TWI666992B - 氣溶膠產生系統及用在氣溶膠產生系統中之料匣 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種用在氣溶膠產生系統中之料匣，該氣溶膠產生系統包含一氣溶膠產生裝置，該料匣構造成與該裝置一起使用，其中該裝置包含：一裝置外殼；一電感器線圈，其位於該外殼上或外殼內；及一電源供應器，其連接至該電感器線圈且構造成將一高頻振盪電流提供至該電感器線圈；該料匣包含一料匣外殼，其含有一氣溶膠形成基材及經定位以加熱該氣溶膠形成基材之一鐵氧體網格感受器元件。

Description

氣溶膠產生系統及用在氣溶膠產生系統中之料匣

本發明係關於藉由加熱氣溶膠形成基材而操作之氣溶膠產生系統。詳言之，本發明係關於氣溶膠產生系統，該氣溶膠產生系統包含含有電源供應器之裝置部分及包含可消耗之氣溶膠形成基材的可替換料匣部分。

一種類型之氣溶膠產生系統為電子香菸。電子香菸通常使用經蒸發以形成氣溶膠之液體氣溶膠形成基材。電子香菸通常包含電源供應器、用於固持一定量之液體氣溶膠形成基材的液體儲存部分，及霧化器。

液體氣溶膠形成基材在使用中被耗盡，且因此需要補足。供應液體氣溶膠形成基材之再填滿的最常見方式係處於霧化裝置型料匣中。霧化裝置包含一定量之液體基材及霧化器兩者，該霧化器通常呈圍繞浸泡於氣溶膠形成基材中之毛細材料纏繞的電操作之電阻加熱器的形式。將霧化裝置替換為單一單元具有以下益處：方便使用者且避免對使用者必須清潔或以其他方式維護霧化器的需要。

然而，能夠提供如下系統將為合乎需要的：相比現有霧化裝置，對於氣溶膠形成基材的再填滿，生產起來更便宜且更穩固，同時仍然對於消費者而言舒適且便於使用的。另外，提供如下系統將為合乎需要的：移除對經焊接接合之需要且允許易於清潔的經密封裝置。

在第一態樣中，提供一種用於在一氣溶膠產生系統中使用之料匣，該氣溶膠產生系統包含一氣溶膠產生裝置，該料匣構造成與該裝置一起使用，其中該裝置包含：一裝置外殼；一電感器線圈，其位於該外殼上或外殼內；及一電源供應器，其連接至該電感器線圈且構造成將一高頻振盪電流提供至該電感器線圈；該料匣包含含有一氣溶膠形成基材及經定位以加熱該氣溶膠形成基材之一網格感受器元件的一料匣外殼，其中該氣溶膠形成基材在室溫下係一液體且可在該網格感受器元件之間隙中形成彎月面(meniscus)。

在操作中，高頻振盪電流通過扁平螺旋電感器線圈，以產生在感受器元件中誘發電壓之交變磁場。該誘發電壓使電流在感受器元件中流動，且此電流引起感受器的焦耳加熱，其接著加熱氣溶膠形成基材。因為感受器元件為鐵磁性的，所以感受器元件中之磁滯損失亦產生大量熱量。經蒸發之氣溶膠形成基材可通過感受器元件，且隨後冷卻以形成遞送給使用者之氣溶膠。

使用感應式加熱之此配置具有無電接點需要在料匣與裝置之間形成的優點。且加熱元件，在此狀況下為感受器元件，無需電結合至任何其他元件，從而消除對焊料或其他接合元件之需要。此外，線圈被提供作為裝置之部分，從而使得有可能建構簡單、廉價且穩固之料匣。料匣通常為以與其供操作之裝置相比大得多的數目產生之拋棄式物品。因此，降低料匣之成本，即使其需要更昂貴之裝置，仍可對於製造商及消費者兩者而言引起大的成本節約。

如本文所使用，高頻振盪電流意謂具有介於500kHz與30MHz之間的頻率之振盪電流。高頻振盪電流可具有介於1MHz與30MHz之間，較佳地介於1MHz與10MHz之間，且更佳地介於5MHz與7MHz之間的頻率。

如本文所使用，「感受器元件」意謂在經受改變之磁場時變熱之傳導性元件。此可為在感受器元件中所誘發之渦流及/或磁滯損失之結果。有利地，感受器元件為鐵氧體元件。用於感受器元件之材料及幾何形狀可經選擇，以提供所要之電阻及熱產生。

氣溶膠形成基材在室溫下為液體且在網格感受器元件之間隙中形成彎月面，提供氣溶膠形成基材的有效加熱。

網格感受器元件可為鐵氧體網格感受器元件。或者，網格感受器元件可為鐵質網格(ferrous mesh)感受器元件。

如本文所使用，術語「網格」涵蓋中間具有空間之絲狀物的柵格及陣列，且可包括編織及非編織織物。

網格可包含複數個鐵氧體或鐵質絲狀物。絲狀物可在絲狀物之間界定間隙，且間隙可具有介於10μm與100μm之間的寬度。較佳地，絲狀物在間隙中引起毛細管作用，使得在使用中，待蒸發之液體被吸引至間隙中，從而增大感受器元件與液體之間的接觸面積。

