一種非可燃性電子噴霧香菸的製作方法
2023-11-30 12:44:51 2
專利名稱：一種非可燃性電子噴霧香菸的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種不含有害焦油，只含菸鹼(尼古丁)的非可燃性電子噴霧香菸。
背景技術：
在當今「吸菸有害健康」已成為常識的情況下，全世界目前仍有10億人吸菸，而且每年這個數字還在擴大，2003年3月1日世界衛生組織(WHO)通過的第一個國際禁菸協定《菸草控制框架公約》，據WHO提供的數字表明，吸菸每年造成490萬人死亡，儘管吸菸可導致嚴重的呼吸系統疾病和癌症，要吸菸者完全戒菸是一樁極端困難的事。
香菸的有效成份是菸鹼(即尼古丁)，吸菸時菸鹼隨著香菸燃燒時產生的大量焦油霧滴進入肺泡後迅速吸收，菸鹼吸收入血後作用於中樞神經系統的受體上，引起類似興奮劑的「陶醉感」，如吸菸者所經歷的頭暈目眩或飄飄然的感覺。
菸鹼是小分子生物鹼，在小劑量下對人體基本無害，而且在血液中的半衰期極短。菸草的有害物質主要是焦油，菸草焦油是由數百種成份組成，其中有數十種成份是致癌物。目前證實二次吸菸對不吸菸者的危害更大。
為了尋找只含菸鹼而不含有害焦油的香菸代用品，有許多發明是用較純的菸鹼製成諸如「戒菸貼」、「菸鹼含嗽水」、「包裝在有拋射劑的高壓氣罐噴霧劑」、「菸鹼口香糖」「菸鹼飲料」等產品，這些產品雖然沒有焦油的危害，但因菸鹼吸收緩慢，在血液中不能建立有效的高峰濃度，不能解決需求菸鹼「過癮」的感覺，同時也剝奪了吸菸者已經養成的「抽」「吸」的習慣，因而類似的產品不能真正的作為戒菸用品或香菸代用品。
發明內容
本發明涉及一種具有戒菸和香菸代用品作用的非可燃性電子噴霧香菸，避免了上述缺點，更接近真實的人性化香菸。該香菸包括殼體、電池、高頻發生器、菸鹼貯液及容器、控制電路、顯示屏、氣流傳感器、人體接觸傳感器、壓電超聲霧化器、高溫氣化噴管及附件組成的菸嘴形整體，安裝在殼體內吸氣端的電熱氣化噴管經電控泵或連有計量腔的閥及與電控泵或閥相連裝有菸鹼溶液的帶單向注液閥的貯液膠囊，氣化噴管外側粘附的超聲壓電片接控制電路板內的高頻發生器，控制電路板上的4個輸出端連接高頻發生器、電熱器、泵或閥及顯示屏，一個人體電阻傳感器和一個氣流傳感器連接在控制電路的輸入端；殼體內的前端還包括一個電池和紅色發光二極體，共同構成一個菸嘴形、菸斗形或筆形的整體。控制電路向氣化噴管中的電熱器和泵提供啟動電流使在貯液裝置中的菸鹼溶液泵入氣化噴管，液體在氣化噴管中的高溫高頻振動波條件下，迅速氣化噴出冷凝成煙霧狀，控制電路的工作狀態由連接在控制電路上的電阻傳感器和氣流傳感器來啟動，一個通過數字或圖形顯示工作狀態和啟動次數的液晶顯示器。通過控制電路向泵、高頻發生器、電加熱器供電的電池，可以是一次性的，也可以是可充電的電池。
