。例如，限定腔体的主体的一部分的可加热的壁或表面是这样的表面：通过所述表面可以将热量从腔体的外部通过主体传递到限定腔体的主体的壁或表面。
气溶胶形成基材可占据腔体的任何合适体积。可以通过改变放置于筒中的气溶胶形成基材的量、组成、形状、填充密度或形式来改变筒中的气溶胶形成基材的体积。
可以在由筒的主体限定的腔体中提供任何合适的气溶胶形成基材。优选地，气溶胶形成基材是水烟基材。气溶胶形成基材优选的是能够释放可以形成气溶胶的挥发性化合物的基材。可以通过加热气溶胶形成基材来释放挥发性化合物。气溶胶形成基材可以是固体或液体，或包括固体和液体组分。优选地，气溶胶形成基材包括固体。
气溶胶形成基材可包括尼古丁。含尼古丁的气溶胶形成基材可以包括尼古丁盐基质。气溶胶形成基材可以包括植物基材料。气溶胶形成基材优选地包括烟草，并且优选地，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形成基材释放。气溶胶形成基材可以包括均质化的烟草材料。均质烟草材料可以通过凝结颗粒烟草形成。替代地或另外，气溶胶形成基材可以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。
气溶胶形成基材可以包括例如以下项中的一种或多种：粉末、细粒、球粒、碎片、细条、条带或片材，该条带或片材包含以下项中的一种或多种：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。
气溶胶形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，并且对在水烟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。气溶胶形成基材可包括其他添加剂和成分，诸如香料。气溶胶形成基材优选包含尼古丁和至少一种气溶胶形成剂。在一些实施方案中，气溶胶形成剂是甘油或甘油与一种或多种其他合适的气溶胶形成剂的混合物，诸如上文列出的那些。
气溶胶形成基材可包括任何合适量的气溶胶形成剂。例如，气溶胶形成剂的含量以干重计可等于或大于5％，并且优选地以干重计大于30重量％。以干重计，气溶胶形成剂含量可小于约95％。优选地，气溶胶形成剂的含量高达约55％。
气溶胶形成基材可提供于热稳定载体上或嵌入其中。此处使用的术语“热稳定的”表示在基材通常被加热到的温度(例如，约150℃至约300℃)下基本上不降解的材料。载体可包括薄层，在其上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 massopen mesh metallic screen)或穿孔金属箔或任何其他热稳定聚合物基质形成。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。在凝胶作为屏障的实施方案中，可以省略载体。
在一些示例中，气溶胶形成基材包括任何合适量的一种或多种糖。优选地，气溶胶形成基材包括转化糖，其为通过分裂蔗糖获得的葡萄糖和果糖的混合物。优选地，气溶胶形成基材包括以重量计约1％至约40％的糖，诸如转化糖。在一些示例中，可将一种或多种糖与合适的载体诸如玉米淀粉或麦芽糖糊精混合。
气溶胶形成基材可以包含烟草和糖蜜。
在一些示例中，气溶胶形成基材包含一种或多种感觉增强剂。合适的感觉增强剂包括香料和感觉剂，诸如凉味剂。合适的香料包括天然或合成薄荷醇、薄荷、留兰香、咖啡、茶、佐料(诸如肉桂、丁香和/或姜)、可可、香草、水果香味剂、巧克力、桉树、天竺葵、丁香酚、龙舌兰、杜松、茴香脑、芳樟醇以及它们的任何组合。
在一些示例中，气溶胶形成基材呈悬浮液的形式。例如，气溶胶生成基材可包含糖蜜。如本文所用，“糖蜜”是指包含约20％或更多的糖的气溶胶形成基材组合物。例如，糖蜜可包含至少约25重量％的糖，诸如至少约35重量％的糖。通常，糖蜜将包含小于约60重量％的糖，诸如小于约50重量％的糖。
