CN113950258A - 液体汽化装置 - Google Patents

Abstract

用于汽化液体(216)的装置(100)。该装置(100)包括外壳(102)和压力调节构件(206)。该外壳(102)定义了一腔室(210)用于储存液体(216)，并且该构件(206)接合到该腔室(210)。该构件(206)的第一部分(206a)暴露于腔室(210)，而第二部分(206b)暴露于大气压力。该构件(206)包括多孔材料，当腔室(210)内的压力足以允许液体(216)部分克服空气屏障而不允许液体泄漏到大气中时，该多孔材料无需任何外部能量输入即可吸收液体(216)。此外，当腔室(210)内的压力下降到允许空气至少部分地克服由一些孔内的液体(216)形成的液体屏障的程度时，该材料允许大气中的空气进入腔室(210)。

Description

液体汽化装置

技术领域：

这里描述的主题大体上涉及一种电子烟。更具体地，但非排他地，该主题涉及调节储存电子烟液体的腔室内的压力。

背景技术

除非本文另有说明，本节中描述的材料不构成本申请中的现有技术，并且不能通过包含在本节中而被承认为现有技术。

相关技术的讨论：

电子烟(e-香烟)是一种模拟抽真烟的感觉的电子装置，已被广泛用于替代传统烟草香烟。电子烟包括一个电池供电的雾化装置，可在使用者激活时雾化含有尼古丁或其他活性成分的电子液体。一些电子烟的雾化器是通过使用者操作的开关手动启动的。在其他情况下，当使用者通过模拟吸烟动作来吸电子烟装置时，一个或多个传感器会自动激活雾化器。雾化器包括被用来吸收储存在液体储存室中的电子液体的吸液芯。然后，在加热元件激活时，由吸液芯吸收的电子烟液被送入连接的加热元件，以将电子烟液转化为蒸汽或气溶胶的形式。发生这种液体转化为蒸汽的空间通常称为汽化区。当开始抽吸时，使用者施加的抽吸压力被传送到汽化区。在汽化区产生的蒸汽被使用者吸入。然而，传统电子烟也存在一些缺点，例如汽化区的电子液体的供应的不稳定以及电子液体从电子烟中泄漏。

在吸液芯/汽化区的电子液体或液体的供应的不稳定是这样的一个缺点，它会导致液体汽化效果的不稳定。当抽吸动作发生时，汽化区可用的液体被用完，来自腔室的吸液芯吸收更多的液体，以提供更多量的可汽化液体供吸入。由于使用者的连续抽吸动作，腔内的烟油被不断消耗，导致腔内的非液体空间增加。因此，腔室内的空气膨胀以占据增强的非液体空间，导致腔室内的压力降低。在大多数情况下，这会导致腔室内产生负压(相对于大气)。腔体内的负压限制了液体从腔体中被拉出到汽化区，从而减少了蒸汽的产生量。尽管由于使用者施加的抽吸压力，液体仍会流向汽化区，但腔室内产生的不同负压会导致吸液芯/汽化区的液体的供应的不一致。当使用者发起的抽吸动作完成时，汽化区的压力恢复到正常大气压力。在这种情况下，由于腔室内部存在负压，可在吸液芯处获得的一定量的液体返回腔室并为空气进入腔室内部创建空的路径。只有当吸液芯处的空气浓度超过特定阈值(经验上约为15％)时，空气才能通过吸液芯进入腔室。当空气进入腔室并占据增加了的非液体空间时，它会抵消之前产生的负压。现在液体可能会再次被吸液芯吸收，从而关闭空气入口间隙。此外，空气进入腔室仅通过多孔吸液芯并且仅在使用者完成抽吸动作之后才能进入腔室。在使用的初始阶段，腔室内部的非液体空间与使用后期阶段的腔室内部的非液体空间相比要小得多。因此，由于消耗液体而产生的额外非液体空间在装置使用的初始阶段形成相对较高的负压。显然，汽化区液体供应的不稳定的问题在使用的初始阶段更加突出。

传统电子烟模型相关的另一个缺点是电子液体泄漏。当电子烟的烟嘴朝上时，重力不断地将电子烟液从腔室推向吸液部分，即吸液芯。一旦吸液芯吸收的电子烟夜达到饱和状态，在温度变化或机械冲击等各种情况下，电子烟液可能会滴落，导致电子烟液泄漏。实践本主题的本领域技术人员将理解泄漏的其他原因，例如烟油存储腔室或者发热组件的装配中存在的微间隙。在大多数情况下，这种间隙非常小，以至于除非由于温度/压力变化或机械冲击而被迫流出，否则电子液体不会泄漏。泄漏的电子烟液本身就是一种浪费，而且如果泄漏的液体与印刷电路板(PCB)接触(目前的印刷电路板无论是自动还是手动类型，都制造为具有单独的整体电池，因此根据电源工作方式更换单独的电池时带来的不便和费用负担)，可能会出现PCB的故障，从而导致主机的故障。

