Способ и устройство нагрева курительной смеси
METHOD AND DEVICE FOR HEATING THE SMOKING MIXTURE

Изобретение относится к области курения с использованием кальяна и касается курительных устройств с электрическим нагревом, в частности, для нагрева курительной смеси в чаше кальяна.
Известен способ нагрева курительной смеси, реализуемый в устройстве, описанном в патентном документе US20160249677A1 (МПК A24F1/30; A24F47/00, опубликован 01.09.2016). Нагрев курительной смеси в известном способе осуществляют как непосредственно от нагревательного элемента или экрана, отделяющего нагревательный элемент от курительной смеси, включая нагрев кальянной чаши, так и от воздуха, поступающего в кальянную чашу при вдохе, при этом сам воздух нагревается от нагревательного элемента, который выполняют в виде, обеспечивающем возможность передачи тепла проходящему через или около него воздушному потоку. При таком способе нагрева достигаются достаточно хорошая дымность кальяна и высокие органолептические показатели дыма.
Однако известный способ имеет недостаток, заключающийся в том, что при интенсивном курении, когда табачная смесь сильно нагревается качество дыма ухудшается, он теряет густоту, становится жестким и давит на горло. Это связано с тем, что количество испаренных компонентов увеличивается, а их конденсация в отсутствие во вдыхаемом воздухе достаточного количества ядер конденсации происходит не в объеме, создавая мягкий, нераздражающий аэрозоль, а на стенках воздушного тракта кальяна и в дыхательных путях курильщика, вызывая неприятные ощущения. Наличие ядер конденсации является существенным фактором, обеспечивающим качественные характеристики кальянного дыма (https://waterpipe.pro/kalyannye-issledovaniya-fizicheskie-pokazateli-kalyannogo-aerozolya/).
Известен также способ нагрева курительной смеси, реализуемый, в устройстве, описанном в патентном документе RU2748793C1 (МПК A24F1/30 A24F40/46, опубликован 31.05.2021), выбранный в качестве ближайшего аналога. В этом устройстве осуществляют нагрев курительной смеси с помощью нагревательного элемента указанного устройства и воздуха, поступающего в емкость для курительной смеси при вдохе, корпус устройства для нагрева выполняют с возможностью прохождения и нагрева всего или части воздушного потока, возникающего при вдохе, а в воздушный поток вводят водяной пар и/или водно-воздушный аэрозоль. При этом не испаренные капли воды, содержащиеся в паре или аэрозоли, а также частицы растворенных в воде солей, в том числе добавляемых в нее для регулирования процесса парообразования, являются эффективными ядрами конденсации для испаренных компонентов табачной смеси. Это обеспечивает высокую густоту вдыхаемого курильщиком дыма и его мягкость даже интенсивном курении кальяна.
Однако известный способ имеет существенный недостаток. Он заключается в том, что водяной пар и/или водно-воздушный аэрозоль вводятся в ту часть воздушного потока, возникающего при вдохе, которая подвергается нагреву нагревательным элементом. При этом трудно достичь компромисса между достаточным количеством испаренного компонента аэрозоля, необходимого для создания избыточного давления в корпусе нагревательного элемента и не испаренного компонента, частицы которого являются ядрами конденсации. Следствием этого, является то, что в указанном устройстве, в режиме максимального предотвращении образования токсичных газообразных продуктов, испаряемых в процессе нагрева компонентов курительной смеси, густота дыма снижается.
Задача изобретения состоит в создании устройства и способа нагрева курительной смеси, которые позволяют избежать недостатков известных решений.
Технический результат, проявляющийся при использовании заявленного способа с использованием заявленного устройства, заключается в увеличении густоты и мягкости дыма при интенсивном курении кальяна.
