CN111109658A - 电加热气溶胶生成系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电加热气溶胶生成系统，其包括气溶胶生成装置和配置为与所述装置一起使用的筒，所述装置包括：装置外壳，其包括当装置外壳与筒接合时用于接纳筒的至少一部分的腔；感应器线圈，其位于腔的周围或附近；和电源，其连接到感应器线圈并且配置为向感应器线圈提供交流电；所述筒包括：筒外壳，其配置成接合装置外壳接合并且包含气溶胶形成基质，筒外壳具有围绕气溶胶形成基质的外表面，外表面的至少一部分由流体可渗透的感受器元件形成，所述感受器元件配置成允许气溶胶形成基质在液相中通过其渗透。

Description

电加热气溶胶生成系统
本申请是名称为“包括流体可渗透感受器元件的气溶胶生成系统”、国际申请日为2015年5月14日、国际申请号为PCT/EP2015/060730、国家申请号为201580023038.3的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本公开涉及通过加热气溶胶形成基质操作的气溶胶生成系统。特别地本发明涉及气溶胶生成系统，其包括包含电源的装置部分和包括可消耗气溶胶形成基质的可替换筒部分。
背景技术
一种类型的气溶胶生成系统是电子香烟。电子香烟典型地使用被蒸发以形成气溶胶的液体气溶胶形成基质。电子香烟典型地使用电源，用于保持气溶胶形成基质的供给的液体储存部分，以及雾化器。
液体气溶胶形成基质在使用中耗尽并且因此需要补充。供应液体气溶胶形成基质的再填充物的最常用方式是雾化筒(cartomiser)类型的筒。雾化筒包括液体基质的供给和雾化器，所述雾化器通常呈围绕浸泡在气溶胶形成基质中的毛细材料缠绕的电操作电阻加热器的形式。替换作为单个单元的雾化筒具有的好处是方便用户并且避免需要用户必须清洁或以另外方式维护雾化器。
然而，将期望能够提供一种系统，其允许气溶胶形成基质的再填充物比目前可用的雾化筒生产成本更低并且更耐用，同时仍然易于和便于消费者使用。另外将期望提供一种系统，其不需要焊接接头并且允许容易清洁的密封装置。
发明内容
在第一个方面，提供了一种电加热气溶胶生成系统，其包括气溶胶生成装置以及配置为与气溶胶生成装置一同使用的筒，所述装置包括：
装置外壳；
感应器线圈，其位于腔的周围或附近；以及
与所述感应器线圈连接并且配置为向感应器线圈提供高频振荡电流的电源；
筒包括：
筒外壳，其配置成接合装置外壳并且包含气溶胶形成基质，外壳具有围绕气溶胶形成基质的外表面，外表面的至少一部分由流体可渗透的感受器元件形成。
在操作中，高频振荡电流穿过扁平螺旋感应器线圈以生成交变磁场，所述交变磁场在感受器元件中感生电压。感生的电压导致电流在感受器元件中流动并且该电流导致感受器的焦耳加热，这又加热气溶胶形成基质。如果感受器元件是铁磁性的，则感受器元件中的磁滞损耗也可生成热。蒸发的气溶胶形成基质可以穿过感受器元件并且随后冷却以形成输送到用户的烟雾。
使用感应加热的该布置具有的优点是不需要在筒和装置之间形成电接触。并且加热元件(在该情况下为感受器元件)不需要电联接到任何其它部件，不需要焊料或其它结合元件。此外，线圈作为装置的一部分被提供，使得能够构造简单、便宜和耐用的筒。筒典型地是以远大于与它们一起操作的装置的数量生产的一次性制品。因此减小筒的成本(即使它需要更昂贵的装置)可以导致制造商和消费者的显著成本节约。
当在本文中使用时，高频振荡电流表示具有500kHz到30MHz之间的频率的振荡电流。高频振荡电流可以具有1到30MHz之间、优选1到10MHz之间并且更优选5到7MHz之间的频率。
当在本文中使用时，“感受器元件”表示当受到变化磁场时加热的导电元件。这可以是在感受器元件中感生的涡电流和/或磁滞损耗的结果。用于所述感受器元件的可能材料包括石墨、钼、碳化硅、不锈钢、铌、铝和几乎任何其他导电性元素。有利地，感受器元件是铁氧体元件。感受器元件的材料和几何形状可以被选择以提供期望的电阻和热生成。所述感受器元件可包括例如网、扁平螺旋线圈、纤维或织物。
如本文所使用，“流体可渗透”元件意指允许液体或气体通过其渗透的元件。所述感受器元件可具有在其中形成的多个开口以允许流体通过所述开口渗透。具体来说，所述感受器元件允许气溶胶形成基质在气相或气相和液相两者中通过其渗透。
感受器元件可以呈延伸横越筒外壳中的开口的片材的形式。感受器元件可以围绕筒外壳的周边延伸。
装置外壳可以包括当筒外壳与装置外壳接合时用于接纳筒的至少一部分的腔，腔具有内表面。感应器线圈可以位于最靠近电源的腔的表面上或附近。感应器线圈可以成形为与腔的内表面一致。
装置外壳可以包括主体和烟嘴部分。腔可以在主体中并且烟嘴部分可以具有出口，由系统生成的烟雾可以通过所述出口吸引到用户的口中。感应器线圈可以在烟嘴部分中或主体中。
