包括可移动筒的气溶胶生成系统的制作方法

本发明涉及气溶胶生成系统，其包括用于容纳液体的筒和适用于蒸发液体的加热器组件。确切地说，本发明涉及手持式气溶胶生成系统，如电操作的气溶胶生成系统。

背景技术：

通过加热来蒸发液体以形成气溶胶的电操作气溶胶生成系统通常包括缠绕在容纳液体的毛细管材料周围的一圈电线。通过电线的电流导致电线的电阻加热，此蒸发毛细管材料中的液体。毛细管材料通常保持在气流路径内，使空气得以抽吸经过芯子且夹带蒸汽。蒸汽随后冷却以形成气溶胶。

除了将液体从液体储存器输送到加热器组件之外，芯子还表示筒的封闭件，从而防止液体不受控制地从筒中溢出。

此类型的系统在生产气溶胶上是有效的，但很难用低成本且可重复的方式制造。而且芯子和线圈组件以及相关的电连接可能易损坏且难以处理。

芯子类蒸发装置包括其它缺点。液体的供应视芯子的毛细管功能而定。当芯子变得堵塞或受损时，不向加热器输送液体或输送较少液体，阻碍气溶胶生成。因此，难以精确地界定所述芯子和线圈系统中待蒸发的液体的量。另外，在芯子类系统中通常使用储存液体的多孔基材，以便减小泄漏风险。然而，这具有其它缺点，即在消耗掉筒后，仍有剩余量的液体残留在废弃的多孔基材中。

需要提供适用于气溶胶生成系统(如手持式电操作气溶胶生成系统)的加热器组件，所述加热器组件与芯子和线圈系统同样易于处理，且允许精确地测定待蒸发的液体的量。

技术实现要素：

在第一方面，本发明涉及一种气溶胶生成系统，其包括壳体(具有界定其间的气流通道的空气入口和空气出口)、加热器元件和可移动地安装在壳体中的筒。可以将筒从第一位置可逆地移动到第二位置。筒进一步包括用于容纳气溶胶生成液体的液体储存部分，所述液体储存部分具有用于递送气溶胶生成液体的开口。活塞可移动地安装在筒中。

当空气入口与空气出口之间产生空气流时，壳体内的空气流将筒从第一位置移动到第二位置，且筒的移动触发一部分气溶胶生成液体通过开口的释放。

在抽吸之间，即当空气入口与空气出口之间未产生空气流时，筒保持在第一位置，在所述位置中筒的开口封闭，从而不分配液体。然而，当使用者在气溶胶生成装置上抽吸时，筒移动到第二位置，在所述位置中可能释放液体。此外，筒的移动主动引发液体的释放。

本发明的筒具有以下优点：其不需要使用吸收液体的多孔材料，且不需要芯子来向加热器元件输送液体。另外，加热器元件未必是筒的组成部分，且因此不需要在替换筒时更换加热器元件。因此，可以相对较低的成本制造筒的结构。因为筒释放端处的开口尺寸较小，所以在不移动活塞的情况下液体无法离开筒。即使不将筒的开口压抵加热器或气溶胶形成室的远端壁，也不存在无意地溢出液体的风险。

优选地，筒的外横截面对应于壳体的内横截面，从而在其间界定气流通道。筒与壳体之间的间隙可以调节至所需抽吸阻力。可以提供抗旋转构件以防止筒与壳体之间的相对旋转。所述抗旋转构件可以由筒和具有相应非圆形横截面的壳体组成。

筒优选地由轻量材料制成，优选地由聚合材料制成，使得移动筒所需的压力降到最低且不明显依赖于气溶胶生成系统的握持角度。

优选地，筒的液体储存部分的开口是漏斗状。优选地，可移动活塞的形状对应于筒的漏斗状开口。以此方式，可以从筒中分配全部液体，且在消耗掉筒后，没有或仅有极少量的剩余液体留在筒的液体储存部分中。

