ГЕНЕРИРУЮЩИЙ АЭРОЗОЛЬ ЭЛЕМЕНТ С ИНФРАКРАСНЫМ НАГРЕВОМ
AEROSOL GENERATING ELEMENT WITH INFRARED HEATING

Настоящее изобретение относится к генерирующему аэрозоль элементу для генерирования аэрозоля в кальянном устройстве. Более конкретно, настоящее изобретение относится к генерирующему аэрозоль элементу, в котором аэрозоль генерируется путем нагрева образующего аэрозоль субстрата с помощью инфракрасного (ИК) излучения. Настоящее изобретение дополнительно относится к кальянному устройству, содержащему генерирующий аэрозоль элемент, к генерирующей аэрозоль системе, содержащей кальянное устройство и генерирующее аэрозоль изделие, и к способу генерирования аэрозоля в кальянном устройстве.
Традиционные кальянные устройства используются для курения табачного субстрата и выполнены таким образом, что пар и дым проходят через колбу с водой перед их вдыханием потребителем. Кальянные устройства могут содержать один выход или более чем один выход, так что обеспечивается возможность одновременного использования устройства более чем одним потребителем. Многие рассматривают использование кальянных устройств как способ проведения досуга и социальный опыт.
Традиционные кальянные устройства используют древесный уголь для нагрева или сжигания табачного субстрата, чтобы генерировался аэрозоль для вдыхания пользователем. Во время использования традиционного кальянного устройства могут образовываться высокие уровни угарного газа и нежелательные побочные продукты сгорания, такие как полициклические ароматические углеводороды, а также другие вредные и потенциально вредные компоненты. Угарный газ может генерироваться древесным углем, а также в результате горения табачного субстрата.
Один из способов уменьшения образования угарного газа и побочных продуктов сгорания состоит в использовании вместо древесного угля электрических нагревателей, например резистивных нагревателей, которые нагревают табачный субстрат до температуры, достаточной для образования аэрозоля из указанного субстрата без сжигания субстрата.
Однако по сравнению с традиционными кальянными устройствами, работающими на древесном угле, в устройствах с электрическим нагревом могут иметь место такие негативные моменты, как меньшая общая масса аэрозоля, меньшее количество видимого аэрозоля, меньший объем аэрозоля или любая комбинация вышеперечисленного. Ухудшение одного или более из указанных свойств аэрозоля может быть особенно выражено во время первых затяжек вследствие худшего контакта между субстратом и нагреваемой поверхностью. Следовательно, время, затрачиваемое на нагрев субстрата до тех пор, пока не станет доступной первая затяжка для потребления (время TT1P), может быть сравнительно длительным по сравнению с традиционным кальянными устройствами, нагреваемыми с помощью древесного угля.
В традиционных кальянах древесный уголь обеспечивает уникальную характеристику нагрева, поскольку он не осуществляет одновременный и равномерный нагрев всего образующего аэрозоль субстрата в одно и то же время. Перемещение древесного угля к разным точкам с требуемой скоростью составляет важную часть ритуала и ощущений от курения традиционных кальянов.
Было бы желательно создать такое кальянное устройство, которое снижало бы образование угарного газа и нежелательных побочных продуктов сгорания по сравнению с традиционными кальянными устройствами на древесном угле.
Было бы желательно создать кальянное устройство с характеристикой нагрева, совпадающей, похожей или имитирующей ритуал и ощущения от курения традиционных кальянов.
В различных аспектах настоящего изобретения предложен генерирующий аэрозоль элемент для генерирования аэрозоля в кальянном устройстве. Генерирующий аэрозоль элемент содержитприемник для размещения образующего аэрозоль субстрата и фотонного устройства, выполненного с возможностью генерирования луча ИК-излучения. Указанный генерирующий аэрозоль элемент выполнен с возможностью нагрева образующего аэрозоль субстрата путем направления луча ИК-излучения на образующий аэрозоль субстрат.
Таким образом, фотонное устройство действует как ИК-излучатель. В целом, генерирующий аэрозоль элемент по настоящему изобретению использует ИК-излучение для нагрева одного или более компонентов образующего аэрозоль субстрата. В некоторых вариантах осуществления образующий аэрозоль субстрат может содержать табак, как будет описано ниже.
Таким образом, генерирующий аэрозоль элемент по настоящему изобретению обеспечивает альтернативную систему нагрева, в которой образующий аэрозоль субстрат нагревается в результате поглощения ИК-излучения. Нагрев с помощью ИК-излучения обеспечивает преимущество, состоящее в высокой скорости, гибкости и эффективности нагрева.
В отличие от проводимости или конвекции, излучение переносит энергию посредством электромагнитных волн. Как следствие, не требуется присутствие промежуточной среды или «теплоносителя». Это обеспечивает возможность содействия сокращению времени, необходимого для доведения образующего аэрозоль субстрата до требуемой температуры. Это может быть особенно полезно в течение периода предварительного нагрева образующего аэрозоль субстрата. Кроме того, не требуется физический контакт между генерирующим аэрозоль элементом и образующим аэрозоль субстратом. Генерирующий аэрозоль элемент по настоящему изобретению обеспечивает возможность бесконтактного нагрева образующего аэрозоль субстрата.
Генерирующий аэрозоль элемент может использоваться с образующим аэрозоль субстратом для образования аэрозоля. В частности, генерирующий аэрозоль элемент может вмещать и нагревать образующий аэрозоль субстрат для генерирования аэрозоля. Образующий аэрозоль субстрат может нагреваться, но не сжигаться, с помощью генерирующего аэрозоль элемента. Генерирующий аэрозоль элемент может содержать нагревательный элемент. Нагревательный элемент может содержать электрический нагревательный элемент.
В некоторых вариантах осуществления генерирующий аэрозоль элемент может содержать элементы традиционного кальянного устройства, такие как любое из следующего: приемник для размещения образующего аэрозоль субстрата, покровную пластину для покрытия указанного приемника, картридж, содержащий образующий аэрозоль субстрат, фольгу для покрытия указанного картриджа и по меньшей мере одну гранулу древесного угля для нагрева образующего аэрозоль субстрата.
Разные материалы поглощают ИК-излучение на разных частотах. Правильный выбор длины волны обеспечивает возможность содействия эффективному нагреву определенных веществ, в то время как другие вещества будут оставаться при значительно более низких температурах. Соответственно, генерирующий аэрозоль элемент по настоящему изобретению обеспечивает возможность целенаправленного нагрева в зависимости от одного или более компонентов образующего аэрозоль субстрата. Целенаправленное ИК-излучение не обязательно нагревает окружающий воздух. Это означает возможность достижения более эффективного нагрева. Кроме того, обеспечивается более свободное проектирование, поскольку воздушный зазор не приводит к большим тепловым потерям, как это имеет место в традиционной кальянной системе с электрическим нагревом. Таким образом, потенциально необходимо меньшее количество изоляционного материала.
Возможно манипулирование лучами ИК-излучениями таким образом, чтобы облучался лишь конкретный участок образующего аэрозоль субстрата. Кроме того, известно, что ИК-поглощение связано с низкой пропускающей способностью. ИК-лучи обеспечивают возможность нагрева лишь облучаемого участка образующего аэрозоль субстрата. Соответственно, генерирующий аэрозоль элемент по настоящему изобретению обеспечивает возможность целенаправленного нагрева в зависимости от пространства.
Еще одно преимущество средств ИК-нагрева по настоящему изобретению состоит в быстрой тепловой реакции. Обеспечивается возможность нагрева образующего аэрозоль субстрата по существу лишь во время облучения.
Кроме того, ИК-нагрев обеспечивает высокую гибкость пространственного расположения ИК-излучателя и субстрата. Это открывает широкие возможности для геометрического проектирования генерирующего аэрозоль элемента и кальянного устройства.
В некоторых вариантах осуществления луч ИК-излучения может подвергаться манипулированию между фотонным устройством и образующим аэрозоль субстратом. В некоторых вариантах осуществления предпочтительно обеспечивается содействие манипулированию ИК-лучом посредством оптического элемента.
В некоторых вариантах осуществления генерирующий аэрозоль элемент дополнительно содержит оптический элемент, расположенный между фотонным устройством и указанным приемником и выполненный с возможностью манипулирования лучом ИК-излучения.
Выражение «манипулирование лучом ИК-излучения» может включать любые изменения оптического тракта луча ИК-излучения. Примеры включают любое из следующего: отражение луча ИК-излучения, отклонение луча ИК-излучения, сужение луча ИК-излучения и расширение луча ИК-излучения.
Термин «оптический элемент» включает любой элемент, который способен манипулировать лучом ИК-излучения. Примеры включают зеркала, криволинейные зеркала, линзы, выпуклые линзы и вогнутые линзы. Вогнутые линзы обеспечивают возможность расширения луча ИК-излучения и, таким образом, возможность снижения плотности энергии луча ИК-излучения. Такая конфигурация может быть особенно полезна для поддержания субстрата при заданной пониженной температуре в течение длительных временных интервалов, когда затяжка не осуществляется, например на этапе предварительного нагрева или между затяжками. Выпуклые линзы обеспечивают возможность сужения луча ИК-излучения, и таким образом, возможность повышения плотности энергии луча ИК-излучения. Суженный или сфокусированный луч обеспечивает возможность быстрого израсходования определенных областей субстрата.
Согласно одному или более вариантам осуществления, оптический элемент генерирующего аэрозоль элемента по настоящему изобретению может быть расположен на оптическом держателе. Оптический держатель может быть подвижным. Перемещение оптического держателя может осуществляться механическим, электрическим или электромеханическим способом. Перемещение может осуществляться с помощью любых подходящих средств. Примеры могут включать шаговые двигатели и/или эксцентрические винты. Перемещение может осуществляться вручную пользователем. Предпочтительно, перемещение осуществляется автоматически посредством компонентов с электронным управлением.
Местоположение оптического элемента может регулироваться во время использования посредством оптического держателя. Оптический элемент, расположенный на оптическом держателе, обеспечивает возможность манипулирования лучом ИК-излучения. Оптический элемент, расположенный на оптическом держателе, обеспечивает возможность динамического манипулирования лучом ИК-излучения.
Термин «подвижный оптический держатель» включает держатель любого типа для оптического элемента, обеспечивающий возможность перемещения оптического элемента в разные местоположения или в разных направлениях относительно падающего луча ИК-излучения. Таким образом обеспечивается возможность измененяемого манипулирования лучом ИК-излучения с помощью оптического элемента путем перемещения оптического элемента посредством подвижного оптического держателя.
Выражение «динамическое манипулирование лучом ИК-излучения» означает, что возможно манипулирование лучом ИК-излучения во время использования генерирующего аэрозоль элемента в кальянном устройстве.
Выражение «во время использования» может относиться к любому моменту времени, когда имеет место использование кальянного устройства пользователем. Выражение «во время использования» может относиться к любому моменту времени, когда кальянное устройство включено. Выражение «во время использования» может относиться к любому моменту времени, когда происходит подача мощности на фотонное устройство. Выражение «во время использования» может относиться к моменту времени в течение затяжки или между затяжками.
