使用介电加热的气溶胶生成系统和方法与流程

使用介电加热的气溶胶生成系统和方法
1.本发明涉及一种用于从气溶胶形成基质生成气溶胶的系统和方法。具体地讲，本公开涉及用于加热气溶胶形成基质以产生供使用者吸入的气溶胶的系统和方法。
2.有许多不同类型的个人蒸发器和加热不燃烧产品可用，其从气溶胶形成基质生成可吸入气溶胶。这些系统中的一些加热液体组合物，而其它加热固体烟草混合物。几乎所有可用的系统通过将热量从加热元件传导到气溶胶形成基质来加热气溶胶形成基质。这最通常通过使电流通过电阻性加热元件来实现，从而引起加热元件的焦耳加热。还提出了感应加热系统，其中焦耳加热是由于在感受器加热元件中感应的涡电流引起的。
3.这些系统的一个问题是它们导致气溶胶形成基质的不均匀加热。最接近加热元件的气溶胶形成基质的部分比更远离加热元件的气溶胶形成基质的部分加热得更快或加热到更高温度。为了减轻这一问题，已经使用了各种设计。一些设计使用多个加热元件以提供在不同时间分配热量或加热基质的不同部分的能力。其它设计仅将一小部分气溶胶形成基质输送到加热元件，使得在将另一部分气溶胶形成基质输送到加热元件之前仅该一小部分气化。
4.期望能够以允许更大的设计灵活性且允许加热控制的方式提供气溶胶形成基质的均匀加热，同时在紧凑的手持式系统中仍是可实现的。
5.在本公开中，提供了一种气溶胶生成装置，其用于加热气溶胶形成基质以生成气溶胶，所述气溶胶生成装置包括：
6.基质腔，所述基质腔被配置成接收气溶胶形成基质；以及
7.电磁场发生器，所述电磁场发生器被配置成在所述基质腔中产生射频(rf)电磁场，所述电磁场发生器包括固态rf晶体管。
8.所述装置可产生气溶胶形成基质的介电加热。介电加热可以在一定体积的气溶胶形成基质内是均匀的，不产生热点。加热也不需要加热元件与气溶胶形成基质之间接触。这意味着不需要清洁其上积聚有气溶胶残留物的加热元件。所述装置允许在气溶胶形成基质的形状、体积和组成以及对应的基质腔的形状和体积方面实现相当大的设计灵活性。
9.使用固态射频转换器使装置变得紧凑。生产能够容易地适合使用者的一只手的装置是可能的。用于产生用于加热的rf频率辐射的常规装置，例如在家用微波炉中的，是磁控管。磁控管体积大，需要非常高的电压才能运行，因此不适合手持式装置。此外，磁控管具有相对不稳定的频率输出并且具有相对较短的使用寿命。rf晶体管可以在更多使用周期内提供一致操作，且需要低得多的操作电压。
10.有利地，固态rf晶体管被配置成生成和放大rf电磁场。使用单个晶体管提供rf电磁场的生成和放大允许制造紧凑装置。
11.如本文所用，射频(rf)意指在3hz与3thz之间的频率，并且包括微波。优选地，rf电磁场具有在500mhz与50ghz之间的频率，更优选地在900mhz与30ghz之间的频率。rf电磁场可以具有在900mhz与5ghz之间的频率。在一个实施例中，rf电磁场具有约2.4ghz的频率。
12.如本文所用，术语“气溶胶形成基质”涉及能够释放挥发性化合物的基质，所述挥发性化合物可以形成气溶胶。可以通过加热气溶胶形成基质来释放此类挥发性化合物。气
溶胶形成基质是气溶胶生成制品的一部分。
13.如本文所用，术语“气溶胶生成制品”指包括能够释放可以形成气溶胶的挥发性化合物的气溶胶形成基质的制品。例如，气溶胶生成制品可以是生成气溶胶的制品，该气溶胶可被使用者在烟嘴上抽取或抽吸而直接吸入。气溶胶生成制品可以是一次性的。包括包含烟草的气溶胶形成基质的制品可称为烟草棒。
14.如本文所用，术语“气溶胶生成装置”是指与气溶胶形成基质相互作用以生成气溶胶的装置。气溶胶生成制品与用于加热气溶胶生成制品的气溶胶生成装置分开且被配置成用于与所述气溶胶生成装置组合。
15.如本文所用，术语“气溶胶生成系统”是指气溶胶生成装置与气溶胶生成制品的组合。在气溶胶生成系统中，气溶胶生成制品和气溶胶生成装置协作以生成气溶胶。
16.基质腔可包括由对rf电磁场不透明的材料形成的一个或多个外部壁。一个或多个槽可形成于一个或多个外部壁中以允许电磁场进入基质腔。期望在基质腔内包含由电磁场发生器产生的电磁辐射。这是为了实现高效加热并避免辐射泄漏。此类辐射泄漏可能对系统的其它部件包括电磁场发生器本身造成损害。还期望将使用者暴露于rf辐射降到最少。外部壁可包括对rf辐射不透明的任何合适的材料，例如铝、不锈钢、银或金。外部壁可具有抛光表面以改进腔内的rf辐射的反射。
