CN113226084A - 辐射加热式气溶胶生成系统、筒、气溶胶生成元件及其方法 - Google Patents

Abstract

一种用于辐射加热式气溶胶生成装置的筒。筒的壁限定腔。气溶胶形成基质容纳在腔内。筒的壁的外表面包括高发射率材料。本发明还涉及用于与筒一起使用的气溶胶生成装置，并且涉及气溶胶生成装置或包括气溶胶生成装置的水烟装置，涉及包括气溶胶生成装置和筒两者的系统，并且涉及用于在气溶胶生成装置中形成气溶胶的方法。

Description

辐射加热式气溶胶生成系统、筒、气溶胶生成元件及其方法

本发明涉及一种用于与气溶胶生成装置一起使用的筒。更具体地，本公开涉及一种用于辐射加热式气溶胶生成装置的筒，其中可通过借助于电磁辐射来加热筒从而生成气溶胶。本发明的方面涉及筒、气溶胶生成装置、水烟装置、包括气溶胶生成装置和筒两者的系统、用于用筒形成气溶胶的方法、以及用于用筒和气溶胶生成装置两者形成气溶胶的方法。

传统水烟装置被用于吸食水烟烟草基质并且被构造为使得蒸气和烟雾在被使用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使用者使用。使用水烟装置被许多人视为休闲活动和社交体验。

传统的水烟装置使用木炭加热或燃烧烟草基质，以生成气溶胶供使用者吸入。在使用传统水烟装置期间，可能产生高水平的一氧化碳和不期望的燃烧副产物，如多环芳族烃，以及其他有害和潜在有害的成分。一氧化碳可以由木炭以及烟草基质的燃烧生成。

减少一氧化碳和燃烧副产物产生的一种方法是使用电加热器(例如，电阻加热器)来代替木炭，电加热器将烟草基质加热到足以从基质产生气溶胶而不燃烧基质的温度。电阻加热式水烟装置通常与容纳基质的筒组合起作用。高导热材料的加热主体将热量从电阻式加热元件传递到包括基质的筒。

然而，与传统的木炭操作的水烟装置相比，电加热装置可能遭受较低的气溶胶总质量、较低的可见气溶胶、较低的气溶胶体积或其任何组合。由于筒内的基质与加热主体之间的接触较差，这些气溶胶特性中的一个或多个的降低可在第一次抽吸期间特别明显。与常规木炭加热式水烟装置相比，加热基质直到第一次抽吸可用于消耗的时间(TT1P)可能相对较长。例如，加热主体可以仅接触筒的横向侧，以便促进筒插入到装置中。因此，筒与电加热元件之间的热接触减少。另外，在筒与加热主体之间通常存在减少热接触的气隙。可能需要间隙以促进筒容易地移除和插入到装置中。这可以特别有助于圆柱形筒。即使不打算存在间隙，但由于制造公差，也可能产生间隙。然而，这种气隙可导致加热效率低下和热延迟。例如，当在筒的中心处测量温度时，大约0.3毫米的气隙可以引入大约10摄氏度的温度延迟。

为了将热量从电加热元件传递到筒而对额外加热主体或接口材料的需要减小了装置的几何设计的自由度。此外，不仅对筒进行加热，而且对加热主体进行加热，这需要更多的能量并增加热惯性。

另外，在电加热式气溶胶生成装置中，有时难以精确测量温度，特别是实时测量。可以使用红外温度传感器，但必须单独校准此类装置。

期望提供气溶胶生成装置，其与传统的木炭水烟装置相比减少一氧化碳和不期望的燃烧副产物的产生。

期望提供气溶胶生成装置，其不需要与筒物理接触的加热主体或接口材料。

期望提供其中加热效率可以提高的气溶胶生成装置。

期望提供使能够以低热惯性快速加热的气溶胶生成装置。

需要提供气溶胶生成装置，所述气溶胶生成装置使得仅以极少甚至基本上没有能量损失来实现能量发射的方向性。

期望提供气溶胶生成装置，所述气溶胶产生装置使得能够利用红外温度传感器实时地监测筒的温度。

在本发明的各个方面中，提供了一种用于可辐射加热的气溶胶生成装置的筒。在一些实施例中，筒用于可辐射加热的水烟装置。筒的壁限定腔。气溶胶形成基质容纳在腔内。筒的壁的外表面包括高发射率材料。

本发明的筒可通过吸收电磁辐射来加热。用电磁辐射加热带来高速、灵活性和高效加热的益处。

电磁辐射的吸收允许筒的直接和非接触式加热。筒将热量传递到其中包括的气溶胶形成基质。与热传导或热对流相反，辐射经由电磁波将能量直接传递到被照射材料。因此，不需要在热源与被加热元件之间存在介质或“热载体”。这可以有助于缩短使气溶胶形成基质达到所需目标温度所需的时间。特别是预热周期，即直到筒中包括的气溶胶形成基质已达到操作温度的所需时间(TT1P)可以减小。

辐射加热的另一个优点是不需要将加热器的形状与筒的形状匹配。在基于热传导的气溶胶生成装置中，加热效率随着筒和热源的接触区域减小而显著降低。在本发明中，热通过吸收电磁辐射产生，电磁辐射与待加热的筒的实际形状相当无关。因此，甚至筒的复杂形状都可以在不损失加热效率的情况下使用。可能需要复杂的筒几何形状以满足客户需求或出于防伪原因。

限定腔的筒的壁可以由高导热材料制成。限定腔的筒的完整主体可以由高导热材料制成。限定腔的高导热材料可包括金属或金属合金。筒的壁或主体可以包括以下各项中的任一者：铝、铜、锌、镍、银，以及其一种或多种的组合。优选地，主体包括铝。

筒的导热材料允许筒的主体内的快速热分布，使得在暴露于电磁辐射时，筒内包括的气溶胶形成基质可以被均匀加热。筒的主体中的快速热分布允许均匀加热，即使不是限定腔的所有的筒的壁都暴露于电磁辐射。

在一些实施例中，筒包括导热性比铝低的一种或多种材料。例如，主体可包括任何合适的热稳定聚合材料。如果材料足够薄，则尽管主体由不是相对特别导热的材料形成，但仍然可通过主体给容纳在其中的气溶胶形成基质传递足够的热量。

筒可以包括一个或多个孔。在一些实施例中，一个或多个孔可以形成于主体的顶部和底部中，以在使用时允许空气流动通过筒。筒可包括对准特征，该对准特征被配置成与气溶胶生成装置的容纳器的互补对准特征匹配，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，筒主体中的孔可以被覆盖以防止储存在筒中的气溶胶形成基质从筒中溢出。另外或替代地，筒主体中的孔的尺寸可以足够小以防止或抑制气溶胶形成基质离开筒。如果孔被覆盖，则消费者可在将筒插入容纳器之前移除盖。