Манипулирование лучом ИК-излучения может осуществляться с помощью подвижного оптического держателя. Механическое, электронное или электромеханическое перемещение может осуществляться с помощью любых подходящих средств. Примеры могут включать шаговые двигатели, эксцентрические винты, пьезоэлектрические винты или их комбинации. Перемещение может осуществляться вручную пользователем. Предпочтительно, перемещение осуществляется автоматически посредством компонентов с электронным управлением.
В целом, управление процессом динамического манипулирования лучом ИК-излучения может осуществляться с помощью компьютерной программы, выполняемой в электронной схеме. Управление частью динамического манипулирования или всем динамическим манипулированием может осуществляться автоматически, например, в соответствии с компьютерной программой. Компьютерная программа может храниться на машиночитаемом носителе для долговременного хранения данных. Управление одним или более аспектами динамического манипулирования может частично или полностью осуществляться пользователем. Например, пользователь может регулировать скорость динамического манипулирования. Пользователь может управлять местоположением на субстрате, на которое направляется ИК-луч. Например, могут быть предусмотрены средства, которые обеспечивают возможность ввода команд пользователем и, таким образом, возможность динамического манипулирования лучом ИК-излучения в соответствии с предпочтениями пользователя. Такие средства могут представлять собой любые подходящие средства, известные специалистам в данной области техники. Примером является блок управления, содержащий пользовательский интерфейс. В некоторых вариантах осуществления пользовательский интерфейс может содержать электронные, механические или электромеханические средства пользовательского интерфейса.
Динамическое манипулирование лучом ИК-излучения обеспечивает возможность динамического манипулирования траекторией луча. Таким образом, динамическое манипулирование лучом ИК-излучения обеспечивает возможность облучения различных участков образующего аэрозоль субстрата. Таким образом, динамическое манипулирование лучом ИК-излучения обеспечивает возможность избирательного облучения образующего аэрозоль субстрата, что, в свою очередь, обеспечивает возможность избирательного генерирования аэрозоля. Динамическое манипулирование лучом ИК-излучения обеспечивает возможность последовательного облучения образующего аэрозоль субстрата. С помощью генерирующего аэрозоль элемента по настоящему изобретению обеспечивается возможность последовательного нагрева различных участков образующего аэрозоль субстрата. Управление последовательным нагревом может частично или полностью осуществляться пользователем. Генерирующий аэрозоль элемент по настоящему изобретению может имитировать перемещение древесного угля поверх субстрата, и таким образом дополнительно обеспечивается возможность сохранения традиционного ритуала курения.
Фотонное устройство генерирующего аэрозоль элемента функционирует как ИК-излучатель. При выборе подходящего ИК-излучателя следует учитывать состав образующего аэрозоль субстрата. ИК-излучатель может быть выбран с учетом одного или более свойств ИК-излучателя. Одно или более свойств ИК-излучателя могут быть выбраны в зависимости от одного или более компонентов образующего аэрозоль субстрата. Например, указанные одно или более свойств ИК-излучателя могут включать любое из следующего: длину волны, частоту, размер пятна, источник смещения, импульсный/непрерывный тип волны, энергию и мощность, или любую комбинацию вышеперечисленного. Например, длина волны излучения ИК-излучателя может быть выбрана с учетом поглощения ИК-излучения одним или более компонентами образующего аэрозоль субстрата. Длина волны излучения ИК-излучателя может быть выбрана с учетом пропускания ИК-излучения одним или более компонентами образующего аэрозоль субстрата.
Длина волны излучения ИК-излучателя может соответствовать полосам ИК-поглощения компонента образующего аэрозоль субстрата. Длина волны излучения ИК-излучателя может соответствовать полосам ИК-поглощения двух или более компонентов образующего аэрозоль субстрата.
Например, длина волны излучения ИК-излучателя может соответствовать полосам ИК-поглощения одним или более из глицерина, мелассы, сахаров, инвертных сахаров, табака, табачного продукта или любого другого компонента образующего аэрозоль субстрата, как будет описано далее.
Термин «длина волны» может относиться к одной длине волны, множеству отдельных длин волн, диапазону длин волн, множеству диапазонов длин волн или любой их комбинации.
Например, в образующем аэрозоль субстрате может присутствовать сравнительно большое количество глицерина, и требования к длине волны могут быть адаптированы к полосам сильного поглощения глицерином. Полосы сильного ИК-поглощения глицерином обнаруживаются на длинах волн ИК-излучения от 1300 нанометров до 2000 нанометров. Соответственно, возможна эмиссия ИК-излучателем ИК-излучения в диапазоне от 800 нанометров до 2300 нанометров, предпочтительно от 1300 нанометров до 2000 нанометров.
В некоторых вариантах возможна эмиссия ИК-излучателем ИК-излучения с мощностью в диапазоне от 0,1 Ватта до 30 Ватт, предпочтительно от 0,5 Ватта до 25 Ватт, более предпочтительно от 1 Ватта до 20 Ватт и более предпочтительно от 1 Ватта до 3 Ватт. В некоторых вариантах осуществления используют сравнительно высокую мощность для предварительного нагрева образующего аэрозоль субстрата. В некоторых вариантах осуществления используют сравнительно низкую мощность для осуществления затяжек по требованию.
При работе в режиме «затяжек по требованию» ИК-излучатель должен иметь возможность доведения минимального количества генерирующего аэрозоль субстрата, требующегося для генерирования аэрозоля за одну затяжку, до 250 градусов по Цельсию не более чем за 5 секунд, предпочтительно не более чем за 2 секунды, предпочтительно не более чем за 1 секунду. Минимальное количество генерирующего аэрозоль субстрата, требующееся для генерирования аэрозоля за одну затяжку, может составлять до 1,2 кубического сантиметра.
В некоторых вариантах осуществления плотность энергии луча ИК-излучения может находиться в диапазоне от 0,010 Ватта на квадратный сантиметр до 30 Ватт на квадратный сантиметр, предпочтительно от 0,050 Ватта на квадратный сантиметр до 6 Ватт на квадратный сантиметр, и более предпочтительно от 0,100 Ватта на квадратный сантиметр до 3 Ватт на квадратный сантиметр.
В некоторых вариантах осуществления диаметр луча ИК-излучения может находиться в диапазоне от 1 миллиметра до 110 миллиметров, предпочтительно от 2 миллиметров до 100 миллиметров, и более предпочтительно от 5 миллиметров до 80 миллиметров. В целом сравнительно большие диаметры используются для предварительного нагрева образующего аэрозоль субстрата. В некоторых вариантах осуществления сравнительно малые диаметры используются для осуществления затяжки по требованию.
Термин «диаметр луча ИК-излучения» может относиться к диаметру той области образующего аэрозоль субстрата, которая непосредственно облучается лучом ИК-излучения.
Расстояние между ИК-излучателем и образующим аэрозоль субстратом может составлять до 30 сантиметров, предпочтительно до 20 сантиметров, и более предпочтительно до 10 сантиметров.
Регулирование интенсивности нагрева образующего аэрозоль субстрата с помощью ИК-излучателя может осуществляться путем перемещения длины волны нагрева на небольшую величину с выходом из резонанса относительной той длины волны, которая уже выбрана. Это обеспечивает преимущество, состоящее в максимизации поглощения требуемым соединением, например глицерином, в образующем аэрозоль субстрате. В некоторых вариантах осуществления регулирование интенсивности нагрева образующего аэрозоль субстрата может осуществляться путем изменения мощности, подаваемой на ИК-излучатель.
В некоторых вариантах осуществления ИК-излучатель может содержать лазер. В некоторых вариантах осуществления ИК-излучатель может содержать лазерный диод. Фотонное устройство генерирующего аэрозоль элемента по настоящему изобретению может содержать лазерный ИК-диод.
Фотонное устройство по настоящему изобретению может использоваться в качестве единственного средства нагрева для нагрева образующего аэрозоль субстрата. В некоторых вариантах осуществления фотонное устройство по настоящему изобретению может использоваться в сочетании с одним или более дополнительными средствами нагрева. В качестве дополнительных средств нагрева могут использоваться любые средства нагрева. Примеры включают средства электрического нагрева, такие как средства резистивного нагрева, средства индукционного нагрева или сочетание обоих из средств резистивного нагрева и средств индукционного нагрева.
В одном или более вариантах осуществления генерирующий аэрозоль элемент может дополнительно содержать дополнительные средства нагрева, такие как средства электрического нагрева, выполненные с возможностью нагрева образующего аэрозоль субстрата, размещенного в указанном приемнике. Дополнительные средства электрического нагрева могут находиться в тепловом контакте с приемником. В одном или более вариантах осуществления по меньшей мере часть приемника может быть образована дополнительными средствами электрического нагрева.
Предпочтительно, дополнительные средства нагрева содержат средства резистивного нагрева. Например, дополнительные средства нагрева могут содержать одну или более резистивных проволок или других резистивных элементов. Резистивные проволоки могут находиться в контакте с теплопроводным материалом для распределения производимого тепла по более широкой области. Примеры подходящих проводящих материалов включают алюминий, медь, цинк, никель, серебро и их комбинации. Для целей настоящего изобретения, если резистивные проволоки находятся в контакте с теплопроводным материалом, то резистивные проволоки и теплопроводный материал представляют собой ту часть средств нагрева, которая образует по меньшей мере участок поверхности указанного приемника.
В некоторых примерах дополнительные средства нагрева содержат средства индукционного нагрева. Например, дополнительные средства нагрева могут содержать токоприемный материал, который образует поверхность указанного приемника. В контексте данного документа термин «токоприемный» относится к материалу, который способен преобразовывать электромагнитную энергию в тепло. При размещении токоприемника в переменном электромагнитном поле, в токоприемнике обычно наводятся вихревые токи и могут возникать потери на гистерезис, что приводит к нагреву токоприемника. Поскольку токоприемник расположен в тепловом контакте с образующим аэрозоль субстратом или в непосредственной тепловой близости к нему, субстрат нагревается токоприемником таким образом, что образуется аэрозоль. Предпочтительно, токоприемник расположен по меньшей мере частично в непосредственном физическом контакте с образующим аэрозоль субстратом или картриджем, заключающим в себе образующий аэрозоль субстрат.
Токоприемник может быть выполнен из любого материала, который может быть подвергнут индукционному нагреву. Токоприемник может быть выполнен из любого материала, который может быть подвергнут индукционному нагреву до температуры, достаточной для генерирования аэрозоля из образующего аэрозоль субстрата. Предпочтительные токоприемники содержат металл или углерод. Предпочтительный токоприемник может содержать или состоять из ферромагнитного материала, например ферритного железа, ферромагнитного сплава, такого как ферромагнитная сталь или нержавеющая сталь, и феррита. Подходящий токоприемник может быть выполнен из алюминия или содержать его.
Предпочтительные токоприемники представляют собой токоприемники из металла, например из нержавеющей стали. Тем не менее, материалы токоприемника могут также содержать графит, молибден, карбид кремния, алюминий, ниобий, сплавы инконель (аустенитные суперсплавы на основе никель-хрома), металлизированные пленки, керамику, например такую, как диоксид циркония, переходные металлы, например такие, как Fe, Co, Ni, или полуметаллы (металлоиды), например такие, как B, C, Si, P, Al, или они могут быть изготовлены из вышеперечисленного.