与传统水烟装置一起使用的气溶胶形成基材呈糖蜜的形式，它可以是非均质的，并且可以含有团块和腔体。此类腔体防止了基材与受热表面之间的直接热接触，从而使得导热特别低效。因此，通过使用例如电子液体或干石，电子加热式水烟装置倾向于与传统糖蜜背离。由于在本申请中描述的筒中使用了凝胶，因此在使用电加热时，可以使用更传统的气溶胶形成基材糖蜜来保持典型的仪式和水烟体验。
任何合适量的气溶胶形成基材(例如，糖蜜或烟草基材)均可设置在腔体中。在一些优选的实施方案中，将约3g至约25g气溶胶形成基材设置于腔体中。筒可以包含至少6g、至少7g、至少8g或至少9g气溶胶形成基材。筒可以包含至多15g、至多12g；至多11g、或至多10g气溶胶形成基材。优选地，将约7g至约13g气溶胶形成基材设置于腔体中。更优选地，将约10g气溶胶形成基材放置于腔体中。
优选地，筒的主体的长度为约15cm或更小，内径为约1cm或更大，腔体中的可加热的表面积为约30cm2至约100cm2，诸如约70cm2至约100cm2，并且腔体的体积为约10cm3至约50cm3；优选地约25cm3至约40cm3。更优选地，主体的长度为约10cm或更小，内径为约1.75cm或更大，腔体中的可加热的表面积为约30cm2至约100cm2，诸如约70cm2至约100cm2，并且腔体的体积为约10cm3至约50cm3；优选地约25cm3至约40cm3。甚至更优选地，主体的长度在约3.5cm至约7cm的范围内，内径在约1.5cm至约4cm的范围内，腔体中的可加热的表面积为约30cm2至约100cm2，诸如约70cm2至约100cm2，并且腔体的体积为约10cm3至约50cm3；优选地约25cm3至约40cm3。优选地，主体是圆柱形或截头圆锥形的。
优选地，筒包括一定量的气溶胶形成基材，其将为持续约10分钟至约60分钟的水烟体验提供足够量的气溶胶；优选约20分钟至约50分钟；更优选约30分钟至约40分钟。
在一些实施方案中，筒包括一个或多个通风孔。通风孔可以是入口或出口，并且可以设置在筒的底部、顶部和/或侧面。在一些实施方案中，筒包括一个或多个入口和一个或多个出口，以在筒与水烟装置一起使用时允许空气流过气溶胶形成基材。在一些实施方案中，筒的顶部可以限定一个或多个开孔，以形成筒的一个或多个入口。在一些实施方案中，筒的底部可以限定一个或多个开孔，以形成筒的一个或多个出口。优选地，一个或多个入口和出口的尺寸和形状被设计成提供适当的抽吸阻力(RTD)通过筒。在一些示例中，从一个或多个入口到一个或多个出口的通过筒的RTD可以是约10mm H2O至约50mm H2O，优选约20mmH2O至约40mm H2O。样品的RTD是指当气流在稳定条件下横越样品时样品的两端之间的静压差，在所述稳定条件下，在输出端的体积流量为17.5毫升/秒。样品的RTD可使用ISO标准6565:2002中规定的方法进行测量，并保持通风良好。
根据本公开的一个方面，筒包括设置于筒内部的凝胶或胶凝化溶液。凝胶可以包括胶凝剂。可以选择胶凝剂以保持其形态(例如，形状或凝胶状态)直到最低温度。所谓保持形态意指凝胶不会通过通风孔从筒泄漏出来，并且如果用作密封件，则凝胶仍然能够充当孔的密封件。例如，胶凝剂可以保持其形态直到至少40℃、至少45℃、至少50℃、至少60℃或至少70℃的温度。胶凝剂可以在最高150℃、最高120℃、最高100℃、最高80℃或最高70℃的温度下保持其形态。可以调整胶凝剂丧失其形态的温度，例如，通过改变胶凝剂的组成，诸如通过改变胶凝剂的浓度或通过选择不同的胶凝剂或胶凝剂的混合物来调整温度。例如，与琼脂相比，低酰基结冷胶可以提供更高的耐热性。胶凝剂可以丧失其凝胶状态。如本文所用，短语“丧失其凝胶状态”是指经历形态变化的凝胶。形态变化可以是从固体到液体或气体的状态变化。形态变化可以是粘度变化，诸如粘度降低。粘度降低可以是加热前在室温下凝胶的初始粘度降低至少20％，可以是加热前在室温下凝胶的初始粘度降低至少40％，可以是加热前在室温下凝胶的初始粘度降低至少60％，或更优选地可以是加热前在室温下凝胶的初始粘度降低至少85％。形态变化可以是凝胶丧失其交联性质。丧失交联性质可以意指交联丧失至少18％，交联丧失至少20％，交联丧失至少40％，交联丧失至少50％，或更优选地交联丧失至少80％。形态变化可以包括从固体到液体或气体的状态变化、粘度变化和交联性质丧失中的一者或多者。