筒可以是任何合适的形状。优选地，筒具有截头圆锥形或圆柱形的形状。

材料的热导率可大于200瓦/米·开尔文，且优选地大于230瓦/米·开尔文。

可以在如本ASTM方法中所提及的标准条件下根据ASTM E1225-13确定热导率。

筒的高发射率材料有效地吸收电磁辐射并将其辐射能量转换成热能。材料的热发射率越高，被吸收且转化成热能的入射辐射越多。众所周知，具有高发射率特性的材料也显示出高电磁辐射吸收率。因此，本文同义地使用两个术语“高发射率”和“高吸收率”。

高发射率材料可具有至少0.85的发射率。优选地，高发射率材料可具有至少0.9的发射率。高发射率材料的发射率可以在如本ASTM方法中提及的标准条件下根据ASTMC1371-15确定。

高发射率材料可以包括一种或多种过渡金属氧化物，并且可以选自Cr₂O₃、CoO_x、Fe₂O₃和NiO中的一种或多种。

在使用中的待暴露于电磁辐射的封壳的部分可由高发射率材料制成。高发射率材料还可包含或并入筒的导热材料中。封壳的导热材料还可以掺杂有高发射率材料。

高发射率材料可以作为材料层提供到筒的外表面或外表面的部分。高发射率材料可以作为涂层提供。所述涂层可以作为在外表面上延伸的连续涂层或作为提供到筒的外表面的一个或多个涂层贴片来提供。

合适的高发射率涂层可以包括高发射率添加剂，并且还可以包括耐火颜料和粘结剂。

涂层的耐火颜料可以选自以下中的一种或多种：氧化锆、氧化锆硅酸盐、氧化铝、硅酸铝和氧化硅。

在一些涂层中，耐火颜料和高发射率添加剂是相同的材料。

在实施例中，筒可由限定用于保持气溶胶形成基质的腔的铝主体制成。铝筒的外表面设置有高发射率涂层。筒的完整外表面可以设置有高发射率涂层。优选地，向筒的外表面的在使用中暴露于电磁辐射的至少那些部分提供高发射率涂层。此类筒提供吸收最大电磁辐射并将此辐射能量转换成热能的优点。同时，高导热铝材料在筒的壁内均匀地分配热能，并且由此允许均匀加热容纳在筒内的气溶胶形成材料。

术语“气溶胶形成基质”是指在加热时释放挥发性化合物的装置或基质，这些挥发性化合物可以形成气溶胶以被使用者吸入。合适的气溶胶形成基质可以包括植物基材料。气溶胶形成基质可以包括烟草或含有挥发性烟草香味化合物的含烟草材料，所述化合物在加热时从气溶胶形成基质释放。另外或替代地，气溶胶形成基质可以包括不含烟草的材料。气溶胶形成基质可以包括均质化植物基材料。气溶胶形成基质可以包括至少一种气溶胶形成剂。气溶胶形成基质可包括其他添加剂和成分，诸如香料。在一些实施例中，气溶胶形成基质在室温下包含液体。例如，气溶胶形成基质可以包含液体溶液、悬浮液、分散液等。在一些实施例中，气溶胶形成基质在室温下包含固体。例如，气溶胶形成基质可以包含烟草或糖。优选地，气溶胶形成基质包含尼古丁。

可将任何合适的气溶胶形成基质与本发明的气溶胶生成装置或筒一起使用。气溶胶形成基质优选的是能够释放可形成气溶胶的一种或多种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。气溶胶形成基质可以是固体或液体，或包括固体和液体组分。优选地，气溶胶形成基质是固体。

气溶胶形成基质可包括尼古丁。含尼古丁的气溶胶形成基质可以包括尼古丁盐基质。气溶胶形成基质可以包括植物基材料。气溶胶形成基质可包括烟草，且优选的是，含烟草材料含有挥发性烟草香味化合物，其在加热时从气溶胶形成基质中释放。

气溶胶形成基质可以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％。

替代地或另外，气溶胶形成基质可以包括不含烟草的材料。气溶胶形成基质可以包括均质化植物基材料。

气溶胶形成基质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。

气溶胶形成基质可以包括至少一种气溶胶形成剂。气溶胶形成剂可以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，诸如三甘醇，1,3-丁二醇和甘油；多元醇的酯，诸如甘油单、二或三乙酸酯；和一元、二元或多元羧酸的脂肪酸酯，诸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。气溶胶形成基质可包括其他添加剂和成分，诸如香料。气溶胶形成基质优选包含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。

固体气溶胶形成基质可提供于热稳定载体上或嵌入其中。载体可包括薄层，在其上固体基质沉积于第一主表面、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。

在一些实施例中，气溶胶形成基质呈悬浮液的形式。例如，气溶胶形成基质可以呈浓稠的糖蜜状悬浮液的形式。容纳在筒中的气溶胶形成基质可以包括水烟糖蜜。

术语“烟草材料”是指包括烟草的材料或物质，该材料或物质例如包括烟草混合物或带香料的烟草。

如本文中所使用，在讨论气溶胶流时使用的术语“气溶胶”可以指气溶胶、包含气溶胶或蒸气的空气或夹带气溶胶的空气。例如，在冷却之后或在加速之后，含蒸气的空气可以是含气溶胶的空气的前体。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于在气溶胶生成装置中生成气溶胶的气溶胶生成元件，所述气溶胶生成元件包括被配置成产生电磁辐射的光子装置和用于接收如上所述的筒的容纳器。所述气溶胶生成元件被布置成通过将电磁辐射引导到筒上来加热所述筒内的所述气溶胶形成基质。在一些实施例中，气溶胶生成元件用于在水烟装置中生成气溶胶。

因此，光子装置充当电磁辐射的发射器。通常，本发明的气溶胶生成元件使用电磁辐射来加热包含气溶胶形成基质的筒的主体。

因此，本发明的气溶胶生成元件提供替代加热系统，其中容纳气溶胶形成基质的筒通过吸收电磁辐射来被加热。用电磁辐射加热带来高速、灵活性和高效加热的益处。

与传导或对流相反，辐射通过电磁波传递能量。因此，无需存在介质或“热载体”。这可以有助于缩短使气溶胶形成基质达到所需温度所需的时间。这在预热气溶胶形成基质的时段期间可以是特别有益的。此外，不需要气溶胶生成元件与包括气溶胶形成基质的筒之间的物理接触。本发明的气溶胶生成元件允许对筒进行非接触式加热。

气溶胶生成元件可以与气溶胶形成基质一起使用以产生气溶胶。特别地，气溶胶生成元件可以接收并加热气溶胶形成基质以生成气溶胶。气溶胶形成基质可以被气溶胶生成元件加热，但不燃烧。气溶胶生成元件可以包括额外加热元件。额外加热元件可包括电加热元件。

在一些实施例中，气溶胶生成元件可以包括常规水烟装置的特征，诸如以下各项中的任一者：用于接收气溶胶形成基质的碗或容纳器、用于覆盖碗或容纳器的覆盖板、用于覆盖碗的箔以及用于加热气溶胶形成基质的至少一个木炭球团。