本發明還公開了一個簡單非可燃性電子噴霧香菸，該裝置包括一個電加熱的氣化噴管與氣化噴管連接的有一個定量腔的電熱驅動泵，也可用一個定量器與一個電磁閥或電熱閥來代替有定量腔的泵，再連接到充有菸鹼溶液的貯液裝置，這個貯液裝置用高抗撕矽橡膠製成，在貯液膠囊上施以壓縮空氣或超彈性元件可使貯液自動流出，鎳鈦記憶合金超彈性元件應為首選。它包括了一個控制電路分別給電加熱器、泵或閥提供工作電流，控制電路的工作狀態由連接在控制電路上的電阻傳感器來啟動，連接在控制電路的電源是可充電的電池。
本發明具有的優點是，吸菸無焦油，大大降低致癌風險，使用者仍有吸菸的感覺和興奮，無需點燃，無火災危害。
本發明的裝置和連接結構在貯液容器稍加改動後可裝入常規藥物供肺內給藥器械。
圖1為本發明示例1中的裝置結構圖。
圖2為本發明電路結構框圖。
圖3為本發明高溫氣化噴管及電熱元件結構的示意圖。
圖4為本發明記憶合金閥的示意圖。
圖5為本發明記憶合金蠕動泵的示意圖。
圖6為本發明蠕動泵的示意圖。
圖7為本發明示例2中的電子香菸結構圖。
圖8為本發明示例3中的壓力式電子香菸結構圖。
圖9為本發明示例4中的簡化型壓力式電子香菸結構圖。
圖10為本發明示例4中的計量腔結構圖。
具體實施例方式
控制電路板8上的高頻發生器是由三點式電容振蕩器、三點式電感振蕩器或由變壓器式振蕩電路構成，頻率在35KHz至3.3MHz，電路中帶有頻率自動微調電路與壓電片20諧振。菸鹼貯液膠囊13由矽橡膠製成，不被菸鹼浸入的高分子化合物也可使用。單向注液閥12是由球狀物或錐狀物在彈簧壓力下密封的。氣流傳感器18是由集成薄膜熱敏電阻陣列製成的。人體接觸的電阻或電容傳感器19的電極是在菸嘴末端由上下兩個金屬薄膜構成，與人體接觸後阻容參數的改變輸入控制電路中構成人體接觸開關。電控泵11是由電動機或直線電機驅動，經聯軸器驅動大速比的減速器以低速度大扭矩帶動運轉，泵可以是蠕動泵、柱塞泵、偏心泵或螺杆泵，液泵也可使用壓電泵和超磁致伸縮泵及熱膨脹驅動泵、熱收縮驅動泵、熱氣泡泵。電控泵或閥可為熱收縮閥，該閥由鎳鈦記憶合金或銅基記憶合金絲在電熱致收縮壓迫在矽橡膠管上構成。電熱氣化噴管17是用低熱導率的耐高溫材料製成，內徑為0.05～2mm的細管，有效工作長度為3～20mm，管內裝有電加熱元件，熱元件和管腔形狀設計有利於液體氣化和噴出；氣化噴管17可用普通陶瓷製成，或矽酸鋁陶瓷、氧化鈦、氧化鋯、氧化釔陶瓷，溶融矽、二氧化矽，溶融氧化鋁製成，形狀為直管狀或螺旋狀，也可用聚四氟乙烯、碳纖維、玻璃纖維或性能相似的材料製成。氣化噴管17內的電加熱元件可用鎳鉻合金絲、鐵鉻鋁合金絲、不鏽鋼絲、金絲、鉑絲、鎢鉬合金絲製成，形狀為直線狀、單螺旋狀、雙螺旋狀、集束狀、螺旋集束狀，其中以直線狀和集束螺旋狀為優選；電加熱元件可以是在管的內壁塗覆加熱塗層的形式加熱，塗層可以是電熱陶瓷材料、半導體材料，耐腐蝕金屬膜，如金、鎳、鉻、鉑、鉬；塗覆方法可採用塗層燒結法、化學沉積燒結法和離子噴濺；高溫氣化噴管的加熱方式可用上述材料和方式裝在噴管的管壁中，用高電阻的金屬製成噴管可不裝電熱絲，直接給金屬噴管通入加熱電流；也可用上述材料和方式裝在噴管的外面，在短期預熱的供電方式中也可以獲得合適的響應時間。用於霧化的菸鹼溶液是由菸鹼，丙二醇，丙三醇，有機酸，抗氧劑，香精，水，乙醇構成；其中菸鹼的含量0.1％～6％、丙二醇含量80％～90％、有機酸含量0.2％～20％、餘量為丙三醇、香精、抗氧劑、水和乙醇。