综上所述，需要一种改进的装置，其有助于有效地调节腔室内的压力并且还防止液体从吸液芯泄漏。

发明内容

在一个实施例中公开了一种用于汽化液体的装置。该装置包括定义一腔室以储存液体的外壳，以及接合到腔室的压力调节构件。压力调节构件的第一部分暴露于腔室并且压力调节构件的第二部分暴露于大气压力。此外，压力调节构件包括多孔材料，当腔室内的压力足以允许液体部分克服由一些孔内的空气形成的空气屏障，同时限制正常操作条件下液体泄漏到大气中时，该多孔材料将液体吸收到一些孔中而无需任何外部能量输入。当腔室内部的压力下降到允许空气至少部分地克服由一些孔内的液体形成的液体屏障的程度时，多孔材料允许来自大气的空气进入腔室。

附图简要描述

实施例在附图中以示例而非限制的方式示出，其中相同的附图标记表示相似的元件并且其中：

图1A示出了根据本发明实施例的装置100的组装图；

图1B是根据本发明实施例的装置100的分解图；

图1C示出了根据本发明实施例的外壳102的等距视图；

图1D示出了根据本发明实施例的外壳102的后透视图；

图2是根据本发明的一个实施例的外壳102沿着图1C中所示截面的剖面图；

图3A-3F和图5A-5F示例性地示出了一个或多个压力调节构件206的各种布置，其中吸液芯202和加热元件与腔室210或外壳102水平对齐；

图4A-4H和图6A-6F示例性地示出了一个或多个压力调节构件206的各种布置，其中吸液芯202和加热元件204与腔室210垂直对齐；

图7A示出了根据本发明实施例的电池组件104；

图7B示出了根据本发明的实施例的容纳在电池组件104中的气流传感器702；

图7C示出了根据本发明的实施例的散光部件708；

图8A-8D示出了根据本发明的实施例将液体216填充到腔室210中；

图8E示出了根据本发明的实施例的外壳102旋转用于完成填充过程；和

图8F示出了根据本发明的实施例维持腔室210的顶部处的非液体空间217。

图9A-9C示出了压力调节构件206的示例性多孔材料的表面能的计算。

具体实施方式

以下详细描述包括对附图的编号，其构成详细描述的一部分。附图示出了根据示例实施例的图示。这些示例实施例被足够详细地描述以使得本领域技术人员能够实践本主题。然而，对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明。在其他情况下，没有详细描述众所周知的方法、过程和组件，以免不必要地混淆实施例的方面。在不脱离本发明的范围的情况下，可以组合实施例，可以利用其他实施例，或者可以进行结构和逻辑上的改变。因此，以下详细描述不应被视为限制意义。

在本文中，术语“一个”或“一个”在专利文件中很常见，用于包括一个或多个。在本文档中，除非另有说明，术语“或”用于指代非排他性的“或”，例如“A或B”包括“A但不是B”、“B但不是A”和“A和B”。

应当理解，本公开中描述的本发明的能力和图中所示的元件可以以各种形式的硬件、固件、软件、可记录介质或其组合来实现。

概述：

本申请公开了一种用于汽化液体的装置。该装置包括定义一腔室以存储液体的外壳，以及接合到该腔室的压力调节构件。外壳包括吸液芯、加热元件和压力调节构件。吸液芯的第一部分被配置为从腔室吸收液体。当使用者开始抽吸动作时，来自吸液芯第一部分的液体被吸入吸液芯的第二部分。存在于吸液芯的第二部分中的液体被加热元件加热。此外，压力调节构件包括暴露于腔室的第一部分和暴露于大气压力的第二部分。压力调节构件包括多孔材料，当腔室内的压力足以使液体部分克服一些孔内的空气形成的空气屏障，同时限制在正常操作条件下液体泄漏到大气中时，该多孔材料在没有任何外部能量输入的情况下将液体吸收到一些孔中。本领域技术人员可以理解，在腔室被挤压或者温度升高或者吸压力调节构件的第二部分等异常情况下，液体可能被挤出压力调节构件。此外，当腔室内部的压力下降到允许空气至少部分地克服由一些孔内的液体形成的液体屏障的程度时，多孔材料允许来自大气的空气进入腔室。该装置还包括电池组件，其中外壳由电池组件接收。电池组件可包括气流传感器，其中气流传感器检测与进入装置的气流有关的属性，并向印刷电路板发送信号以向加热元件输送电力。

装置的构造：

参考图1A，讨论了根据本发明实施例的装置100的组装图。装置100是汽化装置或雾化装置或电子烟或被配置为汽化液体或电子液体的任何装置。装置100包括外壳102和电池组件104。外壳102形成第一组装单元并且电池组件104形成第二组装单元。外壳102插接到电池组件104以形成可使用的装置100。在一个实施例中，外壳102可以从电池组件104分离。图1B示出了根据实施例的装置100的分解图。在一个实施例中，外壳102可以与电池组件104解除接合或分离。