优选地，气溶胶生成系统进一步包括使筒偏置在第一位置的弹性元件。更优选地，弹性元件是位于壳体的出口端与压力室之间的软压缩弹簧。可以选择弹性构件的弹簧常数以采纳类似于常规吸烟产品的抽吸阻力的抽吸阻力。

在一优选实施例中，加热器元件设置在气溶胶形成室的远端，且弹性元件使筒偏置在第一位置，在所述位置中将筒的喷嘴压抵加热器元件，从而阻止液体分配。

优选地，自定心结构设置在气溶胶形成室的远端或加热器元件上，其中当筒处于第一位置时，筒的喷嘴安放在自定心结构上。优选地，自定心结构具有锥形部分，且喷嘴的释放端具有倒角，所述倒角的角度对应于自定心结构的圆锥形状。自定心结构提供若干优点。自定心结构因其形状而确保当筒形成第二位置移回第一位置时，喷嘴始终回到完全相同的位置。此外，自定心结构代表用于筒的上游支撑物，其以其它方式仅在其下游端处受到支承。因此，筒连接的可靠性得到提高。最后，喷嘴的释放端与自定心结构之间的锥形接触面提供改良的密封能力，从而当筒处于第一位置时，有效地阻止液体从筒中泄漏。

锥形自定心结构的准确尺寸可以视液体的粘度和相关毛细性而变化。调节当筒移动到第二位置时所产生的间隙宽度，从而实现液体向加热器元件的所需流动。

自定心结构可以固定在加热器元件上。在一优选实施例中，加热器元件围绕自定心结构延伸，且两种元件均固定于气溶胶形成室的远端壁。

自定心结构可以包括释放销，且筒的喷嘴可滑动地安放在释放销上。在筒从第一位置移动到第二位置时，喷嘴沿释放销从闭合位置滑动到释放位置。优选地，喷嘴具有大体圆柱形的释放端，且释放销的圆柱形形状对应于喷嘴的释放端的内横截面。释放销可以具有头端部分和底部部分。释放销可以具有直径减小的中心部分，当筒处于第一位置时，所述中心部分与液体储存部分流体连接。优选地，与液体储存部分的流体连接在筒处于第二位置时完全中断。以此方式，当筒处于第一位置时，预定部分的液体滞留在凹入区域中。当使用者抽吸且筒移动到第二位置时，将包括在释放销的凹入部分与喷嘴之间的液体通过释放端分配到加热器上，同时通过阻挡额外液体流过喷嘴的释放销的圆柱形头端部分来阻止液体的进一步递送。待分配液体的量与滞留在凹入区域中的流体成比例，且随后当使用者在系统上抽吸时，接着仅将明确界定量的液体分配到加热器上。释放销的底部部分同样可以包括锥形部分以改良喷嘴的密封。

在另一优选的实施例中，气溶胶生成系统包括用于将活塞压进筒中的致动构件。优选地，当筒在系统的壳体内移动时，触发启动构件。

致动构件可以包括密封地耦合于筒的耦合元件。优选地，耦合元件与筒之间的耦合机构是鲁尔锁型(luer-lock-type)耦合机构。所述鲁尔锁连接件在医疗应用方面为人所熟知。待连接的两个部分包括形成气密密封件的锥形接触表面。为了防止意外去耦，耦合机构包括带螺纹或局部带螺纹的部分，使得筒可以例如通过部分匝、优选地仅1/4匝得到固定。可以使用本领域的技术人员已知的任何其它合适的耦合机构。

耦合元件可以具有与筒类似的横截面且可以是大体圆柱形形状。优选地，耦合元件在其下游端包括膜且界定膜与活塞之间的压力室。在筒从第一位置移动到第二位置时，膜朝内推送，即朝着活塞推送。优选地，提供恰好固定于膜下游的壳体的固定元件。在筒从第一位置移动到第二位置时，膜抵着固定元件推送，使得膜朝着活塞向内按压。通过按压膜，由耦合元件界定的压力室内的压力得到提高，且活塞在筒中朝着喷嘴移动。活塞的移动使液体通过喷嘴分配。此刻，筒处于第二位置，即喷嘴与加热器元件或气溶胶形成室的远端壁之间已经产生间隙，使得液体可以从喷嘴离开且分配到加热器元件上以用于蒸发。