17.然而，必须允许辐射进入基质腔。提供电磁场可穿过的一个或多个槽，允许电磁场进入基质腔。一个或多个槽中的至少一个可具有l形、s形、t形或i形。
18.基质腔可包括对rf电磁场透明的壁。气溶胶形成基质可包覆在由对rf电磁场不透明的材料形成的包装物或容器中，并且可以在包装物或容器中形成一个或多个槽以允许电磁场进入。
19.基质腔可包括具有开放端和封闭端的盲腔。基质腔可以被配置成通过开放端接收含有气溶胶形成基质的气溶胶形成制品。基质腔可以被配置成将气溶胶形成基质保持在基质腔中。
20.所述装置可包括在使用中用于覆盖基质腔的开放端的封闭件或烟嘴。封闭件或烟嘴可包括被配置成反射rf电磁辐射的辐射屏蔽件。替代地或另外，气溶胶形成制品可包括被配置成反射rf电磁辐射的辐射屏蔽件。辐射屏蔽件中的一个或多个可以是流体可渗透的，以允许生成的气溶胶穿过它。例如，辐射屏蔽件可以包括金属网。
21.装置可包括空气入口和空气出口。气流路径可限定在空气入口与空气出口之间。气流路径可以穿过或经过基质腔。在气流路径穿过基质腔或穿过所产生的rf电磁场的实施例中，气流路径可包括经过一个或多个辐射屏蔽元件的曲折部分，以防止rf辐射通过空气入口或空气出口逸出。替代地或另外，可以在气流路径中提供多个流体可渗透辐射屏蔽元件中的一个。
22.装置可包括装置壳体。所述装置可包括在所述壳体内的辐射容纳腔，所述辐射容纳腔包围所述基质腔或邻近所述基质腔。可以提供辐射容纳腔以允许rf电磁场通过一个或多个槽或进入点进入基质腔。rf辐射可以在辐射容纳腔内自由传播。辐射容纳腔可包括波导。辐射容纳腔可具有对rf电磁辐射不透明的外部壁。
23.气溶胶生成装置还可以包括在所述基质腔与所述电磁场发生器之间的谐振腔。如本文所用，术语“谐振腔”是可以限制给定频率的电磁波的结构。在这种情况下，电磁波的选
择频率对应于频谱的rf区。为了容纳电磁波，谐振腔由针对该频率的反射材料(例如，金属)制成。结构可以是中空的或填充有介电材料。谐振腔的目标是允许电磁波在内部来回反弹，以便加强驻波的形成并最小化功率损耗。
24.谐振腔以谐振频率放大rf电磁场，并且可以被设计成匹配电磁场发生器和负载(在此情况下，基质腔中的气溶胶形成基质)的阻抗，以便优化负载的能量吸收和最小化从负载反射辐射。这提高了加热效率，并且最小化了来自系统的辐射泄漏。谐振腔可以位于电磁场发生器与基质腔之间。
25.气溶胶生成装置还可以包括一个或多个天线，该一个或多个天线连接到电磁场发生器并且被配置成引导rf电磁场。一个或多个天线可以至少部分地定位在基质腔中。在使用中，一个或多个天线可以至少部分地与气溶胶形成基质一起定位在基质腔中。在使用中，一个或多个天线可以被配置成刺穿保持气溶胶形成基质的容器。一个或多个天线可穿过基质腔的外部壁中的槽。一个或多个天线可以至少部分地定位在辐射容纳腔中。一个或多个天线可以定位在谐振腔中。
26.提供天线以引导由电磁场发生器产生的辐射可以提高装置的效率。一个或多个天线可以包括导电引脚。
27.通过使用rf晶体管来生成rf电磁场，可以使用闭环控制方案。所述装置可包括：在基质腔中或邻近基质腔的传感器，所述传感器提供指示所述基质腔中的温度的信号；以及控制器，所述控制器被连接以从传感器接收信号并且被连接以取决于来自传感器的信号控制电磁场发生器。
28.传感器可包括直接测量温度的温度传感器。替代地或另外，传感器可包括采样天线或多个采样天线，所述采样天线或多个采样天线被配置成检测基质腔中的电磁场的扰动，这指示基质腔中的温度。气溶胶形成基质的介电特性取决于温度而改变。电磁场的频率或振幅，或频率和振幅两者可由控制器基于来自传感器的信号来调节以控制由装置提供的加热。特别地，可以检测到过热，并且可以检测欠热，并且可以相应地调整电磁场的频率和振幅。可以检测故障。还可以检测基质腔中不适当的材料的存在。如果检测到不合适的材料，则可以自动关闭装置。类似地，如果用于传感器的信号表明在基质腔中不存在气溶胶形成基质，则可以自动关闭装置。如果使用磁控管产生rf辐射，则这种控制是不可能的。