替代地，烟嘴部分可以作为筒的一部分被提供。当在本文中使用时，术语“烟嘴部分”表示放置在用户的口中以便直接吸入由气溶胶生成系统生成的烟雾的装置或筒的一部分。烟雾通过烟嘴部分传送到用户的口中。
系统可以包括从空气入口延伸到空气出口的空气路径，其中空气路径穿过感应器线圈。通过允许空气流动通过系统以穿过线圈，可以获得紧凑系统。
筒可以具有简单设计。筒具有外壳，气溶胶形成基质保持在所述外壳内。筒外壳优选地是刚性外壳，包括不透液体的材料。当在本文中使用时“刚性的壳体”表示自承的壳体。
气溶胶形成基质为能够释放可形成气溶胶的挥发性化合物的基质。可以通过加热气溶胶形成基质释放挥发性化合物。气溶胶形成基质可以是固体或液体，或者包括固体和液体组分。
气溶胶形成基质可以包括植物性材料。气溶胶形成基质可以包括烟草。气溶胶形成基质可以包括包含挥发性烟草风味化合物的含烟草材料，当加热时所述挥发性烟草风味化合物从气溶胶形成基质释放。气溶胶形成基质可替代地包括不含烟草的材料。气溶胶形成基质可包括均质植物性材料。气溶胶形成基质可包括均质烟草材料。气溶胶形成基质可包括至少一种气溶胶形成剂。烟雾形成剂是任何合适的已知化合物或化合物的混合物，其在使用中便于形成浓密和稳定的烟雾并且在系统的操作温度下基本上抗热降解。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。优选的气溶胶形成剂是多羟基醇或其混合物，例如三甘醇、1,3-丁二醇且最优选的丙三醇。气溶胶形成基质可包括其它添加剂和成分，例如香料。
气溶胶形成基质可以吸附、涂覆、浸渍或以另外方式装载到载体或支撑物上。在一个例子中，气溶胶形成基质是保持在毛细材料中的液体基质。毛细管材料可以具有纤维状或海绵状结构。毛细管材料优选地包括毛细管束。例如，毛细管材料可以包括多个纤维或线或其它细孔管。纤维或线可以大体上对准以将液体传送到加热器。替代地，毛细管材料可以包括海绵状或泡沫状材料。毛细管材料的结构形成复数个小孔或管，液体可以由毛细作用输送通过所述小孔或管。毛细管材料可以包括任何合适的材料或材料的组合。合适材料的例子是海绵或泡沫材料，呈纤维或烧结粉末的形式的陶瓷或石墨基材料，泡沫金属或塑料材料，例如由纺制或挤出纤维制造的纤维状材料，如醋酸纤维素、聚酯或粘合聚烯烃、聚乙烯、涤纶或聚丙烯纤维、尼龙纤维或陶瓷。毛细管材料可以具有任何合适的毛细管作用和孔隙度，以便与不同的液体物理性质一起使用。液体具有物理性质，包括但不限于粘度、表面张力、密度、热导率、沸点和蒸汽压力，其允许液体由毛细作用输送通过毛细材料。毛细材料可以配置成将气溶胶形成基质传送到感受器元件。毛细材料可以延伸到感受器元件中的间隙中。
感受器元件可以设在筒外壳的壁上，当筒外壳与装置外壳接合时所述壁配置成邻近感应器线圈定位。在使用中，有利的是使感受器元件靠近感应器线圈以便最大化在感受器元件中感生的电压。
当筒外壳与装置外壳接合时，空气流通道可设置在感应器线圈与感受器元件之间。蒸发的气溶胶形成基质可以夹带于在空气流通道中流动的空气中，其随后冷却以形成气溶胶。
感应器线圈可以是螺旋线圈或扁平螺旋线圈。当在本文中使用时“扁平螺旋线圈”表示大体是平面的线圈，其中线圈的缠绕轴线垂直于线圈所处的表面。然而，当在本文中使用时术语“扁平螺旋线圈”涵盖平面的线圈以及成形为与弯曲表面一致的扁平螺旋线圈。扁平螺旋线圈的使用允许设计紧凑装置，具有耐用并且制造便宜的简单设计。线圈可以保持在装置外壳内并且不需要暴露于生成的气溶胶,使得可以防止线圈上的沉积物和可能的腐蚀。扁平螺旋线圈的使用也允许装置和筒之间的简单接口，允许简单和便宜的筒设计。
扁平螺旋感应器可以具有在线圈的平面内的任何期望的形状。例如，扁平螺旋线圈可以具有圆形或者可以具有大体长圆形。
线圈可具有5mm与10mm之间的直径。
感应器线圈可以位于最靠近电源的腔的表面上或表面附近。这减小装置内的电连接的数量和复杂性。系统可以包括多个感应器线圈并且可以包括多个感受器元件。
感应器线圈可具有匹配感受器元件的形状的形状。
有利地，感受器元件具有1到40000之间的相对磁导率。当期望大部分加热依靠涡电流时，可以使用较低磁导率的材料，并且当期望磁滞效应时则可以使用较高磁导率的材料。优选地，材料具有500到40000之间的相对磁导率。这提供高效加热。
感受器元件的材料可以由于其居里温度而被选择。高于其居里温度材料不再是铁磁性的并且因此由于磁滞效应引起的加热不再发生。在感受器元件由单一材料制造的情况下，居里温度可以对应于感受器元件应具有的最大温度(也就是说，居里温度与感受器元件应被加热到的温度相同或偏离该最大温度大约1-3％)。这减小快速过热的可能性。