3
3
Указанный технический результат достигается тем, что в заявленном способе нагрева курительной смеси, при котором используют устройство для нагрева осуществляют нагрев курительной смеси с помощью нагревательного элемента указанного устройства и воздуха, поступающего в емкость для курительной смеси при вдохе, корпус устройства для нагрева выполняют с возможностью прохождения и нагрева всего или части воздушного потока, возникающего при вдохе, в воздушный поток вводят дополнительные ингредиенты, являющиеся ядрами конденсации для испаренных компонентов табачной смеси, а   указанные дополнительные ингредиенты вводят и\или в любом месте тракта прохождения воздушного потока. Заявленное устройство для осуществления заявленного способа нагрева курительной смеси включает нагревательный элемент, размещенный в корпусе и выполненный с возможностью подключения к источнику питания, корпус нагревательного элемента выполнен с возможностью прохождения и нагрева воздушного всего или части потока, возникающего при вдохе, источник  дополнительных ингредиентов, являющихся ядрами конденсации для испаренных компонентов табачной смеси, подключенный в месте забора нагреваемой части воздушного потока, также источник  дополнительных ингредиентов подключен и/или в месте, исключающем их нагрев нагревательным элементом. Источником дополнительных ингредиентов, являющихся ядрами конденсации для испаренных компонентов табачной смеси, могут быть генераторы газовых частиц, генераторы ионизированных частиц, генераторы аэрозоля, содержащего твёрдые и/или жидкие частицы. Подобные устройства давно и хорошо известны из области техники, и могут быть реализованы в различных конструкциях, не имеющих принципиального значения в контексте настоящего изобретения. Естественным требованием к таким генераторам является безопасность генерируемых компонентов, как по составу, так и допустимым концентрациям. Так, например, если используется генератор углекислого газа, должна обеспечиваться его концентрация во вдыхаемом воздухе не более 27000 мг/м, если генератор солевого аэрозоля (NaCl), концентрация должна быть не более 5 мг/м и.т.д. За счет, того что источник дополнительных ингредиентов подключается в месте, не связанном с нагревом воздушного потока, например, в месте забора воздушного потока, поступающего из внешней среды, минующего нагревательный элемент, к тракту прохождения суммарного воздушного потока, образованного смешением нагретой и ненагретой частей имеется возможность обеспечить эффективную концентрацию ядер конденсации вне зависимости от режима работы устройства, при котором одновременно достигается максимальное предотвращение образования токсичных газообразных продуктов, испаряемых в процессе нагрева компонентов курительной смеси. Само подключение источника дополнительных ингредиентов может выполняться с использованием тройников и воздуховодных трубок.
Один из возможных вариантов осуществления заявляемой группы изобретений поясняется далее с помощью чертежа, на котором условно представлена схема устройства для реализации заявляемого способа, в котором источником дополнительных ингредиентов, являющихся ядрами конденсации для испаренных компонентов табачной смеси, является генератор влажного солевого аэрозоля, подключенного через тройник и воздуховодные трубки в местах забора нагреваемых и не нагреваемых частей воздушного потока.
На фигуре цифрами обозначены: нагревательный элемент (1), размещенный в корпусе (2), подключенный к источнику (3) питания, посредством соединительного кабеля (4). Устройство для нагрева установлено над емкостью (5) для компонентов курительной смеси. Корпус (2) нагревательного элемента (1) содержит входные отверстия (6) для нагреваемой части воздушного потока, возникающего при вдохе, входные отверстия (7) для не нагреваемой части воздушного потока и выходные отверстия (8). В корпусе (2) под нагревательным элементом расположен ограничитель объема воздушного потока (9), выполненный виде пластины с отверстиями. Источник дополнительных ингредиентов (10) через воздуховодную трубку (11) и тройник (12) подсоединен воздуховодными трубками (13) и (14) к входным отверстиям (6) и (7) соответственно.
Нагревательный элемент (1) может быть выполнен в виде спирали из нихромовой проволоки, закрепленной ограничителе объема воздушного потока (9). Питание нагревательного элемента (1) может быть выполнено от источника (3) постоянного тока, например, 12В, 10А с ШИМ регулятором тока нагрузки, через соединительный кабель (4). Значение температуры нагрева курительной смеси в статическом режиме может меняться установкой соответствующего значения тока нагрузки в ШИМ регуляторе. Источник дополнительных ингредиентов (10) может быть выполнен в виде ультразвукового испарителя или небулайзера, в который залит раствор чистой поваренной соли, концентрация которого может меняться для достижения наибольшего полезного эффекта.
Способ осуществляется следующим образом: нагрев курительной смеси осуществляют с помощью нагревательного элемента (1) предлагаемого устройства и воздуха, поступающего в емкость (5) для курительной смеси при вдохе, корпус (2) устройства для нагрева выполняют с возможностью прохождения и нагрева всего или части воздушного потока, возникающего при вдохе, в любом месте тракта прохождения воздушного потока в нагреваемую часть воздушного потока вводят дополнительные ингредиенты, являющиеся ядрами конденсации для испаренных компонентов табачной смеси. При этом дополнительные ингредиенты можно вводить в часть воздушного потока, поступающего из внешней среды, минующего нагревательный элемент, либо в суммарный воздушный поток, образованный смешением нагретой и ненагретой частей. Дополнительные ингредиенты могут представлять из себя газовые частицы, либо ионизированные частицы, либо аэрозоль, содержащий твёрдые и/или жидкие частицы. При этом дополнительные ингредиенты, представляющие из себя либо аэрозоли, либо газовые или ионизированные частицы, либо их комбинация, могут образовываться в тракте прохождения вдыхаемого воздуха за счёт протекания химических реакций с участием элементов тракта и/или вводимых в него компонентов и/или физического воздействия на них.