Токоприемник предпочтительно содержит более чем 5%, предпочтительно более чем 20%, предпочтительно более чем 50% или 90% ферромагнитных или парамагнитных материалов. Предпочтительные токоприемники могут быть нагреты до температуры свыше 250 градусов по Цельсию. Подходящие токоприемники могут содержать неметаллический сердечник с металлическим слоем, расположенным на неметаллическом сердечнике, например металлические дорожки, выполненные на поверхности керамического сердечника.
Кальянное устройство также может содержать одну или более катушек индуктивности, выполненных с возможностью создания вихревых токов и/или потерь на гистерезис в материале токоприемника, что приводит к нагреву материала токоприемника. Материал токоприемника также может быть размещен в картридже, заключающем в себе генерирующий аэрозоль субстрат. Токоприемник, содержащий указанный материал токоприемника, может содержать любой подходящий материал, такой как описанные, например, в опубликованных патентных заявках PCT WO 2014/102092 и WO 2015/177255.
Дополнительные средства нагрева, независимо от того, являются они средствами индукционного нагрева или токоприемником, могут быть термически соединены с нагревательным блоком. Дополнительные средства нагрева могут находиться в непосредственном контакте с нагревательным блоком. Нагревательный блок может содержать любой подходящий теплопроводный материал. В некоторых вариантах осуществления нагревательный блок содержит алюминий, оксид алюминия или алюмооксидную керамику. Нагревательный блок может образовывать наружную поверхность дополнительных средств нагрева.
Генерирующий аэрозоль элемент может нагревать образующий аэрозоль субстрат с помощью вышеупомянутых средств нагрева для генерирования аэрозоля. В некоторых вариантах осуществления образующий аэрозоль субстрат предпочтительно нагревают до температуры в диапазоне от приблизительно 150°C до приблизительно 250°C, более предпочтительно от приблизительно 180°C до приблизительно 230°C или от приблизительно 200°C до приблизительно 230°C.
В некоторых вариантах осуществления ИК-луч может быть задуман как расходующее средство, то есть образование аэрозоля имеет место по существу лишь там, где ИК-луч облучает образующий аэрозоль субстрат. Если дополнительно обеспечены средства электрического нагрева, то в некоторых вариантах осуществления эти средства электрического нагрева могут поддерживать субстрат при постоянной температуре, меньшей температуры испарения образующего аэрозоль субстрата. Средства ИК-нагрева могут обеспечивать дополнительную энергию для нагрева соединений до температуры, превышающей температуру испарения образующего аэрозоль субстрата, в результате чего генерируется аэрозоль.
В некоторых вариантах осуществления ИК-луч обеспечивает возможность содействия быстрому начальному испарению части образующего аэрозоль субстрата, в то время как дополнительный электрический нагрев означает нагрев большей части образующего аэрозоль субстрата в течение более длительного периода. В некоторых традиционных компоновках с электрическим нагревом может иметь место сравнительно большая задержка между включением электрического кальянного устройства для подачи энергии на средства электрического нагрева и моментом времени, когда пользователь сможет осуществить первую затяжку. Этот период времени известен из уровня техники как «время до первой затяжки» (TT1P). Таким образом, комбинация ИК-луча и дополнительных средств электрического нагрева обеспечивает возможность содействия уменьшению TT1P путем обеспечения аэрозоля для первых одной, двух или более затяжек посредством одного лишь ИК-нагрева до тех пор, пока дополнительные средства электрического нагрева не будут способны довести сравнительно больший объем образующего аэрозоль субстрата до температуры испарения.
В одном или более вариантах осуществления генерирующий аэрозоль элемент содержит окно. Окно может быть расположено между фотонным устройством и приемником. В одном или более вариантах осуществления указанное окно может быть по существу прозрачным для луча ИК-излучения. Указанное окно может быть расположено в месте, находящемся между оптическим элементом и приемником. В данных вариантах осуществления обеспечивается возможность передачи ИК-излучения в указанный приемник через указанное окно. Таким образом, указанное окно обеспечивает возможность предотвращения накопления остатков на поверхности ИК-излучателя или оптического элемента. Указанное окно служит для предотвращения загрязнения ИК-излучателя и оптического элемента. В противном случае возможно накопление остатков, таких как грязь и мусор, на оптическом элементе и/или ИК-излучателе. Указанное окно является менее чувствительным к такому загрязнению и возможна его более простая очистка. С этой целью указанное окно может представлять собой съемный компонент, который выполнен с возможностью отсоединения от устройства для очистки.
В одном или более вариантах осуществления оптический элемент содержит зеркало для отражения луча ИК-излучения. Зеркало может действовать в качестве оптического элемента, который манипулирует лучом ИК-излучения посредством отражения луча указанным зеркалом. Возможно регулирование размеров облучаемого участка образующего аэрозоль субстрата путем отражения луча ИК-излучения указанным зеркалом. Зеркало может представлять собой криволинейное зеркало.
Предпочтительно, радиус или эффективный радиус криволинейного зеркала не является постоянным, и возможно динамическое манипулирование им. Подходящие средства для манипулирования радиусом криволинейного зеркала включают, без ограничения, давление воды или воздуха. Подходящие зеркала с переменным радиусом имеются в продаже и обеспечивают возможность динамического изменения характеристик луча во время работы. С этой целью поверхность зеркал выполняют из гибкого материала. Путем изменения прикладываемого давления воды или воздуха деформируют гибкую поверхность зеркала. Эта деформация изменяет кривизну зеркала и обеспечивает возможность динамического манипулирования лучом ИК-излучения.
В качестве альтернативы или дополненительно, возможно динамическое манипулирование местоположением ИК-луча на образующем аэрозоль субстрате с помощью оптического держателя, на котором может быть расположено зеркало. Например, возможно динамическое манипулирование углом отражения зеркала с помощью микроструктурированного узла или шаговых двигателей.
В одном или более вариантах осуществления луч ИК-излучения содержит падающий луч ИК-излучения, распространяющийся от фотонного устройства в направлении криволинейного зеркала, и отраженный луч ИК-излучения, распространяющийся от криволинейного зеркала к указанному приемнику, причем между падающим лучом ИК-излучения и отраженным лучом ИК-излучения имеет место некоторый угол, предпочтительно составляющий приблизительно 90 градусов. Таким образом, луч отклоняют на некоторый угол, предпочтительно на угол приблизительно 90 градусов, посредством криволинейного зеркала. Благодаря отклонению луча ИК-излучения на заданный угол вдоль его пути от фотонного устройства к указанному приемнику, обеспечивается возможность разработки генерирующего аэрозоль элемента с различными геометрическими параметрами. Например, если луч отклоняется под заданным углом, то фотонное устройство не обязательно должно быть размещено на одной линии с облучаемой поверхностью образующего аэрозоль субстрата, заключенного в указанном приемнике. Это обеспечивает возможность более компактной конструкции кальянного устройства.
В одном или более вариантах осуществления оптический элемент может содержать линзы. Оптический элемент может содержать одну или более вогнутых линз для расширения луча ИК-излучения в направлении указанного приемника и выпуклых линз для сужения луча ИК-излучения в направлении указанного приемника.
Вогнутые линзы обеспечивают возможность расширения луча ИК-излучения и, таким образом, снижения плотности энергии луча ИК-излучения. Такая конфигурация может быть особенно полезна для поддержания субстрата при заданной пониженной температуре в течение длительных временных интервалов, когда затяжка не осуществляется, например на этапе предварительного нагрева или между затяжками.
Выпуклые линзы обеспечивают возможность сужения луча ИК-излучения и, таким образом, повышения плотности энергии луча ИК-излучения. Суженный или сфокусированный луч обеспечивает возможность быстрого израсходования определенных областей субстрата.
В одном или более вариантах осуществления оптический элемент может содержать регулируемые линзы, которые способны переключаться между выпуклой и вогнутой формами. Подобно регулируемым зеркалам, описанным выше, эти регулируемые линзы могут быть изготовлены из гибкого материала, и возможно их переключение путем изменения прикладываемого давления воды или воздуха. Как и в предыдущем случае, обусловленная давлением деформация обеспечивает возможность изменения кривизны линз.
В вариантах осуществления, в которых радиус криволинейного зеркала не является постоянным и возможно динамическое манипулирование им аналогично указанным линзам, указанное криволинейное зеркало может использоваться в качестве оптического элемента для выборочного сужения и/или расширения ИК-луча. В результате увеличения радиуса кривизны криволинейного зеркала происходит расширение луча в направлении указанного приемника. В результате уменьшения радиуса кривизны криволинейного зеркала происходит сужение луча в направлении указанного приемника.
В одном или более вариантах осуществления оптический элемент может быть соединен с блоком управления. Блок управления может быть расположен таким образом, чтобы пользователь имел возможность выбора конкретного участка образующего аэрозоль субстрата, размещенного в указанном приемнике, для нагрева с помощью ИК-излучения. Блок управления содержит пользовательский интерфейс, который обеспечивает возможность ввода команд пользователем и, таким образом, возможность манипулирования лучом ИК-излучения в соответствии с предпочтениями пользователя. Пользовательский интерфейс может содержать сенсорный экран, на котором пользователь может указывать, какая область субстрата должна быть нагрета. Оптический держатель, который может быть выполнен с возможностью перемещения, например, посредством шаговых двигателей, в этом случае может приводиться в действие для направления ИК-луча в назначенную точку субстрата. В дополнение, дисплей может показывать, какие части субстрата уже были потреблены или по меньшей мере облучены. Блок управления может быть предусмотрен для максимального сохранения ритуала в кальянах, работающих не на древесном угле. В целом, согласно настоящему изобретению, может использоваться любой подходящий образующий аэрозоль субстрат. Образующий аэрозоль субстрат предпочтительно представляет собой субстрат, способный выделять летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Летучие соединения могут выделяться в результате нагрева образующего аэрозоль субстрата. Образующий аэрозоль субстрат может быть твердым или жидким или содержать как твердые, так и жидкие компоненты. Предпочтительно, образующий аэрозоль субстрат содержит твердое вещество.
Образующий аэрозоль субстрат может содержать никотин. Содержащий никотин образующий аэрозоль субстрат может содержать матрицу из никотиновой соли. Образующий аэрозоль субстрат может содержать материал растительного происхождения. Образующий аэрозоль субстрат предпочтительно содержит табак, и содержащий табак материал предпочтительно содержит летучие вкусоароматические соединения табака, которые выделяются из образующего аэрозоль субстрата при нагреве. Образующий аэрозоль субстрат может содержать гомогенизированный табачный материал. Гомогенизированный табачный материал может быть получен в результате агломерации частиц табака. В качестве альтернативы или дополнительно, образующий аэрозоль субстрат может содержать материал, не содержащий табака. Образующий аэрозоль субстрат может содержать гомогенизированный материал растительного происхождения.
Образующий аэрозоль субстрат может содержать, например, одно или более из следующего: порошок, гранулы, комочки, крупицы, тонкие трубочки, полоски или листы, содержащие одно или более из следующего: травяной лист, табачный лист, фрагменты табачных жилок, восстановленный табак, гомогенизированный табак, экструдированный табак и взорванный табак.
