具有空气预热功能而无燃烧的水烟装置
技术领域
本发明涉及水烟装置，并且具体地涉及被配置为对入口空气进行预热的水烟装置，更具体地涉及对空气进行预热并加热气溶胶生成基材而不使其燃烧的水烟装置。
背景技术
水烟装置用以抽烟并被配置为使得蒸气和烟雾在被使用者吸入之前穿过水池。水烟装置可包含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。
在水烟装置中使用的烟草可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。木炭颗粒通常用以在水烟装置中加热烟草，此可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燃烧烟草以例如避免燃烧木炭产生副产物或以改进燃烧烟草的一致性。已提出使用电子烟液而非烟草的其他水烟装置。使用电子烟液的水烟装置会消除燃烧副产物，但会剥夺水烟使用者的基于烟草的体验。
需要提供一种使用不会产生燃烧副产物的基材的水烟装置。
还需要提供一种被配置为用于与呈便利耗材形式的气溶胶生成基材(例如烟草基材)一起使用的水烟装置。
还期望提供一种提供期望的水烟体验的水烟装置。
发明内容
在本发明的各个方面，提供了包括器皿和与器皿流体连通的气溶胶生成元件的水烟装置。器皿包括顶部空间出口。气溶胶生成元件包括筒容纳器、加热元件、气溶胶出口和新鲜空气入口通道。容纳器被配置为接纳包含气溶胶生成基材的筒。加热元件限定筒容纳器的至少两个表面。优选地，加热元件限定筒容纳器的顶壁部分和侧壁部分。优选地，容纳器的侧壁部分为圆柱形。优选地，容纳器限定圆柱体形状或截头圆锥形状，其底部直径值为高度值的约1.5倍至约5倍，或者其高度为底部直径值的约1.5倍至约5倍。气溶胶出口与筒容纳器流体连通。新鲜空气入口通道与筒容纳器流体连通。新鲜空气入口通道被布置成在空气进入筒容纳器之前对空气进行预热。优选地，加热元件限定新鲜空气通道的至少一个表面。优选地，新鲜空气通道的至少一个表面由容纳器形成表面或加热元件的内表面限定。
在本发明的各个方面，提供了一种水烟组件，该水烟组件包括如上所述的水烟装置和包含接纳在水烟装置的筒容纳器中的气溶胶生成基材的筒。优选地，筒在底表面和顶表面中包括两个或更多个孔。优选地，加热元件被配置为加热气溶胶生成基材但不使其燃烧，以提供无燃烧的主流气溶胶以供消费者吸食。
在本发明的各种方面中，提供了一种用于水烟装置的气溶胶生成元件。气溶胶生成元件包括筒容纳器、加热元件、气溶胶出口和新鲜空气入口通道。容纳器被配置为接纳包含气溶胶生成基材的筒。加热元件限定筒容纳器的至少两个表面。气溶胶出口与筒容纳器流体连通。新鲜空气入口通道与筒容纳器流体连通。新鲜空气入口通道被布置成在空气进入筒容纳器之前对空气进行预热。优选地，加热元件限定新鲜空气通道的至少一个表面。
本文所述的水烟装置的各个方面或实施方案可提供相对于现有水烟装置的一个或多个优点。例如，本文所述的一种或多种水烟装置可向气溶胶生成基材提供高效加热。在一些实例中，流经新鲜空气入口通道的新鲜入口空气在进入筒以夹带由基材生成的气溶胶之前被加热，这可导致用于雾化基材的能量大大减少。因为空气被预热，所以可能需要较少的能量来充分加热气溶胶生成基材以产生气溶胶。另一个优点的实例是可由本文所述的一个或多个水烟装置提供的气溶胶生成基材高度均匀的热分布。优点的又一个实例是，本文所述的水烟装置中采用的筒的一些实例以方便消耗的形式提供，使得一旦消耗就能够进行简单且干净的处理。使用加热器的外表面来预热空气有利地冷却了加热器的外表面，这允许在加热器的外表面周围使用较少的隔热材料。这在温暖气候中尤其有用，在温暖的气候中通常需要更多的隔热材料来防止加热器、基材或加热器和基材过热。
本发明的水烟装置可包括任何合适的气溶胶生成元件。气溶胶生成元件包括筒容纳器、加热元件、气溶胶出口和新鲜空气入口。筒容纳器被配置为接纳包含气溶胶生成基材的筒。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，加热元件包括电阻式部件。例如，加热元件可包括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。合适的导电材料的实例包括铝、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，加热元件可包括形成筒容纳器的表面的感受器材料。如本文所用，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。优选的感受器包括金属或碳。优选的感受器可以包括铁磁性材料或由铁磁性材料组成，例如铁磁体铁、铁磁性合金(如铁磁性钢或不锈钢)和铁氧体。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。但是，感受器材料还可包括以下各种或由以下各种制成：石墨；钼；碳化硅；铝；铌；因康镍合金(基于奥氏体(austenite)镍-铬的超合金)；金属化膜；如氧化锆等陶瓷；如Fe、Co、Ni等过渡金属或如B、C、Si、P、Al等类金属组分。
