СИСТЕМА, ГЕНЕРИРУЮЩАЯ АЭРОЗОЛЬ, НАГРЕВАЕМАЯ ИЗЛУЧЕНИЕМ, КАРТРИДЖ, ЭЛЕМЕНТ, ГЕНЕРИРУЮЩИЙ АЭРОЗОЛЬ, И СВЯЗАННЫЙ С НИМИ СПОСОБ
AEROSOL GENERATING SYSTEM HEATED BY RADIATION, A CARTRIDGE, AN AEROSOL GENERATING ELEMENT, AND AN ASSOCIATED METHOD

Настоящее изобретение относится к картриджу для использования с устройством, генерирующим аэрозоль. В частности, настоящее изобретение относится к картриджу для устройства, генерирующего аэрозоль, нагреваемого излучением, при этом аэрозоль может генерироваться посредством нагрева картриджа при помощи электромагнитного излучения. Аспекты настоящего изобретения относятся к картриджу, к устройству, генерирующему аэрозоль, к кальянному устройству, к системе, содержащей как устройство, генерирующее аэрозоль, так и картридж, к способу образования аэрозоля с помощью картриджа и к способу образования аэрозоля как с помощью картриджа, так и с помощью устройства, генерирующего аэрозоль.
Традиционные кальянные устройства используются для курения кальянного табачного субстрата и выполнены таким образом, что пар и дым проходят через емкость с водой перед вдыханием пользователем. Кальянные устройства могут содержать один выпускной элемент или более одного выпускного элемента, чтобы устройство могло использоваться более чем одним пользователем одновременно. Многие рассматривают использование кальянных устройств как способ проведения досуга и социальный опыт.
В традиционных кальянных устройствах используется древесный уголь для нагрева или сжигания табачного субстрата с целью генерирования аэрозоля для вдыхания пользователем. При использовании традиционного кальянного устройства могут образовываться высокие уровни монооксида углерода и неблагоприятных побочных продуктов сгорания, таких как полициклические ароматические углеводороды, а также других вредных и потенциально опасных компонентов. Монооксид углерода может генерироваться как древесным углем, так и при сгорании табачного субстрата.
Одним способом уменьшения образования монооксида углерода и побочных продуктов сгорания является использование электрических нагревателей вместо древесного угля, например резистивных нагревателей, которые нагревают табачный субстрат до температуры, достаточной для получения аэрозоля из субстрата без сгорания субстрата. Резистивно нагреваемые кальянные устройства часто работают в сочетании с картриджем, содержащим субстрат. Нагревательный корпус из материала с высокой проводимостью передает тепло от резистивного нагревательного элемента к картриджу, содержащему субстрат.
Однако по сравнению с традиционными кальянными устройствами, работающими на древесном угле, электрически нагреваемые устройства могут иметь такие недостатки, как меньшая общая масса аэрозоля, меньшее количество видимого аэрозоля, меньший объем аэрозоля или любая их комбинация. Снижение одного или более из этих свойств аэрозоля может быть особенно выраженным во время первых затяжек из-за более плохого контакта между субстратом внутри картриджа и нагревательным корпусом. Время, необходимое для нагрева субстрата до тех пор, пока первая затяжка не станет доступной для употребления (TT1P), может быть относительно большим по сравнению с обычными кальянными устройствами, нагреваемыми с помощью древесного угля. Например, нагревательный корпус может контактировать только с боковыми сторонами картриджа для облегчения вставки картриджа в устройство. Соответственно, тепловой контакт между картриджем и электрическим нагревательным элементом уменьшается. Кроме того, между картриджем и нагревательным корпусом обычно присутствует воздушный зазор, который уменьшает тепловой контакт. Зазор может потребоваться для облегчения извлечения и вставки картриджа в устройство. Это может быть особенно полезным для картриджей цилиндрической формы. Даже если зазор не предполагается, он тем не менее может возникнуть из-за производственных допусков. Однако такой воздушный зазор может привести к неэффективности нагрева и тепловому запаздыванию. Например, воздушный зазор размером приблизительно 0,3 миллиметра может вызвать температурное запаздывание приблизительно 10 градусов Цельсия при измерении температуры в центре картриджа.
Необходимость в дополнительном нагревательном корпусе или материале сопряжения для передачи тепла от электрического нагревательного элемента к картриджу снижает степень свободы геометрической конструкции устройства. Более того, нагревается не только картридж, но и нагревательный корпус, что требует больше энергии и увеличивает тепловую инерцию.
Также в электрически нагреваемых устройствах, генерирующих аэрозоль, иногда трудно точно измерить температуру, особенно в режиме реального времени. Можно использовать инфракрасный датчик температуры, но такие устройства должны быть откалиброваны индивидуально.
Было бы желательно предоставить устройство, генерирующее аэрозоль, которое снижает образование монооксида углерода и неблагоприятных побочных продуктов сгорания по сравнению с традиционными кальянными устройствами, работающими на древесном угле.
Было бы желательно предоставить устройство, генерирующее аэрозоль, без необходимости в нагревательном корпусе или материале сопряжения, физически контактирующем с картриджем.
Было бы желательно представить устройство, генерирующее аэрозоль, в котором эффективность нагрева может быть повышена.
Было бы желательно предоставить устройство, генерирующее аэрозоль, которое обеспечивает возможность быстрого нагрева с низкой тепловой инерцией.
Было бы желательно предоставить устройство, генерирующее аэрозоль, которое обеспечивает направленность излучения энергии лишь с небольшими потерями энергии или даже практически без потерь энергии.
Было бы желательно предоставить устройство, генерирующее аэрозоль, которое позволяет отслеживать температуру картриджа в режиме реального времени с помощью инфракрасного датчика температуры.
В различных аспектах настоящего изобретения предоставлен картридж для устройства, генерирующего аэрозоль, нагреваемого излучением. В некоторых вариантах осуществления картридж предназначен для кальянного устройства, нагреваемого излучением. Стенка картриджа образует полость. Внутри полости содержится субстрат, образующий аэрозоль. Наружная поверхность стенки картриджа содержит материал с высоким коэффициентом излучения.
Картридж согласно настоящему изобретению может нагреваться за счет поглощения электромагнитного излучения. Нагрев с помощью электромагнитного излучения обеспечивает преимущество, заключающееся в высокой скорости, гибкости и эффективности нагрева.
Поглощение электромагнитного излучения обеспечивает возможность непосредственного и бесконтактного нагрева картриджа. Картридж передает тепло содержащемуся в нем субстрату, образующему аэрозоль. В отличие от теплопроводности или тепловой конвекции, излучение передает энергию посредством электромагнитных волн непосредственно облучаемому материалу. В результате этого отсутствует необходимость в присутствии среды или «теплоносителя» между источником тепла и нагреваемым элементом. Это может помочь снизить время, необходимое для доведения субстрата, образующего аэрозоль, до желаемой целевой температуры. В частности, может быть уменьшен период предварительного нагрева, то есть время, необходимое для достижения рабочей температуры (TT1P) субстратом, образующим аэрозоль, содержащимся в картридже.
Дополнительное преимущество нагрева излучением состоит в отсутствии требования к обеспечению соответствия формы нагревателя форме картриджа. В устройствах, генерирующих аэрозоль, основанных на теплопроводности, эффективность нагрева значительно снижается по мере уменьшения площади контакта картриджа и источника тепла. В настоящем изобретении тепло генерируется за счет поглощения электромагнитного излучения, которое не зависит от фактической формы нагреваемого картриджа. Таким образом, можно использовать даже картриджи сложной формы без потери эффективности нагрева. Сложные геометрии картриджей могут быть желательны для удовлетворения требований клиентов или для целей защиты от подделки.
Стенка картриджа, образующая полость, может быть изготовлена из материала с высокой теплопроводностью. Весь корпус картриджа, образующий полость, может быть изготовлен из материала с высокой теплопроводностью. Материал с высокой теплопроводностью, образующий полость, может содержать металл или металлический сплав. Стенка или корпус картриджа могут содержать любой из следующих элементов: алюминий, медь, цинк, никель, серебро и комбинации одного или более из них. Предпочтительно корпус содержит алюминий.
Теплопроводный материал картриджа обеспечивает возможность быстрого распределения тепла внутри корпуса картриджа, так что субстрат, образующий аэрозоль, который содержится внутри картриджа, может однородно нагреваться под воздействием электромагнитного излучения. Быстрое распределение тепла в корпусе картриджа обеспечивает возможность однородного нагрева, даже если не все стенки картриджа, образующего полость, подвергаются воздействию электромагнитного излучения.
В некоторых вариантах осуществления картридж содержит один или более материалов с меньшей теплопроводностью, чем у алюминия. Например, корпус может содержать любой подходящий термостабильный полимерный материал. Если материал является достаточно тонким, то через корпус содержащемуся в нем субстрату, образующему аэрозоль, может быть передано достаточное количество тепла несмотря на то, что корпус образован из материала, который не является относительно особенно теплопроводным.
Картридж может содержать одно или более отверстий. В некоторых вариантах осуществления одно или более отверстий могут быть образованы в верхней и нижней частях корпуса для обеспечения возможности протекания воздуха через картридж во время использования. Картридж может содержать выравнивающий элемент, выполненный с возможностью состыковки с дополняющим выравнивающим элементом резервуара устройства, генерирующего аэрозоль, для выравнивания отверстий картриджа с отверстиями резервуара, когда картридж вставлен в резервуар.
Отверстия в корпусе картриджа могут быть закрыты в период хранения для предотвращения вытекания хранящегося в картридже субстрата, образующего аэрозоль, из картриджа. Дополнительно или в качестве альтернативы отверстия в корпусе картриджа могут быть выполнены достаточно небольших размеров для предотвращения или недопущения выхода субстрата, образующего аэрозоль, из картриджа. Если отверстия закрыты, потребитель может снять крышку перед вставкой картриджа в резервуар.
Картридж может иметь любую подходящую форму. Предпочтительно картридж имеет форму усеченного конуса или цилиндрическую форму.
Теплопроводность материала может превышать 200 Вт на метр на кельвин и предпочтительно может превышать 230 Вт на метр на кельвин.
