КАЛЬЯННОЕ УСТРОЙСТВО С АКТИВНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ УЛУЧШЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АЭРОЗОЛЯ
HOOKAH DEVICE WITH ACTIVE COOLING, PROVIDING IMPROVED AEROSOL CHARACTERISTICS

Настоящее изобретение относится к кальянным устройствам, а более конкретно к кальянным устройствам, которые нагревают субстрат, образующий аэрозоль, без сгорания субстрата и которые улучшают характеристики генерируемого аэрозоля.
Традиционные кальянные устройства используются для курения табака и выполнены так, что пар и дым проходят через емкость с водой перед тем, как их вдыхает потребитель. Кальянные устройства могут содержать один выпускной элемент или более одного выпускного элемента, так что устройство может быть использовано одновременно более чем одним потребителем. Многие рассматривают использование кальянных устройств как способ проведения досуга и социальный опыт.
Табак, используемый в традиционных кальянных устройствах, можно смешивать с другими ингредиентами, например, для увеличения объема вырабатываемых пара и дыма, для изменения аромата или как для того, так и для другого. Для нагревания табака в традиционном кальянном устройстве обычно используют древесный уголь в виде пеллет, что может вызвать полное или частичное сгорание табака или других ингредиентов.
Было предложено несколько кальянных устройств, в которых для нагревания или сгорания табака применяются электрические источники тепла, например, чтобы исключить побочные продукты сжигания древесного угля или чтобы улучшить постоянство, с которым табак нагревается или сгорает. Однако замена древесного угля электрическим нагревателем может привести к неудовлетворительному вырабатыванию аэрозоля в отношении видимого дыма или аэрозоля, общей массы аэрозоля или же видимого дыма либо аэрозоля и массы аэрозоля.
Необходимо предоставить кальянное устройство, которое вырабатывает в удовлетворительном количестве одно или оба из видимого аэрозоля и общей массы аэрозоля при достаточно низком сопротивлении затяжке. Также необходимо предоставить кальянное устройство, которое нагревает субстрат так, что не возникает побочных продуктов сгорания.
Различные аспекты настоящего изобретения относятся к кальянному устройству, содержащему охлаждающий элемент, расположенный вдоль канала для потока воздуха. В охлаждающем элементе может применяться пассивное охлаждение, активное охлаждение или и то и другое. Охлаждающий элемент может содержать трубку, содержащую теплопроводный материал. Охлаждение может повысить конденсацию аэрозоля для увеличения количества видимого аэрозоля, общей массы аэрозоля (TAM) или как количества видимого аэрозоля, так и TAM. Охлаждающий элемент может быть образован как единое целое с ускоряющим элементом, таким как сопло, расположенным вдоль канала для потока воздуха. Сочетание охлаждения и ускорения аэрозоля может обеспечивать значительное увеличение в количестве видимого аэрозоля, TAM или как в количестве видимого аэрозоля, так и в TAM. Кроме того, сочетание охлаждения с ускорением позволяет использовать сопла или другие подходящие ускоряющие элементы с внутренними диаметрами, которые достаточно большие, чтобы исключалось высокое сопротивление затяжке (RTD). Ускорение аэрозоля может вызывать падение давления и распыление, что может объясняться эффектом Вентури или эффектом Бернулли и может увеличивать TAM.
В одном аспекте настоящего изобретения кальянное устройство содержит сосуд, определяющий внутреннюю часть для размещения объема жидкости. Сосуд содержит выпускной элемент свободного пространства. Кальянное устройство также содержит элемент, генерирующий аэрозоль, для вмещения субстрата, образующего аэрозоль. Элемент, генерирующий аэрозоль, находится в сообщении по текучей среде с внутренней частью сосуда посредством канала для потока воздуха. Канал для потока воздуха простирается во внутреннюю часть сосуда от элемента, генерирующего аэрозоль. Кальянное устройство дополнительно содержит охлаждающий элемент вдоль канала для потока воздуха между элементом, генерирующим аэрозоль, и сосудом. Охлаждающий элемент выполнен с возможностью охлаждения аэрозоля в канале для потока воздуха, который течет через охлаждающий элемент, и выполнен с возможностью обеспечения активного охлаждения для передачи тепла от канала для потока воздуха, например, наружу сосуда. Кальянное устройство содержит ускоряющий элемент вдоль канала для потока воздуха между элементом, генерирующим аэрозоль, и сосудом. Ускоряющий элемент выполнен с возможностью ускорения аэрозоля в канале для потока воздуха, который течет через ускоряющий элемент.
В одном или более вариантах осуществления кальянное устройство дополнительно содержит камеру вдоль канала для потока воздуха, ускоряющий элемент и сосуд. Камера выполнена с возможностью вмещения аэрозоля, после того как аэрозоль был охлажден и ускорен.
В одном или более вариантах осуществления по меньшей мере часть охлаждающего элемента и ускоряющий элемент вместе образуют сопло.
В одном или более вариантах осуществления кальянное устройство определяет сопротивление затяжке вдоль канала для потока воздуха, составляющее 45 миллиметров водяного столба (мм вод. ст.) или меньше.
В одном или более вариантах осуществления охлаждающий элемент по меньшей мере частично или полностью расположен между камерой и элементом, генерирующим аэрозоль.
В одном или более вариантах осуществления охлаждающий элемент также выполнен с возможностью обеспечения пассивного охлаждения. Например, охлаждающий элемент может содержать одно или оба из трубки, содержащей теплопроводный материал, и теплоотвода.
В одном или более вариантах осуществления охлаждающий элемент содержит по меньшей мере одно из: теплового насоса, вентилятора, охлаждающего резервуара, имеющего внутреннее пространство для жидкости, расположенной смежно с каналом для потока воздуха, ватерблока и жидкостного насоса. Будет понятным то, что охлаждающий элемент может содержать любую из их разных комбинаций.
-6
2
В одном или более вариантах осуществления трубка и ускоряющий элемент содержат один или более материалов, у которых значения температуропроводности составляют 10 м/с или больше.
-5
2
В одном или более вариантах осуществления трубка и ускоряющий элемент содержат один или более материалов, у которых значения температуропроводности составляют 10 м/с или больше.
В одном или более вариантах осуществления охлаждающий резервуар выполнен с возможностью превращения в пар жидкости, расположенной во внутреннем пространстве, и передачи превращенной в пар жидкости наружу сосуда.
В одном или более вариантах осуществления охлаждающий элемент содержит: охлаждающий резервуар; и по меньшей мере одно из теплоотвода и ватерблока, находящееся в сообщении по текучей среде с внутренним пространством охлаждающего резервуара.
В одном или более вариантах осуществления охлаждающий элемент выполнен с возможностью предварительного нагревания воздуха, который течет в элемент, генерирующий аэрозоль.
В одном или более вариантах осуществления камера содержит основную камеру, находящуюся в сообщении по текучей среде с ускоряющим элементом. Основная камера может иметь такие размеры или форму либо такие размеры и форму, которые обеспечивают замедление аэрозоля в основной камере, когда аэрозоль выходит из ускоряющего элемента и поступает в основную камеру.
В одном или более вариантах осуществления камера содержит основную камеру, находящуюся в сообщении по текучей среде с ускоряющим элементом. Основная камера может иметь такие размеры или форму либо такие размеры и форму, которые обеспечивают уменьшение давления аэрозоля в основной камере, когда аэрозоль выходит из ускоряющего элемента и поступает в основную камеру.
В одном или более вариантах осуществления ускоряющий элемент содержит первое отверстие, выполненное близко к элементу, генерирующему аэрозоль, и второе отверстие в основной камере. Аэрозоль течет в ускоряющий элемент сквозь первое отверстие и из второго отверстия в основную камеру. При необходимости у первого отверстия диаметр больше, чем у второго отверстия.
В одном или более вариантах осуществления охлаждающий элемент и ускоряющий элемент приспособлены так, что течение аэрозоля через охлаждающий элемент и ускоряющий элемент приводит к увеличению в общей массе аэрозоля, которая выходит из выпускного элемента свободного пространства сосуда кальянного устройства во время использования кальянного устройства, относительно общей массы аэрозоля, которая выходит из выпускного элемента свободного пространства сосуда кальянного устройства, не содержащего охлаждающий элемент и ускоряющий элемент.
В одном или более вариантах осуществления увеличение общей массы аэрозоля больше в 1,5 раза или более по сравнению с кальянным устройством, которое не содержит охлаждающий элемент и ускоряющий элемент.
В одном или более вариантах осуществления элемент, генерирующий аэрозоль, выполнен с возможностью нагревания субстрата, образующего аэрозоль, для обеспечения образования аэрозоля без сгорания субстрата, образующего аэрозоль.
Предпочтительно одно или более кальянных устройств, описанных в этом документе, могут обеспечивать низкое сопротивление затяжке (RTD), при этом одновременно достигая достаточного вырабатывания аэрозоля путем регулирования температуры внутри охлаждающего элемента. Температура внутри охлаждающего элемента может быть температурой внутри полости охлаждающего элемента. Температура внутри охлаждающего элемента может быть температурой внутри канала для потока воздуха в месте, в котором расположен охлаждающий элемент. В целом, охлаждение полости охлаждающего элемента или канала для потока воздуха может обеспечить большее вырабатывание аэрозоля по сравнению с использованием устройства, в котором такое охлаждение аэрозоля не предусмотрено, независимо от того, применяется ли также ускоряющий элемент или камера расширения. Если используется ускоряющий элемент, охлаждение полости охлаждающего элемента или канала для потока воздуха может обеспечить то, чтобы диаметр поперечного сечения ускоряющего элемента, который может быть соплом, был достаточной величины, чтобы получать необходимое RTD, при этом достигая большего вырабатывания аэрозоля по сравнению с использованием устройства, в котором такое охлаждение аэрозоля не предусмотрено. В целом, больший диаметр обеспечивает более низкое RTD. Одно или более кальянных устройств, описанных в этом документе, могут вырабатывать значительно больше видимого аэрозоля, доставлять значительно больше TAM или вырабатывать значительно больше видимого аэрозоля и доставлять значительно больше TAM, чем подобные устройства, которые характеризуются подобным RTD, но не содержат охлаждающий элемент. Кроме того, вместо простого вентилирования воздуха, используемого при охлаждении аэрозоля, такой воздух может быть использован для других целей. Например, такой воздух может служить предварительно нагретым воздухом, который представляет собой воздух, нагретый перед поступлением в элемент, генерирующий аэрозоль. Это может обеспечить более равномерное нагревание субстрата, экономию энергии во время использования и менее сложное изготовление. Кроме того, у пользователя устройства могут быть впечатления, более похожие на впечатления, связанные с традиционным кальянным устройством (в котором субстрат, образующий аэрозоль, нагревается за счет сжигания, или сгорания, куска древесного угля), особенно в отношении вырабатывания аэрозоля и RTD, но без сгорания древесного угля и, следовательно, без побочных продуктов его сгорания. Кроме того, если кальянное устройство выполнено с возможностью достаточного нагревания субстрата, образующего аэрозоль, для выработки аэрозоля без сжигания субстрата, образующего аэрозоль, то также можно избежать возникновения побочных продуктов сгорания субстрата, образующего аэрозоль. Специалисту в данной области техники после ознакомления с настоящим изобретением будут очевидны его другие преимущества и полезные эффекты.
Все научные и технические термины, используемые в этом документе, имеют значения, обычно используемые в данной области техники, если не указано иное. Приведенные в этом документе определения предназначены для облегчения понимания определенных терминов, часто используемых в этом документе.
Термин «субстрат, образующий аэрозоль» относится к устройству или субстрату, которые при нагревании выделяют летучие соединения, способные образовывать аэрозоль, вдыхаемый пользователем. Подходящие субстраты, образующие аэрозоль, могут содержать материал на основе растений. Например, субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табак или табакосодержащий материал, содержащий летучие ароматные соединения табака, которые высвобождаются из субстрата, образующего аэрозоль, при нагревании. Дополнительно или в качестве альтернативы субстрат, образующий аэрозоль, может содержать материал, не содержащий табака. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный материал на основе растений. 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.
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 основой для воздуха, содержащего аэрозоль, например, после его охлаждения или после его ускорения.
В контексте этого документа термин «охлаждение» относится к уменьшению внутренней энергии в системе, которое может быть достигнуто за счет теплопередачи, а также за счет работы, выполняемой системой.
После объяснения выше некоторых часто употребляемых терминов кальянное устройство согласно настоящему изобретению будет описано в этом документе более подробно. В целом, кальянное устройство содержит охлаждающий элемент, расположенный вдоль канала для потока воздуха. Охлаждающий элемент может способствовать обеспечению улучшенных характеристик аэрозоля, таких как большая TAM, независимо от того, используется ли ускоряющий элемент или камера расширения. В частности, охлаждающий элемент может уменьшать температуру несущего аэрозоль воздуха, чтобы значительно улучшался процесс нуклеации. В некоторых вариантах осуществления температура, измеренная внутри полости сопла, может быть уменьшена до приблизительно 10 °C при применении охлаждающего элемента по сравнению, например, с 40 °C, когда не применяется охлаждение.
Во время использования канал для потока воздуха может находиться в сообщении по текучей среде с выпускным элементом свободного пространства посредством некоторой жидкости. Канал для потока воздуха может начинаться вблизи субстрата, образующего аэрозоль, или смежно с ним. Канал для потока воздуха может заканчиваться во внутренней части сосуда. В частности, конец канала для потока воздуха может простираться в объем жидкости во внутренней части сосуда во время использования кальянного устройства. Тем не менее канал для потока воздуха не обязательно должен заканчиваться во внутренней части сосуда.
Охлаждающий элемент может быть использован в сочетании с ускоряющим воздух элементом. Ускоряющий воздух элемент может быть образован как единое целое с по меньшей мере одним из охлаждающего элемента или камеры. Камера может быть камерой замедления для аэрозоля. В некоторых вариантах осуществления охлаждающий элемент выполнен с возможностью охлаждения аэрозоля до или во время ускорения ускоряющим элементом.