感受器优选包括大于5％、优选大于20％、优选大于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。合适的感受器可以包括非金属芯体，其具有安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，筒容纳器的底部和至少一个侧壁可包括感受器材料。优选地，底部和至少一个侧壁包括感受器材料。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，该筒可包括感受器材料。
该水烟装置还可包括一个或多个感应线圈，该一个或多个感应线圈被配置为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。感受器材料也可被定位在包含气溶胶生成基材的筒中。包括感受器材料的感受器元件可包括任何合适的材料，诸如在例如PCT公开专利申请WO 2014/102092和WO 2015/177255中描述的那些。
水烟装置可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为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。所述控制器可以包括以下中的一个或多个：专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit；ASIC)状态机、数字信号处理器、门阵列、微处理器，或同等的分立或集成逻辑电路。控制电子器件可包括存储器，该存储器包含使电路的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。
电子电路可包括微处理器，微处理器可以是可编程微处理器。电子电路可被配置为调节电力供应。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为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，则控制电子器件可被配置为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。
水烟装置可包括可操作地联接到控制电子器件以控制加热元件的温度的温度传感器，诸如热电偶。温度传感器可被定位在任何合适的位置。例如，温度传感器可被配置为插入接纳在容纳器内的筒中，以监测被加热的气溶胶生成基材的温度。另外或替代地，温度传感器可与加热元件接触。另外或替代地，温度传感器可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。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。
不管水烟装置是否包括温度传感器，该装置均优选地被配置为将接纳在容纳器内的筒中的气溶胶生成基材加热到足以产生气溶胶而不会使气溶胶生成基材燃烧的程度。
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。在一些实例中，阴极和阳极元件可被卷起并组装以匹配它们被放置在其中的水烟装置的一部分的几何形状。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，包含超级(super/hyper)电容器。替代地，装置可连接到外部电源而被供电，且出于此类目的进行电和电子设计。不管所用的电源类型如何，在装置被再充电或需要连接到外部电源之前，电源优选地提供足够能量来使装置正常起作用，以供装置进行大致70分钟的连续操作。
水烟装置包括与筒容纳器流体连接的新鲜空气入口通道。在使用水烟装置时，新鲜空气流经该通道到达筒容纳器和放置在容纳器中的筒，以将由筒中的气溶胶生成基材生成的气溶胶运送气溶胶出口。通道的至少一部分由加热元件形成，以在空气进入筒容纳器或筒之前对其进行预热。优选地，形成筒容纳器表面的加热元件的一部分形成新鲜空气入口通道的一部分。优选地，新鲜空气入口通道由筒容纳器的顶表面和筒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，空气入口通道由筒容纳器的顶表面和筒容纳器的由加热元件形成的侧壁两者形成。优选地，加热元件的外表面形成空气入口通道的至少一部分。加热元件的外表面是与加热元件的形成容纳器的表面相对的加热元件表面。
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，加热元件将形成新鲜空气入口通道的长度的95％或更小。