Теплопроводность может быть определена в соответствии с ASTM E1225-13 при стандартных условиях, как упомянуто в этом способе ASTM.
Материал картриджа с высоким коэффициентом излучения эффективно поглощает электромагнитное излучение и преобразует его энергию излучения в тепловую энергию. Чем выше коэффициент теплового излучения материала, тем больше падающего излучения поглощается и преобразуется в тепловую энергию. Хорошо известно, что материалы с высокими характеристиками коэффициента излучения также демонстрируют высокое поглощение электромагнитного излучения. Таким образом, два термина «высокий коэффициент излучения» и «высокое поглощение» используются в данном документе как синонимы.
Материал с высоким коэффициентом излучения может иметь коэффициент излучения не менее 0,85. Предпочтительно материал с высоким коэффициентом излучения может иметь коэффициент излучения не менее 0,9. Коэффициент излучения материала с высоким коэффициентом излучения может быть определен в соответствии с ASTM C1371-15 при обычных условиях, как упомянуто в этом способе ASTM.
2
3
x
2
3
Материал с высоким коэффициентом излучения может содержать один или более оксидов переходных металлов и может быть выбран из одного или более из CrO, CoO, FeO и NiO.
Части капсулы, которые при использовании должны подвергаться воздействию электромагнитного излучения, могут быть изготовлены из материала с высоким коэффициентом излучения. Материал с высоким коэффициентом излучения также может содержаться в теплопроводном материале картриджа или может быть включен в него. Теплопроводный материал капсулы также может быть легирован материалом с высоким коэффициентом излучения.
Материал с высоким коэффициентом излучения может быть предусмотрен в виде слоя материала на внешней поверхности или частях внешней поверхности картриджа. Материал с высоким коэффициентом излучения может быть предусмотрен в виде покрытия. Покрытие может быть предусмотрено в виде непрерывного покрытия, проходящего на внешней поверхности, или в виде одного или более участков покрытия, предусмотренных на внешней поверхности картриджа.
Подходящие покрытия с высоким коэффициентом излучения могут содержать добавку с высоким коэффициентом излучения и могут дополнительно содержать огнеупорный пигмент и связующее вещество.
Огнеупорный пигмент покрытия может быть выбран из одного или более из следующих элементов: диоксид циркония, силикат диоксида циркония, оксид алюминия, силикат алюминия и оксид кремния.
В некоторых покрытиях огнеупорный пигмент и добавка с высоким коэффициентом излучения являются одним и тем же материалом.
В варианте осуществления картридж может быть изготовлен из корпуса из алюминия, образующего полость для удерживания субстрата, образующего аэрозоль. На внешней поверхности алюминиевого картриджа предусмотрено покрытие с высоким коэффициентом излучения. На всей внешней поверхности картриджа может быть предусмотрено покрытие с высоким коэффициентом излучения. Предпочтительно по меньшей мере на частях внешней поверхности картриджа, которые при использовании подвергаются воздействию электромагнитного излучения, предусмотрено покрытие с высоким коэффициентом излучения. Такой картридж предлагает преимущество, заключающееся в поглощении максимального количества электромагнитного излучения и преобразовании этой энергии излучения в тепловую энергию. В то же время алюминиевый материал с высокой проводимостью однородно распределяет тепловую энергию внутри стенок картриджа и тем самым обеспечивает возможность однородного нагрева материала, образующего аэрозоль, содержащегося внутри картриджа.
Термин «субстрат, образующий аэрозоль», относится к устройству или субстрату, которые при нагревании высвобождают летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль, вдыхаемый пользователем. Подходящие субстраты, образующие аэрозоль, могут содержать материал растительного происхождения. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табак или табакосодержащий материал, содержащий летучие табачные вкусоароматические соединения, которые высвобождаются из субстрата, образующего аэрозоль, при нагревании. В дополнение или в качестве альтернативы, субстрат, образующий аэрозоль, может содержать материал, не содержащий табака. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный материал растительного происхождения. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать по меньшей мере одно вещество для образования аэрозоля. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать другие добавки и ингредиенты, такие как ароматизаторы. В некоторых вариантах осуществления субстрат, образующий аэрозоль, содержит жидкость комнатной температуры. Например, субстрат, образующий аэрозоль, может содержать жидкий раствор, суспензию, дисперсию или т. п. В некоторых вариантах осуществления субстрат, образующий аэрозоль, содержит твердое вещество комнатной температуры. Например, субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табак или сахар. Предпочтительно субстрат, образующий аэрозоль, содержит никотин.
Любой подходящий субстрат, образующий аэрозоль, может использоваться с устройствами, генерирующими аэрозоль, или картриджами настоящего изобретения. Субстрат, образующий аэрозоль, представляет собой предпочтительно субстрат, способный высвобождать одно или более летучих соединений, которые могут образовывать аэрозоль. Летучие соединения могут быть высвобождены путем нагрева субстрата, образующего аэрозоль. Субстрат, образующий аэрозоль, может быть твердым или жидким или содержать как твердые, так и жидкие компоненты. Предпочтительно субстрат, образующий аэрозоль, является твердым.
Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать никотин. Содержащий никотин субстрат, образующий аэрозоль, может содержать матрицу из никотиновой соли. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать материал растительного происхождения. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табак, и предпочтительно табакосодержащий материал содержит летучие вкусоароматические соединения табака, которые высвобождаются из субстрата, образующего аэрозоль, при нагревании.
Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный табачный материал. Гомогенизированный табачный материал может быть образован посредством агломерации частиц табака. При наличии гомогенизированный табачный материал может характеризоваться содержанием вещества для образования аэрозоля в количестве, равном или превышающем 5% в пересчете на сухой вес и 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.
Субстрат, образующий аэрозоль, может альтернативно или дополнительно содержать материал, не содержащий табака. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный материал растительного происхождения.
Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать, например, одно или более из следующего: порошок, гранулы, пеллеты, кусочки, 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 расширенный табак.
Субстрат, образующий аэрозоль, 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 термической деградации при рабочей температуре элемента, генерирующего аэрозоль. Подходящие вещества для образования аэрозоля хорошо известны в данной области и включают, но 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. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать другие добавки и ингредиенты, такие как ароматизаторы. Субстрат, образующий аэрозоль, предпочтительно содержит никотин и по меньшей мере одно вещество для образования аэрозоля. В особенно предпочтительном варианте осуществления вещество для образования аэрозоля представляет собой глицерин.
Твердый субстрат, образующий аэрозоль, может быть предусмотрен на термостабильном носителе или встроен в него. Носитель может содержать тонкий слой, на котором твердый субстрат нанесен на первую основную поверхность, на вторую основную наружную поверхность или как на первую, так и на вторую основные поверхности. Носитель может быть образован, например, из бумаги или материала, подобного бумаге, нетканого мата из углеродных волокон, легкой металлической сетки с открытыми ячейками или перфорированной металлической фольги, или любой другой термостабильной полимерной матрицы. Альтернативно носитель может иметь форму порошка, гранул, шариков, крупиц, 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 вариантах осуществления субстрат, образующий аэрозоль, имеет форму суспензии. Например, субстрат, образующий аэрозоль, может быть образован в виде густой суспензии, напоминающей мелассу. Субстрат, образующий аэрозоль, содержащийся в картридже, может содержать мелассу для кальяна.
Термин «табачный материал» относится к материалу или веществу, содержащему табак, который содержит табачные смеси или ароматизированный табак, например.
В контексте этого документа термин «аэрозоль», используемый при рассмотрении потока аэрозоля, может относиться к аэрозолю, воздуху, содержащему аэрозоль или пар, или к несущему аэрозоль воздуху. Воздух, содержащий пар, может быть предшественником воздуха, содержащего аэрозоль, например, после его охлаждения или после его ускорения.
Согласно другому аспекту изобретения представлен элемент, генерирующий аэрозоль, для генерирования аэрозоля в устройстве, генерирующем аэрозоль, причем элемент, генерирующий аэрозоль, содержит фотонное устройство, выполненное с возможностью генерирования электромагнитного излучения, и резервуар для вмещения картриджа, как описано выше. Элемент, генерирующий аэрозоль, выполнен с возможностью нагрева субстрата, образующего аэрозоль, внутри картриджа путем направления электромагнитного излучения на картридж. В некоторых вариантах осуществления элемент, генерирующий аэрозоль, предназначен для генерирования аэрозоля в кальянном устройстве.
Таким образом, фотонное устройство действует как излучатель электромагнитного излучения. Обычно элемент, генерирующий аэрозоль, согласно настоящему изобретению использует электромагнитное излучение для нагрева корпуса картриджа, содержащего субстрат, образующий аэрозоль.
Таким образом, элемент, генерирующий аэрозоль, согласно настоящему изобретению обеспечивает альтернативную нагревательную систему, в которой картридж, содержащий субстрат, образующий аэрозоль, нагревается за счет поглощения электромагнитного излучения. Нагрев с помощью электромагнитного излучения обеспечивает преимущество, заключающееся в высокой скорости, гибкости и эффективности нагрева.
В отличие от проводимости или конвекции, излучение передает энергию посредством электромагнитных волн. В результате этого отсутствует необходимость в присутствии среды или «теплоносителя». Это может помочь снизить время, необходимое для доведения субстрата, образующего аэрозоль, до желаемой температуры. Это может быть особенно полезным в период предварительного нагрева субстрата, образующего аэрозоль. Кроме того, не требуется какого-либо физического контакта между элементом, генерирующим аэрозоль, и картриджем, содержащим субстрат, образующий аэрозоль. Элемент, генерирующий аэрозоль, согласно настоящему изобретению позволяет бесконтактно нагревать картридж.
Элемент, генерирующий аэрозоль, может быть использован с субстратом, образующим аэрозоль, для получения аэрозоля. В частности, элемент, генерирующий аэрозоль, может вмещать и нагревать субстрат, образующий аэрозоль, для генерирования аэрозоля. Субстрат, образующий аэрозоль, может нагреваться, но не сжигаться от воздействия элемента, генерирующего аэрозоль. Элемент, генерирующий аэрозоль, может содержать дополнительный нагревательный элемент. Дополнительный нагревательный элемент может содержать электрический нагревательный элемент.