Кальянное устройство может содержать элемент, генерирующий аэрозоль. Элемент, генерирующий аэрозоль, может быть использован с субстратом, образующим аэрозоль, для выработки аэрозоля. В частности, элемент, генерирующий аэрозоль, может 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 нагревательный элемент. Нагревательный элемент может содержать электрический нагреватель.
Кальянное устройство может содержать сосуд. Сосуд может определять внутреннюю часть. Сосуд может быть выполнен с возможностью содержания жидкости. В частности, внутренняя часть сосуда может содержать объем жидкости.
Воздух может течь через элемент, генерирующий аэрозоль, для втягивания аэрозоля от элемента, генерирующего аэрозоль, по каналу для потока воздуха. Поток воздуха может образовываться, когда пользователь осуществляет всасывание воздуха или затяжку. В результате этого аэрозоль может быть втянут через жидкость, содержащуюся во внутренней части сосуда. Аэрозоль, который может изменяться при его втягивании через жидкость, может выходить из кальянного устройства через выпускной элемент свободного пространства сосуда. Пользователь может осуществлять всасывание через мундштук, находящийся в сообщении по текучей среде с выпускным элементом свободного пространства.
Элемент, генерирующий аэрозоль, находится в сообщении по текучей среде с внутренней частью сосуда. В частности, канал для потока воздуха может по меньшей мере частично определять сообщение по текучей среде от элемента, генерирующего аэрозоль, до внутренней части сосуда. Вдоль канала для потока воздуха могут быть расположены различные компоненты, которые могут улучшать характеристики аэрозоля, который течет через выпускной элемент свободного пространства к пользователю.
Выражение «ниже по потоку» относится к направлению вдоль канала для потока воздуха к внутренней части сосуда от элемента, генерирующего аэрозоль. Выражение «выше по потоку» относится к направлению, противоположному направлению ниже по потоку или направлению вдоль канала для потока воздуха к элементу, генерирующему аэрозоль, от внутренней части сосуда.
Кальянное устройство содержит охлаждающий элемент. Охлаждающий элемент может быть расположен вдоль канала для потока воздуха. Охлаждающий элемент может образовывать как единое целое часть канала для потока воздуха. Охлаждающий элемент выполнен с возможностью охлаждения аэрозоля в канале для потока воздуха, особенно воздуха, который течет через охлаждающий элемент. 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. Охлаждающий элемент может быть по меньшей мере частично или полностью расположен выше по потоку относительно камеры.
Кальянное устройство может содержать ускоряющий элемент. Ускоряющий элемент может быть расположен вдоль канала для потока воздуха. Ускоряющий элемент может образовывать как единое целое часть канала для потока воздуха. Ускоряющий элемент может быть выполнен с возможностью ускорения аэрозоля в канале для потока воздуха, особенно воздуха, который течет через ускоряющий элемент. Ускоряющий элемент может быть расположен ниже по потоку относительно элемента, генерирующего аэрозоль, вдоль канала для потока воздуха. Ускоряющий элемент может быть расположен между элементом, генерирующим аэрозоль, и сосудом. Ускоряющий элемент также может быть расположен ниже по потоку относительно охлаждающего элемента. Ускоряющий элемент может быть расположен между охлаждающим элементом и сосудом. Ускоряющий элемент может вмещать охлажденный аэрозоль.
Ускоряющий элемент может быть любой подходящей формы, обеспечивающей ускорение аэрозоля, например, формы сопла. Сопло может быть коническим, что способствует ускорению аэрозоля, или несущего аэрозоль воздуха, за счет отверстия небольшого диаметра. Ускоряющий элемент может быть образован из любого подходящего материала, который можно формовать для обеспечения ускорения, например, из эпоксидного полимера или алюминия. Эпоксидный полимер может быть высокотемпературным эпоксидным полимером.
Охлаждающий элемент и ускоряющий элемент могут быть единой или нераздельной деталью. Тем не менее охлаждающий элемент и ускоряющий элемент также могут быть отдельными деталями. Охлаждающий элемент может быть функционально связан с ускоряющим элементом, чтобы воздух в канале для потока воздуха мог течь через оба элемента. Охлаждающий элемент и ускоряющий элемент вместе могут образовывать трубку. Трубка может быть описана как сопло.
Вдоль канала для потока воздуха может быть расположена камера. Камера может быть выполнена с возможностью замедления воздуха. Аэрозоль может быть образован в результате замедления несущего аэрозоль воздуха. Камера может быть расположена ниже по потоку относительно элемента, генерирующего аэрозоль. В частности, камера может быть расположена между элементом, генерирующим аэрозоль, и сосудом или более конкретно между ускоряющим элементом и сосудом.
Камера может быть расположена ниже по потоку относительно охлаждающего элемента. Камера также может быть расположена ниже по потоку относительно ускоряющего элемента. Ускоряющий элемент может быть по меньшей мере частично или полностью расположен в камере. В некоторых вариантах осуществления ускоряющий элемент образует впускной элемент камеры. Ускоряющий элемент может быть образован как единое целое с камерой. Охлаждающий элемент может быть по меньшей мере частично или полностью расположен выше по потоку относительно камеры. В некоторых вариантах осуществления охлаждающий элемент может быть образован как единое целое с ускоряющим элементом с образованием сопла, которое может простираться по меньшей мере частично в камеру.
Один или более компонентов кальянного устройства, образующих канал для потока воздуха, могут характеризоваться сопротивлением затяжке (RTD). RTD может быть связано с тем, насколько легко пользователь может втягивать аэрозоль по каналу для потока воздуха кальянного устройства. RTD ускоряющего элемента может по меньшей мере частично способствовать RTD канала для потока воздуха. Ускоряющий элемент по сравнению, например, с камерой и охлаждающим элементом может определять более ограничительный диаметр поперечного сечения в канале для потока воздуха. Ускоряющий элемент может определять RTD канала для потока воздуха. В частности, RTD может быть меньше или равно приблизительно 45 миллиметрам водяного столба (мм вод. ст.), предпочтительно равно приблизительно 38 миллиметрам водяного столба или меньше.
В целом, работа охлаждающего элемента может быть основана на его нагревании аэрозолем за счет конвекции и передаче тепла в сторону от воздуха. В охлаждающем элементе могут применяться различные пассивные или активные средства для обеспечения охлаждения аэрозоля.
В контексте этого документа термин «пассивное охлаждение» относится к охлаждению без дополнительного потребления энергии или источника питания. Термин «активное охлаждение» относится к охлаждению, при котором используется дополнительное потребление энергии или источник питания. Охлаждающий элемент для обеспечения активного охлаждения может быть функционально связан с источником питания, таким как блок питания или батарея. На эффективность охлаждения, особенно пассивного охлаждения, могут влиять определенные факторы, такие как температура окружающего воздуха, температурный градиент, теплопередача, влажность и вентиляция.
Охлаждающий элемент содержит один или более элементов активного охлаждения и может дополнительно содержать один или более элементов пассивного охлаждения.
Компоненты охлаждающего элемента могут содержать по меньшей мере одно из: трубки, содержащей теплопроводный материал, теплоотвода, теплового насоса, вентилятора, охлаждающего резервуара, имеющего внутреннее пространство для жидкости, расположенной снаружи канала для потока воздуха, ватерблока и жидкостного насоса. Пассивные компоненты могут содержать по меньшей мере одно из трубки, теплоотвода, охлаждающего резервуара и ватерблока. Активные компоненты могут содержать тепловой насос, вентилятор и жидкостный насос. Каждый компонент может быть термически связан с аэрозолем, который течет через охлаждающий элемент. Для дополнительного улучшения охлаждения можно использовать совместно больше одного из этих компонентов.
-6
2
-5
2
-5
2
-4
2
Трубка охлаждающего элемента может содержать материал, который может способствовать пассивному охлаждению аэрозоля, который течет через полость трубки. Трубка может содержать теплопроводный материал, который может быть использован, чтобы отводить тепло от аэрозоля. Трубка может быть нагрета аэрозолем. Температуропроводность материала может быть больше или равна приблизительно 10 м/с, 10 м/с, приблизительно 5×10 м/с или даже приблизительно 10 м/с.
-5
2
К неисчерпывающим примерам теплопроводного материала относятся алюминий, у которого температуропроводность составляет 9,7×10 м/с, и медь.
В некоторых вариантах осуществления часть трубки образует ускоряющий элемент. Например, трубка может быть соплом, содержащим охлаждающий элемент и ускоряющий элемент.
Воздух снаружи канала для потока воздуха, который течет мимо трубки, может отводить тепло от трубки. Этот поток охлаждающего воздуха может обеспечиваться конструкцией кальянного устройства. Кальянное устройство может содержать канал для потока охлаждающего воздуха, простирающийся от источника окружающего воздуха (например, внешней среды) к охлаждающему элементу. В одном примере охлаждающий элемент может нагревать воздух, который поднимается вверх и вызывает поток окружающего воздуха, проходящий по каналу для потока охлаждающего воздуха и мимо охлаждающего элемента. Надлежащая конструкция вентиляции кальянного устройства может способствовать возникновению этого потока воздуха и может предусматривать пассивный вентилятор. В другом варианте осуществления возникновению потока охлаждающего воздуха может способствовать осуществление пользователем затяжки. Канал для потока охлаждающего воздуха может быть спроектирован простирающимся в мундштук. Осуществление пользователем затяжки может способствовать течению окружающего воздуха по каналу для потока охлаждающего воздуха и мимо охлаждающего элемента. Таким же осуществлением пользователем затяжки для генерирования потока охлаждающего воздуха также может втягиваться аэрозоль по каналу для потока воздуха, и наоборот.
Воздух, нагретый охлаждающим элементом, может быть использован для обеспечения предварительно нагретым воздухом элемента, генерирующего аэрозоль, что может способствовать улучшенной работе элемента, генерирующего аэрозоль. Например, окружающий воздух может находиться в сообщении по текучей среде с охлаждающим элементом посредством канала для потока охлаждающего воздуха. Охлаждающий элемент может нагревать окружающий воздух при охлаждении аэрозоля. Нагретый воздух может находиться в сообщении по текучей среде с элементом, генерирующим аэрозоль. В частности, нагретый воздух может быть втянут через элемент, генерирующий аэрозоль, чтобы вырабатывалось больше аэрозоля, который может затем быть втянут в канал для потока воздуха.
Обычно, нагреватели увеличивают температуру субстрата снаружи внутрь, что может требовать продолжительного времени и может создавать в субстрате термоградиент. За счет прохождения массы горячего воздуха вдоль субстрата температура субстрата может увеличиваться быстрее, что может выравнивать термоградиент.
Применение теплопроводного материала может не ограничиваться охлаждающим элементом. Например, из теплопроводного материала может быть образован ускоряющий элемент. В некоторых вариантах осуществления как трубка, так и ускоряющий элемент образованы из теплопроводного материала. Например, трубка и ускоряющий элемент могут быть вместе образованы как единое целое.
В некоторых вариантах осуществления трубка охлаждающего элемента может быть образована из материала, который не является теплопроводным или обладает низкой теплопроводностью. Например, трубка может быть образована из эпоксидного полимера. Для обеспечения эффекта охлаждения могут быть использованы другие компоненты охлаждающего элемента.
2
Могут быть использованы различные типы теплоотводов. Теплоотвод может быть образован из теплопроводного материала. Теплоотвод может быть пластинчатым теплоотводом. Например, пластинчатый теплоотвод может содержать несколько пластин. Одна или более пластин могут иметь площадь поверхности по меньшей мере 225 мм. Пластины могут быть относительно тонкими. Одна или более из пластин могут иметь толщину не более 0,5 мм. Поток охлаждающего воздуха снаружи канала для потока воздуха может отводить тепло от теплоотвода. Теплоотвод может быть тепловой трубой. Тепловая труба может содержать рабочую текучую среду, которая может подвергаться выпариванию, а затем конденсации.
Теплоотвод может быть использован в сочетании с трубкой. В частности, теплоотвод может быть термически связан с аэрозолем через трубку. Теплоотвод может быть расположен снаружи трубки. Например, теплоотвод может по меньшей мере частично или полностью окружать часть трубки. Теплоотвод может отводить тепло от трубки.
Может быть использован любой подходящий тепловой насос. В одном примере тепловой насос может содержать термоэлектрический элемент, в котором может использоваться электрическая энергия для осуществления охлаждения. Термоэлектрический элемент может особенно подходить для использования с источником электропитания. В некоторых вариантах осуществления термоэлектрический элемент представляет собой элемент Пельтье. Тепловой насос может иметь нагреваемую сторону и охлаждаемую сторону и быть выполнен с возможностью передачи тепла от охлаждаемой стороны к нагреваемой стороне в направлении от аэрозоля. Поток охлаждающего воздуха снаружи канала для потока воздуха может отводить тепло от нагреваемой стороны теплового насоса.
Тепловой насос может быть использован в сочетании с по меньшей мере одной трубкой и теплоотводом. Например, тепловой насос может быть связан с трубкой, теплоотводом или с обоими. В частности, охлаждаемая сторона теплового насоса может быть расположена смежно с теплоотводом для охлаждения окружающего воздуха. Охлажденный воздух может затем протекать мимо теплоотвода, например, через пластины для обеспечения эффективного охлаждения.
Может быть использован любой подходящий вентилятор. Вентилятор может способствовать перемещению потока охлаждающего воздуха снаружи канала для потока воздуха. Вентилятор может получать питание от источника электропитания. Вентилятор может быть использован для создания потока охлаждающего воздуха в дополнение к или в качестве альтернативы осуществлению пользователем затяжки.