膜压抵的固定元件可以具有任何适合的形状，且优选地位于相对于膜居中对准的位置。举例来说，固定元件可以是具有大体圆柱形或截短的圆锥形形状的销。

为了使膜恢复其初始形状，单向空气阀优选地设置于耦合元件或压力室的壁中。直接在抽吸后，当筒回到第一位置且膜上来自固定元件的压力得到释放时，允许环境空气经由单向阀进入压力室中。

在另一方面，本发明涉及一种用于制造气溶胶生成系统的方法，其包括以下步骤：提供壳体，其具有界定气流路径的空气入口和空气出口；且提供加热器元件，其位于壳体内部，优选地位于气溶胶形成室的远端壁部分上，所述气溶胶形成室位于气流路径中。所述方法进一步包括以下步骤：提供筒，且将筒可移动地安装在壳体中，使得筒可以从第一位置可逆地移动到第二位置。筒包括用于容纳气溶胶生成液体的液体储存部分，且具有用于递送气溶胶生成液体的开口，筒进一步包括可移动地安装在筒中的活塞。当空气入口与空气出口之间产生空气流时，壳体内的空气流移动筒，且筒的移动触发一部分气溶胶生成液体通过筒的开口的释放。

在另一方面，本发明涉及一种适用于气溶胶生成装置的筒。筒包括用于容纳气溶胶生成液体的液体储存部分且具有用于递送气溶胶生成液体的开口。筒进一步包括可移动的活塞。

加热器元件可以是电操作的金属或陶瓷加热器元件。加热器元件可以包括丝的网状物或阵列，其允许加热器的更大面积与正在蒸发的液体接触。可以使用容易获得的材料且使用大批量生产技术低成本地生产加热器组件。加热器组件可以是稳固的，允许其在制造期间得到处理且固定于气溶胶生成系统的其它部分，且尤其形成可移除的筒的部分。提供形成部分加热器元件的导电接触部分允许加热器组件可靠且简单地连接到电源。

加热器元件可以是大体上平坦的。如本文所用，“大体上平坦的”意指形成在单一平面中且不卷绕或另外符合弯曲或其它非平面形状。平坦加热器组件可以在制造期间轻易地处理且提供稳固的结构。另外，平坦加热器元件提供界定的接触表面，从而当喷嘴直接按压在加热器的平坦表面上时，可以阻止液体的释放。

加热器组件可以包括至少一种由第一材料制成的丝和至少一种由不同于第一材料的第二材料制成的丝。此出于电气或机械原因可以是有益的。举例来说，丝中的一种或多种可以由具有随温度显著变化的电阻的材料形成，所述材料如铁铝合金、不锈钢合金、碳纤维丝或那些材料的组合。优选的是，电阻加热丝由在操作温度下遵守可适用的加热元件毒理学规定的材料制成。此允许丝的电阻的测量值用于确定温度或温度的变化。此可以用于抽吸检测系统，且可以用于控制加热器温度以使其保持在所需温度范围内。

优选地，加热器元件由气溶胶形成室的远端壁支承，所述远端壁由电绝缘材料制成，优选地由能够耐受高温(超过300摄氏度)和快速温度变化的材料制成。适合材料的实例是聚酰亚胺膜，如或层压氟化乙烯丙烯(fep)。

加热器元件还可以由不导电材料片(如陶瓷或硅)制成作为基板，且可以沉积、印刷或出于特定目的以特别指定的几何形状和厚度沉积电阻元件。将与液体接触产生气溶胶的表面可以涂有玻璃或体外陶瓷薄层，其同样以机械方式保护电阻且进行隔离，避免液体与电阻材料的直接接触。