图1C示出了根据实施例的外壳102的等距视图。在一个实施例中，外壳102包括第一端102a和与第一端102a相对的第二端102b。靠近外壳102的第一端102a设置第一开口112，用于汽化液体从装置100排出被使用者吸入。在一个实施例中，外壳可以包括帽114，其中帽114上定义了使得排出的汽化液体能够被使用者吸入的第一开口112。

参考图1D，外壳102上定义了第二开口106、第三开口108、第四开口110和靠近第二端102b的至少两个连接端口116a和116b。第四开口110被配置为允许空气从大气进入外壳102。此外，第四开口110可以设置在两个连接端口116a和116b之间。

参考图2所示的外壳的横截面图，外壳102包括吸液芯202(包括部分202a和202b)、加热元件204、压力调节构件206和弹性部件208。在一个实施例中，第三开口108被弹性部件208密封，限制了液体或空气通过第三开口108进入或离开。弹性部件208可以是，例如但不限于硅胶塞。弹性部件208的形状使得它容易装配到与设置在外壳102中的第三开口108相关联的通道中。

在一个实施例中，外壳102限定了腔室210。腔室210可以被配置为储存液体216。储存在腔室210中的液体216被加热以汽化或从液态转化为蒸汽形式供吸入。

在一个实施例中，储存在腔室210中的液体216可以是，例如基于丙二醇(PG)和/或植物甘油(VG)的液体溶液或者可以是丙二醇(PG)、植物甘油、水、香精和活性成分(通常是尼古丁)的混合物。表1列出了这些典型液体的表面张力和旋转粘度。表2列出了几种典型液体的表面张力及其极性和分散分量。液体216的表面张力在34mN/m和45mN/m之间。液体216的旋转粘度在287mPa.s和769mPa.s之间。此外，储存在腔室210中的液体216可以是用于本发明目的的任何液体，并且不限于以上公开的液体。

在一个实施例中，加热元件204和吸液芯202的至少一部分被封闭在围罩212内。围罩212防止通过加热液体216形成的蒸汽或气雾的逸出并且使气雾流仅能够通过中央通道214流向开口112。开口112靠近装置100的烟嘴。此外，在围罩212内部的空间，其中液体216被转化成蒸汽，是汽化区215。

在一个实施例中，吸液芯202靠近外壳102的第二端102b。吸液芯202是多孔材料，其构造成通过毛细作用从腔室210吸收或抽取液体216。吸液芯202包括第一部分202a和第二部分202b。吸液芯202的第一部分202a暴露于储存在腔室210中的液体216并且被配置为从腔室210吸收液体216。吸液芯202的第二部分202b紧邻加热元件214并且两者都位于汽化区内。在一个实施例中，加热元件204是由具有合适电阻率的加热丝形成的线圈并且缠绕在吸液芯202上。在一个实施例中，当使用者开始抽吸动作时，在汽化区215内产生负压(相对于大气)。此外，由于使用者的抽吸动作，第四开口110从大气中吸入空气。当空气通过第四开口110被吸入时，液体216通过吸液芯202的第一部分202a被吸入到吸液芯的第二部分202b。液体现在在装置100的加热元件204的周围。在抽吸动作完成后，汽化区215处的压力恢复到正常大气压力。

在一个实施例中，吸液芯202的表面能最好是大于腔室210中的液体216的表面张力以确保在大多数时候完全润湿。吸液芯202的表面能可最好是大于45mJ/m²。计算表面能及其分量的方法将在后面详细描述。换言之，吸液芯202和液体216之间的接触角应优选地为0°。此外，吸液芯202可由可承受高达350℃的高温的材料制成。这是因为吸液芯202与加热元件204接触。可用作吸液芯202的材料例如是，但是不限于陶瓷、玻璃纤维和棉花等。表3列出了此类材料的典型表面能和极性：

在一个实施例中，加热元件204被配置为加热被吸液芯202吸收的液体216。当使用者发起抽吸动作时，设置在电池组件104中的气流传感器702被激活，气流传感器702将信号发送到印刷电路板(PCB)以向加热元件204供电。加热元件204可以是线圈、电线或实现本发明目的的任何加热装置。液体216在被加热元件204加热时被汽化，蒸汽被使用者吸入。蒸汽经由中心通道214流向外壳102的第一端102a。

在一个实施例中，腔室210包括两部分：液体216占据的空间和非液体空间217。当液体216用完时，非液体空间217增加，并且在没有任何新鲜空气进入的情况下，腔室内的压力会降低。此外，即使非液体空间217的体积不改变，腔室210内的压力也会因温度的升高或降低而相应升高或降低。腔室210内的压力不是统一值，因为它还取决于液柱的高度。通常，室内压力变化可以在0.1kPa到0.5kPa之间。

在一个实施例中，压力调节材料206被配置为在腔室210内保持期望的压力，小于大气压力的压力。此外，在腔室210内，压力调节构件206和吸液芯202承受类似的压力条件。