Вентилятор может быть использован в сочетании с по меньшей мере одним из трубки, теплоотвода и теплового насоса. В одном примере вентилятор может направлять поток охлаждающего воздуха мимо теплоотвода, например, посредством нескольких пластин, связанных с трубкой. В другом примере вентилятор можно активировать по желанию. Кальянное устройство может содержать датчик температуры и контроллер. Датчик температуры может быть термически связан с нагреваемой стороной теплового насоса. Вентилятор может быть активирован в ответ на то, что измеренная температура превышает пороговую температуру. Активация вентилятора по желанию может обеспечить лучшую температуру. Например, активация по желанию может способствовать оптимизации охлаждения только при необходимости (например, для экономии питания) или может способствовать предотвращению перегревания элемента, генерирующего аэрозоль (например, для предотвращения сжигания субстрата, образующего аэрозоль).
Могут быть использованы различные типы охлаждающих резервуаров. Внутреннее пространство охлаждающего резервуара может быть предназначено для содержания жидкости. Жидкость может быть расположена смежно с каналом для потока воздуха. В частности, жидкость в охлаждающем резервуаре может не быть расположена на пути аэрозоля от элемента, генерирующего аэрозоль, в выпускной элемент свободного пространства. Внутреннее пространство охлаждающего резервуара может не находиться в сообщении по текучей среде с внутренней частью сосуда. Тем не менее, в одном или более вариантах осуществления внутреннее пространство может находиться в сообщении по текучей среде с внутренней частью сосуда.
Внутреннее пространство охлаждающего резервуара может быть больше или равно приблизительно 250 мл. К неисчерпывающим примерам жидкости, используемой в охлаждающем резервуаре, относится вода и этиленгликоль.
Пользователь может вручную поместить жидкость во внутреннее пространство. Внутреннее пространство также можно заполнять другими способами, например, посредством жидкостного насоса или за счет капиллярного эффекта, с использованием жидкости из другого источника, такого как сосуд. Применение таких способов может упростить работу кальянного устройства. Пользователю может потребоваться наполнить только сосуд, который будет также обеспечивать жидкостью охлаждающий резервуар. Капиллярный эффект может обеспечить наполнение без дополнительного потребления энергии.
В целом, охлаждающий резервуар может аэрозоль, когда аэрозоль нагревает жидкость. Охлаждающий резервуар может затем передавать тепло от жидкости различными способами.
Один тип охлаждающего резервуара может содержать один или более патрубков, чтобы жидкость могла течь во внутреннее пространство или из него. Холодная жидкость может направляться во внутреннее пространство из внешнего источника. Нагретая жидкость может направляться из внутреннего пространства.
Другой тип охлаждающего резервуара может содержать теплопроводную стенку вокруг внутреннего пространства. Теплопроводная стенка может быть образована из теплопроводного материала. Поток охлаждающего воздуха снаружи канала для потока воздуха может отводить тепло от теплопроводной стенки.
Еще один тип охлаждающего резервуара может быть по меньшей мере частично пористым. Охлаждающий резервуар может содержать пористую стенку, которая позволяет жидкости превращаться в пар с прохождением сквозь стенку. К неисчерпывающим примерам пористого материала относятся пористая глина и вспененный кремнезем.
Еще один тип охлаждающего резервуара может быть описан как охлаждающий резервуар типа «горшок в горшке», который также позволяет жидкости превращаться в пар. Охлаждающий резервуар типа «горшок в горшке» может содержать внутреннюю стенку и внешнюю стенку. Внешняя стенка может определять внутреннее пространство для содержания жидкости и отверстие, сквозь которое может выходить пар. Внутренняя стенка может быть пористой, образованной из пористого материала, и быть расположенной внутри внешней стенки. Пористая первая стенка может обеспечивать возможность превращения в пар с прохождением сквозь поверхность внутренней стенки жидкости, которая может выходить из охлаждающего резервуара в виде пара сквозь отверстие, определяемое внешней стенкой.
Эффективность охлаждающего резервуара типа «горшок в горшке» может зависеть от температуры и влажности внешней среды. В некоторых условиях внешней среды с высокими температурами и низкой влажностью охлаждающий резервуар типа «горшок в горшке» может охлаждать жидкость до 4,5 °C.
Охлаждающий резервуар может быть использован в сочетании с по меньшей мере одним из трубки, теплоотвода, теплового насоса и вентилятора. В одном примере жидкость может окружать часть трубки. В частности, жидкость может полностью окружать часть трубки. В некоторых вариантах осуществления сочетание по меньшей мере охлаждающего резервуара и теплового насоса может обеспечивать падение температуры до приблизительно 60 °C по сравнению с устройством без охлаждающего элемента. Охлаждаемая сторона теплового насоса может быть связана, или контактировать, с охлаждающим резервуаром. Теплоотвод может быть по меньшей мере частично расположен во внутреннем пространстве охлаждающего резервуара в сообщении по текучей среде с жидкостью в охлаждающем резервуаре. Теплоотвод может быть связан, или контактировать, с охлаждаемой стороной теплового насоса.
Может быть использован любой тип ватерблока, который выполнен с возможностью охлаждения жидкости, которая течет через ватерблок. Ватерблок может быть использован с любой подходящей жидкостью, такой как вода. Ватерблок может быть образован из теплопроводного материала, имеющего по меньшей мере один просвет, образованный в нем, чтобы жидкость текла сквозь него. Тепло от аэрозоля может нагревать жидкость и затем передаваться от жидкости посредством теплопроводного материала. Поток охлаждающего воздуха снаружи канала для потока воздуха может отводить тепло от ватерблока.
Ватерблок может быть использован в сочетании с по меньшей мере одним из трубки, теплоотвода, теплового насоса, вентилятора и охлаждающего резервуара. В одном примере охлаждающий резервуар может содержать один или более патрубков в сообщении по текучей среде с по меньшей мере одним просветом ватерблока. Жидкость, содержащаяся в охлаждающем резервуаре, может быть нагрета аэрозолем, например, через трубку. Нагретая жидкость может быть охлаждена в результате течения через ватерблок. Жидкость может направляться по контуру, чтобы охлажденная жидкость могла возвратиться в охлаждающий резервуар. В некоторых вариантах осуществления охлаждаемая сторона теплового насоса может быть связана, или контактировать, с ватерблоком для более эффективного охлаждения нагретой жидкости. Для способствования течению потока воздуха мимо нагреваемой стороны теплового насоса также может быть предусмотрен вентилятор.
Жидкостный насос может быть любого подходящего типа. В одном примере жидкостный насос может использовать электрическую энергию для перемещения, или циркуляции, жидкости. В другом примере жидкостный насос может использовать всасывание, осуществляемое пользователем при осуществлении затяжки, или основываться на нем. В этом случае характеристики жидкостного насоса могут быть использованы для корректировки RTD. Жидкостный насос может не обеспечивать охлаждение сам по себе. При использовании с другими компонентами жидкостный насос может рассматриваться как активное устройство, которое способствует охлаждению. Насос может быть использован в сочетании с по меньшей мере одним из трубки, теплоотвода, теплового насоса, вентилятора, охлаждающего резервуара и ватерблока. В одном примере жидкостный насос может быть использован для обеспечения течения жидкости через ватерблок и резервуар. В частности, насос может обеспечивать течение нагретой жидкости из резервуара в ватерблок для охлаждения.
В некоторых вариантах осуществления сочетание по меньшей мере жидкостного насоса и охлаждающего резервуара может обеспечивать лучшее охлаждение по сравнению с применением охлаждающего резервуара без жидкостного насоса. Жидкостный насос может уменьшать количество времени, которое жидкость находится в контакте с трубкой перед ее охлаждением. Больший перекачиваемый поток может обеспечивать большее охлаждение при одном и том же количестве жидкости. В результате внутреннее пространство может быть меньше, чем внутреннее пространство у охлаждающего резервуара без жидкостного насоса. Благодаря этому размер кальянного устройства согласно настоящему изобретению может быть более сопоставимым с размером традиционного кальянного устройства.
Кальянное устройство может содержать камеру, содержащую ускоряющий воздух впускной элемент. Камера может находиться между элементом, генерирующим аэрозоль, и сосудом на пути потока воздуха в кальянном устройстве. Аэрозоль, движущийся от элемента, генерирующего аэрозоль, или от области, близкой к элементу, генерирующему аэрозоль, в сосуд, может проходить через камеру. Камера может содержать впускной элемент, который ускоряет аэрозоль, когда тот поступает в камеру. Аэрозоль, выходящий из впускного элемента, может замедляться, что может улучшать процесс нуклеации аэрозоля и обеспечивать увеличение количества видимого аэрозоля по сравнению с устройствами, которые не содержат камеру, содержащую ускоряющий воздух впускной элемент. Количество видимого аэрозоля может быть увеличено в основной камере блока, в свободном пространстве сосуда или как в основной камере, так и в сосуде. Дополнительно или в качестве альтернативы общая масса аэрозоля, доставляемая кальянным устройством, может быть увеличена по сравнению с устройствами, которые не содержат камеру, содержащую ускоряющий воздух впускной элемент. Например, общая масса аэрозоля может увеличиваться приблизительно в 1,5 раза или более или приблизительно в 2 раза или более, например, приблизительно в 3 раза.
Ускоряющий элемент может содержать впускной элемент камеры или быть образован в виде него. Описание в этом документе впускного элемента может быть применимо к соплу, которое по меньшей мере частично образовано ускоряющим элементом. В некоторых вариантах осуществления сопло, образованное охлаждающим элементом и ускоряющим элементом, также служит впускным элементом.
Путь потока воздуха может включать канал для потока воздуха. Путь потока воздуха может простираться по меньшей мере от, например, канала для впуска воздуха до выпускного элемента свободного пространства.
Камера может содержать основную камеру в сообщении по текучей среде с впускным элементом. Основная камера имеет такие размеры и форму, чтобы обеспечивать замедление аэрозоля в основной камере, когда аэрозоль выходит из впускного элемента и поступает в основную камеру. Основная камера может иметь любые подходящие размеры и форму, которые обеспечивают замедление аэрозоля. Предпочтительно основная камера является по существу цилиндрической, но может иметь любую другую подходящую форму.
Основная камера может иметь любой подходящий диаметр. Для целей настоящего изобретения, если не указано иное, «диаметр» представляет собой максимальное поперечное расстояние от первого конца объекта до второго конца объекта, противоположного первому концу. Например, «диаметр» может быть диаметром объекта, имеющего круглое поперечное сечение, или может быть шириной объекта, имеющего прямоугольное поперечное сечение. В некоторых примерах основная камера имеет диаметр по меньшей мере приблизительно 10 мм. Например, диаметр основной камеры может составлять от приблизительно 10 мм до приблизительно 50 мм, например, приблизительно 30 мм.
Основная камера может иметь любую подходящую длину. В некоторых примерах основная камера имеет длину по меньшей мере приблизительно 10 мм. Например, длина основной камеры может составлять от приблизительно 10 мм до приблизительно 100 мм, например, приблизительно 40 мм.
Предпочтительно впускной элемент выступает в основную камеру. Например, первый конец впускного элемента может быть образован на наружной поверхности корпуса камеры, а второй конец впускного элемента может простираться внутрь основной камеры.
Может быть использован любой подходящий впускной элемент, ускоряющий воздух, переносящий аэрозоль. Подходящий впускной элемент может содержать направляющие, определяющие суженное поперечное сечение воздушного потока, что будет заставлять воздух ускоряться по существу в осевом направлении. В некоторых примерах впускной элемент содержит первое отверстие рядом с элементом, генерирующим аэрозоль, и второе отверстие рядом с основной камерой. Аэрозоль от элемента, генерирующего аэрозоль, течет во впускной элемент через первое отверстие и из второго отверстия в основную камеру. Первое отверстие имеет диаметр, больший, чем диаметр второго отверстия.
Первое отверстие может иметь любые подходящие размеры. Например, первое отверстие впускного элемента может иметь диаметр в диапазоне от приблизительно 1 мм до приблизительно 10 мм, например, от приблизительно 2 мм до приблизительно 9 мм или приблизительно 7 мм.
Второе отверстие впускного элемента может иметь любые подходящие размеры. Например, второе отверстие может иметь диаметр в диапазоне от приблизительно 0,5 мм до приблизительно 4 мм, например, от приблизительно 0,5 мм до приблизительно 2 мм или приблизительно 1 мм.
Впускной элемент может иметь любую подходящую длину. Например, длина впускного элемента от первого отверстия до второго отверстия может составлять от приблизительно 1 мм до приблизительно 30 мм, например, от приблизительно 1 мм до приблизительно 20 мм или от приблизительно 5 мм до приблизительно 30 мм, например, приблизительно 20 мм.
Предпочтительно впускной элемент имеет форму усеченного конуса. Например, впускной элемент может быть выполнен в форме сопла. Впускной элемент, имеющий форму усеченного конуса, может обеспечивать эффективное ускорение аэрозоля, когда аэрозоль втягивается через впускной элемент.
Камера может содержать любое подходящее количество ускоряющих воздух впускных элементов. Например, камера может содержать один ускоряющий воздух впускной элемент или более. В некоторых примерах камера может содержать 2, 3, 4, или 5, или более ускоряющих воздух впускных элементов.
Камера может содержать одну или более частей. Например, основная камера и один или более впускных элементов могут быть образованы из одной и той же части или из разных частей. Предпочтительно основная камера образована из материала, который позволяет пользователю видеть аэрозоль внутри камеры. Например, основная камера может быть образована из оптически прозрачного или непрозрачного материала.
Камера может быть расположена на пути потока воздуха между элементом, генерирующим аэрозоль, и сосудом, выполненным с возможностью содержания жидкости. Камеру с выпускным элементом элемента, генерирующего аэрозоль, может соединять трубка. В качестве альтернативы впускной элемент камеры может представлять собой выпускной элемент элемента, генерирующего аэрозоль.
