手持式氣化裝置的制作方法

本專利申請要求2014年5月22日提交的名稱為“E-Cigarette”的美國臨時專利申請第62/001,972號的優先權，所述美國臨時專利申請以引用方式完整地并入本文中。

發明領域

本發明涉及手持式氣化裝置，所述手持式氣化裝置具有改進的加熱元件與溫度控制、改進的電子液貯存器和用以啟動加熱元件以促動所述裝置來按需求遞送煙霧劑的電容技術。

背景

傳統的手持式氣化裝置(也被稱為電子煙)是用電池操作的便攜式裝置，所述裝置包括電池、噴霧器和電子液儲筒。手持式氣化裝置被設計來通過產生煙霧劑而遞送尼古丁，所述煙霧劑是氣化被稱為電子液的液體溶液的結果。電子液通常含有丙二醇、植物甘油、尼古丁和調味劑的混合物，而其他物釋放出不具有尼古丁的調味蒸氣。

傳統的手持式氣化裝置通常使用被稱為噴霧器的加熱元件，所述加熱元件氣化電子液以產生用于吸入的尼古丁煙霧劑。噴霧器由負責氣化電子液的加熱元件和將電子液從儲筒吸取的芯吸材料組成。呈電阻絲形式的加熱元件是圍繞芯吸材料盤繞并且連接至電源。通過毛細管作用來將電子液吸入于芯吸材料中。當啟動裝置時，加熱線圈進行加熱并氣化已由芯吸材料吸收的電子液，從而產生用于吸入的煙霧劑。

一些現有技術的手持式氣化裝置使用儲筒式噴霧器(cartomizer)，所述儲筒式噴霧器是一種由噴霧器與儲筒組成的裝置，所述噴霧器與所述儲筒被整合成連接至電源的單一部件。現有技術的噴霧器或儲筒式噴霧器加熱元件不會準確地控制加熱和氣化過程。加熱絲圍繞芯吸材料的纏繞的品質與一致性的顯著變化、絲線電阻的差異和芯吸材料的性能與吸收特性的差異大大地影響煙霧劑的數量或體積和將由噴霧器所產生的煙霧劑的感受品質。缺少溫度控制可導致加熱元件的不均勻加熱與過度加熱，這又可導致在蒸氣中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，所述甲醛的吸入是對用戶的健康有危害。

在現有技術的手持式氣化裝置中，用戶需要通過裝置來吸入空氣以啟動裝置的加熱元件以便氣化電子液。在將產生足夠煙霧劑之前，在現有技術的裝置上可能要用戶進行數次吹氣，從而導致對用戶來說的低效率與不便性。

本發明是針對通過提供一種新型手持式氣化裝置來克服現有技術的缺點，所述手持式氣化裝置結合有導電紡織物加熱元件、由彈性可變形材料制成的電子液貯存器和改進的溫度與加熱控制系統，所述改進的溫度與加熱控制系統包括自動開啟特征，所述自動開啟特征用以促動裝置來在感測到用戶在裝置上觸摸時通過啟動加熱元件而按需求遞送煙霧劑，而不需等待用戶通過裝置進行第一次吸入。根據本發明的導電紡織物加熱元件替代了現有技術的吸芯與線圈噴霧系統并且通過毛細管作用來吸取電子液，并且允許比傳統的芯吸系統更均勻與直接的電子液加熱。

附圖簡述

圖1是根據本發明的實施方案的手持式氣化裝置的俯視圖。

圖2示出根據本發明的實施方案的加熱與溫度控制系統的操作。

圖3示出根據本發明的實施方案的“自動開啟”系統的操作。

詳述

現在將參考圖1-3來描述根據本發明的實施方案的手持式氣化裝置。

圖1示出手持式氣化裝置10，所述手持式氣化裝置10具有縱向軸線并包括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部。手持式氣化裝置10包含口腔件200和主體100。主體100界定內部腔體110。加熱元件240、貯存器250、包括控制電路270和電源290的電力單元260以及電力連接元件280被依序地提供在腔體110內部。

口腔件200適于保持在用戶的嘴唇之間并且具有第一端部200a和第二端部200b，所述口腔件連接至主體100的第一縱向端部。在優選實施方案中，口腔件200是環形形狀并且包括例如像金屬或塑料的硬材料的內殼，和例如像泡沫、有機硅或橡膠的柔軟易彎材料的外殼，以便模擬常規香煙的濾嘴的感覺。口腔件200也可包括抗微生物劑涂層以抑制細菌生長。根據本領域中已知的方法，可使用可商購的抗微生物產品，例如像是Microban(http://www.microban.com/)，或其他相當的供應商。

將開口210提供于口腔件200的端部200a處，用以當用戶對口腔件200施加用戶呼吸的吸入部分時，允許煙霧劑被吸取出裝置10并被吸入用戶的肺。在優選實施方案中，開口210具有直徑為1mm至1.5cm的大體上圓形橫截面。在其他實施方案中，開口210可具有正方形、三角形或任何其他幾何形狀的橫截面形狀。