Образующий аэрозоль субстрат может содержать по меньшей мере одно вещество для образования аэрозоля. Вещество для образования аэрозоля может представлять собой любое подходящее известное соединение или смесь соединений, которые при использовании способствуют образованию плотного и стабильного аэрозоля и которые являются по существу стойкими к термическому разложению при рабочей температуре кальянного устройства. Подходящие вещества для образования аэрозоля хорошо известны в данной области техники и включают, без ограничения: многоатомные спирты, такие как триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и глицерин; сложные эфиры многоатомных спиртов, такие как моно-, ди- или триацетат глицерола; и алифатические сложные эфиры моно-, ди- или поликарбоновых кислот, такие как диметилдодекандиоат и диметилтетрадекандиоат. Особо предпочтительными веществами для образования аэрозоля являются многоатомные спирты или их смеси, такие как триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и, наиболее предпочтительно, глицерин. Образующий аэрозоль субстрат может содержать другие добавки и ингредиенты, такие как вкусоароматические вещества. Образующий аэрозоль субстрат предпочтительно содержит никотин и по меньшей мере одно вещество для образования аэрозоля. В особенно предпочтительном варианте осуществления вещество для образования аэрозоля представляет собой глицерин.
Образующий аэрозоль субстрат, может содержать любое подходящее количество вещества для образования аэрозоля. Например, содержание вещества для образования аэрозоля может составлять 5% или более в пересчете на сухой вес, предпочтительно более чем 30% по весу в пересчете на сухой вес. Содержание вещества для образования аэрозоля может составлять менее чем приблизительно 95% в пересчете на сухой вес. Предпочтительно, содержание вещества для образования аэрозоля составляет до приблизительно 55%.
Образующий аэрозоль субстрат может быть обеспечен на термостабильном носителе или встроен в него. Носитель может содержать тонкий слой, на первую основную поверхность и/или на вторую основную поверхность которого нанесен субстрат. Носитель может быть выполнен, например, из бумаги или бумагообразного материала, нетканого мата из углеродных волокон, легкой металлической сетки с открытыми ячейками, перфорированной металлической фольги или любой другой термически стабильной полимерной матрицы. В качестве альтернативы, носитель может присутствовать в форме порошка, гранул, зерен, кусочков, тонких трубочек, полосок или листов. Носитель может представлять собой нетканое полотно или пучок волокон, в которые включены табачные компоненты. Нетканое полотно или пучок волокон могут содержать, например, углеродные волокна, натуральные целлюлозные волокна или волокна из производных целлюлозы.
В некоторых примерах образующий аэрозоль субстрат содержит один или более сахаров в любом подходящем количестве. Предпочтительно, образующий аэрозоль субстрат содержит инвертный сахар, который представляет собой смесь глюкозы и фруктозы, полученную посредством разделения сахарозы. Предпочтительно, образующий аэрозоль субстрат содержит от приблизительно 1% до приблизительно 40% по весу сахара, такого как инвертный сахар. В некоторых примерах один или более сахаров могут быть смешаны с подходящим носителем, таким как кукурузный крахмал или мальтодекстрин.
В некоторых примерах образующий аэрозоль субстрат содержит одно или более веществ для улучшения органолептических свойств. Подходящие вещества для улучшения органолептических свойств включают вкусоароматические вещества и вещества, воздействующие на органы чувств, такие как холодящие вещества. Подходящие вкусоароматические вещества включают натуральный или синтетический ментол, мяту перечную, мяту курчавую, кофе, чай, специи (такие как корица, гвоздика и/или имбирь), какао, ваниль, фруктовые ароматы, шоколад, эвкалипт, герань, эвгенол, агаву, можжевельник, анетол, линалоол и любую их комбинацию.
В некоторых примерах образующий аэрозоль субстрат присутствует в виде суспензии. Например, образующий аэрозоль субстрат может присутствовать в виде мелассы. В контексте данного документа термин «меласса» означает состав образующего аэрозоль субстрата, содержащий приблизительно 25% или более сахара. Например, меласса может содержать по меньшей мере приблизительно 30% по весу сахара, например по меньшей мере приблизительно 40% по весу сахара. Обычно меласса будет содержать менее чем приблизительно 60% по весу сахара, например менее чем приблизительно 50% по весу сахара.
Термин «табачный материал» относится к материалу или веществу, содержащему табак, который содержит, например, табачные смеси или ароматизированный табак.
В контексте данного документа термин «аэрозоль», используемый при описании потока аэрозоля, может относиться к аэрозолю, воздуху, содержащему аэрозоль или пар, или к воздуху с вовлеченным аэрозолем. Воздух, содержащий пар, может быть предшественником воздуха, содержащего аэрозоль, например, после его охлаждения или ускорения.
ИК-излучатель может быть адаптирован к полосам ИК-поглощения любым из компонентов образующего аэрозоль субстрата. ИК-излучатель может быть адаптирован к ИК-пропусканию любым из компонентов образующего аэрозоль субстрата.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения, предложено кальянное устройство, содержащее генерирующий аэрозоль элемент, описанный выше. В одном или более вариантах осуществления кальянное устройство может дополнительно содержать аэрозольную шахту и колбу для жидкости.
При использовании генерируемый аэрозоль может проходить через аэрозольную шахту. Аэрозольная шахта может также именоваться в данном документе стволовой трубкой. Аэрозольная шахта содержит ближний концевой участок, образующий ближнее отверстие, расположенное с возможностью приема потока воздуха из генерирующего аэрозоль элемента. Шахта содержит дальний концевой участок, образующий дальнее отверстие, расположенное во внутренней области колбы. Колба выполнена с возможностью приема жидкости до уровня заполнения жидкостью. Аэрозольная шахта сообщается по текучей среде с колбой. Между генерирующим аэрозоль элементом и внутренней областью колбы может быть образован канал для потока воздуха. В частности, генерирующий аэрозоль элемент сообщается по текучей среде с колбой посредством указанной шахты. Внутренняя область колбы содержит нижний объем для приема жидкости и верхний объем для свободного пространства над жидкостью. Колба содержит выход свободного пространства над жидкостью, сообщающийся с верхним объемом колбы выше уровня заполнения жидкостью. Согласно некоторым вариантам осуществления, с выходом свободного пространства над жидкостью может быть соединен шланг. Со шлангом может быть соединен мундштук для осуществления пользователем затяжек на кальянном устройстве.
Колба может содержать оптически прозрачный или непрозрачный корпус, чтобы потребителю было видно содержимое, заключенное в колбе. Колба может содержать отметку заполнения жидкостью, например линию заполнения жидкостью. Корпус колбы может быть выполнен из любого подходящего материала. Например, корпус колбы может содержать стекло или подходящий жесткий пластмассовый материал. Предпочтительно, колба выполнена с возможностью отсоединения от части кальянного устройства, содержащей генерирующий аэрозоль элемент, чтобы потребитель имел возможность заполнения или очистки колбы.
Колба может быть заполнена до уровня заполнения жидкостью. Жидкость предпочтительно содержит воду, в которую при необходимости могут быть добавлены красители и/или вкусоароматические вещества. Например, в воду могут быть добавлены растительные и/или травяные добавки. В некоторых вариантах осуществления аэрозоль может быть видоизменен путем его втягивания через жидкость.
Возможно протекание воздуха через генерирующий аэрозоль элемент для втягивания аэрозоля из генерирующего аэрозоль элемента через аэрозольную шахту. Аэрозольная шахта может образовывать канал для потока воздуха. Поток воздуха может выходить из кальянного устройства через выход свободного пространства над жидкостью в колбе. Возможно протекание воздуха через аэрозольную шахту в результате приложения отрицательного давления к выходу свободного пространства над жидкостью. Источником отрицательного давления могут быть всасывание или затяжка, осуществляемые пользователем. В результате этого обеспечивается возможность втягивания аэрозоля через аэрозольную шахту и через жидкость, заключенную во внутренней области колбы. Пользователь может осуществлять всасывание через мундштук, сообщающийся по текучей среде с выходом свободного пространства над жидкостью, для генерирования или обеспечения отрицательного давления на выходе свободного пространства над жидкостью или на мундштуке. В некоторых вариантах осуществления воздушный поток может поступать в приемник образующего аэрозоль субстрата кальянного устройства, протекать вдоль образующего аэрозоль субстрата или через него и вовлекать аэрозоль. Затем воздух с вовлеченным аэрозолем может протекать с выхода в указанном приемнике через шахту в колбу.
В контексте данного документа выражение «дальше по потоку» относится к направлению вдоль аэрозольной шахты от генерирующего аэрозоль элемента к внутренней области. Выражение «выше по потоку» относится к направлению, противоположному указанному направлению ниже по потоку, или к направлению вдоль аэрозольной шахты от внутренней области колбы к генерирующему аэрозоль элементу.
Аэрозольная шахта расположена между генерирующим аэрозоль элементом и внутренней областью колбы. Аэрозольная шахта может содержать один или более компонентов вдоль аэрозольной шахты. Аэрозольная шахта содержит ближний концевой участок, образующий ближнее отверстие, расположенное с возможностью приема потока воздуха из генерирующего аэрозоль элемента. Аэрозольная шахта содержит дальний концевой участок, образующий дальнее отверстие, расположенное во внутренней области колбы. Дальний концевой участок аэрозольной шахты может проходить в объем жидкости во внутренней области колбы во время использования кальянного устройства.
Аэрозольная шахта может быть описана как имеющая продольную ось, проходящую через ближний концевой участок и дальний концевой участок. Поперечное направление может быть определено как направление, перпендикулярное продольной оси. Например, поперечное сечение, окружность, ширина, или диаметр аэрозольной шахты могут быть определены в поперечном направлении или в плоскости, перпендикулярной продольной оси.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения, предложена генерирующая аэрозоль система, содержащая кальянное устройство по настоящему изобретению и генерирующее аэрозоль изделие. В целом, генерирующее аэрозоль изделие представляет собой расходную часть, которую съемно устанавливают в приемнике генерирующего аэрозоль элемента. Генерирующее аэрозоль изделие содержит образующий аэрозоль субстрат.
В одном или более вариантах осуществления генерирующее аэрозоль изделие состоит из образующего аэрозоль субстрата. Например, генерирующее аэрозоль изделие может представлять собой гранулированную кальянную мелассу. В одном или более вариантах осуществления генерирующее аэрозоль изделие содержит картридж, содержащий наружный корпус, охватывающий образующий аэрозоль субстрат.
В целом, указанный приемник выполнен с возможностью размещения образующего аэрозоль субстрата или генерирующего аэрозоль изделия. Таким образом, приемник выполнен с возможностью размещения образующего аэрозоль субстрата или картриджа, заключающего в себе образующий аэрозоль субстрат.
Приемник может содержать любое подходящее количество отверстий, сообщающихся с одним или более впускными каналами для воздуха. В некоторых вариантах осуществления приемник может содержать от 1 до 1000 отверстий, например от 1 до 500 отверстий. Отверстия могут иметь одинаковый размер или разные размеры. Отверстия могут иметь одинаковую или разную форму. Отверстия могут быть распределены равномерно или неравномерно. Отверстия могут быть выполнены в приемнике в любом подходящем месте. Например, отверстия могут быть выполнены в верхней стороне и/или в нижней стороне приемника. Предпочтительно, отверстия выполнены в нижней стороне приемника.