29.可能期望将基质腔内的温度维持在预定温度范围内。可能期望将气溶胶形成基质的温度维持在气溶胶形成基质燃烧的温度以下。
30.基于反馈信号控制由装置提供的加热量的能力还允许使用不同的气溶胶形成基质。不同气溶胶形成基质可期望加热到不同温度。因此，提供温度控制的机制允许对于不同气溶胶形成基质或不同气溶胶形成制品设计实现最佳条件。
31.气溶胶生成装置还可以包括液体储存器和被配置成将液体从液体储存器递送到基质腔的液体泵。液体储存器中的液体可包括水。液体储存器中的液体可包括易受介电加热影响的极性分子。对于有效的介电加热，气溶胶形成基质包括吸收在由电磁场发生器产生的频率范围内的rf辐射的分子是有益的。在正在加热之前或在加热期间将另外的液体添加到气溶胶形成基质可能是有利的。
32.液体泵可以连接到控制电路。控制电路也可以连接到电磁场发生器。控制电路可以协调液体泵和电磁场发生器的操作。
33.液体泵可包括与步进马达、注射泵和渗透泵或压电泵组合的蠕动泵。
34.固态rf晶体管可以是例如ldmos晶体管、gaas fet、sic mesfet或gan hfet。
35.气溶胶生成装置可包括被配置成检测使用者何时在气溶胶生成系统上抽吸的抽吸检测器。如本文所用，术语
‘
抽吸’用以指使用者在气溶胶生成系统上抽吸以接收气溶胶。
36.优选地，气溶胶生成装置是便携式的。气溶胶生成装置可具有与常规雪茄或香烟相当的大小。气溶胶生成装置可以具有约30毫米与约150毫米之间的总长度。气溶胶生成装置可以具有约5毫米与约30毫米之间的外径。基质腔可具有2毫米与20毫米之间的直径。基质腔可具有2毫米与20毫米之间的长度。气溶胶生成装置可以是个人蒸发器、电子烟或加热不燃烧装置。
37.装置可包括控制电路。控制电路可以被配置成控制从电源向电磁场发生器的供电。控制电路可包括微处理器、可编程微处理器、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。控制电路可包括其它电子部件。例如，在一些实施例中，控制电路可包括传感器、开关、显示元件中的任一个。控制电路可以包括rf功率传感器。控制电路可以包括功率放大器。电源可以是dc电源。电源可包括至少一个电池。至少一个电池可以包括可再充电锂离子电池。作为替代，电源可以是另一种形式的电荷存储装置，诸如电容器。
38.电源可提供介于0.5瓦与30瓦之间的功率。电磁场发生器的阻抗可以小于100欧姆，并且优选地在50与75欧姆之间。
39.在使用中，气溶胶形成基质接收在基质腔中。提供了一种气溶胶生成系统，其包括如上所述的气溶胶生成装置和接收在基质腔中的气溶胶形成基质。
40.气溶胶形成基质可包括固体。气溶胶形成基质可包括液体。气溶胶形成基质可包括凝胶。气溶胶形成基质可包括固体、液体和凝胶中的两者或更多者的任何组合。
41.气溶胶形成基质可以包含尼古丁、尼古丁衍生物或尼古丁类似物。气溶胶形成基质可包括一种或多种尼古丁盐。一种或多种尼古丁盐可选自由以下各项组成的列表：尼古丁柠檬酸盐、尼古丁乳酸盐、尼古丁丙酮酸盐、尼古丁酒石酸氢盐、尼古丁果胶酸盐、尼古丁藻酸盐和尼古丁水杨酸盐。
42.气溶胶形成基质可包括气溶胶形成剂。如本文使用的，“气溶胶形成剂”是任何合适的已知化合物或化合物的混合物，其在使用中，有助于致密和稳定气溶胶的形成，并且对在气溶胶生成制品的操作温度下的热降解基本抗性。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，诸如三甘醇，1,3-丁二醇和甘油；多元醇的酯，诸如甘油单、二或三乙酸酯；和一元、二元或多元羧酸的脂肪酸酯，诸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元醇或其混合物，诸如三甘醇、1,3-丁二醇和甘油。
43.气溶胶形成基质还可包括香料。香料可包含挥发性香味组分。香料可包括薄荷醇。如本文所使用，术语“薄荷醇”指示以其同分异构形式中任一种的化合物2-异丙基-5-甲基环己醇。香料可提供选自薄荷醇、柠檬、香草、橙、冬青、樱桃和肉桂的香味。香料可包括在加热时从基质中释放出来的挥发性烟草香料化合物。