凝胶可以布置成在电动水烟的预热时间内丧失其凝胶状态。例如，胶凝剂可以在200℃下在约4分钟内，或在不超过1分钟、不超过2分钟、不超过3分钟、不超过4分钟、不超过5分钟、不超过6分钟或不超过8分钟内丧失其凝胶状态。对于胶凝剂在预热阶段丧失其凝胶状态的速度，没有期望的下限，只要胶凝剂在室温下和储存期间(例如，在至少10℃至50℃范围内的温度下)保持凝胶即可。当水烟(例如，筒)被加热到150℃或更高、180℃或更高、或190℃或更高的温度时，胶凝剂可以丧失其凝胶状态。在最高200℃、最高210℃、最高220℃或最高250℃的温度下，胶凝剂可以丧失其凝胶状态。
根据一个实施方案，凝胶包含一种或多种气溶胶形成剂化合物，所述气溶胶形成剂化合物可以在加热凝胶时帮助形成气溶胶。合适的气溶胶形成剂是本领域熟知的，并且包括但不限于：多元醇，诸如三甘醇、丙二醇、1,3-丁二醇和甘油；多元醇的酯，诸如单乙酸甘油酯、二乙酸甘油酯或三乙酸甘油酯；以及单羧酸、二羧酸或多羧酸的脂族酯，诸如十二烷二酸二甲酯和十四烷二酸二甲酯。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、丙二醇、1,3-丁二醇，最优选的甘油。凝胶可以包含任何合适量的一种或多种气溶胶形成剂化合物。例如，凝胶可以包含10重量％或更多、20重量％或更多、30重量％或更多、35重量％或更多、40重量％或更多、或45重量％或更多的一种或多种气溶胶形成剂。凝胶可以包含至多80重量％、至多75重量％、至多70重量％、至多65重量％、至多60重量％、至多55重量％或至多50重量％的一种或多种气溶胶形成剂。在一个实施方案中，凝胶包含在40至70重量％之间的一种或多种气溶胶形成剂。在一个实施方案中，凝胶不包含挥发性化合物。
可以使用任何合适的无毒胶凝剂。例如，胶凝剂可以包括琼脂、角叉菜胶、黄原胶、结冷胶(低酰基结冷胶、高酰基结冷胶)、藻酸盐(藻酸)、瓜尔胶、明胶、果胶或它们的组合。可以根据胶凝剂和凝胶丧失其凝胶状态所需的时间来调整胶凝剂的含量。凝胶可以包含至少0.2重量％、至少0.4重量％、至少0.5重量％、至少0.7重量％、至少1重量％或至少1.5重量％的胶凝剂。凝胶可以包含至多10重量％、至多8重量％、至多6重量％、至多5重量％、至多4重量％或至多3重量％的胶凝剂。在一个实施方案中，凝胶包含0.5重量％至3重量％的胶凝剂。
当凝胶处于凝胶状态时(例如，在加热至凝胶丧失其凝胶状态的温度之前)，所述凝胶可以作为筒的底部(或顶部)的密封件。
当凝胶被加热到上文讨论的温度并且丧失其凝胶状态时，凝胶的大部分化合物(例如，挥发性化合物)被转移到气相中。凝胶的化合物的蒸发可确保在使用水烟时打开筒的通风孔以使气流流通。例如，至少40％、至少50％、至少60％、至少70％、至少80％、至少90％或至少95％的挥发性化合物被转移到气相中。在加热时，最多100％、最多99％、最多98％、最多95％或最多90％的挥发性化合物被转移到气相中。
凝胶可以包含水或其他合适的溶剂，或者可以不含溶剂。凝胶可以包含0重量％或更多、至少1重量％、至少5重量％、至少10重量％、至少20重量％或至少30重量％的水或其他溶剂。凝胶可以包含至多75重量％、至多60重量％、至多50重量％、至多40重量％、至多30重量％、至多20重量％或至多10重量％的水或其他溶剂。在一个实施方案中，凝胶包含10重量％至60重量％的水或其他溶剂。
凝胶还可以包括尼古丁。尼古丁可以以游离碱形式或盐形式添加至凝胶中。凝胶可以包含约1至约3重量％的尼古丁、或约1.5至约2.5重量％、或约2重量％的尼古丁。在凝胶包含尼古丁的实施方案中，尼古丁组分可以是凝胶中最易挥发的组分。