在一个实施例中，压力调节构件206靠近外壳102的第二端102b定位。压力调节构件206包括第一部分206a和第二部分206b。压力调节构件206的第一部分206a靠近外壳102的第二端102b定位，使得压力调节构件206的第一部分206a与储存在腔室210中的液体接触。在另一个实施例中，当装置100在汽化期间保持在推荐的位置，即吸液芯202与液体216接触的位置，压力调节材料206的第一部分206a与液体接触。换言之，压力调节构件206的第一部分206a应与储存在腔室210中的液体接触以执行其功能。

此外，压力调节材料206的第二部分206b靠近由外壳102上定义的第二开口106。第二开口106允许环境空气通过压力调节材料206进入腔室210。在没有压力调节材料206的情况下，来自腔室210的液体216暴露于大气压力。压力调节材料206相对于外壳102是静止的，以避免液体从腔室210泄漏。

在一个实施例中，压力调节构件206接合到腔室210并且被配置为维持腔室210内的亚大气压。在一个实施例中，压力调节构件206包括多孔材料。多孔材料对于气体是可渗透的并且防止液体从腔室210流出。多孔材料被配置成当腔室210内的压力足以允许液体216部分地克服由一些孔内的空气形成的空气屏障而不允许液体在正常操作条件下泄漏到大气中时，将液体216从腔室210吸收到其先前被空气占据的一些孔中。当腔室内的压力增加时，多孔材料会吸收更多的液体。需要说明的是，随着腔室210内温度的升高，非液体空间217处的空气压力也随之升高。此外，由于腔室210内的这种更高的压力，液体216流向吸液芯202的量可能更多，或者吸液芯202可能吸收比所需量更多的液体216，从而导致液体216从吸液芯202泄漏。在这种情况下，多孔材料通过如上所述从腔室210吸收液体216，在维持腔室210内的压力方面起着至关重要的作用。

当腔室210内的压力下降时，即当负压(相对于大气)超过阈值时，多孔材料还允许液体216缩回到腔室和允许来自大气的空气进入腔室210。腔室210内的压力可能由于腔室210内的液体216水平的耗尽而下降，这可能是因为使用者的连续抽吸动作或液体216被耗尽。腔室210内的压力也可能因温度下降而降低。

腔室内压力的维持(上述现象的存在、阈值压力限制、控制精度和响应速度)取决于液体216和多孔材料的自身的和相对特性。

在一个实施例中，多孔材料的表面能小于腔室210中液体的表面张力。稍后讨论用于测量表面能的方法。

多孔材料可以是例如烧结PE、烧结PET、PE/PET纤维或特别设计的陶瓷等。多孔材料可以是服务本发明目的的任何材料，并且已经进行表面处理，例如等离子体处理或用适当材料进行表面涂层以调节表面能。此外，多孔材料的体积在腔室210中存储的液体的最大体积的百分之一到百分之八之间。表4列出了材料的类型、典型多孔材料的表面能和极性。在图9A-9C中，呈现了压力调节器9的表面能的原始实验数据和计算。表5列出了代表性多孔材料的体积中值孔径D_median(V)。稍后详细讨论测量孔径的方法。

在另一个实施例中，多孔材料的表面能优选地小于34mJ/m²。

在另一个实施例中，多孔材料和液体之间的接触角优选地在25°和65°之间。

在另一个实施例中，压力调节构件206的按体积算的中值孔径D_median(V)，优选地高于30微米。

在另一个实施例中，液体216的旋转粘度优选地大于290mPa.s并且小于430mPa.s。

在另一个实施例中，保持在腔室210的非液体空间217处的负压(相对于大气压)优选地比大气压力低1kPa至3kPa。

参考图3A-3F、4A-4H、5A-5F和6A-6F，讨论了一个或多个压力调节构件206的各种布置。附图应被视为说明性的而非限制性的。尽管已经参考具体示例描述了说明，但是在不脱离本文描述的系统和方法的更广泛的精神和范围的情况下，显然可以对这些实施例进行各种修改和改变。具体地，虽然压力调节构件206被描绘为具有均匀截面的主体，但是压力调节构件206也可以是具有非均匀截面的主体。

外壳102可以包括凹槽302(图3A)以容纳压力调节构件206。外壳还可以包括朝向外壳102的第二端102b延伸的基部外壳301(图3C)。外壳102的两侧用304a和304b表示(图3B)。

在一个实施例中，装置100可以包括一个压力调节构件206(图3A-3F、4A-4H)。在另一个实施例中，装置100可以包括至少两个压力调节构件206。(图5A-5F和6A-6F)。第二压力调节构件用206'表示(图5A)，而对应的第一和第二部分用206a'和206b'表示(图5D)；以及对应的第二开口用106'表示(图5B)。在又一实施例中，装置100可包括具有不同特性、尺寸、形状和位置的多个压力调节构件206。

在一个实施例中，吸液芯202和加热元件204可以与腔室210水平对齐(图3A-3F、5A-5F)。在另一个实施例中，吸液芯202和加热元件204可以与腔室210垂直对齐(图4A-4H、6A-6F)。

