CN114845587A - 汽化器 - Google Patents
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Abstract
所描述的发明提供了一种用于气溶胶产生装置的汽化器(1)，该汽化器包括：加热元件(10)，该加热元件包括加热材料构成的片材；管状加热器壳体(20)，该管状加热器壳体布置成将加热元件保持在加热器壳体内；以及液体储存器(30)；其中，加热器壳体包括沿着管状加热器壳体的长度延伸的纵向间隙(g)，并且加热元件布置成使得加热元件的外围边缘被支撑在该间隙内；其中，该间隙布置成允许液体(L)在使用期间从液体储存器进入加热器壳体中以被加热元件汽化；并且该间隙的尺寸(d)是可变的，以改变穿过间隙的液体流的速率。以这种方式，可以调整液体储存器与加热元件之间的液体流的速率，以补偿温度变化的影响或补偿不同的可汽化液体以优化蒸气产生。特别地，可以调整间隙的尺寸以维持最佳的液体流速率，尽管可汽化液体的粘度有变化(由于温度或使用不同类型的可汽化液体所致)。
Description
本发明涉及用于气溶胶产生装置或系统(比如，电子烟)的汽化器。
背景技术
已知的气溶胶产生装置(比如，电子烟)常常使用加热部件或加热器来加热气溶胶产生液体，以便产生供由用户吸入的气溶胶或蒸气。加热部件典型地由导电材料制成，当跨加热部件施加电能时，该导电材料允许电流流过它。当电流通过材料时，导电材料的电阻致使产生热量，这一过程通常称为电阻加热。
本领域中的加热部件包括金属丝或形成为不同形状的纤维网阵列，例如卷丝。在使用中，加热器典型地与芯吸元件接触或密切接近芯吸元件，该芯吸元件从装置中的储器或供应件中吸取待汽化的气溶胶产生液体。芯吸元件通常具有纤维或多孔结构，该纤维或多孔结构致使通过毛细管作用从液体供应件中吸取液体。
一些加热元件(特别是纤维网阵列加热器)组合了加热功能和芯吸功能，其中例如导电多孔材料构成的片材使用毛细管作用将气溶胶产生液体从储器吸取到加热部件中，这在电能通过该片材时还提供热量。导电多孔材料构成的片材可以经成形以优化加热功能与芯吸功能之间的协同作用。
这种已知的装置存在几个已知的问题。特别地，毛细管加热器并不总是有效地从液体储存器传送液体以进行汽化。特别地，必须仔细控制液体储存器与加热元件之间的液体传送路线的几何形状，以确保正确量的液体被递送到加热元件—液体太少并且加热元件可能过热以及可能燃烧，液体太多并且加热元件可能泛溢，从而致使温度降低和汽化无效。以下事实加剧了这个问题：液体的粘度是限定到加热器的液体流的速率的重要参数，并且这可以在不同类型的可汽化液体之间以及响应于温度的变化而变化。
本发明的目的是提供一种用于气溶胶产生装置的更加可靠和有效的汽化器。
发明内容
根据本发明，提供了一种用于气溶胶产生装置的汽化器，该汽化器包括：加热元件，该加热元件包括加热材料构成的片材；管状加热器壳体，该管状加热器壳体布置成将加热元件保持在加热器壳体内；以及液体储存器；其中，加热器壳体包括沿着管状加热器壳体的长度延伸的纵向间隙，并且加热元件布置成使得加热元件的外围边缘被支撑在该间隙内；其中，该间隙布置成允许液体在使用期间从液体储存器进入加热器壳体中以被加热元件汽化；并且该间隙的尺寸是可变的，以改变穿过间隙的液体流的速率。
以这种方式，可以调整液体储存器与加热元件之间的液体流的速率，以补偿温度变化的影响或补偿不同的可汽化液体以优化蒸气产生。特别地，可以调整间隙的尺寸以维持最佳的液体流速率，尽管可汽化液体的粘度有变化(由于温度或使用不同类型的可汽化液体所致)。
本发明与现有技术装置的显著区别在于，加热器壳体包括间隙，该间隙既支撑加热元件又在尺寸上是可变的，以更改穿过间隙到加热器的液体流速率。加热器壳体被配置成提供保持加热元件和调整液体流的双重功能这一事实减少了所需零件的数量并降低了装置的整体复杂性。特别地，因为已经提供了间隙来支撑加热元件，所以发明人已意识到，这也可以被用来提供可变的液体流以适应不同的液体粘度。此外，在这种布置的情况下，因为间隙还支撑加热元件，所以可变的液体流直接被提供到加热元件上，从而在间隙的尺寸改变时允许所汽化的液体的量立即改变。
优选地，加热元件被支撑在加热器壳体中的间隙内，以将加热元件保持在加热器壳体内。例如，加热元件的一端或边缘保持在加热器壳体中的间隙内。优选地，加热器壳体包括定位在加热器壳体的相对侧上的两个间隙；其中，加热元件保持在这两个间隙内，使得加热元件在相对侧之间延伸跨越加热器壳体。加热元件的厚度优选地等于或小于加热器壳体中的该一个或多个间隙的尺寸。