筒的高发射率材料可以有效地吸收电磁辐射。因此，本发明的气溶胶生成元件允许对筒进行靶向加热。就此而言，光子装置的辐射光谱可适于用于制造封壳的高发射率材料。电磁辐射不一定加热周围空气。这意味着可以实现更有效的加热。另外，可获得更多设计自由度，因为气隙不像常规的电加热式水烟系统那样引起较大的热损失。因此，潜在的隔热性较差的材料是必要的。利用本发明的加热装置，筒可在60秒内加热到200摄氏度的目标温度。这比常规电阻式加热装置可能达到的速度快得多。

在一些实施例中，所述光子装置可被配置成产生电磁辐射束。所述气溶胶生成元件可被布置成通过将电磁辐射束引导到所述筒上来加热所述筒内的所述气溶胶形成基质。可操纵电磁波束以仅照射筒的特定部分。因此，本发明的气溶胶生成元件允许根据空间对筒进行靶向加热。

本发明的电磁加热装置的另一个优点是快速热响应。可仅在照射时间期间基本加热包括气溶胶形成基质的筒。

另外，通过电磁辐射加热为电磁发射器和筒的空间布置提供了高灵活性。这为气溶胶生成元件和水烟装置的几何设计开启了广泛的选择范围。

在一些实施例中，电磁波束可经历光子装置与筒之间的操纵。在一些实施例中，优选地借助于光学元件促进电磁波束的操纵。

在一些实施例中，所述气溶胶生成元件还包括光学元件，所述光学元件位于所述光子装置和所述容纳器之间并且被配置成操纵电磁辐射束。

术语“操纵电磁辐射束”可包括电磁辐射束的光路径的任何改变。实例包括反射电磁波束、偏转电磁波束、汇合电磁波束以及使电磁波束发散中的任何一个。

术语“光学元件”包括能够操纵电磁辐射束的任何元件。实例包括镜子、曲面镜、透镜、凸透镜和凹透镜。凹透镜可使电磁波束发散，因此可降低电磁波束的能量密度。这种配置可特别用于将基质维持在预定的较低温度，持续较长时间间隔，其中例如在预热期中或在抽吸之间不发生抽吸。凸透镜可以会聚电磁波束，因此可以增加电磁波束的能量密度。会聚或聚焦的波束可以允许筒的特定区域的快速加热。

根据一个或多个实施例，本发明的气溶胶生成元件的光学元件可以布置在光学安装件上。光学安装件可以是可移动的。光学安装件的移动可以机械、电气或机电方式执行。移动可以通过任何合适的手段实现。实例可包括步进电机、偏心螺钉或步进电机和偏心螺钉两者。移动可以由使用者手动执行。优选地，移动借助于电子控制的部件自动执行。

光学元件的位置可在光学安装件使用期间可调整。布置在光学安装件上的光学元件允许操纵电磁辐射束。布置在光学安装件上的光学元件允许动态地操纵电磁辐射束。

术语“可移动光学安装件”包括允许将光学元件移动到相对于入射电磁波束的不同位置或方向的任何类型的光学元件安装件。由此，通过经由可移动光学安装件移动光学元件，可改变由光学元件引起的电磁波束的操纵。

术语“动态地操纵电磁辐射束”意指可以在气溶胶生成装置中使用气溶胶生成元件期间操纵电磁辐射束。

术语“在使用期间”可以指当使用者操作气溶胶生成装置时的任何时刻。“在使用期间”可以指当气溶胶生成装置打开时的任何时刻。“在使用期间”可以指当功率供应到光子装置时的任何时刻。“在使用期间”可以指在抽吸期间或在抽吸之间的时刻。

电磁波束的操纵可以经由可移动光学安装件执行。以机械、电子或机电方式，移动可以通过任何合适的手段来实现。实例可包括步进电机、偏心螺钉或步进电机和偏心螺钉两者。移动可以由使用者手动执行。优选地，移动借助于电子控制的部件自动执行。

通常，电磁波束的动态操纵的进展可以由在电子电路上操作的计算机程序控制。例如，可以根据计算机程序自动地控制动态操纵的一部分或整个动态操纵。可以在非暂时性计算机可读介质上存储计算机程序。动态操纵的一个或多个方面可以部分地或完全地由使用者控制。例如，使用者可以控制动态操纵的节奏。使用者可以控制电磁波束被引导至的基质的位置。例如，可以包括允许使用者输入命令并由此根据他或她的偏好动态地操纵电磁波束的手段。此类手段可以是本领域技术人员已知的任何合适的手段。实例是包括用户界面的控制单元。在一些实施例中，用户界面可包括电子或机械或机电用户界面装置。

所述气溶胶生成元件的光子装置充当电磁发射器。可以根据一个或多个电磁发射器特性来选择电磁发射器。一个或多个电磁发射器特性可以取决于用于制造筒的高发射率材料中的一种或多种来选择。例如，所述一个或多个电磁发射器特性可以包括以下中的任何一者或组合：波长、频率、光斑尺寸、扫掠源、脉冲与连续波、能量和功率。

发射的电磁辐射可以是UV辐射、IR辐射或可见光中的任一个。电磁发射器的波长可以在100纳米到10微米、优选500纳米到50微米、并且更优选700纳米到3微米的范围内。根据技术成熟度和竞争性市场价格，可以选择所使用的光子装置和由光子装置发射的电磁波长。

术语“波长”可以指单波长、多个单波长、波长范围、多个波长范围或其任何组合。

在一些实施例中，电磁发射器可以以0.1瓦至30瓦、优选0.5瓦至25瓦、更优选1瓦至20瓦、且更优选1瓦至3瓦的范围内的功率发射电磁辐射。在一些实施例中，1至20瓦的相对高功率用于预热气溶胶形成基质。在一些实施例中，在持续使用水烟装置期间，1至3瓦的相对较低的功率用于按需抽吸。

总输出功率可由单个光子装置产生。在一些实施例中，可以使用多于一个光子装置。上述指示的功率范围对应于由光子装置生成的总输出功率。因此，使用的光子装置越多，需要由单独的光子装置生成的输出功率越少。光子装置的最佳数目可取决于光子装置的成本考虑、设计约束和功率限制。

在一些实施例中，电磁辐射束的能量密度可以在0.010瓦/平方厘米至30瓦/平方厘米，优选0.050瓦/平方厘米至6瓦/平方厘米，并且更优选0.100瓦/平方厘米至3瓦/平方厘米的范围内。

在一些实施例中，电磁辐射束的直径可以在1毫米至110毫米，优选2毫米至100毫米，并且更优选5毫米至80毫米的范围内。

术语“电磁波束的直径”可以指由电磁辐射束直接照射的筒的区域的直径。

电磁发射器与筒之间的距离可以高达30厘米，优选高达20厘米，并且更优选高达10厘米。电磁发射器定位得越靠近被加热的筒，加热效率越可以增加。

在一些实施例中，电磁发射器可包括基于电致发光的发射器，例如但不限于激光器、激光二极管、发光二极管或超发光二极管。合适的电致发光装置是以320至660纳米的波长操作的发光二极管。

