具有用于增强气溶胶特性的冷却的水烟装置
技术领域
本公开涉及水烟装置，并且更具体地，涉及在不燃烧基材的情况下加热气溶胶形成基材并且增强所生成的气溶胶的特性的水烟装置。
背景技术
常规的水烟装置用于抽烟并且被配置成使得蒸气和烟雾在被消费者吸入之前经过水池。水烟装置可以包括一个出口或多于一个出口，使得装置一次可被多于一个消费者使用。使用水烟装置被许多人视为休闲活动和社交体验。
在常规的水烟装置中使用的烟草可以与其他成分混合以例如增大所产生蒸气和烟雾的体积、改变口味或这两者。木炭颗粒通常用于在常规的水烟装置中加热烟草，这可以造成烟草或其他成分的完全或部分燃烧。
已提出一些水烟装置，所述水烟装置使用电热源来加热或燃烧烟草以例如避免燃烧木炭产生副产物或以改进加热或燃烧烟草的一致性。然而，用电加热器代替木炭可能会导致气溶胶产生在可见烟雾或气溶胶、总气溶胶质量或可见烟雾或气溶胶和气溶胶质量方面不令人满意。
期望提供一种水烟装置，该水烟装置产生令人满意的量的具有足够低的抽吸阻力的可见气溶胶和总气溶胶质量中的一者或两者。还期望提供一种水烟装置，该水烟装置以不导致燃烧副产物的方式加热基材。
发明内容
本公开的各个方面涉及一种水烟装置，该水烟装置包括沿着空气流动通道设置的冷却元件。该冷却元件可以利用被动冷却、主动冷却或两者。该冷却元件可以包括包含导热材料的导管。冷却可以增强气溶胶的冷凝，以增加可见气溶胶、总气溶胶质量(TAM)或可见气溶胶和TAM。冷却元件可以与沿着空气流动通道设置的加速元件诸如喷嘴一体地形成。冷却和加速气溶胶的组合可以导致可见气溶胶、TAM或可见气溶胶和TAM的大量增加。另外，冷却与加速的组合允许使用喷嘴或其他合适的加速元件，该喷嘴或其他合适的加速元件具有足够大的内径以避免高抽吸阻力(RTD)。加速气溶胶可以导致压降和喷播效应，这可以通过文丘里效应或伯努利效应来解释，并且可以增加TAM。
在本发明的一方面，水烟装置包括器皿，该器皿限定用于容纳一定体积的液体的内部。器皿包括顶部空间出口。水烟装置还包括用于接纳气溶胶形成基材的气溶胶生成元件。气溶胶生成元件经由空气流动通道与器皿的内部流体连通。空气流动通道从气溶胶生成元件延伸到器皿的内部。水烟装置还包括沿着气溶胶生成元件和器皿之间的空气流动通道的冷却元件。冷却元件被配置成冷却空气流动通道中的流动通过冷却元件的气溶胶，并且被配置成提供主动冷却以将热量从空气流动通道传递出去，诸如传递到器皿的外部。水烟装置包括沿着气溶胶生成元件和器皿之间的空气流动通道的加速元件。加速元件被配置成使空气流动通道中的流动通过加速元件的气溶胶加速。
在一个或多个实施方案中，水烟装置还包括沿着空气流动通道加速元件和器皿的腔室。该腔室被配置成在气溶胶已经被冷却和加速之后接纳气溶胶。
在一个或多个实施方案中，冷却元件和加速元件的至少一部分一体地形成喷嘴。
在一个或多个实施方案中，水烟装置限定沿具有45毫米或更小的水位计(mmWG)的空气流动通道的抽吸阻力。
在一个或多个实施方案中，冷却元件至少部分地或全部设置在腔室和气溶胶生成元件之间。
在一个或多个实施方案中，冷却元件被进一步配置成提供被动冷却。例如，冷却元件可以包括包含导热材料的导管和散热器中的一者或两者。
在一个或多个实施方案中，冷却元件包括以下项中的至少一者：热泵、风扇、具有用于液体的与空气流动通道相邻设置的内部容积的冷却容纳器、水冷块(water block)，以及液体泵。应当理解，冷却元件可以包括其多种组合中的任何一种。
在一个或多个实施方案中，导管和加速元件包括热扩散率为10-6m2/s或更大的一种或多种材料。
在一个或多个实施方案中，导管和加速元件包括热扩散率为10-5m2/s或更大的一种或多种材料。
在一个或多个实施方案中，冷却容纳器被配置成使设置在内部容积中的液体蒸发，并且将蒸发的液体转移到器皿的外部。
在一个或多个实施方案中，冷却元件包括：冷却容纳器；以及与冷却容纳器的内部空间流体连通的散热器和水冷块中的至少一者。
在一个或多个实施方案中，冷却元件被配置成预热流入气溶胶生成元件的空气。
在一个或多个实施方案中，腔室包括与加速元件流体连通的主腔室。该主腔室的大小或形状或大小和形状两者可以被设计成当气溶胶离开加速元件并且进入该主腔室时允许主腔室中的气溶胶减速。
在一个或多个实施方案中，腔室包括与加速元件流体连通的主腔室。该主腔室的大小或形状或大小和形状两者可以被设计成当气溶胶离开加速元件并且进入该主腔室时允许减小该主腔室中的气溶胶的压力。
在一个或多个实施方案中，加速元件包括在气溶胶生成元件近侧的第一孔和主腔室中的第二孔。气溶胶通过第一孔流入加速元件，然后从第二孔流出进入主腔室。任选地，第一孔具有大于第二孔的直径。
在一个或多个实施方案中，冷却元件和加速元件被布置成使得流动通过冷却元件和加速元件的气溶胶导致相对于离开不包括冷却元件和加速元件的水烟装置的器皿的顶部空间出口的总气溶胶质量，在使用水烟装置期间离开水烟装置的器皿的顶部空间出口的总气溶胶质量增加。
在一个或多个实施方案中，相对于不包括冷却元件和加速元件的水烟装置，总气溶胶质量的增加是1.5倍或更大。
在一个或多个实施方案中，气溶胶生成元件被配置成加热气溶胶形成基材以引起气溶胶形成而不燃烧气溶胶形成基材。
有利地，本文所述的一种或多种水烟装置可以提供低的抽吸阻力(RTD)，同时仍通过控制冷却元件内部的温度来实现足够的气溶胶产生。冷却元件内部的温度可以是冷却元件的腔室内部的温度。冷却元件内部的温度可以是空气流动通道内部设置冷却元件的位置处的温度。一般来讲，与使用不结合此类气溶胶冷却的装置相比，对冷却元件的腔室或空气流动通道进行冷却可以允许更高的气溶胶产生，而无论是否还使用加速元件或膨胀腔室。当使用加速元件时，对冷却元件的腔体或空气流动通道进行冷却可以允许加速元件(可以是喷嘴)的横截面直径足够大以促进期望的RTD，同时与使用不结合此类气溶胶冷却的装置相比，实现更高的气溶胶产生。一般来讲，较大的直径导致较低的RTD。与具有类似的RTD但不具有冷却元件的类似装置相比，本文所述的一种或多种水烟装置可以产生基本上更多的可见气溶胶，递送基本上更多的TAM，或产生基本上更多的可见气溶胶，并且递送基本上更多的TAM。另外，代替仅排放用于气溶胶冷却的空气，此类空气可以被重新用于其他目的。例如，空气可以用作预热的空气，该预热的空气为在进入气溶胶生成元件之前被加热的空气。这可以提供对基材的更均匀的加热，在使用期间的功率节省，以及较不复杂的制造。此外，装置的使用者可以具有与常规水烟装置(其中气溶胶形成基材利用燃烧(burning/combusting)木炭来加热)相关联的体验的更典型的体验，特别是在气溶胶产生和RTD方面，但是没有燃烧，因此没有木炭的燃烧副产物。更进一步地，如果水烟装置被配置成在不燃烧气溶胶形成基材的情况下充分加热气溶胶形成基材来产生气溶胶，还可以避免气溶胶形成基材的燃烧副产物。对于受益于本公开的本领域技术人员而言，其他优点和益处将变得显而易见。
本文中用到的所有科学和技术术语均具有本领域中常用的含义，另有指出除外。本文中提供的定义是为了便于理解本文中频繁使用的某些术语。
术语“气溶胶形成基材”是指在加热时释放挥发性化合物的装置或基材，这些挥发性化合物可以形成气溶胶以被使用者吸入。合适的气溶胶形成基材可以包含植物基材料。例如，气溶胶形成基材可以包含烟草或含有挥发性烟草香精化合物的含烟草材料，这些挥发性烟草香精化合物在加热时从气溶胶形成基材释放。另外或替代地，气溶胶形成基材可以包含非烟草材料。气溶胶形成基材可以包含均质化植物基材料。气溶胶形成基材可以包含至少一种气溶胶形成剂。气溶胶形成基材可以包含其他添加剂和成分，诸如香料。在一些实施方案中，气溶胶形成基材在室温下包含液体。例如，气溶胶形成基材可以包含液体溶液、悬浮液、分散液等。在一些实施方案中，气溶胶形成基材在室温下包含固体。例如，气溶胶形成基材可以包含烟草或糖。优选地，气溶胶形成基材包含尼古丁。
术语“烟草材料”是指包括烟草的材料或物质，该材料或物质例如包括烟草混合物或带香料的烟草。
如本文中所使用，在讨论气溶胶流量时使用的术语“气溶胶”可以指气溶胶、包含气溶胶或蒸气的空气或气溶胶夹带的空气。例如，在冷却之后或在加速之后，含蒸气的空气可以是含气溶胶的空气的前体。
如本文中所使用，术语“冷却”是指系统中内部能量的减少，这可以通过热传递，但也可以通过系统完成的功来实现。
上文中已经定义了某些常用术语，在本文中将更详细地描述本公开的水烟装置。一般来讲，水烟装置包括沿着空气流动通道设置的冷却元件。不管是否使用加速元件或膨胀腔室，冷却元件可以有助于提供增强的气溶胶特性，诸如更多的TAM。特别地，冷却元件可以降低气溶胶夹带的空气的温度以实质上改善成核过程。在一些实施方案中，与例如不施加冷却时的40℃相比，使用冷却元件可以将在喷嘴的腔体内测量的温度降低至约10℃。
在使用期间，空气流动通道可以通过一些液体与顶部空间出口流体连通。空气流动通道可以开始于气溶胶形成基材的近侧或附近。空气流动通道可以终止于器皿的内部。特别地，在使用水烟装置期间，空气流动通道的端部可以延伸到器皿内部的一定体积的液体中。然而，空气流动通道不必一定要在器皿内部终止。