优选地，加热元件被支撑在间隙内以便留下间隙的开放部分，液体可以通过该开放部分。在一些示例中，可以减小间隙的尺寸以将开放部分闭合，其中，加热元件包括纤维材料构成的多孔件，该多孔件布置成将液体传送穿过加热元件。特别地，在一些示例中，间隙的一个或多个部分在尺寸上是可变的以调整穿过间隙的液体流，而间隙的其余部分具有恒定的尺寸。在一些示例中，间隙的保持加热元件的部分在尺寸上保持恒定，而间隙的其他的开放部分是可调整的以改变液体流。
优选地，加热元件保持在间隙内，使得可以改变间隙的尺寸以调整间隙的开放部分，这允许液体在加热元件周围行进。在此类实施例中，在加热元件是毛细管加热元件的情况下，从液体储存器到加热元件以进行汽化的液体传送的一部分由穿过加热元件的毛细管传送提供，且附加的部分由穿过间隙的开放部分的液体传送提供。以这种方式，通过改变间隙尺寸，可以改变穿过毛细管加热元件的液体传送与穿过间隙的开放部分的液体传送的比率，以改变液体进入加热器壳体中的流动速率。
加热元件包括加热材料构成的片材；加热元件壳体包括管状加热壳体，并且间隙是沿着管状加热元件壳体的长度延伸的纵向间隙；其中，加热元件布置成使得加热元件的外围边缘被支撑在间隙内。这提供了一种紧凑的布置，其中可以增加液体储存器的尺寸，同时提供进入加热器壳体中以进行汽化的可靠的液体传送。
优选地，加热材料构成的片材是多孔的和/或纤维的，以便通过毛细管作用提供穿过加热元件的液体传送。优选地，加热元件包括导电纤维网构成的片材，该片材布置成通过毛细管作用传送液体。网的密度可以从大约10-6g/mm3至10-2g/mm3，优选地在5x10-4g/mm3至5x10-3g/mm3之间的范围内，且更优选地为近似8.5x10-4g/mm3。优选地，加热元件包括导电纤维，这些导电纤维布置为织造织物(比如，网)、非织造织物或导电纤维束。以这种方式，网向加热元件提供芯吸功能，使得气溶胶产生液体可以有效地被吸取到加热元件上以进行汽化。
优选地，管状加热器壳体包括第一纵向部分和第二纵向部分，其中，第一加热器壳体部分和第二加热器壳体部分在限定纵向间隙的纵向接口处相遇，并且加热元件保持在该纵向接口内，使得加热元件沿着管状加热器壳体的长度延伸。优选地，加热元件附接到第一加热器部分和/或第二加热器部分中的一者。这允许在改变第一加热器部分与第二加热器部分之间的间隙的尺寸时稳定地支撑加热元件。
优选地，加热元件是包括两个接触点的电阻加热元件，电源可以连接到这两个接触点以提供通过加热元件的电流来对加热元件进行加热。这些接触点可以定位在加热元件的相对侧处，使得优先路径从一侧跨越加热元件延伸到另一侧。替代性地，这些接触点可以被提供在同一侧中，使得优先路径从一侧出来跨越加热元件行进并转弯以返回到同一侧。
优选地，加热元件包括片材，该片材经成形以便在片材的平面中遵循蛇形路径，即，片材具有蛇形形状，换言之，曲折的、之字形的、周期性的或方波的形状。以这种方式，跨越加热元件的温度分布可以通过以下方式来控制：改变加热元件的结构或形状，使得电流和/或热量沿着曲折的或方波的模式流动。以这种方式，在电流沿着片材行进时，得以在不同区域中提供电流的不同浓度。在使用中，电流密度相对高的区域将变得比电流密度相对低的区域更热，因此跨越片材建立了温度梯度，这促进了增强的液体传送和汽化。
优选地，加热器壳体被配置成使得间隙的尺寸随温度而变化。特别地，加热器壳体可以被配置成使得间隙的尺寸在相对较高的温度下减小且在相对较低的温度下增加。以这种方式，可汽化液体随升高的温度导致的粘度增加得以通过减小间隙的尺寸来补偿，以维持最佳的液体流速率。
优选地，加热器壳体的与间隙相邻的至少一部分包括随升高的温度而膨胀的材料，使得间隙的尺寸随着加热器壳体的该部分的温度升高而减小。优选地，加热器壳体的该部分在升高的温度下膨胀以减小间隙的尺寸并限制可汽化液体穿过间隙的流动速率。
优选地，加热器壳体的该部分包括一种材料，该材料的线性热膨胀系数至少为10、优选地至少为15、更优选地至少为20。在一些实施例中，加热器壳体的该部分包括一种材料，该材料的线性热膨胀系数至少为50。优选地，加热器壳体的该部分包括以下各者中的一者或多者：钢、镍、铜、黄铜、KaptonTM、铝、PVC、聚丙烯或橡胶。
在一些实施例中，加热器壳体包括以上材料或具有以上线性热膨胀系数的材料中的一者或多者。