Кальянное устройство может содержать шахту, которая простирается от камеры в сосуд. Предпочтительно шахта простирается в сосуд ниже уровня заполнения жидкостью сосуда. В некоторых примерах основная камера камеры находится в соединении по текучей среде с шахтой. В других примерах шахта, простирающаяся в сосуд, образует основную камеру камеры.
Кальянное устройство согласно настоящему изобретению может содержать любой подходящий элемент, генерирующий аэрозоль, для нагревания субстрата, образующего аэрозоль, для выработки аэрозоля. Предпочтительно субстрат, образующий аэрозоль, нагревается электрическим нагревательным элементом. Элемент, генерирующий аэрозоль, содержит приемный элемент для содержания субстрата, образующего аэрозоль, подлежащего нагреванию нагревательным элементом. Предпочтительно субстрат, образующий аэрозоль, находится в картридже при его нагревании нагревательным элементом, и, таким образом, элемент, генерирующий аэрозоль, содержит приемный элемент для картриджа, выполненный с возможностью вмещения картриджа. В качестве альтернативы в приемном элементе может быть размещен субстрат, образующий аэрозоль, который не находится в картридже.
Элемент, генерирующий аэрозоль, содержит впускное отверстие для воздуха и выпускной элемент для аэрозоля. Когда пользователь осуществляет затяжку с помощью кальянного устройства, окружающий воздух может поступать во впускное отверстие для воздуха, проходить по субстрату, образующему аэрозоль, или через него и выходить из выпускного элемента для аэрозоля с поступлением во впускной элемент камеры. В некоторых примерах выпускной элемент для аэрозоля элемента, генерирующего аэрозоль, представляет собой или образует по меньшей мере часть впускного элемента камеры.
Предпочтительно нагревательный элемент элемента, генерирующего аэрозоль, определяет по меньшей мере одну поверхность приемного элемента для удерживания субстрата, образующего аэрозоль, или картриджа. Более предпочтительно нагревательный элемент определяет по меньшей мере две поверхности приемного элемента. Например, нагревательный элемент может образовывать по меньшей мере часть двух или более из верхней поверхности, боковой поверхности и нижней поверхности. Предпочтительно нагревательный элемент определяет по меньшей мере часть верхней поверхности и по меньшей мере часть боковой поверхности. Более предпочтительно нагревательный элемент образует всю верхнюю поверхность и всю поверхность боковой стенки приемного элемента. Нагревательный элемент может быть размещен на внутренней поверхности или внешней поверхности приемного элемента.
Может быть использован любой подходящий нагревательный элемент. Например, нагревательный элемент может содержать один или оба из электрически резистивных и индукционных нагревательных компонентов. Предпочтительно нагревательный элемент содержит электрически резистивный нагревательный компонент. Например, нагревательный элемент может содержать одну или более электрически резистивных проволок или других резистивных элементов. Резистивные проволоки могут находиться в контакте с теплопроводным материалом для распределения вырабатываемого тепла по более широкой площади. Примеры подходящих теплопроводных материалов включают в себя алюминий, медь, цинк, никель, серебро и их сочетания. Для целей настоящего изобретения, если электрически резистивные проволоки находятся в контакте с теплопроводным материалом, то как электрически резистивные проволоки, так и теплопроводный материал являются частью нагревательного элемента, который образует по меньшей мере часть поверхности приемного элемента для картриджа.
В некоторых примерах нагревательный элемент содержит индукционный нагревательный элемент. Например, нагревательный элемент может содержать материал, представляющий собой токоприемник, который образует поверхность приемного элемента для картриджа.
В контексте этого документа термин «токоприемник» относится к материалу, который способен преобразовывать электромагнитную энергию в тепло. Когда токоприемник помещен в переменное электромагнитное поле, в токоприемнике обычно возбуждаются вихревые токи, и могут происходить потери на гистерезис, что приводит к нагреванию токоприемника. Поскольку токоприемник расположен в тепловом контакте или в непосредственной тепловой близости относительно субстрата, образующего аэрозоль, субстрат нагревается токоприемником таким образом, что образуется аэрозоль. Предпочтительно токоприемник размещен по меньшей мере частично в непосредственном физическом контакте с субстратом, образующим аэрозоль.
Токоприемник может быть образован из любого материала, который может быть индукционно нагрет до температуры, достаточной для генерирования аэрозоля из субстрата, образующего аэрозоль. Предпочтительно токоприемник содержит металл или уголь. Предпочтительный токоприемник может содержать ферромагнитный материал, например, ферритный чугун, ферромагнитный сплав, такой как ферромагнитная сталь или нержавеющая сталь, и феррит. Подходящий токоприемник может быть алюминием или содержать его.
Предпочтительные токоприемники представляют собой токоприемники из металла, например, из нержавеющей стали. Тем не менее материалы, представляющие собой токоприемники, 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, при этом на неметаллическом сердечнике расположен металлический слой, например, металлические дорожки, образованные на поверхности керамического сердечника.
В системе согласно настоящему изобретению по меньшей мере одна поверхность приемного элемента или картриджа, содержащего субстрат, образующий аэрозоль, для размещения в приемном элементе, может содержать материал, представляющий собой токоприемник. Предпочтительно материал, представляющий собой токоприемник, содержат по меньшей мере две поверхности приемного элемента. Например, материал, представляющий собой токоприемник, могут содержать основание и по меньшей мере одна боковая стенка приемного элемента. Предпочтительно из материала, представляющего собой токоприемник, изготовлены по меньшей мере части внешней поверхности приемного элемента для картриджа. Тем не менее также по меньшей мере части внутренней стороны приемного элемента для картриджа могут быть покрыты или облицованы материалом, представляющим собой токоприемник. Предпочтительно облицовка прикреплена или присоединена к оболочке таким образом, чтобы образовывать единую часть оболочки.
Дополнительно или в качестве альтернативы картридж может содержать материал, представляющий собой токоприемник.
Кальянное устройство также может содержать одну или более катушек индуктивности, выполненных с возможностью возбуждения вихревых токов и/или потерь на гистерезис в материале, представляющем собой токоприемник, что приводит к нагреванию материала, представляющего собой токоприемник. Материал, представляющий собой токоприемник, также может быть расположен в картридже, содержащем субстрат, образующий аэрозоль. Элемент в виде токоприемника, содержащий материал, представляющий собой токоприемник, может содержать любой подходящий материал, такой как описанные, например, в опубликованных заявках на патенты WO 2014/102092 и WO 2015/177255, поданных согласно PCT.
Кальянное устройство может содержать управляющую электронику, функционально связанную с резистивным нагревательным элементом или катушкой индуктивности. Управляющая электроника выполнена с возможностью управления нагреванием нагревательного элемента.
Управляющая электроника может быть предусмотрена в любом подходящем виде и может содержать, например, контроллер или запоминающее устройство и контроллер. Управляющая электроника может содержать запоминающее устройство, которое содержит команды, на основании которых один или более компонентов выполняют функцию или аспект управляющей электроники. Функции, свойственные управляющей электронике, в настоящем изобретении могут быть осуществлены как одно или более из программных средств, программно-аппаратных средств и аппаратных средств.
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 аппаратные средства для запоминания, обработки и передачи данных. Контроллер может содержать схему, предназначенную для связи различных компонентов контроллера друг с другом или с другими компонентами, функционально связанными с контроллером. Функции контроллера могут выполняться аппаратными средствами и/или в качестве компьютерных команд на постоянном машиночитаемом носителе данных.
Процессор контроллера может содержать любое одно или более из микропроцессора, микроконтроллера, цифрового сигнального процессора (DSP), специализированной интегральной схемы (ASIC), программируемой логической интегральной схемы (FPGA) и/или эквивалентной дискретной или интегральной логической схемы. В некоторых примерах 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/или одной или более FPGA, а также других дискретных или интегральных логических схем. Функции, отнесенные к контроллеру или процессору в этом документе, могут быть реализованы в виде программных средств, программно-аппаратных средств, аппаратных средств или любого их сочетания. Хотя в этом 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 с помощью вычислительного устройства, которое может содержать один или более процессоров и/или запоминающих устройств. Программный код и/или логика, описанные в этом документе, могут быть применены к входным данным/информации для осуществления функциональных возможностей, описанных в этом документе, и генерирования требуемых выходных данных/информации. Выходные данные/информация могут применяться в качестве входных данных в отношении одного или более других устройств и/или способов, как описано в этом документе, или они могут применяться известным способом. Из вышеизложенного со всей очевидностью следует, что функциональные возможности контроллера, описанные в этом документе, могут быть реализованы любым способом, известным специалистам 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. Питание может подаваться на нагревательный элемент или катушку индуктивности в виде импульсов электрического тока.
Если нагревательный элемент является резистивным нагревательным элементом, управляющая электроника может быть выполнена с возможностью отслеживания электрического сопротивления нагревательного элемента и с возможностью управления подачей питания на нагревательный элемент в зависимости от электрического сопротивления нагревательного элемента. Таким образом, управляющая электроника может регулировать температуру резистивного элемента.
Если нагревательные компоненты содержат катушку индуктивности, а нагревательный элемент содержит материал, представляющий собой токоприемник, то управляющая электроника может быть выполнена с возможностью отслеживания аспекта катушки индуктивности и с возможностью управления подачей питания на катушку индуктивности в зависимости от аспектов катушки, как, например, описано в WO 2015/177255. Таким образом, управляющая электроника может регулировать температуру материала, представляющего собой токоприемник.
Кальянное устройство может содержать датчик температуры, такой как термопара. Датчик температуры может быть функционально связан с управляющей электроникой для управления температурой нагревательных элементов. Датчик температуры может быть расположен в любом подходящем месте. Например, датчик температуры может быть выполнен с возможностью вставки в субстрат, образующий аэрозоль, или картридж, который вмещается внутри приемного элемента, для отслеживания температуры нагреваемого субстрата, образующего аэрозоль. Дополнительно или в качестве альтернативы датчик температуры может находиться в контакте с нагревательным элементом. Дополнительно или в качестве альтернативы датчик температуры может быть расположен так, чтобы определять температуру в области выпускного элемента для аэрозоля кальянного устройства, 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 в управляющую электронику, которая может корректировать нагревание нагревательных элементов для достижения подходящей температуры на датчике.
Может быть использована любая подходящая термопара, такая как термопара типа K. Термопара может быть размещена в картридже там, где температура самая низкая. Например, термопара может быть размещена в центре, или середине, картриджа. В некоторых кальянных устройствах термопара может быть размещена под субстратом, образующим аэрозоль, (таким как меласса), например, путем размещения термопары между приемным элементом для субстрата и нагревательным элементом (таким как древесный уголь) с последующим размещением субстрата сверху.
Независимо от того, содержит ли кальянное устройство датчик температуры или нет, устройство предпочтительно выполнено с возможностью такого нагревания помещенного в приемном элементе субстрата, образующего аэрозоль, которого будет достаточно для генерирования аэрозоля без сгорания субстрата, образующего аэрозоль.
Управляющая электроника может быть функционально связана с блоком питания. Кальянное устройство может содержать любой подходящий блок питания. Например, блок питания кальянного устройства может быть батареей или набором батарей (таким как комплект батарей). В некоторых примерах один или более одного компонента батареи, например, катодные и анодные элементы, или даже вся батарея могут быть выполнены соответствующими геометрическим характеристикам части кальянного устройства, в которой они расположены. В некоторых случаях такое соответствие батареи или компонента батареи геометрическим характеристикам может быть обеспечено калибровкой или сборкой. Батареи блока источника питания могут быть перезаряжаемыми, а также они 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 блок источника питания может быть любым типом электрического блока питания, содержащего супер- или гиперконденсатор. В качестве альтернативы устройство может получать питание, будучи соединенным с внешним источником электропитания, и для этого содержать соответствующие электрические и электронные средства. Независимо от типа используемого блока питания блок питания предпочтительно обеспечивает достаточное количество энергии для нормального функционирования устройства в течение приблизительно 70 минут непрерывной работы устройства перед перезарядкой или необходимостью подключения к внешнему источнику электропитания.
Кальянное устройство содержит канал для впуска воздуха в сообщении по текучей среде с приемным элементом для содержания субстрата, образующего аэрозоль. Окружающий воздух течет по каналу для впуска воздуха в приемный элемент и субстрат, расположенный в приемном элементе, с перемещением аэрозоля, генерируемого из субстрата, образующего аэрозоль, в выпускной элемент для аэрозоля во время использования кальянного устройства. Предпочтительно по меньшей мере часть канала для впуска воздуха образована нагревательным элементом для предварительного нагревания воздуха перед его поступлением в приемный элемент. Предпочтительно часть нагревательного элемента, которая образует поверхность приемного элемента, образует часть канала для впуска воздуха. Предпочтительно канал для впуска воздуха образован одним или обоими из верхней поверхности приемного элемента и боковой стенки приемного элемента, образованной нагревательным элементом. Предпочтительно канал для впуска воздуха образован как верхней поверхностью приемного элемента, так и боковой стенкой приемного элемента, образованной нагревательным элементом.
Предпочтительно нагревательный элемент может содержать часть охлаждающего элемента, выполненную с возможностью предварительного нагревания воздуха, или быть ею образованным.
Нагревательным элементом может быть образована любая подходящая часть канала для впуска воздуха. Предпочтительно нагревательный элемент образует приблизительно 50% или более длины канала для впуска воздуха. Во многих примерах нагревательный элемент будет образовывать 95% или менее длины канала для впуска воздуха.