如果感受器元件由一种以上的材料制造，则感受器元件的材料可以相对于另外的方面被优化。例如，可以选择材料使得感受器元件的第一材料可以具有高于感受器元件应被加热到的最大温度的居里温度。例如，感受器元件的该第一材料然后可以在一方面相对于最大热生成和转移到气溶胶形成基质被优化以提供感受器的高效加热。然而，感受器元件然后可以附加地包括第二材料，所述第二材料具有对应于感受器应被加热到的最大温度的居里温度，并且一旦感受器元件到达该居里温度，感受器元件的磁性质整体上变化。该变化可以被检测并且传送到微控制器，然后所述微控制器然后中断交流电的生成直到温度再次冷却到低于居里温度，由此可以恢复交流电生成。
系统还可以包括连接到感应器线圈和电源的电路。电路可以包括可以是可编程微处理器的微处理器、微控制器或专用集成芯片(ASIC)或能够提供控制的其它电子电路。电路还可包括电子组件。电路可经配置以调节到线圈的电流供给。在启动系统之后电流可以连续地供应到感应器线圈或者可以在逐抽吸的基础上间歇地被供应。电路可以有利地包括DC/AC变换器，其可以包括D级或E级功率放大器。
系统有利地包括在壳体的主体内的电源，典型地是电池，例如磷酸锂铁电池。作为替代，电源可以是另一形式的电荷存储装置，例如电容器。电源可以需要再充电并且可以具有允许存储足够用于一次或多次吸烟体验的能量的容量。例如，电源可以具有足够的容量以允许连续生成气溶胶持续大约六分钟的时间，对应于抽一支常规卷烟所耗费的典型时间，或者持续多个六分钟的时间。在另一例子中，电源可以具有足够的容量以允许预定的抽吸的数量或感应器线圈的间断启动。
系统可以是电操作吸烟系统。系统可以是手持式气溶胶生成系统。气溶胶生成系统可以具有相当于常规雪茄或卷烟的尺寸。吸烟系统可以具有大约30mm到大约150mm之间的总长度。吸烟系统可以具有大约5mm到大约30mm之间的外径。
在第二方面中，提供了用于在电加热气溶胶生成系统中使用的筒，电加热气溶胶生成系统包括气溶胶生成装置，筒配置成与所述装置一起使用，其中装置包括装置外壳，所述外壳限定用于接纳筒的至少一部分的腔；感应器线圈，其位于腔的周围或附近；以及电源，其连接到感应器线圈并且配置成向感应器线圈提供高频振荡电流；筒，其包括包含气溶胶形成基质的筒外壳，外壳具有外表面，外表面的至少一部分由流体可渗透的感受器元件形成，其中感受器元件与任何其它导电部件电隔离。
感受器元件可以呈延伸横越筒外壳中的开口的片材的形式。感受器元件可以围绕筒外壳的周边延伸。
关于一个方面所述的特征可以应用于本公开的其它方面。特别地，关于本公开的第一方面所述的有利或可选特征可以应用于本发明的第二方面。
附图说明
现在将仅仅通过例子参考附图详细地描述根据本公开的系统的实施例，其中：
图1是使用扁平螺旋感应器线圈的气溶胶形成系统的第一实施例的示意图；
图2显示图1的筒；
图3显示图1的感应器线圈；
图4显示图2的筒的替代感受器元件；
图5显示图1的筒的另一替代感受器元件；
图6是使用扁平螺旋感应器线圈的第二实施例的示意图；
图7是使用扁平螺旋感应器线圈的第三实施例的示意图；
图8显示图7的筒；
图9显示图7的感应器线圈；
图10是第四实施例的示意图；
图11显示图10的筒；
图12显示图10的线圈；
图13是第五实施例的示意图；
图14是第六实施例的示意图；
图15是使用单位剂量筒的第八实施例的示意图。
图16A是用于生成感应器线圈的高频信号的驱动电路的第一例子；以及
图16B是用于生成感应器线圈的高频信号的驱动电路的第二例子。
具体实施方式
图中所示的实施例全部依赖于感应加热。感应加热通过将待加热的导电制品放置在时变磁场中而起作用。涡电流在导电制品中感生。如果导电制品被电绝缘，则通过导电制品的焦耳加热消耗涡电流。在通过加热气溶胶形成基质而操作的气溶胶生成系统中，气溶胶形成基质典型地本身不充分地导电从而以该方式被感应加热。因此在图中所示的实施例中感受器元件用作被加热的导电制品并且气溶胶形成基质然后由感受器元件通过热传导、对流和/或辐射加热。如果使用铁磁性感受器元件，则当磁畴在感受器元件内切换时热也可由磁滞损耗生成。
所述的实施例均使用感应器线圈来生成时变磁场。感应器线圈设计成使得它不会受到显著的焦耳加热。相比之下感受器元件设计成使得存在感受器的显著焦耳加热。
图1是根据第一实施例的气溶胶生成系统的示意图。系统包括装置100和筒200。装置包括主外壳101，所述主外壳包含磷酸锂铁电池102和控制电子器件104。主外壳101也限定筒200接纳在其中的腔112。装置也包括具有出口124的烟嘴部分120。烟嘴部分在该例子中通过铰接连接连接到主外壳101，但是可以使用任何类型的连接，如卡扣配合或螺钉配合。当烟嘴部分处于闭合位置时，如图1中所示，空气入口122限定于烟嘴部分120与主体101之间。
扁平螺旋感应器线圈110在烟嘴部分内。通过由铜板冲压或切割螺旋线圈形成线圈110。在图3中更清楚地示出线圈110。线圈110位于空气入口122和空气出口124之间使得通过入口122吸引到出口124的空气穿过线圈。线圈可以在保护性的耐腐蚀的涂层或封壳内密封。
