1.本发明涉及用于液体和固体汽化的装置和方法，更具体地，涉及一种具有多个截头空穴以在汽化期间提供改善的毛细作用的汽化器和汽化装置。


背景技术：

2.烟草等长期被用于娱乐和医药用途，使得吸烟成为一种既传统又流行的消费方式。当前还存在多种其他的消费方式，同时新的消费方式也在不断发展。
3.汽化作为一种用于消费的方式已然流行。汽化与吸烟的不同之处在于烟草等的提取物或浓缩物仅被加热至沸点，而不是被点燃。在理想情况下，汽化仅产生可吸入的蒸汽而不产生烟气。汽化与吸烟不同之处在于，提取物被加热到足够高的温度以将药物挥发成蒸汽但却又足够低以避免提取物燃烧。燃烧产物和副产物，例如烟气和no
x
，由于包括影响健康和口味偏好的各种原因，可能不适合消费。而汽化优化为不产生烟气，并且蒸汽表现为完全不存在任何烧焦味道。
4.实际上，可商购的所有汽化器都是通过利用微型电阻加热元件或线圈将提取物加热至沸点(通常在400
‑
700
°
f之间)来工作。当提取物直接暴露于足够热的表面而汽化时，它会具有很强的迁移脱离热表面的趋势。因此，汽化过程实际上往往由具有芯吸性能的介质进行介导，芯吸性能使提取物流入并保持在加热元件附近。当提取物在介质中转化为蒸汽时，芯吸性能使得汽化的提取物被替换为液体提取物。
5.常用于防止提取物迁移脱离加热元件的现有技术的介质为随机基质(random matrix)微孔介质，例如棉、玻璃纤维、陶瓷或烧结玻璃。这种介质的芯吸性能或吸附性是微观孔隙的共有性能导致的结果，其在提取物中引发毛细作用。毛细作用是由于表面张力和液体与容器之间的粘附力导致的使液体流入狭窄空间的能力，因此需要介质内具有小的空穴/孔。在上面列出的可用介质中，小空穴是介质材料的固有性能，并且材料选择的特性很大程度决定了空穴的大小和几何形状。例如，厨房海绵等多孔材料在空穴的尺寸和几何形状方面就是各不相同的，但是基本的几何形状和尺寸范围受材料本身的限制。随机基质介质不可能具备特定的几何形状和尺寸。
6.空穴大小和几何形状也与特定毛细作用行为相关，例如流动速率和泄漏敏感性。由于随机基质介质中的孔/空穴固有地随机，因此难以精确控制特定的毛细作用。此外，由于回收物增多(reclaim accretion)、随机基质介质的脱落或剥落以及所产生蒸汽的随后吸入、不可控的批次差异和其他质控问题等多种原因，以及对于将与给定类型的介质一起使用的提取物的类型和粘度的其他诸多固有限制，随机基质介质中存在的某些随机的孔的几何形状是不利于汽化的。
7.此外，随机基质微孔介质通常具有近似各向同性的吸附性，而且，容纳于介质中的任何流体在各向上相近地被输送。在大多情况下，从存储槽将提取物持续提供给介质，由此，在典型的操作中，典型的汽化器中的介质会完全饱和。就像吸饱了水的海绵一样，完全饱和的随机基质介质易于出现提取物渗漏或泄漏。
8.而且，传统的随机基质介质通常缺乏较强的材料完整性，可能容易被压碎或者变形，因此不适用于对于具有提高强度性能的蒸发器介质更受用的某些制造方法和设计元件。具体地，提高的强度能够允许将密封件放置到元件中，而该密封件会破坏传统的、更易碎的、随机基质的陶瓷元件。
9.还希望能够提供一种汽化器或汽化方法，用于产生不含非提取物或可吸入副产物材料的纯汽化提取物，上述的非提取物或可吸入副产物在大多情况下是以附带汽化的加热元件或介质材料、或者脱落的颗粒介质(如微小的陶瓷碎片等)存在的。存在对产生不含这样的可吸入副产物的蒸汽的汽化器的大量需求。


技术实现要素：

10.本发明的一个目的是消除或至少改善与汽化器中所使用的随机基质微孔介质相关的缺点。
11.本发明的另一个目的是提供一种汽化装置，其包括多个尺寸和几何形状更适合于上述汽化方法的空穴。
12.本发明的另一个目的是提供一种汽化装置，该汽化装置在提取物中发生毛细作用时，在选定的多个方向上不可渗透，以便于密封并减少或消除汽化过程中提取物的泄漏。
13.本发明的另一个目的是提供一种汽化器装置，其与传统的随机基质微孔介质(例如海绵、棉花、玻璃纤维、陶瓷或烧结玻璃)相比具有提高的强度性能。