示例1如圖1所示是該裝置的結構圖。
它的基本原理是當把菸嘴放在嘴上時，電阻傳感器19啟動控制電路板8，控制電路板分別輸出兩個驅動電壓，其一給高溫氣化噴管17的電熱元件供電，其二啟動微泵11(結構見圖6)，由貯液容器13向噴管17泵入貯液，菸鹼溶液在噴管的電熱元件上氣化成高溫蒸汽向開口端噴出，噴出後的蒸汽在大氣中膨脹冷凝成煙狀的微小霧滴。噴管上附有超聲壓電片20的作用是一是使處於高壓不穩定熱氣流中的大液滴充分與加熱元件接觸氣化，二是對處於噴管中的液滴直接破碎霧化，三是解決液體在高於沸點時的爆沸問題。綜合霧化效果可使煙霧霧滴直徑在0.2～3um。這樣大小的霧滴更易進入肺泡中吸收，氣流傳感器18在發生「抽吸」動作時對進氣孔16進入的稀釋空氣流敏感，其傳感信號輸入控制電路，經延時後截止對微泵和加熱器的供電。微泵和加熱器的延時關係為當加熱器啟動後，經0.1～0.5秒延時後微泵啟動，微泵控制電路關閉後延時0.2～0.5秒後加熱器再關閉，其目的是在定量輸液後液體完全氣化無殘留。菸鹼貯液容器的體積根據需要可設計成不同大小，可以每天補充一次菸鹼溶液，也可以數天補充一次。液晶顯示屏10可顯示工作狀態參數，如電池容量、每天抽吸次數、使用平均周期、次數過量警示。在每次抽吸中紅色發光二極體3閃光，閃光信號由控制電路給出一個1.2秒的鋸齒波信號，使閃光呈漸變性的亮度變化，以模擬抽菸的燃燒閃光的亮度變化。圖1中的1為充電座，2為充電孔，4為彈簧，6為殼體，7為螺紋，9為開關，14為管道，15為隔板。圖6中的601為矽膠管，602為壓輪，603為蝸杆，604為電機。
本發明的設計中不排除用微機械(MEMS)原理把控制電路和超聲微泵製作在一塊矽片上的技術路線。
示例2簡化型電子香菸圖7為該簡化型的結構圖，其中省去了超聲霧化高頻發生器和壓電陶瓷片20。為保證霧化效果，要使用精細的電熱絲與噴管配合(結構見圖3)，使電熱絲與噴管內壁形成的一個或多個氣化腔的孔徑，最大孔徑在0.02～0.6mm之間，省去的氣流傳感器18的作用由阻容傳感器119的初始信號經控制電路延時後作為結束信號來代替。它的結構為氣化噴管117連用鎳鈦記憶合金絲製成的熱驅動泵111(結構見圖5)和與熱驅動泵相接的貯液膠囊113組成的液體輸送裝置，控制電路板108上的2個輸出端連接電熱器、泵或閥，一個人體電阻傳感器119連接在控制電路的輸入端；殼體內的前端還包括一個電池105和紅色發光二極體103共同構成一個菸嘴形、菸斗形或筆形的整體。熱驅動泵是由鎳鈦記憶合金或銅基記憶合金絲製成的電熱收縮膠管蠕動泵，在電熱致收縮過程中分別壓迫矽膠管的三個點構成一個泵出液體的壓力腔。熱驅動泵中的定量腔決定每次吸菸霧化的溶液量，電阻傳感器119在與嘴唇接觸後啟動控制電路108，控制電路啟動後向熱驅動泵和電熱器提供工作電流，延時2秒後關閉控制電路的輸出端，以待下次吸菸時再啟動。也可選用熱膨脹驅動泵和熱氣泡泵，熱膨脹驅動泵是由一個內藏電熱元件的微型氫氣膠囊在電熱致膨脹時堵塞進液口，開放出液口，形成泵出液體的壓力腔。熱氣泡泵是在電加熱薄膜上液體快速氣化形成泵出液體的壓力腔。圖7中的102為充電孔，103為發光二極體，105為電池，109為開關，112為充液閥，116為氣孔。