絲狀物可形成大小介於160Mesh US與600Mesh US(+/- 10%)之間(亦即，介於每吋(inch)160個絲狀物與600個絲狀物(+/- 10%)之間)的網格。間隙之寬度較佳地介於75μm與25μm之間。網格之開放區域的百分比較佳地介於25%與56%之間，其為間隙之面積對網格之總面積的比率。網格可使用不同類型之編織或晶格結構來形成。或者，絲狀物由平行於彼此而配置之絲狀物的陣列組成。

網格亦可藉由其保持液體之能力表示其特徵，如在此項技術中能被良好理解。

絲狀物可具有介於8μm與100μm之間，較佳地介於8μm與50μm之間，且更佳地介於8μm與39μm之間的直徑。

網格感受器之面積可為小的，較佳小於或等於25mm²，從而允許其併入至手持式系統中。網格可例如為矩形的，且具有5mm乘2mm之尺寸。

有利地，感受器元件具有介於1與40000之間的相對滲透率。當針對大部分加熱對渦流之依賴係合乎需要的時，可使用較低滲透率材料，且當磁滯效應係所要的時，則可使用較高滲透率材料。較佳地，材料具有介於500與40000之間的相對滲透率。此提供有效加熱。

感受器元件之材料可由於其居里溫度而被選擇。超過其居里溫度，材料不再為鐵磁性的，且因此歸因於磁滯損失之加熱不再發生。在感受器元件係自一單一材料製成之狀況下，居里溫度可對應於感受器元件應具有之最大溫度(亦即，居里溫度與感受器元件應加熱至之最大溫度相同或自此最大溫度偏離約1%至3%)。此降低了迅速過度加熱之可能性。

若感受器元件係自一種以上材料製成，則感受器元件之材料可關於其他態樣最佳化。舉例而言，材料可經選擇，使得感受器元件之第一材料可具有高於感受器元件應加熱至之最大溫度的居里溫度。感受器元件之此第一材料可接著例如關於最大熱產生而最佳化，且傳送至氣溶膠形成基材以一方面提供感受器之有效加熱。然而，感受器元件可接著另外包含第二材料，該第二材料具有對應於感受器應加熱至之最大溫度的居里溫度，且一旦感受器元件達到其居里溫度，則感受器元件之磁性質整體改變。此改變可被偵測到且傳達至微控制器，該微控制器接著中斷AC電力之產生直至溫度再次冷卻至居里溫度以下為止，因此AC電力產生可繼續執行。

感受器元件可呈延伸跨越料匣外殼中之開口的薄片之形式。感受器元件可圍繞料匣外殼之周長而延伸。網格感受器元件可焊接至料匣外殼。

料匣可具有簡單設計。料匣具有外殼，在該外殼內，氣溶膠形成基材得以保留。料匣外殼較佳為包含不透液體之材料的剛性外殼。如本文所使用，「剛性外殼」意謂自支撐(self-supporting)之外殼。氣溶膠形成基材為能夠釋放可形成氣溶膠之揮發性化合物的基材。揮發性化合物可藉由加熱氣溶膠形成基材而釋放。氣溶膠形成基材可為固體或液體，或包含固體組份及液體組份兩者。

氣溶膠形成基材可包含基於植物之材料。氣溶膠形成基材可包含菸草。氣溶膠形成基材可包含含菸草材料，該材料含有在加熱時即自氣溶膠形成基材釋放之揮發性菸草味化合物。氣溶膠形成基材可或者包含非含菸草材料。氣溶膠形成基材可包含均質化之基於植物的材料。氣溶膠形成基材可包含均質化之菸草材料。氣溶膠形成基材可包含至少一氣溶膠形成物。氣溶膠形成物為任何合適之已知化合物或化合物之混合物，其在使用中促進密集且穩定之氣溶膠的形成且實質上抵抗在系統之操作溫度下的熱降解。合適之氣溶膠形成物在此項技術中係熟知的，且包括但不限於：多元醇，諸如三甘醇、1,3-丁二醇及甘油；多元醇之酯，諸如單、二或三乙酸甘油酯；及單、二或多羧酸之脂族酯，諸如十二烷二酸二甲酯及十四烷二酸二甲酯。較佳之氣溶膠形成物 為多元醇或其混合物，諸如三甘醇、1,3-丁二醇及最佳為甘油。氣溶膠形成基材可包含其他添加劑及成分，諸如香料。