В некоторых вариантах осуществления элемент, генерирующий аэрозоль, может содержать элементы традиционного кальянного устройства, такие как любое из: чаши или резервуара для вмещения субстрата, образующего аэрозоль, покрывающей пластины для покрытия чаши или резервуара, фольги для покрытия чаши и по меньшей мере одной пеллеты древесного угля для нагрева субстрата, образующего аэрозоль.
Материалы картриджа с высоким коэффициентом излучения могут эффективно поглощать электромагнитное излучение. Соответственно, элемент, генерирующий аэрозоль, согласно настоящему изобретению обеспечивает возможность целевого нагрева картриджа. В этом отношении спектр излучения фотонного устройства может быть адаптирован к материалам с высоким коэффициентом излучения, используемым для изготовления капсулы. Электромагнитное излучение не обязательно нагревает окружающий воздух. Это означает, что можно добиться более эффективного нагрева. Также доступно больше свободы при разработке конструкции, поскольку воздушный зазор не приводит к большим тепловым потерям, как в традиционной электрически нагреваемой кальянной системе. Таким образом, потенциально необходимо меньше изоляционного материала. С помощью нагревательных средств по настоящему изобретению картридж может быть нагрет до целевой температуры 200 градусов Цельсия в течение 60 секунд. Это значительно быстрее того, что возможно с традиционными резистивными нагревательными средствами.
В некоторых вариантах осуществления фотонное устройство может быть выполнено с возможностью генерирования пучка электромагнитного излучения. Элемент, генерирующий аэрозоль, может быть выполнен с возможностью нагрева субстрата, образующего аэрозоль, внутри картриджа путем направления пучка электромагнитного излучения на картридж. Электромагнитными пучками можно управлять для облучения только определенной части картриджа. Соответственно, элемент, генерирующий аэрозоль, согласно настоящему изобретению обеспечивает возможность целевого нагрева картриджа как функции пространства.
Другим преимуществом электромагнитных нагревательных средств по настоящему изобретению является быстрая тепловая реакция. Картридж, содержащий субстрат, образующий аэрозоль, может существенно нагреваться только во время облучения.
Также нагрев электромагнитным излучением обеспечивает высокую гибкость пространственной компоновки электромагнитного излучателя и картриджа. Это открывает широкий спектр возможностей для геометрической конструкции элемента, генерирующего аэрозоль, и кальянного устройства.
В некоторых вариантах осуществления электромагнитный пучок может подвергаться управлению между фотонным устройством и картриджем. В некоторых вариантах осуществления управление электромагнитным пучком предпочтительно облегчается посредством оптического элемента.
В некоторых вариантах осуществления элемент, генерирующий аэрозоль, дополнительно содержит оптический элемент, расположенный между фотонным устройством и резервуаром и выполненный с возможностью управления пучком электромагнитного излучения.
Термин «управление пучком электромагнитного излучения» может включать любые изменения в пути лучей пучка электромагнитного излучения. Примеры включают любое из отражения электромагнитного пучка, отклонения электромагнитного пучка, собирания электромагнитного пучка и рассеивания электромагнитного пучка.
Термин «оптический элемент» включает любой элемент, который способен управлять пучком электромагнитного излучения. Примеры включают зеркала, искривленные зеркала, линзы, выпуклые линзы и вогнутые линзы. Вогнутые линзы могут рассеивать электромагнитный пучок и, таким образом, могут снизить плотность энергии электромагнитного пучка. Такая конфигурация может быть особенно полезной для поддержания заданной более низкой температуры субстрата в течение длительных интервалов времени, когда не выполняется затяжка, например, в фазе предварительного нагрева или между затяжками. Выпуклые линзы могут собирать электромагнитный пучок и, таким образом, увеличивать плотность энергии электромагнитного пучка. Сходящийся или сфокусированный пучок может обеспечить возможность быстрого нагрева конкретных участков картриджа.
Согласно одному или более вариантам осуществления оптический элемент элемента, генерирующего аэрозоль, по настоящему изобретению может быть расположен на оптическом креплении. Оптическое крепление может быть подвижным. Перемещение оптического крепления может выполняться механически, электрически или электромеханически. Перемещение можно осуществлять любыми подходящими средствами. Примеры могут включать шаговые двигатели, эксцентриковые винты, или как шаговые двигатели, так и эксцентриковые винты. Перемещение может быть выполнено пользователем вручную. Предпочтительно перемещение выполняется автоматически с помощью компонентов с электронным управлением.
Положение оптического элемента можно регулировать во время использования с помощью оптического крепления. Оптический элемент, расположенный на оптическом креплении, обеспечивает возможность управления пучком электромагнитного излучения. Оптический элемент, расположенный на оптическом креплении, обеспечивает возможность динамического управления пучком электромагнитного излучения.
Термин «подвижное оптическое крепление» включает любой вид крепления оптического элемента, который позволяет перемещать оптический элемент в разные положения или направления относительно падающего электромагнитного пучка. Тем самым управление электромагнитным пучком посредством оптического элемента может быть изменено путем перемещения оптического элемента посредством подвижного оптического крепления.
Термин «динамическое управление пучком электромагнитного излучения» означает, что пучком электромагнитного излучения можно управлять во время использования элемента, генерирующего аэрозоль, в устройстве, генерирующем аэрозоль.
Термин «во время использования» может относиться к любому моменту времени, когда пользователь использует устройство, генерирующее аэрозоль. «Во время использования» может относиться к любому моменту времени, когда устройство, генерирующее аэрозоль, включено. «Во время использования» может относиться к любому моменту времени, когда на фотонное устройство подается питание. «Во время использования» может относиться к моменту времени во время затяжки или между затяжками.
Управление электромагнитным пучком может выполняться посредством подвижного оптического крепления. Перемещение может осуществляться механически, электронно или электромеханически посредством любых подходящих средств. Примеры могут включать шаговые двигатели, эксцентриковые винты, или как шаговые двигатели, так и эксцентриковые винты. Перемещение может быть выполнено пользователем вручную. Предпочтительно перемещение выполняется автоматически с помощью компонентов с электронным управлением.
Обычно ходом динамического управления электромагнитным пучком может управлять компьютерная программа, работающая на электронной схеме. Управление частью динамического управления или всем динамическим управлением может осуществляться автоматически, например, согласно компьютерной программе. Компьютерная программа может храниться на энергонезависимом машиночитаемом носителе. Один или более аспектов динамического управления могут быть частично или полностью управляемыми пользователем. Например, пользователь может управлять скоростью динамического управления. Пользователь может управлять местоположением субстрата, на который направлен электромагнитный пучок. Например, может быть включено средство, которое позволяет пользователю вводить команды и тем самым динамически управлять электромагнитным пучком в соответствии с его предпочтениями. Такое средство может быть любым подходящим средством, известным специалисту в данной области техники. Примером является блок управления, содержащий пользовательский интерфейс. В некоторых вариантах осуществления пользовательский интерфейс может содержать электронное, или механическое, или электромеханическое средство пользовательского интерфейса.
Фотонное устройство элемента, генерирующего аэрозоль, выполняет функцию электромагнитного излучателя. Электромагнитный излучатель может быть выбран с учетом одного или более свойств электромагнитного излучателя. Одно или более свойств электромагнитного излучателя могут быть выбраны в зависимости от одного или более материалов с высоким коэффициентом излучения, используемых для изготовления картриджа. Например, указанные одно или более свойств электромагнитного излучателя могут включать любое из или комбинацию из: длины волны, частоты, размера пятна, перестраиваемого источника, импульсной или непрерывной волны, энергии и мощности.
Испускаемое электромагнитное излучение может быть любым из УФ-излучения, Ик-излучения или видимого излучения. Длина волны электромагнитного излучателя может находиться в диапазоне от 100 нанометров до 10 микрометров, предпочтительно от 500 нанометров до 50 микрометров и более предпочтительно от 700 нанометров до 3 микрометров. Используемое фотонное устройство и длина электромагнитной волны, испускаемой фотонным устройством, могут быть выбраны в зависимости от отработанности технологии и цен конкурентного рынка.
Термин «длина волны» может относиться к одиночной длине волны, множеству одиночных длин волн, диапазону длин волн, множеству диапазонов длин волн или любой их комбинации.
В некоторых вариантах осуществления электромагнитный излучатель может испускать электромагнитное излучение с мощностью в диапазоне от 0,1 Вт до 30 Вт, предпочтительно от 0,5 Вт до 25 Вт, более предпочтительно от 1 Вт до 20 Вт и более предпочтительно от 1 Вт до 3 Вт. В некоторых вариантах осуществления для предварительного нагрева субстрата, образующего аэрозоль, используется относительно высокая мощность от 1 до 20 Вт. В некоторых вариантах осуществления используется относительно более низкая мощность от 1 до 3 Вт для затяжки по требованию, то есть во время непрерывного использования кальянного устройства.
Общая выходная мощность может генерироваться одним фотонным устройством. В некоторых вариантах осуществления можно использовать более одного фотонного устройства. Указанные выше диапазоны мощности соответствуют общей выходной мощности, генерируемой фотонными устройствами. Таким образом, чем больше используется фотонных устройств, тем меньше выходной мощности должно генерироваться отдельными фотонными устройствами. Оптимальное количество фотонных устройств может зависеть от соображений стоимости, конструктивных ограничений и ограничений мощности фотонных устройств.
В некоторых вариантах осуществления плотность энергии пучка электромагнитного излучения может находиться в диапазоне от 0,010 Вт на квадратный сантиметр до 30 Вт на квадратный сантиметр, предпочтительно от 0,050 Вт на квадратный сантиметр до 6 Вт на квадратный сантиметр и более предпочтительно от 0,100 Вт на квадратный сантиметр до 3 Вт на квадратный сантиметр.
В некоторых вариантах осуществления диаметр пучка электромагнитного 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.