冷却元件可以与空气加速元件结合使用。空气加速元件可以与冷却元件或腔室中的至少一个一体地形成。腔室可以是用于气溶胶的减速腔室。在一些实施方案中，冷却元件被配置成在由加速元件加速之前或期间冷却气溶胶。
水烟装置可以包括气溶胶生成元件。气溶胶生成元件可以与气溶胶形成基材一起使用以产生气溶胶。特别地，气溶胶生成元件可以加热气溶胶形成基材以生成气溶胶。气溶胶形成基材可以被气溶胶生成元件加热，但不燃烧。气溶胶生成元件可以包括加热元件。加热元件可以包括电加热器。
水烟装置可以包括器皿。该器皿可以限定内部。该器皿可以被配置成包含液体。特别地，器皿的内部可以包含一定体积的液体。
空气可以流动通过气溶胶生成元件，以通过空气流动通道从气溶胶生成元件中抽吸气溶胶。气流的源可以是使用者的吸入或抽吸。作为响应，气溶胶可以被抽吸通过包含在器皿内部的液体。可以通过被拉动穿过液体而改变的气溶胶，可以通过器皿的顶部空间出口离开水烟装置。使用者可以吸入与头部空间出口流体连通的衔嘴。
气溶胶生成元件与器皿的内部流体连通。特别地，空气流动通道可以至少部分地限定从气溶胶生成元件到器皿内部的流体连通。可以沿着空气流动通道设置各种部件，这些部件可以增强流动通过顶部空间出口到使用者的气溶胶的特性。
术语“下游”是指从气溶胶生成元件沿着空气流动通道朝向器皿内部的方向。术语“上游”是指与下游方向相反的方向，或者是从器皿内部沿着空气流动通道朝向气溶胶生成元件的方向。
水烟装置包括冷却元件。该冷却元件可以沿着空气流动通道设置。该冷却元件可以一体地形成空气流动通道的一部分。该冷却元件被配置成冷却空气流动通道中的气溶胶，特别是流动通过冷却元件的空气。该冷却元件可以沿着空气流动通道设置在气溶胶生成元件的下游。特别地，该冷却元件可以被设置在气溶胶生成元件和空气流动通道的端部之间，或者至少在气溶胶生成元件与器皿之间。该冷却元件可以至少部分地或全部设置在腔室的上游。
水烟装置可以包括加速元件。该加速元件可以沿着空气流动通道设置。该加速元件可以一体地形成空气流动通道的一部分。该加速元件可以被配置成使空气流动通道中的气溶胶，特别是流动通过加速元件的空气加速。该加速元件可以沿着空气流动通道设置在气溶胶生成元件的下游。该加速元件可以被设置在气溶胶生成元件和器皿之间。该加速元件还可以被设置在冷却元件的下游。该加速元件可以被设置在冷却元件和器皿之间。该冷却的气溶胶可以被加速元件接纳。
该加速元件可以具有任何合适的形状以提供气溶胶的加速，诸如喷嘴形状。喷嘴可以是锥形的，以促进通过小直径孔的气溶胶或气溶胶夹带的空气的加速。加速元件可以由能够成形为提供加速的任何合适的材料形成，诸如环氧树脂或铝。环氧树脂可以是高温环氧树脂。
冷却元件和加速元件可以是一体式或整体式零件。然而，冷却元件和加速元件也可以是分开的零件。冷却元件可以可操作地联接到加速元件，以允许空气流动通道中的空气流动通过两个元件。冷却元件和加速元件可以一起形成导管。导管可以被描述为喷嘴。
腔室可以沿着空气流动通道设置。腔室可以被配置成使空气减速。响应于使气溶胶夹带的空气减速，可以形成气溶胶。腔室可以被设置在气溶胶生成元件的下游。特别地，腔室可以被设置在气溶胶生成元件和器皿之间，或者更具体地，被设置在加速元件和器皿之间。
腔室可以被设置在冷却元件的下游。腔室还可以被设置在加速元件的下游。加速元件可以至少部分地或全部被设置在腔室内。在一些实施方案中，加速元件形成腔室的入口。加速元件可以与腔室一体地形成。冷却元件可以至少部分地或全部设置在腔室的上游。在一些实施方案中，冷却元件可以与加速元件一体地形成以形成喷嘴，该喷嘴可以至少部分地延伸到腔室中。
形成空气流动通道的水烟装置的一个或多个部件可以具有抽吸阻力(RTD)。RTD可以与使用者通过水烟装置的空气流动通道抽吸气溶胶的难易程度有关。加速元件的RTD可以至少部分地有助于空气流动通道的RTD。例如与腔室和冷却元件相比，加速元件可以限定通过空气流动通道的更限制性的横截面直径。加速元件可以限定空气流动通道的RTD。特别地，RTD可以小于或等于约45毫米水位计(mmWG)，优选地等于或小于约38毫米水位计。
一般来讲，冷却元件可以通过用对流被气溶胶加热并且将热量从空气中传递出去来操作。冷却元件可以利用各种被动或主动技术来完成气溶胶的冷却。
如本文中所使用，术语“被动冷却”是指没有附加功率消耗或电源的冷却。术语“主动冷却”是指使用附加的功率消耗或电源进行冷却。冷却元件可以可操作地联接到电源，诸如电源或电池，以提供主动冷却。冷却(尤其是被动冷却)的有效性可能会受到某些条件的影响，诸如环境温度、温度梯度、热传递能力、湿度，以及通风。
冷却元件包括一个或多个主动冷却元件，并且可以另外包括一个或多个被动冷却元件。
冷却元件的部件可以包括以下项中的至少一者：包括导热材料的导管、散热器、热泵、风扇、具有用于液体的设置在空气流动通道外部的内部容积的冷却容纳器、水冷块，以及液体泵。被动部件可以包括导管、散热器、冷却容纳器和水冷块中的至少一者。主动部件可以包括热泵、风扇和液体泵。每个部件都可以被热耦合到流动通过冷却元件的气溶胶。一个以上的这些部件可以一起使用以进一步增强冷却。
冷却元件的导管可以包括被配置成促进流动通过导管腔体的气溶胶的被动冷却的材料。导管可以包括导热材料，该导热材料可以用于从气溶胶吸收热量。导管可以由气溶胶加热。材料的热扩散率可以等于或大于约10-6m2/s、10-5m2/s、约5×10-5m2/s，或甚至约10-4m2/s。
导热材料的非限制性实例包括铝和铜，铝的热扩散率为9.7×10-5m2/s。
在一些实施方案中，导管的一部分形成加速元件。例如，导管可以是包括冷却元件和加速元件的喷嘴。
空气流动通道外部的流经导管的空气可以从导管吸走热量。该冷却气流可以通过水烟装置的设计来提供。水烟装置可以包括从环境空气源(例如，周围环境)延伸到冷却元件的冷却空气流动通道。在一个实例中，冷却元件可以加热上升的空气，并且引起环境空气流动通过冷却空气流动通道并且经过冷却元件。水烟装置的适当通风设计可以促进该空气流动并且可以提供被动风扇。在另一个实施方案中，冷却气流可以由使用者的抽吸促进。冷却空气流动通道可以被设计成延伸到衔嘴。使用者的抽吸可以促进环境空气流动通过冷却空气流动通道并且流经冷却元件。使用者用于生成冷却气流的相同的抽吸还可以将气溶胶抽吸通过空气流动通道，反之亦然。
由冷却元件加热的空气可以用于将预热的空气提供给气溶胶生成元件，这可以促进气溶胶生成元件的改善的操作。例如，环境空气可以通过冷却空气流动通道与冷却元件流体连通。当冷却气溶胶时，冷却元件可以加热环境空气。加热的空气可以与气溶胶生成元件流体连通。特别地，加热的空气可以被抽吸通过气溶胶生成元件以产生更多的气溶胶，然后可以被吸入空气流动通道中。
通常，加热器从外部到内部将基材的温度升高，这可能需要很长时间，并且可以通过基材产生热梯度。通过使大量的热空气沿基材通过，基材的温度可以更快地升高并且可以使热梯度平坦。
使用导热材料可以不限于冷却元件。例如，加速元件可以由导热材料形成。在一些实施方案中，导管和加速元件两者由导热材料形成。例如，导管和加速元件可以一体地在一起形成。
在一些实施方案中，冷却元件的导管可以由不导热或具有低导热率的材料形成。例如，导管可以由环氧树脂形成。冷却元件的其他部件可以用于提供冷却效果。
可以使用各种类型的散热器。散热器可以由导热材料形成。散热器可以是有条纹状(fringed)散热器。例如，条纹状散热器可以包括多个散热片。一个或多个散热片的表面积至少为225mm2。散热片可以相对较薄。散热片中的一个或多个可以具有至多0.5mm的厚度。空气流动通道外部的冷却气流可以从散热器中吸走热量。散热器可以是热管。该热管可以包括可以经受气化然后冷凝的工作流体。
散热器可以与导管结合使用。特别地，散热器可以通过导管热耦合到气溶胶。散热器可以被设置在导管的外部。例如，散热器可以至少部分地或全部围绕导管的一部分。散热器可以从导管中吸走热量。
可以使用任何合适的热泵。在一个实例中，热泵可以包括可以使用电能来驱动冷却的热电元件。该热电元件可以特别适合与电源一起使用。在一些实施方案中，热电元件是珀耳帖元件。热泵可以具有加热侧和冷却侧，并且被配置成沿远离气溶胶的方向将热量从冷却侧传递到加热侧。空气流动通道外部的冷却气流可以从热泵的加热侧吸走热量。
热泵可以与导管和散热器中的至少一个结合使用。例如，热泵可以被联接到导管、散热器或两者。特别地，热泵的冷却侧可以与散热器相邻设置以冷却环境空气。冷却的空气然后可以使流经过散热器，例如穿过散热片，以提供有效的冷却。
可以使用任何合适的风扇。风扇可以促进冷却气流在空气流动通道外部的移动。风扇可以由电源供电。除了使用使用者的抽吸来生成冷却气流之外，或作为替代，可以使用风扇。
该风扇可以与导管、散热器和热泵中的至少一者结合使用。在一个实例中，风扇可以引导冷却气流经过散热器，例如穿过联接到导管的多个散热片。在另一个实例中，风扇可以被选择性地启动。水烟装置可以包括温度传感器和控制器。该温度传感器可以热耦合到热泵的加热侧。可以响应于所感测的温度超过温度阈值而启动风扇。风扇的选择性启动可以提供改善的温度。例如，选择性启动可以仅在需要时帮助改善冷却(例如，以节省功率)，或者可以帮助防止气溶胶生成元件过热(例如，防止气溶胶形成基材燃烧)。