44.气溶胶形成基质还可包括烟草或含烟草材料。例如，气溶胶形成基质可包括以下各项中的任一种：烟草叶、烟草叶脉片段、再造烟草、均质化烟草、挤出烟草、烟草浆料、流延叶烟草和膨胀烟草。可选地，气溶胶形成基质可包括用例如玻璃或陶瓷或另一种合适的惰
性材料的惰性材料压缩的烟草粉末。
45.在气溶胶形成基质包括液体或凝胶的情况下，在一些实施例中，气溶胶生成制品可包含吸附剂载体。气溶胶形成基质可涂覆在吸附剂载体上或浸渍到吸附剂载体中。例如，烟碱化合物和气溶胶形成剂可与水组合为液体制剂。在一些实施例中，液体制剂还可包括香料。此类液体制剂随后可被吸附载体吸收或被涂覆到吸附载体的表面上。吸附载体可以为尼古丁化合物和气溶胶形成剂可涂覆或吸收到其上的基于纤维素的材料的片材或片剂。吸附载体可以是金属、聚合物或植物泡沫，其具有液体保持和毛细管特性，并且液体或凝胶气溶胶形成基质被涂布或吸收在其上。
46.可存在不同类别的气溶胶生成制品，每个类别提供不同的使用者体验。例如，不同类别可包括具有不同配方或组成的气溶胶形成基质、不同浓度的尼古丁或其它组分以及不同数量或厚度的气溶胶形成基质的制品。属于相同类别的气溶胶生成制品可具有相同的形状、大小或颜色，以使得它们可由使用者或气溶胶生成系统或装置识别。气溶胶生成系统或装置可以被配置成仅例如通过具有凹槽或空间来接受某一类别的气溶胶生成制品，所述凹槽或空间的形状或大小适于仅接收特定类型的气溶胶生成制品。凹槽或空间可以键控以仅接收互补成形的气溶胶生成制品。
47.气溶胶形成基质可包括液体填充胶囊。气溶胶形成基质可包括凝胶填充胶囊。液体填充胶囊或凝胶填充胶囊可以被配置成当液体或凝胶被基质腔中的rf电磁场加热时破裂。液体填充胶囊或凝胶填充胶囊可包括一个或多个阀。一个或多个阀可以被配置成当液体或凝胶由基质腔中的rf电磁场加热时由于胶囊内的压力增加而打开。一个或多个阀可以被配置成当使用者抽吸空气通过气溶胶生成系统时打开。
48.提供了一种气溶胶生成制品，其包括：气溶胶形成基质；使用者可通过其抽吸生成的气溶胶或蒸气的烟嘴；以及定位于气溶胶形成基质与烟嘴之间的流体可渗透的射频电磁辐射屏蔽件。
49.气溶胶生成制品可以与如上文所描述的气溶胶生成装置一起使用。气溶胶生成制品可以被接收或部分接收在基质腔中。气溶胶形成基质可以如上所述。流体可渗透的射频电磁辐射屏蔽件可以是金属网。
50.优选地，制品被配置成使得所生成的气溶胶或蒸气必须穿过流体可渗透的射频电磁辐射屏蔽件以便到达烟嘴。流体可渗透的射频电磁辐射屏蔽件可以邻近烟嘴定位或附接到烟嘴。
51.气溶胶生成制品可以包括烟嘴中的过滤器。气溶胶生成制品可以包括冷却元件。气溶胶生成制品可以包括间隔件。
52.提供了一种用于从气溶胶形成基质生成气溶胶的方法，所述方法包括：
53.将所述气溶胶形成基质放置在气溶胶生成装置的基质腔内；以及
54.使用固态rf晶体管在所述基质腔中产生射频(rf)电磁场。
55.如上所述，气溶胶形成基质可以是一个气溶胶形成基质。气溶胶生成装置可以如上所述。
56.射频(rf)电磁场可具有在500mhz与50ghz之间的频率，更优选地在900mhz与30ghz之间的频率。rf电磁场可具有在900mhz与5ghz之间的频率。在一个实施例中，rf电磁场具有约2.4ghz的频率。一般来说，频率越高，加热效率越大。因此，期望使用rf光谱的微波部分中
的频率。
57.所述方法可还以包括感测基质腔内的参数，并且基于感测到的参数调整射频(rf)电磁场。参数可以是温度。参数可以是电磁场强度。参数可以是电磁场的频率。所述方法可包括基于感测到的参数的组合来调整射频(rf)电磁场。
58.所述方法还可以包括将液体喷射到基质腔中的气溶胶形成基质中。
59.还应认识到，可以独立地实施、提供和使用上述各种特征的特定组合。
60.现在将参照附图仅以举例的方式描述本公开的实施例，在附图中：
61.图1是介电加热系统的示意图；
62.图2是气溶胶生成系统的第一实施例的示意图；
63.图3是用在图2的系统中的气溶胶生成制品的示意图；
64.图4是气溶胶生成系统的第二实施例的示意图；
65.图5是气溶胶生成系统的第三实施例的示意图；
66.图6是气溶胶生成系统的第四实施例的示意图；
67.图7是气溶胶生成系统的第五实施例的示意图；
68.图8是气溶胶生成系统的第六实施例的示意图；
69.图9是用于基质腔中的槽的可能构造的示意图；