优选地，加热器壳体的与间隙相邻的一部分包括形状记忆合金，该形状记忆合金被配置成在暴露于升高的温度时改变形状以改变加热器壳体中的间隙的尺寸。优选地，加热器壳体的与间隙相邻的该部分被配置成在升高的温度下改变形状以便减小间隙的尺寸。优选地，加热器壳体的在间隙的任一侧上的部分被配置成在升高的温度下朝向彼此延伸或弯曲，以减小间隙的尺寸并限制穿过间隙的液体流的速率。优选地，加热器壳体的至少一部分包括以下各者中的一者或多者：铜-铝-镍；镍-钛(NiTi)；锌、铜、金和/或铁的合金；Fe-Mn-Si；Cu-Zn-Al；以及Cu-Al-Ni。
优选地，其中，加热器壳体进一步包括垫圈，该垫圈被配置成机械地改变间隙的尺寸。优选地，垫圈包括用于改变间隙的尺寸的机械机构。优选地，垫圈包括两个可移动部分，并且间隙被限定在这些可移动部分之间，其中，垫圈被配置成使这些可移动部分背离彼此或朝向彼此移动以改变间隙的尺寸。优选地，加热器壳体包括两个壳体部分，其中，间隙被提供在这两个壳体部分之间的接口处，并且机械机构被配置成改变这两个壳体部分之间的间隔以改变间隙的尺寸。
优选地，加热器壳体进一步包括感测元件，其中，垫圈被配置成根据加热元件的被感测参数来改变间隙的尺寸。以这种方式，可以响应于加热元件或液体储存器的变参数来调整间隙的尺寸，例如以自动调整间隙的尺寸。以这种方式，可以实施反馈回路以自动补偿变参数，比如可汽化液体的温度或类型。
优选地，感测元件被配置成感测以下各者中的一者或多者：液体储存器中的液体的温度；加热元件的温度；在机器可读ID中提供的信息。
优选地，间隙的尺寸在至少0.2mm至0.3mm、优选地0.1mm至0.3mm的范围可变。优选地，可以在0mm与0.3mm之间、优选地在0.15mm与0.3mm之间改变间隙的尺寸。当加热元件保持在间隙内时，以上尺寸对应于跨越间隙的距离(即，包括加热元件的厚度)。例如，在间隙是加热器壳体的部分之间的间隙的情况下，间隙的以上尺寸是跨越加热器壳体的这些部分之间的间隙测得的。
优选地，加热元件的厚度为0.1mm至0.2mm、优选地为约0.1mm。因此，优选地，间隙的开放部分的尺寸(间隙的尺寸减去加热元件的厚度)在0mm与0.1mm之间或在0.05mm与0.15mm之间、优选地在0mm与0.2mm之间可变。优选地，加热元件是毛细管加热元件。以这种方式，可以改变穿过毛细管加热元件的液体传送比例和穿过间隙的开放部分在加热元件周围的液体流比例，以调整液体流的速率并优化汽化。
优选地，汽化器进一步包括保持在液体储存器内的可汽化液体，该可汽化液体包括植物甘油VG和丙二醇PG，其中：间隙的尺寸可变到在0.05mm至0.25mm范围内的值，并且VG:PG的比率为30:70；或者间隙的尺寸可变到在0.15mm至0.35mm范围内的值，并且VG:PG的比率为50:50；或者间隙的尺寸可变到在0.20mm至0.45mm范围内的值，并且VG:PG的比率为70:30。因为可汽化液体的粘度在很大程度上取决于VG:PG的比率，所以以这种方式，可以改变壳体中的间隙的尺寸以补偿可汽化液体的粘度和温度对粘度的影响两者，使得可以维持最佳的液体流并因此维持汽化。
在本发明的进一步方面中，提供了一种气溶胶产生装置，包括：如任一前述权利要求所述的汽化器；以及电源，该电源布置成向汽化器的加热元件提供电流。优选地，气溶胶产生装置包括电子烟。优选地，电子烟进一步包括：烟弹座体，该烟弹座体被配置成接收可移除烟弹；以及可移除烟弹，其中，汽化器被提供在可移除烟弹内。
在本发明的进一步方面中，提供了一种用于气溶胶产生装置的烟弹，该烟弹包括任一权利要求所述的汽化器。
在本发明的进一步方面中，提供了一种用于气溶胶产生装置的汽化器，该汽化器包括：加热元件；加热器壳体，该加热器壳体布置成将加热元件保持在加热器壳体内；以及液体储存器，该液体储存器容纳可汽化液体；其中，加热器壳体包括间隙，该间隙布置成允许可汽化液体在使用期间从液体储存器进入加热器壳体中以被加热元件汽化；其中，可汽化液体包括植物甘油VG和丙二醇PG，其中，间隙的尺寸是基于VG:PG的比率来如下选择的：
因为可汽化液体的粘度是基于VG:PG的比率而变化的，所以从液体储存器到加热元件的流动速率取决于所使用的可汽化液体的类型而变化。通过基于液体中VG:PG的比率来选择如上文所限定的间隙尺寸，流动速率保持在所需的界限内以提供优化的汽化。特别地，在该范围内的间隙尺寸将确保向加热元件稳定地供应液体，同时防止加热元件的“泛溢”，“泛溢”可能限制蒸气产生。