14.本发明的实施例公开了一种汽化装置。所述汽化装置包括装置壁，具有邻近提取物存储槽并与其流体连通的液体面、邻近汽化室并与其流体连通的蒸汽面以及壁厚；和孔，穿过所述装置壁，其中所述孔成形为近似截头锥形，所述孔具有位于液体面上的进口、位于蒸汽面上的出口、以及等于所述装置壁的壁厚的高度。
15.优选地，所述孔为截头圆锥，具有直径范围为0.3
‑
0.7毫米的所述进口，以及直径范围为0.1
‑
0.5毫米的所述出口。
16.优选地，所述孔成形为角锥形。
17.优选地，所述孔成形为棱柱形。
18.优选地，所述孔的所述进口具有0.07
‑
0.38平方毫米的面积，而所述孔的所述出口具有0.008
‑
0.2平方毫米的面积。
19.优选地，所述装置壁形成圆筒，并且所述孔配置为实质上垂直于所述圆筒的表面。
20.优选地，所述装置壁实质上为非多孔材料。
21.优选地，所述装置壁为陶瓷材料。
22.优选地，所述装置壁的所述壁厚是均匀的或非均匀的。
23.优选地，所述孔的所述进口足够大以允许液体提取物流入所述孔，而所述孔的所述出口足够小以引起表面张力来防止液体提取物流过蒸汽面并进入雾化器芯的所述汽化室进而导致所述提取物渗漏或泄漏。
24.优选地，由于毛细作用，所述液体提取物通过所述进口流入所述孔。
25.本发明的实施例公开了一种用于汽化器的雾化器芯。所述雾化器芯包括汽化装置，该汽化装置包括设置于提取物存储槽和汽化室之间的装置壁，其中，所述装置壁上开有多个成形为截头锥形的孔，以及提取物存储槽和汽化室经由成形为截头锥形的孔流体连
通，以及电阻加热器，设置为靠近所述装置壁并适于加热所述装置壁以汽化填充于提取物存储槽中的提取物容量。
26.优选地，所述成形为截头锥形的孔成形为截头圆锥形，具有直径0.3
‑
0.7毫米的进口，和直径0.1
‑
0.5毫米的出口。
27.优选地，所述电阻加热器为封装于陶瓷材料中的电阻元件。
28.优选地，所述电阻加热器与所述汽化装置直接接触，并且能够通过热传导将热量传递给所述汽化装置。
29.优选地，所述电阻加热器设置于所述汽化室内，并且能够通过热辐射将热量传递给所述汽化装置。
30.优选地，所述成形为截头锥形的孔成形为角锥形或棱柱形。
31.优选地，所述装置壁实质上为非多孔材料。
32.优选地，所述装置壁形成圆筒，并且所述多个成形为截头锥形的孔配置为实质上垂直于所述圆筒的表面。
33.本发明涉及使用汽化装置的汽化装置。所使用的汽化装置为固有的非多孔固体，其具有多个截头锥形的空穴，这些空穴特别形成以提供改善的毛细作用和高汽化率的汽化性能、对广泛提取物类型及粘度的适应能力、由非提取物介质所散发的可吸入颗粒物或蒸汽的明显减少、以及例如流体容纳装置的密封性和工业制造性等附加优点，这是现有介质目前无法实现的。
附图说明
34.结合附图将更好地理解以示例方式给出并且不旨在仅将本发明限制于其的下面的具体实施方式，其中：
35.图1示出了根据本发明的一实施例的等轴立体视图及沿雾化器芯的a
‑
a截面截取的相应的截面图。
36.图2示出了雾化器芯的的侧视图和沿雾化器芯的a
‑
a
′
截面截取的相应的截面图。
37.图3示出了根据本发明的一实施方式的包含汽化器的雾化器组件的侧视图、沿雾化器组件的a
′‑
a
′
截面截取的截面图以及从所述截面图获取的放大截面细节图b。
38.图4示出了在所提出的汽化装置中存在的近似截头锥形的孔的正视图、两个侧视图和等轴视图。
具体实施方式
39.下列段落提供本发明相关术语的定义，并在整个专利说明书和权利要求书中统一使用，除非有其他明确的定义给出更广泛的定义。
40.本发明中所述的提取物，是指液体可汽化的物质，尤其是与烟草等或其合成变体相关的药物。
41.本发明中所述的截头锥形，是指截头锥体的形状或近似截头锥体的形状。
42.本发明中所述的汽化，是指从液体或固体产生蒸汽。
43.本发明中所述的汽化器，是指用于汽化的装置。