气溶胶形成基质是能够释放可以形成气溶胶的挥发性化合物的基质。可以通过加热气溶胶形成基质释放挥发性化合物。

气溶胶形成基质可以包括植物类材料。气溶胶形成基质可以包括烟草。气溶胶形成基质可以包括含有挥发性烟草香味化合物的来源于烟草的材料，在加热时所述挥发性烟草香味化合物从气溶胶形成基质中释放。替代地，气溶胶形成基质可以包括非来源于烟草的材料。气溶胶形成基质可以包括均质植物类材料。气溶胶形成基质可以包括均质烟草材料。气溶胶形成基质可以包括至少一种气溶胶形成剂。气溶胶形成剂是任何适合的已知化合物或化合物的混合物，在使用时，所述化合物有助于形成浓稠且稳定的气溶胶，且在系统操作的操作温度下对热降解具有显著抗性。适合的气溶胶成形器是本领域众所周知的，且包含(但不限于)：多元醇，如三乙二醇、1,3-丁二醇和甘油；多元醇的酯，如甘油单、二或三乙酸酯；和单、二或聚羧酸的脂族酯，如十二烷二酸二甲酯和十四烷二酸二甲酯。优选的气溶胶形成剂是多元醇或其混合物，如三乙二醇、1,3-丁二醇，且最优选是甘油。气溶胶形成基质可以包括其它添加剂和成分。

优选地，气溶胶生成液体包括尼古丁。优选地，气溶胶生成液体包括0.1重量％到10重量％、优选地0.2重量％到5重量％、优选地0.5重量％到2重量％的尼古丁。

气溶胶生成液体可以包括甘油。气溶胶生成液体可以包括20重量％到80重量％或50重量％到70重量％的甘油。

气溶胶生成液体可以包括水，优选地5重量％到20重量％的水，例如8重量％到15重量％的水。

气溶胶生成液体可以包括丙二醇，优选地5重量％到50重量％的丙二醇，例如10重量％到40重量％的丙二醇。

气溶胶生成液体可以包括调味剂，优选地0.1重量％到5重量％的调味剂，例如0.5重量％到3重量％的调味剂。

系统可以进一步包括连接到加热器元件且连接到电源的电路，所述电路经过配置以监测加热器元件或加热器元件的一种或多种丝的电阻，且经过配置以根据加热器元件的电阻或尤其是一种或多种丝的电阻来控制从电源到加热器元件的电力供应。

电路可以包括可能是可编程微处理器的微处理器、微控制器或专用集成芯片(asic)或能够提供控制的其它电子电路。电路还可以包括电子组件。电路可以经过配置以调节到达加热器的电力供应。在启动系统之后，电力可以连续地供应到加热器元件或可以例如在逐次抽吸的基础上间歇地供应。电力可以电流脉冲的形式供应到加热器元件。

系统有利地包括处于壳体的主体内的电源，通常是电池，如磷酸锂铁电池。作为替代方案，电源可以是另一形式的电荷储存装置，如电容器。电源可以需要再充电且可以具有允许储存足够用于一次或多次体验的能量的容量。举例来说，电源可以具有足够的容量以允许连续生成气溶胶持续大约六分钟的时间，对应于抽一支常规香烟所消耗的典型时间，或者持续多个六分钟的时间。在另一实例中，电源可以具有足够的容量以允许预定次数的抽吸或加热器的不连续启动。

系统可以包括主要单元和可移除地耦合于主要单元的筒，其中液体储存部分设置于筒中且主要单元包括加热器组件和电源。加热器元件可以可移除地耦合于主要单元，从而可以在有规律的间隔中替换加热器元件。如本文所用，表述“可移除地耦合”意指对应元件可以耦接于系统且从系统上解耦，且不显著损害元件或系统。

系统可以是电操作的气溶胶生成系统。系统可以是手持式气溶胶生成系统。气溶胶生成系统可以具有类似于常规雪茄或香烟的尺寸。气溶胶生成系统可以具有约30mm与约150mm之间的总长度。气溶胶生成系统可以具有约5mm与约30mm之间的外径。