Приемник предпочтительно выполнен с такими размерами и формой, что обеспечивается возможность контакта между одной или более стенками или верхней стороной приемника и образующим аэрозоль субстратом или картриджем, содержащим образующий аэрозоль субстрат, при размещении картриджа в приемнике. Это обеспечивает преимущество, состоящее в содействии кондуктивному нагреву образующего аэрозоль субстрата с помощью нагревательного элемента.
Предпочтительно, внутренняя сторона приемника и наружная сторона картриджа, содержащего образующий аэрозоль субстрат, имеют схожие размеры и форму. Предпочтительно, отношение высоты к ширине основания (или диаметру) внутренней стороны приемника составляет более чем приблизительно 1,5 к 1. Предпочтительно, отношение высоты к ширине основания (или диаметру) наружной стороны картриджа составляет более чем приблизительно 1,5 к 1. Такие отношения обеспечивают возможность более эффективного расходования образующего аэрозоль субстрата внутри картриджа во время использования, благодаря обеспечению возможности проникновения тепла от нагревательных элементов в середину картриджа. Например, в приемнике и картридже диаметр (или ширина) основания могут превышать высоту в число раз, составляющее от приблизительно 1,5 до приблизительно 5 раз, или от приблизительно от 1,5 до приблизительно 4 раз, или от приблизительно 1,5 до приблизительно 3 раз. Аналогичным образом, в приемнике и картридже высота может превышать диаметр (или ширину) основания в число раз, составляющее от приблизительно 1,5 до приблизительно 5 раз, или от приблизительно 1,5 до приблизительно 4 раз, или от приблизительно 1,5 до приблизительно 3 раз. Предпочтительно, отношение высоты к диаметру основания или отношение диаметра основания к высоте в приемнике и картридже составляет от приблизительно 1,5 к 1 до приблизительно 2,5 к 1.
В некоторых вариантах осуществления каждая из внутренней стороны приемника и наружной стороны картриджа имеет диаметр основания в диапазоне от приблизительно 15 миллиметров до приблизительно 30 миллиметров и высоту в диапазоне от приблизительно 40 миллиметров до приблизительно 60 миллиметров.
Приемник может быть выполнен из одной или более частей. Предпочтительно, приемник выполнен из двух или более частей. Предпочтительно, по меньшей мере одна часть приемника выполнена с возможностью перемещения относительно другой части, чтобы обеспечивалась возможность доступа к внутренней области приемника для вставки картриджа в приемник. Например, одна часть может быть выполнена с возможностью разъемного прикрепления к другой части для обеспечения возможности вставки образующего аэрозоль субстрата или картриджа, заключающего в себе образующий аэрозоль субстрат, при разъединении указанных частей. Указанные части могут быть выполнены с возможностью скрепления любым подходящим способом, например посредством резьбового взаимодействия, фрикционной посадки, защелкивающегося соединения или тому подобного. В некоторых вариантах осуществления указанные части прикреплены друг к другу посредством шарнира. Если указанные части скреплены посредством шарнира, то эти части могут также содержать фиксирующий механизм для фиксации указанных частей относительно друг друга при нахождении приемника в закрытом положении. В некоторых вариантах осуществления приемник содержит выдвижную секцию, которая может быть выдвинута для обеспечения возможности размещения образующего аэрозоль субстрата или картриджа в указанной выдвижной секции, и которая может быть задвинута для обеспечения возможности использования кальянного устройства.
С кальянным устройством, описанным в данном документе, может использоваться любое подходящее генерирующее аэрозоль изделие для по меньшей мере частичного вмещения образующего аэрозоль субстрата. Генерирующее аэрозоль изделие может содержать картридж. Картридж и/или содержимое картриджа могут быть расположены с возможностью их нагрева нагревательным элементом. В качестве альтернативы, в приемнике может быть размещен образующий аэрозоль субстрат, который обеспечен не в картридже.
Предпочтительно, картридж содержит теплопроводный корпус. Например, корпус может содержать любое из следующего: алюминий, медь, цинк, никель, серебро и любые комбинации одного или более из них. Предпочтительно, корпус содержит алюминий. В некоторых вариантах осуществления картридж содержит один или более материалов, менее теплопроводных, чем алюминий. Например, корпус может содержать любой подходящий термостабильный полимерный материал. Если материал является достаточно тонким, то обеспечивается возможность переноса достаточного количества тепла через корпус на размещенный в нем образующий аэрозоль субстрат несмотря на то, что корпус выполнен из материала, который обладает сравнительно не очень высокой теплопроводностью.
Картридж может содержать одно или более отверстий. В некоторых вариантах осуществления указанные одно или более отверстий могут быть выполнены в верхней стороне и нижней стороне корпуса, чтобы обеспечивалась возможность протекания потока воздуха через картридж при использовании. Если верхняя сторона приемника содержит одно или более отверстий, то по меньшей мере некоторые из отверстий в верхней стороне картриджа могут быть выровнены с отверстиями в верхней стороне приемника. Картридж может содержать выравнивающий элемент, выполненный с возможностью стыковки с комплементарным выравнивающим элементом приемника для выравнивания отверстий картриджа с отверстиями приемника при вставке картриджа в приемник. Отверстия в корпусе картриджа могут быть покрыты во время хранения для предотвращения вытекания хранящегося в картридже образующего аэрозоль субстрата из картриджа. Дополнительно или в качестве альтернативы, размеры отверстий в корпусе картриджа могут быть достаточно малыми для предотвращения или уменьшения выхода образующего аэрозоль субстрата из картриджа. Если отверстия покрыты, то потребитель может снять покрытие перед вставкой картриджа в приемник. В некоторых вариантах осуществления кальянное устройство выполнено с возможностью прокалывания картриджа с образованием отверстий в картридже. В некоторых вариантах осуществления приемник кальянного устройства выполнен с возможностью прокалывания картриджа с образованием отверстий в картридже.
Картридж может иметь любую подходящую форму. Предпочтительно, картридж имеет форму усеченного конуса или цилиндра.
Картридж может иметь крышку. Крышка может быть выполнена с возможностью съема. Съемная крышка может быть снята перед использованием генерирующего аэрозоль элемента для облучения образующего аэрозоль субстрата в картридже. Это обеспечивает возможность минимизации потерь энергии из-за поглощения материалом в месте сопряжения и обеспечивает возможность максимизации непосредственного облучения образующего аэрозоль субстрата. Картридж может быть многоразовым, так что пользователь покупает субстрат отдельно и загружает субстрат вручную вместо покупки предварительно подготовленных кальянных картриджей. Это обеспечивает преимущество, состоящее в возможности более точной имитации традиционного ритуала курения кальяна.
В одном или более вариантах осуществления генерирующее аэрозоль изделие содержит картридж, содержащий наружную оболочку, охватывающую образующий аэрозоль субстрат, и генерирующий аэрозоль элемент выполнен с возможностью либо непосредственного нагрева образующего аэрозоль субстрата внутри картриджа, либо непосредственного нагрева наружной оболочки картриджа и косвенного нагрева образующего аэрозоль субстрата внутри картриджа через наружную оболочку картриджа.
Кальянное устройство может содержать электронную схему управления, функционально соединенную с резистивным нагревательным элементом, катушкой индуктивности, фотонным устройством, оптическим элементом и/или подвижным оптическим держателем. Электронная схема управления выполнена с возможностью управления нагревом нагревательного элемента.
Электронная схема управления может быть обеспечена в любой подходящей форме. Электронная схема управления может содержать контроллер. Электронная схема управления может содержать память. Память может содержать инструкции, которые инициируют выполнение одним или более компонентами кальянного устройства функций или аспектов электронной схемы управления. Функции, относящиеся к электронной схеме управления, в настоящем изобретении могут быть реализованы в виде одного или более из программного обеспечения, программно-аппаратного обеспечения и аппаратного обеспечения. Память может представлять собой машиночитаемый носитель для долговременного хранения данных.
В частности, один или более из компонентов, таких как контроллеры, описанных в данном документе, могут содержать процессор, такой как центральный процессор (CPU), компьютер, логическую матрицу или другое устройство, способное направлять данные, поступающие в электронную схему управления или из нее. Контроллер может содержать одно или более вычислительных устройств, имеющих память, средства обработки и аппаратные средства связи. Контроллер может содержать схему, используемую для соединения различных компонентов контроллера друг с другом или с другими компонентами, функционально соединенными с контроллером. Функции контроллера могут выполняться аппаратным обеспечением. Функции контроллера могут выполняться инструкциями, хранящимися на машиночитаемом носителе для долговременного хранения данных. Функции контроллера могут выполняться как аппаратными средствами, так и инструкциями, хранящимися на машиночитаемом носителе для долговременного хранения данных.
Если контроллер содержит процессор, то этот процессор в некоторых вариантах осуществления может содержать любые одно или более из следующего: микропроцессор, микроконтроллер, цифровой сигнальный процессор (DSP), специализированную интегральную схему (ASIC), программируемую пользователем вентильную матрицу (FPGA) и эквивалентную дискретную или интегральную логическую схему. В некоторых вариантах осуществления процессор может содержать множество компонентов, таких как любая комбинация из одного или более микропроцессоров, одного или более контроллеров, одного или более DSP, одной или более ASIC и одной или более FPGA, а также других дискретных или интегральных логических схем. Функции, отнесенные к контроллеру или процессору в данном документе, могут быть реализованы в виде программных средств, программно-аппаратных средств, аппаратных средств или любой их комбинации. Хотя в данном документе контроллер описан как система на основе процессора, альтернативный контроллер может использовать другие компоненты, такие как реле и таймеры, для достижения требуемых результатов, либо отдельно, либо в комбинации с системой на основе микропроцессора.
В одном или более вариантах осуществления примеры систем, способов и интерфейсов могут быть реализованы с помощью одной или более компьютерных программ и вычислительного устройства, которое может содержать один или более процессоров и/или память. Программный код и/или логика, описанные в данном документе, могут быть применены к входным данным или информации для выполнения функций, описанных в данном документе, и генерирования требуемых выходных данных/информации. Указанные выходные данные или информация могут применяться в качестве входных данных для одного или более других устройств или способов, описанных в данном документе, или они могут применяться известным способом. Из вышеизложенного со всей очевидностью следует, что функции контроллера, описанные в данном документе, могут быть реализованы любым способом, известным специалистам в данной области техники.
В некоторых вариантах осуществления электронная схема управления может содержать микропроцессор, который может представлять собой программируемый микропроцессор. Электронная схема может быть выполнена с возможностью регулирования подачи мощности. Подача мощности на нагревательный элемент или на катушку индуктивности может осуществляться в виде импульсов электрического тока.
Если нагревательный элемент содержит резистивный нагревательный элемент, то в некоторых вариантах осуществления электронная схема управления может быть выполнена с возможностью измерения или отслеживания электрического сопротивления нагревательного элемента. В некоторых вариантах осуществления электронная схема управления может быть выполнена с возможностью управления подачей мощности на нагревательный элемент в зависимости от электрического сопротивления нагревательного элемента. Таким образом, электронная схема управления имеет возможность регулирования температуры резистивного элемента.