流经新鲜空气入口通道的空气可由加热元件加热任何合适的量。在一些实例中，当受热的空气流经包含气溶胶生成基材的筒时，空气将充分受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引起气溶胶形成的能量减少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300℃、更优选地约180℃至约250℃、或约200℃至约230℃范围内的温度。
为了实现此类基材温度，可将加热元件加热至约150℃至约250℃、优选地约180℃至约230℃、或约200℃至约230℃的工作温度。
优选地，空气入口中空气的温度快速响应于加热元件的温度。例如，空气入口中由加热元件形成的位置处的空气温度在加热元件开始加热的三秒钟内实现加热元件温度的35℃以内的温度。在一些实施方案中，空气入口中由加热元件形成的位置处的空气温度在加热元件达到工作温度的三秒内实现加热元件温度的35℃以内的温度。在一些实施方案中，空气入口中由加热元件形成的位置处的空气温度在装置使用的时间段期间(诸如使用者在装置上抽吸之间)的三秒钟内实现加热元件温度的35℃以内的温度。
更优选地，空气入口通道中加热元件位置处的空气温度在加热元件开始加热的两秒钟内实现加热元件温度的25℃的温度。在一些实施方案中，空气入口中由加热元件形成的位置处的空气温度在加热元件达到工作温度的两秒钟内实现加热元件温度的25℃以内的温度。在一些实施方案中，空气入口中由加热元件形成的位置处的空气温度在装置使用的时间段期间(例如使用者在装置上抽吸之间)的两秒钟内实现加热元件温度的25℃以内的温度。甚至更优选地，空气入口通道中加热元件位置处的空气温度在加热元件开始加热后的1秒钟内实现加热元件温度的15℃的温度。在一些实施方案中，空气入口中由加热元件形成的位置处的空气温度在加热元件达到工作温度的一秒钟内实现加热元件温度的15℃以内的温度。在一些实施方案中，空气入口中由加热元件形成的位置处的空气温度在装置使用的时间段期间(诸如使用者在装置上抽吸之间)的加热元件的一秒钟内实现加热元件温度的15℃以内的温度。
在一些实施方案中，空气入口通道中加热器空气温度的位置处的空气温度可在加热元件开始加热之后的前5秒钟内达到至少110℃。优选地，空气入口通道中加热器空气温度的位置处的空气温度可在加热元件开始加热之后的前3秒钟内达到至少110℃。优选地，空气入口通道中加热器空气温度的位置处的空气温度可在加热元件开始加热之后的前1.5钟秒内达到至少110℃。
在一些实施方案中，空气入口通道中加热器空气温度的位置处的空气温度可在加热元件开始加热之后的前5钟秒内达到至少190℃。优选地，空气入口通道中加热器空气温度的位置处的空气温度可在加热元件开始加热之后的前3秒钟内达到至少190℃。优选地，空气入口通道中加热器空气温度的位置处的空气温度可在加热元件开始加热之后的前1.5秒钟内达到至少190℃。
在一些实施方案中，空气入口通道中加热器空气温度的位置处的空气温度可在加热元件开始加热之后的前5秒钟内达到至少200℃。优选地，空气入口通道中加热器空气温度的位置处的空气温度可在加热元件开始加热之后的前3秒钟内达到至少200℃。优选地，空气入口通道中加热器空气温度的位置处的空气温度可在加热元件开始加热之后的前1.5秒钟内达到至少200℃。
在一些实施方案中，空气入口通道中加热器空气温度的位置处的空气温度可在加热元件达到工作温度的5秒钟内达到至少110℃。优选地，空气入口通道中加热器空气温度的位置处的空气温度可在加热元件达到工作温度的3秒钟内达到至少110℃。优选地，空气入口通道中加热器空气温度的位置处的空气温度可在加热元件达到工作温度的1.5秒钟内达到至少110℃。
在一些实施方案中，空气入口通道中加热器空气温度的位置处的空气温度可在加热元件达到工作温度的5秒钟内达到至少190℃。优选地，空气入口通道中加热器空气温度的位置处的空气温度可在加热元件达到工作温度的3秒钟内达到至少190℃。优选地，空气入口通道中加热器空气温度的位置处的空气温度可在加热元件达到工作温度的1.5秒钟内达到至少190℃。
在一些实施方案中，空气入口通道中加热器空气温度的位置处的空气温度可在加热元件达到工作温度的5钟秒内达到至少200℃。优选地，空气入口通道中加热器空气温度的位置处的空气温度可在加热元件达到工作温度的3秒钟内达到至少200℃。优选地，空气入口通道中加热器空气温度的位置处的空气温度可在加热元件达到工作温度的1.5秒钟内达到至少200℃。
在使用中，一个或多个使用者可使用水烟装置进行抽吸。
优选地，抽吸后空气入口通道中加热器位置处的空气温度在抽吸后约三秒钟内返回至抽吸前的温度。优选地，空气入口通道中加热器位置处的空气温度在抽吸后约两秒钟内或约1秒钟内返回至抽吸前的温度。
应当理解，抽吸行为(诸如每次抽吸的持续时间、抽吸频率)可在使用者之间有所不同。典型的抽吸可持续2到3秒钟，但有些使用者抽吸的持续时间可更长或更短。