將開口230提供于口腔件200的相對端部200b處，用以當用戶吸入時，允許煙霧劑進入口腔件200。在優選實施方案中，開口230具有直徑為1mm至1.5cm的大體上圓形橫截面。在其他實施方案中，開口230可具有正方形、三角形或任何其他幾何形狀的橫截面形狀。

優選地，進氣口止回閥220被提供用于開啟和關閉開口230。進氣口止回閥220可為來自例如Smart Products,Inc.的可商購產品(http://www.smartproducts.com/check_valves_series_100_cartridge.php)，或其他相當的供應商。在優選實施方案中，可使用Series 100Cartridg e Check Valve(見于http://www.smartproducts.com/check_valves_seri es_100_cartridge.php)。

為了防止電子液的蒸發與氧化并維持電子液新鮮度，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防止電子液泄漏出裝置，并且當裝置被攜帶于用戶的口袋、手提袋、錢包等等中時，閥220保持灰塵與污垢遠離裝置。

將電力連接元件280設置在主體100的第二相對縱向端部中。在優選實施方案中，為了允許用戶利用通用充電器來對裝置10充電而不需針對電子煙來特別制作任何適配器或充電器，電力連接元件280包括用于與外部電源插入式連接的通用串行總線(USB)接口。在其他實施方案中，電力連接元件280可包括小型USB接口、微型USB接口或本領域中已知的任何其他適合的通信總線。

腔體110包括電力元件260，所述電力元件260是電耦合至電力連接元件280。電力元件260包括微處理器控制電路270與電源290。根據本發明的實施方案，電源可為鋰聚合物電池。

腔體110包括電子液貯存器250，所述電子液貯存器250可為可再充裝的或一次性的。貯存器250可由彈性可變形材料制成，如本領域中已知的聚合物或金屬/聚合物復合材料。根據本發明的實施方案，貯存器250可由具有印鋁外部(aluminum printed exterior)的聚酯制成并且體積可為至少5ml。這種材料是惰性的并保持外部環境因素免于與貯存器的液體內容物互相作用。彈性可變形貯存器將允許用戶將不同類型的電子液注入裝置中，并且還將允許電子液由裝置完全使用，這提供了超越具有剛性貯存器的現有技術裝置的優勢，在所述剛性貯存器中，貯存器中剩余的一些流體是無法到達吸芯而被使用。

腔體110還包括加熱元件240，所述加熱元件240流體耦合至貯存器250并電耦合至電力元件260。根據本發明的加熱元件240包括導電紡織物加熱元件。根據本發明的導電紡織物加熱元件包括由以下各項制成的加熱元件：具有金屬化或導電涂層的織物、結合有編織金屬股線的織物、或本領域中已知的任何其他合適的材料。根據本發明的實施方案，可使用超薄等級不銹鋼絲布(見于http://www.saati.com/bopp-wire.php，或可使用來自另一類似的供應商)，并且可將超薄等級不銹鋼絲布分層以形成海綿或多層電紡織布。根據本發明的實施方案，可使用最精細的網狀材料即具有400條線/英寸的Bopp不銹鋼絲布，以確保電子液的快速和均勻加熱。

電子液經由毛細管作用到達導電紡織物加熱元件，并且通過導電紡織物加熱元件的加熱動作而氣化。通過提供與加熱和溫度控制系統耦合的導電紡織物加熱元件，根據本發明的電子煙允許最佳氣化狀態以一致而恒定地得以維持，以便最小化或消除將電子液轉換為有害化學物質(如甲醛)的情況。

將空氣開口130設置在主體100的外表面上處于主體100的第一縱向端部與主體100的外表面上的一個位置之間，所述位置對應于加熱元件240在腔體110內部的位置。在優選實施方案中，開口130具有直徑為1mm至1.5cm的大體上圓形橫截面。在其他實施方案中，開口130可具有正方形、三角形或任何其他幾何形狀的橫截面形狀。其他實施方案可包括多個空氣開口130。為了確保進入裝置的空氣正在以足夠高的速度下移動以允許在導電紡織物加熱元件周圍的區域中的空氣混合，開口130的總橫截面面積應小于開口230的總橫截面面積。

優選地，將進氣口止回閥120提供用于開啟和關閉每個開口130。當電子煙10沒有在使用時，進氣口止回閥120防止環境空氣進入腔體110，以避免電子液的蒸發和/或氧化。進氣口止回閥120可為來自例如Smart Products,Inc.的可商購產品(http://www.smartproducts.com/check_valves_series_100_cartridge.php)，或另一相當供應商。在優選實施方案中，可使用Series 100Cartridge Check Valve(見于http://www.smartproducts.com/check_valves_series_100_cartridge.php)。在另一實施方案中，可使用附接至主體100的彈性柔軟聚合物瓣狀物(flap)來代替進氣口止回閥120。開啟進氣口止回閥120或彈性柔軟聚合物瓣狀物所必需的開口壓力應減少至最小值(例如：0.5PSI)，以允許用戶不費力地吸入。