Термин «диаметр электромагнитного пучка» может относиться к диаметру участка картриджа, который непосредственно облучается пучком электромагнитного излучения.
Расстояние между электромагнитным излучателем и картриджем может составлять до 30 сантиметров, предпочтительно до 20 сантиметров и более предпочтительно до 10 сантиметров. Эффективность нагрева может повыситься, если электромагнитный излучатель расположен ближе к нагреваемому картриджу.
В некоторых вариантах осуществления электромагнитный излучатель может содержать излучатель на основе электролюминесценции, такой как, но без ограничения, лазер, лазерный диод, светоизлучающий диод или суперлюминесцентный диод. Подходящие электролюминесцентные устройства представляют собой светоизлучающие диоды, работающие на длинах волн от 320 до 660 нанометров.
В некоторых вариантах осуществления электромагнитный излучатель может содержать излучатель на основе накаливания, такой как, но без ограничения, галогенная лампа или кварцевая лампа. Для подходящих источников света на основе накаливания рабочая температура может находиться в диапазоне от 1000 до 3400 градусов Кельвина.
Фотонное устройство согласно настоящему изобретению может использоваться как единственное нагревательное средство для нагрева субстрата, образующего аэрозоль. В некоторых вариантах осуществления фотонное устройство согласно настоящему изобретению может содержать одно или более дополнительных нагревательных средств. Любые нагревательные средства могут использоваться в качестве дополнительных нагревательных средств. Примеры включают электрические нагревательные средства, такие как резистивные нагревательные средства, индукционные нагревательные средства или комбинацию из резистивных нагревательных средств и индукционных нагревательных средств.
В одном или более вариантах осуществления элемент, генерирующий аэрозоль, может дополнительно содержать дополнительное нагревательное средство, такое как электрическое нагревательное средство, выполненное с возможностью нагрева субстрата, образующего аэрозоль, размещенного в резервуаре. Дополнительное электрическое нагревательное средство может находиться в тепловом контакте с резервуаром. В одном или более вариантах осуществления по меньшей мере часть резервуара может быть образована дополнительным электрическим нагревательным средством.
Дополнительное нагревательное средство включает резистивное нагревательное средство. Например, дополнительное нагревательное средство может содержать одну или более резистивных проволок или других резистивных элементов. Резистивные проволоки могут находиться в контакте с теплопроводным материалом для распределения получаемого тепла по более широкой площади. Примеры подходящих проводящих материалов включают алюминий, медь, цинк, никель, серебро и их комбинации. В целях настоящего изобретения, если резистивные проволоки находятся в контакте с теплопроводным материалом, как резистивные проволоки, так и теплопроводный материал являются частью нагревательного средства, который образует по меньшей мере часть поверхности резервуара.
В некоторых примерах дополнительное нагревательное средство включает индукционное нагревательное средство. Например, дополнительное нагревательное средство может содержать материал в виде токоприемника, который образует поверхность резервуара. В контексте этого документа термин «токоприемник» относится к материалу, который способен преобразовывать электромагнитную энергию в тепло. Когда токоприемник помещен в переменное электромагнитное поле, в нем обычно наводятся вихревые токи и могут происходить потери на гистерезис, что приводит к нагреву токоприемника. Поскольку токоприемник расположен в тепловом контакте или в непосредственной тепловой близости от субстрата, образующего аэрозоль, субстрат нагревается токоприемником таким образом, что образуется аэрозоль. Предпочтительно токоприемник расположен по меньшей мере частично в непосредственном физическом контакте с субстратом, образующим аэрозоль, или картриджем, содержащим субстрат, образующий аэрозоль.
Токоприемник может быть образован из любого материала, который может быть индуктивно нагрет. Предпочтительно токоприемник может быть образован из любого материала, который может быть индуктивно нагрет до температуры, достаточной для генерирования аэрозоля из субстрата, образующего аэрозоль. Предпочтительные токоприемники содержат металл или углерод. Предпочтительный токоприемник может содержать ферромагнитный материал, например ферритное железо, ферромагнитный сплав, такой как ферромагнитная сталь или нержавеющая сталь, и феррит, или состоять из них. Подходящий токоприемник может быть выполнен из алюминия или содержать его.
Предпочтительные токоприемники представляют собой токоприемники из металла, например из нержавеющей стали. Однако материалы токоприемника могут также содержать графит, молибден, карбид кремния, алюминий, ниобий, сплавы инконель (суперсплавы на основе аустенитного никель-хрома), металлизированные пленки, керамику, такую как, например, диоксид циркония, переходные металлы, такие как, например, Fe, Co, Ni, или металлоиды, такие как, например, B, C, Si, P, Al, или быть выполнены из них.
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 Цельсия. Подходящие токоприемники могут содержать неметаллический сердечник с металлическим слоем, расположенным на неметаллическом сердечнике, например с металлическими дорожками, образованными на поверхности керамического сердечника.
Устройство, генерирующее аэрозоль, может также содержать одну или более катушек индуктивности, выполненных с возможностью индуцирования вихревых токов и/или потерь на гистерезис в материале в виде токоприемника, что приводит к нагреву материала в виде токоприемника. Материал в виде токоприемника также может быть размещен в картридже, содержащем субстрат, генерирующий аэрозоль. Элемент в виде токоприемника, содержащий материал в виде токоприемника, может содержать любой подходящий материал, такой как описанный, например, в опубликованных патентных заявках PCT WO 2014/102092 и WO 2015/177255.
Дополнительное нагревательное средство, будь то индукционное нагревательное средство, или токоприемник, может быть термически связано с нагревательным блоком. Дополнительное нагревательное средство может находиться в непосредственном контакте с нагревательным блоком. Нагревательный блок может содержать любой подходящий теплопроводный материал. В некоторых вариантах осуществления нагревательный блок содержит алюминий, глинозем или глиноземную керамику. Нагревательный блок может образовывать внешнюю поверхность дополнительного нагревательного средства.
Дополнительное нагревательное средство может содержать внутренний резистивный или индукционный нагревательный элемент, или внешний нагревательный элемент, или как внутренний, так и внешний нагревательные элементы, где «внутренний» и «внешний» относятся к относительному положению нагревательного элемента по отношению к используемому субстрату, образующему аэрозоль. Внутренний нагревательный элемент может иметь любую подходящую форму. Например, внутренний нагревательный элемент может иметь форму нагревательной пластины. Альтернативно внутренний нагреватель может иметь форму оболочки или субстрата с разными электропроводящими частями или электрически резистивной металлической трубки. Альтернативно внутренний нагревательный элемент может представлять собой одну или более нагревательных игл или стержней, которые при использовании проходят через центр субстрата, образующего аэрозоль. Другие альтернативы включают нагревательную проволоку или нить, например, проволоку из Ni-Cr (никель-хрома), платины, вольфрама или сплавов, или нагревательную пластину. Необязательно внутренний нагревательный элемент может быть нанесен внутри или снаружи на жесткий материал носителя. В одном таком варианте осуществления электрически резистивный нагревательный элемент может быть образован с использованием металла, обладающего определенным соотношением между температурой и удельным сопротивлением. В таком приведенном в качестве примера устройстве металл может быть образован в виде дорожки на подходящем изолирующем материале, таком как керамический материал, а затем уложен между слоями другого изолирующего материала, такого как стекло. Нагреватели, образованные таким образом, могут быть использованы как для нагрева, так и для отслеживания температуры нагревательных элементов во время работы. Элемент, генерирующий аэрозоль, может нагревать субстрат, образующий аэрозоль, с помощью вышеупомянутых нагревательных средств для генерирования аэрозоля. В некоторых вариантах осуществления субстрат, образующий аэрозоль, предпочтительно нагревается до температуры в диапазоне от приблизительно 150°C до приблизительно 350°C; более предпочтительно от приблизительно 180°C до приблизительно 250°C или от приблизительно 200°C до приблизительно 230°C.
Элемент, генерирующий аэрозоль, содержит резервуар для вмещения картриджа, как описано выше. Резервуар может содержать любое подходящее количество отверстий, находящихся в сообщении с одним или более каналами для впуска воздуха устройства, генерирующего аэрозоль. В некоторых вариантах осуществления резервуар может содержать от 1 до 1000 отверстий, например от 1 до 500 отверстий. Отверстия могут быть выполнены одинакового размера или разного размера. Отверстия могут быть одинаковой или разной формы. Отверстия могут быть равномерно распределены или неравномерно распределены. Отверстия могут быть образованы в резервуаре в любом подходящем месте. Например, отверстия могут быть образованы в одной или обеих из верхней части или нижней части резервуара. Предпочтительно отверстия образованы в нижней части резервуара.
Если верхняя часть резервуара содержит одно или более отверстий, по меньшей мере некоторые из отверстий в верхней части резервуара могут быть расположены таким образом, чтобы совмещаться по меньшей мере с некоторыми из отверстий в верхней части картриджа, когда картридж размещен внутри резервуара.
В некоторых вариантах осуществления элемент, генерирующий аэрозоль, выполнен с возможностью прокалывания картриджа для образования в картридже отверстий. В некоторых вариантах осуществления резервуар элемента, генерирующего аэрозоль, выполнен с возможностью прокалывания картриджа для образования в картридже отверстий.
Размеры и форма резервуара предпочтительно являются такими, что обеспечивают возможность контакта одной или более стенок или верхней части резервуара с картриджем, содержащим субстрат, образующий аэрозоль, когда картридж размещен внутри резервуара. Преимущественно это способствует нагреву за счет теплопроводности субстрата, образующего аэрозоль, дополнительным внешним нагревательным элементом.