70.图10是气溶胶生成系统的第七实施例的示意图；
71.图11是气溶胶生成系统的第八实施例的示意图；
72.图12是液体胶囊的示意图；以及
73.图13是根据所描述实施例中的任一个的气溶胶生成系统的闭环控制系统的示意图。
74.图1是使用射频电磁辐射进行加热的系统的示意图，所述射频电磁辐射有时称为介电加热。所述系统包括射频信号发生器10，与信号发生器连接的功率放大器12以放大射频信号，以及定位在加热腔14内部的天线16，所述天线连接到功率放大器12的输出。放大器的输出被反馈回信号发生器以提供闭环控制。待加热的物体18放置在腔14中并经受射频电磁辐射。物体18内的极性分子与振荡的电磁场对准，因此在电磁场振荡时被电磁场扰动。这导致物体18的温度增加。这种加热具有其在整个物体中均匀(条件是极性分子均匀分布)的优点。其还具有为非接触式加热形式的优点，其不需要来自高温加热元件的热的传导或对流。参考图2到图13描述的实施例使用图1中所示的基本加热原理。
75.另外，所描述的实施例使用固态射频(rf)晶体管来执行图1中所示的信号生成和功率放大功能。然而，有可能使用用于信号产生的rf晶体管和用于提供功率放大的单独电子部件或若干部件来实施所描述的实施例。
76.图2是加热不燃烧气溶胶生成系统的示意图。系统21包括接收在气溶胶生成装置的壳体26内的气溶胶生成制品22。气溶胶生成装置包括电源25例如锂离子电池，控制电路24，包括固态rf晶体管的rf电磁场发生器23，以及其中接收气溶胶生成制品22的基质腔28。rf电磁场发生器23在控制电路24的控制下获得来自电池25的电力，以在基质腔28内产生射频电磁辐射。辐射容纳腔27围绕基质腔28并且定位在rf电磁场发生器与基质腔之间，由rf电磁场发生器产生的电磁辐射在到达基质腔28之前行进穿过所述辐射容纳腔。
77.基质腔大体上是圆柱形盲腔，其具有开放端和封闭端以及在开放端和封闭端之间
延伸的侧壁。气溶胶生成制品通过其开放端插入到基质腔中。基质腔28和辐射容纳腔27两者具有由对rf辐射不透明的合适的金属材料例如铝形成的外部壁。这使电磁场在基质腔中集中，并且防止辐射从装置泄漏。为了允许辐射从辐射容纳腔进入基质腔，槽29形成于基质腔28的外部壁中。在图2中所示的实例中，在基质腔的封闭端处在壁中形成槽，并且在基质腔的侧壁中形成另外两个槽。
78.在此实施例中，气溶胶生成制品22具有香烟的外观和感觉。它包括烟嘴端，使用者可在其上抽吸以从气溶胶生成系统抽出气溶胶。与烟嘴端相对，气溶胶生成制品保持气溶胶形成基质。在此实施例中，气溶胶形成基质包括与气溶胶形成剂如甘油和水一起的再造烟草。烟嘴可以包括过滤器。
79.气溶胶生成装置被设计成是便携式手持式装置，使用者可轻易地单手握住。壳体26可以由合适的塑料材料例如聚醚醚酮(peek)形成。气流入口(未示出)可以设置在壳体中以允许空气通过基质腔28抽吸到装置中并且通过气溶胶生成制品的烟嘴抽出。
80.在操作中，在将气溶胶生成制品放置在基质腔中之后，装置被激活。来自电磁场发生器的rf辐射然后引导到基质腔中，并且引起气溶胶形成基质的介电加热。在此实例中，电磁场的频率在900mhz与2.4ghz之间。如将详细解释的，可使用反馈控制机构调节基质腔内部的温度。可感测基质腔内部的温度，或者可感测指示基质腔内部的温度的另一参数，以将反馈信号提供到控制电路24。控制电路然后调整电磁场的频率或振幅，或频率和振幅两者，以便将基质腔内部的温度维持在期望的温度范围内。
81.如先前所描述，基质腔和辐射容纳腔的壁由对rf辐射不透明的材料制成。例如，可以使用铝、不锈钢、银和金。基质腔的壁理想地是抛光表面以改进rf辐射的反射。还期望将rf辐射通过气溶胶生成制品的烟嘴端的逃逸降至最低。为此，辐射屏蔽元件可以包括在气溶胶生成制品内，如图3中所示。
82.图3中所示的气溶胶生成制品22包括气溶胶生成基质部分36，其可以是卷曲再造烟草连同气溶胶形成剂和水的棒。气溶胶生成制品还包括：支撑元件35，该支撑元件可以是中空乙酸盐管；通风部分34，其包括在外包装物中的激光穿孔33以允许空气进入，以用于冷却所产生的蒸气气溶胶；以及烟嘴过滤器31。在烟嘴过滤器31与冷却部分34之间，提供金属网辐射屏蔽元件32。辐射屏蔽元件反射在烟嘴的方向上从基质腔逃离的任何rf辐射(在图3中由箭头描绘)。辐射屏蔽元件的设置将朝向烟嘴并因此朝向装置的使用者的辐射泄漏减到最小。辐射屏蔽元件有必要是流体可渗透的，以便允许所生成的气溶胶穿过其到达使用者的口部。