圖3中的401為電極引線，402為電熱絲，403為螺紋，404為基座，405為噴管。圖5中的501為支架，502為拉簧，503為泵出壓板，504為矽膠管，505為截止壓板，506為頂簧，507為記憶合金絲，508為電極A，509為電極B，510為電極C。
示例3鎳鈦記憶合金電子噴霧香菸圖8是其結構圖，該裝置的電熱氣化噴管217經氣動閥門220連至貯液膠囊213，超彈性元件210接至與貯液膠囊壓靠的壓板211，氣動閥門由氣動薄膜214、磁鋼環218、鋼閥針220和復位彈簧221構成。使用鎳鈦記憶合金超彈性元件210通過壓板211對貯液膠囊施以恆壓，當氣動閥門開啟時含有菸鹼的液體自貯液囊經過氣動閥流入氣化噴管，在高溫下氣化冷凝成「煙」，電阻傳感器在接觸嘴唇後啟動控制電路對電加熱器供電，當作吸氣動作時，氣動閥膜片受負壓作用帶動釹鐵硼永磁合金環吸動閥針運動，閥針開啟供液，氣動閥復位後經控制電路延時0.5秒後停止對電熱器供電。圖8中的203為發光二極體，202為充電孔，205為電池，208為控制電路，209為開關，212為充液閥，215為隔板，216為氣孔，219為電阻傳感器。
示例4使用氣囊加壓的電子霧化香菸該裝置(見圖9)的電熱氣化噴管317經連有計量腔320的電控閥311(結構見圖4)與貯液膠囊313構成液體輸送通道，貯液膠囊外周有一個充入高壓氮氣的氣體容器對貯液膠囊施壓以促使液體輸送，在控制信號作用於電控閥時，電控閥開啟，含有菸鹼的溶液自貯液膠囊在壓力的作用下流入計量腔推動活塞使活塞另一側的定容液體經過電控閥進入氣化噴管氣化冷凝成霧狀。連有計量腔的閥上的計量腔是具有液體進口和出口的缸體，缸體內有帶有微孔的活塞及連接在活塞上的復位彈簧組成。由電阻傳感器319啟動的控制電路分別調控電控閥和電加熱器的工作狀態，一次霧化結束後，計量腔中的活塞中的微孔的慢滲現象和復位彈簧的作用下在5～8秒內活塞復位。圖9中的305為電池，321為壓力瓶，322為壓力室，323為密封旋口，308為控制電路板，316為氣孔。
圖4中的406為矽膠管，407為截止壓板，408為記憶合金絲，409為支架，410為電極引線，411為壓力彈簧。圖10中的701為入口，702為活塞，703為活塞微孔，704為計量腔，705為復位彈簧，706為出口。
用於供電子霧化香菸的配方1.菸鹼6％ 丙二醇85％ 丙三醇2％ 香精2％ 有機酸1％ 抗氧劑1％2.菸鹼4％ 丙二醇80％ 丙三醇5％ 戊酸丁脂1％己酸異戊脂1％ 桂酸桂酯0.6％ 苯甲酸苄酯0.4％辛炔酸甲酯0.5％ 庚酸乙酯0.2％ 己酸己酯0.3％丁酸香葉酯2％ 薄荷醇0.5％ 檸檬酸0.5％ 菸草精4％3.菸鹼2％ 丙二醇90％ 檸檬酸2.5％ 香精1％ 菸草精4.5％4.菸鹼0.1％ 丙二醇80％ 丙三醇5％ 乙醇8％ 水2.9％香精1％ 菸草精1％ 有機酸2％