在一些实施例中，电磁发射器可包括基于自发光的发射器，例如但不限于卤素灯或石英灯。对于适合的基于自发光的光源，操作温度可在1000至3400开尔文之间。

本发明的光子装置可用作用于加热气溶胶形成基质的唯一加热装置。在一些实施例中，本发明的光子装置可包括一个或多个额外加热装置。任何加热装置都可以用作额外加热装置。实例包括电加热装置，例如电阻式加热装置、感应式加热装置或电阻式加热装置和感应式加热装置两者的组合。

在一个或多个实施例中，气溶胶生成元件可另外包括额外加热装置，例如电加热装置，其被配置成用于加热接收在容纳器中的气溶胶形成基质。额外电加热装置可与容纳器热接触。在一个或多个实施例中，容纳器的至少一部分可通过额外电加热装置形成。

所述额外加热装置包括电阻式加热装置。例如，额外加热装置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，则电阻丝和导热材料两者均为加热装置的一部分，该加热装置的一部分形成容纳器的表面的至少一部分。

在一些实例中，额外加热装置包括感应式加热装置。例如，额外加热装置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。优选地，感受器被设置为至少部分地与气溶胶形成基质或包含气溶胶形成基质的筒直接物理接触。

感受器可以由可以被感应加热的任何材料形成。优选地，感受器可由能够经感应加热到足以从气溶胶形成基质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(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。合适的感受器可包括非金属芯，其具有设置在非金属芯上的金属层，例如形成在陶瓷芯的表面上的金属迹线。

气溶胶生成装置还可以包括一个或多个感应线圈，该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/或磁滞损耗。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。

额外加热装置，无论是感应式加热装置还是感受器，都可以与加热块热耦合。额外加热装置可以与加热块直接接触。加热块可以包括任何合适的导热材料。在一些实施方案中，加热块包括铝、氧化铝或氧化铝陶瓷。加热块可以形成额外加热装置的外表面。

额外加热装置可包括内部电阻式或感应式加热元件或外部加热元件或内部及外部加热元件两者，其中“内部”及“外部”是使用中加热元件关于气溶胶形成基质的相对位置。内部加热元件可采用任何合适形式。例如，内部加热元件可采用加热叶片的形式。备选地，内部加热器可采用具有不同导电部分的套管或基板，或电阻式金属管的形式。备选地，内部加热元件可为在使用中贯穿气溶胶形成基质中心的一个或多个加热针或棒。其它替代物包括电热线或丝，例如，Ni-Cr(镍-铬)、白金、钨或合金线或加热板。任选地，可将内部加热元件沉积在刚性载体材料内或沉积在其上。在一个此类实施例中，可使用具有温度与电阻率间定义关系的金属，形成电阻式加热元件。在此类示例性装置中，金属可在合适的绝缘材料(例如，陶瓷材料)上形成为迹线，然后夹在另一绝缘材料(例如，玻璃)中。以此方式形成的加热器可用于在操作期间加热和监测加热元件的温度。气溶胶生成元件可通过上述加热装置加热气溶胶形成基质以生成气溶胶。在一些实施例中，优选将气溶胶形成基质加热到约150℃至约350℃；更优选约180℃至约250℃或约200℃至约230℃范围内的温度。

所述气溶胶生成元件包括用于如上所述接收筒的容纳器。容纳器可以包括与气溶胶生成装置的一个或多个空气入口通道连通的任何合适数量的孔。在一些实施例中，容纳器可包括1至1000个孔，诸如1至500个孔。孔可具有均匀的大小或不均匀的大小。孔可具有均匀或不均匀的形状。孔可均匀分布或不均匀分布。孔可以在容纳器中的任何合适位置形成。例如，孔可形成于容纳器的顶部或底部中的一者或两者中。优选地，孔形成于容纳器的底部中。

如果容纳器的顶部包括一个或多个孔，则当筒接收于容纳器中时，容纳器的顶部中的至少一些孔可以与筒的顶部中的至少一些孔对准。

在一些实施例中，气溶胶生成元件被配置成刺穿筒以在筒中形成孔。在一些实施例中，气溶胶生成元件的容纳器被配置成刺穿筒以在筒中形成孔。

容纳器的形状和尺寸优选地被设定成当筒被容纳器接纳时允许容纳器的一个或多个壁或顶板与包括气溶胶形成基质的筒之间接触。有利地，这有助于通过额外外部加热元件对气溶胶形成基质进行传导加热。

优选地，容纳器的内部和包括气溶胶形成基质的筒的外部具有类似的大小、形状和尺寸。优选地，容纳器的内部具有大于约1.5比1的高度与基部宽度(或直径)之比。优选地，筒的外部具有大于约1.5比1的高度与基部宽度(或直径)之比。此类比例可以通过允许热量渗透到筒的中间而允许在使用期间筒内的气溶胶形成基质更有效的消耗。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。

在一些实施例中，容纳器的内部和筒的外部各自具有在约15mm至约30mm范围内的基部直径和在约40mm至约60mm范围内的高度。

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。容纳器的至少一个部分可相对于容纳器的另一部分可移动，以允许进入容纳器的内部以将筒插入到容纳器中。例如，容纳器的一个部分可以可移除地附接到容纳器的另一个部分，以允许在容纳器部分被分开时插入容纳气溶胶形成基质的筒。这些容纳器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、磁连接等。在一些实施例中，这些容纳器部分经由铰链彼此附接。当这些容纳器部分经由铰链附接时，容纳器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容纳器部分相对于彼此固定。在一些实施例中，容纳器包括抽屉，该抽屉可滑动打开以允许将筒放置到抽屉中并且可滑动关闭以允许使用水烟装置。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于与上文描述的筒一起使用的气溶胶生成装置。气溶胶生成装置包括如上所述的气溶胶生成元件。在一些实施例中，气溶胶生成装置是水烟装置。在一个或多个实施例中，所述水烟装置还可包括气流导管和液体容器。

在使用中，所生成的气溶胶可以流过气流导管。气流导管在本文中还可被称为杆管。气流导管包括近端部分，该近端部分限定定位成从气溶胶生成元件接收气流的近侧开口。气流导管包括限定位于容器的内部的远侧开口的远端部分。所述容器被配置成用于在其中接收液体，直到液体填充水平。气流导管与容器流体连通。可以在气溶胶生成元件与容器的内部之间限定气流通道。具体地，气溶胶生成元件通过气流导管与容器流体连通。容器的内部包括用于接纳液体的下部容积和用于顶部空间的上部容积。所述容器包括顶部空间出口，所述顶部空间出口与容器的上部容积流体连通，在所述液体填充水平以上。在一些实施例中，软管可以连接到顶部空间出口。烟嘴可以联接到软管，以便由水烟装置的使用者抽吸。