可以使用各种类型的冷却容纳器。冷却容纳器的内部容积可以被配置成包含液体。液体可以与空气流动通道相邻设置。特别地，冷却容纳器中的液体可以不被设置在从气溶胶生成元件到顶部空间出口的气溶胶路径中。冷却容纳器的内部容积可以不与器皿的内部流体连通。然而，在一个或多个实施方案中，内部容积可以与器皿的内部流体连通。
冷却容纳器的内部容积可以大于或等于约250ml。冷却容纳器中使用的液体的非限制性实例包括水和乙二醇。
使用者可以将液体手动地设置在内部容积中。还可以使用其他技术来填充内部容积，诸如使用液体泵或通过毛细管作用，使用来自另一个源诸如器皿的液体。使用此类技术可以简化水烟装置的操作。使用者可能只需要填充器皿，该器皿也将向冷却容纳器提供液体。毛细管作用可以允许填充而无需附加的功率消耗。
一般来讲，当气溶胶加热液体时，冷却容纳器可以是气溶胶。然后，冷却容纳器可以以各种方式将热量从液体传递出去。
一种类型的冷却容纳器可以包括一个或多个端口，以允许液体流入或流出内部容积。冷的液体可以从外部源循环到内部容积中。加热的液体可以被循环到内部容积之外。
另一种类型的冷却容纳器可以包括围绕内部容积的导热壁。导热壁可以由导热材料形成。空气流动通道外部的冷却气流可以从导热壁吸走热量。
另一种类型的冷却容纳器可以是至少部分多孔的。冷却容纳器可以包括允许液体通过壁蒸发的多孔壁。多孔材料的非限制性实例包括多孔粘土和泡沫二氧化硅。
另一种类型的冷却容纳器可以被描述为“罐中罐”冷却容纳器，该冷却容纳器也允许液体蒸发。该罐中罐冷却容纳器可以包括内壁和外壁。外壁可以限定用于容纳液体的内部容积和允许蒸气逸出的开口。内壁可以是多孔的，由多孔材料形成，并且可以被设置在外壁的内部。多孔的第一壁可以允许液体蒸发通过内壁的表面，该液体的蒸发可以作为蒸气通过由外壁限定的开口逸出冷却容纳器。
罐中罐冷却容纳器的有效性可以取决于周围环境的温度和湿度。在一些温度高且湿度低的环境中，罐中罐冷却容纳器可以将液体冷却至4.5℃。
冷却容纳器可以与导管、散热器、热泵和风扇中的至少一者结合使用。在一个实例中，液体可以围绕导管的一部分。特别地，液体可以完全围绕导管的一部分。在一些实施方案中，与不具有冷却元件的装置相比，至少冷却容纳器和热泵的组合可以提供高达约60℃的温度下降。热泵的冷却侧可以被联接到冷却容纳器或与冷却容纳器接触。散热器可以至少部分地设置在冷却容纳器的内部容积中，与冷却容纳器中的液体流体连通。散热器可以被联接到热泵的冷却侧或与之接触。
可以使用被配置成冷却流动通过水冷块的液体的任何类型的水冷块。水冷块可以与任何合适的液体诸如水一起使用。水冷块可以由导热材料形成，该导热材料具有形成在其中的用于使液体流动通过的至少一个内腔。来自气溶胶的热量可以加热液体，然后由导热材料从液体中传递出去。空气流动通道外部的冷却气流可以从水冷块中吸走热量。
水冷块可以与导管、散热器、热泵、风扇和冷却容纳器中的至少一者结合使用。在一个实例中，冷却容纳器可以包括与水冷块的至少一个内腔流体连通的一个或多个端口。包含在冷却容纳器中的液体可以被气溶胶例如通过导管加热。可以响应于加热的液体流动通过水冷块而对其进行冷却。液体可以在回路中连接以允许冷却的液体返回到冷却容纳器。在一些实施方案中，热泵的冷却侧可以被联接到水冷块或与水冷块接触，以进一步增强加热的液体的冷却。风扇还可以被定位成促进气流经过热泵的加热侧。
液体泵可以是任何合适的类型。在一个实例中，液体泵可以使用电能来移动或循环液体。在另一个实例中，在抽吸时，液体泵可以使用使用者的吸入或由使用者的吸入支持。在这种情况下，可以使用液体泵的特性来调节RTD。液体泵可能无法自行提供冷却。当与其他部件一起使用时，可以将液体泵视为促进冷却的主动装置。该泵可以与导管、散热器、热泵、风扇、冷却容纳器和水冷块中的至少一者结合使用。在一个实例中，液体泵可以用于使液体流动通过水冷块和储存器。特别地，泵可以使加热的液体从储存器流动到水冷块以进行冷却。
在一些实施方案中，至少液体泵和冷却容纳器的组合可以提供比使用没有液体泵的冷却容纳器更好的冷却。液体泵可以减少液体在被冷却之前与导管接触的时间。较高的泵送流量可以为相同量的液体提供更多的冷却。因此，内部容积可以小于没有液体泵的冷却容纳器的内部容积。这可以允许水烟装置的大小与传统水烟装置的大小更为相当。
水烟装置可以包括具有空气加速入口的腔室。该腔室可以在气溶胶生成元件和器皿之间在水烟装置的空气流动路径中。从气溶胶生成元件或从气溶胶生成元件近侧的区行进到器皿的气溶胶可以经过腔室。该腔室可以包括入口，该入口在气溶胶进入腔室时使其加速。相对于不包括具有空气加速入口的腔室的装置，离开入口的气溶胶可以减速，这可以改善气溶胶成核过程并且导致可见气溶胶的增加。可见气溶胶的量可以在单元的主腔室、器皿的顶部空间或主腔室和器皿两者中增加。另外或替代地，相对于不包括具有空气加速入口的腔室的装置，可以增加由水烟装置递送的总气溶胶质量。例如，总气溶胶质量可以增加约1.5倍或更大或约2倍或更大，诸如约3倍。
加速元件可以包括或形成为腔室的入口。本文中对入口的描述可以适用于至少部分地由加速元件形成的喷嘴。在一些实施方案中，由冷却元件和加速元件形成的喷嘴也用作入口。
空气流动路径可以包括空气流动通道。该空气流动路径可以至少例如从空气入口通道延伸到顶部空间出口。
腔室可以具有与入口流体连通的主腔室。主腔室的大小和形状设计成当气溶胶离开入口并进入主腔室时允许主腔室中的气溶胶减速。主腔室可以具有允许气溶胶减速的任何合适的大小和形状。优选地，主腔室是基本上圆柱形的，但是可以具有任何其他合适的形状。
主腔室可以具有任何合适的直径。为了本公开的目的，除非另有说明，否则“直径”是从对象的第一端部到对象的与第一端部相对的第二端部的最大横向距离。举例来讲，“直径”可以是具有圆形横截面的对象的直径，或者可以是具有矩形横截面的对象的宽度。在一些实例中，主腔室具有至少约10mm的直径。例如，主腔室的直径可以为约10mm至约50mm，诸如约30mm。
主腔室可以具有任何合适的长度。在一些实例中，主腔室具有至少约10mm的长度。例如，主腔室的长度可以为约10mm至约100mm，诸如约40mm。
优选地，入口伸入到主腔室中。例如，入口的第一端可以形成在腔室的壳体的外表面处，并且入口的第二端可以延伸到主腔室中。
可以使用加速携带气溶胶的空气的任何合适的入口。合适的入口可包括限定收缩的空气流动横截面的引导件，该引导件将迫使空气基本沿轴向方向加速。在一些实例中，入口具有靠近气溶胶生成元件的第一孔和靠近主腔室的第二孔。来自气溶胶生成元件的气溶胶通过第一孔流入入口，并且从第二孔流出进入主腔室。第一孔具有大于第二孔的直径。
第一孔可以具有任何合适的尺寸。例如，入口的第一孔可以具有在约1mm至约10mm范围内的直径，诸如在约2mm至约9mm的范围内，或者为约7mm。
入口的第二孔可以具有任何合适的尺寸。例如，第二孔可以具有在约0.5mm至约4mm范围内的直径，诸如在约0.5mm至约2mm的范围内，或者为约1mm。
入口可以具有任何合适的长度。例如，入口的从第一孔到第二孔的长度可以为约1mm至约30mm，诸如约1mm至约20mm或者约5mm至约30mm，诸如约20mm。
优选地，入口具有截头圆锥形的形状。例如，入口可以是喷嘴的形式。具有截头圆锥形形状的入口可以允许在气溶胶被抽吸通过该入口时有效地加速该气溶胶。
腔室可以具有任何合适数量的空气加速入口。例如，腔室可以具有一个或多个空气加速入口。在一些实例中，腔室可以包括2、3、4或5个或更多个空气加速入口。
腔室可以包括一个或多个部分。例如，主腔室和所述一个或多个入口可以由相同部分或由不同部分形成。优选地，主腔室由允许使用者观察腔室内的气溶胶的材料形成。例如，主腔室可以由光学透明或光学不透明的材料形成。
腔室可以被定位在气溶胶生成元件和被配置成包含液体的器皿之间的空气流动路径中。导管可以将腔室连接至气溶胶生成元件的出口。替代地，腔室的入口可以是气溶胶生成元件的出口。
水烟装置可以包括从腔室延伸到器皿中的导管。优选地，主导管延伸到器皿中位于器皿的液体液位以下。在一些实例中，腔室的主腔室流体连接至导管。在其他实例中，延伸到器皿中的主导管形成腔室的主腔室。
本发明的水烟装置可以具有任何合适的气溶胶生成元件，用于加热气溶胶形成基材以产生气溶胶。优选地，气溶胶形成基材由电加热元件加热。气溶胶生成元件包含用于包含要由加热元件加热的气溶胶形成基材的容纳器。优选地，当由加热元件加热时，气溶胶形成基材位于筒中，并且因此气溶胶生成元件包括被配置成接纳筒的筒容纳器。替代地，可以将不位于筒中的气溶胶形成基材放置在容纳器中。
气溶胶生成元件包括空气入口和气溶胶出口。当使用者在水烟装置上抽吸时，环境空气可以进入空气入口，经过或穿过气溶胶形成基材，并且离开气溶胶出口以进入腔室的入口。在一些实例中，气溶胶生成元件的气溶胶出口是腔室的入口或形成腔室的入口的至少一部分。
优选地，气溶胶生成元件的加热元件限定容纳器的用于保持气溶胶形成基材或筒的至少一个表面。更优选地，该加热元件限定容纳器的至少两个表面。例如，加热元件可形成顶表面、侧表面和底表面中的两者或更多者的至少一部分。优选地，加热元件限定顶表面的至少一部分和侧表面的至少一部分。更优选地，加热元件形成容纳器的整个顶表面和整个侧壁表面。加热元件可设置在容纳器的内表面或外表面上。