44.在上面的发明内容、这里的具体实施方式、上面的权利要求以及下面的附图中，均
涉及本发明的特定特征。应该理解，本说明书中本发明的公开内容包括这些特定特征的所有可能组合。例如，在某个特定特征在本发明的特定方面或实施例的上下文或特定权利要求中被公开的情况下，该特征也可被用于与本发明的其他特定方面和实施例组合和/或用于本发明的其他特定方面或实施例的上下文中以及一般地用于本发明中。
45.术语“包括”及其语法等同形式在本文中用于指可选地存在的其他组件、成分、步骤等。例如，“包括”组件a，b和c的物品可以由组件a，b和c组成(即仅包含组件a，b和c)，或者不仅包含组件a，b和c，同时也包含一个或多个其他组件。
46.在本文中提及包括两个或更多限定的步骤的方法时，可以以任何顺序或同时执行所限定的步骤(除非上下文排除该可能性)，所述方法可以在任何所限定步骤之前、两个所限定步骤之间或在所有所限定步骤之后执行包括一个或多个其他步骤(除非上下文排除了这种可能性)。
47.本文中使用的后跟数字的术语“至少”表示包括该数字范围的开始(取决于限定的变量，该范围可以是具有上限或没有上限的范围)。例如，“至少1”意思是1或大于1。本文中使用的后跟数字的术语“至多”表示包括该数字范围的结束(取决于限定的变量，该范围可以是以1或0作为其下限的范围，或无下限的范围)。例如，“至多4”意思是4或小于4，而“至多40％”意思是40％或小于40％。在本说明书中，当将范围给定为“(第一个数字)至(第二个数字)”或“(第一个数字)
‑
(第二个数字)”时，这意思是其限值包括两个数字的范围。例如，“25至100”意思是其下限为25且上限为100并且包括25和100的范围。此外，在本发明的上下文中，术语“介质”、“材料”等都可以互换地使用。此外，术语“汽化装置”，“汽化器装置”等在本发明中都可以互换地使用。
48.本发明公开了一种汽化提取物的装置，通常称为汽化器。汽化器包括雾化器。雾化器进一步包括雾化器芯，提取物和汽化装置布置在雾化器芯中。在工作过程中，提取物被加热以汽化，汽化的提取物通过汽化装置到达汽化室，然后通过雾化器的烟嘴排出，以供汽化器的使用者吸入。现在将关于图1至图4详细讨论与所提出的汽化器、雾化器组件和汽化装置有关的本发明的各实施例。
49.图1示出了根据本发明的实施例的雾化器芯100的等轴立体视图及沿雾化器芯100的a
‑
a截面截取的相应的截面图。
50.图2示出了雾化器芯100的侧视图和沿雾化器芯100的a
‑
a'截面截取的相应的截面图。如图2所示，雾化器芯100包括配置为与汽化装置104流体连通的提取物存储槽102。提取物存储槽102配置为用于保持经受汽化过程的提取物。汽化装置104包括装置壁106。装置壁106开有多个孔108。在本发明的一个优选实施例中，装置壁106实质上为非多孔材料，如石英、金属或某些非多孔陶瓷。经过陶瓷釉或气相沉积等方法处理以降低吸水性的多孔材料也可能是适用的。但由于诸如上面讨论的回收物增多之类的因素，多孔材料往往不是理想的。孔108用做将提取物从提取物存储槽102向雾化器芯100的汽化室110输送的媒介。装置壁106为固体且通常形成将提取物存储槽102和汽化室110分隔的屏障，但是由于存在穿入装置壁106中的孔108，该屏障在本质上是可渗透的。除了孔108外，装置壁106应当实质上是非多孔的。换言之，装置壁106的材料应具有的可忽略的吸附性。装置壁106具有邻近提取物存储槽102的液体面112，和邻近汽化室110的蒸汽面114。截头锥形的其他面为导管面122。
51.在优选的实施例中，穿入装置壁106中的每个孔108均在装置壁106中成形为截头
锥形或近似于截头锥形的空穴。在优选的实施例中，上述截头锥形是近似截头圆锥的形状，而在一替代实施例中，上述截头锥形可以是角锥形或多棱柱体，例如圆柱或多面棱柱。一般情况下，所述孔本质上是宏观孔洞，并且可以被肉眼观察到。在该实施例中，圆锥形的截头锥形的孔108包括存在于装置壁106的液体面112上的进口116。进口116的直径范围在0.3毫米