筒200包括保持毛细材料并且填充有液体气溶胶形成基质的筒外壳204。筒外壳204是不透流体的，但是具有由可渗透感受器元件210覆盖的敞开端部。在图2中更清楚地示出筒200。该实施例中的感受器元件包括具有铁氧体钢的铁氧体网。气溶胶形成基质可以在网的间隙中形成弯月面。所述感受器的另一个选项是具有开放网状结构的石墨织物。
当筒200与装置接合并且接纳在腔112中时，感受器元件210邻近扁平螺旋线圈110定位。筒200可以包括键合特征以保证它不能颠倒插入。
在使用中，用户在烟嘴部分120上抽吸以通过空气入口122将空气吸引到烟嘴部分120中并且将离开出口124进入用户的口中。装置包括作为控制电子器件104的一部分的、呈麦克风的形式的抽吸传感器106。当用户在烟嘴部分上抽吸时小空气流通过传感器入口121吸引经过麦克风106并且一直进入烟嘴部分120。当检测到抽吸时，控制电子器件将高频振荡电流提供给线圈110。这生成振荡磁场，如图1中的虚线所示。LED 108也被启动以指示装置被启动。振荡磁场穿过感受器元件，在感受器元件中感生涡电流。感受器元件由于焦耳加热和磁滞损耗而发热，到达足以蒸发靠近感受器元件的气溶胶形成基质的温度。蒸发的气溶胶形成基质夹带在从空气入口流动到空气出口的空气中并且在进入用户的口中之前在烟嘴部分内冷却以形成气溶胶。在检测到抽吸之后控制电子器件将振荡电流供应到线圈持续预定持续时间(在该例子中为五秒)，并且然后切断电流直到检测到新的抽吸。
可以看到筒具有简单和耐用的设计，其相比于市场上可获得的雾化筒可以便宜地制造。在该实施例中，筒具有圆柱形并且感受器元件跨越筒外壳的圆形敞开端部。然而其它配置是可能的。图4是替代筒设计的端视图，其中感受器元件是跨越筒外壳204中的矩形开口的钢网的条带220。图5是另一个替代感受器元件的端视图。在图5中，所述感受器是被径向条连接起来的三个同心圆。所述感受器元件跨越筒外壳上的圆形开口。
图6示出第二实施例。在图6中仅仅显示系统的前端，原因是可以使用与图1中所示相同的电池和控制电子器件，包括抽吸检测机构。在图6中扁平螺旋线圈136在装置的主体101中位于腔的与烟嘴部分120相对的端部处，但是系统以基本上相同的方式操作。间隔件134确保在线圈136和感受器元件210之间存在空气流空间。蒸发的气溶胶形成基质夹带在经过感受器从入口132流动到出口124的空气中。与图6所示的实施例中一样，一些空气可以从入口132流动到出口124而不经过感受器元件。该直接空气流与烟嘴部分中的蒸汽混合加速冷却并且保证气溶胶中的最佳小滴尺寸。
在图6所示的实施例中筒具有与图1的筒相同的尺寸和形状并且具有相同的外壳和感受器元件。然而，图6的筒内的毛细材料不同于图1的毛细材料。在图6的筒中有两个独立的毛细材料202、206。第一毛细材料206的圆盘被提供以在使用中接触感受器元件210。第二毛细材料202的较大主体设在第一毛细材料206的与感受器元件相对的一侧上。第一毛细管材料和第二毛细管材料两者都保持液体气溶胶形成基质。接触感受器元件的第一毛细材料206具有比第二毛细材料202更高的热分解温度(至少160℃或更高，如大约250℃)。第一毛细材料206有效地用作将在使用中变得很热的加热器感受器元件与第二毛细材料202分离的间隔件使得第二毛细材料不暴露于高于其热分解温度的温度。跨第一毛细管材料的热梯度使得第二毛细管材料暴露于低于其热分解温度的温度。第二毛细材料202可以被选择以具有比第一毛细材料206出色的芯吸性能，可以保持比第一毛细材料更多的每单位体积的液体并且可以比第一毛细材料更便宜。在该例子中第一毛细材料是耐热元件，如纤维玻璃或含纤维玻璃的元件，并且第二毛细材料是聚合物，如高密度聚乙烯(HDPE)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
图7示出第三实施例。在图7中仅仅显示系统的前端，原因是可以使用与图1中所示相同的电池和控制电子器件，包括抽吸检测机构。在图7中，筒240为立方体并且在筒的相对侧面上形成有感受器元件的两个条带242。在图8中单独显示筒。装置包括位于腔的相对侧上的两个扁平螺旋线圈142使得当筒接纳在腔中时感受器元件条带242邻近线圈142。线圈142为矩形以对应于感受器条带的形状，如图9中所示。空气流通道设在线圈142和感受器条带242之间使得当用户在烟嘴部分120上抽吸时来自入口144的空气朝着出口124流动经过感受器条带。
与图1的实施例中一样，筒包含毛细材料和液体气溶胶形成基质。毛细材料布置成将液体基质传送到感受器元件条带242。
图10是第四实施例的示意图；在图10中仅仅显示系统的前端，原因是可以使用与图1中所示相同的电池和控制电子器件，包括抽吸检测机构。
在图10中筒250为圆柱形并且形成有围绕筒的中心部分延伸的带状感受器元件252。带状感受器元件覆盖形成于刚性筒外壳中的开口。在图11中单独显示筒。装置包括围绕腔定位的螺旋线圈152使得当筒接纳在腔中时感受器元件252在线圈152内。在图12中单独显示线圈152。空气流通道设置在线圈152和感受器元件252之间,使得当用户在烟嘴部分120上抽吸时来自入口154的空气朝着出口124流过感受器条带。