83.图4示出了类似于图2中所示的实施例的气溶胶生成系统的另一实施例。然而，在图4的实施例中，基质腔具有对rf电磁场透明的壁。例如，基质腔49的壁可包括例如特氟龙、高纯度石英或聚四氟乙烯。这些材料能够承受高温，并且提供平滑且易于清洁的表面。如同在图2的实施例中，所述系统包括接收在气溶胶生成装置的壳体46内的气溶胶生成制品22。气溶胶生成装置包括电源45例如锂离子电池，控制电路44，包括固态rf晶体管的rf电磁场发生器43，以及其中接收气溶胶生成制品22的基质腔49。rf电磁场发生器43在控制电路44的控制下获得来自电池45的电力，以在基质腔49内产生rf电磁辐射。
84.图5示出了本发明的另一实施例，其中通过提供天线或波导59来改进电磁场向基质腔的递送。图5实施例的系统的部件在其他方面与参照图2所描述的相同。所述系统包括
接收在气溶胶生成装置的壳体56内的气溶胶生成制品22。气溶胶生成装置包括电源55，控制电路54，包括固态rf晶体管的rf电磁场发生器53，以及其中接收气溶胶生成制品22的基质腔58。辐射容纳腔57围绕基质腔58并且定位在rf电磁场发生器与基质腔之间，由rf电磁场发生器产生的电磁辐射在到达基质腔58之前行进穿过所述辐射容纳腔。
85.天线59从电磁场发生器53延伸穿过形成于基质腔的基部中的槽51进入基质腔58中。当将气溶胶生成制品插入到基质腔中时，天线刺穿气溶胶形成基质。天线59将rf电磁辐射直接递送到基质腔中。天线59还可以有助于将气溶胶生成制品保留在装置内。天线59可以是导电引脚。rf电磁场还可以自由地在辐射容纳腔57中传播，并且通过基质腔的侧壁中的槽51进入基质腔。
86.图6示出了与图5的实施例几乎相同的另一实施例。与图5的特征相同的图6的特征用相同的附图标记来标记。在图6的实施例中，天线59延伸到基质腔中，但在此情况下，天线59不穿透气溶胶形成基质。止动表面60设置在基质腔内以防止气溶胶生成制品被向下推到天线59上。这具有在天线上不存在冷凝物或碎屑积累的优点。但是天线仍能够将电磁场直接传递到基质腔中。
87.加热和减少辐射泄漏的效率也可以通过使用定位于rf电磁场发生器与基质腔之间的谐振腔来改进。图7中示出了包括谐振腔的系统。
88.图7的系统包括接收在气溶胶生成装置的壳体76内的气溶胶生成制品22。气溶胶生成装置包括电源75，控制电路74，包括固态rf晶体管的rf电磁场发生器73，以及其中接收气溶胶生成制品22的基质腔78。辐射容纳腔77围绕基质腔78，由rf电磁场发生器产生的电磁辐射可行进穿过所述辐射容纳腔。
89.谐振腔65位于rf电磁场发生器与基质腔之间。连接到电磁场发生器73的输出的天线79位于谐振腔中。谐振腔的壁被配置成反射rf辐射。谐振腔的尺寸与系统的操作频率匹配，使得发生电磁场的共振，并且电磁场以共振频率放大。谐振腔的使用允许源(在这种情况下是电磁场发生器73)和负载(在这种情况下是气溶胶形成基质)之间的阻抗匹配。如果负载和源的阻抗匹配，则不存在电磁场从负载反射回源。
90.在一个实例中，操作频率为2.4ghz。谐振腔大体上是圆柱形的，并且具有22.75mm的长度(在电磁场发生器与基质腔之间的方向上延伸)和21.75mm的直径。天线具有8.74mm的长度。辐射容纳腔具有与谐振腔相同的尺寸。辐射容纳腔内的基质腔具有13mm的长度和7mm的直径。谐振腔与辐射容纳腔之间以及辐射容纳腔与基质腔之间的槽可以是矩形的并且具有1mm x 3mm的尺寸。
91.对于液相中的分子而言，介电加热通常最有效，所述液相中的分子比固相中的分子更自由地移动。凝胶，特别是加热时液化的凝胶也可以被有效地加热。因此，气溶胶形成基质具有一定量的凝胶或液体内容物是有利的。液体或凝胶含量也可以有利于生成致密气溶胶。在截止目前描述的实例中，气溶胶形成基质包括烟草材料。可使用介电加热来加热单独的再造烟草。然而，用液体甘油和水浸泡或润湿烟草可以是有利的。水和气溶胶形成剂可以在室温下以液体或凝胶相在烟草内的胶囊中提供。当胶囊中的液体或凝胶通过介电加热来加热时，其膨胀。胶囊的壁可以被配置成随着液体或凝胶膨胀而破裂，或可以被配置成随着温度升高而熔化或分裂。可以在即将使用前通过施加机械压力使胶囊破裂。替代地或另外地，烟草材料可以用在室温下为凝胶但随着温度升高而液化的组合物包覆。以这些方式，