Предпочтительно внутренняя часть резервуара и внешняя часть картриджа, содержащего субстрат, образующий аэрозоль, имеют схожие размер, форму и габариты. Предпочтительно у внутренней части резервуара отношение высоты к ширине (или диаметру) основания составляет больше, чем приблизительно 1,5 к 1. Предпочтительно у внешней части картриджа отношение высоты к ширине (или диаметру) основания составляет больше, чем приблизительно 1,5 к 1. Такие отношения могут обеспечивать более эффективное расходование субстрата, образующего аэрозоль, в картридже во время использования за счет обеспечения возможности проникания тепла в середину картриджа. Например, резервуар и картридж могут иметь диаметр (или ширину) основания от приблизительно 1,5 до приблизительно 5 раз больше высоты, или от приблизительно 1,5 до приблизительно 4 раз больше высоты, или от приблизительно 1,5 до приблизительно 3 раз больше высоты. Аналогично резервуар и картридж могут иметь высоту от приблизительно 1,5 до приблизительно 5 раз больше диаметра (или ширины) основания, или от приблизительно 1,5 до приблизительно 4 раз больше диаметра (или ширины) основания, или от приблизительно 1,5 до приблизительно 3 раз больше диаметра (или ширины) основания. Предпочтительно отношение высоты к диаметру основания или отношение диаметра основания к высоте у резервуара и картриджа составляет от приблизительно 1,5 к 1 до приблизительно 2,5 к 1.
В некоторых вариантах осуществления каждая из внутренней части резервуара и внешней части картриджа имеют диаметр основания в диапазоне от приблизительно 15 мм до приблизительно 30 мм и высоту в диапазоне от приблизительно 40 мм до приблизительно 60 мм.
Резервуар может быть образован из одной или более частей. Предпочтительно резервуар образован двумя или более частями. По меньшей мере одна часть резервуара может быть выполнена с возможностью перемещения относительно другой части резервуара для обеспечения возможности доступа к внутренней части резервуара для вставки картриджа в резервуар. Например, одна часть резервуара может быть прикрепляемой с возможностью отсоединения к другой части резервуара для обеспечения возможности вставки картриджа, содержащего субстрат, образующий аэрозоль, когда части резервуара разъединены. Части резервуара могут быть прикрепляемыми любым подходящим способом, например посредством резьбового зацепления, посадки с натягом, соединения защелкиванием, магнитного соединения или т.п. В некоторых вариантах осуществления части резервуара прикреплены друг к другу посредством шарнира. Когда части резервуара прикреплены посредством шарнира, части резервуара могут также содержать блокирующий механизм для закрепления частей резервуара относительно друг друга, когда резервуар находится в закрытом положении. В некоторых вариантах осуществления резервуар содержит выдвижную секцию, которая может быть выдвинута для обеспечения возможности размещения картриджа в выдвижной секции и которая может быть задвинута для обеспечения возможности использования кальянного устройства.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения предоставлено устройство, генерирующее аэрозоль, для использования с картриджем, как описано выше. Устройство, генерирующее аэрозоль, содержит элемент, генерирующий аэрозоль, как описано выше. В некоторых вариантах осуществления устройство, генерирующее аэрозоль, представляет собой кальянное устройство. В одном или более вариантах осуществления кальянное устройство может дополнительно содержать трубку для потока воздуха и сосуд для жидкости.
При использовании сгенерированный аэрозоль может протекать через трубку для потока воздуха. Трубка для потока воздуха может также называться в данном документе трубкой мундштука. Трубка для потока воздуха содержит ближнюю концевую часть, образующую ближнее отверстие, расположенное для приема потока воздуха от элемента, генерирующего аэрозоль. Трубка для потока воздуха содержит дальнюю концевую часть, образующую дальнее отверстие, расположенное во внутренней части сосуда. Сосуд предназначен для размещения в нем жидкости до уровня заполнения жидкостью. Трубка для потока воздуха сообщается с сосудом по текучей среде. Канал для потока воздуха может быть образован между элементом, генерирующим аэрозоль, и внутренней частью сосуда. В частности, элемент, генерирующий аэрозоль, сообщается по текучей среде с сосудом посредством трубки для потока воздуха. Внутренняя часть сосуда содержит нижний объем для размещения жидкости и верхний объем для свободного пространства. Сосуд содержит выпускной элемент свободного пространства, сообщающийся по текучей среде с верхним объемом сосуда, выше уровня заполнения жидкостью. В некоторых вариантах осуществления шланг может быть подсоединен к выпускному элементу свободного пространства. Мундштук может быть соединен с шлангом для затяжки пользователем кальянного устройства.
Сосуд может быть оптически непрозрачным или может содержать оптически прозрачный корпус или часть корпуса, чтобы позволять потребителю наблюдать за содержимым сосуда. Сосуд может содержать элемент ограничения заполнения жидкостью, такой как линия заполнения жидкостью. Корпус сосуда может быть образован из любого подходящего материала. Например, корпус сосуда может содержать стекло или подходящий жесткий пластиковый материал. Предпочтительно сосуд выполнен с возможностью отделения от части кальянного устройства, содержащей элемент, генерирующий аэрозоль. Это преимущественно облегчает потребителю заполнение или очистку сосуда.
Сосуд может быть заполнен до уровня заполнения жидкостью. Жидкость предпочтительно содержит воду. В жидкость можно необязательно добавлять один или более красителей, ароматизаторов или красителей и ароматизаторов. Например, в жидкость можно добавлять одно или оба из растительных или травяных добавок. В некоторых вариантах осуществления аэрозоль может изменяться, проходя через жидкость.
Воздух может течь через элемент, генерирующий аэрозоль, для втягивания аэрозоля из элемента, генерирующего аэрозоль, через трубку для потока воздуха. Трубка для потока воздуха может образовывать канал для потока воздуха. Поток воздуха может выходить из кальянного устройства через выпускной элемент свободного пространства сосуда. Воздух может течь через трубку для потока воздуха посредством приложения отрицательного давления на выпускном элементе свободного пространства. Источником отрицательного давления могут быть всасывание или затяжка, осуществляемые пользователем. В результате этого аэрозоль может быть втянут через трубку для потока воздуха через жидкость, содержащуюся во внутренней части сосуда. Пользователь может осуществлять всасывание через мундштук, находящийся в сообщении по текучей среде с выпускным элементом свободного пространства, для генерирования или обеспечения отрицательного давления на выпускном элементе свободного пространства или мундштуке. В некоторых вариантах осуществления поток воздуха может попадать в резервуар субстрата, образующего аэрозоль, кальянного устройства, течь вдоль или поперек субстрата, образующего аэрозоль, и может захватывать аэрозоль. Затем несущий аэрозоль воздух может течь из выпускного элемента в резервуаре через трубку для потока воздуха в сосуд.
В контексте данного документа термин «ниже по потоку» относится к направлению вдоль трубки для потока воздуха во внутреннюю часть сосуда от элемента, генерирующего аэрозоль. Термин «против потока» относится к направлению, противоположному направлению ниже по потоку, или направлению вдоль трубки для потока воздуха в элемент, генерирующий аэрозоль, от внутренней части сосуда.
Трубка для потока воздуха расположена между элементом, генерирующим аэрозоль, и внутренней частью сосуда. Трубка для потока воздуха может содержать один или более компонентов вдоль трубки для потока воздуха. Трубка для потока воздуха содержит ближнюю концевую часть, образующую ближнее отверстие, расположенное для приема потока воздуха от элемента, генерирующего аэрозоль. Трубка для потока воздуха содержит дальнюю концевую часть, образующую дальнее отверстие, расположенное во внутренней части сосуда. Дальняя концевая часть трубки для потока воздуха может проходить в объем жидкости во внутренней части сосуда во время использования кальянного устройства.
Трубка для потока воздуха может быть описана как образующая продольную ось, проходящую через ближнюю концевую часть и дальнюю концевую часть. Поперечное направление может быть образовано ортогонально продольной оси. Например, поперечное сечение, окружность, ширина или диаметр трубки для потока воздуха могут быть образованы в поперечном направлении или в плоскости, ортогональной продольной оси.
Корпус кальянного устройства может содержать одно или более впускных элементов для воздуха, через которые воздух может поступать в кальянное устройство. Воздух может направляться от впускных элементов для воздуха по пути потока воздуха к резервуару и может дополнительно направляться через трубку для потока воздуха во внутреннюю часть сосуда. В некоторых вариантах осуществления путь потока воздуха имеет первую часть, которая проходит от впускного элемента корпуса для воздуха к фотонному устройству, и вторую часть, которая проходит от фотонного устройства к резервуару. Фотонные устройства могут нагреваться во время использования. За счет направления относительно холодного окружающего воздуха из окружающей среды через впускные элементы корпуса для воздуха к фотонному устройству горячий воздух, окружающий фотонное устройство, может быть удален или смещен при затяжке и перенаправлен для прохождения через картридж. Таким путем остаточное тепло, производимое фотонным устройством, эффективно используется для дополнительного нагрева субстрата, образующего аэрозоль. В то же время фотонное устройство охлаждается окружающим воздухом, так что обеспечивается оптимальная производительность фотонного устройства.
Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать управляющую электронику, выполненную с возможностью управления нагревом и работой устройства, генерирующего аэрозоль. Управляющая электроника может быть предоставлена в любой подходящей форме. Управляющая электроника может содержать контроллер. Управляющая электроника может содержать запоминающее устройство. Запоминающее устройство может содержать команды, которые приводят к выполнению функции или аспекта управляющей электроники одним или более компонентами устройства, генерирующего аэрозоль. Функции, отнесенные к управляющей электронике в настоящем изобретении, могут быть осуществлены как одно или более из программного обеспечения, программно-аппаратного обеспечения и аппаратного обеспечения. Запоминающее устройство может быть постоянным машиночитаемым носителем данных.
В частности, один или более из компонентов, описанных в этом документе, таких как контроллеры, могут содержать процессор, такой как центральный процессор (CPU), компьютер, логическую матрицу или другое устройство, способное направлять данные, поступающие в управляющую электронику или из нее. Контроллер может содержать одно или более вычислительных устройств, содержащих запоминающее устройство, средство для обработки и аппаратуру передачи данных. 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 командами, хранящимися на постоянном машиночитаемом носителе данных. Функции контроллера могут выполняться как аппаратным обеспечением, так и командами, хранящимися на постоянном машиночитаемом носителе данных.