在使用中，用户在烟嘴部分120上抽吸以通过空气入口154吸引空气经过感受器元件262、进入烟嘴部分120并且离开出口124进入用户的口中。当检测到抽吸时，控制电子器件将高频振荡电流提供给线圈152。这生成振荡磁场。振荡磁场穿过感受器元件，在感受器元件中感生涡电流。感受器元件由于焦耳加热和磁滞损耗而发热，到达足以蒸发靠近感受器元件的气溶胶形成基质的温度。蒸发的气溶胶形成基质穿过感受器元件并且夹带在从空气入口流动到空气出口的空气中并且在进入用户的口中之前在通道和烟嘴部分内冷却以形成气溶胶。
图13示出第五实施例。在图13中仅仅显示系统的前端，原因是可以使用与图1中所示相同的电池和控制电子器件，包括抽吸检测机构。图13的装置具有类似于图7的装置的构造，具有位于外壳的侧壁中围绕筒接纳在其中的腔的扁平螺旋线圈。但是筒具有不同构造。图13的筒260具有类似于图10中所示的筒的中空圆柱形。筒包含毛细材料并且填充有液体气溶胶形成基质。筒260的内表面(即，围绕内部通道166的表面)包括可透流体感受器元件(在该例子中为铁氧体网)。铁氧体网可以内衬筒的整个内表面或筒的内表面的仅仅一部分。
在使用中，用户在烟嘴部分120上抽吸以将空气通过空气入口164吸引通过筒的中心通道、经过感受器元件262、进入烟嘴部分120并且离开出口124进入用户的口中。当检测到抽吸时，控制电子器件将高频振荡电流提供给线圈162。这生成振荡磁场。振荡磁场穿过感受器元件，在感受器元件中感生涡电流。感受器元件由于焦耳加热和磁滞损耗而发热，到达足以蒸发靠近感受器元件的气溶胶形成基质的温度。蒸发的气溶胶形成基质穿过感受器元件并且夹带在从空气入口流动到空气出口的空气中并且在进入用户的口中之前在通道和烟嘴部分内冷却以形成气溶胶。
图14示出第六实施例。在图14中仅仅显示系统的前端，原因是可以使用与图1中所示相同的电池和控制电子器件，包括抽吸检测机构。图14中所示的筒270与图13中所示的相同。然而图14的装置具有不同配置，其包括在延伸到筒的中心通道中的支撑叶片176上的感应器线圈172以生成靠近感受器元件272的振荡磁场。
图15示出第七实施例。在图15中仅仅显示系统的前端，原因是可以使用与图1中所示相同的电池和控制电子器件，包括抽吸检测机构。在图15所示的实施例中，所述筒很小，仅保持足够供单次使用的气溶胶形成基质，例如供单次吸烟或药物的单次剂量。所述筒包括铁氧体元件制成的感受器线圈外壳292，保持气溶胶形成基质290。所述筒的外壳的前端294上具有穿孔，使得蒸汽能够渗透。所述筒与装置中的腔接合，邻近扁平螺旋感应器线圈192。
在使用中，用户在烟嘴部分120上抽吸以通过空气入口194将空气经过筒294的蒸汽可渗透部分吸引到烟嘴部分120中并且离开出口124进入用户的口中。当检测到抽吸时，控制电子器件将高频振荡电流提供给线圈192。这生成振荡磁场。振荡磁场穿过筒外壳的感受器元件，在感受器元件中感生涡电流。感受器元件由于焦耳加热和磁滞损耗而发热，到达足以蒸发气溶胶形成基质的温度。蒸发的气溶胶形成基质被从空气入口流动到空气出口的空气吸引穿过所述筒294的蒸汽可渗透部分并且在进入用户的口中之前在烟嘴部分内冷却以形成烟雾。
所述的实施例全部可以由基本上相同的电子电路104驱动。图16A示出用于使用E级功率放大器将高频振荡电流提供给感应器线圈的电路的第一例子。从图16A可以看出，所述电路包括E级功率放大器,该E级功率放大器具有包括场效应晶体管(FET)1110(例如，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET))的晶体管开关1100，用于将开关信号(栅-源电压)供应到FET 1110的、由箭头1120指示的晶体管开关供应电路，以及包括并联电容器C1和串联连接的电容器C2和感应器L2的LC负载网络1130。包括电池101的直流电源包括扼流圈L1，并且供应直流电源电压。在图16A中也显示表示总电阻负载1140的欧姆电阻R，其是标记为L2的感应器线圈的欧姆电阻RCoil和感受器元件的欧姆电阻RLoad的总和。
由于部件的很少数量，电源电子器件的体积可以保持较小。由于LC负载网络1130的感应器L2直接用作用于感应耦合到感受器元件的感应器，因此电源电子器件的该极小体积是可能的，并且该小体积允许整个感应加热装置的总尺寸保持小。
尽管E类功率放大器的一般工作原理是已知的，并在已经提到的美国CT，纽因顿American Radio Relay League(ARRL)在2001年1月/2月这一期的双月杂志OEX的9-20页出版的Nathan O.Sokal所著的文章“Class-E RF Power Amplifiers”有详细描述，但一些一般原理将在下文进行解释。