可以将凝胶放置成与筒的加热表面直接接触。例如，凝胶可以与胶囊的内表面(诸如底部、侧壁、顶部或它们的组合)直接接触。一层凝胶层可以内衬于筒的腔体的至少一部分。将凝胶围绕筒中的基材的周边放置(例如，围绕一个或多个侧面上的基材)可使气溶胶作用指向最初几次抽吸。凝胶在加热时可以产生气溶胶形成蒸气，和/或增加在吸食体验开始时可用的凝结核的数量，从而使气溶胶产生开始得更快，并且产生的气溶胶更多，尤其是在最初几次抽吸过程中。例如，凝胶可以增加在前5次、前10次、前15次、前20次或前30次抽吸过程中产生的气溶胶的量。
凝胶的使用还可以缩短水烟装置为第一次抽吸准备就绪所需的时间(即，第一次抽吸的时间或TT1P)。通常，TT1P为大约4分钟。然而，通过使用凝胶来增加最初几次抽吸过程中可用的气溶胶的量，可以使TT1P减少约0.1分钟至约1.5分钟。在一些实施方案中，TT1P为约2.5分钟至约4分钟。
可以选择筒中的凝胶的量和凝胶的布置方式(例如，凝胶层的厚度和放置)以实现所期望的效果(例如，所期望的气溶胶的增加、所期望的受影响的最初抽吸的次数、所期望的TT1P等)。筒可以包含至少0.4g、至少0.5g或至少0.6g凝胶。筒可以包含至多1.3g、至多1.2g、至多1.1g、至多1.0g、至多0.9g或至多0.8g凝胶。在一些实施方案中，筒包含约0.7g凝胶。凝胶可以具有至少0.1mm、至少0.2mm、至少0.3mm、至少0.5mm或至少1mm的厚度。凝胶可以具有至多5mm、至多4mm、至多3mm、至多2mm或至多1mm的厚度。在一个实施方案中，凝胶具有0.1mm至3mm的厚度。凝胶的厚度可以覆盖筒的底部、顶部和/或侧壁的整个表面。凝胶可以具有至少1cm2、至少1.5cm2、至少2cm2、至少4cm2或至少6cm2的表面积(顶部和底部表面合计)。凝胶可以具有至多25cm2、至多20cm2、至多15cm2或至多10cm2的表面积。在一个实施方案中，凝胶具有2cm2至20cm2的表面积。
气溶胶形成基材可以具有到第一次抽吸的第一时间，凝胶可以具有到第一次抽吸的第二时间。优选地，到第一次抽吸的第二时间比到第一次抽吸的第一时间短。
根据一个实施方案，筒包括限定腔体和内表面的主体，并且筒容纳基材和腔体内的凝胶，其中凝胶设置于筒的底部、顶部和/或沿着侧壁。凝胶可以设置于基材下方和/或围绕基材。在加热前，凝胶可以覆盖筒的至少一些通风孔。
凝胶(例如，一层凝胶)可以设置在内部腔体表面和气溶胶形成基材之间。
筒可包括覆盖一个或多个入口的第一可移除密封件和覆盖一个或多个出口的第二可移除密封件。第一和第二密封件优选地足以防止空气流过入口和出口，以防止筒的内容物泄漏并延长保质期。密封件可包括可剥离标签、贴纸、箔等。可以以任何合适的方式将标签、贴纸或箔粘贴到筒上，诸如通过粘合剂、压接、焊接或以其他方式接合到容器上。密封件可包括可被抓住以从筒上剥离或去除标签、贴纸或箔的舌片。
根据本发明的水烟筒可与任何合适的水烟装置一起使用。优选地，水烟装置被构造成充分加热筒中的气溶胶生成基材，以引起由气溶胶形成基材形成气溶胶，但不燃烧气溶胶形成基材。例如，水烟装置可以被构造为将气溶胶形成基材加热至在约150℃至约300℃范围内；更优选地约180℃至约250℃或约200℃至约230℃的温度。
水烟装置可包括用于接收筒的容纳器。水烟装置包括加热元件，该加热元件被构造成当将筒接纳在容纳器中时接触或接近筒的主体。加热元件可形成容纳器的至少一部分。加热元件可形成容纳器的表面的至少一部分。水烟筒可以被构造为通过传导将热量从加热元件转移到腔体中的气溶胶形成基材。在一些实施方案中，加热元件包括电加热元件。在一些实施方案中，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，则这些电阻丝和导热材料均是加热元件的一部分。加热元件可形成容纳器的表面的至少一部分。
水烟装置可包括可操作地联接到加热元件的控制电子设备，以控制加热元件的加热，从而控制筒中的气溶胶形成基材被加热的温度。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 Specific Integrated 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器件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。可以以电流脉冲的形式将电力供应给加热器元件。
