TWI666994B - 手持式氣化裝置及從其吸取煙霧的方法 - Google Patents

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Abstract

一種手持式氣化裝置，該手持式氣化裝置具有改良加熱元件與溫度控制、改良電子液儲存器及用以啟動加熱元件以灌注該裝置以傳送所需煙霧的電容式技術。

Description

手持式氣化裝置及從其吸取煙霧的方法 【相關申請案的交叉引用】
本專利申請案主張享有於2014年5月22日提出申請的美國臨時專利申請案第62/001,972號名稱為「E-Cigarette」的權益，並經由引用的方式將其內容整體併入於本文。
本發明係關於手持式氣化裝置，該手持式氣化裝置具有改良加熱元件與溫度控制、改良電子液儲存器及用以啟動加熱元件以灌注該裝置以傳送所需煙霧的電容式技術。
傳統的手持式氣化裝置(也被稱為電子煙)是用電池操作的可攜式裝置，該裝置包含電池、噴霧器及電子液卡匣。藉由產生煙霧(其為氣化液體溶液(被稱為電子液)的結果)，手持式氣化裝置被設計來傳送尼古丁。電子液通常包含丙二醇、植物甘油、尼古丁及香料之混合物，而其他物釋放出不具尼古丁的香味煙霧。
傳統的手持式氣化裝置普遍使用加熱元件(被稱為噴霧器)，該加熱元件氣化電子液以產生用於吸入的尼古丁煙 霧。噴霧器包含負責用來氣化電子液的加熱元件及將電子液從卡匣吸取出的吸液材料(wicking material)。呈現電阻線形式的加熱元件是捲繞於吸液材料及是連接於電源。藉由毛細作用來將電子液吸入於吸液材料。當啟動裝置時，加熱線圈進行加熱及氣化已由吸液材料吸收的電子液，產生用於吸入的煙霧。
一些現有技術的手持式氣化裝置使用卡匣噴霧器(cartomizer)，該卡匣噴霧器是一種由噴霧器與卡匣組成(將該噴霧器與該卡匣整合入連接於電源的單一部件)的裝置。現有技術的噴霧器或卡匣噴霧器加熱元件不會準確地控制加熱和氣化程序。在加熱線對吸液材料的纏繞的一致性與品質上的顯著變化、在線的電阻上的差異及在吸液材料的吸收特性與效能上的差異大大地影響煙霧的量或體積及將由噴霧器所產生的煙霧的感受品質。缺少溫度控制可導致加熱元件的加熱不均與過度加熱，其進而可導致在煙霧中的有害化學物質的產生。例如，電子液的過度加熱可導致甲醛的產生，該甲醛的吸入是有害於使用者的健康。
在現有技術的手持式氣化裝置中，為了氣化電子液，使用者需要通過裝置來吸入空氣以啟動裝置的加熱元件。在將產生足夠煙霧之前，在現有技術的裝置上可能要使用者進行數次吹氣，導致對使用者的不方便與低效率。
本發明是針對藉由提供一種創新的手持式氣化裝置來克服現有技術的缺點，該手持式氣化裝置結合有導電紡織 式(electroconductive textile)加熱元件、由彈性可變形的材料製成的電子液儲存器及改良溫度及加熱控制系統，該改良溫度及加熱控制系統包含自動開啟(auto-on)功能，就在感測到在裝置上的使用者觸碰時，藉由啟動加熱元件，來灌注裝置以傳送所需煙霧，而不需等待使用者通過裝置花費第一次吸入。根據本發明的導電紡織式加熱元件替換現有技術的吸液芯與線圈噴霧系統及藉由毛細作用來吸取電子液，及相較於傳統的吸液系統是允許電子液的更平均與直接的加熱。
10‧‧‧裝置
100‧‧‧主體
110‧‧‧空腔
120‧‧‧閥
130‧‧‧開口
140‧‧‧LED元件
150‧‧‧通道
190‧‧‧電容式觸碰感測器元件
200‧‧‧煙嘴
200a‧‧‧端
200b‧‧‧端
210‧‧‧開口
220‧‧‧閥
230‧‧‧開口
240‧‧‧加熱元件
250‧‧‧儲存器
260‧‧‧電源元件
270‧‧‧電路
280‧‧‧電源連接元件
290‧‧‧電源
300‧‧‧步驟
310‧‧‧步驟
320‧‧‧步驟
330‧‧‧步驟
400‧‧‧步驟
410‧‧‧步驟
420‧‧‧步驟
第1圖係根據本發明之實施例的手持式氣化裝置之俯視圖。