‑
0.7毫米之间。圆锥形的截头锥形的孔108包括存在于装置壁106的蒸汽面114上的出口118。出口118的直径范围在0.1毫米
‑
0.5毫米之间。对于如上所述的具有非圆形横截面的其他几何形状的穿孔/孔的截头锥形，其进口可具有0.07
‑
0.38平方毫米的面积，而其出口可具有0.008
‑
0.2平方毫米的面积。孔的几何形状对流过所述孔的流体影响较大。如果孔的直径较大而装置壁106的壁厚120较小，则通过所述孔的流体流量较高。
52.在工作中，由于表面张力和与其紧密相关的毛细作用现象，液体提取物趋于流入并完全填充孔108，同时防止液体提取物流过蒸汽面114并进入汽化室110，从而使储存在提取物存储槽102中的各类提取物和汽化装置104保持原样。毛细作用倾向于随着液体粘度的降低而增大。
53.在优选的实施例中，汽化装置104配置成圆筒形，使得孔108基于中心轴线配置。在替代的实施例中，汽化装置104和孔108可以配置为平坦、平面结构或任何其他合适的几何形状。图1和图2中所示的雾化器芯100的实施例具有均匀的壁厚120和多个实质上相同的孔108。在替代的实施例中，壁厚120可以是非均匀的，并且孔的几何形状可以在各孔之间变化。例如，一些孔108可以成形为截头圆锥形，而另一些孔108可以成形为角锥形。相对通常的截头锥形具有轻微变形的近似截头锥形也可以接受。例如，增材制造(additive manufacture)通常会引起几何形状的轻微变形，例如截头锥形的圆锥轴线的轻微弯曲等。这样的缺陷不影响所提出的汽化装置设计的功能。所述截头锥形的关键性能是，在装置壁106的液体面112上的进口116足够大，以允许液体提取物流入孔108，而在蒸汽面114上的出口118足够小，以产生表面张力来阻止液体提取物流动通过、经过蒸汽面114并进入汽化室110，从而导致渗漏或泄漏。最后，出口118需足够的大从而能够将汽化的提取物自由地排放到汽化室110中。
54.图3示出了具有根据本发明实施例的汽化器的雾化器组件的侧视图、沿其a'
‑
a'截面截取的截面图以及从该截面图获取的细节放大截面图b。细节放大截面图b示出在上述图2中讨论的雾化器芯100。如图所示，雾化器组件200在与电池(未示出)结合时形成汽化器(未示出)。当将电流提供给电阻加热器202时，雾化器组件200将用于汽化提取物。电阻加热器202的功能是将汽化装置104加热到高于提取物的汽化温度，大约为400
°
f，优选在400
‑
700
°
f之间。在本实施例中，由电阻加热器202产生的热量经由传导被传递至汽化装置104。由于装置的尺寸相对较小，热能被有效地传递到整个汽化装置104，并且能够优先传递至存储于截头锥形孔108中的提取物。在优选的实施例中，可能期望的是，圆锥形孔的几何形状优先加热布置靠近出口118的提取物。当足够的热能传递至存在于孔108中的提取物时，提取物将开始汽化并通过蒸汽面114上的出口118排出并进入汽化室110。汽化室110用于在由用户吸食之前容纳和/或收集蒸汽。在一个实施例中，汽化室110与烟嘴204和通风口206流体连通。负压施加到烟嘴204将使被汽化的提取物输送至用于吸食的环境。当汽化的提取物通过出口118被排出时，毛细力使得液体提取物持续流入孔108中并替代被汽化的提取物。
55.孔108特别适于引导提取物向蒸汽面114的输送。孔108的导管面122是实质上非多
孔的。此外，用于汽化装置104的优选材料相对于现有技术的传统汽化装置，例如多孔陶瓷或烧结玻璃，具有显著改善的结构性能。因此，雾化器芯100能够成为雾化器组件200内的受力部件，并且由于改善的机械性能，能够适用于诸如压装配合(press
‑
fitting)等制造过程。