氣溶膠形成基材可吸附、塗佈、浸漬或以其他方式加載至載體或支撐件上。在一實例中，氣溶膠形成基材為固持於毛細材料中之液體基材。毛細材料可具有纖維或海綿結構。毛細材料較佳包含一束毛細管。舉例而言，毛細材料可包含複數根纖維或線或其他細孔管。纖維或線可基本上對準以將液體輸送至加熱器。或者，毛細材料可包含海綿狀或發泡體狀材料。毛細材料之結構形成複數個小孔或管，液體可藉由毛細管作用運輸通過該等孔或管。毛細材料可包含任何合適之材料或材料之組合。合適之材料的實例為海綿或發泡體材料、呈纖維或經燒結粉末之形式的基於陶瓷或石墨之材料、發泡金屬或塑膠材料、纖維材料，例如由自旋或經擠壓纖維製成，諸如乙酸纖維素、聚酯，或鍵結聚烯烴(bonded polyolefin)、聚乙烯、聚酯纖維或聚丙烯纖維、耐綸纖維或陶瓷。毛細材料可具有任何合適之毛細作用及多孔性，以便與不同的液體物理性質一起使用。液體具有物理性質，包括(但不限於)黏度、表面張力、密度、導熱性、沸點及蒸氣壓力，該等性質允許液體藉由毛細管作用運輸通過毛細材料。毛細材料可構造成將氣溶膠形成基材輸送至感受器元件。毛細材料可延伸至感受器元件中之間隙中。

感受器元件可設置於料匣外殼之壁上，其構造成在料匣外殼與裝置外殼接合時定位為鄰近電感器線圈。在使用中，以下情況為有利的：使感受器元件接近於電感器線圈，以便最大化在感受器元件中所誘發之電壓。

在第二態樣中，提供一種氣溶膠產生系統，其包含一氣溶膠產生裝置及一料匣，該料匣構造成與該裝置一起使用，其中該裝置包含：一裝置外殼；一電感器線圈，其位於該外殼上或內；及一電源供應器，其連接至該電感器線圈且構造成將一高頻振盪電流提供至該電感器線圈；該料匣包含含有一氣溶膠形成基材及經定位以加熱該氣溶膠形成基材之一網格感受器元件的一料匣外殼，其中該氣溶膠形成基材在室溫下係一液體且可在該網格感受器元件之間隙中形成彎月面。

網格感受器元件可為鐵氧體網格感受器元件。或者，網格感受器元件可為鐵質網格感受器元件。

裝置外殼可包含用於接納料匣之至少一部分的空腔，該空腔具有內部表面。電感器線圈可位於空腔最接近於電源供應器之表面上或鄰近該表面。電感器線圈可經成形以符合空腔之內部表面。

或者，當料匣接納於空腔中時，電感器線圈可處於空腔內。在一些實施例中，當料匣與裝置接合時，電感器線圈處於料匣之內部通路內。

裝置外殼可包含主體及吸嘴部分。空腔可處於主體中且吸嘴部分可具有出口，藉由系統所產生之氣 溶膠可通過該出口吸引至使用者之口中。電感器線圈可處於吸嘴部分中或主體中。

或者，吸嘴部分可被設置作為料匣之部分。如本文所使用，術語「吸嘴部分」意謂置放至使用者之口中以便直接地吸入藉由氣溶膠產生系統所產生之氣溶膠的裝置部分或料匣部分。氣溶膠經由吸嘴輸送至使用者之口。

系統可包含自空氣入口延伸至空氣出口之空氣路徑，其中空氣路徑經過電感器線圈。藉由允許空氣流過系統以通過線圈，可達成緊密系統。

電感器線圈可定位為鄰近於使用中之感受器。當料匣接納於裝置之外殼中或與外殼接合時，氣流通路可設置於電感器線圈與感受器元件之間。經蒸發之氣溶膠形成基材可夾帶於在氣流通路中流動之空氣中，其隨後冷卻以形成氣溶膠。

裝置可包含單一電感器線圈或複數個電感器線圈。電感器線圈或線圈可為扁平螺旋線圈之螺線形線圈。電感器線圈可圍繞鐵氧體核心來纏繞。如本文所使用，「扁平螺旋線圈」意謂為基本上平面線圈之線圈，其中線圈之繞組的軸線垂直於線圈處於之表面。然而，如本文所使用之術語「扁平螺旋線圈」涵蓋為平面之線圈以及經成形以符合彎曲表面的扁平螺旋線圈。扁平螺旋線圈之使用藉由對製造而言穩固且廉價之簡單設計而允許緊密裝置之設計。線圈可固持於裝置外殼內且無需暴露於所產生氣溶膠，使得可防止在線圈上沈積及可能之 腐蝕。扁平螺旋線圈之使用亦允許裝置與料匣之間的簡單介面，從而允許簡單且廉價之料匣設計。

扁平螺旋電感器在線圈之平面內可具有任何所要之形狀。舉例而言，扁平螺旋線圈可具有圓形形狀或可具有基本上橢圓形形狀。

電感器線圈可具有匹配感受器元件之形狀的形狀。電感器線圈可位於空腔最接近於電源供應器之表面上或鄰近該表面。此降低了裝置內之電連接的量及複雜性。系統可包含複數個電感器線圈且可包含複數個感受器元件。

電感器線圈可具有介於5mm與10mm之間的直徑。

系統可進一步包含連接至電感器線圈且連接至電源之電氣電路。電氣電路可包含微處理器，該微處理器可為可程式化微處理器、微控制器，或特殊應用整合晶片(ASIC)或能夠提供控制之其他電子電路。電氣電路可包含其他電子元件。電氣電路可構造成調節電流至扁平螺旋線圈之供應。電流可在系統之啟動之後連續地供應至電感器線圈，或可間歇地供應，諸如依據逐口抽吸。電氣電路可有利地包含DC/AC逆變器，該逆變器可包含D類別或E類別功率放大器。