第3圖顯示出根據本發明之實施例的加熱與溫度控制系統的操作。
第2圖顯示出根據本發明之實施例的「自動開啟」系統的操作。
現在將參考第1至3圖來描述根據本發明之實施例的手持式氣化裝置。
第1圖顯示出手持式氣化裝置10，該手持式氣化裝置10具有縱向軸線及包含在相對設置的第一與第二縱向方向上的第一與第二縱向端。手持式氣化裝置10包含煙嘴200及主體100。主體100界定出內部空腔110。在空腔110內依序提供加熱元件240、儲存器250、包含控制電路270與電源290的電源單元260及電源連接元件280。
煙嘴200(適用於手持於使用者的嘴唇之間，及具有第一端200a與第二端200b)是連接於主體100的第一縱向端。在較佳實施例中，煙嘴200是環形形狀的及包含(i)硬材料的內殼，像是(例如)：金屬或塑膠，及(ii)軟而易彎材料的外殼，像是(例如)：泡棉、矽膠或橡膠，以模仿普通香煙的過濾器的感覺。煙嘴200也可包含抗微生物劑塗層，以抑制細菌生長。根據本領域中已知方法，可使用市售的抗微生物產品，像是(例如)：Microban(http：//www.microban.com/)，或其他可比的供應商。
將開口210提供於煙嘴200的端200a處，用以當使用者對煙嘴200運用使用者呼吸的吸入部分時，允許煙霧被吸取出裝置10及被吸入使用者的肺。在較佳實施例中，開口210具有在直徑上為1毫米到1.5厘米的大致上圓形的橫截面。在其他實施例中，開口210可具有正方形、三角形或任何其他幾何圖形的橫截面形狀。
將開口230提供於煙嘴200的相對端200b處，用以當使用者吸入時，允許煙霧將進入煙嘴200。在較佳實施例中，開口230具有在直徑上為1毫米到1.5厘米的大致上圓形的橫截面。在其他實施例中，開口230可具有正方形、三角形或任何其他幾何圖形的橫截面形狀。
較佳地，將空氣入口止回閥220提供用於開啟及關閉開口230。空氣入口止回閥220可為來自(例如)Smart Products,Inc.的市售產品(http：//www.smartproducts.com/check_valves_series_100_cartridge.php)，或其他可比的供應 商。在較佳實施例中，可使用Series 100 Cartridge Check Valve(見於http：//www.smartproducts.com/check_valves_series_100_cartridge.php)。
為了防止電子液的蒸發與氧化及維持電子液新鮮度，當裝置10沒有在使用時，止回閥220防止環境空氣通過開口210和230進入主體100的內部。此外，閥220防止電子液洩漏出裝置，及當裝置被攜帶於使用者的口袋、手提袋、錢包等等中時，閥220保持灰塵與污垢遠離裝置。
將電源連接元件280佈置於主體100的第二而相對縱向端。在較佳實施例中，為了允許使用者利用通用充電器來充電裝置10而不需針對電子煙來特別製作任何適配器或充電器，電源連接元件280包含用於與外部電源插入地連接的通用串列匯流排(USB)介面。在其他實施例中，電源連接元件280可包含迷你USB介面、微型USB介面或本領域中已知的任何其他適合的通訊匯流排。
空腔110包含電源元件260，該電源元件260是電性耦接於電源連接元件280。電源元件260包含微處理器控制電路270與電源290。根據本發明的實施例，電源可為鋰聚合物電池。
空腔110包含電子液儲存器250，該電子液儲存器250可為再充裝的或一次性的。儲存器250可由彈性可變形的材料製成，像是本領域中已知的聚合物或金屬/聚合物複合材料。根據本發明的實施例，儲存器250可由聚酯纖維製成而具有鋁印外部(aluminum printed exterior)及在體積上可為至 少5毫升。這材料是惰性的及保持外部環境因素遠離於與儲存器的液體內容物互相作用。彈性可變形的儲存器將允許使用者來將不同種類電子液嵌入於(insert)裝置，及也將允許電子液由裝置所完全地使用，這提供了超越具有硬性(rigid)儲存器的現有技術裝置(其中在儲存器中的一些剩餘流體是無法到達吸液芯以被使用)的優勢。
