手持式气化装置的制作方法

本专利申请要求2014年5月22日提交的名称为“E-Cigarette”的美国临时专利申请第62/001,972号的优先权，所述美国临时专利申请以引用方式完整地并入本文中。

发明领域

本发明涉及手持式气化装置，所述手持式气化装置具有改进的加热元件与温度控制、改进的电子液贮存器和用以启动加热元件以促动所述装置来按需求递送烟雾剂的电容技术。

背景

传统的手持式气化装置(也被称为电子烟)是用电池操作的便携式装置，所述装置包括电池、喷雾器和电子液储筒。手持式气化装置被设计来通过产生烟雾剂而递送尼古丁，所述烟雾剂是气化被称为电子液的液体溶液的结果。电子液通常含有丙二醇、植物甘油、尼古丁和调味剂的混合物，而其他物释放出不具有尼古丁的调味蒸气。

传统的手持式气化装置通常使用被称为喷雾器的加热元件，所述加热元件气化电子液以产生用于吸入的尼古丁烟雾剂。喷雾器由负责气化电子液的加热元件和将电子液从储筒吸取的芯吸材料组成。呈电阻丝形式的加热元件是围绕芯吸材料盘绕并且连接至电源。通过毛细管作用来将电子液吸入于芯吸材料中。当启动装置时，加热线圈进行加热并气化已由芯吸材料吸收的电子液，从而产生用于吸入的烟雾剂。

一些现有技术的手持式气化装置使用储筒式喷雾器(cartomizer)，所述储筒式喷雾器是一种由喷雾器与储筒组成的装置，所述喷雾器与所述储筒被整合成连接至电源的单一部件。现有技术的喷雾器或储筒式喷雾器加热元件不会准确地控制加热和气化过程。加热丝围绕芯吸材料的缠绕的品质与一致性的显著变化、丝线电阻的差异和芯吸材料的性能与吸收特性的差异大大地影响烟雾剂的数量或体积和将由喷雾器所产生的烟雾剂的感受品质。缺少温度控制可导致加热元件的不均匀加热与过度加热，这又可导致在蒸气中有害化学物质的产生。例如，电子液的过度加热可导致甲醛的产生，所述甲醛的吸入是对用户的健康有危害。

在现有技术的手持式气化装置中，用户需要通过装置来吸入空气以启动装置的加热元件以便气化电子液。在将产生足够烟雾剂之前，在现有技术的装置上可能要用户进行数次吹气，从而导致对用户来说的低效率与不便性。

本发明是针对通过提供一种新型手持式气化装置来克服现有技术的缺点，所述手持式气化装置结合有导电纺织物加热元件、由弹性可变形材料制成的电子液贮存器和改进的温度与加热控制系统，所述改进的温度与加热控制系统包括自动开启特征，所述自动开启特征用以促动装置来在感测到用户在装置上触摸时通过启动加热元件而按需求递送烟雾剂，而不需等待用户通过装置进行第一次吸入。根据本发明的导电纺织物加热元件替代了现有技术的吸芯与线圈喷雾系统并且通过毛细管作用来吸取电子液，并且允许比传统的芯吸系统更均匀与直接的电子液加热。

附图简述

图1是根据本发明的实施方案的手持式气化装置的俯视图。

图2示出根据本发明的实施方案的加热与温度控制系统的操作。

图3示出根据本发明的实施方案的“自动开启”系统的操作。

详述

现在将参考图1-3来描述根据本发明的实施方案的手持式气化装置。

图1示出手持式气化装置10，所述手持式气化装置10具有纵向轴线并包括在相对设置的第一与第二纵向方向上的第一与第二纵向端部。手持式气化装置10包含口腔件200和主体100。主体100界定内部腔体110。加热元件240、贮存器250、包括控制电路270和电源290的电力单元260以及电力连接元件280被依序地提供在腔体110内部。

口腔件200适于保持在用户的嘴唇之间并且具有第一端部200a和第二端部200b，所述口腔件连接至主体100的第一纵向端部。在优选实施方案中，口腔件200是环形形状并且包括例如像金属或塑料的硬材料的内壳，和例如像泡沫、有机硅或橡胶的柔软易弯材料的外壳，以便模拟常规香烟的滤嘴的感觉。口腔件200也可包括抗微生物剂涂层以抑制细菌生长。根据本领域中已知的方法，可使用可商购的抗微生物产品，例如像是Microban(http://www.microban.com/)，或其他相当的供应商。

将开口210提供于口腔件200的端部200a处，用以当用户对口腔件200施加用户呼吸的吸入部分时，允许烟雾剂被吸取出装置10并被吸入用户的肺。在优选实施方案中，开口210具有直径为1mm至1.5cm的大体上圆形横截面。在其他实施方案中，开口210可具有正方形、三角形或任何其他几何形状的横截面形状。