Если контроллер содержит процессор, в некоторых вариантах осуществления процессор может содержать любое одно или более из: микропроцессора, микроконтроллера, цифрового сигнального процессора (DSP), специализированной интегральной схемы (ASIC), программируемой пользователем вентильной матрицы (FPGA) и эквивалентной дискретной или интегральной логической схемы. В некоторых вариантах осуществления процессор может содержать несколько компонентов, таких как любое сочетание 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 настоящем документе, могут быть осуществлены в виде программного обеспечения, программно-аппаратного обеспечения, аппаратного обеспечения или любого их сочетания. Хотя в настоящем документе контроллер описан как система на основе процессора, для достижения требуемых результатов в альтернативном контроллере, как по отдельности, так и в сочетании с системой на основе микропроцессора, могут использоваться другие компоненты, такие как реле и таймеры.
В одном или более вариантах осуществления примеры систем, способов и интерфейсов могут быть реализованы с помощью одной или более компьютерных программ, использующих вычислительное устройство, которое может содержать один или более процессоров, запоминающее устройство или как запоминающее устройство, так и один или более процессоров. Программный код, логика или как код, так и логика, описанные в настоящем документе, могут быть применены ко входным данным или информации для осуществления функциональных возможностей, описанных в настоящем документе, и генерирования желаемых выходных данных/информации. Выходные данные или информация могут применяться в качестве ввода в одно или более других устройств или способов, как описано в настоящем документе, или они могут применяться известным способом. Из вышеизложенного со всей очевидностью следует, что функциональные возможности контроллера, как описано в настоящем документе, могут быть реализованы любым способом, известным специалисту в данной области техники.
В некоторых вариантах осуществления управляющая электроника может содержать микропроцессор, который может быть программируемым микропроцессором. Электронная схема может быть выполнена с возможностью регулирования подачи питания. Электронная схема может быть выполнена с возможностью генерирования управляющих сигналов для активации фотонного устройства для генерирования электромагнитного излучения.
В некоторых вариантах осуществления управляющая электроника может быть выполнена с возможностью управления подачей питания на фотонное устройство в зависимости от температуры картриджа. Таким образом, управляющая электроника может регулировать температуру резистивного элемента.
Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать датчик температуры. Датчик температуры может быть инфракрасным датчиком температуры. Фотонное устройство, которое используется для испускания электромагнитного излучения для нагрева картриджа, также может использоваться в качестве инфракрасного датчика температуры. Используя фотонное устройство для испускания излучения, а также для отслеживания температуры картриджа, можно получить особенно компактную конструкцию устройства.
Датчик температуры может содержать термопару. Датчик температуры может быть функционально связан с управляющей электроникой для управления температурой картриджа. Датчик температуры может быть расположен в любом подходящем местоположении. Например, датчик температуры может быть выполнен с возможностью вставки в субстрат, образующий аэрозоль, или картридж, размещенный внутри резервуара, для отслеживания температуры нагреваемого субстрата, образующего аэрозоль. Дополнительно или в качестве альтернативы датчик температуры может быть расположен так, чтобы определять температуру на выпускном элементе устройства, генерирующего аэрозоль, такого как выпускной элемент для аэрозоля элемента, генерирующего аэрозоль. Дополнительно или в качестве альтернативы датчик температуры может находиться в контакте с охлаждающим элементом, таким как нагреваемая сторона теплового насоса. Датчик может передавать сигналы относительно измеренной температуры на управляющую электронику, которая может регулировать мощность на выходе фотонного устройства для достижения подходящей температуры на датчике.
Может быть использована любая подходящая термопара, такая как термопара типа K. Термопару можно помещать в картридж, где температура является самой низкой. Например, термопару можно помещать в центр, или середину, картриджа.
Независимо от того, содержит ли устройство, генерирующее аэрозоль, датчик температуры, устройство предпочтительно выполнено с возможностью нагрева размещенного в резервуаре субстрата, образующего аэрозоль, до степени, достаточной для генерирования аэрозоля без сгорания субстрата, образующего аэрозоль.
Управляющая электроника может быть функционально связана с блоком питания устройства, генерирующего аэрозоль. Устройство, генерирующее аэрозоль, может содержать любой подходящий блок питания. Например, блок питания устройства, генерирующего аэрозоль, может быть батареей или набором батарей (таким как комплект батарей). В некоторых вариантах осуществления один или более одного компонента батареи, например, катодные и анодные элементы, или даже вся батарея могут быть приспособлены так, чтобы соответствовать геометрическим характеристикам части устройства, генерирующего аэрозоль, в которой они расположены. В некоторых случаях батарея или компонент батареи могут быть приспособлены путем калибровки или сборки, чтобы соответствовать геометрическим характеристикам. Батареи узла блока питания могут быть перезаряжаемыми. Батареи блока питания могут быть съемными и сменными. Может быть использована любая подходящая батарея. Например, батареи повышенной мощности или стандартные батареи, имеющиеся на рынке, такие как применяемые для промышленных электроинструментов высокой мощности. В качестве альтернативы узел блока питания содержит любой тип электрического блока питания, содержащего супер- или гиперконденсатор. В некоторых вариантах осуществления устройство, генерирующее аэрозоль, может быть выполнено подключаемым к внешнему источнику электропитания и электрически и электронно спроектировано для такой цели. Независимо от типа используемого блока питания блок питания предпочтительно обеспечивает достаточное количество энергии для нормального функционирования кальянного устройства в течение по меньшей мере приблизительно 30 минут, предпочтительно по меньшей мере приблизительно 50 минут, более предпочтительно по меньшей мере приблизительно 70 минут непрерывной работы устройства перед перезарядкой или необходимостью подключения к внешнему источнику электропитания.
Кальянное устройство может содержать ускоряющий элемент. Давление несущего аэрозоль воздуха может снижаться при прохождении через один или более ускоряющих элементов. Затем несущий аэрозоль воздух проходит через трубку мундштука в сосуд, а затем может быть вдохнут пользователем. Ускоряющий элемент может быть расположен вдоль трубки для потока воздуха, например вдоль канала для потока воздуха трубки для потока воздуха. В частности, ускоряющий элемент может быть расположен вдоль трубки для потока воздуха. Ускоряющий элемент может образовывать как единое целое часть канала для потока воздуха или трубки для потока воздуха. Ускоряющий элемент может быть выполнен с возможностью ускорения аэрозоля, который течет через ускоряющий элемент.
Кальянное устройство может содержать охлаждающий элемент. Охлаждающий элемент может быть расположен вдоль канала для потока воздуха или трубки для потока воздуха. Охлаждающий элемент может образовывать как единое целое часть канала для потока воздуха или трубки для потока воздуха. Охлаждающий элемент выполнен с возможностью охлаждения аэрозоля в канале для потока воздуха, особенно воздуха, который течет через охлаждающий элемент или мимо него. Охлаждающий элемент может быть расположен ниже по потоку относительно элемента, генерирующего аэрозоль, вдоль канала для потока воздуха. В частности, охлаждающий элемент может быть расположен между элементом, генерирующим аэрозоль, и концом канала для потока воздуха или по меньшей мере между элементом, генерирующим аэрозоль, и сосудом. Дополнительно охлаждающий элемент может быть расположен смежно или как можно ближе к камере замедления или замедляющей части трубки мундштука, которая может способствовать быстрому охлаждению для получения аэрозоля. В охлаждающем элементе может применяться пассивное охлаждение, активное охлаждение или и то, и другое. Охлаждающий элемент может содержать трубку из теплопроводного материала.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предоставлена система, генерирующая аэрозоль, содержащая устройство, генерирующее аэрозоль, согласно настоящему изобретению, как описано выше, и картридж, содержащий субстрат, образующий аэрозоль, как описано выше. Обычно картридж представляет собой расходный материал, который выполнен устанавливаемым с возможностью снятия в резервуаре элемента, генерирующего аэрозоль, устройства, генерирующего аэрозоль.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предоставлена система, генерирующая аэрозоль, содержащая устройство, генерирующее аэрозоль, или кальянное устройство согласно настоящему изобретению, как описано выше, и картридж, содержащий субстрат, образующий аэрозоль, как описано выше. Обычно картридж представляет собой расходный материал, который выполнен устанавливаемым с возможностью снятия в резервуаре элемента, генерирующего аэрозоль, устройства, генерирующего аэрозоль, или кальянного устройства.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения предоставлен способ образования аэрозоля в устройстве, генерирующем аэрозоль. Согласно настоящему способу электромагнитное излучение генерируется с помощью фотонного устройства. Дополнительно электромагнитное излучение направляется от фотонного устройства по оптическому пути к картриджу, содержащему субстрат, образующий аэрозоль. Наконец, субстрат, образующий аэрозоль, нагревается с помощью электромагнитного излучения. Следовательно, температура субстрата, образующего аэрозоль, увеличивается при поглощении электромагнитного света. Температура субстрата, образующего аэрозоль, содержащегося в картридже, может увеличиваться при поглощении электромагнитного света картриджем до тех пор, пока он не достигнет температуры испарения, при которой образуется аэрозоль. В некоторых вариантах осуществления способа устройство, генерирующее аэрозоль, представляет собой кальянное устройство.
В одном или более вариантах осуществления способа электромагнитное излучение представляет собой пучок электромагнитного излучения, и способ включает управление пучком электромагнитного излучения перед нагревом картриджа с помощью пучка электромагнитного излучения. В некоторых вариантах осуществления способа управление пучком электромагнитного излучения включает использование одного или более оптических элементов для управления пучком электромагнитного излучения. В некоторых вариантах осуществления один или более оптических элементов могут быть предоставлены на подвижном креплении. Поэтому разные части субстрата, образующего аэрозоль, можно выборочно нагревать, например, последовательно.
В некоторых вариантах осуществления способа способ включает динамическое управление пучком электромагнитного излучения. В некоторых вариантах осуществления указанное динамическое управление может быть достигнуто посредством подвижного крепления оптического элемента, так что разные части субстрата, образующего аэрозоль, выборочно нагреваются, например, последовательно.