系統有利地在外殼之主體內包含電源供應器，通常為諸如磷酸鋰鐵電池之電池。作為替代例，電源供應器可為另一形式之電荷儲存裝置，諸如電容器。電源供應器可能需要再充電，且可具有允許足夠能量之 儲存以用於一或多次吸菸經歷之容量。舉例而言，電源供應器可具有足夠容量以允許氣溶膠在以下時段內的連續產生：約六分鐘，對應於吸習知香菸所花費之典型時間；或六分鐘之倍數。在另一實例中，電源供應器可具有足夠容量以允許預定數目個抽吸或電感器線圈之離散啟動。

系統可為電操作之吸菸系統。系統可為手持式氣溶膠產生系統。氣溶膠產生系統可具有比得上習知雪茄或香菸之大小。吸菸系統可具有介於約30mm與約150mm之間的總長度。吸菸系統可具有介於約5mm與約30mm之間的外徑。

關於本發明當中一態樣所述之特徵可應用於本發明之其他態樣。詳言之，關於本發明之第一態樣所述的優點或任選特徵可應用於本發明之第二態樣。

100‧‧‧裝置

101‧‧‧主體

102‧‧‧磷酸鋰鐵電池

104‧‧‧電子設備

106‧‧‧抽吸感測器

108‧‧‧LED

110‧‧‧線圈

112‧‧‧空腔

120‧‧‧吸嘴部分

121‧‧‧感測器入口

122‧‧‧空氣入口

124‧‧‧空氣出口

132‧‧‧入口

134‧‧‧間隔物

135‧‧‧通過氣流通道

136‧‧‧線圈

137‧‧‧入口

138‧‧‧螺線形線圈

142‧‧‧扁平螺旋線圈

144‧‧‧入口

152‧‧‧線圈

154‧‧‧入口

162‧‧‧線圈

164‧‧‧空氣入口

166‧‧‧內部過道

172‧‧‧電感器線圈

176‧‧‧葉片

200‧‧‧料匣

202‧‧‧第二毛細材料

204‧‧‧料匣外殼

206‧‧‧第一毛細材料

210‧‧‧感受器元件

220‧‧‧鋼網格

240‧‧‧料匣

242‧‧‧感受器元件

250‧‧‧料匣

252‧‧‧感受器元件

260‧‧‧料匣

262‧‧‧感受器元件

270‧‧‧料匣

272‧‧‧感受器元件

1100‧‧‧電晶體開關

1110‧‧‧場效電晶體(FET)

1120‧‧‧箭頭

1130‧‧‧LC負載網路

1140‧‧‧總歐姆負載

1210、1212‧‧‧電晶體

1220、1222‧‧‧開關元件

C1‧‧‧並聯電容器

C2‧‧‧電容器

L1‧‧‧扼流圈

L2‧‧‧電感器線圈

R‧‧‧歐姆電阻

現將參考隨附圖式僅藉由實例詳細地描述根據本發明之系統的實施例，其中：圖1為使用扁平螺旋電感器線圈之氣溶膠產生系統之第一實施例的示意圖；圖2顯示圖1之料匣；圖3顯示圖1之電感器線圈；圖4顯示用於圖2之料匣的替代性感受器元件；圖5為使用扁平螺旋電感器線圈之第二實施例的示意圖；圖6為第三實施例之示意圖； 圖7為使用扁平螺旋電感器線圈之第四實施例的示意圖；圖8顯示圖7之料匣；圖9顯示圖7之電感器線圈；圖10為第五實施例之示意圖；圖11顯示圖10之料匣；圖12顯示圖10之線圈；圖13為第六實施例之示意圖；圖14為第七實施例之示意圖；圖15A為用於產生用於電感器線圈之高頻信號的驅動電路之第一實例；及圖15B為用於產生用於電感器線圈之高頻信號的驅動電路之第二實例。

諸圖中所示之實施例皆依賴於感應式加熱。感應式加熱藉由置放電傳導性物品以在時變磁場中加熱而工作。渦流在傳導性物品中被誘發。若傳導性物品被電隔離，則渦流藉由傳導性物品之焦耳加熱而耗散。在藉由加熱氣溶膠形成基材而操作之氣溶膠產生系統中，氣溶膠形成基材通常並非自身足夠電傳導性來以此方式感應式地加熱。因此，在諸圖中所示之實施例中，感受器元件用作經加熱之傳導性物品且氣溶膠形成基材接著藉由感受器元件藉由熱傳導、對流及/或輻射而加熱。因為鐵磁性感受器元件被使用，所以熱量亦藉由磁滯損失而產生，此係由於磁域在感受器元件內切換。