Воздух, который течет по каналу для впуска воздуха, может нагреваться нагревательным элементом на любую подходящую величину. В некоторых примерах воздух будет достаточно нагреваться, чтобы образовывался аэрозоль, когда нагретый воздух будет течь через субстрат, образующий аэрозоль, или картридж, содержащий субстрат, образующий аэрозоль. В некоторых примерах воздух не нагревается достаточно, чтобы аэрозоль образовался самостоятельно, но способствует нагреванию субстрата нагревательным элементом. Предпочтительно, когда воздух предварительно нагревается в соответствии с настоящим изобретением, количество энергии, подаваемое на нагревательный элемент для нагревания субстрата и обеспечения образования аэрозоля, уменьшается на 5% или более, например, на 10% или более либо на 15% или более, по сравнению с конструкциями, в которых воздух предварительно не нагревается. Как правило, экономия энергии составляет менее 75%.
За счет сочетания предварительно нагретого воздуха и нагревания нагревательными элементами субстрат предпочтительно нагревается до температуры в диапазоне от приблизительно 150 °C до приблизительно 250 °C; более предпочтительно от приблизительно 180 °C до приблизительно 230 °C или от приблизительно 200 °C до приблизительно 230 °C.
Предпочтительно между нагревательным элементом и теплозащитным экраном образована по меньшей мере часть пути потока воздуха. Предпочтительно по существу вся часть канала для впуска воздуха, которая образована каналом для впуска воздуха, также образована теплозащитным экраном. Теплозащитный экран и нагревательный элемент могут образовывать противоположные поверхности канала для впуска воздуха, так что воздух течет между теплозащитным экраном и нагревательным элементом. Предпочтительно теплозащитный экран расположен снаружи внутренней части, образованной приемным элементом.
Может быть использован любой подходящий материал теплозащитного экрана. Предпочтительно материал теплозащитного экрана имеет поверхность, которая является теплоотражающей. Теплоотражающая поверхность может быть снабжена изоляционным материалом. В некоторых примерах теплоотражающий материал содержит покрытую алюминием пленку или другой подходящий теплоотражающий материал. В некоторых примерах изоляционный материал содержит керамический материал. В некоторых примерах теплозащитный экран содержит покрытую алюминием пленку и подложку из керамического материала.
Канал для впуска воздуха может содержать одно или более отверстий, проходящих сквозь приемный элемент, так что окружающий воздух снаружи кальянного устройства может течь по каналу для впуска воздуха и в приемный элемент сквозь отверстия. Если канал для впуска воздуха содержит более одного отверстия, канал для впуска воздуха может содержать коллектор для направления воздуха, который течет по каналу для впуска воздуха, в каждое отверстие. Предпочтительно кальянное устройство содержит два или более каналов для впуска воздуха.
Приемный элемент может содержать любое подходящее количество отверстий, находящихся в сообщении с одним или более каналами для впуска воздуха. Например, приемный элемент может содержать от 1 до 1000 отверстий, например, от 10 до 500 отверстий. Отверстия могут быть выполнены одинакового размера или разного размера. Отверстия могут быть равномерно распределены или неравномерно распределены. Отверстия могут быть образованы в приемном элементе для картриджа в любом подходящем месте. Например, отверстия могут быть образованы в одной или обеих из верхней части или боковой стенки приемного элемента. Предпочтительно отверстия образованы в верхней части приемного элемента.
Размеры и форма приемного элемента предпочтительно являются такими, которые обеспечивают возможность контакта одной или более стенок или верхней части приемного элемента с субстратом, образующим аэрозоль, или с картриджем, содержащим субстрат, образующий аэрозоль, когда субстрат или картридж помещены внутрь приемного элемента, что способствует кондуктивному нагреванию субстрата, образующего аэрозоль, нагревательным элементом, образующим поверхность приемного элемента. В некоторых примерах между по меньшей мере частью картриджа, содержащего субстрата, образующий аэрозоль, и поверхностью приемного элемента может быть образован зазор для воздуха, при этом зазоры для воздуха служат частью канала для впуска воздуха.
Предпочтительно внутренняя часть приемного элемента и внешняя часть картриджа, содержащего субстрат, образующий аэрозоль, выполнены подобных размеров и габаритов. Предпочтительно у внутренней части приемного элемента и внешней части картриджа отношение высоты к ширине (или диаметру) нижней части 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 от нагревательных элементов в середину картриджа. Например, приемный элемент и картридж могут иметь диаметр (или ширину) нижней части от приблизительно 1,5 до приблизительно 5 раз больше высоты, или приблизительно от 1,5 до приблизительно 4 раз больше высоты, или приблизительно от 1,5 до приблизительно 3 раз больше высоты. Аналогично приемный элемент и картридж могут иметь высоту от приблизительно 1,5 до приблизительно 5 раз больше диаметра (или ширины) нижней части, или от приблизительно 1,5 до приблизительно 4 раз больше диаметра (или ширины) нижней части, или от приблизительно 1,5 до приблизительно 3 раз больше диаметра (или ширины) нижней части. Предпочтительно отношение высоты к диаметру нижней части или отношение диаметра нижней части к высоте приемного элемента и картриджа составляет от приблизительно 1,5 к 1 до приблизительно 2,5 к 1.
В некоторых примерах внутренняя часть приемного элемента и внешняя часть картриджа имеют высоту в диапазоне от приблизительно 15 мм до приблизительно 25 мм и диаметр нижней части в диапазоне от приблизительно 40 мм до приблизительно 60 мм.
Приемный элемент может быть образован из одной или более частей. Предпочтительно приемный элемент образован из двух или более частей. Предпочтительно по меньшей мере одна часть приемного элемента выполнена с возможностью движения относительно другой части, чтобы обеспечивался доступ к внутренней части приемного элемента для вставки картриджа в приемный элемент. Например, одна часть может быть прикрепляемой с возможностью отсоединения к другой части, что делает возможной вставку субстрата, образующего аэрозоль, или картриджа, содержащего субстрат, образующий аэрозоль, когда части разъединены. Части могут быть прикрепляемыми любым подходящим способом, например, с помощью резьбового зацепления, фрикционной посадки, соединения защелкиванием или т. п. В некоторых примерах части прикреплены друг к другу посредством шарнира. Когда части скреплены посредством шарнира, части могут также содержать блокирующий механизм для закрепления частей относительно друг друга, когда приемный элемент находится в закрытом положении. В некоторых примерах приемный элемент содержит выдвижную секцию, которая может быть выдвинута для обеспечения размещения субстрата или картриджа, генерирующего аэрозоль, в выдвижной секции и может быть задвинута для обеспечения использования кальянного устройства.
С кальянным устройством, описанным в этом документе, может быть использован любой подходящий картридж, образующий аэрозоль. Предпочтительно картридж содержит теплопроводный корпус. Например, корпус может быть образован из алюминия, меди, цинка, никеля, серебра и их сочетаний. Предпочтительно корпус образован из алюминия. В некоторых примерах картридж образован из одного или более материалов, которые являются менее теплопроводными, чем алюминий. Например, корпус может быть образован из любого подходящего термостабильного полимерного материала. Если материал является достаточно тонким, то через корпус может быть передано достаточное количество тепла, несмотря на то что корпус образован из материала, который не является особенно теплопроводным.
Картридж может содержать одно или более отверстий, образованных в верхней части и нижней части корпуса, чтобы при использовании воздух мог течь через картридж. Если верхняя часть приемного элемента содержит одно или более отверстий, по меньшей мере некоторые из отверстий в верхней части картриджа могут быть выровнены с отверстиями в верхней части приемного элемента. Картридж может содержать средство выравнивания, выполненное с возможностью состыковки с соответствующим ему средством выравнивания приемного элемента для выравнивания отверстий картриджа с отверстиями приемного элемента, когда картридж вставлен в приемный элемент. 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 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 приемный элемент. В некоторых примерах приемный элемент выполнен с возможностью прокалывания картриджа для образования в картридже отверстий. Предпочтительно приемный элемент выполнен с возможностью прокалывания верхней части картриджа.
Картридж может иметь любую подходящую форму. Предпочтительно картридж имеет форму усеченного конуса или цилиндра.
Любой подходящий субстрат, образующий аэрозоль, может быть размещен в картридже, подходящем для использования с кальянными устройствами согласно настоящему изобретению, или может быть размещен в приемном элементе блока, генерирующего аэрозоль. Субстрат, образующий аэрозоль, представляет собой предпочтительно субстрат, способный высвобождать летучие соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Летучие соединения могут быть высвобождены путем нагревания 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 на основе растений. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табак, и предпочтительно табакосодержащий материал содержит летучие ароматные соединения табака, которые высвобождаются из субстрата, образующего аэрозоль, при нагревании.
Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный табачный материал. Гомогенизированный табачный материал может быть образован путем агломерирования табака в виде частиц. 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 от более чем 30% по весу в пересчете на сухой вес. Содержание вещества для образования аэрозоля может составлять меньше чем приблизительно 95% в пересчете на сухой вес.
Субстрат, образующий аэрозоль, в качестве альтернативы или дополнительно может содержать материал, не содержащий табака. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный материал на основе растений.
Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать, например, одно или более из следующего: порошок, гранулы, пеллеты, крупицы, тонкие трубочки, полоски или листы, содержащие одно или более из следующего: травяной лист, табачный лист, фрагменты табачных жилок, восстановленный табак, гомогенизированный табак, экструдированный табак и 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 из уровня техники и включают, но без ограничения: многоатомные спирты, такие как триэтиленгликоль, 1,3-бутандиол и глицерин; сложные эфиры многоатомных спиртов, такие как глицерол моно-, ди- или триацетат; 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 первой основной поверхности, на второй основной внешней поверхности или как на первой, так и на второй основных поверхностях. Носитель может быть образован, например, из бумаги или бумагоподобного материала, нетканого мата из углеродных волокон, легкой металлической сетки с открытыми ячейками, или перфорированной металлической фольги, или любой другой термостабильной полимерной матрицы. В качестве альтернативы носитель может иметь форму порошка, гранул, пеллет, 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 примерах субстрат, образующий аэрозоль, образован в виде суспензии. Например, субстрат, образующий аэрозоль, может быть образован в виде густой суспензии, напоминающей мелассу.
Воздух, который поступает в картридж, течет по субстрату, образующему аэрозоль, захватывает аэрозоль и выходит из картриджа и приемного элемента через выпускной элемент для аэрозоля. От выпускного элемента для аэрозоля воздух, переносящий аэрозоль, поступает в сосуд.
Кальянное устройство может содержать любой подходящий сосуд, определяющий внутреннее пространство, предназначенное для содержания жидкости, и определяющий выпускной элемент в свободном пространстве над уровнем заполнения жидкостью. Сосуд может содержать оптически прозрачный или непрозрачный корпус, чтобы потребителю было видно содержимое, которое содержится в сосуде. Сосуд может содержать элемент ограничения наполнения жидкостью, такой как линия наполнения 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 отсоединения от части кальянного устройства, содержащей элемент, генерирующий аэрозоль, чтобы потребитель мог наполнять или чистить сосуд.
Потребитель может наполнять сосуд до уровня заполнения жидкостью. Жидкость предпочтительно включает воду, в которую при необходимости можно добавлять один или более красителей, ароматизаторов или красителей и ароматизаторов. Например, в воду можно добавлять одно или оба из растительных или травяных добавок.
Аэрозоль, захватываемый воздухом, выходящим из камеры, может двигаться по шахте, расположенной в сосуде. Шахта может содержать отверстие ниже уровня заполнения жидкостью сосуда, так что аэрозоль, который течет через сосуд, течет через отверстие шахты, затем через жидкость в свободное пространство сосуда и выходит из выпускного элемента свободного пространства с доставкой потребителю.
Выпускной элемент свободного пространства может быть связан со шлангом, содержащим мундштук, для доставки аэрозоля потребителю. Мундштук может содержать переключатель, активируемый пользователем, или датчик затяжки, функционально связанный с управляющей электроникой кальянного устройства. Предпочтительно переключатель или датчик затяжки связан с управляющей электроникой с помощью беспроводной связи. Активация переключателя или датчика затяжки может обеспечивать активирование нагревательного элемента управляющей электроникой вместо постоянной подачи энергии на нагревательный элемент. Соответственно, использование переключателя или датчика затяжки может способствовать экономии энергии по сравнению с устройствами, в которых такие элементы не используются для обеспечения нагревания по необходимости вместо постоянного нагревания.
В качестве примера ниже в хронологическом порядке представлен один способ применения кальянного устройства, описанного в этом документе. Сосуд может быть откреплен от других компонентов кальянного устройства и наполнен 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 шахты, но не должно переходить отметку уровня наполнения, которая при необходимости может быть предусмотрена на сосуде. Сосуд затем снова прикрепляют к кальянному устройству. Часть элемента, генерирующего аэрозоль, может быть отделена или открыта, чтобы субстрат или картридж, образующий аэрозоль, можно было вставить в приемный элемент. 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 выработан 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. Предпочтительно устройство будет автоматически выключаться, когда в картридже или субстрате израсходован используемый субстрат, образующий аэрозоль. В качестве альтернативы или дополнительно потребитель может устанавливать в устройстве новый субстрат, образующий аэрозоль, или новый картридж после получения от устройства, например, сигнала о том, что расходуемые материалы израсходованы или почти израсходованы. После установки нового субстрата или нового картриджа устройство можно продолжать использовать. Предпочтительно кальянное устройство может быть выключено потребителем в любое время, например, путем отключения устройства.
В некоторых примерах пользователь может активировать один или более нагревательных элементов, используя элемент активации, например, на мундштуке. Элемент активации может быть связан с управляющей электроникой, например, с помощью беспроводной связи и может отправлять управляющей электронике сигнал для активации нагревательного элемента путем его перевода из режима ожидания в режим полного нагревания. Предпочтительно для предотвращения перегревания или ненужного нагревания субстрата, образующего аэрозоль, в картридже такая активация вручную возможна только при осуществлении пользователем затяжек через мундштук.
В некоторых примерах мундштук содержит датчик затяжки, который посредством беспроводной связи связан с управляющей электроникой, и осуществление потребителем затяжки через мундштук приводит к активации нагревательных элементов путем их перевода из режима ожидания в режим полного нагревания.