В качестве примера ниже в хронологическом порядке приведен один способ применения кальянного устройства, как описано в данном документе. Сосуд можно отсоединять от других компонентов кальянного устройства и заполнять водой. В воду для придания вкуса и аромата можно добавлять одно или более из натуральных фруктовых соков, растительных и травяных добавок. Количество добавляемой жидкости должно покрывать часть основной трубки для потока воздуха, но не должно превышать отметку уровня заполнения, которая необязательно может присутствовать на сосуде. Сосуд затем снова прикрепляют к кальянному устройству. Часть элемента, генерирующего аэрозоль, может быть снята или открыта для обеспечения возможности вставки картриджа в резервуар. Элемент, генерирующий аэрозоль, затем снова прикрепляется или закрывается. Затем устройство может быть включено. Пользователь может осуществлять затяжку из мундштука до тех пор, пока не будет получен необходимый объем аэрозоля для заполнения камеры, содержащей ускоряющий воздух впускной элемент. Пользователь может осуществлять затяжку через мундштук по мере необходимости. Пользователь может продолжать использовать устройство до тех пор, пока в камере больше не будет видно аэрозоля. В некоторых вариантах осуществления устройство будет автоматически выключаться при израсходовании в картридже используемого субстрата, образующего аэрозоль. Альтернативно или дополнительно потребитель может пополнять устройство новым картриджем, например, после получения сигнала от устройства о том, что расходные материалы полностью или почти полностью израсходованы. При пополнении новым картриджем устройство можно продолжать использовать. Предпочтительно кальянное устройство может быть выключено потребителем в любое время, например, путем отключения устройства.
В некоторых примерах пользователь может активировать одно или более фотонных устройств с помощью элемента активации. Элемент активации может быть, например, предусмотрен на мундштуке или рядом с ним. Элемент активации может быть связан с управляющей электроникой, например, с помощью беспроводной связи и может отправлять управляющей электронике сигнал для активации фотонного устройства путем его перевода из режима ожидания в режим частичного или полного облучения. В некоторых вариантах осуществления такая ручная активация доступна только тогда, когда пользователь осуществляет затяжку на мундштуке, для предотвращения перегрева или излишнего нагревания субстрата, генерирующего аэрозоль, в картридже.
В некоторых примерах мундштук содержит датчик затяжки. Датчик затяжки может быть связан посредством беспроводной связи с управляющей электроникой, и затяжка мундштука потребителем вызывает активацию фотонного устройства из режима ожидания в режим полного облучения.
Кальянное устройство по настоящему изобретению может иметь любое подходящее управление потоком воздуха. В одном примере осуществление затяжки пользователем будет создавать эффект всасывания, из-за чего внутри устройства возникнет низкое давление, что заставит внешний воздух течь сквозь впускной элемент для воздуха устройства в канал впускного элемента для воздуха и в резервуар элемента, генерирующего аэрозоль. Затем воздух может течь через картридж, содержащий субстрат, в резервуаре для переноса аэрозоля через выпускной элемент для аэрозоля резервуара. Затем аэрозоль может течь в первое отверстие ускоряющего воздух впускного элемента камеры (если только выпускной элемент элемента, генерирующего аэрозоль, не служит также ускоряющим воздух впускным элементом камеры). По мере того, как несущий аэрозоль воздух течет через впускной элемент камеры, воздух ускоряется. Ускоренный несущий аэрозоль воздух выходит из впускного элемента через второе отверстие, чтобы поступать в основную камеру камеры, где несущий аэрозоль воздух замедляется. Замедление в основной камере может улучшить нуклеацию или расширение или как нуклеацию, так и расширение аэрозоля, приводя к увеличению видимого аэрозоля. Несущий аэрозоль воздух затем может выходить из камеры и течь по основной трубке (если только основная трубка не является основной камерой камеры) в жидкость внутри сосуда. Затем аэрозоль в виде пузырьков будет выходить из жидкости и в свободное пространство в сосуде над уровнем жидкости, из выпускного элемента свободного пространства и по шлангу и мундштуку для доставки потребителю. Поток воздуха и поток аэрозоля внутри кальянного устройства могут перемещаться за счет осуществления пользователем затяжки.
Способ может включать направление окружающего воздуха вдоль первой части пути потока воздуха от впускного элемента для воздуха кальянного устройства к фотонному устройству для охлаждения фотонного устройства с помощью окружающего воздуха и для предварительного нагрева окружающего воздуха. Способ может дополнительно включать направление предварительно нагретого окружающего воздуха от фотонного устройства к картриджу. За счет направления холодного окружающего воздуха из окружающей среды через впускные элементы для воздуха к фотонному устройству, горячий воздух, окружающий фотонное устройство, может быть удален или смещен при затяжке и перенаправлен для прохождения через картридж. Таким путем остаточное тепло, производимое фотонным устройством, эффективно используется для дополнительного нагрева субстрата, образующего аэрозоль. В то же время фотонное устройство охлаждается окружающим воздухом, так что обеспечивается оптимальная производительность фотонного устройства.
Сборка всех основных частей кальянного устройства согласно настоящему изобретению обеспечивает герметичное функционирование устройства. Герметичное функционирование должно гарантировать, что происходит надлежащее управление потоком воздуха. Герметичное функционирование может быть достигнуто любым подходящим способом. 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, уплотнители могут содержать одно или более из соединений графена и соединений кремния. Предпочтительно использование материалов в изделиях, потребляемых людьми, одобрено Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США.
Основные части, такие как камера, основная трубка для потока воздуха из камеры, покровный корпус резервуара и сосуд, могут быть изготовлены из любого подходящего материала или материалов. Например, эти части могут быть независимо выполнены из стекла, соединений на основе стекла, полисульфона (PSU), полиэфирсульфона (PES) или полифенилсульфона (PPSU). Предпочтительно части образованы из материалов, подходящих для использования в стандартных посудомоечных машинах.
В некоторых примерах мундштук согласно настоящему изобретению для соединения с блоком шланга содержит охватываемый/охватывающий элемент быстроразъемного соединения. Это обеспечивает возможность замены мундштука.
Кальянное устройство, нагреваемое электронным излучением, может работать следующим образом. Картридж, содержащий субстрат, образующий аэрозоль, может нагреваться электромагнитным излучением. С этой целью элемент, генерирующий аэрозоль, направляет электромагнитное излучение на картридж. Элемент, генерирующий аэрозоль, может быть выполнен так, что обеспечиваемой температуры достаточно для генерирования аэрозоля без сгорания, или сжигания, субстрата, образующего аэрозоль. Пользователь может втягивать воздух из электрического кальянного устройства, воздух может поступать через канал впускного элемента для воздуха, проходить охлаждающий элемент, перемещаться вдоль картриджа, затем к нижней части картриджа, затем к нижней части резервуара. Сгенерированный аэрозоль может ускоряться при прохождении через ускоряющий элемент. До или во время ускорения сгенерированный аэрозоль может быть охлажден охлаждающим элементом для увеличения конденсации в аэрозоле. Аэрозоль может претерпевать изменение давления по поступлении в камеру и расширяться внутри камеры, что может замедлять аэрозоль, перед прохождением по основной трубке для потока воздуха или трубке мундштука, которая частично погружена в воду в нижнем объеме сосуда. Сгенерированный аэрозоль проходит через воду и расширяется в верхнем объеме сосуда перед выведением по шлангу.
В одном или более вариантах осуществления способа субстрат, образующий аэрозоль, содержит мелассу для кальяна.
Согласно аспекту настоящего изобретения предоставлен энергонезависимый машиночитаемый носитель, содержащий программное обеспечение для выполнения способа, как описано выше.
Согласно аспекту настоящего изобретения предоставлен контроллер, выполненный с возможностью реализации способа, как описано выше. В некоторых вариантах осуществления указанный контроллер содержит программное обеспечение для выполнения способа, как описано выше. В некоторых вариантах осуществления программное обеспечение предоставлено как часть контроллера на энергонезависимом машиночитаемом носителе, как описано выше.
Все научные и технические термины, используемые в настоящем документе, имеют значения, обычно используемые в данной области техники, если не указано иное. Определения, предоставленные в настоящем 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 в качестве примера со ссылкой на сопроводительные графические материалы, на которых:
на фиг. 1 показано кальянное устройство, содержащее элемент, генерирующий аэрозоль, по настоящему изобретению;
на фиг. 2 показано схематическое изображение картриджа по настоящему изобретению согласно варианту осуществления;
на фиг. 3 показан вид снизу примера картриджа в форме усеченного конуса по настоящему изобретению;
на фиг. 4 показан элемент, генерирующий аэрозоль, по настоящему изобретению;
на фиг. 5 показан элемент, генерирующий аэрозоль, по настоящему изобретению согласно другому варианту осуществления; и
на фиг. 6 показан путь потока воздуха в элементе, генерирующем аэрозоль, показанном на фиг. 5.
На фиг. 1 показано кальянное устройство 100, содержащее элемент 10, генерирующий аэрозоль, выполненный с возможностью вмещения картриджа 30, содержащего субстрат 42, образующий аэрозоль (не показан). Элемент 10, генерирующий аэрозоль, может нагревать субстрат 20, образующий аэрозоль, посредством электромагнитного излучения, как рассмотрено ниже в отношении фиг. 2, для генерирования аэрозоля. При использовании сгенерированный аэрозоль течет через трубку для потока воздуха. Трубка для потока воздуха может быть предоставлена как часть трубки 12 мундштука. Трубка для потока воздуха содержит ближнюю концевую часть, образующую ближнее отверстие 14, расположенное для приема потока воздуха от элемента 10, генерирующего аэрозоль, и дальнюю концевую часть, образующую дальнее отверстие 16, расположенное во внутренней части сосуда 18.
Трубка 12 мундштука находится в сообщении по текучей среде с сосудом 18. Канал для потока воздуха образован между элементом 10, генерирующим аэрозоль, и внутренней частью сосуда 18. В частности, элемент 10, генерирующий аэрозоль, находится в сообщении по текучей среде с сосудом 18 посредством трубки 12 мундштука, по меньшей мере частично образующей канал для потока воздуха. Внутренняя часть сосуда 18 содержит верхний объем 20 для свободного пространства и нижний объем 22 для жидкости. Шланг 24 находится в сообщении по текучей среде с верхним объемом 20 через выпускной элемент 26 свободного пространства, образованный в стороне сосуда 18 над линией жидкости. Мундштук 28 соединен со шлангом 24 для пользователя устройства 100.