Если нагревательные компоненты содержат катушку индуктивности, и указанный нагревательный элемент содержит материал токоприемника, то в некоторых вариантах осуществления электронная схема управления может быть выполнена с возможностью отслеживания параметров катушки индуктивности. В некоторых вариантах осуществления электронная схема управления может быть выполнена с возможностью управления подачей мощности на катушку индуктивности в зависимости от параметров этой катушки, таких как описанные, например, в WO 2015/177255. Таким образом, электронная схема управления имеет возможность регулирования температуры материала токоприемника.
Кальянное устройство может содержать датчик температуры. Датчик температуры может содержать термопару. Датчик температуры может быть функционально соединен с электронной схемой управления для регулирования температуры нагревательных элементов. Датчик температуры может быть расположен в любом подходящем месте. Например, датчик температуры может быть выполнен с возможностью вставки в образующий аэрозоль субстрат, или картридж, который вмещается внутри указанного приемника, для отслеживания температуры нагреваемого образующего аэрозоль субстрата. Дополнительно или в качестве альтернативы, датчик температуры может находиться в контакте с нагревательным элементом. Дополнительно или в качестве альтернативы, датчик температуры может быть расположен с возможностью определения температуры на аэрозольном выходе кальянного устройства, таком как аэрозольный выход генерирующего аэрозоль элемента. Дополнительно или в качестве альтернативы, датчик температуры может находиться в контакте с охлаждающим элементом, таким как нагреваемая сторона теплового насоса. Датчик может передавать сигналы, относящиеся к измеренной температуре, на электронную схему управления, которая может регулировать нагрев нагревательных элементов для достижения подходящей температуры на датчике.
Может использоваться любая подходящая термопара, такая как термопара типа K. Термопара может быть размещена в картридже в месте, где температура является самой низкой. Например, термопара может быть размещена в центре или в середине картриджа. В некоторых кальянных устройствах термопара может быть размещена под образующим аэрозоль субстратом (таким как меласса), например, путем размещения термопары между приемником субстрата и нагревательным элементом (таким как древесный уголь) с последующим размещением субстрата сверху.
Независимо от того, содержит кальянное устройство датчик температуры или нет, это устройство предпочтительно выполнено с возможностью нагрева образующего аэрозоль субстрата, размещенного в указанном приемнике, до величины, достаточной для генерирования аэрозоля без сгорания образующего аэрозоль субстрата.
Электронная схема управления может быть функционально соединена с источником питания кальянного устройства. Кальянное устройство может содержать любой подходящий источник питания. Например, источник питания кальянного устройства может представлять собой батарею или комплект батарей (например, пакет батарей). В некоторых вариантах осуществления один или более компонентов батареи, например катодные и анодные элементы, или даже вся батарея могут быть адаптированы для соответствия геометрическим параметрам той части кальянного устройства, в которой они размещаются. В некоторых случаях батарея или компонент батареи могут быть адаптированы для соответствия геометрическим параметрам путем обкатки или сборки. Батареи источника питания могут быть перезаряжаемыми. Батареи источника питания могут быть съемными и сменными. Может использоваться любая подходящая батарея. Например, батареи для тяжелых условий работы или стандартные батареи, имеющиеся в продаже, такие как используемые в мощных промышленных электрических инструментах для тяжелых условий работы. В качестве альтернативы, источник питания может представлять собой источник электрического питания любого типа, содержащий супер- или гиперконденсатор. В некоторых вариантах осуществления кальянное устройство может быть выполнено с возможностью соединения с наружным источником электрического питания, и оно может быть спроектировано для этой цели в электрическом и электронном аспекте. Независимо от типа используемого источника питания, источник питания предпочтительно обеспечивает достаточно энергии для нормального функционирования кальянного устройства в течение приблизительно 30 минут, предпочтительно по меньшей мере приблизительно 50 минут, более предпочтительно по меньшей мере 70 минут непрерывной работы устройства до того, как потребуется перезарядка или подключение к наружному источнику электрического питания.
Кальянное устройство может содержать ускоряющий элемент. Давление воздуха с вовлеченным аэрозолем может снижаться при прохождении через один или более ускоряющих элементов. Затем воздух с вовлеченным аэрозолем проходит через стволовую трубку в колбу, и далее возможно его вдыхание пользователем. Ускоряющий элемент может быть расположен вдоль аэрозольной шахты, например вдоль канала для потока воздуха аэрозольной шахты. В частности, ускоряющий элемент может быть расположен вдоль аэрозольной шахты. Ускоряющий элемент может образовывать единое целое с частью канала для потока воздуха или аэрозольной шахты. Ускоряющий элемент может быть выполнен с возможностью ускорения аэрозоля, который протекает через ускоряющий элемент.
Кальянное устройство может содержать охлаждающий элемент. Охлаждающий элемент может быть расположен вдоль канала для потока воздуха или аэрозольной шахты. Охлаждающий элемент может образовывать единое целое с частью канала для потока воздуха или аэрозольной шахты. Охлаждающий элемент выполнен с возможностью охлаждения аэрозоля в канале для потока воздуха, в частности воздуха, который протекает через охлаждающий элемент или мимо него. Охлаждающий элемент может быть расположен ниже по потоку относительно генерирующего аэрозоль элемента вдоль канала для потока воздуха. В частности, охлаждающий элемент может быть расположен между генерирующим аэрозоль элементом и концом канала для потока воздуха или по меньшей мере между генерирующим аэрозоль элементом и колбой. Дополнительно, охлаждающий элемент может быть расположен смежно или как можно ближе к замедляющей камере или замедляющей части стволовой трубки, что обеспечивает возможность содействия быстрому охлаждению для выработки аэрозоля. Охлаждающий элемент может использовать пассивное охлаждение и/или активное охлаждение. Охлаждающий элемент может содержать трубку из теплопроводного материала.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения, предложен способ образования аэрозоля в кальянном устройстве. Согласно указанному способу, генерируют луч ИК-излучения с помощью фотонного устройства. Далее, направляют луч ИК-излучения от фотонного устройства на образующий аэрозоль субстрат, размещенный в приемнике кальянного устройства. В завершение, нагревают образующий аэрозоль субстрат, размещенный в приемнике, с помощью луча ИК-излучения. Таким образом, температура образующего аэрозоль субстрата повышается при поглощении ИК-излучения. Температура образующего аэрозоль субстрата может увеличиваться при поглощении ИК-излучения до тех пор, пока она не достигнет температуры испарения, при которой образуется аэрозоль.
В одном или более вариантах осуществления способа длину волны луча ИК-излучения выбирают таким образом, чтобы она соответствовала длине волны, при которой по меньшей мере компонент образующего аэрозоль субстрата поглощает ИК-излучение.
В одном или более вариантах осуществления способа этот способ включает манипулирование лучом ИК-излучения перед нагревом образующего аэрозоль субстрата, размещенного в приемнике кальянного устройства, посредством луча ИК-излучения. В некоторых вариантах осуществления способа манипулирование лучом ИК-излучения включает использование одного или более оптических элементов для манипулирования лучом ИК-излучения. В некоторых вариантах осуществления указанные один или более оптических элементов могут быть обеспечены на подвижном держателе. Таким образом обеспечивается возможность избирательного, например последовательного, нагрева различных участков образующего аэрозоль субстрата.
В некоторых вариантах осуществления способа он включает динамическое манипулирование лучом ИК-излучения. В некоторых вариантах осуществления указанное динамическое манипулирование может осуществляться с помощью подвижного держателя оптического элемента таким образом, чтобы имел место избирательный, например последовательный, нагрев различных участков образующего аэрозоль субстрата.
В одном или более вариантах осуществления способа он включает нагрев образующего аэрозоль субстрата с помощью дополнительных средств электрического нагрева. Таким образом обеспечивается возможность одновременного нагрева образующего аэрозоль субстрата с помощью обоих из луча ИК-излучения и указанных дополнительных средств электрического нагрева.
Ниже в качестве примера приведен в хронологическом порядке один способ использования кальянного устройства, описанного в данном документе. Колба может быть отделена от других компонентов кальянного устройства и заполнена водой. В воду для придания вкуса и аромата могут быть добавлены одно или более из натуральных фруктовых соков, растительных добавок и травяных добавок. Количество добавляемой жидкости должно покрывать часть основной шахты, но не должно превышать отметку уровня заполнения, которая при необходимости может присутствовать на колбе. Затем колбу снова прикрепляют к кальянному устройству. Часть генерирующего аэрозоль элемента может быть отделена или открыта для обеспечения возможности вставки образующего аэрозоль субстрата или картриджа в приемник. Затем генерирующий аэрозоль элемент снова присоединяют или закрывают. Затем устройство может быть включено. Пользователь может осуществлять затяжки из мундштучной части до тех пор, пока не будет произведен необходимый объем аэрозоля для заполнения камеры, имеющей вход для ускорения воздуха. Пользователь может осуществлять затяжки на мундштучной части по своему желанию. Пользователь может продолжать использовать устройство до тех пор, пока в камере больше не будет виден аэрозоль. Предпочтительно, устройство будет автоматически выключено при израсходовании доступного образующего аэрозоль субстрата, заключенного в картридже или обеспеченного отдельно. В качестве альтернативы или дополнительно, потребитель может заправить устройство новым образующим аэрозоль субстратом или новым картриджем после, например, приема от устройства сигнала о том, что расходные материалы израсходованы или по существу израсходованы. После заправки новым субстратом или новым картриджем возможно продолжение использования устройства. Предпочтительно, кальянное устройство может быть в любое время отключено потребителем, например, путем выключения питания устройства.
В некоторых примерах пользователь может активировать один или более нагревательных элементов с помощью активирующего элемента, например, на мундштуке. Активирующий элемент может быть связан с электронной схемой управления, например, посредством беспроводной связи, и он может передавать на электронную схему управления сигнал для активации нагревательного элемента с его переводом из режима ожидания в режим полного нагрева. Предпочтительно, такая ручная активация возможна лишь во время осуществлении пользователем затяжек на мундштуке для предотвращения перегрева или ненужного нагрева образующего аэрозоль субстрата в картридже.
В некоторых примерах мундштук содержит датчик затяжки, который посредством беспроводной связи соединен с электронной схемой управления, и осуществление потребителем затяжек на мундштуке приводит к активации нагревательных элементов с их переводом из режима ожидания в режим полного нагрева.