无论间隙是完全开放以允许穿过间隙的液体流或者无论是毛细管还是多孔材料放置在间隙内，以上间隙尺寸范围均适用。在后一种情况下，流动速率略微降低，但不足以使以上间隙尺寸范围发生变化。
优选地，加热元件被支撑在加热器壳体中的间隙内，以将加热元件保持在加热器壳体内。例如，加热元件的一端或边缘保持在加热器壳体中的间隙内。优选地，加热器壳体包括定位在加热器壳体的相对侧上的两个间隙；其中，加热元件保持在这两个间隙内，使得加热元件在相对侧之间延伸跨越加热器壳体。加热元件的厚度优选地等于或小于加热器壳体中的该一个或多个间隙的尺寸。
优选地，加热元件包括加热材料构成的片材；加热元件壳体包括管状加热壳体，并且间隙是沿着管状加热元件壳体的长度延伸的纵向间隙；其中，加热元件布置成使得加热元件的外围边缘被支撑在间隙内。间隙的尺寸可以垂直于纵向方向跨越该间隙测得。这提供了一种紧凑的布置，其中可以增加液体储存器的尺寸，同时提供进入加热器壳体中以进行汽化的可靠的液体传送。
优选地，加热元件是毛细管加热元件，该毛细管加热元件被配置成经由毛细管作用将液体传送穿过加热元件。优选地，加热元件保持在加热器壳体中的间隙内。以这种方式，上文所限定的间隙尺寸适用，因为液体既可以穿过加热元件传送，又可以穿过间隙的开放部分在加热元件周围传送。
优选地，加热元件是导电纤维网构成的片材，优选地不锈钢纤维构成的烧结网。此类加热元件提供穿过加热元件的良好的液体传送，且因而可以与如上文所限定的间隙尺寸进行组合以在选定的可汽化液体的情况下提供优化的液体传送。
优选地，加热元件是布置成将液体传送穿过加热元件的毛细管加热元件，并且毛细管加热元件的厚度在0.1mm与0.2mm之间。优选地，加热元件保持在间隙内，使得间隙的开放部分被限定为跨越间隙的总距离减去加热元件的厚度。在这些实施例中，可以如下选择间隙的开放部分：
以这种方式，可汽化液体既可以通过毛细管加热元件又可以通过间隙的开放部分，以提供针对所使用的可汽化液体类型的粘度所优化的流动速率。具有以这种方式配置的加热元件、液体和加热器壳体的汽化器已被示为对可汽化液体的选择提供可靠的汽化。
本发明的此方面的汽化器可以进一步如上文所描述的那样根据本发明的第一方面来配置。
附图说明
现在将通过示例参考附图来描述本发明的实施例，在附图中：
图1是根据本发明的汽化器的示意图；
图2A和图2B是根据本发明的汽化器的示意性截面图；
图3A和图3B是根据本发明的汽化器的示意性截面图；
图4A和图4B是根据本发明的汽化器的示意性截面图；
图5A示意性地展示了供与本发明的汽化器一起使用的替代性加热元件；
图5B展示了图5A的加热元件，该加热元件保持在管状加热器壳体中以用于根据本发明的汽化器中。
具体实施方式
图1示意性地展示了根据本发明的用于气溶胶产生装置的汽化器1。汽化器1包括：加热元件10；加热器壳体20，该加热器壳体布置成将加热元件10保持在加热器壳体20内；以及液体储存器30。加热器壳体20包括间隙g，该间隙布置成允许液体在使用期间从液体储存器30进入加热器壳体20中以被加热元件10汽化。间隙g的尺寸是可变的，以改变穿过间隙g的液体流的速率。以这种方式，可以更改从液体储存器30进入加热器壳体20中的液体流的速率，以便确保最佳流动速率的液体L到达加热元件10以进行汽化，因此确保加热元件既不会由于缺乏到达加热元件10的液体L所致而过热，也不会在太多液体L到达加热元件的情况下变得泛溢。这提供了在气溶胶产生方面改进的可靠性和再现性及因此提高的性能，特别是当在气溶胶产生装置(比如，电子烟)中被采用时。
在图1的示例中，加热元件10包括加热材料构成的片材，该片材基本上保持在管状加热壳体20内。特别地，管状加热器壳体包括在纵向接口3处相遇的两个部分21、22，该纵向接口限定加热器壳体20中的间隙g。加热元件10沿着管状加热壳体20的长度延伸，并且保持在第一加热器壳体部分21与第二加热器壳体部分22之间的纵向接口23内。换言之，加热元件10的外围纵向边缘11被支撑在纵向间隙g内，并且加热元件10由此被支撑在管状加热壳体20内并沿着其长度纵向地延伸。
如图1中所示，加热器壳体20被液体储存器30包围。以这种方式，液体L包围加热器壳体20，并且从液体储存器30穿过在第一壳体部分21与第二壳体部分22之间的纵向接口23处的间隙g传送到加热器壳体的内部体积中。液体储存器30进一步限定纵向蒸气流道33，该纵向蒸气流道在液体储存器30一侧上的空气入口31与液体储存器30相对侧上的蒸气流出口32之间延伸。蒸气流道33从入口31延伸穿过加热器壳体20的内部体积24(或“汽化腔室”)并从出口32中出来。当在气溶胶产生装置中采用汽化器1时，加热元件10连接到电源，使得可以提供通过加热元件的电流以经由电阻加热来升高温度。以这种方式，加热器壳体中的液体L被汽化，从而驱使经由毛细管作用穿过间隙g的进一步的液体传送、以及进一步的蒸气产生。