在一些示例中，控制电子器件可以被构造成监视加热元件的电阻并且取决于加热元件的电阻而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。
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为插入接纳在容纳器内的筒中，以监测被加热的气溶胶形成基材的温度。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，温度传感器可以被定位成检测水烟装置或其部分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。
水烟装置或筒可以包括指示胶囊已为使用准备就绪的指示器。例如，水烟装置或筒可以包括指示器，以向使用者指示何时筒和筒内的凝胶已经加热到足够的温度(和/或足够的时间)，从而指示水烟已为使用准备就绪。
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。电源的电池可以是可再充电的、可移除的和可替换的、或者可再充电的和可移除的和可替换的。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，电源可以是任何类型的电源，包括超级(super/hyper)电容器。替代地，组件可以连接至外部电源，并且出于此类目的进行电和电子设计。无论所采用的电源类型如何，在装置被再充电或需要连接至外部电源之前，电源在至少一个水烟期内优选地提供足够的能量来使组件正常起作用，直到气溶胶从筒中的气溶胶形成基材耗尽为止。优选地，在装置被再充电或需要连接至外部电源之前，电源优选地提供足够的能量来使组件正常起作用，以供装置进行至少约70分钟的连续操作。
在一个示例中，水烟装置包括气溶胶生成元件，该气溶胶生成元件包括筒容纳器、加热元件、气溶胶出口和新鲜空气入口。筒容纳器被构造为容纳含有气溶胶形成基材和凝胶的筒。筒可以如上所述。加热元件可限定容纳器的表面的至少一部分。
水烟装置包括与容纳器流体连接的新鲜空气入口通道。最初，凝胶可以封闭筒的通风孔(例如，入口孔和/或出口孔)。在使用中，当凝胶被加热时，凝胶或凝胶中的组分熔化和/或蒸发，打开凝胶中空气和气溶胶流动的通道，使新鲜空气流过新鲜空气入口通道到达容纳器，以及通过设置在容纳器中的筒。流过筒的新鲜空气变得夹带有从筒中的气溶胶形成基材产生的气溶胶。气溶胶所夹带的新鲜空气流到凝胶和/或气溶胶。
新鲜空气入口通道可包括穿过筒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经该通道并通过一个或多个孔进入筒容纳器。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。
如上所述，筒包括形成在壳体中的一个或多个入口，以在使用时允许空气流过筒的腔室。如果容纳器包括一个或多个入口孔，则筒中的至少一些入口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入口与容纳器的孔对准。
进入筒的空气流过气溶胶形成基材、夹带气溶胶并且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水烟装置的容器。
水烟装置可以包括任何合适的器皿，所述器皿限定被构造为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，器皿可从水烟组件的包括气溶胶生成元件的部分上移除，以允许消费者填充、清除或清洁器皿。
消费者可将器皿填充至液体液位。液体优选地包括水，水可以任选地与一种或多种着色剂、香料或者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。