Кальянное устройство по настоящему изобретению может иметь любой подходящий вариант управления прохождением воздуха. В одном примере осуществление затяжек пользователем будет создавать эффект всасывания, приводящий к низкому давлению внутри устройства, что, в свою очередь, будет приводить к протеканию наружного воздуха через вход для воздуха устройства во впускной канал для воздуха и далее в приемник генерирующего аэрозоль элемента. Затем воздух может протекать через образующий аэрозоль субстрат или картридж, заключающий в себе субстрат, в приемник для переноса аэрозоля через аэрозольный выход приемника. Затем аэрозоль может втекать в первое отверстие входа для ускорения воздуха указанной камеры (если только выход генерирующего аэрозоль элемента одновременно не служит в качестве входа для ускорения воздуха указанной камеры). При протекании воздуха через вход указанной камеры происходит ускорение воздуха. Ускоренный воздух выходит с указанного входа через второе отверстие для поступления в основную камеру указанной камеры, где воздух замедляется. Замедление в указанной основной камере обеспечивает возможность улучшения зародышеобразования, что приводит к улучшению видимого аэрозоля в камере. Воздух, преобразованный в аэрозоль, может затем выходить из камеры и протекать через основную шахту (если только эта основная шахта не является основной камерой указанной камеры) в жидкость внутри колбы. Затем аэрозоль в виде пузырьков будет выходить из жидкости в свободное пространство над жидкостью в колбе, выходить через выход указанного свободного пространства и поступать через шланг и мундштук для доставки потребителю. Поток наружного воздуха и поток аэрозоля внутри кальянного устройства могут создаваться под действием затяжки, осуществляемой пользователем.
Предпочтительно, сборка всех основных частей кальянного устройства по настоящему изобретению обеспечивает герметичное функционирование устройства. Герметичное функционирование должно обеспечивать надлежащее управление потоком воздуха. Герметичное функционирование может быть достигнуто любым подходящим образом. Например, для обеспечения герметичного уплотнения могут использоваться уплотнители, такие как уплотнительные кольца и шайбы.
Уплотнительные кольца и уплотнительные шайбы или другие уплотнительные элементы могут быть выполнены из любого подходящего материала или материалов. Например, уплотнения могут содержать одно или более из соединений графена и соединений кремния. Предпочтительно, указанные материалы одобрены для использования в изделиях, потребляемых людьми, Управлением США по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов.
Основные части, такие как камера, основная шахта, отходящая от камеры, наружный кожух приемника и колба, могут быть изготовлены из любого подходящего материала или материалов. Например, эти части могут быть независимо изготовлены из стекла, соединений на основе стекла, полисульфона (PSU), полиэфирсульфона (PES) или полифенилсульфона (PPSU). Предпочтительно, указанные части изготовлены из материалов, подходящих для использования в стандартных посудомоечных машинах.
В некоторых примерах мундштук по настоящему изобретению содержит штыревой/гнездовой элемент быстроразъемного соединителя для соединения с блоком шланга.
Электронное кальянное устройство с ИК-нагревом может работать следующим образом. Картридж, заполненный образующим аэрозоль субстратом, может быть нагрет с помощью ИК-излучения. С этой целью генерирующий аэрозоль элемент направляет ИК-излучение на образующий аэрозоль субстрат. Генерирующий аэрозоль элемент может быть выполнен таким образом, чтобы обеспечиваемая температура была достаточной для генерирования аэрозоля без сгорания или сжигания образующего аэрозоль субстрата. Пользователь может втягивать воздух из электрического кальянного устройства, при этом воздух может поступать внутрь по впускному каналу для воздуха, проходить через охлаждающий элемент, проходить вдоль картриджа, далее к нижней стороне картриджа и затем к нижней стороне приемника. Возможно ускорение генерируемого аэрозоля во время прохождения через ускоряющий элемент. До или во время ускорения возможно охлаждение генерируемого аэрозоля с помощью охлаждающего элемента для усиления конденсации в аэрозоле. Аэрозоль может претерпевать изменение давления при поступлении в камеру и расширяться внутри камеры, что может замедлять аэрозоль перед прохождением через основную шахту или стволовую трубку, которая частично погружена в воду в нижнем объеме колбы. Генерируемый аэрозоль проходит через воду и расширяется в верхнем пространстве колбы перед выводом посредством шланга.
В одном или более вариантах осуществления способа образующий аэрозоль субстрат содержит кальянную мелассу.
Согласно аспекту настоящего изобретения, предложен машиночитаемый носитель для долговременного хранения данных, содержащий программное обеспечение для выполнения вышеописанного способа.
Согласно аспекту настоящего изобретения, предложен контроллер, выполненный с возможностью реализации вышеописанного способа. В некоторых вариантах осуществления указанный контроллер содержит программное обеспечение для выполнения вышеописанного способа. В некоторых вариантах осуществления программное обеспечение обеспечено в качестве части контроллера на вышеописанном машиночитаемом носителе для долговременного хранения данных.
Все научные и технические термины, используемые в данном документе, имеют значения, обычно используемые в данной области техники, если не указано иное. Определения, приведенные в данном документе, предназначены для облегчения понимания определенных терминов, часто используемых в настоящем документе.
Признаки, описанные в отношении одного аспекта, могут быть в равной степени применены к другим аспектам настоящего изобретения.
Изобретение будет далее описано исключительно на примерах со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:
на Фиг. 1 показано кальянное устройство, содержащее генерирующий аэрозоль элемент по настоящему изобретению; на Фиг. 2 показан генерирующий аэрозоль элемент по настоящему изобретению согласно одному варианту осуществления;
на Фиг. 3A и 3B показаны генерирующие аэрозоль элементы по настоящему изобретению согласно еще одному варианту осуществления;
на Фиг. 4А показан генерирующий аэрозоль элемент по настоящему изобретению согласно еще одному варианту осуществления;
На Фиг. 4В показан генерирующий аэрозоль элемент по настоящему изобретению согласно еще одному варианту осуществления;
на Фиг. 5A показано кальянное устройство по настоящему изобретению согласно одному варианту осуществления, содержащее генерирующий аэрозоль элемент по настоящему изобретению;
на Фиг. 5B показан блок управления для использования с генерирующим аэрозоль элементом по настоящему изобретению; и
на Фиг. 6 показан ИК-спектр глицерина.
Кальянное устройство 100 содержит генерирующий аэрозоль элемент 10, выполненный с возможностью размещения в нем образующего аэрозоль субстрата 20 (не показан). Генерирующий аэрозоль элемент 10 может нагревать образующий аэрозоль субстрат 20, например, посредством ИК-излучения, как описано ниже в отношении Фиг. 2, для генерирования аэрозоля. При использовании генерируемый аэрозоль протекает через аэрозольную шахту. Аэрозольная шахта может быть обеспечена как часть стволовой трубки 34. Аэрозольная шахта содержит ближний концевой участок, образующий ближнее отверстие 42, расположенное с возможностью приема потока воздуха из генерирующего аэрозоль элемента 10, и дальний концевой участок, образующий дальнее отверстие 44, расположенное во внутренней области колбы 46.
Стволовая трубка 34 сообщается по текучей среде с колбой 46. Между генерирующим аэрозоль элементом 10 и внутренней областью колбы 46 образован канал для потока воздуха. В частности, генерирующий аэрозоль элемент 10 сообщается по текучей среде с колбой 46 посредством стволовой трубки 34, по меньшей мере частично образующей указанный канал для потока воздуха. Внутренняя область колбы 46 содержит верхний объем 48 для свободного пространства над жидкостью и нижний объем 50 для жидкости. Шланг 52 сообщается по текучей среде с верхним объемом 48 через выход 54 свободного пространства над жидкостью, выполненный с той стороны колбы 46, которая лежит выше уровня заполнения жидкостью. Мундштук 56 соединен со шлангом 52 для пользователя устройства 100.
Генерируемый аэрозоль может протекать через генерирующий аэрозоль элемент 10 и канал для потока воздуха, проходящий через стволовую трубку 34, в нижний объем 49. Аэрозоль может проходить через жидкость в нижнем объеме 49 и подниматься в верхний объем 48. Осуществление пользователем затяжек на мундштуке 56 шланга 52 обеспечивает возможность втягивания аэрозоля в верхний объем 48 и далее через выход 54 свободного пространства над жидкостью в шланг 20 для вдыхания. В частности, отрицательное давление на мундштуке 56 может преобразовываться в отрицательное давление на выходе 54 свободного пространства над жидкостью, создавая поток воздуха через генерирующий аэрозоль элемент 10 и стволовую трубку 34.
На Фиг. 2 показан вариант осуществления генерирующего аэрозоль элемента 10 по настоящему изобретению как части кальянного устройства 100 по Фиг. 1. Генерирующий аэрозоль элемент 10 содержит фотонное устройство 14, выполненное с возможностью генерирования и эмиссии луча ИК-излучения 16. В варианте осуществления по Фиг. 2 луч ИК-излучения 16 генерируется лазерным ИК-диодом, эмитирующим излучение с длиной волны от 1300 нанометров до 2000 нанометров с мощностью от 1 Ватта до 20 Ватт. Генерирующий аэрозоль элемент 10 дополнительно содержит приемник 18 для размещения образующего аэрозоль субстрата 20. Генерирующий аэрозоль элемент 10 выполнен с возможностью нагрева образующего аэрозоль субстрата 20 путем направления луча ИК-излучения 16 от фотонного устройства 14 на образующий аэрозоль субстрат 20, размещенный в приемнике 18. Оптический элемент 22 расположен на пути луча ИК-излучения 16 между фотонным устройством 14 и приемником 18. Оптический элемент 22 выполнен с возможностью манипулирования лучом ИК-излучения 16. В варианте осуществления по Фиг. 2 оптический элемент 22 содержит криволинейное зеркало для манипулирования лучом 16 ИК-излучения путем отражения луча 16 таким образом, чтобы луч 16 изменял направление. Предпочтительно, радиус криволинейного зеркала не является постоянным, и возможно динамическое манипулирование им с помощью, например, давления воды или воздуха.
Оптический элемент 22 установлен в генерирующем аэрозоль элементе 10 посредством оптического держателя 24. В варианте осуществления, показанном на Фиг. 2, луч 16 ИК-излучения содержит падающий луч ИК-излучения, распространяющийся от фотонного устройства 14 в направлении криволинейного зеркала, и отраженный луч ИК-излучения, распространяющийся от криволинейного зеркала к приемнику 18. Криволинейное зеркало отражает луч 16 ИК-излучения, изменяя направление луча на новое направление, которое образует угол приблизительно 90 градусов с исходным направлением луча. Таким образом, угол между падающим лучом ИК-излучения и отраженным лучом ИК-излучения составляет приблизительно 90 градусов. Тем не менее, при необходимости возможно регулирование угла отражения до других значений.
Оптический держатель 24 может быть выполнен с возможностью перемещения с целью регулирования угла отражения до разных значений. Возможно динамическое манипулирование местом на образующем аэрозоль субстрате 20, куда направляется луч 16 ИК-излучения, с помощью подвижного оптического держателя 24. Например, возможно манипулирование углом поворота криволинейного зеркала относительно падающего луча ИК-излучения с помощью подвижного оптического держателя 24. Например, подвижный оптический держатель 24 может содержать микроструктурированный узел шаговых двигателей. Таким образом обеспечивается возможность достижения избирательного нагрева дискретных участков образующего аэрозоль субстрата 20. В свою очередь, избирательный нагрев обеспечивает возможность осуществления последовательного нагрева различных участков образующего аэрозоль субстрата 20.
Вариант осуществления по Фиг. 2 дополнительно содержит окно 26, расположенное в месте между оптическим элементом 22 и приемником 18 и являющееся по существу прозрачным по отношению к лучу 16 ИК-излучения. Отраженный луч 16 ИК-излучения передается в приемник 18 через окно 26. Окно 26 предотвращает накопление остатков на поверхности лазерного диода и на криволинейном зеркале.