空气入口31连接到气溶胶产生装置的本体中的空气入口，并且蒸气流出口32连接到吸嘴出口。以这种方式，通过在吸嘴处进行吸入的同时向加热器提供电力，空气进入空气入口31并通过加热器壳体20、获得在加热器壳体的内部体积24中产生的蒸气、并且通过出口32被吸取以进行吸入，如由图1中的空气流动箭头A所示。
在图中所示的示例中，加热元件由导电纤维网构成的片材提供。加热元件的纤维可以由金属制成，比如不锈钢、非不锈钢、铁、铜、钨、铝、黄铜、镍铬合金、Kanthal、铜镍合金和其他合金、或任何其他金属(元素、化合物或合金)。替代性地，纤维可以由非金属材料制成，比如二硅化钼、碳化硅和其他陶瓷或半导体、或任何其他非金属。在特别优选的示例中，加热元件包括不锈钢纤维构成的烧结网。
这种类型的多孔加热元件能够通过毛细管作用将液体传送穿过其多孔结构，使得穿过间隙g的液体传送既可以穿过保持在间隙中的加热元件10进行，又可以在加热元件周围(如果间隙内存在附加的开放空间)进行。
从液体储存器30穿过间隙g进入加热器壳体20中的液体流的速率是优化蒸气产生的一项重要参数。仔细选择液体流速率对于向加热器提供正确的液体递送速率是必要的。特别地，两个低的流动速率和两个少的液体到达加热器壳体20的内部体积24，这可能致使加热器10过热，从而致使加热器潜在地发生燃烧并且从加热器腔室吸入不带蒸气的相关联的干燥加热空气(“干电子烟”效应)。如果流动速率太高，则加热器壳体20的内部体积24可能变得泛溢，从而可能阻止蒸气产生并降低加热元件的温度。它还可能导致大的液滴在蒸气流动路径A上被提取到用户的嘴中。因此，重要的是要仔细控制穿过间隙g进入加热器壳体20的内部体积24中的液体流速率。
进入加热器壳体20中的液体流的速率取决于液体储存器30与加热器壳体20的内部体积24之间的间隙g的尺寸d、以及液体L的粘度。因此，穿过特定间隙尺寸d的液体流的速率可以取决于容纳在液体储存器20中的可汽化液体L的特定种类而不同。用于电子烟的许多常规可汽化液体包括植物甘油VG和丙二醇PG的混合物。这两种成分的比率在确定液体的粘度及因此穿过间隙的液体流速率方面具有特别重要的意义。
已确定的是，可以基于VG与PG的比率来选择间隙g的尺寸，以便提供最佳流动速率。特别地，已确定的是，当VG与PG的比率为近似20比80时，如图1中所示，跨越间隙g的尺寸d应在0.05mm至0.15mm的范围内；当VG与PG的比率为60比40时，间隙的尺寸d应在0.15mm至0.25mm的范围内；并且当VG与PG的比率为20比80时，间隙g的尺寸d应在0.25mm至0.35mm的范围内。这些图对应于如下的两种布置，即，其中间隙完全开放或当毛细管加热元件保持在间隙中时，因为后一种情况提供穿过毛细管加热元件的液体传送。
下表中提供了关于针对不同间隙尺寸和VG:PG液体比率观察到的流动类型的进一步描述性数据。
VG:PG 70:30
VG:PG 30:70
VG:PG 50:50
为发生有效的汽化，重要的是要避免使间隙太小而使得不存在穿过间隙的流动，并且还要避免使间隙太大而使得液体流过间隙。优选地，应选择间隙尺寸，使得液体存在于间隙中并且液滴在间隙的另一侧上形成或成珠状。
这些值是针对气溶胶产生装置(比如，电子烟)的正常工作范围的温度给出的。在根据本发明的装置中，可以进一步改变间隙的尺寸d，以提供对流动速率的选择来适应不同的液体和操作温度。特别地，通过改变图1中所示的间隙尺寸d，可以在使用该装置期间改变液体流速率以补偿不同的液体粘度或由于温度所致的粘度变化。间隙尺寸的这种变化可以以若干种不同的方式来实现。
在本发明的某些实施例中，加热器壳体可以被配置成使得间隙g的尺寸随温度而变化。特别地，加热器壳体20优选地包括一种材料，该材料在升高的温度下膨胀以减小间隙g的尺寸且因此通过以下方式来补偿液体L在较高温度下的粘度增加：减小间隙g的尺寸，以限制从液体储存器进入加热器壳体20的内部体积24中的液体流。