附图说明

现将参照附图仅借助于实例描述本发明的实施例，在所述附图中：

图1a和图1b是根据本发明的一实施例的并有可移动筒的系统的示意图；

图2是包含可移动活塞的可移动筒的放大视图；

图3是包含图2筒的气溶胶生成系统的分解视图；

图4是显示安放在自定心结构上时喷嘴的释放端的放大视图；

图5显示图4的结构，在所述结构中可移动的筒处于第二位置；

图6绘示图4结构的变型，在所述结构中自定心结构包括释放销；

图7显示图6的结构，在所述结构中可移动的筒处于第二位置；

图8绘示滞留在释放销的凹入部分中的预定量的液体；

图9是包含用于在临抽吸前移动活塞的致动构件的气溶胶生成系统的细节视图；

图10绘示开始抽吸时图9的系统；

图11绘示抽吸期间图9的系统；

图12绘示刚抽吸后图9的系统。

具体实施方式

图1a和图1b显示气溶胶生成系统的示意图，所述气溶胶生成系统并有含有气溶胶生成液体的可移动筒10。在图1a和图1b中，气溶胶生成系统是包括壳体12的电子烟，所述壳体具有空气入口14和表示空气出口的烟嘴16。在空气入口14与烟嘴16之间界定气流路径18。气流路径引导气流从空气入口14经过气溶胶形成室20，穿过筒10与壳体12内表面之间的圆形间隙22到达烟嘴16。加热器元件24设置在气溶胶形成室的远端壁26处。筒10包括可移动地安装的活塞28和具有释放端32的喷嘴30，所述释放端用于将液体从筒10内部的液体储存部分18分配到加热器元件24上。液体储存部分18对应于活塞28与喷嘴30的释放端32之间筒10的体积。因为活塞28是可移动的，所以液体储存部分18的体积可变。在筒10的第一位置中，筒10抵靠加热器元件24，从而无法分配液体。

当使用者在电子烟的烟嘴16处抽吸时，空气入口14与烟嘴16之间产生空气流。此空气流描画筒10的轮廓且将筒10移动到图1b中显示的第二位置，在所述位置中筒10的喷嘴30的释放端32与加热器元件24之间产生间隙46。在抽吸期间，一滴液体分配到加热器元件24上。液体在加热器元件24上蒸发，且所得蒸汽与空气流混合以形成气溶胶，所述气溶胶沿空气流路径递送到电子烟(e-cigarette)的烟嘴16且被使用者吸入。在抽吸后且当空气流停止时，筒10将回到第一位置，从而不再分配液体。在分配液体时，可移动活塞28将朝着筒10的释放端32移动，从而筒10的液体储存部分18的体积将逐渐减小。

图2显示适用于图1系统中的筒10的放大视图。筒10包括具有释放端32的喷嘴30。活塞28可移动地安装在筒10内。活塞28的形状对应于喷嘴30的形状，从而当活塞28移动到最低位置时，可以释放筒10的全部内含物。筒10大体上是圆柱形。在筒10的顶端设置有连接构件34，使用所述连接构件可将筒10连接到电子烟壳体内部的相应接收部分(未示出)。在此情况下，连接构件是鲁尔锁型连接件。

图3是包含图2筒10的电子烟的分解视图。电子烟包括具有空气入口14的第一壳体部分12a以及用于向加热器元件提供电能的电源和电路(未示出)。将筒10插入且固定到包括烟嘴14的壳体的第二部分12b。壳体的第二部分12b可与壳体的第一部分12a连接。

图4中描绘安放在自定心结构上时喷嘴30的释放端32的放大视图。气溶胶形成室20的远端壁26支承加热器元件24。锥形结构42设置在加热器元件24的中心。当筒10处于第一位置时，对锥形结构42进行定位，使得筒10的喷嘴30的释放端32安放在其上。在第一位置中，锥形结构42阻止从筒10分配液体。为了改良锥形元件42与喷嘴30之间接触区域的密封特性，喷嘴30的释放端32包括倒角44，其角度对应于锥形结构42的表面的角度。锥形结构42还表示用于筒10的自定心结构，且当筒10处于第一位置时，确保恰当且可重复地定位喷嘴30。