气溶胶形成基质可以长时间储存，而不使液体内容物干燥，并且仅在使用期间释放液体。
92.另一个选项是将不破裂的液体胶囊包埋在气溶胶形成基质内。通过rf辐射加热胶囊中的液体，并通过将热量从胶囊传导到气溶胶形成基质的其余部分来传递热量。
93.可以选择凝胶或液体中的至少一些，以便由rf辐射加热，但在操作温度下不会显著气化。以此方式，凝胶或液体向气溶胶形成基质赋予热，但基质的液体或凝胶含量在加热期间未减小，这可能会影响加热效率。
94.另一个可能性是在即将使用前或在使用期间将液体注射或泵送到基质腔中。图8是类似于图2的实施例但其中来自液体储存器的液体在基质的加热期间泵送到气溶胶形成基质中的气溶胶生成系统的实施例的示意图。
95.图8的系统包括接收在气溶胶生成装置的壳体86内的气溶胶生成制品22。气溶胶生成装置包括电源85，控制电路84，包括固态rf晶体管的rf电磁场发生器83，以及其中接收气溶胶生成制品22的基质腔88。辐射容纳腔87围绕基质腔88，由rf电磁场发生器产生的电磁辐射可行进穿过所述辐射容纳腔。槽81设置在基质腔中以允许辐射从辐射容纳腔传递到基质腔中。
96.气溶胶生成装置包括含有液体气溶胶形成剂如甘油和水的液体储存器。液体导管95从液体储存器94引导至基质腔88。泵94被配置成以受控速率将液体从液体储存器泵送到基质腔中。通过将液体泵送到基质腔中，可以提高加热效率。控制模块92连接到用于电磁场发生器83的控制电路84。泵94的操作可以与电磁场发生器的操作相协调，并且响应于在基质腔内感测到的温度。泵可以是例如压电微型泵。
97.设置以允许rf辐射进入到气溶胶形成基质中的槽可以处于各种位置。图9示出了槽的位置的各种可能性。选项a)包括基质腔的封闭端中的单个槽。选项b)包括腔的侧壁中的直径相对的槽。选项c)包括封闭端中的槽和腔的侧壁中的直径相对的槽。选项d)包括封闭端中的两个槽和腔的侧壁中的直径相对的槽。选项e)仅包括腔的封闭端中的两个槽。选项f)包括封闭端中的两个槽和腔的侧壁中的单个槽。选项g)包括腔的封闭端中的三个槽。选项h)包括腔的封闭端中的三个槽和腔的侧壁中的两个直径相对的槽。选项i)包括腔的封闭端中的三个槽和腔的侧壁中的两对直径相对的槽。这些只是一些实例配置。每个槽可具有特定形状。例如，槽中的一些或全部可以是i形、l形、s形或t形。槽中的一些或全部可以是圆形，或者椭圆形或矩形。
98.应当清楚的是，尤其在基质腔的壁对rf辐射透明的实施例中，气溶胶生成制品可具有对rf辐射不透明的包装物或罩壳，槽或窗可在包装物或罩壳中以各种配置设置以允许rf辐射穿透气溶胶形成基质。
99.在截止目前所描述的实施例中，气溶胶形成基质已设置在使用者在其上抽吸的气溶胶生成制品中。图10示出替代实施例，其中，气溶胶生成制品与气溶胶生成装置一起定位。图10的气溶胶生成系统包括使用者在其上抽吸的作为装置的一部分的烟嘴部分，以及含有完全接收在装置壳体106内的气溶胶形成基质的胶囊110。
100.图10的系统包括接收在气溶胶生成装置的壳体106内的气溶胶生成胶囊110。气溶胶生成装置包括电源105，控制电路104，包括固态rf晶体管的rf电磁场发生器103，以及其中接收气溶胶生成胶囊110的基质腔108。谐振腔107位于rf电磁场发生器103与基质腔之间。连接到电磁场发生器103的输出的天线109位于谐振腔中，如参照图7的实施例所述。胶
囊的外表面通常对rf辐射不透明，但提供对rf电磁场透明的窗112以允许辐射穿透胶囊。胶囊可以例如配备有对rf辐射透明的塑料涂层。
101.烟嘴部分101固定到壳体106以覆盖胶囊。烟嘴可以通过螺钉配件、搭扣配件、铰链或以任何其他方式附接到装置壳体。烟嘴部分101包括金属网辐射屏蔽件102，所产生的气溶胶可穿过所述金属网辐射屏蔽件。
102.气流入口(未示出)可以设置在壳体106中，以允许空气被抽吸到装置中，穿过胶囊110的出口(或通过胶囊)并且通过气溶胶生成装置的烟嘴抽出。