Кальянное устройство согласно настоящему изобретению может характеризоваться любым подходящим управлением движением 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 впускное отверстие для воздуха устройства, в канал для впуска воздуха и в приемный элемент элемента, генерирующего аэрозоль. Затем воздух может течь через субстрат, образующий аэрозоль, или картридж, содержащий субстрат, в приемном элементе для переноса аэрозоля через выпускной элемент для аэрозоля в приемном элементе. 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 воздух течет через впускной элемент камеры, воздух ускоряется. Ускоренный воздух выходит из впускного элемента сквозь второе отверстие, чтобы поступать в основную камеру камеры, где воздух замедляется. Замедление в основной камере может улучшить нуклеацию, что приводит к увеличению количества видимого аэрозоля в камере. Воздух, превращенный в аэрозоль, затем может выходить из камеры и течь по шахте (если только шахта 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 внешнего воздуха и поток аэрозоля внутри кальянного устройства могут перемещаться за счет осуществления пользователем затяжки.
Предпочтительно сборка всех основных частей кальянного устройства согласно настоящему изобретению обеспечивает герметичное функционирование устройства. Герметичное функционирование должно обеспечивать то, что происходит надлежащее управление потоком воздуха. Герметичное функционирование может быть обеспечено 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, уплотнения могут содержать одно или более из соединений графена и соединений кремния. Предпочтительно использование материалов в изделиях, потребляемых людьми, одобрено Управлением США по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов.
Основные части, такие как камера, шахта, идущая от камеры, покрывающий корпус приемного элемента 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.
В целом, электрическое кальянное устройство может работать следующим образом. Картридж, в котором установлен субстрат, образующий аэрозоль, может быть электрически нагрет. Внутренняя поверхность нагревательного элемента, находящаяся в контакте с картриджем, может быть использована для нагревания вещества, генерирующего аэрозоль. Нагревательный элемент 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 внутрь через канал для впуска воздуха, проходить охлаждающий элемент, двигаться вдоль картриджа, затем к нижней части картриджа, а потом к нижней части приемного элемента. Генерируемый аэрозоль может ускоряться при прохождении через ускоряющий элемент. До или во время ускорения генерируемый аэрозоль может быть охлажден охлаждающим элементом для увеличения конденсации в аэрозоле. Аэрозоль может повергаться действию изменения давления при поступлении в камеру и расширяться внутри камеры, что может замедлять аэрозоль, перед прохождением по шахте, или трубке мундштука, которая частично погружена в воду в нижнем пространстве сосуда. Генерируемый аэрозоль проходит через воду и расширяется в верхнем пространстве сосуда перед выведением по шлангу.
Без какого-либо ограничения настоящего изобретения понимание различных аспектов настоящего изобретения будет обеспечено с помощью приведенного ниже описания представленных в качестве примера вариантов осуществления, графических материалов и конкретных примеров, в которых представлены кальянные устройства с улучшенными характеристиками аэрозоля, в которых на пути потока воздуха в кальянном устройстве предусмотрен охлаждающий элемент. Специалисту в данной области техники из этого документа станут очевидны различные модификации, а также дополнительные варианты осуществления настоящего изобретения.
При рассмотрении графических материалов будет понятно, что объем и идея настоящего изобретения охватывают и другие аспекты, не представленные в графических материалах. Одинаковые номера ссылочных позиций, используемые на фигурах, относятся к одинаковым компонентам, этапам и т. п. Тем не менее следует понимать, что использование определенного номера ссылочной позиции для обозначения компонента на каждой фигуре не предназначено для ограничения компонента на другой фигуре, обозначенного таким же номером ссылочной позиции. Кроме того, использование разных номеров ссылочных позиций для обозначения компонентов на разных фигурах не предназначено для указания того, что компоненты под разными номерами ссылочных позиций не могут быть одинаковыми с компонентами, обозначенными другими номерами ссылочных позиций, или подобными им. Фигуры представлены с целью иллюстрации, а не ограничения. Схематические изображения, представленные на фигурах, не обязательно выполнены в масштабе.
В одном представленном в качестве примера варианте осуществления кальянное устройство содержит охлаждающий элемент, образованный из теплопроводного материала (алюминия), в дополнение к одному или более другим компонентам, которые образуют путь потока воздуха между по меньшей мере одним каналом для впуска воздуха и выпускным элементом свободного пространства. В частности, из теплопроводного материала образована по меньшей мере трубка охлаждающего элемента. Охлаждающий элемент может содержать теплоотвод (несколько пластин), связанный с трубкой. Теплоотвод может окружать трубку. Охлаждающий элемент также может содержать тепловой насос (элемент Пельтье), который может быть связан с теплоотводом и может быть функционально связан с источником электропитания. В кальянном устройстве надлежащий поток охлаждающего воздуха в один или более из компонентов охлаждающего элемента может обеспечиваться с помощью конструкции вентиляции. Охлаждающий элемент может содержать вентилятор, что способствует созданию потока охлаждающего воздуха. Воздух из потока охлаждающего воздуха может быть нагрет охлаждающим элементом. Этот предварительно нагретый воздух может быть направлен конструкцией вентиляции кальянного устройства в элемент, генерирующий аэрозоль, что способствует генерированию аэрозоля.
В одном или более вариантах осуществления общий размер охлаждающего элемента для размещения в кальянном устройстве может быть достаточно небольшим. В некоторых вариантах осуществления охлаждающий элемент может иметь высоту приблизительно 100 мм, что может быть с учетом ускоряющего элемента. Тепловые насосы могут быть расположены вдоль стороны трубки. Нагреваемая или охлаждаемая поверхность теплового насоса может простираться в направлении, таком же, как направление канала для потока воздуха. Каждая поверхность может иметь площадь поверхности приблизительно 30 мм на приблизительно 30 мм.
В другом представленном в качестве примера варианте осуществления кальянное устройство содержит охлаждающий элемент, образуемый охлаждающим резервуаром. В частности, охлаждающий резервуар может окружать трубку охлаждающего элемента. Трубка может быть образована из теплопроводного материала. Охлаждающий резервуар может быть образован из пористого материала, при этом может применяться конструкция «горшок в горшке». Кальянное устройство может обеспечивать надлежащий поток охлаждающего воздуха в направлении охлаждающего резервуара, в частности, снаружи охлаждающего резервуара, с помощью конструкции вентиляции. Охлаждающий элемент может содержать вентилятор, что способствует созданию потока охлаждающего воздуха. Воздух из потока охлаждающего воздуха может быть нагрет охлаждающим элементом. Этот предварительно нагретый воздух может быть направлен конструкцией вентиляции кальянного устройства в элемент, генерирующий аэрозоль, что способствует генерированию аэрозоля.
В еще одном представленном в качестве примера варианте осуществления кальянное устройство содержит охлаждающий элемент, образуемый охлаждающим резервуаром, теплоотвод и тепловой насос. В частности, охлаждающий резервуар может окружать трубку охлаждающего элемента. Трубка может быть образована из теплопроводного материала. Теплоотвод расположен по меньшей мере частично во внутреннем пространстве охлаждающего резервуара. Теплоотвод может быть связан с охлаждающим резервуаром. Предпочтительно теплоотвод находится в контакте с жидкостью внутри резервуара. Тепловой насос связан, или находится в контакте, с резервуаром или теплоотводом. В частности, в контакте с резервуаром или теплоотводом может находиться охлаждаемая сторона теплового насоса. Кальянное устройство может обеспечивать надлежащий поток охлаждающего воздуха в направлении охлаждающего резервуара, в частности, нагреваемой стороны теплового насоса, с помощью конструкции вентиляции. Охлаждающий элемент может содержать вентилятор, что способствует созданию потока охлаждающего воздуха. Воздух из потока охлаждающего воздуха может быть нагрет охлаждающим элементом. Этот предварительно нагретый воздух может быть направлен конструкцией вентиляции кальянного устройства в элемент, генерирующий аэрозоль, что способствует генерированию аэрозоля.
В еще одном представленном в качестве примера варианте осуществления кальянное устройство содержит охлаждающий элемент, образуемый охлаждающим резервуаром, ватерблок, жидкостный насос и тепловой насос. В частности, охлаждающий резервуар может окружать трубку охлаждающего элемента. Трубка может быть образована из теплопроводного материала. Ватерблок может находиться в сообщении по текучей среде с жидкостью внутри охлаждающего резервуара. Жидкостный насос может находиться в сообщении по текучей среде с жидкостью как в ватерблоке, так и в охлаждающем резервуаре для циркуляции воды из охлаждающего резервуара в ватерблок для его охлаждения и обратно в охлаждающий резервуар для охлаждения трубки. Тепловой насос может быть связан, или контактировать, с ватерблоком. В частности, в контакте с ватерблоком может находиться охлаждаемая сторона теплового насоса. Кальянное устройство может обеспечивать надлежащий поток охлаждающего воздуха в направлении охлаждающего резервуара, в частности, нагреваемой стороны теплового насоса, с помощью конструкции вентиляции. Охлаждающий элемент может содержать вентилятор, что способствует созданию потока охлаждающего воздуха. Воздух из потока охлаждающего воздуха может быть нагрет охлаждающим элементом. Этот предварительно нагретый воздух может быть направлен конструкцией вентиляции кальянного устройства в элемент, генерирующий аэрозоль, что способствует генерированию аэрозоля.
На фиг. 1
представлено схематическое изображение кальянного устройства согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 2
фиг. 1
представлено схематическое изображение части кальянного устройства по  для генерирования аэрозоля;
на фиг. 3
представлено изображение в перспективе охлаждающего элемента для кальянного устройства согласно варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 4
представлено изображение в перспективе охлаждающего элемента для кальянного устройства согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 5
представлено изображение в разрезе охлаждающего элемента для кальянного устройства согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 6
представлено изображение в разрезе охлаждающего элемента для кальянного устройства согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 7
фиг. 1
представлено изображение в разрезе части кальянного устройства по .
На фиг. 8
фиг. 7
представлено схематическое изображение в разрезе камеры кальянного устройства по .
На фиг. 9
фиг. 8
фиг. 7
представлено изображение в разрезе камеры по , связанной с кальянным устройством по .
На фиг. 10
представлен график, показывающий температуру в кальянном устройстве, содержащем элемент пассивного охлаждения, в сравнении с кальянным устройством без охлаждающего элемента.
На фиг. 11
представлен график, показывающий общую массу аэрозоля в кальянном устройстве, содержащем элемент пассивного охлаждения, в сравнении с кальянным устройством без охлаждающего элемента.
На фиг. 12
представлен график, показывающий температуру в кальянном устройстве, содержащем охлаждающий элемент, в сравнении с кальянным устройством без охлаждающего элемента.
На фиг. 13
представлен график, показывающий общую массу аэрозоля в кальянном устройстве, содержащем охлаждающий элемент, в сравнении с кальянным устройством без охлаждающего элемента.
На фиг. 1
10
11
12
11
12
13
14
13
14
16
16
17
11
16
17
21
фиг. 1
11
17
17
18
19
20
18
15
17
показан вариант осуществления кальянного устройства  согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Кальянное устройство содержит элемент , генерирующий аэрозоль, выполненный с возможностью вмещения субстрата , образующего аэрозоль. Элемент , генерирующий аэрозоль, может нагревать субстрат , образующий аэрозоль, например, посредством электрического нагревателя (не показан), для генерирования аэрозоля. При применении генерируемый аэрозоль течет через охлаждающий элемент  и ускоряющий элемент . Охлаждающий элемент  связан с ускоряющим элементом . Охлажденный и ускоренный аэрозоль затем выбрасывается в камеру , которая обеспечивает замедление аэрозоля. Камера  находится в сообщении по текучей среде с сосудом . Разумеется, элемент , генерирующий аэрозоль, находится в сообщении по текучей среде с камерой  и сосудом  посредством шахты , как видно из примера, приведенного на. Следовательно, между элементом , генерирующим аэрозоль, и внутренней частью сосуда  определен канал для потока воздуха. Внутренняя часть сосуда  содержит верхнее пространство  для обеспечения свободного пространства и нижнее пространство  для жидкости. Шланг  находится в сообщении по текучей среде с верхним пространством  посредством выпускного элемента  свободного пространства, образованного в боковой стороне сосуда  над уровнем жидкости.
11
13
14
16
21
19
19
18
20
18
15
20
13
11
13
13
21
13
13
21
13
21
Генерируемый аэрозоль может течь через элемент , генерирующий аэрозоль, по каналу для потока воздуха через охлаждающий элемент , ускоряющий элемент , камеру  и шахту  в нижнее пространство . Аэрозоль может проходить сквозь жидкость в нижнем пространстве  и подниматься в верхнее пространство . При осуществлении пользователем затяжки через мундштук на шланге  аэрозоль в верхнем пространстве  может втягиваться через выпускной элемент  свободного пространства в шланг  для вдыхания. Охлаждающий элемент  предназначен для охлаждения аэрозоля, генерируемого элементом , генерирующим аэрозоль, когда аэрозоль течет по каналу для потока воздуха. Охлаждающий элемент  предназначен для охлаждения аэрозоля, когда аэрозоль течет через охлаждающий элемент  или через часть шахты , соединенную с охлаждающим элементом  или окруженную им. Охлаждающий элемент  может быть подсоединен вокруг шахты . Охлаждающий элемент  может быть образован как единое целое с шахтой .