所描述之實施例各自使用電感器線圈來產生時變磁場。電感器線圈經設計，使得其並不經歷大的焦耳加熱。對比而言，感受器元件經設計，使得存在感受器之大的焦耳加熱。

圖1為根據第一實施例之氣溶膠產生系統的示意圖。系統包含裝置100及料匣200。裝置包含含有磷酸鋰鐵電池102及控制電子設備104之主外殼101。 主外殼101亦界定空腔112，該料匣200接納於該空腔112中。裝置亦包括吸嘴部分120，吸嘴部分120包括出口124。吸嘴部分在此實例中藉由鉸接連接而連接至主外殼101，但可使用任何種類之連接，諸如搭扣配合或螺杆配合。當吸嘴部分處於閉合位置時，空氣入口122界定於吸嘴部分120與主體101之間，如圖1中所示。

在吸嘴部分內的係扁平螺旋電感器線圈110。線圈110係藉由自銅薄片壓印或切割螺旋線圈而形成。在圖3中更清楚地說明線圈110。線圈110位於空氣入口122與空氣出口124之間，使得被吸而通過入口122至出口124之空氣通過線圈。

料匣200包含固持毛細材料且填充有液體氣溶膠形成基材之料匣外殼204。料匣外殼204係不透流體的，但具有藉由可滲透感受器元件210所覆蓋之開放末端。在圖2中更清楚地說明料匣200。感受器元件在此實施例中包含鐵氧體網格，包含鐵氧體鋼。氣溶膠形成基材可在網格之間隙中形成彎月面。

當料匣200與裝置接合且接納於空腔112中時，感受器元件210定位為鄰近扁平螺旋線圈110。料匣200可包括關鍵特徵(keying features)，以確保其不可顛倒地插入至裝置中。

在使用中，使用者在吸嘴部分120上抽吸以通過空氣入口122將空氣吸至吸嘴部分120中且自出口124離開而進入使用者之口中。裝置包括呈麥克風形式之抽吸感測器106，作為控制電子設備104之部分。當使用者在吸嘴部分上吸氣時，小的氣流通過感測器入口121被吸入而經過麥克風106且向上至吸嘴部分120中。當抽吸被偵測到時，控制電子設備將高頻振盪電流提供至線圈110。此產生如圖1中以點線所示之振盪磁場。LED 108亦經啟動以指示裝置被啟動。振盪磁場通過感受器元件，從而在感受器元件中誘發渦流。感受器元件由於焦耳加熱且由於磁滯損失而變熱，從而達到足以使接近於感受器元件之氣溶膠形成基材蒸發的溫度。經蒸發之氣溶膠形成基材夾帶於自空氣入口流至空氣出口之空氣中，且冷卻以在進入使用者之口之前在吸嘴部分內形成氣溶膠。控制電子設備在抽吸之偵測之後將振盪電流供應至線圈歷時預定持續時間(在此實例中為五秒)，且接著斷開電流直至新的抽吸被偵測到為止。

可見，料匣具有簡單且穩固之設計，其與在市場上可得之霧化裝置相比可為廉價製造的。在此實施例中，料匣具有圓柱形形狀且感受器元件橫跨料匣外殼之圓形開放末端。然而，其他構成係可能的。圖4為替 代性料匣設計之端視圖，其中感受器元件為橫跨料匣外殼204中之矩形開口的鋼網格220之條帶。

圖5例示第二實施例。由於可使用如圖1中所示之同一電池及控制電子設備，包括抽吸偵測機構，所以僅系統之前端顯示於圖5中。在圖5中，扁平螺旋線圈136在空腔與吸嘴部分120相對之末端處位於裝置的主體101中，但系統以本質上相同之方式操作。間隔物134確保在線圈136與感受器元件210之間存在氣流空間。經蒸發之氣溶膠形成基材夾帶於自入口132流過感受器至出口124的空氣中。在圖5中所示之實施例中，一些空氣可在不經過感受器元件之情況下自入口132流至出口124。此直接氣流與吸嘴部分中之蒸氣混合，從而加速冷卻且確保氣溶膠中之最佳液滴大小。

在圖5中所示之實施例中，料匣與圖1之料匣具有相同之大小及形狀，且具有同一外殼及感受器元件。然而，圖5之料匣內的毛細材料不同於圖1之毛細材料。在圖5之料匣中存在兩種單獨的毛細材料202、206。第一毛細材料206之圓盤經設置以接觸使用中之感受器元件210。第二毛細材料202之較大主體設置於第一毛細材料206與感受器元件相反之側面上。第一毛細材料及第二毛細材料兩者保留液體氣溶膠形成基材。接觸感受器元件之第一毛細材料206具有高於第二毛細材料202之熱分解溫度(至少160℃或更高，諸如約250℃)。第一毛細材料206有效地充當分離在使用中變得極熱之加熱器感受器元件與第二毛細材料202之間隔物， 使得第二毛細材料不會暴露於高於其熱分解溫度的溫度。跨越第一毛細材料之熱梯度使得第二毛細材料暴露於低於其熱分解溫度的溫度。第二毛細材料202可經選擇以具有優於第一毛細材料206之芯吸效能，與第一毛細材料相比每單位體積可保留更多液體，且與第一毛細材料相比可為較廉價的。在此實例中，第一毛細材料為耐熱元件，諸如玻璃纖維或含玻璃纖維的元件，且第二毛細材料為聚合物，諸如高密度聚乙烯(HDPE)或聚對苯二甲酸乙二酯(PET)。

