用于使液体汽化的装置和方法
[0035] 装置的操作
[0036]图8说明所述汽化装置的一种示例性操作方法。首先，在步骤801中，将可蒸发的 液体通过延伸进入所述储液库和所述汽化室的芯元件从储液库输送至汽化室。然后，通过 激活至少部分置于汽化室802中的加热元件来加热所述汽化室中的液体。在所述汽化装置 是电子烟的实施方式中，当用户通过该烟开口吸气时，所述加热元件可被激活。该加热步骤 将贮存在芯元件中的液体转化成蒸汽，之后其通过导管803被输出所述汽化装置。
[0037] 芯元件的组成
[0038] 所述芯元件可由任何合适材料组成，如棉花、聚酯、麻纤维、人造纤维、基于金属氧 化物的纤维、基于二氧化硅的纤维，或其组合。然而，许多材料在燃烧或过热时会放出毒性 化学物质。因此，优选所述芯元件由不燃烧或燃烧时不放出这么多毒性物质的较安全材料 组成。一种所述材料，源自谷物，是聚乳酸（PLA)。PLA在多种应用（如寝具用品和服装） 中被用作绿色材料。当PLA纤维燃烧时的副产物完全安全，而且其保留了许多与其它合成 纤维相同的机械和芯吸性质。
[0039] 聚乳酸（PLA)是由多个乳酸（C3H6O 3)单元制成的聚合物。PLA通常以下述两种方 式之一形成：1)乳酸的直接缩合，或2)形成交酯（环二乳酸），随后是基于开环的聚合化。 若PLA经历完全和"适当"燃烧，应预期唯一的产物是二氧化碳和水。PLA的完全燃烧将导 致与正常人类呼吸相同的产物。换言之，当PLA经历完全燃烧时，预期不会形成毒性产物。 然而，若PLA未经历完全燃烧，则可能产生一些毒性物质。这些物质中的一些可能是：交酯、 乙醛和正己醛。交酯可能会造成眼部刺激、皮肤刺激和呼吸刺激。乙醛可能会造成严重的 眼部刺激和呼吸刺激。其液体和蒸汽均极度易燃，并且怀疑其为致癌物质。正己醛可能会 造成严重眼部刺激、皮肤刺激、呼吸刺激，并且其液体和蒸汽极度易燃。
[0040] 不完全燃烧可能会形成其它化合物。此外，不完全燃烧的产物也有可能（但可能 性很低）在气相中与和PLA"共燃烧"的材料的其它产物/副产物反应。只有燃烧的化学 分析（仅PLA或PLA与其它材料）会给出完全和不完全燃烧产物的完全型谱。
[0041] 为避免与上述纤维材料的燃烧相关联的潜在风险，所述芯元件可采用非纤维型的 材料，以将所述液体从储液库输送进入汽化室。例如，根据公开的实施方式，所述芯元件可 以至少部分由多孔陶瓷材料组成。陶瓷材料能够承受极高温度（有时超过1400华氏温度）， 并固有可用于引导液体的孔洞。此外，可以调节陶瓷材料中孔洞的尺寸，从而控制液体从储 液库转移至汽化室的液体转移速率。在一个非限制性实施方式中，所述孔洞的平均直径优 选小于100微米，这可通过加工技术、材料或两者结合来设置。
[0042]当然，所述芯可由本身由在正常适用下不融化或不燃烧的陶瓷材料构成的纤维构 成。例如，除多孔或非多孔陶瓷以外，所述芯元件可由织制陶瓷纤维构成。
[0043]更具体地，陶瓷是由对非金属性的无机物质进行加热和冷却制成的材料。常用陶 瓷的一些示例有瓷器、粗陶和瓦器。此外，较不常用的陶瓷用于高温加热的科学研究。出于 科学研究目的的一些高温反应无法在"常规"玻璃器皿中进行。还有在两种（或更多种）固 体金属之间发生的化学反应。使两种金属反应的典型方式是将其熔在一起。因为进行该反 应的所需温度极高，常以陶瓷作为"反应容器"。
[0044] 陶瓷也用于称作元素分析的化合物表征方法。元素分析是化合物表征的一种 形式，其给出具体物质中存在的元素的百分比数值。元素分析一般通过使化合物燃烧， 随后分析"燃烧后"成分来进行。为了确保完全燃烧成为可能，元素分析通常在极高温度 (1000+ C )进行。
[0045] 陶瓷：反应性和潜在的健康危害因素
[0046] 陶瓷因其缺乏反应性而可用于这些科学目的。用于制备最具〃科学性〃的陶瓷的 化合物是金属氧化物和二氧化硅。金属氧化物用于陶瓷产品是因为其大多数完全不与其它 化合物反应。该趋势不仅在室温相互作用中成立，其在高温下的相互作用中也是如此。事 实上，相较于反应中金属氧化物的存在，反应成分更易被高温损毁。金属氧化物缺乏反应 性的其它证据是，金属氧化物，典型的是氧化铝（Al 2O3),被应用于化合物纯化。出于与采用 金属氧化物的相同理由（零反应性和高温可用性），在陶瓷中采用二氧化硅，并且相比基于 其它非金属的陶瓷，基于二氧化硅的陶瓷可用于更高的温度。大多数金属氧化物陶瓷的熔 点高于2000°C，而二氧化硅陶瓷具有高于1700°C的熔点。也有熔点超过3000°C -高至约 4000 °C的陶瓷。