Сгенерированный аэрозоль может течь от элемента 10, генерирующего аэрозоль, через канал для потока воздуха посредством трубки 12 мундштука в нижний объем 22 сосуда 18. Аэрозоль может проходить через жидкость в нижнем объеме 22 и подниматься в верхний объем 20. Осуществление пользователем затяжки через мундштук 28 шланга 24 может втягивать аэрозоль в верхнем объеме 20 через выпускной элемент 26 свободного пространства в шланг 24 для вдыхания. В частности, отрицательное давление на мундштуке 28 может преобразовываться в отрицательное давление на выпускном элементе 26 свободного пространства, вызывая поток воздуха через элемент 10, генерирующий аэрозоль, и трубку 12 мундштука.
На фиг. 2 показан поперечный разрез схематического изображения картриджа 30 по настоящему изобретению. Картридж 30 имеет цилиндрический корпус 32, содержащий нижнюю стенку 34, верхнюю стенку 36 и боковую стенку 38. Стенки картриджа 30 образуют полость 40, которая содержит субстрат 42, образующий аэрозоль.
Стенки 34, 36, 38 картриджа образованы из алюминия, который является материалом с высокой теплопроводностью. На внешние поверхности стенок 34, 36, 38 нанесен материал 44 с высоким коэффициентом излучения. Материал 44 с высоким коэффициентом излучения представляет собой покрытие, содержащее огнеупорный пигмент, добавку с высоким коэффициентом излучения и связующее вещество. Материал с высоким коэффициентом излучения может содержать 31,2 весового процента этилового спирта, 7,4 весового процента ацетона, 2,5 весового процента целлюлозного связующего вещества, 0,8 весового процента глинистого связующего вещества и 58,1 весового процента оксида церия. После того, как покрытие высушивается при температуре 500 градусов Цельсия, оно состоит из 98,1 весового процента оксида церия, 0,8 весового процента углерода и 1,0 весового процента силиката магния. Когда покрытие нагревается на воздухе выше 500 градусов Цельсия, углерод окисляется и приводит к следующему составу: 99,0 весовых процентов оксида церия и 1,0 весовой процент силиката магния. В этом случае оксид церия служит одновременно огнеупорным пигментом и добавкой с высоким коэффициентом излучения. Коэффициент излучения покрытия, использованного на фиг. 2, превышает 0,9.
На фиг. 3 показан вид снизу варианта осуществления картриджа 30 настоящего изобретения. Картридж 30 может иметь форму слегка усеченного конуса, которая может облегчить вставку картриджа 30 в резервуар элемента, генерирующего аэрозоль. Нижняя стенка 34 картриджа 30 снабжена множеством отверстий 35 для обеспечения возможности выхода аэрозоля из картриджа 30. Верхняя стенка 36 картриджа 30 снабжена аналогичными отверстиями для обеспечения возможности поступления воздуха в картридж 30. Верхняя стенка 36 дополнительно снабжена выступом 36a, который при использовании опирается на стенки 54 устройства 10, генерирующего аэрозоль, образующие резервуар 56.
Обычно воздух поступает в картридж 30 через отверстия в верхней стенке 36 картриджа 30, проходит через полость 40, через субстрат 42, образующий аэрозоль, и выходит из картриджа 30 через отверстия 35 в нижней стенке 34 картриджа 30.
На фиг. 4 более подробно показан элемент 10, генерирующий аэрозоль, настоящего изобретения для генерирования аэрозоля как часть кальянного устройства 100, показанного на фиг. 1. Элемент 10, генерирующий аэрозоль, содержит фотонное устройство 50, выполненное с возможностью генерирования и испускания пучка 52 электромагнитного излучения. В варианте осуществления, показанном на фиг. 4, пучок 52 электромагнитного излучения генерируется двумя лазерными диодами, испускающими излучение с длиной волны от 320 нанометров до 660 нанометров при общей мощности до 30 Вт. Элемент 10, генерирующий аэрозоль, дополнительно содержит элемент 54 в виде стенки, образующий резервуар 56 для вмещения картриджа 30, содержащего субстрат 42, образующий аэрозоль. Элемент 10, генерирующий аэрозоль, выполнен с возможностью нагрева картриджа 30 путем направления пучка 52 электромагнитного излучения от двух лазерных диодов 50 на картридж 30, размещенный в резервуаре 54.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 4, верхняя стенка 36 картриджа 30 содержит два выступа 36a, которые при использовании поддерживаются элементом 54 в виде стенки. Два лазерных диода 50 предусмотрены в элементе 54 в виде стенки, окружающем картридж 30. Электромагнитное излучение 52 направлено на боковую стенку 38 картриджа 30. Покрытие 44 с высоким коэффициентом излучения картриджа 30 поглощает электромагнитное излучение 52, испускаемое фотонными устройствами 50, и преобразует энергию излучения в тепловую энергию. Поскольку картридж 30 образован из алюминия и поскольку алюминий имеет высокую теплопроводность, тепло равномерно распределяется по корпусу 32 картриджа 30.
На фиг. 5 изображена модификация элемента 10, генерирующего аэрозоль, показанного на фиг. 4. Модификация в основном касается оптического пути электромагнитного излучения 52. Вместо прямого облучения боковой стенки 38 лазерные диоды опосредованно облучают нижнюю стенку 34 картриджа 30.
С этой целью пучок 52 электромагнитного излучения, генерируемый каждым лазерным диодом 50, направляется вниз на оптический элемент 60, предусмотренный в нижней части элемента 10, генерирующего аэрозоль.
Оптические элементы 60 выполнены с возможностью управления пучками 52 электромагнитного излучения. В варианте осуществления, показанном на фиг. 5, оптические элементы 60 содержат искривленные зеркала для управления пучком 52 электромагнитного излучения, отражающие пучок 52 таким образом, что пучок 52 меняет направление. Предпочтительно радиус искривленного зеркала не является фиксированным, и им можно динамически управлять, например, посредством давления воды или воздуха.
Каждый оптический элемент 60 устанавливается в элементе 10, генерирующем аэрозоль, с помощью оптического крепления 62. В варианте осуществления, показанном на фиг. 5, каждый пучок 52 электромагнитного излучения содержит падающий пучок электромагнитного излучения, распространяющийся от лазерного устройства 50 к искривленному зеркалу, и отраженный пучок электромагнитного излучения, распространяющийся от искривленного зеркала к картриджу 30. Искривленное зеркало отражает пучок 52 электромагнитного излучения, изменяя направление пучка 52 на новое направление, которое расположено под углом приблизительно 60 градусов по отношению к первоначальному направлению пучка. Таким образом, между падающим пучком электромагнитного излучения и отраженным пучком электромагнитного излучения имеется угол приблизительно 60 градусов. Однако при необходимости можно отрегулировать другие углы отражения.
Оптическое крепление 62 может быть подвижным для регулирования разных углов отражения. Положением на картридже 30, в котором пучок 52 электромагнитного излучения облучает нижнюю стенку 34 картриджа 30, можно динамически управлять с помощью подвижного оптического крепления 62. Например, углом поворота искривленного зеркала относительно падающего электромагнитного пучка можно управлять с помощью подвижного оптического крепления 62. Например, подвижное оптическое крепление 62 может содержать микроструктурированный узел шаговых двигателей. Как изображено на фиг. 5, каждый пучок 52 электромагнитного излучения, испускаемый лазерными диодами 50, перенаправляется на разные части картриджа 30. Эти части могут перекрываться, так что облучается вся нижняя стенка 34 картриджа 30.
После поглощения пучка 52 электромагнитного излучения покрытием 44 с высоким коэффициентом излучения, а затем за счет проводимости, температура субстрата 42, образующего аэрозоль, увеличивается до тех пор, пока не будет достигнута температура, при которой генерируется пар и образуется аэрозоль. Нижняя стенка 34 картриджа 30 снабжена отверстиями 35 для обеспечения потока воздуха через капсулу 30.
На фиг. 6 схематически показан примерный путь потока воздуха через элемент 10, генерирующий аэрозоль, показанный на фиг. 5. Свежий окружающий воздух поступает в элемент 10, генерирующий аэрозоль, через впускные элементы 66 для воздуха кальянного устройства 100. Свежий воздух направляется рядом с фотонными устройствами 50. Тем самым холодный окружающий воздух охлаждает фотонные устройства 50, и в то же время свежий окружающий воздух предварительно нагревается. Затем предварительно нагретый окружающий воздух направляется сверху через отверстия в верхней поверхности 36 картриджа 30 в полость. При прохождении через картридж 30 предварительно нагретый окружающий воздух смешивается с парами, сгенерированными из нагретого субстрата 42, образующего аэрозоль, образуя аэрозоль. Аэрозоль выходит из картриджа 30 через отверстия в нижней стенке 34 картриджа 30 и направляется через трубку 12 мундштука в сосуд 18 кальянного устройства 100.
За счет направления холодного окружающего воздуха рядом с фотонными устройствами 50 фотонные устройства 50 эффективно охлаждаются, что обеспечивает оптимальную работу фотонных устройств 50. В то же время воздух предварительно нагревается перед поступлением в картридж 30, так что остаточное тепло от фотонных устройств 50 можно использовать для генерирования аэрозоля, обеспечивая более эффективный процесс.
На фиг. 4-6 только два фотонных устройства 50 изображены с каждой стороны картриджа 30. Разумеется, дополнительные фотонные устройства 50 могут быть предусмотрены в любом положении по окружности резервуара 56 устройства 10, генерирующего аэрозоль. Предпочтительно фотонные устройства 50 распределены через равные промежутки вокруг окружности резервуара 56. Аналогичным образом, на фиг. 6 показан только один впускной элемент 66 для воздуха. Разумеется, может быть предусмотрено более одного впускного элемента для воздуха. В некоторых вариантах осуществления соответствующие впускные элементы 66 для воздуха могут быть предусмотрены для каждого фотонного устройства 50 элемента 10, генерирующего аэрозоль.