可以采用任何合适的加热元件。例如，加热元件可以包括电阻式加热部件和感应式加热部件中的一者或两者。优选地，加热元件具有电阻式加热部件。例如，加热元件可以具有一根或多根电阻丝或其他电阻元件。电阻丝可与导热材料接触以将产生的热量分布在更宽的区域上。合适的导热材料的实例包括铝、铜、锌、镍、银及其组合。出于本公开的目的，如果电阻丝与导热材料接触，则电阻丝和导热材料两者均为加热元件的一部分，该加热元件形成筒容纳器的表面的至少一部分。
在一些实例中，加热元件包括感应式加热元件。例如，加热元件可以具有形成筒容纳器的表面的感受器材料。
如本文中所使用，术语“感受器”是指能够将电磁能量转换成热量的材料。当位于交变电磁场中时，通常感生涡电流并且可能在感受器中发生磁滞损耗，从而引起感受器的加热。在感受器定位成与气溶胶形成基材处于热接触或紧密热邻近时，基材由感受器加热，使得形成气溶胶。优选地，感受器至少部分地以与气溶胶形成基材直接物理接触的形式进行布置。
感受器可以由能够经电感加热到足以从气溶胶形成基材生成气溶胶的温度的任何材料形成。优选地，基材包括金属或碳。优选的感受器可以包括铁磁性材料，例如铁磁体铁、铁磁性合金诸如铁磁性钢或不锈钢，以及铁氧体。合适的感受器可以是铝或包括铝。
优选的感受器是金属感受器，例如不锈钢。然而，感受器材料还可以包括以下各项或由以下各项制成：石墨；钼；碳化硅；铝；铌；因康镍合金(基于奥氏体镍-铬的超合金)；金属化膜；陶瓷诸如氧化锆；过渡金属诸如Fe、Co、Ni或类金属组分诸如B、C、Si、P、Al。
感受器优选地包括大于5％、优选地大于20％、优选地大于50％或90％的铁磁性或顺磁性材料。优选的感受器可以被加热到超过250摄氏度的温度。合适的感受器可以具有非金属芯体，该非金属芯体具有设置在非金属芯体上的金属层，例如形成于陶瓷芯体的表面上的金属迹线。
在根据本发明的系统中，容纳器的至少一个表面或包含用于放置在容纳器中的气溶胶形成基材的筒的至少一个表面可以包括感受器材料。优选地，容纳器的至少两个表面包括感受器材料。例如，容纳器的基部和至少一个侧壁可以包括感受器材料。有利地，筒容纳器的外表面的至少一部分由感受器材料制成。然而，筒容纳器的内侧的至少一部分也可用感受器材料涂布或加衬。优选地，内衬附接或固定到壳以便形成壳的整体部分。
另外或替代地，该筒可以具有感受器材料。
水烟装置还可以包括一个或多个感应线圈，该一个或多个感应线圈被配置成在感受器材料中感应出导致感受器材料加热的涡电流和/或滞后损耗。感受器材料还可以被定位在包含气溶胶形成基材的筒中。包括感受器材料的感受器元件可以具有任何合适的材料，诸如在例如PCT公布的专利申请WO 2014/102092和WO 2015/177255中描述的那些。
水烟装置可以包括可操作地联接到电阻式加热元件或感应线圈的控制电子器件。控制电子器件被配置成控制加热元件的加热。
控制电子器件可以任何合适的形式提供，并且可以例如包含控制器或存储器和控制器。控制电子器件可以包括存储器，该存储器包含使一个或多个部件实施控制电子器件的功能或方面的指令。可归因于本公开中的控制电子设备的功能可以被体现为软件、固件和硬件中的一个或多个。
特别地，本文所述的部件(诸如控制器)中的一个或多个可以包括处理器，诸如中央处理单元(CPU)、计算机、逻辑阵列或能够将数据导入或导出到控制电子器件之外的其他装置。控制器可以包括一个或多个具有存储器、处理和通信硬件的计算设备。控制器可以包括用于将控制器的各种部件联接在一起或与可操作地联接到控制器的其他部件联接的电路。控制器的功能可以由硬件执行，和/或可以作为非瞬时性计算机可读存储介质上的计算机指令来执行。
控制器的处理器可以包括微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)和/或等效分立或集成逻辑电路系统中的任何一种或多种。在一些实例中，处理器可以包括多个部件，例如一个或多个微处理器，一个或多个控制器，一个或多个DSP，一个或多个ASIC，和/或一个或多个FPGA，以及其他分立或集成逻辑电路系统的任意组合。本文中归因于控制器或处理器的功能可以体现为软件、固件、硬件或其任何组合。虽然在本文中被描述为基于处理器的系统，但是替代控制器可以单独或与基于微处理器的系统结合使用其他部件(例如继电器和计时器)来实现所需的结果。
在一个或多个实施方案中，示例性系统、方法和接口可以通过使用可以包括一个或多个处理器和/或存储器的计算设备，使用一个或多个计算机程序来实现。本文描述的程序代码和/或逻辑可以应用于输入数据/信息以执行本文描述的功能并生成期望的输出数据/信息。可以将输出数据/信息作为输入应用到一个或多个其他装置和/或方法，如本文所述或将以已知方式应用。鉴于以上内容，将显而易见的是，可以以本领域技术人员已知的任何方式来实现本文所述的控制器功能。
在一些实施方案中，控制电子器件可以包括微处理器，该微处理器可以是可编程微处理器。电子电路可被配置成调节电力供应。电力可以电流脉冲的形式供应给加热器元件或感应线圈。
如果加热元件是电阻式加热元件，则控制电子器件可被配置成监测加热元件的电阻，并且根据加热元件的电阻控制对加热元件的电力供应。以这种方式，控制电子器件可调节电阻元件的温度。
如果加热部件包括感应线圈并且加热元件包括感受器材料，则控制电子器件可以被配置成监测感应线圈的方面，并且根据线圈的方面控制对感应线圈的电力供应，诸如在例如WO 2015/177255中描述的。以这种方式，控制电子器件可调节感受器材料的温度。
水烟装置可以具有温度传感器，诸如热电偶。温度传感器可以可操作地联接到控制电子器件以控制加热元件的温度。温度传感器可被定位在任何合适的位置。例如，温度传感器可以被配置成插入接纳在容纳器内的气溶胶生成基材或筒中，以监测正在被加热的气溶胶形成基材的温度。另外或替代地，温度传感器可以与加热元件接触。另外或替代地，温度传感器可以被定位成检测水烟装置的气溶胶出口，诸如气溶胶生成元件的气溶胶出口处的温度。另外或替代地，温度传感器可以与冷却元件诸如热泵的加热侧接触。传感器可将与感测到的温度有关的信号传输到控制电子器件，该控制电子器件可调节加热元件的加热以在传感器处实现合适的温度。
可以使用任何合适的热电偶，诸如K型热电偶。可以将热电偶放在温度最低的筒中。例如，热电偶可以被放置在筒的中心或中间。在一些水烟装置中，例如通过将热电偶放置在基材容纳器和加热元件(诸如木炭)之间，然后将基材放置在顶部，可以将热电偶放置在气溶胶形成基材(诸如糖蜜)下方。
无论水烟装置是否包括温度传感器，该装置均优选地被配置成将接纳在容纳器中的气溶胶形成基材加热到足以生成气溶胶而不会使气溶胶形成基材燃烧的程度。
控制电子器件可以可操作地联接到电源。水烟装置可以包括任何合适的电源。例如，水烟装置的电源可以是电池或电池组(诸如蓄电池组)。在一些实例中，电池的一个或一个以上的部件，诸如阴极元件和阳极元件，或者甚至整个电池，可以适于匹配将其设置在其中的水烟装置的一部分的几何形状。在一些情况下，电池或电池部件可以通过滚动或组装来适配为匹配几何形状。供电单元的电池可为可充电的，且其可为可移除和可更换的。可使用任何合适的电池。例如，市场上存在重载型或标准电池，例如用于工业重载电动工具的电池。替代地，供电单元可以是任何类型的电源，包括超级(super/hyper)电容器。替代地，装置可以连接至外部电源而被供电，并且出于此类目的进行电和电子设计。无论所采用的电源类型如何，在装置被再充电或需要连接至外部电源之前，电源优选地提供足够的能量来使装置正常起作用，以供装置进行约70分钟的连续操作。
水烟装置包括与用于包含气溶胶形成基材的容纳器流体连接的空气入口通道。在使用水烟装置时，环境空气流动通过空气入口通道到达容纳器和设置在容纳器中的基材，以将由气溶胶形成基材生成的气溶胶运送到气溶胶出口。优选地，空气入口通道的至少一部分由加热元件形成，以在空气进入容纳器之前将其预热。优选地，加热元件的形成容纳器表面的部分形成空气入口通道的一部分。优选地，空气入口通道由容纳器的顶表面和容纳器的由加热元件形成的侧壁中的一者或两者形成。优选地，空气入口通道由容纳器的顶表面和容纳器的由加热元件形成的侧壁两者形成。
优选地，加热元件可以包括被配置成预热空气的冷却元件的一部分或由其形成。
空气入口通道的任何合适的部分可由加热元件形成。优选地，空气入口通道的长度的约50％或更多由加热元件形成。在许多实例中，加热元件将形成空气入口通道的长度的95％或更小。
流动通过空气入口通道的空气可以由加热元件加热任何合适的量。在一些实例中，当加热的空气流动通过气溶胶形成基材或包含气溶胶形成基材的筒时，空气将被充分加热以引起气溶胶的形成。在一些实例中，空气本身没有充分受热以引起气溶胶的形成，而是促进加热元件对基材的加热。优选地，当根据本发明对空气进行预热时，相对于不对空气进行预热的设计，供应给加热元件以加热基材并且引起气溶胶形成的能量的量减少5％或更多，诸如10％或更多、或15％或更多。通常，能量节省将小于75％。
优选地通过预热的空气和来自加热元件的加热的组合将基材加热至约150℃至约250℃、更优选地约180℃至约230℃、或约200℃至约230℃范围内的温度。