圖6例示第三實施例。由於可使用如圖1中所示之同一電池及控制電子設備，包括抽吸偵測機構，所以僅系統之前端顯示於圖6中。除了螺線形線圈環繞料匣而使用以外，第三實施例類似於第二實施例。在圖6中，當料匣處於使用位置時，螺線形線圈138圍繞感受器在空腔與吸嘴部分120相對之末端處位於裝置的主體101中。系統以與第二實施例中本質上相同之方式操作。間隔物134確保在裝置與感受器元件210之間存在氣流空間。經蒸發之氣溶膠形成基材夾帶於自入口137通過氣流通道135至出口124而流過感受器的空氣中。如在圖5中所示之實施例中，一些空氣可在不經過感受器元件的情況下自入口137流至出口124。

在圖6中所示之實施例中，料匣與圖1之料匣為相同之大小及形狀，且具有同一外殼及感受器元件。然而，如在圖5中所示之第二實施例中，料匣被插入以使得感受器係在裝置中之空腔的底座中最接近電池。

圖7例示第四實施例。由於可使用如圖1中所示之同一電池及控制電子設備，包括抽吸偵測機構，所以僅系統之前端顯示於圖7中。在圖7中，料匣240為立方體且在料匣之相反的側面上形成有感受器元件242之兩個條帶。料匣單獨展示於圖8中。裝置包含位於空腔之相反側面上的兩個扁平螺旋線圈142，使得感受器元件條帶242在料匣接納於空腔中時鄰近線圈142。線圈142為矩形以對應於感受器條帶之形狀，如圖9中所示。氣流通路設置於線圈142與感受器條帶242之間，使得來自入口144之空氣在使用者在吸嘴部分120上抽吸時朝向出口124流過感受器條帶。

如在圖1之實施例中，料匣含有毛細材料及液體氣溶膠形成基材。毛細材料經配置以將液體基材輸送至感受器元件條帶242。

圖10為第五實施例之示意圖。由於可使用如圖1中所示之同一電池及控制電子設備，包括抽吸偵測機構，所以僅系統之前端顯示於圖10中。

在圖10中，料匣250為圓柱形且形成有圍繞料匣之中央部分延伸的帶形感受器元件252。帶形感受器元件覆蓋形成於剛性料匣外殼中之開口。料匣單獨展示於圖11中。裝置包含圍繞空腔定位之螺線形線圈152，使得感受器元件252在料匣接納於空腔中時處於線圈152內。線圈152單獨展示於圖12中。氣流通路設置於線圈152與感受器252之間，使得來自入口154之空氣在使用者在吸嘴部分120上抽吸時朝向出口124流過感受器條帶。

在使用中，使用者在吸嘴部分120上抽吸以通過空氣入口154將空氣吸引經過感受器元件262而進入吸嘴部分120中，且自出口124離開而進入使用者之口中。當抽吸被偵測到時，控制電子設備將高頻振盪電流提供至線圈152。此產生振盪磁場。振盪磁場通過感受器元件，從而在感受器元件中誘發渦流。感受器元件由於焦耳加熱及磁滯損失而變熱，從而達到足以使接近於感受器元件之氣溶膠形成基材蒸發的溫度。經蒸發之氣溶膠形成基材通過感受器元件且夾帶於自空氣入口流至空氣出口之空氣中，且冷卻以在進入使用者之口之前在過道及吸嘴部分內形成氣溶膠。

圖13例示第六實施例。由於可使用如圖1中所示之同一電池及控制電子設備，包括抽吸偵測機構，所以僅系統之前端顯示於圖13中。圖13之裝置具有類似於圖7之裝置的構造，其中扁平螺旋線圈環繞料匣被接納之空腔而位於外殼的側壁中。但料匣具有不同構造。圖13之料匣260具有類似於圖10中所示之料匣之形狀的中空圓柱形形狀。料匣含有毛細材料且填充有液體氣溶膠形成基材。料匣260之內表面(亦即，環繞內部過道166之表面)包含流體可滲透感受器元件，在此實例中為鐵氧體網格。鐵氧體網格可作為料匣之整個內表面或料匣之內表面的僅一部分的襯裡。

在使用中，使用者在吸嘴部分120上抽吸以通過空氣入口164將空氣吸引通過料匣之中央過道、經過感受器元件262而進入吸嘴部分120中，且自出口124 離開而進入使用者之口中。當抽吸被偵測到時，控制電子設備將高頻振盪電流提供至線圈162。此產生振盪磁場。振盪磁場通過感受器元件，從而在感受器元件中誘發渦流。感受器元件由於焦耳加熱及磁滯損失而變熱，從而達到足以使接近於感受器元件之氣溶膠形成基材蒸發的溫度。經蒸發之氣溶膠形成基材通過感受器元件且夾帶於自空氣入口流至空氣出口之空氣中，且冷卻以在進入使用者之口之前在過道及吸嘴部分內形成氣溶膠。