當用戶吸入時，他或她在口腔件200中產生負壓區域。開啟進氣口止回閥120或彈性柔軟聚合物瓣狀物所必需的開口壓力應減少至最小值(例如：0.5PSI)，以允許用戶不費力地吸入。用戶的吸入將使得位于裝置的口腔件處的壓力傳感器開關通過施加來自電力元件260的電流而開啟裝置并且啟動加熱元件240，從而氣化一些電子液并產生煙霧劑噴霧。由用戶吸入所產生的負壓將使得閥120和220打開，從而允許外部空氣通過開口130進入腔體110。煙霧劑噴霧然后結合外部空氣并通過口腔件200，以通過開口210進入用戶的肺。

將LED元件140(包括LED燈和LED驅動器)和光通道150設置在主體100的上外表面上，并且將LED元件140和光通道150電連接至電力元件260。根據本發明的另一實施方案，可使用來自Tex as Instruments,Inc.(http://www.ti.com/lsds/ti/power-management/indic ator-rgbw-overview.page)或來自另一類似的供應商的可商購微處理器，所述微處理器具有內置式LED驅動器。

根據本發明的實施方案，LED元件140沿著主體100的上表面經由通道150來傳送光，以便使得光對于用戶是可見的。根據其他實施方案，LED元件140可被結合在主體100的第二縱向端部中，所述第二縱向端部是與主體100的結合口腔件200的第一縱向端部相對。當用戶從電子煙吸入時，可由微處理器控制電路270來啟動LED燈140。根據本領域中已知的方法，LED燈的強度是由微處理器電路并由位于口腔件處的壓力傳感器來控制。在壓力傳感器開關感測到由用戶吸入所引起的較高負壓時，這使得微處理器電路270對LED元件140發送較高占空比(duty cycle)。占空比為電路接通的時間與電路斷開的時間的比率。

LED元件140和光通道150可顯示各種顏色和閃爍序列的光，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，以指示出用戶已吸入的相對于常規香煙的等效尼古丁劑量。例如，光序列可為“綠色”，代表電池電量全滿；“黃色”，代表大約一半電量；以及紅色，當電池需要再充電的情況。可使用類似顏色方案以指示出在裝置中剩余的電子液的量。

圖2示出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結合電容式觸摸傳感器元件190。如圖1所示，可將電容式觸摸傳感器元件190結合到裝置10的主體100中。根據其他實施方案，可將電容式觸摸傳感器元件190結合到裝置10的口腔件200中。

在圖2的步驟400，微處理器控制電路270的硬件和軟件根據本領域中已知的方法來確定電容式傳感器190是活動的還是不活動的。當電容式觸摸傳感器元件190因為用戶正在觸摸裝置10而活動時，開啟加熱元件240，如在步驟420中所示，且由加熱元件240的氣化動作來產生蒸氣，因此允許用戶按需求享用蒸氣。當電容式觸摸傳感器元件190因為用戶沒有正在觸摸裝置10而不活動時，關閉加熱元件240，如在圖2的步驟410中所示。

圖3示出控制根據本發明的加熱元件240的加熱占空比的加熱與溫度控制系統的操作。如在圖3的步驟300中所示，當電容式傳感器190因為用戶正在觸摸裝置10而活動時，啟動加熱元件240并且它的占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氣化溫度。這允許當用戶觸摸裝置時產生煙霧劑，而不需等待用戶的第一次吸入。因此，可立即消耗煙霧劑，而不需用戶在裝置上必須進行一次或多次吹氣來產生煙霧劑的第一劑量，從而更緊密地模擬抽真實香煙或雪茄的體驗。如在步驟310中所示，由本領域中已知的方法通過微處理器控制電路270來控制加熱元件，以便不顯著超過或不顯著降到低于預設最佳氣化溫度，從而確保蒸氣供應并防止過度加熱電子液的有害副產物的產生。根據本發明的實施方案，加熱元件應被控制不超過120℃，以防止甲醛的形成。

如在圖3的步驟320中所示，如果加熱元件240的溫度降到電子液的最佳預設氣化溫度之上或之下，那么由微處理器控制電路270來增加或減少加熱元件240的占空比，以將加熱元件240的溫度維持于電子液的最佳預設氣化溫度下。

上述提到的僅為本發明的示例性實施方案。應注意的是，對于本領域的一般技術人員來說，可進一步完成在本發明精神內的改進與修改，并且這樣的改進與修改應被視作包括于本發明要求保護的范圍中。