优选地，空气流动路径的至少一部分在加热元件和隔热罩之间形成。优选地，由空气入口通道形成的空气入口通道的基本上整个部分也由隔热罩形成。隔热罩和加热元件可以形成空气入口通道的相对表面，使得空气在隔热罩与加热元件之间流动。优选地，隔热罩被定位在由容纳器形成的内部的外部。
可以采用任何合适的隔热罩材料。优选地，隔热罩材料具有热反射表面。热反射表面可背衬有绝缘材料。在一些实例中，热反射材料包括铝金属化膜或其他合适的热反射材料。在一些实例中，绝缘材料包括陶瓷材料。在一些实例中，隔热罩包括铝金属化膜和陶瓷材料背衬。
空气入口通道可以包括穿过容纳器的一个或多个孔，使得环境空气从水烟装置外部可以流动通过空气入口通道并且通过孔进入容纳器。如果空气入口通道包括一个以上的孔，则该空气入口通道可以包括歧管以将流动通过空气入口通道的空气引导至每个孔。优选地，水烟装置包括两个或更多个空气入口通道。
容纳器可以包括与一个或多个空气入口通道连通的任何合适数量的孔。例如，容纳器可以包括1至1000个孔，诸如10至500个孔。孔可具有均匀的大小或不均匀的大小。孔可均匀分布或不均匀分布。孔可形成在筒容纳器中的任何合适位置处。例如，孔可形成在容纳器的顶部或侧壁中的一者或两者中。优选地，孔形成在容纳器的顶部中。
容纳器的形状和大小优选地被设计成当基材或筒被容纳器接纳时允许容纳器的一个或多个壁或顶板与气溶胶形成基材或包含气溶胶形成基材的筒之间的接触，以促进形成容纳器表面的加热元件对气溶胶形成基材的传导加热。在一些实例中，可以在包含气溶胶形成基材的筒的至少一部分与容纳器的表面之间形成气隙，此处该气隙用作空气入口通道的一部分。
优选地，容纳器的内部和包含气溶胶形成基材的筒的外部具有类似的大小和尺寸。优选地，容纳器的内部和筒的外部的高度与基部宽度(或直径)之比大于约1.5比1。此类比例可以通过允许来自加热元件的热量渗透到筒的中间而允许在使用期间筒内的气溶胶形成基材更有效的消耗。例如，容纳器和筒的底部直径(或宽度)可为高度的约1.5倍至约5倍、或高度的约1.5倍至约4倍、或高度的约1.5倍至约3倍。类似地，容纳器和筒的高度可为底部直径(或宽度)的约1.5倍至约5倍、或底部直径(或宽度)的约1.5倍至约4倍、或底部直径(或宽度)的约1.5倍至约3倍。优选地，容纳器和筒的高度与底部直径比或底部直径与高度比为约1.5比1至约2.5比1。
在一些实例中，容纳器的内部和筒的外部具有在约15mm至约25mm范围内的高度和在约40mm至约60mm范围内的底部直径。
容纳器可由一个或多个部分形成。优选地，容纳器由两个或更多个部分形成。优选地，容纳器的至少一个部分可相对于另一部分移动，以允许进入容纳器的内部以将筒插入到容纳器中。例如，一个部分可以可移除地附接到另一个部分，以允许在这些部分被分开时插入气溶胶形成基材或包含气溶胶形成基材的筒。这些部分可以任何合适的方式附接，诸如通过螺纹接合、过盈配合、卡扣配合等。在一些实例中，这些部分经由铰链彼此附接。当这些部分经由铰链附接时，这些部分还可包括锁定机构以在容纳器处于关闭位置时将这些部分相对于彼此固定。在一些实例中，容纳器包括抽屉，该抽屉可以滑动打开以允许将气溶胶形成基材或筒放置到抽屉中并且可以滑动闭合以允许使用水烟装置。
任何合适的气溶胶形成筒可以与如本文所述的水烟装置一起使用。优选地，筒包括导热壳体。例如，壳体可由铝、铜、锌、镍、银及其组合形成。优选地，壳体由铝形成。在一些实例中，筒由导热性比铝低的一种或多种材料形成。例如，壳体可由任何合适的热稳定聚合材料形成。如果材料足够薄，则尽管壳体由不是特别导热的材料形成，但仍然可通过壳体传递足够的热量。
筒可以包括形成在壳体的顶部和底部中的一个或多个孔，以在使用时允许空气流动通过筒。如果容纳器的顶部包括一个或多个孔，则筒顶部中的至少一些孔可与容纳器顶部中的孔对准。筒可以包括对准特征结构，该对准特征结构被配置成与容纳器的互补对准特征结构匹配，以在将筒插入到容纳器中时将筒的孔与容纳器的孔对准。在储存期间，筒壳体中的孔可以被覆盖以防止储存在筒中的气溶胶形成基材从筒中溢出。另外或替代地，壳体中的孔的尺寸可以足够小以防止或抑制气溶胶形成基材离开筒。如果孔被覆盖，则消费者可在将筒插入容纳器之前移除盖。在一些实例中，容纳器被配置成刺穿筒以在筒中形成孔。优选地，容纳器被配置成刺穿筒的顶部。
筒可以是任何合适的形状。优选地，筒具有截头圆锥形或圆柱形的形状。
可以将任何合适的气溶胶形成基材放置在筒中以与本发明的水烟装置一起使用，或者可以放置在气溶胶生成单元的容纳器中。气溶胶形成基材优选的是能够释放可以形成气溶胶的挥发性化合物的基材。可以通过加热气溶胶形成基材来释放挥发性化合物。气溶胶形成基材可以是固体或液体，或包括固体和液体组分。优选地，气溶胶形成基材是固体。
气溶胶形成基材可以包括尼古丁。含尼古丁的气溶胶形成基材可以包括尼古丁盐基质。气溶胶形成基材可以包括植物基材料。气溶胶形成基材可以包括烟草，并且优选地，含烟草材料包含挥发性烟草香味化合物，该挥发性烟草香味化合物在被加热时从气溶胶形成基材释放。
气溶胶形成基材可以包括均质化的烟草材料。均质烟草材料可以通过凝结颗粒烟草形成。当存在时，均质化烟草材料可具有以干重计等于或大于5％并且优选地以干重计大于30重量％的气溶胶形成剂含量。以干重计，气溶胶形成剂含量可小于约95％。
替代地或另外，气溶胶形成基材可以包括不含烟草的材料。气溶胶形成基材可以包含均质化植物基材料。
气溶胶形成基材可以包括例如以下项中的一种或多种：粉末、细粒、球粒、碎片、细条、条带或片材，该条带或片材包含以下项中的一种或多种：草本植物叶、烟草叶、烟草叶脉片段、复原烟草、均质化烟草、挤出烟草，以及膨胀烟草。
气溶胶形成基材可以包括至少一种气溶胶形成剂。气溶胶形成剂可以为任何合适的已知化合物或化合物的混合物，在使用中，所述化合物或化合物的混合物有利于致密和稳定气溶胶的形成，并且对在气溶胶生成元件的操作温度下的热降解有基本抵抗力。合适的气溶胶形成剂是本领域众所周知的，并且包括但不限于：多元醇，例如三甘醇，1,3-丁二醇和甘油；多元醇的酯，例如甘油单、二或三乙酸酯；和一元、二元或多元羧酸的脂肪酸酯，例如二甲基十二烷二酸酯和二甲基十四烷二酸酯。特别优选的气溶胶形成剂是多元醇或其混合物，例如三甘醇，1,3-丁二醇和最优选的甘油。气溶胶形成基材可以包括其他添加剂和成分，诸如香料。气溶胶形成基材优选包含尼古丁和至少一种气溶胶形成剂。在一个特别优选的实施方案中，气溶胶形成剂是甘油。
固体气溶胶形成基材可提供于热稳定载体上或嵌入其中。载体可以包括薄层，在该薄层上固体基材沉积于第一主表面、第二主外表面或第一主表面和第二主表面两者。载体可以由例如纸或纸样材料、非织造碳纤维垫、低质量开网金属丝网(low mass open meshmetallic screen)或穿孔金属箔或任何其他热稳定聚合物基质形成。替代地，载体可呈粉末、细粒、球粒、碎片、细条、条带或片材形式。载体可以是其中已并有烟草组分的非织造织物或纤维束。非织造织物或纤维束可以包括例如碳纤维、天然纤维素纤维或纤维素衍生型纤维。
在一些实例中，气溶胶形成基材呈悬浮液的形式。例如，气溶胶形成基材可以呈浓稠的糖蜜状悬浮液的形式。
进入筒的空气流过气溶胶形成基材、夹带气溶胶并且经由气溶胶出口离开筒和容纳器。携带气溶胶的空气从气溶胶出口进入器皿。
水烟装置可以包括任何合适的器皿，该器皿限定被配置成包含液体的内部容积并且限定液体液位上方的顶部空间中的出口。器皿可以包括光学透明或光学不透明壳体，以允许消费者观察器皿中包含的内容物。器皿可以包括液体填充界限，诸如液体填充线。器皿壳体可由任何合适的材料形成。例如，器皿壳体可以包括玻璃或合适的刚性塑料材料。优选地，器皿可以从水烟装置的具有气溶胶生成元件的部分移除，以允许消费者填充或清洁器皿。
消费者可将器皿填充至液体液位。液体优选地包括水，水可以任选地与一种或多种着色剂、香料或着色剂和香料一起注入。例如，水可与植物冲剂或草本冲剂中的一种或两种一起注入。
夹带在离开腔室的空气中的气溶胶可以行进穿过定位在器皿中的主导管。该主导管可以具有低于器皿的液体液位的开口，使得流动通过器皿的气溶胶流动通过主导管的开口，然后穿过液体进入器皿的顶部空间并且离开顶部空间出口以被递送至消费者。
顶部空间出口可联接到软管，该软管包括用于将气溶胶递送至消费者的衔嘴。该衔嘴可以包括可以由使用者启动的开关或可操作地联接到水烟装置的控制电子器件的抽吸传感器。优选地，开关或抽吸传感器无线地联接到控制电子器件。开关或抽吸传感器的启动可使得控制电子器件启动加热元件，而不是不断地向加热元件供应能量。因此，相对于不采用此类元件来提供按需加热而不是恒定加热的装置，使用开关或抽吸传感器可起到节省能量的作用。
出于实例的目的，在下文按时间顺序提供一种使用如本文中所描述的水烟装置的方法。可将器皿与水烟装置的其他部件分离，并用水填充。可以将天然水果果汁、植物性药材和草本冲剂中的一种或多种添加到水中以用于调味。所添加的液体量应覆盖主导管的一部分但不应超过可任选地存在于器皿上的液位标记。接着将器皿再组装到水烟装置。气溶胶生成元件的一部分可以被移除或打开，以允许气溶胶形成基材或筒被插入到容纳器中。然后再组装或闭合气溶胶生成元件。然后可接通装置。使用者可以从衔嘴抽吸，直到产生期望体积的气溶胶以填充具有空气加速入口的腔室。使用者可视需要抽吸衔嘴。使用者可继续使用所述装置直到腔室中不可见较多气溶胶。优选地，当筒或基材中的可用气溶胶形成基材被耗尽时，该装置将自动关闭。替代地或另外，在例如从装置接收到耗材被耗尽或几乎被耗尽的提示之后，消费者可以用新鲜的气溶胶形成基材或新鲜的筒再填充装置。如果用新鲜基材或新鲜筒再填充，那么可继续使用装置。优选地，使用者可在任何时间通过例如切断装置来关断水烟装置。