让我们假设晶体管开关供应电路1120将具有矩形分布的开关电压(FET的栅-源电压)供应到FET 1110。只要FET 1321正在导电(处于“开”状态)，它基本上构成短路(低电阻)并且整个电流流动通过扼流圈L1和FET 1110。当FET 1110不正在导电(处于“关”状态)时，整个电流流动到LC负载网络中，原因是FET 1110基本上代表开路(高电阻)。在这两种状态之间开关晶体管使供应的DC电压和DC电流逆变成AC电压和AC电流。
为了高效地加热感受器元件，供应的直流电尽可能以交流电的形式传输到感应器L2并且随后传输到感应耦合到感应器L2的感受器元件。在感受器元件中消耗的功率(涡电流损耗、磁滞损耗)在感受器元件中生成热，如上面进一步所述。换句话说，FET 1110中的功率消耗必须最小化，同时最大化感受器元件中的功率消耗。
在交流电压/电流的一个周期期间的FET 1110中的功率消耗是在交流电压/电流的该周期期间的每个时刻的晶体管电压和电流的乘积在该时期的积分和在该周期的平均。由于FET 1110必须在该周期的一部分期间经受高电压并且在该周期的一部分期间传导高电流，因此必须避免高电压和高电流同时存在，原因是这将导致FET 1110中的显著功率消耗。在FET 1110的“开”状态下，当高电流正在流动通过FET时晶体管电压几乎为零。在FET1110的“关”状态下，晶体管电压高，但是通过FET 1110的电流几乎为零。
开关晶体管不可避免地还在该周期的一些时段中延伸。然而，代表FET 1110中的高功率损耗的高电压-电流乘积可以通过以下附加措施避免。首先，晶体管电压的上升被延迟，直到在通过晶体管的电流已经降低到零为止。其次，晶体管电压在通过晶体管的电流开始升高之前返回到零。这由包括并联电容器C1和电容器C2和感应器L2的一系列连接的负载网络1130实现，该负载网络是FET 1110和负载1140之间的网络。第三，在导通时晶体管电压实际为零(对于双结型晶体管“BJT”，它是饱和偏置电压Vo)。导通的晶体管并不对充电的并联电容器C1放电，因此，避免耗散并联晶体管存储的能量。第四，晶体管电压的斜率在导通时间为零。然后，由负载网络注入到导通晶体管中的电流以可控的适度的速率平滑上升，导致低功率耗散，同时晶体管电导在导通过渡期间从零开始积累。结果，晶体管电压和电流不会同时很高。电压和电流的开关逆变是彼此时间位移的。L1、C1和C2的值可以被选择以最大化感受器元件中的功率的高效消耗。
尽管E级功率放大器对于根据本公开的多数系统是优选的，但是也能够使用其它电路结构。图16B示出用于使用D级功率放大器将高频振荡电流提供给感应器线圈的电路的第二例子。图16B的电路包括连接到两个晶体管1210、1212的电池101。两个开关元件1220、1222被提供用于接通和切断两个晶体管1210、1212。开关以一种方式高频地被控制从而确保两个晶体管1210、1212中的一个已被切断，同时两个晶体管中的另一个被接通。感应器线圈再次由L2指示并且线圈和感受器元件的组合欧姆电阻由R指示。可将C1和C2的值选择为最大化在感受器元件中的电力的有效耗散。
感受器元件可以由具有接近感受器元件应加热到的期望温度的居里温度的材料或材料的组合制造。一旦感受器元件的温度超过该居里温度，材料将其铁磁性质变为顺磁性质。因此，感受器元件中的能量消耗明显减小，原因是具有顺磁性质的材料的磁滞损耗远低于具有铁磁性质的材料。感受器元件中的该减小的功率消耗可以被检测，并且例如，由DC/AC变换器生成交流电然后可以被中断直到感受器元件已冷却到再次低于居里温度并且已恢复其铁磁性质。然后可以再次恢复由DC/AC逆变器生成交流电。
本领域的普通技术人员现在可以想到根据本公开的包含感受器元件的其它筒设计。例如，筒可以包括烟嘴部分并且可以具有任何期望的形状。此外，根据本公开的线圈和感受器布置可以用于除了已经所述的那些以外的其它类型的系统中，如增湿器、空气清新器和其它气溶胶生成系统。
上文描述的示例性实施例是举例说明而不是限制性的。考虑到上述的示例性实施例，现在本领域的普通技术人员将理解到与以上示例性实施例一致的其它实施例。

Claims (34)

1.一种电加热气溶胶生成系统，其包括气溶胶生成装置和配置为与所述装置一起使用的筒，所述装置包括：
装置外壳，其包括当装置外壳与筒接合时用于接纳筒的至少一部分的腔；
感应器线圈，其位于腔的周围或附近；和
电源，其连接到感应器线圈并且配置为向感应器线圈提供交流电；
所述筒包括：
筒外壳，其配置成接合装置外壳接合并且包含气溶胶形成基质，筒外壳具有围绕气溶胶形成基质的外表面，外表面的至少一部分由流体可渗透的感受器元件形成，所述感受器元件配置成允许气溶胶形成基质在液相中通过其渗透。
2.根据权利要求1所述的电加热气溶胶生成系统，其中，筒外壳是不透液体的刚性外壳。