在图2A和图2B的示例中，加热器壳体20的部分25包括具有增加的热膨胀系数的材料，使得这些部分25膨胀以减小间隙g的尺寸。特别地，加热器壳体20的与间隙相邻的部分25包括具有增加的热膨胀系数的材料，使得这些部分25朝向加热元件10膨胀，从而将间隙闭合以减小穿过间隙G的液体流F。如图2A中所示，在第一较低温度下，上壳体部分21与下壳体部分22之间的间隙g的尺寸是第一值，该第一值准许从周围的液体储存器穿过间隙g进入加热器壳体20的内部体积中的液体流F增加。随着温度升高，加热器壳体20的邻近间隙g的部分25膨胀，使得间隙g的尺寸d减小到较低值，因此将液体流限制到新的减小的流动速率F。以这种方式，虽然液体L的粘度在较高温度下增加(在图2B中示出)，但由于加热器壳体20的部分25膨胀，所以间隙的尺寸d减小，因此使液体流F保持基本上恒定，使得蒸气产生在温度变化期间基本上不改变。
加热器壳体的具有增加的热膨胀系数的部分25可以由如下任何适当的材料制成，即，该材料显著膨胀或温度升高，同时为加热器元件壳体20提供所需的机械强度和强健性。例如，加热器壳体20的部分25可以是聚丙烯、PVC、铝、KaptonTM、黄铜、铜或镍。虽然在图2A和图2B的实施例中只有加热器壳体20的与纵向间隙g相邻的区域由具有增加的热膨胀的材料制成，但在其他实施例中，加热器壳体20的更大比例或整体可以由具有增加的热膨胀的材料构建，使得加热器壳体20的整体的更大部分膨胀，以限制加热器壳体部件之间的间隙g并因此调整进入加热器壳体20的内部体积24中的流动速率F。
图3A和图3B中所展示的根据本发明的汽化器1的示例类似于图2中所示的汽化器，除了在图3的情况下加热器壳体20的部分包括形状记忆合金而不是简单地具有高热膨胀系数的材料之外。形状记忆合金是在加热时恢复到特定形状的合金。以这种方式，环境温度的升高可以用于将加热器壳体20的邻近间隙g的部分25恢复到预先记住的形状，以便在高温下限制间隙g的尺寸。如图3A中所示，在较低温度下，加热器壳体20的对间隙g进行定界的部分25具有第一形状，该第一形状提供间隙g的增加的尺寸d以实现穿过间隙g的一定的液体流速率F以便被加热器壳体20的内部体积24内的加热元件10汽化。随着加热器壳体20的温度升高，如图3B中所示，加热器壳体20的对间隙g进行定界的部分25的形状改变，使得这些部分朝向彼此延伸，从而限制了间隙g的尺寸d并因此限制了进入壳体中的液体流。以这种方式，即使液体的粘度在较高温度下增加时，也可以维持液体从液体储存器30进入加热器壳体20中的流动速率F，因为间隙的尺寸受到加热器壳体20的部分25的形状变化的限制以补偿此类最佳流动速率F。
可以构建间隙g周围的定界部分25的合适材料的示例包括：铜-铝-镍；镍-钛(NiTi)；锌、铜、金和/或铁的合金；Fe-Mn-Si；铜-锌-铝；以及铜-铝-镍。再次，虽然在图3A和图3B的示例中只有加热器壳体20的邻近间隙g的部分25由形状记忆合金构建，但在其他示例中，加热器壳体的更大部分或整体可以由形状记忆合金构建，使得加热器壳体的整体上的很大一部分的形状变化可以起作用以减小间隙g的尺寸并限制在升高的温度下进入加热器壳体20中以进行汽化的液体流。
在图2和图3的示例中，加热器壳体20被配置成通过使用适当的材料在温度变化下改变间隙的尺寸，这些材料在升高的温度下自动限制间隙的尺寸以补偿液体处增加的粘度。在其他示例中，可以将控制机构插入到装置中以用于机械地更改沿着管状加热器壳体20的纵向间隙g的尺寸，从而机械地调整间隙g的尺寸以更改流动速率。以这种方式，代替针对温度变化简单地调整间隙g的尺寸的做法是，可以独立于温度来调整流动速率，例如以改变所产生的蒸气体积来适应用户偏好或者针对包括在液体储存器30中的液体的特定粘度来调整间隙的尺寸。图4A和图4B的示例包括机械垫圈，该机械垫圈被配置成改变第一壳体部件21与第二壳体部件22之间的间隙g的尺寸。特别地，汽化器1包括机械部件27，该机械部件可以改变第一上壳体部分21与第二下壳体部分22之间的位移以调整间隙g的尺寸。
机械垫圈26可以包括线性致动器27，该线性致动器的一端连接到上壳体部分21且第二端连接到下壳体部分22。线性致动器27可以被配置成按照控制电路系统的指示将这些壳体部分移开或移到一起，该控制电路系统被提供在汽化器或构成的气溶胶产生装置内。机械致动器27可以包括任何合适的机械部件以用于在上壳体部件21与下壳体部件22之间提供增加的线性位移。特别地，线性致动器27可以由螺杆(比如，导螺杆或滚珠螺杆)提供，该螺杆被配置成增加或减小上壳体部件21与下壳体部件22之间的距离d。