在一些实例中，使用者可通过在例如衔嘴上使用启动元件来启动一个或多个加热元件。启动元件可例如与控制电子器件无线通信且可向控制电子器件发信号以将加热元件从待用模式启动至完全加热模式。优选地，仅在使用者抽吸衔嘴时才启用此类手动启动，以防止筒中的气溶胶形成基材过热或不必要的加热。
在一些实例中，衔嘴包括与控制电子器件无线通信的抽吸传感器，并且消费者在衔嘴上的抽吸引起加热元件从待用模式启动成充分加热。
本发明的水烟装置可具有任何合适的空气管理。在一个实例中，使用者的抽吸动作将产生吸入效应，从而引起装置内部的低压，这将导致外部空气流动通过装置的空气入口、进入空气入口通道并且进入气溶胶生成元件的容纳器中。空气然后可以流动通过气溶胶形成基材或在容纳器中包含基材的筒，以将气溶胶携带通过容纳器的气溶胶出口。然后，气溶胶可以流入腔室的空气加速入口的第一孔中(除非气溶胶生成元件的出口也用作腔室的空气加速入口)。当空气流动通过腔室的入口时，空气被加速。加速的空气通过第二孔离开入口进入腔室的主腔室，在主腔室中空气被减速。主腔室中的减速可以改善成核，从而导致腔室内增强的可见气溶胶。然后，雾化的空气可以离开腔室并且流动通过主导管(除非主导管是腔室的主腔室)至器皿内部的液体。然后，气溶胶将涌出液体并进入器皿中的液体水位上方的顶部空间，从顶部空间出口流出并通过软管和衔嘴递送至消费者。水烟装置内部的外部空气的流动和气溶胶的流动可由使用者的抽吸动作来驱动。
优选地，本发明的水烟装置的所有主要部分的组装确保装置起密闭式作用。密闭式功能应确保进行恰当的气流管理。可以任何合适方式实现密闭式作用。例如，可能使用密封件诸如密封环和垫圈来确保密闭式密封。
密封环和密封垫圈或其他密封元件可由一种或多种任何合适的材料制成。例如，密封件可以包括石墨烯化合物和硅化合物中的一种或多种。优选地，所述材料被美国食品和药物管理局批准用于人类。
主要部分，诸如腔室、腔室的主导管、容纳器的盖壳体以及器皿，可以由任何合适的一种或多种材料制成。例如，这些部分可以各自由玻璃、玻璃基化合物、聚砜(PSU)、聚醚砜(PES)或聚苯砜(PPSU)制成。优选地，所述部分由适用于标准洗碗机的材料形成。
在一些实例中，本发明的衔嘴并有快速连接凸出(male)/凹入(female)特征，以连接到软管单元。
总体而言，电子水烟装置可以如下操作。填充有气溶胶形成基材的筒可以被电加热。加热元件的与筒接触的内表面可以用于加热气溶胶生成物质。加热元件可以被配置成使得所提供的温度足以生成气溶胶而不燃烧(burning/combusting)气溶胶形成基材。使用者可以从电动水烟中抽吸空气，空气可以经由空气入口通道进入，经过冷却元件，沿筒行进，然后朝向筒的底部，再到达容纳器的底部。所生成的气溶胶可以在经过加速元件时被加速。在加速之前或在加速期间，所生成的气溶胶可以由冷却元件冷却以增加气溶胶中的冷凝。气溶胶在进入腔室时可以经历压力变化，并且在腔室内部膨胀，这可以使气溶胶在经过主导管或茎管之前减速，该主导管或茎管部分浸没在器皿的下部容积中的水中。所生成的气溶胶在由软管抽出之前，先经过水并且在器皿的上部容积中膨胀。
虽然本公开内容不限于此，但是通过对以下提供的例示性实施方案、附图和具体实例的讨论，将获得对本公开内容的各个方面的理解，这些例示性实施方案、附图和具体实例使用水烟装置的气体流动路径中的冷却元件为水烟装置提供增强的气溶胶特性。对于本领域技术人员而言，本公开的各种修改以及其他实施方案将变得显而易见。
当参考附图时，应理解，附图中未描绘的其他方面落入本公开内容的范围和精神内。图中所用的相似编号指代相似部件、步骤等。然而，应理解，编号在每个图中用于指代部件的使用并不意图对另一图中标注有相同编号的部件进行限制。另外，使用不同编号在不同图中指代部件不旨在指示不同编号的部件不能与其他编号的部件相同或类似。图式是出于说明而非限制的目的来呈现。图式中呈现的示意图未必按比例绘制。
在一个例示性实施方案中，水烟装置除了在至少一个空气入口通道与顶部空间出口之间形成空气流动路径的一个或多个其他部件之外，还包括由导热材料(铝)形成的冷却元件。特别地，冷却元件的至少一个导管由导热材料形成。冷却元件可以包括联接到导管的散热器(多个散热片)。散热器可以围绕导管。冷却元件还可以包括热泵(珀耳帖元件)，该热泵可以被联接到散热器并且可以可操作地联接到电源。水烟装置可以利用通风设计向冷却元件的部件中的一个或多个提供适当的冷却气流。冷却元件可以包括风扇以促进冷却气流。来自冷却气流的空气可以被冷却元件加热。可以通过水烟装置的通风设计将该预热的空气引向气溶胶生成元件，以促进气溶胶的生成。
在一个或多个实施方案中，冷却元件的整体大小可以足够小以适配在水烟装置内。在一些实施方案中，冷却元件可以具有约100mm的高度，可以包括加速元件。可以沿导管的侧面设置热泵。热泵的加热或冷却的表面可以在与空气流动通道的方向相同的方向上延伸。每个表面可以具有约30mm乘约30mm的表面积。
在另一个例示性实施方案中，水烟装置包括由冷却容纳器形成的冷却元件。特别地，冷却容纳器可以围绕冷却元件的导管。导管可以由导热材料形成。冷却容纳器可以由多孔材料形成，并且可以利用罐中罐设计。水烟装置可以利用通风设计向冷却容纳器，特别是冷却容纳器的外部提供适当的冷却气流。冷却元件可以包括风扇以促进冷却气流。来自冷却气流的空气可以被冷却元件加热。可以通过水烟装置的通风设计将该预热的空气引向气溶胶生成元件，以促进气溶胶的生成。
在又一个例示性实施方案中，水烟装置包括由冷却容纳器、散热器和热泵形成的冷却元件。特别地，冷却容纳器可以围绕冷却元件的导管。导管可以由导热材料形成。散热器至少部分地在冷却容纳器的内部空间中。散热器可以被联接到冷却容纳器。优选地，散热器与容纳器内部的液体接触。热泵与容纳器或散热器联接或接触。特别地，热泵的冷却侧可以与容纳器或散热器接触。水烟装置可以利用通风设计向冷却容纳器，特别是热泵的加热侧提供适当的冷却气流。冷却元件可以包括风扇以促进冷却气流。来自冷却气流的空气可以被冷却元件加热。可以通过水烟装置的通风设计将该预热的空气引向气溶胶生成元件，以促进气溶胶的生成。
在又一个例示性实施方案中，水烟装置包括由冷却容纳器、水冷块、液体泵和热泵形成的冷却元件。特别地，冷却容纳器可以围绕冷却元件的导管。导管可以由导热材料形成。水冷块可以与冷却容纳器内部的液体流体连通。液体泵可以与水冷块和冷却容纳器两者的液体流体连通，以使水从冷却容纳器循环到待冷却的水冷块，然后循环回到冷却容纳器以冷却导管。热泵可以被联接到水冷块或与水冷块接触。特别地，热泵的冷却侧可以与水冷块接触。水烟装置可以利用通风设计向冷却容纳器，特别是热泵的加热侧提供适当的冷却气流。冷却元件可以包括风扇以促进冷却气流。来自冷却气流的空气可以被冷却元件加热。可以通过水烟装置的通风设计将该预热的空气引向气溶胶生成元件，以促进气溶胶的生成。
附图说明
图1是根据本发明的实施方案的水烟装置的示意图；
图2是用于生成气溶胶的图1的水烟装置的一部分的示意图；
图3是根据本发明的实施方案的用于水烟装置的冷却元件的透视图；
图4是根据本发明的另一个实施方案的用于水烟装置的冷却元件的透视图；
图5是根据本发明的另一个实施方案的用于水烟装置的冷却元件的剖视图；
图6是根据本发明的又一个实施方案的用于水烟装置的冷却元件的剖视图。
图7是图1的水烟装置的一部分的剖视图。
图8是图7的水烟装置的腔室的截面示意图。
图9是联接到图7的水烟装置的图8的腔室的剖视图。
图10是示出具有被动冷却元件的水烟装置与不具有冷却元件的水烟装置相比的温度的曲线图。
图11是示出具有被动冷却元件的水烟装置与不具有冷却元件的水烟装置相比的总气溶胶质量的曲线图。
图12是示出具有冷却元件的水烟装置与不具有冷却元件的水烟装置相比的温度的曲线图。
图13是示出具有冷却元件的水烟装置与不具有冷却元件的水烟装置相比的总气溶胶质量的曲线图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的实施方案的水烟装置10的实施方案。该水烟装置包括被配置成接纳气溶胶形成基材12的气溶胶生成元件11。气溶胶生成元件11可以例如借助于电加热器(未示出)来加热气溶胶形成基材12以生成气溶胶。在使用中，所生成的气溶胶流动通过冷却元件13和加速元件14。冷却元件13被联接到加速元件14。然后，冷却并加速的气溶胶被喷射到腔室16中，该腔室使气溶胶减速。腔室16与器皿17流体连通。实际上，气溶胶生成元件11借助于主导管21与腔室16和器皿17流体连通，如图1所示的实例所示。因此，在气溶胶生成元件11和器皿17的内部之间限定空气流动通道。器皿17的内部包括用于顶部空间的上部容积18和用于液体的下部容积19。软管20通过顶部空间出口15与上部容积18流体连通，该顶部空间出口在器皿17的一侧在液线上方形成。