容器可以是光学不透明的，或者可包括光学透明壳体或壳体部分，以允许消费者观察容器中的内容物。容器可以包括液体填充界限，诸如液体填充线。容器壳体可由任何合适的材料形成。例如，容器壳体可以包括玻璃或合适的刚性塑料材料。优选地，容器可以从水烟装置的具有气溶胶生成元件的部分移除。这有利地使消费者更容易填充或清洁容器。

容器可被填充至液体填充水平。液体优选地包含水。液体可以可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，液体可以与植物冲剂或草本冲剂中的一种或两种一起注入。在一些实施例中，可以通过吸引通过液体来改变气溶胶。

空气可以流动通过气溶胶生成元件，以通过气流导管从气溶胶生成元件抽吸气溶胶。气流导管可以限定气流通道。气流可以通过容器的顶部空间出口离开水烟装置。通过在顶部空间出口处施加负压，空气可以流动通过气流导管。负压源可以是使用者的吸入或抽吸。作为响应，气溶胶可以被抽吸通过气流导管，通过容纳在容器的内部中的液体。使用者可以抽吸与顶部空间出口流体连通的烟嘴，以在顶部空间出口或烟嘴处生成或提供负压。在一些实施例中，气流可进入水烟装置的气溶胶形成基质容纳器，沿着或通过气溶胶形成基质流动，且可变得夹带气溶胶。然后，夹带气溶胶的空气可以从容纳器中的出口通过气流导管流到容器。

如本文所用，术语“下游”是指从气溶胶生成元件沿着气流导管朝向容器的内部的方向。术语“上游”是指与下游方向相反的方向，或者是从容器的内部沿着气流导管朝向气溶胶生成元件的方向。

气流导管位于气溶胶生成元件与容器的内部之间。气流导管可以包括沿着气流导管的一个或多个部件。气流导管包括近端部分，该近端部分限定定位成从气溶胶生成元件接收气流的近侧开口。气流导管包括限定位于容器的内部的远侧开口的远端部分。在使用水烟装置期间，气流导管的远端部分可以延伸到容器的内部中的一定体积的液体中。

气流导管可描述为限定延伸通过近端部分和远端部分的纵向轴线。侧向方向可以定义为与纵向轴线正交。例如，气流导管的横截面、周长、宽度或直径可以在侧向方向上或者在与纵向轴线正交的平面中限定。

水烟装置的壳体可包括空气可穿过其进入水烟装置的一个或多个空气入口。空气可沿着气流路径从空气入口被引导到容器，并且可进一步通过气流导管朝向容器的内部引导。在一些实施例中，气流路径具有从壳体空气入口延伸到光子装置的第一部分和从光子装置延伸到容纳器的第二部分。光子装置在使用期间可能会变热。通过将来自周围环境的相对冷的环境空气通过壳体空气入口引导到光子装置，可以在抽吸时移除或移动围绕光子装置的热空气，并且重新引导通过筒。以此方式，由光子装置产生的废热有效地用于进一步加热气溶胶形成基质。同时，光子装置被环境空气冷却，使得确保光子装置的最佳性能。

所述气溶胶生成装置可包括被配置成控制所述气溶胶生成装置的加热和操作的控制电子器件。可以以任何合适的形式提供控制电子器件。控制电子器件可包括控制器。控制电子器件可包括存储器。存储器可包括使气溶胶生成装置的一个或多个部件执行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被体现为软件、固件和硬件中的一个或多个。存储器可以是非暂时性计算机可读存储介质。

特别地，本文所述的部件中的一个或多个(诸如控制器)可以包括处理器，诸如中央处理单元(CPU)、计算机、逻辑阵列或能够将数据导入控制电子器件或导出到控制电子器件之外的其他装置。控制器可以包括一个或多个具有存储器、处理装置和通信硬件的计算装置。控制器可以包括用于将控制器的各种部件耦合在一起或者将控制器的各种部件与可操作地耦合至控制器的其他部件耦合的电路。控制器的功能可以由硬件执行。控制器的功能可以由存储在非暂时性计算机可读存储介质上的指令来执行。控制器的功能可以由硬件和由存储在非暂时性计算机可读存储介质上的指令两者来执行。

在控制器包括处理器时，在一些实施例中，处理器可以包括微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)和等效分立或集成逻辑电路系统中的任何一者或多者。在一些实施例中，处理器可以包括多个部件，例如一个或多个微处理器、一个或多个控制器、一个或多个DSP、一个或多个ASIC，和一个或多个FPGA，以及其他分立或集成逻辑电路系统的任何组合。本文中归因于控制器或处理器的功能可以体现为软件、固件、硬件或其任何组合。虽然在本文中被描述为基于处理器的系统，但是替代控制器可以单独或与基于微处理器的系统结合使用其他部件(例如继电器和计时器)来实现所需的结果。

在一个或多个实施例中，示例性系统、方法和接口可以通过使用可以包括一个或多个处理器、存储器或存储器和一个或多个处理器两者的计算设备，使用一个或多个计算机程序来实现。本文描述的程序代码、逻辑或代码和逻辑两者可以应用于输入数据或信息以执行本文描述的功能并生成期望的输出数据/信息。可以将输出数据或信息作为输入应用到一个或多个其他装置或方法，如本文所述或将以已知方式应用。鉴于以上内容，将显而易见的是，可以以本领域技术人员已知的任何方式来实现本文所述的控制器功能。

在一些实施例中，控制电子器件可以包括微处理器，该微处理器可以是可编程微处理器。电子电路可配置成调节电力供应。所述电子电路可以被配置成生成控制信号以启动所述光子装置以产生电磁辐射。

在一些实施例中，控制电子器件可以被配置成根据筒的温度控制对光子装置的供电。以这种方式，控制电子器件可调节电阻元件的温度。

气溶胶生成装置可包括温度传感器。温度传感器可以是IR温度传感器。用于发射电磁辐射以加热筒的光子装置也可以用作IR温度传感器。通过使用光子装置用于发射辐射并且还用于监测筒的温度，可以实现装置的特别紧凑的设计。

温度传感器可包括热电偶。温度传感器可以可操作地联接到控制电子器件以控制筒的温度。温度传感器可被定位在任何合适的位置。例如，温度传感器可以被配置成插入接收在容纳器内的气溶胶生成基质或筒中，以监测正在被加热的气溶胶形成基质的温度。另外或替代地，温度传感器可以被定位成检测气溶胶生成装置的气溶胶出口，诸如气溶胶生成元件的气溶胶出口处的温度。另外或替代地，温度传感器可以与冷却元件诸如热泵的加热侧接触。传感器可将有关所感测到的温度的信号发送到控制电子器件，该控制电子器件可调整光子装置的输出以在传感器处实现合适的温度。