在一个实施例中，与压力调节构件206的第二部分206b相比，压力调节构件206的第一部分206a可以更靠近腔室210的第二端102b(图3D、3E、3F、4F、4G、4H、5D、6F)。在另一个实施例中，与压力调节构件206的第一部分206a相比，压力调节构件206的第二部分206b可以更靠近腔室210的第二端102b(图3A、3B、3C、4B、4C、4D、4E、5A、5B、5C、5E、5F、6B、6C、6D、6E)。

在一个实施例中，压力调节构件206的第一部分206a没有浸入液体216中，而是与其表面接触(图3A、3C、3D、3E、3F、4A、4B、4C、4E、4F、4G、4H、5A、5C、5D、5E、5F、6A、6B、6C、6E、6F)。在另一个实施例中，压力调节构件206的第一部分206a浸入液体216中(图3B)。

在一个实施例中，压力调节构件206的第一部分206a的所有部分在腔室210内经受相同的压力条件，即压力调节构件206的第一部分206a的所有区段处于相同的高度液柱(图3A、3C、3D、3E、3F、4B、4C、4E、4F、4G、4H、5A、5C、5D、5E、5F、6B、6C、6E、6F))。在另一个实施例中，压力调节腔室206的第一部分206a的不同区段在腔室210内经受略微不同的压力条件(图3B、4A、4D、5B、6A、6D)。

在一个实施例中，在腔室内，压力调节构件206的第一部分206a与吸液芯202相比经受相同的压力条件，即压力调节构件206的第一部分206a和吸液芯202处于相同的高度并经历相同的液体216柱压力(图3A、5A、5F、6D)。在另一个实施例中，在腔室内并且在正常使用条件期间，即第二端102b面向重力，压力调节构件206的第一部分206a与吸液芯202相比，经受略低的压力条件(图3B、4A、6A)。在又一实施例中，在腔室内且在正常使用条件期间，即第二端102b面向重力，压力调节构件206的第一部分206a与吸液芯202(图3C)相比，经受略高的压力条件(图3C、3D、3E、3F、4E、5C、5D、5E、6E)。

在一个实施例中，压力调节构件206的第一部分206a完全覆盖第二开口106(图3A、3B、3C、4A、4B、4C、4D、4E、5A、5B、5C、5F、6A、6B、6C、6D、6E)。在另一个实施例中，压力调节构件206的第一部分206a不覆盖第二开口106(图3D、3E、3F、4F、4G、4H、5D、5E、6F)。

在一个实施例中，压力调节构件206的纵向轴线，即连接压力调节构件206的第一部分206a和第二部分206b的轴线平行于外壳102的纵向轴线，即连接外壳102的第一端102a和第二端102b的轴线(图3A-3F、4B-4H、5A-5F、6B-6F)。在另一个实施例中，压力调节构件206的纵向轴线和外壳102的纵向轴线彼此垂直(图4A、6A)。在又一实施例中，压力调节构件206的纵向轴线和外壳102的纵向轴线彼此成一角度(未示出)。

在一个实施例中，第二开口106靠近外壳102的第二端102b设置(图3A、4C、5A、5E、6C、6D、6E)。在一个实施例中，第二开口106靠近外壳102的第一端102a设置(图3D、3E、3F、4F、4G、4H、5D、6F)。在又一实施例中，第二开口106可靠近外壳102的第一侧304a或第二侧304b设置(图3B、3C、4A、4B、4D、4E、5B、5C、5F、6A、6B)。

在一个实施例中，外壳102还可以包括基部外壳301，其靠近外壳102的第二端102b设置(图3B、3C、4D、4E、5B、5C、5E、6D、6E)。

参考图7A-7C，电池组件104包括外壳管701、附接到电子电路的气流传感器702、电池704、LED灯、至少两个弹簧针706和插槽或端口710。此外，电池组件104限定了至少一个进气口712，其中进气口712使得空气能够从大气进入装置100。没有外壳管701的电池组件被称为电池主体717。

参考图7B，其示出了根据本发明实施例的容纳在电池组件104中的气流传感器702。气流传感器702被配置为感知使用者对装置100的使用。例如，气流传感器702可以感知使用者的抽吸动作。当使用者开始抽吸动作时，由于吸力而产生负压(相对于大气)，该负压可由传感器感知。此外，空气通过进气口712进入电池组件内部。

在一个实施例中，除了气流传感器702的顶部之外的所有侧面都被弹性部件覆盖。气流传感器702的顶部包括与使用者提供的吸力流通性地连接的通道。由于暴露于吸力并且因为气流传感器周围被弹性部件(通道除外)从四面八方覆盖，传感器上方的空气被吸入，从而产生足够的负压以激活气流传感器702。在气流传感器702启动时，信号被发送到诸如印刷电路板(PCB)之类的电子部件，其中加热元件204被供电。加热元件204的端部电连接到弹簧针706，其中弹簧针706与靠近外壳102的第二端102b设置的连接端口116a和116b联接。为加热元件204供电的电池704可以是可充电的，例如但不限于可充电的锂离子电池。