Устройство работает следующим образом. Нагревательный элемент (1) размещают над емкостью (5), подают на него питание от источника (3), подключенного с помощью соединительного кабеля (4). Нагревательный элемент (1) нагревает компоненты курительной смеси, размещенные в емкости (5). При этом температура в верхней части емкости (5) у нижнего основания корпуса (2) нагревательного элемента (1) составляет 200-250 градусов Цельсия. При вдохе пользователя кальяна внутри колбы образуется область пониженного давления, под влиянием которой возникает поток воздуха, направленный к колбе по шахте кальяна. Этот воздушный поток, возникающий при вдохе, поступает в корпус (2) нагревательного элемента через входные отверстия (6) и (7), воздушный поток, поступающий через входные отверстия (6), проходит через нагревательный элемент (1), нагревается и выходит через выходные отверстия (8), смешиваясь воздушным потоком, поступающим через входные отверстия (7) в емкости (5), где осуществляется нагрев курительной смеси, размещенной в ней. Под действием тепла от нагревательного элемента (1) и нагретого воздушного потока происходит испарение компонентов курительной смеси, которые далее поступают в колбу кальяна. Также через входные отверстия (6) и (7), либо через одно из них, в корпус (2) поступают дополнительные ингредиенты от источника дополнительных ингредиентов (10). Часть дополнительных ингредиентов, поступившая через входное отверстие (6) испаряется, создает избыточное давление в корпусе (2), препятствуя попаданию газообразных компонентов табачной смеси на нагревательный элемент (1), а другая часть дополнительных ингредиентов, не успев испарится выходит через выходные отверстия (8), попадает в емкость (5) и далее шахту кальяна, колбу, выходной шланг, где служит ядрами конденсации для испаренных компонентов табачной смеси. В случае, когда дополнительные ингредиенты поступают в корпус (2) только через входные отверстия (7), минуя нагревательный элемент, они не подвергаются испарению и служат только ядрами конденсации для испаренных компонентов табачной смеси, за счет чего, выбирая также различные сечения воздуховодных трубок (13) и (14), получают оптимальную концентрацию этих ядер во вдыхаемой воздушной смеси.
В случае, когда в качестве дополнительных ингредиентов выступает, например, солевой аэрозоль, часть аэрозоля, поступившая через входное отверстие (6) испаряется, создавая избыточное давление в корпусе (2), препятствуя попаданию газообразных компонентов табачной смеси на нагревательный элемент (1), вторая часть аэрозоля, не успевшая испарится и выходящая через выходные отверстия (8), попадая в емкость (5) и далее шахту кальяна, колбу, выходной шланг, служит ядрами конденсации для испаренных компонентов табачной смеси. Кроме того, дополнительно ядрами конденсации служат частицы соли, остающиеся от испаренного аэрозоля. Так это работает и в устройстве прототипе. Однако в нем трудно обеспечить оптимальные соотношения испаренных и не испаренных частей аэрозоля, необходимые для совокупного положительного эффекта. В заявляемом изобретении солевой аэрозоль поступает в корпус (2) также через входные отверстия (7), минуя нагревательный элемент, не подвергается испарению и служит только ядрами конденсации для испаренных компонентов табачной смеси, за счет чего, выбирая также различные сечения воздуховодных трубок (13) и (14), легко получить оптимальную концентрацию этих ядер во вдыхаемой воздушной смеси. В частном случае солевой аэрозоль может поступать в корпус (2) только через входные отверстия (7) или вводится в воздушный поток в любом месте, исключающем его нагрев нагревательным элементом, например, непосредственно в емкость (5), колбу кальяна, выходной шланг. В этом случае в качестве источника дополнительных ингредиентов (10), может выступать, например, генератор сухого солевого аэрозоля, генератор газовых частиц или генератор ионов.
Необходимо также отметить, что дополнительные ингредиенты, представляющие из себя либо аэрозоли, либо газовые или ионизированные частицы, либо их комбинацию, могут образовываться в тракте прохождения вдыхаемого воздуха за счёт протекания химических реакций с участием элементов тракта или вводимых в него компонентов или физического воздействия на них. Например, нагревательный электрод (1) может быть покрыт солевым составом. При нагреве микро и нано частицы этого покрытия будут отслаиваться, увлекаться воздушным потоком и создавать эффективные ядра конденсации для испаренных компонентов табачной смеси. Аналогичным образом могут быть обработаны внутренние поверхности и части корпуса (2).
Представленная фигура, описание конструкции и использования устройства не исчерпывают возможные варианты исполнения и не ограничивают каким-либо образом объем заявляемого технического решения. Возможны иные варианты исполнения и использования в объеме заявляемой формулы. Приведенные примеры реализации устройства для нагрева курительной смеси и его использования не ограничивают объем заявленного решения представленными частными формами исполнения отдельных элементов или их взаимосвязей. Следует понимать, что заявленное изобретение может быть реализовано в других вариантах устройства, с иными элементами, взаимосвязями и условиями чем описаны выше, в сочетании с другими существующими и будущими технологиями.