103.图11示出了类似于图10的实施例的另一个实施例，但是其中提供了波导而不是谐振腔。与图10的实施例相同的特征设置有相同的附图标记。气溶胶生成装置包括电源105，控制电路104，包括固态rf晶体管的rf电磁场发生器103，以及其中接收气溶胶生成胶囊120的基质腔108。在图11的实施例中，rf辐射通过波导124从电磁场发生器103引导至天线126，该天线邻近胶囊120的侧壁中的窗口定位。再次，胶囊的外表面通常对rf辐射不透明，但提供对rf电磁场透明的窗122以允许辐射穿透胶囊。如将描述的，窗122定位在胶囊的与辐射通过其进入腔的窗相对的一侧上，以允许由采样天线对rf电磁场进行采样。
104.在图10和图11中所示的实施例中，胶囊填充有凝胶或液体气溶胶形成基质，但可以使用如参照前述实施例描述的相同范围的基质。凝胶可以包括很大比例的甘油，连同尼古丁和调味剂。液体可以包括一种或多种气溶胶形成剂的混合物，例如甘油和丙二醇、水、尼古丁和调味剂。在一个实例中，图11的胶囊中的液体包括39％(按重量计)甘油、39％丙二醇、20％水和2％尼古丁。在另一个实例中，液体包括58％(按重量计)甘油、20％丙二醇、20％水和2％尼古丁。
105.图12是用于图10或图11的实施例中的允许气溶胶从凝胶或液体填充胶囊逸出的可能机构的示意图。图12的胶囊包括金属壳体130，该金属壳体可以用凝胶或液体气溶胶形成基质132再填充。在胶囊壳体中形成窗以允许rf辐射进入，使得凝胶或液体可以被加热。阀134设置在胶囊的烟嘴端处。当使用者在系统的烟嘴上抽吸时，烟嘴内压力的减小拉开阀门，从而允许蒸气和气溶胶从胶囊中逸出并被吸入使用者的口中。凝胶或液体的加热还可以增加胶囊内的压力，从而在阀134上提供另外的打开力。
106.在所描述的所有实施例中，期望能够调节气溶胶形成基质的温度。使用反馈控制来调整电磁场的频率或振幅的能力是使用固态rf晶体管的益处之一。
107.图13示出了可以在任何所描述的实施例中使用的控制方案。如先前所描述，所述系统包括用于电磁场发生器的控制电路。在图13的实例中，电磁场发生器11包括固态rf ldmos晶体管，该晶体管执行rf信号发生器10和功率放大器12两者的功能以放大所产生的rf电磁信号。rf固态晶体管11的输出传递到辐射天线149，该辐射天线定位成辐射位于气溶胶生成制品150内的气溶胶形成基质152，所述气溶胶生成制品接收在基质腔148中。
108.控制电路包括微控制器140，该微控制器可以控制rf固态晶体管的频率和功率输出两者。一个或多个传感器向微控制器提供输入。微控制器基于传感器输入调整电磁场发生器的频率或功率输出，或频率和功率输出两者。在图13中所示的实例中，存在温度传感器142，该温度传感器定位成感测基质腔内的温度。采样天线144可以作为温度传感器的替代物或附加物设置在腔中。采样天线被配置为接收器，并且可以检测基质腔中的电磁场的扰动，这是由气溶胶形成基质吸收能量的效率的指示。还提供rf功率传感器147以检测来自电
磁场发生器的功率输出。
109.微控制器140从rf功率传感器、温度传感器142和采样天线144接收信号。所述信号可用于确定：温度是否太低，温度是否太高，是否存在故障，以及是否在基质腔中不存在基质或存在具有不适当的介电特性的基质。具有不适当的基质特性的基质可以是其中液体或凝胶内容物通过使用已耗尽且因此需要更换的基质。
110.基于微控制器140作出的确定，调整由rf固态晶体管11产生的电磁场的频率和功率，或关断电磁场。通常，期望提供稳定且一致体积的气溶胶，这意味着将气溶胶形成基质保持在特定温度范围内。然而，随着气溶胶形成基质的组成改变和周围系统的温度改变，所需目标温度可随时间变化。此外，气溶胶形成基质的介电特性随温度变化，并且因此随着温度的升高或降低，可能需要调整电磁场。
111.应当清楚，关于一个实施例描述的特征也可以适用于其他实施例。所描述的实施例提供了以可被控制以提供特定、所需气溶胶特性的方式均匀、非接触式加热气溶胶形成基质的优点。与使用磁控管的常规微波加热相比，固态rf晶体管的使用提供可实施为手持式系统的紧凑系统。使用固态rf晶体管还允许更好地控制频率和功率以及更长的操作寿命。