参照图7C，示出了根据本发明实施例的散光部件708。在一个实施例中，电池组件204包括设置在印刷电路板上的LED。该LED被散光部件708覆盖。散光部件708是被配置为散射LED发出的光的半透明部件

应该注意的是，电池组件没有被详细描述，以免不必要地混淆本发明的方面。为了本发明的目的，可以使用许多公知的方法、程序和部件，它们最终用于向外壳供电以用于液体汽化的目的。

在液体填充过程中产生腔室负压：

在一个实施例中，在填充装置100时在腔室210内产生负压(相对于大气)。在腔室210内的非液体空间217处要保持的压力在低于大气压1KPa到3KPa的范围内。这有助于防止液体216从外壳102泄漏。此外，装置100是空气密封装置，其中空气进入和离开腔室210的唯一途径是通过吸液芯202和压力调节构件206。

参考图8A-8D，在一个实施例中，为了将液体填充进入腔室210，将外壳102倒转(第一方向)，使得吸液芯202、压力调节构件206相对于重力倒转，而外壳102的第一端102a面向重力。此外，填充针802刺穿弹性部件208以将液体注入腔室210中。在图8A中，填充针802的尖端部分被配置为刺穿弹性部件208以将填充针302的至少一部分插入腔室210中从而将液体注入腔室210中。填充针802刺穿弹性部件208并开始将液体注入到腔室210中(图8B)。在填充过程中，腔室210内的空气通过吸液芯202和压力调节构件206被置换，保持吸液芯202和压力调节构件206处于干燥状态。因为吸液芯202随着填充过程的进行而与液体接触，吸液芯202吸收注入腔室210的液体(图8C)。在进一步填充过程中，腔室210内存在的任何空气现在通过压力调节构件206排出。此外，当液体完全填充腔室210时，压力调节构件206的第一部分206a与液体接触。填充针802在填充过程完成后抽回，来自各个方向的硅塞上的力使得能够关闭填充针802刺穿硅塞时可能形成的小开口。硅塞的即时特征防止液体泄漏。图8E示出了根据本发明实施例的在填充过程完成时外壳102的旋转。在填充过程完成时将外壳102旋转至180度角，用于将外壳102的至少一部分插入电池组件104中并启动装置100的正常操作。图8F图示了根据本发明的实施例的腔室210的顶部处的非液体空间217的维护。在一个实施例中，由于压力调节构件206的一些孔吸收液体，在腔室210的非液体空间217处产生负压(相对于大气)。此外，一些空气可通过压力调节构件206进入腔室210以维持在腔室210的非液体空间217处期望的亚大气压。

表面能测定方法：

如前所述，现在详细讨论表面能测定方法。实践本主题的本领域技术人员将理解不能直接测量固体的表面能。相反，它是一组液体/固体接触角的计算值，通过使各种液体与固体接触而产生。不可能选择一套通用的液体来测试固体表面；需要考虑特定的表面相互作用、表面反应性和表面溶解度。显然，人们必须事先了解所用液体的表面张力值。在多孔固体的情况下，事情变得更加复杂。液体在多孔固体上的接触角无法通过直接光学测量标确获得，因为当人们试图测量接触角时，润湿液体会渗入固体的孔中。因此，需要根据特定参数的原始实验数据，使用适当的理论来计算接触角。此外，有几种广泛使用的理论将接触角数据转换为表面能值。这些理论都不是普遍的，因为它们都没有完美地模拟现实。因此，对多孔固体的表面能值(及其分量)的合理评估需要仔细选择三个自变量：所使用的液体、用于计算接触角的理论以及用于将接触角数据转换为表面能值的理论。幸运的是，大多数表面能理论固有的是某种类型的误标分析。这通常以线性拟合质量的形式出现，该线性拟合将所用液体的表面张力与基于接触角的某些变量相关联。错误分析有助于确定所使用的方法是否适用于给定的情况。

必须相当清楚的是，对于本领域的应用，需要清楚地表达表面能测量的方法。在我们感兴趣的情况下，已经确定沃什伯恩理论适用于接触角计算，而福克(Fowke)理论是从接触角数据计算表面能的合适方法。进行误标分析以评估上面选择的方法论的适当性。此外，实践本主题的本领域技术人员将理解，在更广泛的理解和解释意义上，本文描述的等式的概念、原理、理论、等式和物理含义与本发明整体相关。

沃什伯恩(Washburn)理论表明，如果使多孔固体与液体接触，使得固体不会浸没在液体中，而只是接触液体的表面，那么由于毛细作用而进入固体的孔隙中的液体的上升将受以下方程控制：

等式1

其中，t表示固体和液体接触后的时间，m表示吸入固体的液体质量，η表示液体的粘度，ρ表示液体的密度，σ表示液体体的表面张力，θ表示固体和液体之间的接触角以及c表示取决于多孔固体的多孔结构的材料常数。