[0047] 绝大多数情况下，二氧化硅和金属氧化物不形成主要健康危害。然而，本领域技术 人员应理解，任何物质均可能具有潜在毒性，这完全取决于暴露的途径和量。氧化铝粉末是 黏膜刺激物，其LM50%种群致死剂量）是约2g/kg(大鼠）。换言之，180镑的人将必需消 耗约160克的氧化铝粉末才会显示可能的威胁。二氧化硅粉末也是黏膜刺激物，其0)5。是 约3g/kg(大鼠）。这意味着180镑的人将必需摄取约240克的二氧化娃才能显示健康威 胁。因为陶瓷中的氧化物是以极度刚性的构架存在而非游离流动粉末，所以这些问题很可 能会被消除。
[0048] 芯吸的过程与植物中所见的毛细管作用相似；简单地说，芯吸是吸收。简单芯吸/ 毛细管作用的常见示例是用纸巾清洁溢出液。如果在柜台上溢出了一些物质，并在该溢出 物上置放一张纸巾，该纸巾会吸收所述液体。其它示例包括油灯和芝宝（Zippo)型打火机， 其分别用于点燃与可燃的油或点火液体接触的灯芯。
[0049] 陶瓷：芯吸和多孔性
[0050] 基于材料的类型和用于制备多孔陶瓷的那些材料的组合，孔径和分布或陶瓷中的 孔可能会大相径庭。事实上，有科学出版物单独介绍控制孔径和频率的方法。本质上，孔径 是陶瓷（或其它材料）中的孔的平均尺寸。图9显示孔径的一些示例。图9显示具有不同 孔径的六种材料，记为A、B、C、D、E和F。由该图可见，材料A具有最大的孔，且材料F具有 最小的孔，其中材料B-E中的孔逐渐减小。图10显示具有多孔陶瓷管1001和1002的多孔 陶瓷材料的两个示例。
[0051] 尽管已开发控制具体材料的孔径的方法，终产物将不包含尺寸全部精确相同的 孔。因此，为了确定材料的孔径，如果可能，有必要利用尽可能多的孔的平均值。
[0052] 孔径对于确定物质在陶瓷构架中的可透过性十分重要。根据Engblom等， (Engblom，S. 0?等，J. of App. Electrochemistry. 2003, 33 (1)，51 - 59.) "液体以一定速度 流动通过平滑的孔，该速度至少大约与孔直径的平方成比例，并且因为该流速也与所述孔 的横截面积成比例，所以孔直径的四次方决定其体积输送能力。这强调大孔不成比例的重 要性。"根据沃什伯恩（Washburn)等式，液体经过的距离与液体的粘度具有相反的关系。这 本质上意味着，具有较高粘性的物质移动具体距离将耗费更长时间。
[0053] 陶瓷：加热和燃烧
[0054] 当材料在陶瓷中加热时，甚至在极高温度下也会在陶瓷中留下残余物。这通常因 为没有燃烧是100%有效的。这并不意味着现有方法不准确，而是简单地陈述现有方法极 度接近完全燃烧，但其达不到100%的燃烧。在元素分析的示例中，燃烧残余物被简单称作 "灰"。与某物质被加热所至的温度无关，通常在燃烧后会有物质残留。在沐浴乳中常见并 称作"微珠"的聚苯乙烯珠，是达不到完全燃烧的极佳的示例材料。在该材料类型上进行元 素分析时，通常在锡包封容器中完成以确保可能的最佳燃烧。即便在这些环境中，仍有小量 材料残留在加热容器中。事实上，在测定和发送元素分析数据时，会将"灰"的百分比列在 结果中。
[0055] 含纤维的芯吸材料（棉花纤维、聚酯、毛织物等）的燃烧产物可能是极度有害的。 事实上，毛织物的燃烧产物之一是氰化氢，这是一种3类化学武器。在不采用含纤维的芯的 情况中，用于燃烧的替代物仍必须有助于燃烧过程。在许多情况中，液体本身悬浮在外壳 中。当采用液体代替聚合物珠或芯时，将适用相同原理：即便最充分的燃烧也会留下残余 物。即便液体很可能会具有低于固体的沸点，仍将有残留的"灰"或其它物质留在容器中。 液体，如丙二醇（沸点约190°C )将会在极端加热条件下燃烧，然而必定会在其燃烧过的容 器
文档序号 :
【 9331463 】
技术研发人员：A·J·拉莫思
技术所有人：美国诗福佳有限公司
备 注：该技术已申请专利，仅供学习研究，如用于商业用途，请联系技术所有人。
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