将开口230提供于口腔件200的相对端部200b处，用以当用户吸入时，允许烟雾剂进入口腔件200。在优选实施方案中，开口230具有直径为1mm至1.5cm的大体上圆形横截面。在其他实施方案中，开口230可具有正方形、三角形或任何其他几何形状的横截面形状。

优选地，进气口止回阀220被提供用于开启和关闭开口230。进气口止回阀220可为来自例如Smart Products,Inc.的可商购产品(http://www.smartproducts.com/check_valves_series_100_cartridge.php)，或其他相当的供应商。在优选实施方案中，可使用Series 100Cartridg e Check Valve(见于http://www.smartproducts.com/check_valves_seri es_100_cartridge.php)。

为了防止电子液的蒸发与氧化并维持电子液新鲜度，当装置10没有在使用时，止回阀220防止环境空气通过开口210和230进入主体100的内部。此外，阀220防止电子液泄漏出装置，并且当装置被携带于用户的口袋、手提袋、钱包等等中时，阀220保持灰尘与污垢远离装置。

将电力连接元件280设置在主体100的第二相对纵向端部中。在优选实施方案中，为了允许用户利用通用充电器来对装置10充电而不需针对电子烟来特别制作任何适配器或充电器，电力连接元件280包括用于与外部电源插入式连接的通用串行总线(USB)接口。在其他实施方案中，电力连接元件280可包括小型USB接口、微型USB接口或本领域中已知的任何其他适合的通信总线。

腔体110包括电力元件260，所述电力元件260是电耦合至电力连接元件280。电力元件260包括微处理器控制电路270与电源290。根据本发明的实施方案，电源可为锂聚合物电池。

腔体110包括电子液贮存器250，所述电子液贮存器250可为可再充装的或一次性的。贮存器250可由弹性可变形材料制成，如本领域中已知的聚合物或金属/聚合物复合材料。根据本发明的实施方案，贮存器250可由具有印铝外部(aluminum printed exterior)的聚酯制成并且体积可为至少5ml。这种材料是惰性的并保持外部环境因素免于与贮存器的液体内容物互相作用。弹性可变形贮存器将允许用户将不同类型的电子液注入装置中，并且还将允许电子液由装置完全使用，这提供了超越具有刚性贮存器的现有技术装置的优势，在所述刚性贮存器中，贮存器中剩余的一些流体是无法到达吸芯而被使用。

腔体110还包括加热元件240，所述加热元件240流体耦合至贮存器250并电耦合至电力元件260。根据本发明的加热元件240包括导电纺织物加热元件。根据本发明的导电纺织物加热元件包括由以下各项制成的加热元件：具有金属化或导电涂层的织物、结合有编织金属股线的织物、或本领域中已知的任何其他合适的材料。根据本发明的实施方案，可使用超薄等级不锈钢丝布(见于http://www.saati.com/bopp-wire.php，或可使用来自另一类似的供应商)，并且可将超薄等级不锈钢丝布分层以形成海绵或多层电纺织布。根据本发明的实施方案，可使用最精细的网状材料即具有400条线/英寸的Bopp不锈钢丝布，以确保电子液的快速和均匀加热。

电子液经由毛细管作用到达导电纺织物加热元件，并且通过导电纺织物加热元件的加热动作而气化。通过提供与加热和温度控制系统耦合的导电纺织物加热元件，根据本发明的电子烟允许最佳气化状态以一致而恒定地得以维持，以便最小化或消除将电子液转换为有害化学物质(如甲醛)的情况。

将空气开口130设置在主体100的外表面上处于主体100的第一纵向端部与主体100的外表面上的一个位置之间，所述位置对应于加热元件240在腔体110内部的位置。在优选实施方案中，开口130具有直径为1mm至1.5cm的大体上圆形横截面。在其他实施方案中，开口130可具有正方形、三角形或任何其他几何形状的横截面形状。其他实施方案可包括多个空气开口130。为了确保进入装置的空气正在以足够高的速度下移动以允许在导电纺织物加热元件周围的区域中的空气混合，开口130的总横截面面积应小于开口230的总横截面面积。

优选地，将进气口止回阀120提供用于开启和关闭每个开口130。当电子烟10没有在使用时，进气口止回阀120防止环境空气进入腔体110，以避免电子液的蒸发和/或氧化。进气口止回阀120可为来自例如Smart Products,Inc.的可商购产品(http://www.smartproducts.com/check_valves_series_100_cartridge.php)，或另一相当供应商。在优选实施方案中，可使用Series 100Cartridge Check Valve(见于http://www.smartproducts.com/check_valves_series_100_cartridge.php)。在另一实施方案中，可使用附接至主体100的弹性柔软聚合物瓣状物(flap)来代替进气口止回阀120。开启进气口止回阀120或弹性柔软聚合物瓣状物所必需的开口压力应减少至最小值(例如：0.5PSI)，以允许用户不费力地吸入。