汽化器1可以附加地包括用户控件，该用户控件用于向机械垫圈提供控制信号，以便允许用户选择特定间隙尺寸并因此选择液体进入加热器壳体20中的流动速率。例如，用户可以使用在电子烟上或对应的用户装置上所提供的用户接口(例如，智能手机或其他用户装置上支持的应用程序)来调整机械垫圈，以选择间隙尺寸来提供用以提供特定的蒸气产生程度来适应用户偏好的流动速率，或根据所使用的特定烟弹或消耗品中的液体的粘度来选择间隙尺寸。
在装置的其他示例中，汽化器可以附加地包括连接到机械垫圈的感测元件，使得机械垫圈被配置成根据加热元件的被感测参数来改变间隙g的尺寸。例如，可以实施反馈回路，借此感测元件感测与汽化器相关联的特定参数并因此指示机械垫圈(比如，线性致动器27)可以相应地调整间隙的尺寸。
例如，可以在汽化器中提供温度传感器，以感测液体储存器中的液体的温度、加热元件的温度、或加热器壳体20的内部体积24中的温度。替代性地，感测元件可以是读取器，该读取器被配置成读取机器可读ID以便提取信息并控制垫圈相应地更改间隙g的距离d。例如，消耗品可以包括机器可读ID，该机器可读ID由连接到汽化器的传感器读取以便提取关于消耗品内液体的粘度的信息。在包括汽化器的气溶胶产生装置的汽化器内的控制电路系统然后可以使用从机器可读ID中提取的此数据以便控制机构27并调整间隙g的尺寸d，从而针对消耗品中所提供的液体的特定粘度来提供最佳间隙尺寸并因此提供流动速率。
虽然图中未示出，但在所有实施例中，加热元件10可以附接到加热器壳体的部分中的一者(例如，上壳体部分或下壳体部分)，使得在调整壳体部件之间的间隙g的尺寸d时，该加热元件仍然由加热器壳体支撑。
在本发明的示例中，加热材料构成的平面片材的厚度在近似0.1mm与0.2mm之间、优选地为约0.15mm。如由上壳体部分21与下壳体部分22之间的距离d提供的间隙尺寸优选地在至少0.2mm至0.3mm、优选地0.1mm至0.35mm的范围可变。因为加热元件10的厚度为近似0.1mm至0.2mm，所以液体可以通过的间隙开放部分的尺寸可以在0mm与0.15mm之间变化。
优选地，加热元件由毛细管加热片材提供，该毛细管加热片材被配置成提供穿过加热元件10的液体传送。特别地，加热元件10可以包括多孔材料，使得液体传送可以穿过加热元件的裂隙进行。在本发明的特别优选的实施例中，加热元件10包括导电纤维网构成的片材，特别是不锈钢纤维构成的烧结网。此类加热元件既能够提供电阻加热，又能够提供穿过加热元件的毛细管液体传送以提供液体传送来进行汽化。
对于根据本发明的实施例，可以改变限定从液体储存器穿过加热器壳体20到加热元件10的液体流路线的间隙g尺寸，以调整液体流的速率从而改变汽化参数。特别地，可以调整间隙g的尺寸d以补偿液体的粘度，使得尽管温度变化或使用不同的可汽化液体，仍可以维持最佳的液体流速率，以确保所需体积的液体达到汽化热并且汽化器将一致的性能递送到用户。
在本发明的一些实施例中，片材可以具有周期性形状，比如在加热元件的平面中的方波形状(比如，图5A中所示的方波形状)。特别地，平面加热元件具有从纵向边缘11向内延伸的若干个槽14。
与上文所描述的加热元件10中的每一个一样，平面加热元件在第一端12与第二端13之间在纵长方向上延伸。在第一端12和第二端13上提供了触点以用于连接到电源，使得电流可以在第一端12与第二端13之间沿着加热元件的长度行进。因为对于蛇形或“方波”形状而言，电流被迫遵循从第一端12穿过加热元件到第二端的周期性蛇形路径。因此，这种类型的周期性形状导致了电流密度增加的区域，特别是在内角部15处。变化的电流密度跨越加热材料构成的片材的这种分布致使跨越加热元件形成温度梯度，特别是从外围边缘11增加到内角部15。这改进了加热元件将液体从与液体供应件连通的外围边缘传送到加热器的中心区域的毛细管性能，这些中心区域被加热到高温。
与图1至图4的实施例一样，图5A的加热元件可以保持在如图5B中所示的管状加热器壳体20内。特别地，加热元件10保持在上加热器壳体部分21与下加热器壳体部分22之间，其中，加热元件10的边缘11保持在加热器壳体部分之间、在这两个部分21、22之间的纵向接口23内。在接口23处提供间隙g并且该间隙的尺寸是可变的，以调整液体从包围加热器壳体20的液体储存器穿过间隙g进入加热器壳体的内部体积中以进行汽化的流动速率。该间隙可以是可通过上文所描述的任何手段调整的。