可以使用任何合适的热电偶，诸如K型热电偶。可以将热电偶放在温度最低的筒中。例如，热电偶可以被放置在筒的中心或中间。

无论气溶胶生成装置是否包括温度传感器，该装置均优选地被配置成将接收在容纳器中的气溶胶形成基质加热到足以生成气溶胶而不会使气溶胶形成基质燃烧的程度。

控制电子器件可以可操作地联接到气溶胶生成装置的电源。气溶胶生成装置可包括任何合适的电源。例如，气溶胶生成装置的电源可以是电池或电池组(诸如电池组(battery pack))。在一些实施例中，电池的一个或多于一个部件，诸如阴极元件和阳极元件，或者甚至整个电池可以适配为匹配它们所设置在的气溶胶生成装置的一部分的几何形状。在一些情况下，电池或电池部件可以通过滚动或组装来适配为匹配几何形状。供电单元的电池可以是可再充电的。供电的电池可为可拆卸的和可更换的。可以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，供电单元包括任何类型的电源，包括超级(super/hyper)电容器。在一些实施例中，气溶胶生成装置可以可连接至外部电源，并且出于此类目的进行电气和电子设计。不管所用的电源类型如何，在水烟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水烟装置正常起作用，以供装置进行至少约30分钟，优选至少约50分钟，更优选至少约70分钟的连续操作。

水烟装置可以包括加速元件。夹带气溶胶的空气可在穿过一个或多个加速元件时减压。夹带气溶胶的空气接着继续通过杆管进入容器中，然后可由使用者吸入。该加速元件可沿着气流导管定位，例如沿着气流导管的气流通道定位。具体地，该加速元件可沿着气流导管定位。该加速元件可以一体地形成气流通道或气流导管的一部分。该加速元件可被构造成使流过加速元件的气溶胶加速。

水烟装置可包括冷却元件。该冷却元件可以沿着气流通道或气流导管设置。该冷却元件可以一体地形成气流通道或气流导管的一部分。该冷却元件被构造成冷却气流通道中的气溶胶，特别是流动通过或经过冷却元件的空气。该冷却元件可以沿着空气流动通道设置在气溶胶生成元件的下游。特别地，该冷却元件可以被设置在气溶胶生成元件和空气流动通道的端部之间，或者至少在气溶胶生成元件与容器之间。此外，该冷却元件可以邻近或尽可能靠近减速室或杆管的减速部分定位，这可促进快速冷却，以用于气溶胶产生。该冷却元件可以利用被动冷却、主动冷却或两者。该冷却元件可以包括导热材料的导管。

根据本发明的又一方面，提供了一种气溶胶生成系统，该气溶胶生成系统包括如上所述的本发明的气溶胶生成装置和如上所述的包括气溶胶形成基质的筒。通常，筒是可移除地安装在气溶胶生成装置的气溶胶生成元件的容纳器中的消耗品。

根据本发明的又一方面，提供了一种气溶胶生成系统，该气溶胶生成系统包括如上所述的本发明的气溶胶生成装置或水烟装置，以及如上所述的包括气溶胶形成基质的筒。通常，筒是可移除地安装在气溶胶生成装置或水烟装置的气溶胶生成元件的容纳器中的消耗品。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于在气溶胶生成装置中形成气溶胶的方法。根据所述方法，电磁辐射借助于光子装置产生。此外，电磁辐射沿着光学路径从光子装置引导到包括气溶胶形成基质的筒。最后，通过电磁辐射加热气溶胶形成基质。因此，在吸收电磁光时，气溶胶形成基质的温度增加。筒中包括的气溶胶形成基质的温度可在筒吸收电磁光时增加，直到其达到形成气溶胶的汽化温度。在所述方法的一些实施例中，气溶胶生成装置是水烟装置。

在所述方法的一个或多个实施例中，电磁辐射是电磁辐射束，并且所述方法包括在借助于电磁辐射束加热所述筒之前操纵电磁辐射束。在所述方法的一些实施例中，操纵电磁辐射束包括使用一个或多个光学元件操纵电磁辐射束。在一些实施例中，一个或多个光学元件可以设置在可移动安装件上。因此，可以例如以顺序方式选择性地加热气溶胶形成基质的不同部分。

在所述方法的一些实施例中，所述方法包括动态地操纵电磁辐射束。在一些实施例中，所述动态操纵可通过光学元件的可移动安装件来实现，使得例如以顺序方式选择性地加热气溶胶形成基质的不同部分。

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主气流导管的一部分但不应超过可任选地存在于容器上的填充液位标记。接着将容器再组装到水烟装置。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。然后再组装或闭合气溶胶生成元件。然后可接通装置。使用者可以从烟嘴抽吸，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烟嘴。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。在一些实施例中，当筒中的可用气溶胶形成基质被耗尽时，该装置将自动关闭。替代地或另外，在例如从装置接收到消耗品被耗尽或几乎被耗尽的提示之后，消费者可用新鲜筒再填充装置。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。

在一些实例中，使用者可通过使用启动元件来启动一个或多个光子装置。启动元件可以例如设置在烟嘴上或邻近烟嘴。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光子装置从待用模式启动至部分或完全辐射。在一些实施例中，仅在使用者抽吸烟嘴时才启用此类手动启动，以防止筒中的气溶胶形成基质过热或不必要的加热。

在一些实例中，烟嘴包括抽吸传感器。抽吸传感器可以与控制电子器件进行无线通信，且消费者对烟嘴的抽吸引起光子装置从待用模式启动到完全辐射。

本发明的水烟装置可具有任何合适的气流管理。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、进入空气入口通道并且进入气溶胶生成元件的容纳器中。空气然后可以流动通过在容纳器中容纳基质的筒，以携带气溶胶通过容纳器的气溶胶出口。然后，气溶胶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)。当夹带气溶胶的空气流动通过腔室的入口时，空气被加速。加速的夹带气溶胶的空气通过第二孔离开入口进入腔室的主腔室，在主腔室中夹带气溶胶的空气被减速。主腔室中的减速可以改善气溶胶的成核或膨胀或成核和膨胀两者，导致增强的可见气溶胶。然后，夹带气溶胶的空气可以离开腔室并且通过主导管(除非主导管是腔室的主腔室)流动至容器内部的液体。然后，气溶胶将涌出液体并进入容器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递送至消费者。水烟装置内部的空气流动和气溶胶流动可由使用者的抽吸动作来驱动。

所述方法可包括将环境空气沿着气流路径的第一部分从水烟装置的空气入口引导到光子装置，以便借助于环境空气冷却所述光子装置，并且以便对环境空气进行预热。所述方法还可以包括将经预热的环境空气从光子装置引导到筒。通过引导来自周围环境的冷环境空气通过空气入口到达光子装置，可以在抽吸时移除或移动围绕光子装置的热空气，并且将该热空气重新引导以穿过筒。以此方式，由光子装置产生的废热有效地用于进一步加热气溶胶形成基质。同时，光子装置被环境空气冷却，使得确保光子装置的最佳性能。

本发明的水烟装置的所有主要部分的组装确保装置密闭式作用。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。例如，可能使用密封件诸如密封环和垫圈来确保密闭式密封。