На фиг. 2
10
11
60
12
60
22
22
60
фиг. 2
22
13
11
10
22
13
22
12
13
14
16
показана часть кальянного устройства . Элемент , генерирующий аэрозоль, содержит нагревательный элемент , который может содержать электрический нагревательный элемент (не показан), для нагревания субстрата , образующего аэрозоль. Нагревательный элемент  также может служить для предварительного нагревания воздуха , перед тем как воздух  течет через субстрат , образующий аэрозоль. В некоторых вариантах осуществления, например, в варианте осуществления, показанном на , воздух  предварительно нагревается за счет прохождения через охлаждающий элемент  перед поступлением в элемент , генерирующий аэрозоль, благодаря конструкции кальянного устройства . Воздух  может быть потоком охлаждающего воздуха, который уже также был использован для охлаждения охлаждающего элемента . Это может способствовать эффективному использованию энергии. Предварительно нагретый воздух  течет в субстрат , образующий аэрозоль, что способствует генерированию аэрозоля. Генерируемый аэрозоль затем течет через охлаждающий элемент , ускоряющий элемент  и камеру .
На фиг. 3
30
30
31
31
30
32
32
33
32
32
33
30
21
30
30
34
фиг. 3
34
34
33
33
35
34
36
34
22
11
35
34
2
показан охлаждающий элемент согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Охлаждающий элемент  связан с ускоряющим элементом . Ускоряющий элемент  содержит сопло. Охлаждающий элемент  содержит трубку , содержащую теплопроводный материал, предпочтительно обладающий относительно высокой температуропроводностью, такой как алюминий. С трубкой  связан теплоотвод , такой как пластинчатый теплоотвод, содержащий несколько пластин, для отведения тепла от трубки . Пластины могут быть обращены внутрь и могут быть расположены друг над другом вокруг канала для потока воздуха. Каждая пластина может иметь площадь поверхности по меньшей мере 225 мм. Каждая пластина может иметь толщину по меньшей мере 0,5 мм. Следовательно, трубка  и теплоотвод  обеспечивают пассивное охлаждение аэрозоля, который течет через охлаждающий элемент или через часть шахты, с которой связан охлаждающий элемент. Охлаждающий элемент  может дополнительно содержать одно или более средств активного охлаждения, таких как один или более тепловых насосов . В некоторых вариантах осуществления, таких как пример, приведенный на , один или более тепловых насосов  содержат элементы Пельтье. Один или более тепловых насосов  связаны с теплоотводом  (в направлении, указанном стрелками между теплоотводом и каждым тепловым насосом). В частности, с теплоотводом  связана охлаждаемая сторона  каждого теплового насоса . Нагреваемая сторона  каждого теплового насоса  может охлаждаться потоком  охлаждающего воздуха из внешней среды. Это можно использовать для предварительного нагревания окружающего воздуха, поступающего в элемент , генерирующий аэрозоль. Окружающий воздух может быть охлажден охлаждаемой стороной  теплового насоса  и может затем проходить через зазоры между пластинами, чем обеспечивается более эффективное рассеивание тепла.
30
37
35
36
34
38
39
38
39
Охлаждающий элемент  имеет высоту , подходящую для использования в кальянном устройстве, например, приблизительно 100 мм. Каждая из соответствующих нагреваемой и охлаждаемой поверхностей ,  теплового насоса  имеет высоту  и ширину , которые определяют площадь поверхности, подходящую для использования в кальянном устройстве. Каждая из высоты  и ширины  может составлять приблизительно 30 мм.
36
34
30
36
Близко к нагреваемой стороне  теплового насоса  может быть размещен вентилятор (не показан) для обеспечения надлежащей вентиляции охлаждающего элемента . Вентилятор может быть выполнен с возможностью активации, когда температура нагреваемой стороны  превышает предварительно выбранное максимальное значение.
На фиг. 4
40
40
41
40
42
40
43
43
42
43
42
43
44
44
46
43
44
44
45a, 45b
45a
45b
44
43
22
44
46
43
43
40
43
22
43
показан охлаждающий элемент  согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения. Охлаждающий элемент  связан с ускоряющим элементом . Охлаждающий элемент  содержит трубку , содержащую теплопроводный материал, предпочтительно обладающий относительно высокой температуропроводностью, такой как алюминий. Охлаждающий элемент  содержит охлаждающий резервуар . Охлаждающий резервуар  связан с трубкой . В частности, охлаждающий резервуар  окружает трубку . Внутри охлаждающего резервуара  находится охлаждающая жидкость , такая как вода или этиленгликоль. Охлаждающая жидкость  может иметь объем по меньшей мере 250 мл. Стенка  охлаждающего резервуара  содержит пористый материал, такой как пористая глина или вспененный кремнезем, что способствует превращению в пар охлаждающей жидкости . Охлаждающая жидкость  также находится в сообщении по текучей среде с внешним источником жидкости или охлаждающим компонентом, таким как ватерблок, посредством одного или более патрубков . Один или более патрубков, таких как впускной патрубок  и выпускной патрубок , могут направлять охлаждающую жидкость  в резервуар  или из него за счет капиллярного эффекта. Поток  охлаждающего воздуха может быть использован для способствования превращению в пар жидкости  с прохождением сквозь пористую стенку  резервуара  для передачи тепла от внутренней части охлаждающего резервуара и, следовательно, от аэрозоля, который течет по каналу для потока воздуха мимо охлаждающего элемента. Охлаждающий резервуар  выполнен такой формы, благодаря которой такой поток  охлаждающего воздуха служит естественным вентилятором. В таком варианте осуществления окружающий воздух может вентилировать нагреваемую внешнюю поверхность охлаждающего резервуара  каждый раз, когда пользователь осуществляет затяжку.
40
43
При необходимости для обеспечения надлежащей вентиляции охлаждающего элемента  рядом с нагреваемой внешней поверхностью охлаждающего резервуара  может быть размещен вентилятор (не показан). Вентилятор может быть выполнен с возможностью активации, когда температура нагреваемой внешней поверхности превышает предварительно выбранное максимальное значение.
На фиг. 5
50
50
51
50
52
50
53
53
52
53
52
53
54
54
53
55
53
55
54
55
54
55
52
55
52
50
55
53
55
56
53
55
56
56
22
56
22
56
57
57
56
58
11
50
51
50
58
58
50
2
показан охлаждающий элемент  согласно другому варианту осуществления. Охлаждающий элемент  связан с ускоряющим элементом . Охлаждающий элемент  содержит трубку , содержащую теплопроводный материал, предпочтительно обладающий относительно высокой температуропроводностью, такой как алюминий. Охлаждающий элемент  содержит охлаждающий резервуар . Охлаждающий резервуар связан с трубкой . В частности, охлаждающий резервуар  окружает трубку . Внутри охлаждающего резервуара  находится охлаждающая жидкость , такая как вода или этиленгликоль. Охлаждающая жидкость  может иметь объем по меньшей мере 250 мл. В резервуаре  по меньшей мере частично расположен один или более теплоотводов . Один или более теплоотводов 55 связаны с резервуаром . Теплоотвод  отводит тепло от охлаждающей жидкости . Теплоотвод  может находиться в контакте с охлаждающей жидкостью . Теплоотвод  может содержать пластинчатый теплоотвод, содержащий несколько пластин. Пластины могут быть обращены внутрь, и каждая пластина может иметь площадь поверхности по меньшей мере 225 мм. Каждая пластина может иметь толщину по меньшей мере 0,5 мм. Следовательно, трубка  и теплоотвод  обеспечивают пассивное охлаждение аэрозоля, который течет через трубку . Как будет описано далее, охлаждающий элемент  дополнительно содержит одно или более средств активного охлаждения. Для отведения тепла от теплоотводов  с охлаждающим резервуаром  или с теплоотводами  связан один или более тепловых насосов , таких как термоэлектрический охлаждающий элемент, такой как элемент Пельтье. В частности, с резервуаром  или теплоотводом  находится в контакте охлаждаемая сторона теплового насоса . Нагреваемая сторона теплового насоса  подвергается действию потока  охлаждающего воздуха, который течет по каналу для потока охлаждающего воздуха (не показан), с отведением тепла от теплового насоса . Для обеспечения потока  охлаждающего воздуха смежно с нагреваемой стороной теплового насоса  предусмотрен вентилятор . Вентилятор  может быть связан с тепловым насосом . При применении аэрозоль , генерируемый элементом , генерирующим аэрозоль, течет по каналу для потока воздуха, по меньшей мере частично определенному охлаждающим элементом  и ускоряющим элементом . Следовательно, охлаждающий элемент  предназначен для охлаждения аэрозоля , когда аэрозоль  течет через охлаждающий элемент .
На фиг. 6
60
60
61
60
62
60
63
63
62
63
62
63
64
64
64
65
65
64
64
66
63
65
64
65
66
64
65
67
65
67
67
22
67
22
67
68
57
67
11
показан охлаждающий элемент  согласно другому варианту осуществления. Охлаждающий элемент  связан с ускоряющим элементом . Охлаждающий элемент  содержит трубку , содержащую теплопроводный материал, предпочтительно обладающий относительно высокой температуропроводностью, такой как алюминий. Охлаждающий элемент  содержит охлаждающий резервуар . Охлаждающий резервуар  связан с трубкой . В частности, охлаждающий резервуар  окружает трубку . Внутри охлаждающего резервуара  находится охлаждающая жидкость , такая как вода или этиленгликоль. Охлаждающая жидкость  может иметь объем по меньшей мере приблизительно 100 мл или даже по меньшей мере приблизительно 250 мл. Охлаждающая жидкость  находится в сообщении по текучей среде с пространством для жидкости ватерблока . Ватерблок  предусмотрен, чтобы отводить тепло от охлаждающей жидкости . Охлаждающая жидкость  посредством жидкостного насоса  циркулирует из охлаждающего резервуара  в ватерблок  для охлаждения охлаждающей жидкости . После охлаждения в ватерблоке  жидкостный насос  возвращает охлаждающую жидкость  в охлаждающий резервуар. С ватерблоком  связан тепловой насос . В частности, с ватерблоком  находится в контакте охлаждаемая сторона теплового насоса . Нагреваемая сторона теплового насоса  подвергается действию потока  охлаждающего воздуха, который течет по каналу для потока охлаждающего воздуха, с отведением тепла от теплового насоса . Для обеспечения потока  охлаждающего воздуха смежно с нагреваемой стороной теплового насоса  размещен вентилятор . Вентилятор  связан с тепловым насосом . Это можно использовать для предварительного нагревания окружающего воздуха, поступающего в элемент , генерирующий аэрозоль.
На фиг. 7
100
100
117
119
115
119
119
показано схематическое изображение в разрезе примера кальянного устройства . Устройство  содержит сосуд , определяющий внутреннее пространство, предназначенное для содержания жидкости , и определяющий выпускной элемент  свободного пространства, расположенный выше уровня заполнения жидкостью . Жидкость  предпочтительно содержит воду, в которую при необходимости можно добавлять один или более красителей, один или более ароматизаторов или один или более красителей и один или более ароматизаторов. Например, в воду можно добавлять одно или оба из растительных добавок или травяных добавок.
100
130
130
140
150
130
160
160
фиг. 7
160
140
160
140
130
170
100
171
171
170
160
140
150
160
130
200
Устройство также содержит элемент , генерирующий аэрозоль. Элемент , генерирующий аэрозоль, содержит приемный элемент , выполненный с возможностью вмещения картриджа , содержащего субстрат, образующий аэрозоль (или вмещения субстрата, образующего аэрозоль, который не находится в картридже). Элемент , генерирующий аэрозоль, также содержит нагревательный элемент . Нагревательный элемент  может быть электрическим нагревательным элементом. В некоторых вариантах осуществления, таких как вариант осуществления, представленный на , нагревательный элемент образует по меньшей мере одну поверхность приемного элемента . В представленном варианте осуществления нагревательный элемент  определяет верхнюю и боковые поверхности приемного элемента . Элемент , генерирующий аэрозоль, содержит канал  для впуска воздуха, по которому окружающий воздух втягивается в устройство через впускное отверстие  для воздуха. Можно заметить, что показано два впускных отверстия  для воздуха, но может быть выполнено любое число впускных отверстий для воздуха (одно, три, четыре или более). Часть канала  для впуска воздуха определена нагревательным элементом  для нагревания воздуха перед тем, как воздух поступает в приемный элемент . Предварительно нагретый воздух затем поступает в картридж , который также нагревается нагревательным элементом . Воздух становится несущим аэрозоль, генерируемый субстратом, образующим аэрозоль. Аэрозоль течет через выпускной элемент элемента , генерирующего аэрозоль, и поступает в камеру .
150
195
200
В целях краткости и ясности показаны не все компоненты (например, охлаждающий элемент). Тем не менее охлаждающий элемент предусмотрен или расположен между любыми из компонентов, расположенных ниже по потоку относительно картриджа  и выше по потоку относительно выпускного элемента . В некоторых вариантах осуществления охлаждающий элемент может по меньшей мере частично содержать камеру  или быть расположенным вблизи нее либо смежно с ней.
200
190
117
195
190
119
130
117
200
190
119
119
117
115
117
115
120
120
125.
125
120
120
Аэрозоль течет из камеры  по трубке  в сосуд через выпускной элементтрубки ниже уровня жидкости . Следовательно, между элементом , генерирующим аэрозоль, и сосудом определен канал для потока воздуха, который определен по меньшей мере камеройи трубкой. Аэрозоль в виде пузырьков проходит сквозь жидкость , поднимается в свободное пространство в сосуде над жидкостью и выходит из сосуда  через выпускной элемент  свободного пространства сосуда . С выпускным элементом  свободного пространства связан шланг , по которому аэрозоль попадает в рот пользователю. Шланг  содержит мундштук  Мундштук  может быть связан со шлангом или может быть образован как единое целое со шлангом .
фиг. 7
На  жирными стрелками обозначен путь потока воздуха, при применении, в описанном выше устройстве.