3.根据权利要求1或2所述的电加热气溶胶生成系统，其中，感受器元件呈延伸横越筒外壳中的开口的片材的形式。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的电加热气溶胶生成系统，其中，感受器元件围绕筒外壳的周边延伸。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的电加热气溶胶生成系统，其中，感应器线圈是扁平螺旋线圈。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的电加热气溶胶生成系统，其中，腔具有内表面，并且感应器线圈位于最靠近电源的腔的表面上或附近。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的电加热气溶胶生成系统，其中，装置外壳包括主体和烟嘴部分，腔在主体中，并且烟嘴部分具有出口，由系统生成的烟雾能够通过所述出口吸引到用户的口中，其中，感应器线圈在烟嘴部分中。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的电加热气溶胶生成系统，其中，感受器元件与气溶胶形成基质接触。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的电加热气溶胶生成系统，其中，当筒外壳与装置外壳接合时，空气流通道设置在感应器线圈与感受器元件之间。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的电加热气溶胶生成系统，其中，感受器元件设在筒外壳的壁上，当筒外壳与装置外壳接合时所述壁配置成邻近感应器线圈定位。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的电加热气溶胶生成系统，其中，感受器元件包括网、扁平螺旋线圈、纤维或织物。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的电加热气溶胶生成系统，其中，气溶胶形成基质是液体。
13.根据权利要求12所述的电加热气溶胶生成系统，其中，液体的气溶胶形成基质保持在毛细材料中。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的电加热气溶胶生成系统，其中，所述系统是手持式吸烟系统。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的电加热气溶胶生成系统，其中，电源配置为向感应器线圈提供高频振荡电流。
16.一种在电加热气溶胶生成系统中使用的筒，所述电加热气溶胶生成系统包括气溶胶生成装置，所述筒被配置成与所述装置一起使用，其中所述装置包括：装置外壳，其限定用于接纳所述筒的至少一部分的腔；感应器线圈，其位于所述腔的周围或附近；以及电源，其连接到所述感应器线圈并且配置成向所述感应器线圈提供交流电；所述筒包括包含气溶胶形成基质的筒外壳，所述筒外壳具有外表面，所述外表面的至少一部分由流体可渗透的感受器元件形成，所述感受器元件配置成允许气溶胶形成基质在液相中通过其渗透，其中所述感受器元件与任何其它导电部件电隔离。
17.一种电加热气溶胶生成系统，其包括气溶胶生成装置和配置为与所述装置一起使用的筒，所述装置包括：
装置外壳，其包括当装置外壳与筒接合时用于接纳筒的至少一部分的腔；
感应器线圈，其位于腔的周围或附近；和
电源，其连接到感应器线圈并且配置为向感应器线圈提供交流电；
所述筒包括：
筒外壳，其配置成接合装置外壳接合并且包含气溶胶形成基质，筒外壳具有围绕气溶胶形成基质的外表面，外表面的至少一部分由流体可渗透的感受器元件形成；
其中，装置外壳包括主体和烟嘴部分，腔在主体中，并且烟嘴部分具有出口，由系统生成的烟雾能够通过所述出口吸引到用户的口中。
18.根据权利要求17所述的电加热气溶胶生成系统，其中，感应器线圈在烟嘴部分中。
19.一种电加热气溶胶生成系统，其包括气溶胶生成装置和配置为与所述装置一起使用的筒，所述装置包括：
装置外壳，其包括当装置外壳与筒接合时用于接纳筒的至少一部分的腔；
感应器线圈，其位于腔的周围或附近；和
电源，其连接到感应器线圈并且配置为向感应器线圈提供交流电；
所述筒包括：
筒外壳，其配置成接合装置外壳接合并且包含液体的气溶胶形成基质，筒外壳具有围绕气溶胶形成基质的外表面，外表面的至少一部分由流体可渗透的感受器元件形成；
其中，装置外壳包括烟嘴部分，烟嘴部分具有出口，由系统生成的烟雾能够通过所述出口吸引到用户的口中。
20.一种在电加热气溶胶生成系统中使用的筒，所述电加热气溶胶生成系统包括气溶胶生成装置，所述筒被配置成与所述装置一起使用，其中所述装置包括：装置外壳，其限定用于接纳所述筒的至少一部分的腔；感应器线圈，其位于所述腔的周围或附近；以及电源，其连接到所述感应器线圈并且配置成向所述感应器线圈提供交流电；所述筒包括包含液体的气溶胶形成基质的筒外壳，所述筒外壳具有外表面，所述外表面的至少一部分由流体可渗透的感受器元件形成，其中所述感受器元件与任何其它导电部件电隔离，其中所述筒包括烟嘴部分，烟嘴部分具有出口，由系统生成的烟雾能够通过所述出口吸引到用户的口中。