优选地，空气流动通道的至少一部分形成在加热元件和隔热罩之间。优选地，由新鲜空气入口通道形成的新鲜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形成新鲜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，隔热罩被定位在由筒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，隔热罩材料包括热反射表面。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。
新鲜空气入口通道可包括穿过筒容纳器的一个或多个孔，使得新鲜空气从水烟装置外部可流经该通道并通过孔进入筒容纳器。如果通道包括多于一个孔，则该通道可包括歧管以将流经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新鲜空气入口通道。
筒容纳器可包括与一个或多个新鲜空气入口通道连通的任何合适数量的孔。例如，容纳器可包括1至1000个孔，诸如10至500个孔。孔可具有均匀的尺寸或不均匀的尺寸。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。
容纳器的形状和尺寸优选地被设计为当筒被容纳器接纳时允许容纳器的一个或多个壁或顶板与容纳器之间的接触，以促进形成容纳器表面的加热元件对筒和气溶胶生成基材的传导加热。在一些实例中，可在筒的至少一部分与容纳器的表面之间形成气隙，此处该气隙用作新鲜空气入口通道的一部分。
优选地，筒容纳器的内部和筒的外部具有相似的尺寸和大小。优选地，容纳器的内部和筒的外部的高度与底部宽度(或直径)比大于约1.5比1或者高度与底部宽度(或直径)比大于约1.5比1。此类比例可通过使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生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。
筒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，一个部分可以可拆卸地附接到另一部分，以允许当这些部分分离时将筒插入。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，筒容纳器包括抽屉，该抽屉可滑动打开以允许将筒放置到抽屉中并且可滑动关闭以允许使用水烟装置。
任何合适的气溶胶生成筒可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经筒。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。筒可包括对准特征结构，该对准特征结构被配置为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，筒壳体中的孔可被覆盖以防止储存在筒中的气溶胶生成基材从筒中溢出。另外或替代地，壳体中的孔的大小可足够小以防止或抑制气溶胶生成基材离开筒。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，容纳器被配置为刺穿筒以在筒中形成孔。优选地，容纳器被配置为刺穿筒的顶部。
筒可以是任何合适的形状。优选地，筒具有截头圆锥形形状。
可将任何合适的气溶胶生成基材放置在筒中以与本发明的水烟装置一起使用。气溶胶生成基材优选的是能够释放可形成气溶胶的挥发性化合物的基材。可以通过加热气溶胶生成基材来释放挥发性化合物。气溶胶生成基材可以是固体或液体，或包括固体和液体组分。优选地，气溶胶生成基材是固体。
气溶胶生成基材可包括尼古丁。含尼古丁的气溶胶生成基材可包括尼古丁盐基体。气溶胶生成基材可包括植物类材料。气溶胶生成基材可包括烟草，且优选地，含烟草材料含有挥发性烟草香味化合物，所述挥发性烟草香味化合物在被加热时从气溶胶生成基材释放。
气溶胶生成基材可包括均质化烟草材料。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，气溶胶生成基材可包括不含烟草的材料。气溶胶生成基材可包括均质化植物类材料。
气溶胶生成基材可包括例如以下中的一种或多种：粉末、细粒、球粒、碎片、细条、条带或片材，其含有以下中的一种或多种：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。
气溶胶生成基材可以包括至少一种气溶胶形成剂。气溶胶形成剂可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装置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。气溶胶生成基材优选地包括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。载体可包括薄层，在其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上。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体形成。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，气溶胶生成基材呈悬浮液的形式。例如，气溶胶生成基材可呈浓稠的糖蜜状悬浮液的形式。
