Способ и устройство нагрева курительной смеси Российский патент 2021 года по МПК A24F1/30 A24F40/46 

Изобретение относится к области курения с использованием кальяна и касается курительных устройств с электрическим приводом, в частности, для нагрева курительной смеси в чаше кальяна.

Известен способ нагрева курительной смеси, реализуемый в устройстве, описанном в патентном документе CN 101483942А (МПК H05B 3/62, опубликован 15.07.2009). Нагрев курительной смеси в известном способе осуществляют в основном за счет тепла от плоского нагревательного элемента, расположенного над смесью, включая нагрев кальянной чаши. Недостатком этого способа является то, что в активном режиме (при вдохе) поток воздуха сильно охлаждает как сам нагревательный элемент, так и курительную смесь, что негативно сказывается на качестве курения – количестве дыма и передаче вкуса.

Известен также способ нагрева курительной смеси, реализуемый, например, в устройстве, описанном в патентном документе US20160249677A1 (МПК A24F1/30; A24F47/00, опубликован 01.09.2016), выбранный в качестве ближайшего аналога. Нагрев курительной смеси в известном способе осуществляют как непосредственно от нагревательного элемента или экрана, отделяющего нагревательный элемент от курительной смеси, включая нагрев кальянной чаши, так и от воздуха, поступающего в кальянную чашу при вдохе, при этом сам воздух нагревается от нагревательного элемента, который выполняют в виде, обеспечивающем возможность передачи тепла проходящему через или около него воздушному потоку. При таком способе нагрева достигаются как хорошая дымность кальяна, так и высокие органолептические показатели самого дыма. Однако известный способ имеет существенный недостаток. Он заключается в следующем. Для того, чтобы эффективно нагреть воздушный поток, нагревательный элемент или его часть, осуществляющая нагрев потока, должны иметь как развитую поверхность, так и относительно высокую температуру. На практике температура нагревательного элемента составляет 450-600 градусов Цельсия. Здесь необходимо отметить, что указанный способ нагрева, реализуется также при общеизвестном и распространенном способе нагрева курительной смеси с использованием угля, когда кубики угля находятся над курительной смесью и располагаются на фольге, в которой сделаны отверстия для прохода воздуха, или устройстве, выполняющем функции фольги, с дополнительными опциями и улучшениями, не меняющими суть способа применительно к данной заявке (https://pikabu.ru/story/3_nebolshoy_gayd_po_zabivke_chash_5538816). Как показывают исследования физических и токсических свойств углей для кальяна (http://www.vniitti.ru/conf/conf2014/article/ZhabentsovaO.A._GnuchikhE.V._statya.pdf), температура разных типов углей в точке соприкосновения с фольгой в статическом режиме составляет 290-501 градусов Цельсия. Кроме того, в процессе вдоха поток воздуха проходит через угли и их температура увеличивается на 100-160 градусов. Такие высокие температуры нагревательного элемента приводят к тому, что около него, а также внутри корпуса, в котором располагается нагревательный элемент, образуются токсичные газообразные продукты, являющиеся результатом химического разложения испаряемых компонентов курительной смеси или их взаимодействия между собой и материалом нагревательного элемента или корпуса, в котором он расположен. Так, в случае использования табачной кальянной смеси, которая обычно содержит большой процент глицерина, около нагревательного элемента образуется очень опасное отравляющее и канцерогенное вещество – акролеин, являющееся продуктом дегидратации глицерина при температуре выше 290 градусов Цельсия. При вдохе пары акролеина затягиваются в кальян воздушным потоком и попадая в дыхательные пути курящего, вызывают раздражение, проявляющееся в виде першения в горле, ощущения горечи, кашле. В случаях же когда образуются условия накопления акролеина, например, расположения нагревательного элемента в корпусе с закрытыми или недостаточными вентиляционными отверстиями последствия могут быть более серьезными, вплоть до сильного отравления.

Задача изобретения состоит в создании устройства и способа нагрева курительной смеси, которые позволяют избежать недостатков известных решений. Технический результат, проявляющийся при использовании заявленного способа с использованием заявленного устройства, заключается в предотвращении образования токсичных газообразных продуктов, испаряемых в процессе нагрева компонентов курительной смеси.

Указанный технический результат достигается тем, что в заявленном способе нагрева курительной смеси, при котором используют устройство для нагрева, осуществляют нагрев курительной смеси с помощью нагревательного элемента указанного устройства и воздуха, поступающего в емкость для курительной смеси при вдохе, корпус устройства для нагрева выполняют с возможностью прохождения и нагрева воздушного потока, возникающего при вдохе, и с элементами, препятствующими попаданию компонентов курительной смеси, испаряемых в процессе нагрева, на нагревательный элемент и/или его корпус. Заявленное устройство для нагрева курительной смеси для осуществления заявленного способа включает нагревательный элемент, размещенный в корпусе и выполненный с возможностью подключения к источнику питания, при этом корпус нагревательного элемента выполнен с возможностью прохождения и нагрева воздушного потока, возникающего при вдохе, и содержит элементы, препятствующие попаданию компонентов курительной смеси, испаряемых в процессе нагрева, на нагревательный элемент и/или его корпус. Элементы, препятствующие попаданию компонентов курительной смеси на нагревательный элемент и/или его корпус, могут быть выполнены, в частности, в виде воздуховодных трубок, соединенных с вентилятором, в виде клапана, в виде ограничителя объема пропускаемого через корпус нагревательного элемента воздушного потока, расположенного ниже нагревательного элемента, и отверстий в корпусе нагревательного элемента, выполненных ниже указанного ограничителя, или в виде трубки для введения в воздушный поток, возникающий при вдохе, водяного пара и/или водно-воздушного аэрозоля.