21.一种电加热气溶胶生成系统，其包括气溶胶生成装置和配置为与所述装置一起使用的筒，所述装置包括：
装置外壳，其包括当装置外壳与筒接合时用于接纳筒的至少一部分的腔；
感应器线圈，其位于腔的周围或附近；和
电源，其连接到感应器线圈并且配置为向感应器线圈提供交流电；
所述筒包括：
筒外壳，其配置成接合装置外壳接合并且包含气溶胶形成基质，筒外壳具有围绕气溶胶形成基质的外表面，外表面的至少一部分由流体可渗透的感受器元件形成；
其中，气溶胶形成基质是保持在毛细材料中的液体基质。
22.根据权利要求21所述的电加热气溶胶生成系统，其中，毛细材料具有纤维状或海绵状结构。
23.根据权利要求22所述的电加热气溶胶生成系统，其中，毛细材料配置成将气溶胶形成基质传送到感受器元件。
24.根据权利要求23所述的电加热气溶胶生成系统，其中，毛细材料延伸到感受器元件中的间隙中。
25.一种在电加热气溶胶生成系统中使用的筒，所述电加热气溶胶生成系统包括气溶胶生成装置，所述筒被配置成与所述装置一起使用，其中所述装置包括：装置外壳，其限定用于接纳所述筒的至少一部分的腔；感应器线圈，其位于所述腔的周围或附近；以及电源，其连接到所述感应器线圈并且配置成向所述感应器线圈提供交流电；所述筒包括包含气溶胶形成基质的筒外壳，所述筒外壳具有外表面，所述外表面的至少一部分由流体可渗透的感受器元件形成，其中所述感受器元件与任何其它导电部件电隔离，并且其中气溶胶形成基质是保持在毛细材料中的液体基质。
26.一种电加热气溶胶生成系统，其包括气溶胶生成装置和配置为与所述装置一起使用的筒，所述装置包括：
装置外壳，其包括当装置外壳与筒接合时用于接纳筒的至少一部分的腔；
多个感应器线圈，其位于腔的周围或附近；和
电源，其连接到感应器线圈并且配置为向所述多个感应器线圈提供交流电；
所述筒包括：
筒外壳，其配置成接合装置外壳接合并且包含液体的气溶胶形成基质，筒外壳具有围绕气溶胶形成基质的外表面，外表面的至少一部分由流体可渗透的感受器元件形成。
27.根据权利要求26所述的电加热气溶胶生成系统，包括多个感受器元件。
28.一种电加热气溶胶生成系统，其包括气溶胶生成装置和配置为与所述装置一起使用的筒，所述装置包括：
装置外壳，其包括当装置外壳与筒接合时用于接纳筒的至少一部分的腔；
感应器线圈，其位于腔的周围或附近；和
电源，其连接到感应器线圈并且配置为向感应器线圈提供交流电；
所述筒包括：
筒外壳，其配置成接合装置外壳接合并且包含气溶胶形成基质，筒外壳具有围绕气溶胶形成基质的外表面，外表面的至少一部分由流体可渗透的感受器元件形成；
其中，感受器元件由第一材料和第二材料制成，所述第一材料具有与所述第二材料不同的居里温度。
29.根据权利要求28所述的电加热气溶胶生成系统，其中，所述第一材料的居里温度大于所述第二材料的居里温度。
30.根据权利要求29所述的电加热气溶胶生成系统，其中，所述第一材料的居里温度高于感受器元件应被加热到的最大温度。
31.根据权利要求30所述的电加热气溶胶生成系统，其中，所述第二材料的居里温度对应于感受器元件应被加热到的最大温度。
32.一种在电加热气溶胶生成系统中使用的筒，所述电加热气溶胶生成系统包括气溶胶生成装置，所述筒被配置成与所述装置一起使用，其中所述装置包括：装置外壳，其限定用于接纳所述筒的至少一部分的腔；感应器线圈，其位于所述腔的周围或附近；以及电源，其连接到所述感应器线圈并且配置成向所述感应器线圈提供交流电；所述筒包括包含气溶胶形成基质的筒外壳，所述筒外壳具有外表面，所述外表面的至少一部分由流体可渗透的感受器元件形成，其中所述感受器元件与任何其它导电部件电隔离，并且其中感受器元件由第一材料和第二材料制成，所述第一材料具有与所述第二材料不同的居里温度。
33.一种电加热气溶胶生成系统，其包括气溶胶生成装置和配置为与所述装置一起使用的筒，所述装置包括：
装置外壳，其包括当装置外壳与筒接合时用于接纳筒的至少一部分的腔；
感应器线圈，其位于腔的周围或附近；和
电源，其连接到感应器线圈并且配置为向感应器线圈提供交流电；
所述筒包括：
筒外壳，其配置成接合装置外壳接合并且包含气溶胶形成基质，筒外壳具有围绕气溶胶形成基质的外表面，外表面的至少一部分由流体可渗透的感受器元件形成；
其中，气溶胶生成系统还包括连接到感应器线圈和电源的电路，所述电路包括DC/AC变换器。
34.根据权利要求33所述的电加热气溶胶生成系统，其中，DC/AC变换器包括D级或E级功率放大器。
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