进入筒的空气流过气溶胶生成基材、夹带气溶胶并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。
水烟装置可包括任何合适的器皿，该器皿限定被配置为容纳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，器皿壳体可包括玻璃或合适的刚性塑料材料。优选地，器皿可从水烟装置的包括气溶胶生成元件的部分上移除，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，其可任选地与一种或多种着色剂、香料或着色剂或香料一起注入。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。
夹带在离开容纳器的气溶胶出口的空气中的气溶胶可行进穿过定位在容纳器中的导管。导管可联接到气溶胶出口并且可具有低于器皿的液体液位的开口，使得流经器皿的气溶胶流经导管的开口，然后穿过液体进入器皿的顶部空间并离开顶部空间出口以递送至消费者。
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。衔嘴可包括可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被移除或打开，以允许将筒插入到容纳器中。然后再组装或关闭气溶胶生成元件。然后可接通装置。使用者可从衔嘴抽吸直到产生所希望的气溶胶体积以填充气溶胶室(由盖罩的内部体积限定)。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气溶胶室中不可见较多气溶胶。优选地，当筒中的可用气溶胶生成基材被耗尽时，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，消费者可用新鲜的筒再填充装置。如果用新鲜筒再填充，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生成基材过热或不必要的加热。
在一些实例中，衔嘴包含与控制电子器件进行无线通信的抽吸传感器，且使用者对衔嘴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经装置的空气入口、进入新鲜空气入口通道并进入筒容纳器。然后空气可流到容纳器中的筒中，以携带由筒中的气溶胶生成基材产生的气溶胶。然后夹带气溶胶的空气离开容纳器的气溶胶出口，流经导管至容纳器内部的液体中。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。举例来说，可能使用例如密封环和垫圈(washer)的密封件来确保密闭式密封。
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。举例来说，密封件可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(诸如容纳器的导管、容纳器的盖壳体以及器皿)可由一种或多种任何合适的材料制成。举例来说，这些部分可各自由玻璃、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。
附图说明
现在将参考附图，附图描绘本公开中所描述的一个或多个方面。然而，应当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。图式中所用的相似编号指代相似部件、步骤等等。然而，应理解，编号在给定图中用于指代一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，不同编号在不同图中用于指代部件的使用并不意图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。
具体实施方式
现在参考图1，示出了水烟装置100的实例的示意性剖面图。装置100包括器皿17，该器皿限定被配置为容纳液体19的内部体积并限定液体19的液位上方的顶部空间出口15。液体19优选地包括水，其可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。举例来说，水可与植物冲剂或草本冲剂中的一种或两种一起注入。