На Фиг. 2 дополнительно показаны несколько деталей работающего примера генерирующего аэрозоль элемента 10 в кальянном устройстве 12.
Для обеспечения возможности поступления потока воздуха в устройство приемник 18 содержит по меньшей мере один вход 28 для воздуха. В приемнике 18 может быть размещен образующий аэрозоль субстрат 20. Образующий аэрозоль субстрат 20 может быть обеспечен как часть генерирующего аэрозоль изделия, находящаяся внутри капсулы 30. В некоторых вариантах осуществления крышка капсулы 30 может быть открыта или снята до нагрева. В некоторых вариантах осуществления, например таких, как проиллюстрированный вариант осуществления, капсула 30 размещена на расстоянии до 5 сантиметров от лазерного ИК-диода. В некоторых вариантах осуществления, например таких, как проиллюстрированный вариант осуществления, капсула 30 не имеет крышки. Это обеспечивает возможность предотвращения или по меньшей мере уменьшения потерь энергии из-за поглощения материалом в месте сопряжения. Это также обеспечивает возможность содействия максимизации непосредственного облучения образующего аэрозоль субстрата 20.
При поглощении луча 16 ИК-излучения температура образующего аэрозоль субстрата 20 повышается до тех пор, пока она не достигнет температуры, при которой генерируется пар и образуется аэрозоль в приемнике 18. Нижняя сторона капсулы 30 оснащена выходом для потока воздуха, таким как одно или более отверстий 32, для обеспечения возможности создания потока воздуха через капсулу 30.
В целом, воздух поступает в приемник 18 через вход 28 для воздуха, проходит через образующий аэрозоль субстрат 20 и выходит из капсулы 30 через отверстия 32, расположенные на нижней стороне капсулы 30. Затем генерируемый аэрозоль проходит через стволовую трубку 34 в воду и накапливается в свободном пространстве над жидкостью в колбе (на Фиг. 2 не показано). Далее аэрозоль проходит через выход свободного пространства над жидкостью через шланг к мундштуку (элементы, не показанные на Фиг. 1), где возможно вдыхание аэрозоля пользователем.
На рис. 3A и 3B показаны другие варианты осуществления частей генерирующего аэрозоль элемента 10 по настоящему изобретению. На Фиг. 3А и 3В приемник не показан. В отличие от варианта осуществления по Фиг. 2, оптический элемент 22 в варианте осуществления по Фиг. 3A и 3B содержат выпуклую линзу. Как можно видеть из Фиг. 3A и 3B, выпуклая линза оптического элемента 22 манипулирует лучом 16 ИК-излучения таким образом, чтобы сузить его после прохождения через оптический элемент 22. Сужение и, следовательно, фокусировка луча 16 ИК-излучения повышает плотность энергии луча 16 ИК-излучения. Сфокусированный луч обеспечивает возможность быстрого расходования определенных областей образующего аэрозоль субстрата 20.
Кроме того, оптический элемент 22 содержит подвижный оптический держатель 24 для динамического манипулирования траекторией луча 16 ИК-излучения. Это визуально показано в виде различных ориентаций оси выпуклой линзы оптического элемента 22 на Фиг. 3A и 3B. Таким образом, на Фиг. 3A и 3B показаны две из нескольких различных конфигураций оптического элемента, которые могут быть получены в результате регулирования посредством подвижного оптического держателя 24. Перемещение подвижного оптического держателя 24 может быть реализовано с помощью шаговых двигателей. Как можно видеть из Фиг. 3A и 3B, манипулирование траекторией сфокусированного луча 16 осуществляется путем перемещения оптического держателя 24. Путем манипулирования траекторией фокусированного луча 16 ИК-излучения осуществляется манипулирование тем, где именно луч 16 ИК-излучения будет падать на образующий аэрозоль субстрат 20. Как следствие, обеспечивается возможность избирательного облучения образующего аэрозоль субстрата 20. Таким образом возможно избирательное облучение образующего аэрозоль субстрата 20. Скорость, с которой осуществляется манипулирование траекторией луча, может быть задана либо производителем, либо пользователем в соответствии с их собственными предпочтениями. Такая конфигурация может быть особенно полезной для кальянной системы с осуществлением затяжек по требованию.
На Фиг. 4A показан еще один вариант осуществления частей генерирующего аэрозоль элемента 10 по настоящему изобретению. Как и в предыдущем случае, приемник на Фиг. 4A не показан. Образующий аэрозоль субстрат 20 обеспечен в капсуле 30 с открытой крышкой. В отличие от ранее описанных вариантов осуществления, в варианте осуществления по Фиг. 4A оптический элемент 22 содержит вогнутую линзу. Как можно видеть из Фиг. 4A, вогнутая линза оптического элемента 22 манипулирует лучом 16 ИК-излучения таким образом, чтобы расширить луч 16 ИК-излучения после прохождения через оптический элемент 22. Такая конфигурация особенно полезна для поддержания субстрата при оптимальной температуре в течение длительных интервалов времени, когда затяжки не осуществляются, например периодов предварительного нагрева или между затяжками.
Генерирующий аэрозоль элемент 10 в варианте осуществления по Фиг. 4A также содержит дополнительные средства электрического нагрева. Указанные дополнительные средства электрического нагрева включают средства 36 резистивного нагрева. В данном варианте осуществления луч 16 ИК-излучения задуман как расходующее средство, то есть образование аэрозоля происходит по существу лишь в том месте, где луч 16 ИК-излучения облучает образующий аэрозоль субстрат 20. Средства 36 резистивного нагрева поддерживают субстрат при постоянной температуре, меньшей температуры испарения образующего аэрозоль субстрата. Средства ИК-нагрева обеспечивают дополнительную энергию, необходимую для доведения одного или более соединений образующего аэрозоль субстрата 20 до температуры испарения или более высокой температуры для генерирования аэрозоля.
На Фиг. 4B показан еще один вариант осуществления частей генерирующего аэрозоль элемента 10 по настоящему изобретению. Как и в предыдущем случае, приемник на Фиг. 4B не показан. Вариант осуществления по Фиг. 4B схож с вариантом осуществления по Фиг. 4A. Сфокусированный луч ИК-излучения 16 задуман как расходующее средство, и образование аэрозоля происходит по существу лишь на отдельном участке образующего аэрозоль субстрата 20, где сфокусированный луч 16 ИК-излучения облучает образующий аэрозоль субстрат 20.
Вариант осуществления по Фиг. 4B отличается от варианта осуществления по Фиг. 4A тем, что оптический элемент 22 по Фиг. 4B содержит выпуклую линзу вместо вогнутой линзы.
Оптический элемент 22 по Фиг. 4B содержит подвижный оптический держатель 24 для динамического манипулирования траекторией луча 16 ИК-излучения. Данная конфигурация схожа с конфигурацией оптического элемента 22 и подвижного оптического держателя 24 в варианте осуществления по Фиг. 3A и 3B.
Таким образом обеспечивается возможность облучения образующего аэрозоль субстрата 20 лучом 16 ИК-излучения последовательным образом.
На Фиг. 5A и 5B показан блок 38 управления для использования с генерирующим аэрозоль элементом 10 по настоящему изобретению. Блок 38 управления обеспечивает возможность максимального сохранения ритуала в кальянном устройстве 12 согласно настоящему изобретению, работающем не на древесном угле.
На Фиг. 5A показан на виде сбоку блок 38 управления, расположенный на верхней стороне генерирующего аэрозоль элемента 10. Кроме того, показана стволовая трубка 34 кальянного устройства 12. На Фиг. 5B показан на виде сверху блок 38 управления, содержащий пользовательский интерфейс 40. Пользовательский интерфейс 40 содержит дисплей. Дисплей визуализирует нагреваемые области образующего аэрозоль субстрата посредством контурной карты. В дополнение, дисплей может показывать, какие участки образующего аэрозоль субстрата 20 уже потреблены. Дисплей также имеет функцию пользовательского средства ввода в виде сенсорного экрана. Соответственно, при использовании блока 38 управления, например, с вариантами осуществления, в которых генерирующий аэрозоль элемент 10 содержит средства для манипулирования лучом 16 ИК-излучения, например с вариантом осуществления, показанным на Фиг. 3A и 3B, пользователь имеет возможность ввода указания на то, какая область образующего аэрозоль субстрата 20 должна быть нагрета. Например, пользователь может коснуться или нажать и удерживать область на сенсорном экране дисплея для управления местоположением, в которое направляется ИК-луч излучения 16. В результате этого действия шаговые двигатели подвижного оптического держателя 24 активно направляют луч 16 ИК-излучения в назначенную точку на образующем аэрозоль субстрате 20.
Типовой субстрат, используемый с кальянными устройствами, такой как двойная яблочная меласса Al-Fakher, может иметь состав, содержащий, например, от 15 до 30 процентов табака, от 45 до 55 процентов глицерина и от 15 до 30 процентов сахара. Как можно видеть в ИК-спектре глицерина, изображенном на Фиг. 6 (взято из Xu, M., Wang, X., Jin, B. и Ren, H. Micromachines 2014, 6 (2), 186-195), глицерин имеет полосы сильного поглощения в диапазоне от 1300 до 2000 нанометров. Соответственно, подходящий ИК-излучатель, применяемый с кальянным устройством по настоящему изобретению, может представлять собой, например, лазерный диод, способный эмитировать свет с длиной волны от 1300 до 2000 нанометров.
В некоторых вариантах осуществления для обеспечения надлежащего использования кальянного устройства лазерный ИК-диод должен быть способен предварительно нагревать открытую часть субстрата от комнатной температуры до целевой температуры, составляющей приблизительно 200 градусов по Цельсию, за не более чем приблизительно 4 минуты. После этого этапа предварительного нагрева постоянное испарение в течение типового периода использования, составляющего около 40 минут, должно быть облегчено за счет мощности нагрева ИК-излучателя.
Если предположить, что приблизительно треть всего материала субстрата, представляющая собой материал на поверхности субстрата, подвергается воздействию ИК-излучения и нагревается им, то можно сделать вывод, что лазерный ИК-диод должен обеспечивать мощность предварительного нагрева от 7 до 20 Ватт.
После достижения целевой температуры 200 градусов по Цельсию кальян обычно используется в течение приблизительно 40 минут, и рабочая температура должна поддерживаться постоянной в течение этого периода использования на уровне целевой температуры. За этот период использования в целом испаряется в общей сложности 2,8 грамма субстрата мелассы. При вышеуказанном составе двойной яблочной мелассы Al-Fakher, для такого испарения потребуется непрерывная пониженная мощность излучения от 1 до 3 Ватт.
В данном примере требования к плотности мощности для предварительного нагрева двойной яблочной мелассы Al-Fakher за не более чем 4 минуты до целевой температуры 200 градусов по Цельсию составляют приблизительно от 1 до 1,5 Ватта на квадратный сантиметр. Во время использования кальянного устройства плотность мощности лазерного ИК-диода может быть уменьшена до приблизительно 0,3-0,7 Ватта на квадратный сантиметр.