56.电阻加热器202显示为由金属电阻元件形成的垫圈形(矩环形)元件，该金属电阻元件被封装在诸如陶瓷的电绝缘材料中。在替代的实施例中，电阻加热器202可以是能够将雾化器芯100加热至提取物汽化温度以上的任何电阻加热元件。在一实施例中，电阻加热器202可以位于汽化室110内，并通过热辐射将热量传递到雾化器芯100。在替代的实施例中，电阻加热器202可以是嵌入于雾化器芯100内部的电阻器自身。在一种优选的实施例中，电阻加热器202的电阻小于1欧姆。如果电阻加热器202能够将雾化器芯100加热到高于提取物的汽化温度的温度，则电阻加热器202优选地靠近雾化器芯100设置。
57.在优选的实施例中，通过将电阻加热元件202封装在诸如陶瓷的材料中以最小化附带汽化。类似地，为了减轻或消除工作过程中的气体泄漏，优选抵抗附带汽化的材料和涂层，例如非多孔陶瓷。
58.图4示出了所提出的汽化装置104中存在的几种近似截头锥形的孔的正视图、两个侧视图和等轴视图。截头锥形的孔108不需要是几何上精确的截头锥形。例如，几何上精确的截头锥形具有平坦的侧面300，而近似的截头锥形可以具有包括诸如曲面302的轻微弯曲的表面。类似地，几何精确的截头锥形具有在几何上相似的平行面，而近似的截头锥体的面可以在几何上既不相似也不完全平行。例如，由于以下原因，近似截头锥体304偏离精确的截头锥体：1)近似截头锥体304的面306不是平面，而是由于曲面302而轻微弯曲，2)近似截头锥体304的面306仅近似平行于面308，而不是完全平行于面308，还有3)面306和面308在几何上不相似，尽管形状近似相似。截头锥形的孔108的孔深等于装置的壁厚120。
59.在优选的实施方式中，雾化器芯100由非多孔陶瓷构成，该非多孔陶瓷通过增材制造来制造。影响非多孔固体装置壁106的材料选择的各种因素的非详尽罗列包括导热率、熔化温度、材料本身固有的孔隙率、食品级使用适用性、无毒性、可增材制造性、可机械加工性、材料强度、材料韧性、涂布性能和价格等。
60.增材制造是一种优选的制造方法，适用的材料范围包括陶瓷、铁、钛和石英。减材制造方法包括激光钻孔，触针电火花加工和传统加工等，可实施的合适的材料包括陶瓷、玻璃、石英和金属。如果可以通过例如施加陶瓷涂层或其他类似的表面处理将多孔表面处理使其成为非多孔材料，则可以使用表现为多孔隙的材料。任何随机或异常的孔隙都将倾向于引入现有技术中存在的非期望性能。因此，虽然一些低随机或异常孔隙是可以忍受的，但不是优选的。
61.此外，在优选的实施方式中，雾化器芯100是一体化零件。在替代实施例中，雾化器芯100可以包括多个分立的零件。类似地，在优选实施例中，细长的截头锥形的孔108是在较大的整体结构内形成的空穴。在替代实施例中，截头锥形的空穴可位于分立的配合零件之间。
62.尽管已经示出和描述了优选和替代实施例，但是如上所述，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行许多改变。因此，本发明的范围不受这些优选和替代实施例的公开内容的限制。相反，本发明的范围将完全通过参考权利要求书来确定。只要以上描述和
附图公开了不属于以下权利要求书范围之内的任何其他主题，则本发明并不专用于公众，并且申请人在此保留提出一项或多项申请以主张这种其他发明的权利。
63.读者应注意与本说明书同时提交的可与本说明书一起公开供公众查阅的所有纸件和文件，所有这些纸件和文件的内容通过引用并入本文。
64.除非另有明确说明，否则本说明书中公开的所有特征(包括任何随附权利要求书、摘要和附图)可替换为用于相同、等效或类似目的的替代特征。因此，除非另有明确说明，否则所公开的每个特征是等效或类似特征的一般系列的一个示例。
65.以上描述仅为本技术的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本技术中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本技术中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。