一旦已知多孔固体和已知液体之间的接触角值，福克理论将用于计算给定多孔固体的表面能：

等式2 2*{(σ_L ^D)^1/2*(σ_s ^D)^1/2}+{(σ_L ^P)^1/2*(σ_s ^P)^1/2}＝σ(cosθ+1)

等式3 σ_s＝σ_s ^P+σ_s ^D

等式4 σ＝σ_L ^P+σ_L ^D

等式5 P_s＝σ_s ^P/σ_s ^D

其中σ_s表示固体的表面能，因为σ_s ^P是固体表面能的极性分量，σ_s ^D是固体表面能的分散分量，σ_L ^P是液体的表面张力的极性分量，σ_L ^D是液体表面张力的分散分量，P_s是给定固体的表面极性。

在测试过程中，在室温(20℃)下，使用Kruss K100张力计通过沃什伯恩方法使用三种已知特性的液体(正己烷、水和二碘甲烷)。三种液体的性质如表6所示：

获得了正己烷的原始实验数据(m²/t)，用于确定固体材料常数(c)，因为正己烷的的低表面张力使其和多数固体的材料常数为零。一旦确定了材料常数，就可以使用相同新鲜样品获得水和二碘甲烷的原始实验数据(m²/t)。使用等式1，确定多孔固体与水和二碘甲烷的接触角(Q)。二碘甲烷接触角的值代入等式2用于确定σ_s ^D，因为二碘甲烷的σ_L ^P为零并且其他参数的值是已知的。此外，水接触角的值代入等式2用于确定σ_s ^P，其他参数的值是已知的。随后，使用等式3计算固体的表面能(σ_s)。

孔径测量：

如前所述，现在详细讨论孔径测量方法。实践本主题的本领域技术人员将理解，多孔材料的大孔表征可以通过不同方法(例如泡点法、压汞孔隙率测定法、SEM等)完成，并且不同技术提供的数据是不能直接比较的。在我们的案例中，孔径的表征是通过汞侵入孔隙率测定法的相关技术完成的，该技术的测量范围为3nm至360μ。尽管多孔材料的孔可以随机填充且形状不均匀，但该技术将孔视为不同直径的圆柱形毛细管，并基于沃什伯恩方程，该方程指出，在任何压力下，汞(或用于任何液体)侵入的孔的直径大于：

等式6 D＝-4σcosθ/P

其中，D是孔径，σ是表面张力，θ是接触角，P是施加的压力。

测试过程中产生的基本数据是侵入样品的汞的体积作为施加压力的函数。尽管该数据表明固体材料本身的孔隙空间和物理性质的各种特征，但在这种情况下感兴趣的关键信息是累积侵入的体积作为孔径的函数。此外，有关体积中值孔径D_median(V)的信息也很重要。D_median(V)，在累积侵入体积-直径的图表中，对应于50％总侵入体积的直径。此外，实践本主题的本领域技术人员将理解，在更广泛的理解和解释意义上，本文描述的等式的概念、原理、理论、等式和物理含义与本发明整体相关。

本发明通过提供压力调节构件206克服了传统电子烟的缺点，其中压力调节构件206的第一部分206a暴露于腔室并且与储存在腔室中的液体接触210。此外，压力调节构件206的第二部分206b暴露于大气，当腔室210内的压力降低时，使得空气能够进入腔室。此外，压力调节构件206包括多孔材料，当腔室210内的压力足以允许液体部分克服由一些孔中的空气形成的空气屏障，同时在正常操作条件下限制液体泄漏到大气中时，该多孔材料在没有任何外部能量输入的情况下将液体216吸收到一些孔中。

如本文中关于不同实施例所讨论的本发明将有利于向吸液芯202提供一致的液体216流动。此外，本发明还通过维持腔室210内的亚大气压来防止液体216从多孔吸液芯202泄漏。此外，由于本发明主动抑制腔室210内产生非常高的负压(相对于大气)，它有利于在汽化区215处保证足够量的液体216，从而提高通过装置100产生的蒸汽量。通过在本发明公开的装置100中提供压力调节构件206来实现与本发明相关联的优点。根据以上公开的实施例，本领域技术人员可以理解未列出的其他优点。

虽然已经参考具体示例实施例描述了实施例，但是显然可以对这些实施例进行各种修改和改变而不脱离这里描述的系统和方法的更广泛的精神和范围。因此，说明书和附图被认为是说明性的而不是限制性的。

还应注意，上述过程按步骤顺序进行描述；这样做只是为了说明。因此，可以设想可以增加一些步骤，可以省略一些步骤，可以重新安排步骤的顺序，或者可以同时执行一些步骤。

在阅读了上述描述之后，本领域的普通技术人员无疑将清楚本发明的许多改变和修改。应当理解，本文所用的措辞或术语是为了描述而非限制。应当理解，以上描述包含许多规格；这些不应被解释为限制本发明的范围，而仅是提供本发明的一些个人优选实施例的说明。因此，本发明的范围应由所附权利要求及其法律等效物而非所给出的示例来确定。