空腔110更包含加熱元件.240，該加熱元件240是流體耦接於儲存器250及電性耦接於電源元件260。根據本發明的加熱元件240包含導電紡織式加熱元件。根據本發明的導電紡織式加熱元件包含由織物(fabric)組成而具有金屬化或導電化塗層的加熱元件、由織物摻入編織金屬股(strands)組成的加熱元件、或由在本領域中已知的任何其他合適的材料組成的加熱元件。根據本發明的實施例，可使用超薄等級不鏽鋼絲布(見於http：//www.saati.com/bopp-wire.php，或來自其他類似供應商而可被使用)，及可將超薄等級不鏽鋼絲布分層以形成海綿或多層電紡織布(multi-ply electro-textile cloth)。根據本發明的實施例，可使用最好的網狀材料，Bopp不鏽鋼絲布是每英吋具有400條線(threads)，以確保電子液的快且平均的加熱。
電子液經由毛細作用到達導電紡織式加熱元件及藉由導電紡織式加熱元件的加熱動作所氣化。藉由提供與加熱和溫度控制系統耦接的導電紡織式加熱元件，根據本發明的電子煙允許最佳氣化狀態以始終維持不斷，以便最小化或消除將電子液轉換為有害化學物(像是甲醛)的情況。
將空氣開口130佈置於主體100的外表面上而在主體100的第一縱向端及主體100的外表面上的一定點之間，該定點對應於在空腔110之內部的加熱元件240的位置。在較佳實施例中，開口130具有在直徑上為1毫米到1.5厘米的大致上圓形的橫截面。在其他實施例中，開口130可具有正方形、三角形或任何其他幾何圖形的橫截面形狀。其他實施例可包含多個空氣開口130。為了確保進入裝置的空氣正在以足夠高的速度進行移動以允許在導電紡織式加熱元件周圍的區域中的空氣混合，開口130的總截面面積應該小於開口230的總截面面積。
較佳地，將空氣入口止回閥120提供用於開啟及關閉每個開口130。當電子煙10沒有在使用時，空氣入口止回閥120防止環境空氣進入空腔110，以避免電子液的蒸發及/或氧化。空氣入口止回閥120可為來自(例如)Smart Products,Inc.的市售產品(http：//www.smartproducts.com/check_valves_series_100_cartridge.php)，或另一可比的供應商。在較佳實施例中，可使用Series 100 Cartridge Check Valve(見於http：//www.smartproducts.com/check_valves_series_100_cartridge.php)。在另一實施例中，可使用連接到主體100的彈性軟聚合物片狀物(flap)來代替空氣入口止回閥120。必要於開啟空氣入口止回閥120或彈性軟聚合物片狀物的開口壓力應該要減少至一最小值(例如：0.5PSI)，以允許使用者輕鬆地吸入。
當使用者吸入時，他或她在煙嘴200中產生負壓力的區域。必要於開啟空氣入口止回閥120或彈性軟聚合物片 狀物的開口壓力應該要減少至一最小值(例如：0.5PSI)，以允許使用者輕鬆地吸入。使用者的吸入將使得位於裝置的煙嘴處的壓力感測器開關藉由運用來自電源元件260的電流，來開啟裝置及啟動加熱元件240，因此氣化一些電子液及產生煙霧物。由使用者吸入所產生的負壓力將使得閥120及220打開，因此允許外部空氣通過開口130進入空腔110。煙霧物然後結合外部空氣及通過煙嘴200，以通過開口210進入使用者的肺。
將LED元件140(包含LED燈和LED驅動器)及光通道150佈置於主體100的上外表面上，及將LED元件140及光通道150電性連接於電源元件260。根據本發明的另一實施例，可使用來自Texas Instruments,Inc.或來自另一供應商的市售具有內建LED驅動器的微處理器(http：//www.ti.com/lsds/ti/power-management/indicator-rgbw-overview.page)。