当用户吸入时，他或她在口腔件200中产生负压区域。开启进气口止回阀120或弹性柔软聚合物瓣状物所必需的开口压力应减少至最小值(例如：0.5PSI)，以允许用户不费力地吸入。用户的吸入将使得位于装置的口腔件处的压力传感器开关通过施加来自电力元件260的电流而开启装置并且启动加热元件240，从而气化一些电子液并产生烟雾剂喷雾。由用户吸入所产生的负压将使得阀120和220打开，从而允许外部空气通过开口130进入腔体110。烟雾剂喷雾然后结合外部空气并通过口腔件200，以通过开口210进入用户的肺。

将LED元件140(包括LED灯和LED驱动器)和光通道150设置在主体100的上外表面上，并且将LED元件140和光通道150电连接至电力元件260。根据本发明的另一实施方案，可使用来自Tex as Instruments,Inc.(http://www.ti.com/lsds/ti/power-management/indic ator-rgbw-overview.page)或来自另一类似的供应商的可商购微处理器，所述微处理器具有内置式LED驱动器。

根据本发明的实施方案，LED元件140沿着主体100的上表面经由通道150来传送光，以便使得光对于用户是可见的。根据其他实施方案，LED元件140可被结合在主体100的第二纵向端部中，所述第二纵向端部是与主体100的结合口腔件200的第一纵向端部相对。当用户从电子烟吸入时，可由微处理器控制电路270来启动LED灯140。根据本领域中已知的方法，LED灯的强度是由微处理器电路并由位于口腔件处的压力传感器来控制。在压力传感器开关感测到由用户吸入所引起的较高负压时，这使得微处理器电路270对LED元件140发送较高占空比(duty cycle)。占空比为电路接通的时间与电路断开的时间的比率。

LED元件140和光通道150可显示各种颜色和闪烁序列的光，以表示剂量、电池电量或电子烟10的其他功能参数。在电子烟10的使用期间，光的颜色或强度可逐渐地改变，以指示出用户已吸入的相对于常规香烟的等效尼古丁剂量。例如，光序列可为“绿色”，代表电池电量全满；“黄色”，代表大约一半电量；以及红色，当电池需要再充电的情况。可使用类似颜色方案以指示出在装置中剩余的电子液的量。

图2示出控制根据本发明的手持式气化装置10的加热元件240的“自动开启”系统的操作。手持式气化装置10结合电容式触摸传感器元件190。如图1所示，可将电容式触摸传感器元件190结合到装置10的主体100中。根据其他实施方案，可将电容式触摸传感器元件190结合到装置10的口腔件200中。

在图2的步骤400，微处理器控制电路270的硬件和软件根据本领域中已知的方法来确定电容式传感器190是活动的还是不活动的。当电容式触摸传感器元件190因为用户正在触摸装置10而活动时，开启加热元件240，如在步骤420中所示，且由加热元件240的气化动作来产生蒸气，因此允许用户按需求享用蒸气。当电容式触摸传感器元件190因为用户没有正在触摸装置10而不活动时，关闭加热元件240，如在图2的步骤410中所示。

图3示出控制根据本发明的加热元件240的加热占空比的加热与温度控制系统的操作。如在图3的步骤300中所示，当电容式传感器190因为用户正在触摸装置10而活动时，启动加热元件240并且它的占空比是由微处理器控制电路270所控制，以将电子液加热至电子液的最佳预设气化温度。这允许当用户触摸装置时产生烟雾剂，而不需等待用户的第一次吸入。因此，可立即消耗烟雾剂，而不需用户在装置上必须进行一次或多次吹气来产生烟雾剂的第一剂量，从而更紧密地模拟抽真实香烟或雪茄的体验。如在步骤310中所示，由本领域中已知的方法通过微处理器控制电路270来控制加热元件，以便不显著超过或不显著降到低于预设最佳气化温度，从而确保蒸气供应并防止过度加热电子液的有害副产物的产生。根据本发明的实施方案，加热元件应被控制不超过120℃，以防止甲醛的形成。

如在图3的步骤320中所示，如果加热元件240的温度降到电子液的最佳预设气化温度之上或之下，那么由微处理器控制电路270来增加或减少加热元件240的占空比，以将加热元件240的温度维持于电子液的最佳预设气化温度下。

上述提到的仅为本发明的示例性实施方案。应注意的是，对于本领域的一般技术人员来说，可进一步完成在本发明精神内的改进与修改，并且这样的改进与修改应被视作包括于本发明要求保护的范围中。