權利要求
1.一種非可燃性電子噴霧香菸，其特徵在於該香菸包括殼體、電池、高頻發生器、菸鹼貯液及容器、控制電路、顯示屏、氣流傳感器、人體接觸傳感器、壓電超聲霧化器、高溫氣化噴管及附件組成的菸嘴形整體，安裝在殼體(6)內吸氣端的電熱氣化噴管(17)經電控泵(11)或連有計量腔的閥及與電控泵或閥相連裝有菸鹼溶液的帶單向注液閥(12)的貯液膠囊(13)，氣化噴管(17)外側粘附的超聲壓電片(20)接控制電路板(8)內的高頻發生器，控制電路板(8)上的4個輸出端連接高頻發生器、電熱器、泵或閥及顯示屏，一個人體電阻傳感器(19)和一個氣流傳感器(18)連接在控制電路的輸入端；殼體(6)內的前端還包括一個電池和紅色發光二極體，共同構成一個菸嘴形、菸斗形或筆形的整體。
2.一種非可燃性電子噴霧香菸，其特徵在於它的結構為氣化噴管(117)連用鎳鈦記憶合金絲製成的熱驅動泵(111)和與熱驅動泵相接的貯液膠囊(113)組成的液體輸送裝置，控制電路板(108)上的2個輸出端連接電熱器、泵或閥，一個人體電阻傳感器(119)連接在控制電路的輸入端；殼體內的前端還包括一個電池(105)和紅色發光二極體(103)共同構成一個菸嘴形、菸斗形或筆形的整體。
3.一種非可燃性電子噴霧香菸，其特徵在於該裝置的電熱氣化噴管(217)經氣動閥門連至貯液膠囊(213)，超彈性元件(210)接至與貯液膠囊壓靠的壓板(211)，氣動閥門由氣動薄膜(214)、磁鋼環(218)、鋼閥針(220)和復位彈簧(221)構成。
4.一種非可燃性電子噴霧香菸，其特徵在於該裝置由電熱氣化噴管(317)經連有計量腔(320)的電控閥(311)與貯液膠囊(313)構成液體輸送通道，貯液膠囊外周有一個充入高壓氮氣的氣體容器。
5.按照權利要求1所述的香菸，其特徵在於所說控制電路板(8)上的高頻發生器是由三點式電容振蕩器、三點式電感振蕩器或由變壓器式振蕩電路構成，頻率在35KHz至3.3MHz，電路中帶有頻率自動微調電路與壓電片(20)諧振。
6.按照權利要求1所述的香菸，其特徵在於菸鹼貯液膠囊(13)由矽橡膠製成，不被菸鹼浸入的高分子化合物也可使用。
7.按照權利要求1所述的香菸，其特徵在於單向注液閥(12)是由球狀物或錐狀物在彈簧壓力下密封的。
8.按照權利要求1所述的香菸，其特徵在於氣流傳感器(18)是由集成薄膜熱敏電阻陣列製成的。
9.按照權利要求1所述的香菸，其特徵在於人體接觸的電阻或電容傳感器(19)的電極是在菸嘴未端由上下兩個金屬薄膜構成，與人體接觸後阻容參數的改變輸入控制電路中構成人體接觸開關。
10.按照權利要求1所述的香菸，其特徵在於電控泵(11)是由電動機或直線電機驅動，經聯軸器驅動大速比的減速器以低速度大扭矩帶動運轉，泵可以是蠕動泵、柱塞泵、偏心泵或螺杆泵，液泵也可使用壓電泵和超磁致伸縮泵及熱膨脹驅動泵、熱收縮驅動泵、熱氣泡泵。