圖14例示第七實施例。由於可使用如圖1中所示之同一電池及控制電子設備，包括抽吸偵測機構，所以僅系統之前端顯示於圖14中。圖14中所示之料匣270與圖13中所示之料匣相同。然而，圖14之裝置具有不同構成，該構成在延伸至料匣之中央過道中的支撐葉片176上包括電感器線圈172以產生接近於感受器元件272之振盪磁場。

所有所描述的實施例可藉由本質上相同之電子電路104驅動。圖15A例示使用E類別功率放大器將高頻振盪電流提供至電感器線圈之電路的第一實例。如自圖15A可見，電路包括E類別功率放大器，該放大器包括：包含場效電晶體(FET)1110之電晶體開關1100，例如金氧半導體場效電晶體(MOSFET)；藉由箭頭1120所指示之電晶體開關供應電路，其用於將開關信號(閘極-源極電壓)供應至FET1110；及LC負載網路1130，其包含並聯電容器C1及電容器C2與電感器線圈L2之串聯連接。包含電池101之DC電源包括扼流圈L1且供應 DC供應電壓。圖16A中亦展示表示總歐姆負載1140之歐姆電阻R，其為標記為L2之電感器線圈的歐姆電阻R_Coil及感受器元件之歐姆電阻R_Load的總和。

歸因於極低數目個元件，電源供應器電子設備之體積可保持為極其小的。電源供應器電子設備之此極其小的體積可能歸因於LC負載網路1130之電感器L2直接地用作用於感應式耦接至感受器元件之電感器，且此小的體積允許整個感應式加熱裝置的整體尺寸保持為小的。

儘管E類別功率放大器之一般操作原理係已知的且詳細地描述於已提及之文章中：在American Radio Relay League(ARRL，美國無線電中繼聯盟)(Newington,CT,U.S.A.)之雙月刊雜誌QEX的2001年一月/二月版第9至20頁中出版的Nathan O.Sokal之”Class-E RF Power Amplifiers(E類射頻功率放大器)”，但一些一般原則將在下文中解釋。

令吾人假設電晶體開關供應電路1120將具有矩形分佈之開關電壓(FET之閘極-源極電壓)供應至FET 1110。只要FET 1321係導電的(處於”接通”狀態)，則其本質上構成短路(低電阻)且整個電流流過扼流圈L1及FET 1110。當FET 1110為非導電的(處於“斷開”狀態)時，整個電流流至LC負載網路中，此係因為FET 1110本質上表示開路(高電阻)。在此等兩個狀態之間切換電晶體將所供應之DC電壓及DC電流轉化為AC電壓及AC電流。

針對有效地加熱感受器元件，盡可能多的供應的DC功率將以AC功率之形式傳送至電感器L2，且隨後傳送至感應式地耦接至電感器L2的感受器元件。在感受器元件中耗散之功率(渦流損失、磁滯損失)在感受器元件中產生熱量，如上文進一步描述。換言之，FET 1110中之功率耗散必須在最大化感受器元件中之功率耗散的同時最小化。

在AC電壓/電流之一週期期間在FET 1110中的功率耗散為在交流電壓/電流之該週期期間在每一時間點處之電晶體電壓及電流的乘積，在該週期內作積分運算，及在彼週期內平均化。因為FET 1110必須在該週期之一部分期間保持高電壓且在該週期之一部分期間傳導高電流，所以必須避免高電壓及高電流同時存在，此係因為此情況將導致FET 1110中的大量功率耗散。在FET 1110之「接通」狀態中，當高電流流過FET時，電晶體電壓幾乎為零。在FET 1110之「斷開」狀態中，電晶體電壓為高的，但通過FET 1110之電流幾乎為零。

切換轉變不可避免地亦在該週期之一些小部分內延伸。然而，表示FET 1110中之高功率損失的高電壓-電流乘積可藉由以下額外措施避免。第一，電晶體電壓之上升延遲，直至通過電晶體之電流已減小至零之後為止。第二，在通過電晶體之電流開始上升之前，電晶體電壓返回至零。此係藉由包含並聯電容器C1及電容器C2與電感器L2之串聯連接的負載網路1130達成，此負載網路為FET 1110與負載1140之間的網路。第三，在 接通時間之電晶體電壓實際上為零(針對雙極接面電晶體“BJT”，其為飽和偏移電壓V_o)。接通電晶體不會使充電之並聯電容器C1放電，由此避免使並聯電容器之所儲存能量耗散。第四，電晶體電壓之斜率在接通時間為零。接著，當電晶體電導在接通轉變期間自零累積時，藉由負載網路注入至接通電晶體中之電流以受控制中等速率自零平滑地上升，從而導致低的功率耗散。結果，電晶體電壓及電流從未同時為高的。電壓及電流切換轉變為彼此時間錯開的。對於L1、C1及C2之值可經選擇，以最大化感受器元件中之功率的有效耗散。