根據本發明的實施例，LED元件140沿著主體100的上表面經由通道150來傳送光，以便使得光對於使用者是可見的。根據其他實施例，LED元件140可被結合入主體100的第二縱向端，該第二縱向端是相對於結合煙嘴200的主體100的第一縱向端。當使用者從電子煙吸入時，可由微處理器控制電路270來啟動LED元件140。根據本領域中已知的方法，LED光的強度是由微處理器電路及由位於煙嘴處的壓力感測器來控制。如壓力感測器開關感測到由使用者吸入所引起的更高的負壓力，這將使得微處理器電路270，對LED元件140來發送更高的佔空比(duty cycle)。佔空比為電路ON 的時間與電路OFF的時間的比值。
LED元件140和光通道150可顯示各種顏色與光閃序列，以表示劑量、電池電量或電子煙10的其他功能參數。在電子煙10的使用期間，光的顏色或強度可逐漸地改變，以指示出使用者已吸入的相對於普通香煙的尼古丁之等校劑量。例如，光序列可為「綠色」(針對全滿的電池電量)、「黃色」(針對大約一半電量)及「紅色」(當電池需要再充電)。可使用類似顏色方案，以指示出在裝置中剩餘電子液的量。
第2圖顯示出要控制根據本發明的手持式氣化裝置10的加熱元件240的「自動開啟」系統的操作。手持式氣化裝置10結合電容式觸碰感測器元件190。如第1圖所顯示，可將電容式觸碰感測器元件190結合入裝置10的主體100。根據其他實施例，可將電容式觸碰感測器元件190結合入裝置10的煙嘴200。
在第2圖的步驟400，微處理器控制電路270的硬體和軟體根據本領域中已知方法來判斷是否電容式感測器190是起作用的(active)或不起作用的(inactive)。當因為使用者正在觸碰裝置10所以電容式觸碰感測器元件190是起作用的時候，開啟加熱元件240(如在步驟420中所顯示)，及由加熱元件240的氣化動作來產生煙霧，因此允許使用者享受所需煙霧。當因為使用者沒有正在觸碰裝置10所以電容式觸碰感測器元件190是不起作用的時候，關閉加熱元件240(如在第2圖的步驟410中所顯示)。
第3圖顯示出要控制根據本發明的加熱元件240的 加熱佔空比的加熱與溫度控制系統的操作。如在第3圖的步驟300中所顯示，當因為使用者正在觸碰裝置10所以電容式感測器190是起作用的時候，啟動加熱元件240及它的佔空比是由微處理器控制電路270所控制，以將電子液加熱至電子液的最佳預設定氣化溫度。這允許當使用者觸碰裝置10時產生煙霧，而不需等待使用者的第一次吸入。因此，可立刻消耗煙霧，而不需使用者在裝置上必須花費一或更多個吹氣以產生煙霧的第一劑量，因此更密切模仿抽真實香煙或雪茄的經驗。如在步驟310中所顯示，由本領域中已知方法而由微處理器控制電路270，來控制加熱元件不顯著超過或不顯著降到低於預設定最佳氣化溫度，以保證煙霧供應及防止過度加熱電子液的有害副產品的產生。根據本發明的實施例，加熱元件應該被控制不超過120℃，以防止甲醛的形成。
如在第3圖的步驟320中所顯示，如果加熱元件240的溫度是落在電子液的最佳預設定氣化溫度之上或之下，則由微處理器控制電路270來增加或減少加熱元件240的佔空比，以將加熱元件240的溫度維持於電子液的最佳的預設定氣化溫度處(步驟330)。
上述說明僅為本發明的示例性實施例。應該注意的是，對於本領域具有通常知識者而言，能進一步完成在本發明精神之內的改良與修改，及這樣的改良與修改應該被視作包含於本發明所請求保護範疇之中。

Claims (15)