所生成的气溶胶可以流动通过气溶胶生成元件11，经由冷却元件13、加速元件14、腔室16和主导管21，通过空气流动通道进入下部容积19。气溶胶可以经过下部容积19中的液体，然后升入上部容积18中。使用者在软管20的衔嘴上抽吸可以将上部容积18中的气溶胶通过顶部空间出口15抽吸到软管20中以供吸入。冷却元件13被布置成在气溶胶流动通过空气流动通道时冷却由气溶胶生成元件11生成的气溶胶。冷却元件13被布置成在气溶胶流动通过冷却元件13或流动通过连接至冷却元件13或由该冷却元件围绕的主导管21的一部分时冷却气溶胶。冷却元件13可以围绕主导管21联接。冷却元件13可以与主导管21一体地形成。
图2示出水烟装置10的一部分。气溶胶生成元件11包括加热元件60，该加热元件可以包括用于加热气溶胶形成基材12的电加热元件(未示出)。加热元件60还可以用于在空气22流动通过气溶胶形成基材60之前预热空气22。在一些实施方案中，例如，在图2中所示的实施方案中，通过水烟装置10的设计，在空气22进入气溶胶生成元件11之前，通过使其经过冷却元件13而对其进行预热。空气22可以是已经被用来冷却冷却元件13的冷却气流。这可以提高功率效率。预热的空气22流入气溶胶形成基材12，以促进气溶胶的生成。然后，所生成的气溶胶流动通过冷却元件13、加速元件14和腔室16。
图3示出了根据本发明的实施方案的冷却元件30。冷却元件30被联接到加速元件31。加速元件31包括喷嘴。冷却元件30包括导管32，该导管包括导热材料，该导热材料优选地具有相对较高的热扩散率，诸如铝。散热器33(诸如包括多个散热片的条纹状散热器)被联接到导管32，以从导管32吸走热量。散热片可以被倒置并且可以围绕空气流动通道堆叠。每个散热片可以包括至少225mm2的表面积。每个散热片可以包括至少0.5mm的厚度。因此，导管32和散热器33对流动通过冷却元件30或流动通过主导管21的与冷却元件30联接的部分的气溶胶进行被动冷却。冷却元件30可以另外包括一个或多个主动冷却装置，诸如一个或多个热泵34。在一些实施方案中，诸如图3所示的实例，一个或多个热泵34包括珀耳帖元件。一个或多个热泵34(在散热器和每个热泵之间的箭头指示的方向上)被联接到散热器33。特别地，每个热泵34的冷却侧35被联接到散热器33。每个热泵34的加热侧36可以由来自周围环境的冷却气流22冷却。这可以用于预热进入气溶胶生成元件11的环境空气。环境空气可以由热泵34的冷却侧35冷却，然后可以经过散热片之间的间隙，从而提供更有效的散热。
冷却元件30包括适合用于水烟装置的高度37，诸如约100mm。热泵34的每个相应的加热表面和冷却表面35、36包括限定适合用于水烟装置的表面积的高度38和宽度39。高度38和宽度39各自为约30mm。
可以在热泵34的加热侧36的近侧放置风扇(未示出)，以便提供冷却元件30的适当通风。当加热侧36的温度超过预先选择的最大值时，风扇可以被布置成启动。
图4示出了根据本发明的另一个实施方案的冷却元件40。冷却元件40被联接到加速元件41。冷却元件40包括导管42，该导管包括导热材料，该导热材料优选地具有相对较高的热扩散率，诸如铝。冷却元件40包括冷却容纳器43。冷却容纳器43被联接到导管42。特别地，冷却容纳器43围绕导管42。在冷却容纳器43的内部设置有冷却液体44，诸如水或乙二醇。冷却液体44的体积为至少250ml。冷却容纳器43的壁46包括多孔材料，诸如多孔粘土或泡沫二氧化硅，以促进冷却液体44的蒸发。冷却液体44还通过一个或多个端口45a、45b与外部液体源或冷却部件诸如水冷块流体连通。一个或多个端口，诸如入口端口45a和出口端口45b，可以通过毛细管作用将冷却液体44引导进入或引导出容纳器43。冷却气流22可以用于促进液体44通过容纳器43的多孔壁46蒸发，以将热量从冷却容纳器43的内部传递出去，从而从流动通过空气流动通道经过冷却元件40的气溶胶中传递出去。冷却容纳器43的几何形状有助于此类冷却气流22充当自然风扇。在此类实施方案中，使用者的每一次抽吸都会使环境空气对冷却容纳器43的加热外表面通风。
任选地，可以在冷却容纳器43的加热外表面近侧放置风扇(未示出)，以便提供冷却元件40的适当通风。当加热外表面的温度超过预先选择的最大值时，风扇可以被布置成启动。
图5示出了冷却元件50的另一个实施方案。冷却元件50被联接到加速元件51。冷却元件50包括导管52，该导管包括导热材料，该导热材料优选地具有相对较高的热扩散率，诸如铝。冷却元件50包括冷却容纳器53。冷却容纳器53被联接到导管52。特别地，冷却容纳器53围绕导管52。在冷却容纳器53的内部设置有冷却液体54，诸如水或乙二醇。冷却液体54的体积为至少250ml。一个或多个散热器55至少部分地设置在容纳器53中。一个或多个散热器55被联接到容纳器53。散热器55将从冷却液体54吸走热量。散热器55可以与冷却液体54接触。散热器55可以包括包含多个散热片的条纹状散热器。散热片可以被倒置，并且每个散热片可以包括至少225mm2的表面积。每个散热片可以包括至少0.5mm的厚度。因此，导管52和散热器55提供对流动通过导管52的气溶胶的被动冷却。冷却元件50还包括一个或多个主动冷却装置，如下所述。一个或多个热泵56，诸如热电冷却元件(诸如珀耳帖元件)联接到冷却容纳器53或散热器55，以从散热器55吸走热量。特别地，热泵56的冷却侧与容纳器53或散热器55接触。热泵56的加热侧暴露于流动通过冷却空气流动通道(未示出)的冷却气流22，以从热泵56吸走热量。风扇57被设置为与热泵56的加热侧相邻，以促进冷却气流22。风扇57可以被联接到热泵56。在使用中，由气溶胶生成元件11生成的气溶胶58流动通过至少部分地由冷却元件50和加速元件51限定的空气流动通道。因此，当气溶胶58流动通过冷却元件50时，冷却元件50被布置成冷却气溶胶58。
图6示出了冷却元件60的另一个实施方案。冷却元件60被联接到加速元件61。冷却元件60包括导管62，该导管包括导热材料，该导热材料优选地具有相对较高的热扩散率，诸如铝。冷却元件60包括冷却容纳器63。冷却容纳器63被联接到导管62。特别地，冷却容纳器63围绕导管62。在冷却容纳器63的内部设置有冷却液体64，诸如水或乙二醇。冷却液体64可以包括至少约100ml，或甚至至少约250ml的体积。冷却液体64与水冷块65的液体体积流体连通。水冷块65用于从冷却液64吸走热量。冷却液体64由液体泵66从冷却容纳器63循环到水冷块65，用于冷却冷却液体64。在水冷块65处冷却之后，液体泵66将冷却液体64返回到冷却容纳器。热泵67被联接到箱65。特别地，热泵67的冷却侧与水冷块65接触。热泵67的加热侧暴露于流动通过冷却空气流动通道的冷却气流22，以从热泵67吸走热量。风扇68被定位成与热泵67的加热侧相邻，以促进冷却气流22。风扇57被联接到热泵67。这可以用于预热进入气溶胶生成元件11的环境空气。
现在参考图7，示出了水烟装置100的实例的示意性剖视图。装置100包括器皿117，该器皿限定被配置成包含液体119的内部体积并且限定液体119的液位上方的顶部空间出口115。液体119优选地包括水，水可以任选地与一种或多种着色剂、一种或多种香料，或一种或多种着色剂和一种或多种香料一起注入。例如，水可以与植物冲剂或草本冲剂中的一者或两者一起注入。
装置100还包括气溶胶生成元件130。气溶胶生成元件130包括容纳器140，该容纳器被配置成接纳包括气溶胶形成基材的筒150(或接纳不在筒中的气溶胶形成基材)。气溶胶生成元件130还包括加热元件160。加热元件160可以是电加热元件。在一些实施方案中，诸如图7所示的实施方案，加热元件160形成容纳器140的至少一个表面。在所示的实施方案中，加热元件160限定容纳器140的顶表面和侧表面。气溶胶生成元件130包括空气入口通道170，该空气入口通道经由空气入口171将环境空气抽吸到装置100中。如图所示，示出了两个空气入口171，但是可以使用任何数量的空气入口(一个、三个、四个或更多个)。空气入口通道170的一部分由加热元件160限定，以在空气进入容纳器140之前加热空气。然后，预热的空气进入筒150，该筒也被加热元件160加热。空气夹带由气溶胶形成基材生成的气溶胶。气溶胶流动通过气溶胶生成元件130的出口，然后进入腔室200。
为了简洁和清楚起见，未示出所有部件(诸如冷却元件)。然而，在筒150下游和出口195上游的任何部件之间包括或设置有冷却元件。在一些实施方案中，冷却元件可以至少部分地包括腔室200，或者被设置成在该腔室近侧或与其相邻。
气溶胶从腔室200流动通过导管190经由导管190的出口195进入器皿117位于液体119的液位以下。因此，在气溶胶生成元件130与器皿117之间限定空气流动通道，并且至少由腔室200和导管190限定该空气流动通道。气溶胶以气泡形式通过液体119，上升到器皿中液体119上方的顶部空间，并且通过器皿117的顶部空间出口115离开器皿117。软管120可以被联接到顶部空间出口115，以将气溶胶运送到使用者的嘴中。软管120包括衔嘴125。衔嘴125可以被联接到软管120，或者可以形成软管120的组成部分。
如上所述，在使用中，装置的空气流动路径由图7中的粗箭头描绘。