儘管E類別功率放大器對於根據本發明之大多數系統係較佳的，但使用其他電路架構亦為可能的。圖15B例示使用D類別功率放大器將高頻振盪電流提供至電感器線圈之電路的第二實例。圖15B之電路包含連接至兩個電晶體1210、1212之電池101。兩個開關元件1220、1222經設置以用於接通及斷開兩個電晶體1210、1212。開關係以如下方式在高頻下受控制：確保兩個電晶體1210、1212中之一者已斷開，同時該兩個電晶體中之另一者接通。電感器線圈再次藉由L2及藉由R所指示的線圈及感受器元件之組合歐姆電阻指示。C1及C2之值可經選擇，以最大化感受器元件中之功率的有效耗散。

感受器元件可由具有接近感受器元件應被加熱至之所要溫度的居里溫度之材料或材料之組合製成。一旦感受器元件之溫度超過此居里溫度，則材料將其鐵 磁性質改變為順磁性質。因此，感受器元件中之能量耗散顯著減小，此係因為具有順磁性質之材料的磁滯損失遠低於具有鐵磁性質之材料的磁滯損失。感受器元件中之此減小的功率耗散可被偵測到，且例如，藉由DC/AC逆變器之AC功率產生可接著中斷，直至感受器元件已再次冷卻至低於居里溫度且已恢復其鐵磁性質為止。藉由DC/AC逆變器之AC功率產生可接著再次繼續。

併有根據本發明之感受器元件的其他料匣設計現可藉由一般熟習此項技術者想到。舉例而言，料匣可包括吸嘴部分且可具有任何所要形狀。此外，根據本發明之線圈及感受器配置可在對於已描述之系統而言其他類型之系統中使用，諸如加濕器、空氣淨化器及其他氣溶膠產生系統。

上文所述之示範實施例係例示的，但並非限制性的。鑒於上文所論述之例示性實施例，與以上例示性實施例一致之其他實施例現對一般熟習此項技術者而言將顯而易見。

Claims (17)

1. 一種用在氣溶膠產生系統中之料匣，該氣溶膠產生系統包含一氣溶膠產生裝置，該料匣構造成與該裝置一起使用，其中該裝置包含：一裝置外殼；一電感器線圈，其位於該裝置外殼上或該裝置外殼內；及一電源供應器，其連接至該電感器線圈且構造成將一高頻振盪電流提供至該電感器線圈；該料匣包含一料匣外殼，其含有一氣溶膠形成基材及經定位以加熱該氣溶膠形成基材之一網格感受器元件，其中該氣溶膠形成基材在室溫下為液體且可在該網格感受器元件之間隙中形成彎月面。
2. 如請求項1之料匣，其中該網格感受器元件為一鐵氧體或鐵質網格感受器元件。
3. 如請求項1或2之料匣，其中該網格感受器元件具有介於160 Mesh US與600 Mesh US之間的網格大小。
4. 如請求項1或2之料匣，其中該網格感受器元件包含複數個絲狀物，每一絲狀物具有直徑介於8μm與100μm之間。
5. 如請求項1或2之料匣，其中該網格感受器元件包含複數個絲狀物，每一絲狀物具有直徑介於8μm與50μm之間。
6. 如請求項1或2之料匣，其中該網格感受器元件包含複數個絲狀物，每一絲狀物具有直徑介於8μm與39μm之間。
7. 如請求項1或2之料匣，其中該網格感受器元件具有介於500與40000之間的相對滲透率。
8. 如請求項1或2之料匣，其中該網格感受器元件延伸跨越料匣外殼中之一開口。
9. 如請求項1或2之料匣，其中該網格感受器元件焊接至該料匣外殼。
10. 如請求項1或2之料匣，其進一步包含該料匣外殼內之毛細材料，該毛細材料固持該氣溶膠形成基材。
11. 如請求項10之料匣，其中該毛細材料延伸至該網格感受器元件之間隙中。
12. 一種氣溶膠產生系統，其包含一氣溶膠產生裝置及一料匣，該料匣構造成與該裝置一起使用，其中該裝置包含：一裝置外殼；一電感器線圈，其位於該裝置外殼上或該裝置外殼內；及一電源供應器，其連接至該電感器線圈且構造成將一高頻振盪電流提供至該電感器線圈；該料匣包含一料匣外殼，其含有一氣溶膠形成基材及經定位以加熱該氣溶膠形成基材之一網格感受器元件，其中該氣溶膠形成基材在室溫下為液體且可在該網格感受器元件之間隙中形成彎月面。
13. 如請求項12之氣溶膠產生系統，其中該電感器線圈為一扁平螺旋電感器線圈。
14. 如請求項13之氣溶膠產生系統，其中該線圈具有小於10mm之直徑。
15. 如請求項12至14中任一項之氣溶膠產生系統，其中該電感器線圈定位為鄰近於使用中之該網格感受器元 件。
16. 如請求項12至14中任一項之氣溶膠產生系統，其中在該電感器線圈與使用中之該網格感受器元件之間存在一氣流通道。
17. 如請求項12至14中任一項之氣溶膠產生系統，其中該系統為手持式吸菸系統。