  1. 一種手持式電子氣化裝置，該手持式電子氣化裝置包含：一主體，該主體界定一第一空腔；一煙嘴，該煙嘴連接至該主體，該煙嘴界定一第二空腔；一導電紡織式加熱元件；一可變形的儲存器；一電源元件；一電源連接元件；一電容式觸碰感測器元件；一光元件，該光元件電性連接至該電源元件；一第一開口及一第一閥，該第一開口及該第一閥經佈置以穿過該主體的一壁，其中該第一閥通常是關閉的，並由進入該第一空腔的一第一流動而開啟該第一閥，該第一流動通過該第一開口；一第二開口及一第二閥，該第二開口及該第二閥連接該第一空腔及該第二空腔，其中該第二閥通常是關閉的，並由從該第一空腔進入該第二空腔的一第二流動而開啟該第二閥，該第二流動通過該第二開口；及一第三開口，該第三開口經佈置以穿過該煙嘴的一壁；其中將該加熱元件、該儲存器、該電源元件及該電源連接元件佈置於該第一空腔之內。
  2. 如請求項1所述之手持式電子氣化裝置，其中該可變形的儲存器是從一材料所形成，該材料是從由下列項目組成的群所挑選出：聚合物及金屬/聚合物複合材料。
  3. 如請求項2所述之手持式電子氣化裝置，其中該可變形的儲存器包含聚酯纖維而具有鋁印外部(aluminum printed exterior)。
  4. 如請求項1所述之手持式電子氣化裝置，其中該導電紡織式加熱元件包含一織物(fabric)，該織物是從由下列項目組成的群所挑選出：織物而具有金屬化塗層、織物而具有導電化塗層及織物摻入編織金屬股(strands)。
  5. 如請求項4所述之手持式電子氣化裝置，其中該導電紡織式加熱元件包含超薄等級不鏽鋼絲布。
  6. 如請求項1所述之手持式電子氣化裝置，其中該導電紡織式加熱元件是電性響應於該電容式觸碰感測器元件。
  7. 如請求項1所述之手持式電子氣化裝置，其中該導電紡織式加熱元件是由在該電容式觸碰感測器元件上的一使用者觸碰(touch)所啟動。
  8. 如請求項1所述之手持式電子氣化裝置，其中該導電紡織式加熱元件經調節以將一揮發性電子液(e-liquid)加熱至一預設定溫度。
  9. 如請求項8所述之手持式電子氣化裝置，其中該預設定溫度是該揮發性電子液的一氣化溫度。
  10. 如請求項1所述之手持式電子氣化裝置，其中該電容式觸碰感測器元件調節該導電紡織式加熱元件的佔空比。
  11. 如請求項1所述之手持式電子氣化裝置，其中該光元件包含一LED燈。
  12. 如請求項1所述之手持式電子氣化裝置，其中該光元件是電性響應於該電容式觸碰感測器元件。
  13. 如請求項1所述之手持式電子氣化裝置，其中該電容式觸碰感測器元件調節該光元件的佔空比。
  14. 一種用於從一手持式電子氣化裝置吸取煙霧的方法，該手持式電子氣化裝置包含：一主體，該主體界定一第一空腔；一煙嘴，該煙嘴連接至該主體，該煙嘴界定一第二空腔；一導電紡織式加熱元件；一可變形的儲存器，該彈性可變形的儲存器容納揮發性電子液；一電源元件；一電源連接元件；一電容式觸碰感測器元件；一光元件，該光元件電性連接至該電源元件；一第一開口及一第一閥，該第一開口及該第一閥經佈置以穿過該主體的一壁，其中該第一閥通常是關閉的，並由進入該第一空腔的一第一流動而開啟該第一閥，該第一流動通過該第一開口；一第二開口及一第二閥，該第二開口及該第二閥連接該第一空腔及該第二空腔，其中該第二閥通常是關閉的，並由從該第一空腔進入該第二空腔的一第二流動而開啟該第二閥，該第二流動通過該第二開口，一第三開口，該第三開口經佈置以穿過該煙嘴的一壁，其中該加熱元件、該儲存器、該電源元件及該電源連接元件是佈置於該第一空腔之內，該方法包含以下步驟：將電供應給該導電紡織式加熱元件；將該揮發性電子液加熱至一預設定溫度；在該第二空腔外部產生負壓力的一區域，該負壓力使得空氣從該主體的外部通過該第一開口、該第一閥、該第一空腔、該第二開口、該第二閥、該第二空腔並通過該第三開口。
  15. 如請求項14所述之方法，其中該預設定溫度是該揮發性電子液的一氣化溫度。
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