在图5的这种周期性形状的加热片材10的情况下，沿着纵向接口23提供了一系列附加的间隙，这些间隙对应于沿着加热元件的边缘11的槽14的位置。与沿着接口23的其中保持有加热元件的边缘11的位置16不同，这些间隙并未填充有该厚度的加热元件10。在一些实施例中，这些间隙保持空着，并且提供从液体储存器30进入加热器壳体20中的附加的液体流路线。在其他实施例中，它们可以被阻挡以限制液体流或填充有厚度与加热元件相同的材料，使得穿过间隙g的液体流沿着纵向接口是均匀的。在任何一种情况下，本发明的优点仍然可以通过以下方式实现：提供可变的间隙尺寸以调整穿过间隙的液体流的速率，以便提供可靠的和恒定的蒸气产生特性。
图1至图5中所示的汽化器可以结合到气溶胶产生装置(比如，电子烟)中。特别地，加热元件10可以经由定位在加热元件10的任一纵向端处的触点连接到电源，使得电流可以沿着加热元件的长度通过。汽化器1可以连接成使得汽化装置中的空气入口连接到汽化器1的空气入口31(在图1中示出)，并且蒸气出口32可以通过装置的吸嘴连接到蒸气流道。汽化器1可以被提供为电子烟的组成部分，其中，液体储存器30中的液体可以由用户或单独的消耗品重新填充，该消耗品定位在装置中并连接到液体储存器20。替代性地，汽化器1本身可以被提供为待接收在气溶胶产生装置中的可移除烟弹(呈“雾化器”的形式)。
Claims (14)
1.一种用于气溶胶产生装置的汽化器，该汽化器包括：
加热元件，该加热元件包括加热材料构成的片材；
管状加热器壳体，该管状加热器壳体布置成将该加热元件保持在该加热器壳体内；以及
液体储存器；其中，
该加热器壳体包括沿着该管状加热器壳体的长度延伸的纵向间隙，并且该加热元件布置成使得该加热元件的外围边缘被支撑在该间隙内；
其中，该间隙布置成允许液体在使用期间从该液体储存器进入该加热器壳体中以被该加热元件汽化；并且
该间隙的尺寸是可变的，以改变穿过该间隙的液体流的速率。
2.如权利要求1所述的汽化器，其中，该加热材料构成的片材包括导电纤维网构成的片材，该片材布置成通过毛细管作用传送液体。
3.如任一前述权利要求所述的汽化器，其中，该加热器壳体被配置成使得该间隙的尺寸随温度而变化。
4.如权利要求3所述的汽化器，其中，该加热器壳体的与该间隙相邻的一部分包括随升高的温度而膨胀的材料，使得该间隙的尺寸随着该加热器壳体的该部分的温度升高而减小。
5.如权利要求3或权利要求4所述的汽化器，其中，该加热器壳体的与该间隙相邻的一部分包括形状记忆合金，该形状记忆合金被配置成在暴露于升高的温度时改变形状以改变该加热器壳体中的间隙的尺寸。
6.如任一前述权利要求所述的汽化器，其中，该加热器壳体进一步包括垫圈，该垫圈被配置成机械地改变该间隙的尺寸。
7.如权利要求6所述的汽化器，进一步包括用户控件，该用户控件用于操作该机械垫圈以允许用户改变该加热元件壳体中的间隙的尺寸。
8.如权利要求6或7所述的汽化器，进一步包括感测元件，其中，该垫圈被配置成根据该加热元件或液体储存器的被感测参数来改变该间隙的尺寸。
9.如权利要求8所述的汽化器，其中，该感测元件被配置成感测以下各者中的一者或多者：
该液体储存器中的液体的温度；
该加热元件的温度；
在机器可读ID中提供的信息。
10.如任一前述权利要求所述的汽化器，其中，该间隙的尺寸在至少0.2mm至0.3mm、优选地至少0.1mm至0.3mm的范围可变。
11.如任一前述权利要求所述的汽化器，进一步包括保持在该液体储存器内的可汽化液体，该可汽化液体包括植物甘油VG和丙二醇PG，其中：
该间隙的尺寸可变到在0.05mm至0.25mm范围内的值，并且VG:PG的比率为30:70；或者
该间隙的尺寸可变到在0.15mm至0.35mm范围内的值，并且VG:PG的比率为50:50；或者
该间隙的尺寸可变到在0.2mm至0.45mm范围内的值，并且VG:PG的比率为70:30。
12.一种气溶胶产生装置，包括：
如任一前述权利要求所述的汽化器；以及
电源，该电源布置成向该汽化器的加热元件提供电流。
13.如权利要求12所述的气溶胶产生装置，进一步包括：
烟弹座体，该烟弹座体被配置成接收可移除烟弹；以及
可移除烟弹，其中，该汽化器被提供在该可移除烟弹内。
14.一种用于气溶胶产生装置的烟弹，该烟弹包括如任一权利要求所述的汽化器。
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| EP19218295 | 2019-12-19 | ||
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