当抽吸电子烟时，筒10移动到第二位置，在所述位置中喷嘴30与加热器元件24和锥形结构42之间分别产生间隙46。此情况描绘于图5中。在此实施例中，筒移动约1mm，从而每次抽吸从筒10中分配仅1到4mg液体、更优选地2到3mg液体的仅一小部分。

图6显示本发明的另一实施例，其允许每次抽吸分配甚至更加精确的液体剂量。为此目的，自定心锥形结构42进一步包括大体圆柱形的释放销48，其横截面对应于筒10的喷嘴30的大体圆柱形的横截面。当筒10处于第一位置时，如图6中所描绘，释放销48完全延伸到喷嘴30中，且喷嘴30的释放端32处的倒角44抵靠释放销48底部的锥形部分50。释放销48包括直径减小的中间凹入部分52。当筒10处于第一位置时，凹入区域52与筒10的液体储存部分18流体连通，且因此充满液体。此情况绘示于图8中。凹入区域52中所包括的液体部分53决定在抽吸期间分配到加热器组件24的液体量。

图8绘示图7的结构，其中筒处于第二位置。当筒10移动到第二位置时，喷嘴30沿释放销48朝着远离气溶胶形成室20的远端26的方向滑动，从而喷嘴30的释放端32与释放销48的底部部分50之间又产生间隙46。在筒10的移动期间，释放销48的圆柱形头端部分58与喷嘴30的圆柱形部分接触，且由此使释放销48的凹入区域52与筒10的液体储存部分18分离。当筒10到达第二位置时，将滞留在凹入区域52中的液体部分53分配到加热器元件24上。释放销48的圆柱形头端部分58使喷嘴30封闭，且因此阻止从筒10分配额外的液体。为了避免在从筒10连续分配液体时产生可能妨碍液体进一步分配的负压，将活塞28可移动地安装在筒10中且其朝着筒10的喷嘴30移动，由此减小液体储存部分18的体积。

图9到图12中绘示了包括用于将活塞28压进筒10中的致动构件的本发明的另一实施例。致动构件的主要元件描绘于图9中。图9中描绘的筒10对应于图2的筒。筒10通过鲁尔锁型耦合机构64密封地连接到耦合元件60。耦合元件60具有大体圆柱形形状且在下游端面呈现柔性膜62。耦合元件60界定筒10的可移动活塞28与柔性膜62之间的压力室66。单向阀68设置于耦合元件60的侧壁中，以允许气流进入压力室66中，但阻止气流离开压力室66。弹性压力弹簧70设置于烟嘴14与耦合元件60之间，从而将筒10的喷嘴30压抵由气溶胶形成室20的远端壁26支承的加热器元件24。与柔性膜62紧密关联的固定销72居中设置于壳体12内。

如图11中指示的箭头所绘示，当使用者在电子烟的烟嘴16处抽吸时，空气入口14与烟嘴16(朝向烟嘴16)之间形成气流路径，其经过气溶胶形成室20，描画筒10和耦合元件60的轮廓。

抽吸期间的气流使得筒10连同耦合元件60朝着电子烟的烟嘴端向下游移动，如图12中所指示。此外，喷嘴30与加热器元件24之间产生间隙46。同时，将柔性膜62压抵固定销72，使得压力室66中的压力提高。提高的压力迫使活塞28朝着喷嘴30移动，直到获得压力平衡。在向前移动时，活塞28将包括在筒10的液体储存部分18中的一部分液体压出喷嘴30，且将所述部分液体释放到加热器24上。

在抽吸后，压力弹簧70迫使筒10回到第一位置，使得喷嘴30再次紧紧地压在加热器元件24上，且进一步阻止液体分配。此对应于图10中显示的情况。柔性膜62也恢复其初始松弛且展开的状态。在膜62恢复其初始状态期间，经由单向阀68将空气引入压力室66中。在单次抽吸期间，所分配液体的量尤其是由以下确定：抽吸期间筒10的移动、施加到柔性膜62的压力以及压力室66中所产生的压力。抽吸阻力可通过选择筒10与壳体12之间的间隙且通过所用压力弹簧70的弹簧应变率来调节。