在一些实施方案中，诸如在图7所示的实施方案中，衔嘴125包括启动元件127。启动元件127可以是开关、按钮等，或者可以是抽吸传感器等。启动元件127可放置在装置100的任何其他合适的位置。启动元件27可以与控制电子器件131无线通信。因此，使用者可以与启动元件127进行交互，以使装置100处于使用状态或使控制电子器件启动加热元件160；例如，通过使电源132为加热元件140供电。
控制电子器件131和电源132可以相对于气溶胶生成元件130位于任何合适的位置。在一些实施方案中，控制电子器件131和电源132可以被设置在元件130的下部，如图7所示。但是，应当理解，控制电子器件131和电源132可以被设置在装置100中的各种其位置中的任何位置。
图8示出了腔室200的实例的示意性剖视图。腔室200包括限定主腔室230的壳体210。腔室200包括延伸或突出到主腔室230中的入口220。腔室200的入口220包括第一孔223和第二孔227。由气溶胶生成元件生成的气溶胶通过第一孔223进入入口220，并且通过第二孔227进入主腔室230。第一孔223具有大于第二孔227的直径，使得从第一孔223流动通过入口220到第二孔227的空气或实际上为气溶胶被加速。加速的空气离开第二孔227进入主腔室230。空气或气溶胶在离开第二孔227并且进入主腔室230时减速。减速后的空气或气溶胶先穿过主腔室230，然后再通过出口240离开主腔室230。出口240与导管(诸如图1中描绘的导管190)流体连通，以将气溶胶输送至器皿117。尽管示出了两个孔223、227，但是应当理解，可以在入口220处提供任何形式的气流限制。
为了简洁和清楚起见，未示出所有部件(诸如冷却元件)。然而，在腔室230的上游包括冷却元件。在一些实施方案中，冷却元件可以至少部分地包括入口220，或者被设置成在该入口近侧或与其相邻设置。
图9示出了可操作地联接到气溶胶生成元件130和导管190的腔室200的实例的示意性剖视图。在例示的实施方案中，空气进入穿过气溶胶生成元件130的上部131的空气入口171，然后经过隔热罩165，然后沿加热元件160的外表面并且到达加热元件160的顶部。然后，加热的空气行进穿过筒150的壳体的顶表面，穿过气溶胶形成基材155，并且穿过底部133的空隙，向下到达气溶胶出口180。然后，雾化的空气进入腔室200的入口220，当雾化的空气行进穿过入口220时，其被加速。加速的空气经由第二孔227离开入口220，并且进入主腔230，在那里使加速的空气膨胀。减速的空气经由出口240离开腔室200，并且进入导管190以行进到器皿中。
为了简洁和清楚起见，未示出所有部件(诸如冷却元件)。然而，在腔室230的上游包括冷却元件。在一些实施方案中，冷却元件可以至少部分地包括下部133或入口220，或被设置在该下部或该入口近侧或与其相邻设置。
在图9所示的实施方案中，空气沿加热元件160的外表面行进，然后穿过加热元件160。在其他实施方案中(未示出)，空气可以沿着加热元件160的内表面行进。
在图9所示的实例中，可以将气溶胶生成元件130的上部131从下部133移除，以允许将筒150(或未在筒中的气溶胶形成基材)插入由加热元件160和底部131的顶表面形成的容纳器中或从中移除。上部131和下部133的主体可以由热绝缘材料形成。
进行水烟装置的实例并且测试其气溶胶生产，并且将其与不具有冷却元件的水烟装置进行比较。为了使用TAM测试气溶胶的产生，执行以下测量。提供了一种筒，该筒包括联接到卷绕线加热元件的铝壳体。卷绕线元件包括陶瓷圆柱体，该陶瓷圆柱体的内径为27.99±0.01mm，长度为41.5mm，陶瓷厚度为3mm。陶瓷是从德国威斯巴登市的Corning GmbH公司以商品名“MACOR”获得的。筒中填充有10g的可商购获得的Al-Fakher糖蜜(气溶胶形成基材)，使用设定为180℃(实例2)或200℃(实例1)的恒定温度的卷绕线加热元件(气溶胶生成元件)来加热该糖蜜。所生成的气溶胶经过喷嘴(加速元件)。总共使用10个剑桥垫收集所生成的气溶胶，这些气溶胶的重量在体验前后进行记录。在给定的时刻，十个剑桥垫中只有两个收集所生成的气溶胶。经历的总持续时间被设计为对应于105次抽吸。每20次抽吸，止回阀确保将气溶胶转移到正确的一对剑桥垫上。为了模拟期望的抽吸体验，同时使用由德国达姆施塔特市的Mechatronic AG公司制造的四个可编程双注射器泵(PDSP)来创建以下抽吸状态：
-抽吸量：530ml
-抽吸持续时间：2600ms
-抽吸间持续时间：17s
为了测量温度，在200℃的温度下操作卷绕线加热元件。将热电偶(温度传感器)放置在冷却元件附近的喷嘴上，以近似喷嘴的腔体内部的温度。热电偶为K型热电偶。在约38分钟的跨度内，将温度作为时间的函数来测量。在被描述为预热时间的前4分钟内，加热元件的温度上升，并且尚未启动抽吸。观察到，一旦启动抽吸并且使气溶胶经过喷嘴，腔体内部的温度将迅速升高，并且一旦气溶胶不再存在，腔体内部的温度就将降低。由于固有的测量气溶胶温度的可靠性的缺乏，对温度与时间的关系曲线进行了校正，以仅显示未在抽吸气溶胶时获得的温度读数。
在实例1中，对扩散的作用进行测试。两个喷嘴由不同的材料制成，一个喷嘴由环氧树脂制成，另一个由铝制成(冷却元件的导管包括导热材料)。该环氧树脂是从德国柏林的Formlabs公司获得的高温环氧树脂。铝具有比环氧树脂相对更高的热扩散率。环氧树脂的热扩散率为10-7m2/s，铝的热扩散率为9.7*10-5m2/s。每个喷嘴的最大限制性横截面直径为约1.6mm，这导致每个喷嘴的RTD为约46mmWG。未使用主动冷却。
图10示出了具有被动冷却元件的水烟装置与不具有冷却元件的水烟装置相比，温度随时间变化的曲线图70。加热器在200℃的温度下操作。对于由铝制成的喷嘴，在预热期间，腔体内部的温度71为约23℃。一旦启动抽吸，则腔体内部的温度71就稳定在约36℃。对于由环氧树脂制成的喷嘴，在预热期间，腔体内部的温度72为约20℃。在两次抽吸之间，腔体内部的温度72稳定在约40℃。与环氧树脂喷嘴相比，铝喷嘴的两个喷嘴之间的温度差约低4℃，特别是在启动抽吸之后。
图11示出了具有被动冷却元件的水烟装置与不具有冷却元件的水烟装置相比，每抽吸平均TAM作为连续抽吸的函数的曲线图74。加热器在200℃的温度下操作。在前40次抽吸过程中，与环氧树脂的1120mg的每抽吸平均TAM 76相比，铝喷嘴产生的1240mg的每抽吸平均TAM 75更高。在体验的前60次抽吸期间，铝喷嘴还导致每抽吸平均TAM 75的显著改善。在抽吸60次之后，铝喷嘴的每抽吸平均TAM75的增加小于环氧树脂喷嘴的每抽吸平均TAM76的增加。据推测，在抽吸60次之后，挥发温度以上的糖蜜的量被认为足够大，以致材料的扩散作用不再是决定性的。
在实例2中，如实施方案1中所述制造环氧树脂喷嘴(加速元件)。在喷嘴周围，放置直径为30mm、高度为30mm的充满干冰(温度为约-80℃)的冷却套管(冷却容纳器)。将一个热电偶放置在冷却套管下方的喷嘴上。
图12示出了具有主动冷却元件的水烟装置与不具有冷却元件的水烟装置相比，温度随时间变化的曲线图78。冷却的导管内部的空气温度79低于未冷却的导管内部的空气温度80。
卷绕线加热元件在200℃的温度下操作。在带有和不带有冷却套管的情况下记录温度随时间的变化。对于具有冷却的喷嘴，在预热期间，腔体内部的温度79为约-40℃。一旦启动抽吸，温度79就稳定在约10℃。对于未冷却的喷嘴，在预热期间，腔体内部的温度80为约20℃。观察到，在两次抽吸之间的17秒内，喷嘴腔体内部的温度80稳定在约40℃。与不具有冷却的喷嘴相比，具有冷却的喷嘴的喷嘴之间的温度差约低30℃。
图13示出了具有主动冷却元件的水烟装置与不具有冷却元件的水烟装置相比，每抽吸平均TAM作为连续抽吸的函数的曲线图82。加热器在180℃的温度下操作。在前40次抽吸过程中，具有冷却的喷嘴产生850mg的每抽吸平均TAM 83。在前40次抽吸过程中，不具有冷却的喷嘴产生400mg的每抽吸平均TAM 84。一般来讲，与不具有冷却的喷嘴的每抽吸平均TAM 84相比，具有冷却的喷嘴针对20次至105次的抽吸提供更高的每抽吸平均TAM 83。
上文所描述的具体实施方案意在说明本发明。然而，可制备其他实施方案，而不背离如权利要求中限定的本发明的范围，且应理解，上文描述的特定实施方案并不预期是限制性的。
如本文中所使用，除非内容另外明确指示，否则单数形式“一个/种”和“该/所述”涵盖具有复数指代物的实施方案。
如本文中所使用，除非内容另外明确指示，否则“或”一般以其包含“和/或”的意义采用。术语“和/或”意指一个或所有所列出的元件或者所列出元件中的任何两个或更多个的组合。
如本文中所使用，“具有”、“包含”、“包括”等等以其开放的意义使用，并且一般意味着“包含(但不限于)”。应理解，“基本由……组成”、“由……组成”等归入“包含”等中。
单词“优选的”和“优选地”指在某些环境下可提供某些益处的本发明的实施方案。然而，其他实施方案在相同或其他情况下也可以是优选的。此外，一个或多个优选实施方案的叙述不暗示其他实施方案是无用的，并且不预期从公开内容包括权利要求的范围内排除其他实施方案。