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。例如，密封件可以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、腔室的主气流导管、容纳器的盖壳体以及容器，可以由任何合适的一种或多种材料制成。例如，这些部分可以各自由玻璃、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，本发明的烟嘴并有快速联接凸(male)/凹(female)特征，以连接到软管单元。这样就可以更换烟嘴。

电子辐射加热式水烟装置可以如下操作。容纳气溶胶形成基质的筒可以被电磁辐射加热。为此，气溶胶生成元件将电磁辐射引导到筒上。气溶胶生成元件可以被构造成使得所提供的温度足以生成气溶胶而不燃烧(burning/combusting)气溶胶形成基质。使用者可以从电动水烟中抽吸空气，空气可以经由空气入口通道进入，经过冷却元件，沿筒行进，然后朝向筒的底部，再到达容纳器的底部。所生成的气溶胶可以在经过加速元件时被加速。在加速之前或在加速期间，所生成的气溶胶可以由冷却元件冷却以增加气溶胶中的冷凝。气溶胶在进入腔室时可以经历压力变化，并且在腔室内部膨胀，这可以使气溶胶在经过主气流导管或杆管之前减速，该主气流导管或杆管部分浸没在容器的下部容积中的水中。所生成的气溶胶在由软管抽出之前，先经过水并且在容器的上部容积中膨胀。

在所述方法的一个或多个实施例中，气溶胶形成基质包括水烟糖蜜。

根据本发明的一个方面，提供了一种非暂时性计算机可读介质，其包括用于执行如上所述的方法的软件。

根据本发明的一个方面，提供了一种被配置成用于实施如上所述的方法的控制器。在一些实施例中，所述控制器包括用于执行如上所述的方法的软件。在一些实施例中，软件作为控制器的一部分在如上所述的非暂时性计算机可读介质中提供。

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，另有另外指出。本文提供的定义是为了便于理解本文经常使用的某些术语。

关于一个方面描述的特征可以等同地应用于本发明的其他方面。

将参考附图仅通过举例方式进一步描述本发明，在附图中：

图1示出了包括本发明的气溶胶生成元件的水烟装置；

图2示出了根据实施例的本发明的示意性筒；

图3示出了本发明的截头圆锥形筒的实例的仰视图；

图4示出了本发明的气溶胶生成元件；

图5示出了根据另一实施例的本发明的气溶胶生成元件；以及

图6示出了图5的气溶胶生成元件中的气流路径。

图1示出了包括气溶胶生成元件10的水烟装置100，所述气溶胶生成元件被构造成接收包括气溶胶形成基质42(未示出)的筒30。气溶胶生成元件10可以通过下文关于图2所论述的电磁辐射来加热气溶胶形成基质20以生成气溶胶。在使用中，所生成的气溶胶流过气流导管。气流导管可以设置为杆管12的一部分。气流导管包括：近端部分，该近端部分限定定位成从气溶胶生成元件10接收气流的近侧开口14；以及远端部分，该远端部分限定定位在容器18的内部中的远侧开口16。

杆管12与容器18流体连通。因此，在气溶胶生成元件10与容器18的内部之间限定气流通道。具体地，气溶胶生成元件10通过至少部分地限定气流通道的杆管12与容器18流体连通。容器18的内部包括用于顶部空间的上部容积20和用于液体的下部容积22。软管24通过顶部空间出口26与上部容积20流体连通，该顶部空间出口在容器18的一侧在液线上方形成。烟嘴28联接到软管24，用于装置100的使用者。

生成的气溶胶可以从气溶胶生成元件10流动，经由杆管12通过气流通道进入到容器18的下部容积22中。气溶胶可以经过下部容积22中的液体，然后升入上部容积20中。使用者在软管24的烟嘴28上抽吸可以将上部容积20中的气溶胶通过顶部空间出口26抽吸到软管24中以供吸入。具体地，烟嘴28处的负压可以转换成顶部空间出口26处的负压，从而导致气流通过气溶胶生成元件10和杆管12。

图2示出了本发明的示意性筒30的横截面。筒30具有圆柱形主体32，该圆柱形主体包括下壁34、顶壁36和侧壁38。筒30的壁限定腔40，该腔包括气溶胶形成基质42。

筒的壁34、36、38由铝形成，铝是高导热材料。在壁34、36、38的外表面处，沉积高发射率材料44。高发射率材料44是包括耐火颜料、高发射率添加剂和粘结剂的涂层。高发射率材料可包括31.2重量％的乙醇、7.4重量％的丙酮、2.5重量％的纤维素粘结剂、0.8重量％的粘土粘结剂和58.1重量％的氧化铈。当将涂层干燥至500摄氏度时，其由98.1重量％的氧化铈、0.8重量％的碳和1.0重量％的硅酸镁组成。当涂层在空气中加热到500摄氏度以上时，碳氧化并产生99.0重量％的氧化铈和1.0重量％的硅酸镁。在此情况下，氧化铈与耐火颜料和高发射率添加剂同时起作用。图2中使用的涂层的发射率在0.9以上。

图3示出了本发明的筒30的实施例的仰视图。筒30可具有略微截头圆锥形形状，其可促进筒30插入到气溶胶生成元件的容纳器中。筒30的底壁34设置有多个孔35，用于允许气溶胶从筒30逸出。筒30的顶壁36设置有类似的孔，以便允许空气进入筒30中。顶壁36另外设置有肩部36a，该肩部在使用时搁置在气溶胶生成装置10的壁54上，形成容纳器56。

通常，空气通过筒30的顶壁36处的孔进入筒30，穿过腔40，穿过气溶胶形成基质42，并且通过筒30的底壁34中的孔35离开筒30。

图4更详细地示出了作为图1的水烟装置100的一部分的本发明的气溶胶生成元件10，其用于生成气溶胶。气溶胶生成元件10包括被配置成产生和发射电磁辐射束52的光子装置50。在图4的实施例中，电磁辐射束52由两个激光二极管以高达30瓦的总功率发射波长在320纳米与660纳米之间的辐射而产生。气溶胶生成元件10还包括壁元件54，该壁元件限定用于接收包括气溶胶形成基质42的筒30的容纳器56。气溶胶生成元件10被布置成通过将电磁辐射束52从两个激光二极管50引导到接收在容纳器54中的筒30上来加热筒30。

在图4的实施例中，筒30的顶壁36包括两个肩部36a，该肩部在使用中由壁元件54支撑。两个激光二极管50设置在围绕筒30的壁元件54中。电磁辐射52朝向筒30的侧壁38引导。筒30的高发射率涂层44吸收从光子装置50发射的电磁辐射52，并将辐射能量转换成热能。当筒30由铝形成且铝具有高热导率时，热均匀分布在筒30的主体32上。