Claims (18)

1.一种用于汽化液体(216)的装置(100)，所述装置(100)包括：

外壳(102)，所述外壳(102)定义一腔室(210)以储存液体(216)；以及

与所述腔室(210)接合的压力调节构件(206)，其中：

所述压力调节构件(206)的第一部分(206a)暴露于所述腔室(210)；

所述压力调节构件(206)的第二部分(206b)暴露于大气压力；

所述压力调节构件(206)包括多孔材料；

当所述腔室(210)内的压力足以允许所述液体(216)部分地克服由一些孔内的空气形成的空气屏障而不允许所述液体(216)泄漏到大气中时，所述多孔材料无需任何外部能量输入将所述液体(216)吸收到先前被空气占据的所述一些孔中；并且

当所述腔室(210)内的压力下降到允许空气至少部分地克服由所述一些孔内的所述液体(216)形成的液体屏障的程度时，所述多孔材料允许大气中的空气进入所述腔室(210)。

2.如权利要求1所述的装置(100)，其中，所述压力调节构件(206)相对于所述外壳(102)是静止的。

3.如权利要求1所述的装置(100)，其中，所述多孔材料的所述表面能小于所述液体(216)的表面张力。

4.如权利要求3所述的装置(100)，其中，所述多孔材料的所述表面能优选地小于34mJ/m²。

5.如权利要求3所述的装置(100)，其中，所述液体(216)的所述表面张力优选地在34mN/m和45mN/m之间。

6.如权利要求3所述的装置(100)，其中，所述多孔材料和所述液体(216)之间的所述接触角优选地在25°和65°之间。

7.如权利要求1所述的装置(100)，其中，所述多孔材料的体积优选地介于存储在所述腔室(210)中的所述液体(216)的最大体积的1％和8％之间。

8.如权利要求1所述的装置(100)，其中，所述压力调节构件(206)保持所述腔室(210)的所述非液体空间(217)内的亚大气压。

9.如权利要求1所述的装置(100)，其中，所述压力调节构件(206)保持所述腔室(210)的所述非液体空间(217)处的压力比大气压力低1kPa至3kPa。

10.如权利要求1所述的装置(100)，所述多孔材料的D_median(V)，即按体积算的中值孔径，优选地高于30微米。

11.如权利要求1所述的装置(100)，所述液体(216)的所述旋转粘度优选地大于290mPa.s且小于430mPa.s。

12.如权利要求1所述的装置(100)，其中，当所述装置(100)在汽化过程中被保持在推荐的位置时，所述压力调节构件(206)被定位成使所述第一部分(206a)与所述液体(216)接触。

13.如权利要求12所述的装置(100)，其中，所述外壳(102)包括第一端(102a)和第二端(102b)，所述第二端(102b)通常与所述第一端(102a)相对，其中蒸汽从靠近所述第一端(102a)设置的开口排出，并且吸液芯(202)靠近所述第二端(202b)设置，其中所述压力调节构件(206)的所述第一部分(206a)靠近所述第二端(202b)定位。

14.如权利要求1所述的装置(100)，其中，所述外壳(102)上定义了第二开口(106)，其中所述压力调节构件(206)靠近所述第二开口(106)，其中，在没有所述压力调节构件(206)的情况下，所述第二开口(106)将所述液体(216)暴露于大气压力。

15.如权利要求1所述的装置(100)，进一步包括吸液芯(202)，其中所述吸液芯(202)的所述表面能大于所述液体(216)的所述表面张力。

16.如权利要求15所述的装置(100)，其中，所述吸液芯(202)的所述表面能大于45mJ/m²。

17.如权利要求15所述的装置(100)，其中，

所述外壳(202)包括暴露于大气的第四开口(110)；

所述腔室(210)内的所述压力为亚大气压；

所述吸液芯(202)的第二部分(202b)暴露于所述第四开口(110)；所述吸液芯(202)的第一部分(202a)暴露于所述腔室(210)中的所述液体(216)；

当空气通过所述第四开口(110)被吸入时，所述液体(216)通过所述吸液芯(202)的所述第一部分(202a)被吸入所述吸液芯(202)的所述第二部分(202b)。

18.一种将液体(216)填充到用于汽化液体的装置(100)的方法，所述方法包括：

提供包括多孔材料的压力调节构件(206)；

将所述装置(100)定向在第一方向，在所述第一方向上允许所述液体(216)与所述压力调节构件(206)接触以完成将所述液体(216)填充到所述装置(100)的腔室(210)中；

将所述装置(100)定向在所述第一方向上时，将所述液体(216)填充到所述腔室(210)；

将所述装置(100)重新定向以允许所述液体(216)在所述压力调节构件(206)上施加压力；并且

允许所述压力调节构件(206)将所述液体(216)的至少一部分吸收到所述压力调节构件(206)的一些孔中以在所述腔室(210)内形成非液体空间(217)，其中由于所述压力调节构件(206)吸收所述液体(216)从而在所述腔室(210)中创建亚大气压。

Images