夹带在离开容纳器的气溶胶出口的空气中的气溶胶可行进穿过定位在容纳器中的导管。导管可联接到水烟组件的气溶胶生成元件的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排出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。
出于示例的目的，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。可以将天然水果果汁、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。打开装置可以启动加热元件的加热曲线，以将凝胶和气溶胶形成基材加热到等于或高于凝胶(或凝胶的组分)和气溶胶形成基材的蒸发温度的温度，但是低于气溶胶形成基材的燃烧温度。凝胶或凝胶中的组分熔化和/或蒸发，以打开凝胶中空气和气溶胶流动的通道。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不可见较多气溶胶或被递送。在一些实施方案中，当筒中的可用气溶胶生成基材被耗尽时，该装置将自动关闭。在一些实施方案中，在例如从装置接收到筒中的气溶胶形成基材被耗尽或几乎被耗尽的提示之后，消费者可用新鲜的筒再填充装置。如果用新鲜筒再填充，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。
水烟装置可具有任何合适的空气管理。在一个示例中，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经装置的空气入口、进入新鲜空气入口通道并进入容纳器。然后空气可流到容纳器中的筒中，以携带由气溶胶形成基材产生的气溶胶。然后夹带气溶胶的空气离开容纳器的气溶胶出口，流经导管至容纳器内部的液体中。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。
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。图中所用的相似编号指代相似部件。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，使用不同编号在不同图中指代部件不旨在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是水烟装置的示意性剖视图。
图2A和2B是具有气溶胶形成基材和凝胶的筒的示意性剖视图。
图3A和3B是具有气溶胶形成基材和凝胶的筒的示意性剖视图。
图4A和4B是筒的示意性底视图和顶视图。
图5是筒的示意性透视图。
图6是来自实施例1的测试数据的图形表示。
具体实施方式
图1是水烟装置100的示例的示意性剖视图。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，水可以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。例如，水可以与植物冲剂或草本冲剂中的一者或两者一起注入。
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，所述被构造为接纳含有气溶胶生成基材和至少最初凝胶的筒200。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200(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，并且进入导管190。
导管190将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。
在使用中，装置的示例性空气流动路径在图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。