фиг. 7
125
127
127
127
100
27
131
127
100
160
132
140
В некоторых вариантах осуществления, таких как вариант осуществления, представленный на , мундштук  содержит элемент  активации. Элемент  активации может представлять собой переключатель, кнопку и тому подобное или может представлять собой датчик затяжки и тому подобное. Элемент активации может быть размещен в устройстве  в любом другом подходящем месте. Элемент  активации может быть посредством беспроводной связи связан с управляющей электроникой . Следовательно, пользователь может взаимодействовать с элементомактивации, чтобы привести устройство в состояние готовности к использованию или чтобы использовать управляющую электронику для активирования нагревательного элемента ; например, путем обеспечения подачи питания блоком  питания на нагревательный элемент .
131
132
130
131
132
130
фиг. 7
131
132
100
Управляющая электроника  и блок  питания могут быть расположены в любом подходящем положении относительно элемента , генерирующего аэрозоль. В некоторых вариантах осуществления управляющая электроника и блокпитания могут быть расположены в нижней части элемента , как показано на . Тем не менее будет понятным то, что управляющая электроника  и блок  питания в устройстве  могут быть расположены в любых других самых разных местах.
На фиг. 8
200
200
210
230
200
220
230
220
200
223
227
220
223
230
227
223
227
220
223
227
227
230
227
230
230
230
240
240
190
фиг. 1
117
223
227
220
представлено схематическое изображение в разрезе примера камеры . Камера  содержит корпус , определяющий основную камеру . Камера  содержит впускной элемент , простирающийся или выступающий в основную камеру . Впускной элемент  в камере  содержит первое отверстие  и второе отверстие . Аэрозоль, генерируемый элементом, генерирующим аэрозоль, поступает во впускной элемент  сквозь первое отверстие  и поступает в основную камеру  сквозь второе отверстие . У первого отверстия  диаметр больше, чем у второго отверстия , так что воздух, или же аэрозоль, который течет через впускной элемент  из первого отверстия во второе отверстие , ускоряется. Ускоренный воздух выходит из второго отверстия  и поступает в основную камеру . Воздух или аэрозоль замедляется, когда он выходит из второго отверстия  и поступает в основную камеру . Замедлившийся воздух или аэрозоль проходит через основную камеру , перед тем как выйти из основной камеры  через выпускной элемент . Выпускной элемент  находится в сообщении по текучей среде с трубкой (такой как трубка , показанная на ) для перемещения аэрозоля в сосуд . Несмотря на то что показано два отверстия , , будет понятным то, что во впускном элементе  может быть выполнен элемент для ограничения потока воздуха любой формы.
230
220
В целях краткости и ясности показаны не все компоненты (например, охлаждающий элемент). Тем не менее, выше по потоку относительно камеры  предусмотрен охлаждающий элемент. В некоторых вариантах осуществления охлаждающий элемент может по меньшей мере частично содержать впускной элемент  или быть расположенным вблизи него либо смежно с ним.
На фиг. 9
200
130
190
171
131
130
165
160
160
150
155
133
180
220
200
220
220
227
230
200
240
190
показано схематическое изображение в разрезе примера камеры , функционально связанной с элементом , генерирующим аэрозоль, и трубкой . В представленном варианте осуществления воздух поступает сквозь впускные отверстия  для воздуха в верхней части  элемента , генерирующего аэрозоль, затем проходит через теплозащитный экран , потом идет вдоль внешней поверхности нагревательного элемента  и доходит до верхней части нагревательного элемента . Нагретый воздух затем проходит через верхнюю поверхность корпуса картриджа , через субстрат , образующий аэрозоль, и сквозь полость в нижней части  вниз к выпускному элементу  для аэрозоля. Воздух, превращенный в аэрозоль, затем поступает во впускной элемент  камеры , при этом воздух, превращенный в аэрозоль, ускоряется, когда он проходит через впускной элемент . Ускоренный воздух выходит из впускного элемента  через второе отверстие  и поступает в основную камеру , где ускоренный воздух расширяется. Замедлившийся воздух выходит из камеры  через выпускной элемент  и поступает в трубку  для прохождения в сосуд.
230
133
220
В целях краткости и ясности показаны не все компоненты (например, охлаждающий элемент). Тем не менее, выше по потоку относительно камеры  предусмотрен охлаждающий элемент. В некоторых вариантах осуществления охлаждающий элемент может по меньшей мере частично содержать нижнюю часть  или впускной элемент  или быть расположенным вблизи него либо смежно с ними.
фиг. 9
160
160
160
В варианте осуществления, представленном на , воздух проходит вдоль внешней поверхности нагревательного элемента  и затем через нагревательный элемент . В других вариантах осуществления (не представлены) воздух может проходить вдоль внутренней поверхности нагревательного элемента .
фиг. 9
131
130
133
150
160
131
131
133
В примере, представленном на , верхняя часть элемента , генерирующего аэрозоль, может быть отделена от нижней части , чтобы картридж  (или субстрат, образующий аэрозоль, который не находится в картридже) мог быть вставлен в приемный элемент, образованный нагревательным элементом  и верхней поверхностью нижней части , или извлечен из него. Основные части верхней части  и нижней части могут быть образованы из теплоизоляционного материала.
Образцы кальянного устройства согласно настоящему изобретению были изготовлены и испытаны в отношении вырабатывания аэрозоля, а также подвергнуты сравнению с кальянным устройством без охлаждающего элемента. Для проведения испытания в отношении вырабатывания аэрозоля с использованием TAM было проведено следующее измерение. Обеспечивали картридж, содержащий алюминиевый корпус, с которым связан нагревательный элемент с намотанной проволокой. Элемент с намотанной проволокой содержал керамический цилиндр, имеющий внутренний диаметр 27,99 ± 0,01 мм, длину 41,5 мм и толщину керамики 3 мм. Керамику приобрели у компании Corning GmbH, Висбаден, Германия, под торговым названием «MACOR». Картридж наполняли 10 г доступной для приобретения мелассы Al-Fakher (субстрат, образующий аэрозоль), нагревали с помощью нагревательного элемента с намотанной проволокой (элемент, генерирующий аэрозоль) с выставленной постоянной температурой 180 °C (пример 2) или 200 °C (пример 1). Генерируемый аэрозоль проходил через сопло (ускоряющий элемент). Генерируемый аэрозоль собирали с помощью в общей сложности 10 прокладок Cambridge, вес которых записывали перед процедурой и после нее. Только две из десяти прокладок Cambridge собирали генерируемый аэрозоль в определенный момент времени. Общая длительность испытания была выбрана соответствующей 105 затяжкам. Через каждые 20 затяжек обратный клапан обеспечивал, чтобы аэрозоль направлялся к соответствующей паре прокладок Cambridge. Для моделирования необходимого процесса осуществления затяжек четыре программируемых двойных шприцевых насоса (PDSP), изготовленных компанией Mechatronic AG, Дармштадт, Германия, применяли одновременно для обеспечения следующего режима осуществления затяжек:
объем затяжки: 530 мл;
продолжительность затяжки: 2600 мс;
длительность между затяжками: 17 с.
Для измерения температуры нагревательный элемент с намотанной проволокой применяли при температуре 200 °C. Термопару (датчик температуры) размещали на сопле возле охлаждающего элемента для аппроксимации температуры внутри полости сопла. Термопара представляла собой термопару типа K. Температуры измеряли как функцию времени на протяжении приблизительно 38 минут. В течение первых 4 минут, описанных как время предварительного нагревания, температура нагревательного элемента увеличивалась, и осуществление затяжек еще не начиналось. Было обнаружено, что температура внутри полости быстро повышалась, после того как начиналось осуществление затяжек и аэрозоль проходил через сопло, и снижалась, когда аэрозоля больше не было. Ввиду характерного отсутствия надежности в отношении измерения температуры аэрозоля кривые на графиках зависимости температуры от времени корректировали для отображения только данных температуры, полученных, когда не было затяжек аэрозоля.
-7
2
-5
2
В примере 1 проверяли влияние рассеивания. Из разных материалов изготавливали два сопла, одно из которых было получено из эпоксидного полимера, а другое - из алюминия (охлаждающий элемент, содержащий трубку, содержащую теплопроводный материал). Эпоксидный полимер представлял собой высокотемпературный эпоксидный полимер, приобретенный у компании Formlabs, Берлин, Германия. Алюминий обладает относительно более высокой температуропроводностью, чем эпоксидный полимер. Значения температуропроводности составляют 10 м/с у эпоксидного полимера и 9,7 * 10 м/с у алюминия. Наибольший ограничительный диаметр поперечного сечения каждого сопла составлял приблизительно 1,6 мм, что дало RTD, составляющее приблизительно 46 мм вод. ст. у каждого сопла. Активное охлаждение не применяли.
На фиг. 10
70
71
71
72
72
показан график  температуры в зависимости от времени для кальянного устройства, в котором предусмотрен элемент пассивного охлаждения, в сравнении с кальянным устройством без охлаждающего элемента. Нагреватель использовали при температуре 200 °C. В случае сопла, изготовленного из алюминия, в течение времени предварительного нагревания температура  внутри полости составляла приблизительно 23 °C. После начала осуществления затяжек температура внутри полости была стабильной и составляла приблизительно 36 °C. В случае сопла, изготовленного из эпоксидного полимера, в течение времени предварительного нагревания температура внутри полости составляла приблизительно 20 °C. Между затяжками температура внутри полости была стабильной и составляла приблизительно 40 °C. В отношении двух сопел температура в случае алюминиевого сопла была на приблизительно 4 °C ниже, чем в случае сопла из эпоксидного полимера, особенно после начала осуществления затяжек.
На фиг. 11
74
75
76
75
75
76
показан график  средней TAM за затяжку в зависимости от последовательности затяжек для кальянного устройства, содержащего элемент пассивного охлаждения, в сравнении с кальянным устройством без охлаждающего элемента. Нагреватель использовали при температуре 200 °C. Алюминиевое сопло обеспечивало более высокую среднюю TAM за затяжку , составляющую 1240 мг, по сравнению со средней TAM за затяжку , составляющей 1120 мг, в случае эпоксидного полимера за первые 40 затяжек. Алюминиевое сопло также обеспечивало значительное улучшение средней TAM за затяжку  за первые 60 затяжек процедуры. После 60 затяжек средняя TAM за затяжку  у алюминиевого сопла увеличивалась меньше, чем средняя TAM за затяжку  у сопла из эпоксидного полимера. Предположительно считается, что после 60 затяжек количество мелассы в пределах температуры парообразования является достаточно большим, чтобы эффект от температуропроводности материала больше не был определяющим фактором.
В примере 2 получали сопло (ускоряющий элемент) из эпоксидного полимера, как описано в примере 1. Вокруг сопла размещали охлаждающий кожух (охлаждающий резервуар) с диаметром 30 мм и высотой 30 мм, наполненный сухим льдом (температура приблизительно -80 °C). На сопле ниже охлаждающего кожуха размещали одну термопару.
На фиг. 12
78
79
80
показан график  температуры в зависимости от времени для кальянного устройства, содержащего элемент активного охлаждения, в сравнении с кальянным устройством без охлаждающего элемента. Температура  воздуха внутри охлажденной трубки была ниже, чем температура  воздуха внутри трубки, которую не охлаждали.
79
79
80
80
Нагревательный элемент с намотанной проволокой использовали при температуре 200 °C. Значения температуры как при наличии охлаждающего кожуха, так и без него записывали как функцию по времени. В случае сопла с охлаждением в течение времени предварительного нагревания температура  внутри полости составляла приблизительно -40 °C. После начала осуществления затяжек температура  была стабильной и составляла приблизительно 10 °C. В случае сопла без охлаждения в течение времени предварительного нагревания температура внутри полости составляла приблизительно 20 °C. Было обнаружено, что в течение установленных 17 секунд между затяжками температура внутри полости сопла была стабильной и составляла приблизительно 40 °C. В отношении сопел температура была на приблизительно 30 °C ниже в случае сопла с охлаждением по сравнению с соплом без охлаждения.
На фиг. 13
82
83
84
83
84
показан график  средней TAM за затяжку в зависимости от последовательности затяжек для кальянного устройства, содержащего элемент активного охлаждения, в сравнении с кальянным устройством без охлаждающего элемента. Нагреватель использовали при температуре 180 °C. Сопло с охлаждением обеспечивало среднюю TAM за затяжку , составляющую 850 мг, за первые 40 затяжек. Сопло без охлаждения обеспечивало среднюю TAM за затяжку , составляющую 400 мг, за первые 40 затяжек. В целом, сопло с охлаждением обеспечивало большую среднюю TAM за затяжку при количестве затяжек, составляющем от 20 до 105, по сравнению со средней TAM за затяжку  в случае сопла без охлаждения.
Конкретные варианты осуществления, описанные выше, предназначены для описания настоящего изобретения. Однако без отступления от объема настоящего изобретения, определенного в формуле изобретения, могут быть предложены другие варианты осуществления, и следует понимать, что вышеописанные конкретные варианты осуществления не предназначены для ограничения.
Используемые в этом документе формы единственного числа включают в себя варианты осуществления со ссылками на множественное число, если из содержания явно не следует иное.
Используемый в этом документе союз «или» обычно используется в своем значении, включающем «и/или», если из содержания явно не следует иное. Термин «и/или» обозначает один или все из перечисленных элементов или сочетание любых двух или более из перечисленных элементов.
Используемые в этом документе слова «иметь», «имеющий», «включать», «включающий», «содержать», «содержащий» или т. п. используются в своем широком смысле и, как правило, означают «включающий, но без ограничения». Будет понятно, что выражения «состоящий по существу из», «состоящий из» и т. п. относятся к категории «содержащий» и т. п.
Слова «предпочтительный» и «предпочтительно» относятся к вариантам осуществления настоящего изобретения, которые могут обеспечить определенные преимущества при определенных обстоятельствах. Однако при тех же или других обстоятельствах также могут быть предпочтительными другие варианты осуществления. Кроме того, раскрытие одного или более предпочтительных вариантов осуществления не означает, что другие варианты осуществления не являются полезными, и не предназначено для исключения других вариантов осуществления из объема настоящего изобретения, в том числе формулы изобретения.