在图5中，描绘了图4的气溶胶生成元件10的修改。修改主要涉及电磁辐射52的光路。代替直接照射侧壁38，激光二极管间接照射筒30的底壁34。

为此，由每个激光二极管50产生的电磁辐射束52被向下引导到设置在气溶胶生成元件10的下部处的光学元件60上。

光学元件60被配置成操纵电磁辐射束52。在图5的实施例中，光学元件60包括用于操纵电磁辐射束52的反射该束52的曲面镜，使得束52改变方向。优选地，曲面镜的半径不是固定的，而是可以通过例如水或气压来动态地操纵。

每个光学元件60借助于光学安装件62安装在气溶胶生成元件10中。在图5所示的实施例中，每个电磁辐射束52包括从激光装置50朝向曲面镜传播的入射电磁辐射束和从曲面镜传播到筒30的反射电磁辐射束。曲面镜反射电磁辐射束52，将束52的方向改变为新方向，该新方向相对于束的原始方向成大约60度的角度。因此，在入射电磁辐射束与反射电磁辐射束之间存在大约60度的角度。然而，如果需要，可以调整其它反射角度。

光学安装件62可以是可移动的，以便调整不同的反射角度。筒30上的位置(在此位置电磁辐射束52照射筒30的底壁34)可以由可移动光学安装件62动态地操纵。例如，可以使用可移动光学安装件62操纵曲面镜相对于入射电磁波束的旋转角。例如，可移动光学安装件62可包括步进电机的微结构化组件。如图5中所描绘，由激光二极管50发射的每个电磁辐射束52被重新定向到筒30的不同部分。这些部分可以重叠，使得筒30的完整底壁34被照射。

在电磁辐射束52被高发射率涂层44吸收时，然后通过传导，气溶胶形成基质42的温度增加，直到达到产生蒸汽并形成气溶胶的温度。筒30的底壁34设置有孔35，以用于使气流能够穿过封壳30。

图6示意性地示出了通过图5的气溶胶生成元件10的示例性气流路径。新鲜环境空气通过水烟装置100的空气入口66进入气溶胶生成元件10。新鲜空气被引导经过光子装置50。冷环境空气由此冷却光子装置50，并且同时对新鲜环境空气进行预热。然后，将经预热的环境空气从上方引导通过筒30的顶表面36中的孔并进入腔。在穿过筒30时，经预热的环境空气与由经加热的气溶胶形成基质42生成的蒸气混合，形成气溶胶。气溶胶通过筒30的底壁34中的孔离开筒30，并且经由杆管12引导到水烟装置100的容器18。

通过引导冷环境空气经过光子装置50，有效地冷却了光子装置50，这确保了光子装置50的最佳性能。同时，空气在进入筒30之前预热，使得来自光子装置50的废热可用于气溶胶生成，从而提供更有效的过程。

在图4到图6中，仅描绘两个在筒30的任一侧处的光子装置50。当然，额外光子装置50可以设置在沿着气溶胶生成装置10的容纳器56的圆周的任何位置处。优选地，光子装置50围绕容纳器56的圆周等距地分布。类似地，图6仅显示一个空气入口66。当然，可以提供多于一个空气入口。在一些实施例中，可以为气溶胶生成元件10的每个光子装置50提供对应的空气入口66。

Claims (17)

1.一种系统，所述系统包括：

用于辐射加热式气溶胶生成装置的筒，所述筒包括

-限定腔的所述筒的壁，以及

-在所述腔内的气溶胶形成基质，

其中所述筒的壁的外表面包括高发射率材料；以及

气溶胶生成装置，所述气溶胶生成装置包括用于在所述气溶胶生成装置中生成气溶胶的气溶胶生成元件，所述气溶胶生成元件包括

-被配置成产生电磁辐射的光子装置，以及

-容纳器，所述容纳器用于接收所述筒，

其中所述气溶胶生成元件被布置成通过将所述电磁辐射引导到所述筒上来加热所述筒内的所述气溶胶形成基质。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述气溶胶生成装置是水烟装置。

3.一种用于根据权利要求1或权利要求2所述的系统中的筒，所述筒包括

-限定腔的所述筒的壁；以及

-在所述腔内的气溶胶形成基质；

其中所述筒的壁的外表面包括高发射率材料。

4.根据权利要求3所述的筒，其中限定所述腔的所述筒的壁由高导热材料制成。

5.根据权利要求3或权利要求4所述的筒，其中所述高发射率材料具有至少0.9的发射率。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的筒，其中所述高发射率材料包括一个或多个过渡金属氧化物。

7.根据权利要求6所述的筒，其中所述过渡金属氧化物选自Cr₂O₃、CoO_x、Fe₂O₃和NiO中的一者或多者。

8.根据权利要求3至7中任一项所述的筒，其中所述高发射率材料作为涂层提供，并且所述涂层包括耐火颜料和粘结剂。

9.根据权利要求8所述的筒，其中所述耐火颜料选自氧化锆、氧化锆硅酸盐、氧化铝、硅酸铝和氧化硅中的一者或多者。

10.根据权利要求3至9中任一项所述的筒，其中所述气溶胶形成基质包括水烟糖蜜。

11.一种气溶胶生成元件，其用于根据权利要求1或权利要求2所述的系统中，或用于与根据权利要求3至10中任一项所述的筒一起使用，所述气溶胶生成元件包括：

-被配置成产生电磁辐射的光子装置，以及

-用于接收根据权利要求3至10中任一项所述的筒的容纳器，

其中所述气溶胶生成元件被布置成通过将所述电磁辐射引导到所述筒上来加热所述筒内的所述气溶胶形成基质。

12.根据权利要求11所述的气溶胶生成元件，其还包括光学元件，所述光学元件位于所述光子装置与所述容纳器之间并且被配置成操纵所述电磁辐射。

13.根据权利要求12所述的气溶胶生成元件，其中所述光学元件包括用于反射所述电磁辐射的曲面镜。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的气溶胶生成元件，其还包括空气入口和气流路径，其中所述气流路径的第一部分从所述空气入口延伸到所述光子装置，并且所述气流路径的第二部分从所述光子装置延伸到所述容纳器。

15.一种用于用气溶胶生成装置形成气溶胶的方法，所述方法包括：

(a)借助于光子装置产生电磁辐射；

(b)将所述电磁辐射从所述光子装置沿着光学路径引导到根据权利要求3至10中任一项所述的筒；以及

(c)借助于所述电磁辐射来加热所述筒。

16.根据权利要求15所述的方法，其中(b)将所述电磁辐射从所述光子装置引导到根据权利要求3至10中任一项所述的筒包括：

(i)将所述电磁辐射从所述光子装置引导到光学元件；

(ii)借助于光学元件操纵所述电磁辐射；以及

(iii)将经操纵的电磁辐射从所述光学元件引导到所述筒。

17.根据权利要求15或16所述的方法，所述方法还包括：

(d)沿着气流路径的第一部分将环境空气从空气入口引导到所述光子装置，以便借助于所述环境空气冷却所述光子装置，并且以便对所述环境空气进行预热；以及

(e)将经预热的环境空气从所述光子装置引导到所述筒。

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