参见图2A和图2B，筒200具有限定腔体218的主体210，气溶胶形成基材300和凝胶310可以设置在其中。主体210包括顶部215、底部213和侧壁212。主体210可以由一个或多个部分形成。例如，顶部215或底部213可以从侧壁212可移除地附接，以允许气溶胶形成基材300和凝胶310设置于腔体218中。凝胶310可以沿着腔体218的底部213设置，如图2所示，或者沿着侧壁212设置，如图3所示。凝胶310还可以沿着顶部215设置，或者沿着底部213、顶部215或侧壁212的任何组合设置，和/或可以部分地覆盖这些表面中的任一者。
筒200在腔体218内部具有可加热的表面积，所述表面是能够例如通过水烟装置的加热元件将施加到主体外部的热量传递到腔体218中的凝胶310和气溶胶形成基材300的表面。
图3A和3B示出了具有开孔217、216的筒200，所述开孔延伸穿过主体210的顶部215和底部213。在电动水烟装置的预热期间，筒内的凝胶被加热。凝胶丧失其凝胶状态，使孔解封并打开通过筒的空气流动路径，如图3A和3B中的箭头所示。
现在参见图4A和4B，主体的顶部215和底部213可以具有多个开孔217、216，以在使用筒时允许空气流过筒。顶部215和底部213的开孔216、217可以对准。筒200还可以或可替代地包括沿着侧壁212的开孔。凝胶310可以沿着底部213、顶部215和/或侧壁212设置，覆盖一些或全部开孔。在使用前储存筒时，可以通过可剥离的密封件或衬里进一步封闭开孔217、216。
图5是示例性筒200的示意性透视图。侧壁212限定截头圆锥形。底部213限定多个开孔。顶部包括从侧壁212延伸的凸缘219。凸缘219可搁置在水烟装置的容纳器的肩部上，从而在使用后可通过抓住凸缘容易地将筒300从容纳器移除。
上文所描述的具体实施方案意在说明本发明。然而，可制备其他实施方案，而不背离如权利要求中限定的本发明的范围，且应理解，上文描述的特定实施方案并不预期是限制性的。
如本文中所使用，除非内容另外明确指示，否则单数形式“一个/种”和“该/所述”涵盖具有复数指代物的实施方案。
如本文中所使用，除非内容另外明确指示，否则“或”一般以其包含“和/或”的意义采用。术语“和/或”意指一个或所有所列出的元件或者所列出元件中的任何两个或更多个的组合。
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情况下也可以是优选的。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。
实施例
实施例1：
评估了凝胶对气溶胶形成的影响。在筒的底部设置凝胶层，并且在筒中填充10g商购获得的糖蜜(Al-Fakher)。凝胶层具有1mm的厚度，覆盖约5cm2的面积。用30重量％的水、1重量％的琼脂(胶凝剂)和69重量％的植物甘油(气溶胶形成剂)制备凝胶。制备无凝胶层的对照样品。
将筒插入测试水烟装置中，在该处使用线绕加热器元件以200℃的设定点温度加热筒。选择加热器的设定点温度以使糖蜜(在抽吸之间)达到与木炭操作式水烟相似的温度。
为了改善气溶胶化过程，将喷嘴放置于距加热引擎约55mm处，所述喷嘴由高温环氧树脂制成，出口孔为约3mm。干冰冷却套围绕喷嘴。
使用总共五个Cambridge垫收集所产生的气溶胶，并且记录测试前后这些垫的重量。在任何给定时刻，只有一个垫收集所产生的气溶胶。
吸食测试的总持续时间对应于105次抽吸。为了获得所期望的抽吸体验，同时使用可编程双注射器泵(PDSP，得自Pomac B.V.in Tolbers,Netherlands)来创建抽吸方案。抽吸方案如下：对样品和对照进行105次抽吸测试。将抽吸的次数分为五个连续部分，每个部分21次抽吸，将来自每个部分的气溶胶收集在单独的Cambridge垫中。在每21次抽吸后，阀门将确保气溶胶转移到正确的Cambridge垫上。因此，气溶胶的产生可以作为时间的函数进行监测。