11.按照權利要求1所述的香菸，其特徵在於電熱氣化噴管(17)是用低熱導率的耐高溫材料製成，內徑為0.05～2mm的細管，有效工作長度為3～20mm，管內裝有電加熱元件，熱元件和管腔形狀設計有利於液體氣化和噴出；氣化噴管(17)可用普通陶瓷製成，或矽酸鋁陶瓷、氧化鈦、氧化鋯、氧化釔陶瓷，溶融矽、二氧化矽，溶融氧化鋁製成，形狀為直管狀或螺旋狀，也可用聚四氟乙烯、碳纖維、玻璃纖維或性能相似的材料製成。
12.按照權利要求11所述的香菸，其特徵在於氣化噴管(17)內的電加熱元件可用鎳鉻合金絲、鐵鉻鋁合金絲、不鏽鋼絲、金絲、鉑絲、鎢鉬合金絲製成，形狀為直線狀、單螺旋狀、雙螺旋狀、集束狀、集束螺旋狀，其中以直線狀和集束螺旋狀為優選；電加熱元件可以是在管的內壁塗覆加熱塗層的形式加熱，塗層可以是電熱陶瓷材料、半導體材料，耐腐蝕金屬膜，如金、鎳、鉻、鉑、鉬；塗覆方法可採用塗層燒結法、化學沉積燒結法和離子噴濺；高溫氣化噴管的加熱方式可用上述材料和方式裝在噴管的管壁中，用高電阻的金屬製成噴管可不裝電熱絲，直接給金屬噴管通入加熱電流；也可用上述材料和方式裝在噴管的外面，在短期預熱的供電方式中也可以獲得合適的響應時間。
13.按照權利要求1所述的香菸，其特徵在於用於霧化的菸鹼溶液是由菸鹼，丙二醇，丙三醇，有機酸，抗氧劑，香精，水，乙醇構成；其中菸鹼的含量0.1％～6％、丙二醇含量80％～90％、有機酸含量0.2％～20％、餘量為丙三醇、香精、抗氧劑、水和乙醇。
14.按照權利要求10所述的香菸，其特徵在於熱驅動泵是由鎳鈦記憶合金或銅基記憶合金絲製成的電熱收縮膠管蠕動泵，在電熱致收縮過程中分別壓迫矽膠管的三個點構成一個泵出液體的壓力腔。
15.按照權利要求10所述的香菸，其特徵在於熱膨脹驅動泵是由一個內藏電熱元件的微型氫氣膠囊在電熱致膨脹時堵塞進液口，開放出液口，形成泵出液體的壓力腔。
16.按照權利要求10所述的香菸，其特徵在於熱氣泡泵是在電加熱薄膜上液體快速氣化形成泵出液體的壓力腔。
17.按照權利要求1所述的香菸，其特徵在於所說的電控泵或閥可為熱收縮閥，該閥由鎳鈦記憶合金或銅基記憶合金絲在電熱致收縮壓迫在矽橡膠管上構成。
18.按照權利要求1所述的香菸，其特徵在於連有計量腔的閥上的計量腔是具有液體進口和出口的缸體，缸體內有帶有微孔的活塞及連接在活塞上的復位彈簧組成。
全文摘要
本發明涉及一種不含有害焦油，只含菸鹼(尼古丁)的非可燃性電子噴霧香菸。該香菸包括殼體、電池、高頻發生器、菸鹼貯液及容器、控制電路、顯示屏、氣流傳感器、人體接觸傳感器、壓電超聲霧化器、高溫氣化噴管及附件組成的菸嘴形整體，安裝在殼體內吸氣端的電熱氣化噴管經電控泵或連有計量腔的閥及與電控泵或閥相連裝有菸鹼溶液的帶單向注液閥的貯液膠囊，控制電路板上的4個輸出端連接高頻發生器、電熱器、泵或閥及顯示屏，一個人體電阻傳感器和一個氣流傳感器連接在控制電路的輸入端。本發明具有的優點是，吸菸無焦油，大大降低致癌風險，使用者仍有吸菸的感覺和興奮，無需點燃，無火災危害。
文檔編號A24B15/00GK1541577SQ0311158
公開日2004年11月3日 申請日期2003年4月29日 優先權日2003年4月29日
發明者韓力, 韓 力 申請人:韓力, 韓 力