装置100还包括气溶胶生成元件130。气溶胶生成元件130包括筒容纳器140，该筒容纳器被配置为接纳包含气溶胶生成基材的筒150。气溶胶生成元件130还包括加热元件160，该加热元件形成容纳器140的至少两个表面。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还包括新鲜空气入口通道170，其将新鲜空气吸入装置100中。新鲜空气入口通道170的一部分由加热元件160形成，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(其也被加热元件160加热)以携带由容器150中的气溶胶生成基材生成的气溶胶。空气离开气溶胶生成元件130的气溶胶出口180。
导管190将来自气溶胶出口180的空气和气溶胶从液体19的液位下方运送到器皿17中。空气和气溶胶可冒泡穿过液体19，并离开器皿气溶胶生成元件13017气溶胶生成元件130的顶部空间出口15。软管20可附接到顶部空间出口15，以将气溶胶运送到使用者的嘴中。衔嘴25可附接到软管20或形成为软管的一部分。
该装置在使用中的空气流动路径在图1中用粗箭头表示。
衔嘴25可包括启动元件27。启动元件27可以是开关、按钮等，或者可以是抽吸传感器等。启动元件27可放置在装置100的任何其他合适的位置。启动元件27可与控制电子器件30无线通信，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35为加热元件140供电。
控制电子器件30和电源35可位于气溶胶生成元件130的任何合适位置处，而不是如图1所示的元件130的底部。
图2示出了气溶胶生成元件130的实例的示意性剖视图。为了简洁和清楚，未示出所有部件。在例示的实施方案中，空气(箭头)进入气溶胶生成元件130的上部131的空气入口171，然后穿过隔热罩165，然后沿加热元件160的外表面并到达加热元件160的顶部。然后，受热的空气经过筒150的外壳的顶表面，穿过气溶胶生成基材155，并且穿过底部133的空隙，向下到达气溶胶出口180。在所示的实施方案中，空气沿加热元件160的外表面行进，然后穿过加热元件160。
在图2所示的实例中，可将上部131从下部133移除，以允许将筒150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。
图3示出了气溶胶生成元件130的实例的示意性剖视图。为了简洁和清楚，未示出所有部件。在例示的实施方案中，空气(箭头)进入气溶胶生成元件130的上部131的空气入口171，然后穿过隔热罩165和加热元件160。然后空气沿加热元件160的内表面和筒150外壳的外表面并到达筒150外壳的顶部。然后，受热的空气经过筒150的外壳的顶表面，穿过气溶胶生成基材155，并且穿过底部133的空隙，向下到达气溶胶出口180。在所示的实施方案中，空气穿过加热元件160并沿加热元件160的内表面行进。
在图3所示的实例中，可将上部131从下部133移除，以允许将筒150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。
在图2-3所示的实例中，上部131的主体可由热绝缘材料制成。
在该实施方案中，以图4的示意性剖面图示出，气溶胶生成元件130包括可操作地联接到控制电子器件(在图4中未示出)的热电偶199。在所示的实例中，热电偶199穿透到筒150和气溶胶生成基材155中。当筒150被定位在底部133上并且上部131被置于底部131上方时，热电偶199可穿透筒150。热电偶199可在出口180附近或在任何其他合适的位置与加热元件160接触，以在水烟装置使用时提供温度相关的反馈。
现在参考图5，示出了可与本文所述的水烟装置一起使用的筒150的实例的示意性透视图。筒150包括壳体151和形成在壳体的顶表面中以允许空气流经筒150和壳体中包含的气溶胶生成基材的多个孔153。筒150的底部可还包含一个或多个孔，以允许空气流经筒150。
在一些实例中，诸如在图2中，在空气流经容纳器顶部的地方，容纳器的顶部可具有与图5中所示的筒相似的孔分布。
上文关于本发明的一个方面描述的特征也可以适用于本发明的另一个方面。
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。
如本说明书和附随的权利要求书中所用，单数形式“一个”、“一种”和“该”、“所述”涵盖具有复数指代的实施方案，对此内容另有明确规定除外。
如本说明书和附随的权利要求书中所用，术语“或”通常以其包括“和/或”的意义上采用，对此内容另有明确规定除外。
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环境下也可为优选的。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。
本文为了清楚和简洁起见而描述的本文所提及的任何方向诸如“顶部”、“底部”、“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”和其他方向或取向并不旨在限制实际的装置或系统。本文所述的装置和系统可以多个方向和取向使用。
上文举例说明的实施方案不具限制性。与上述实施方案一致的其他实施方案对于本领域技术人员来说将是显而易见的。