在下表1和图6中示出了在最初21次抽吸收集的总气溶胶质量(TAM)的结果以及对照和样品的全部105次抽吸的结果。最初21次抽吸的结果以毫克/每次抽吸为单位进行计算，测试的总持续时间(105次抽吸)的结果以mg为单位的累积总质量给出。
表1.TAM结果。
Figure BDA0002840707120000171
Figure BDA0002840707120000181
据观察，在最初21次抽吸过程中以及整个实验过程中，通过使用凝胶，可以实现气溶胶产生的显著增加。在测试过程中，通过使用凝胶，总积聚TAM也很大。
因此，描述了用于水烟装置的筒。在不脱离本发明的范围和精神的情况下，本发明的各种修改和变化对于所属领域的技术人员来说将是显而易见的。尽管已经结合特定优选实施方案来描述本发明，但应理解，如所要求的本发明不应不恰当地限于此类特定实施方案。实际上，对于机械技术、化学技术和气溶胶生成制品制造或相关领域的技术人员而言显而易见用于进行本发明的所述模式的各种修改旨在为在以下权利要求的范围内。

Claims (21)

1.一种水烟筒，所述水烟筒包括：
限定腔体和内部腔体表面的主体；
设置在所述腔体中的气溶胶形成基材；以及
设置在所述腔体中的邻近所述内部腔体表面且邻近所述气溶胶形成基材的凝胶层。
2.根据权利要求1所述的水烟筒，其中所述凝胶包含气溶胶形成剂。
3.根据权利要求2所述的水烟筒，其中所述气溶胶形成剂包括甘油、丙二醇或它们的组合。
4.根据前述权利要求中任一项所述的水烟筒，其中所述凝胶包含10重量％至80重量％的气溶胶形成剂。
5.根据前述权利要求中任一项所述的水烟筒，其中所述凝胶包含0.2重量％至10重量％的胶凝剂。
6.根据前述权利要求中任一项所述的水烟筒，其中所述凝胶被布置为在高达至少50℃的温度下保持其凝胶形态。
7.根据前述权利要求中任一项所述的水烟筒，其中所述凝胶被配制为使得当所述凝胶达到丧失其凝胶形态的温度时，所述凝胶的至少一些化合物蒸发以形成气溶胶。
8.根据前述权利要求中任一项所述的水烟筒，其中所述凝胶包含胶凝剂，所述胶凝剂包括琼脂、角叉菜胶或它们的组合。
9.根据前述权利要求中任一项所述的水烟筒，其中所述凝胶包含至多75重量％的水。
10.根据前述权利要求中任一项所述的水烟筒，其中所述凝胶沿着所述腔体的内部侧壁、所述腔体的底部、所述腔体的顶部或它们的组合设置。
11.根据前述权利要求中任一项所述的水烟筒，其中所述凝胶与之相邻设置的所述内部腔体表面包括通风孔。
12.根据权利要求11所述的水烟筒，其中所述凝胶邻近所述腔体的底部设置，并且所述通风孔包括出口。
13.根据前述权利要求中任一项所述的水烟筒，其中所述凝胶具有1cm2至25cm2的表面积。
14.根据前述权利要求中任一项所述的水烟筒，其中所述凝胶具有0.1mm至10mm的厚度。
15.根据前述权利要求中任一项所述的水烟筒，其中所述凝胶层内衬于所述腔体的至少一部分。
16.根据前述权利要求中任一项所述的水烟筒，其中所述气溶胶形成基材是水烟基材。
17.根据前述权利要求中任一项所述的水烟筒，其中所述气溶胶形成基材包括烟草。
18.根据前述权利要求中任一项所述的水烟筒，其中所述气溶胶形成基材包括烟草和糖蜜。
19.根据前述权利要求中任一项所述的水烟筒，其中所述气溶胶形成基材具有到第一次抽吸的第一时间，并且所述凝胶具有到第一次抽吸的第二时间，其中所述到第一次抽吸的第二时间短于所述到第一次抽吸的第一时间。
20.根据前述权利要求中任一项所述的水烟筒，其中所述凝胶层设置于所述内部腔体表面和所述气溶胶形成基材之间。
21.一种水烟系统，包括：
根据权利要求1至20中任一项所述的水烟筒；以及
水烟装置，所述水烟装置包括：
容纳器，其用于容纳所述筒；
加热元件，其用于当将所述筒容纳在所述水烟装置的所述容纳器中时加热所述气溶胶生成基材；
器皿，其具有液体液位并在所述液体液位之上限定顶部空间；
气溶胶导管，其用于将气溶胶从所述容纳器输送到所述器皿中的所述液体液位以下；以及
出口，其与所述顶部空间连通。
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