Благодаря тому, что корпус нагревательного элемента содержит элементы, препятствующие попаданию компонентов курительной смеси, испаряемых в процессе нагрева, на нагревательный элемент и/или его корпус, исключается нагрев этих компонентов до температур, при которых из них выделяется отравляющее и канцерогенное вещество, в частности, акролеин. При этом способ может быть реализован с использованием устройства, в котором указанные элементы, препятствующие попаданию компонентов курительной смеси на нагревательный элемент и/или его корпус, могут быть реализованы различными конструкциями. В частности, указанные элементы могут быть выполнены в виде воздуховодных трубок, соединенных с вентилятором, в виде клапана или иного регулятора/ограничителя воздушного потока, возникающего при вдохе, а также в виде трубки для введения в воздушный поток водяного пара и/или водно-воздушного аэрозоля. Перечисленные варианты осуществления устройства направлены на то, чтобы исключить попадание испаряемых компонентов на нагревательный элемент или повышение температуры испаряемых компонентов до критических значений, при которых образуются вредные для пользователя кальяна вещества. При этом, перечисленные варианты не ограничивают каким-либо образом другие возможные варианты, с помощью которых можно препятствовать попаданию компонентов курительной смеси, испаряемых в процессе нагрева, на нагревательный элемент и/или его корпус или регулировать их температуру.

Один из возможных вариантов осуществления заявляемого изобретения поясняется далее с помощью фигуры, на которой условно представлена схема устройства для реализации заявляемого способа, в котором элементы, препятствующие попаданию компонентов курительной смеси на нагревательный элемент, выполнены в виде воздуховодных трубок, соединенных с вентилятором.

На фигуре цифрами обозначены: нагревательный элемент (1), размещенный в корпусе (2), подключенный к источнику (3) питания, посредством соединительного кабеля (4). Устройство для нагрева установлено над емкостью (5) для компонентов курительной смеси. Корпус (2) нагревательного элемента (1) содержит входные отверстия (6) и выходные отверстия (7). Элементы, препятствующие попаданию компонентов курительной смеси на нагревательный элемент, представляют собой центробежный вентилятор (8), с подсоединенными к нему воздуховодными трубками (9), имеющий выходное отверстие (10).

Нагревательный элемент (1) может быть выполнен в виде спирали из нихромовой проволоки, закрепленной на нижнем основании корпуса (2) нагревательного элемента. Питание нагревательного элемента (1) может быть выполнено от источника (3) постоянного тока, например, 12В, 10А с ШИМ регулятором тока нагрузки, через соединительный кабель (4). Значение температуры нагрева курительной смеси в статическом режиме может меняться установкой соответствующего значения тока нагрузки в ШИМ регуляторе. Корпус (2) нагревательного элемента (1) выполнен с входными и выходными отверстиями (6 и 7). В частности, входные отверстия (6) могут быть выполнены на крышке или в верхней части корпуса (2), а выходные отверстия (7) – в основании корпуса (2).

Устройство работает следующим образом. Нагревательный элемент (1) размещают над емкостью (5), подают на него питание от источника (3), подключенного с помощью соединительного кабеля (4). Нагревательный элемент (1) нагревает компоненты курительной смеси, размещенные в емкости (5). При этом температура в верхней части емкости (5) у нижнего основания корпуса (2) нагревательного элемента (1) составляет 200-250 градусов Цельсия. При вдохе пользователя кальяна внутри колбы образуется область пониженного давления, под влиянием которой возникает поток воздуха, направленный к колбе по шахте кальяна. Этот воздушный поток, возникающий при вдохе, поступает в корпус (2) нагревательного элемента через входные отверстия (6), проходит через нагревательный элемент (1), нагревается и выходит через выходные отверстия (7). Нагретый воздух затем поступает в емкость (5) и осуществляет нагрев курительной смеси, размещенной в ней. Под действием тепла от нагревательного элемента (1) и нагретого воздушного потока происходит испарение компонентов курительной смеси, которые далее поступают в колбу кальяна. Однако в перерывах между вдохами, при отсутствии воздушного потока эти испарения также могут попадать в корпус (2) нагревательного элемента (1) или на его нижнее основание и нагреваться до температур, при которых происходит образование вредных веществ. Для того, чтобы исключить попадания испаряемых компонентов в область нагревательного элемента (1) с высокой температурой корпус выполнен с элементами, препятствующими попаданию компонентов курительной смеси, испаряемых в процессе нагрева, на нагревательный элемент и/или его корпус. В данном примере эти элементы выполнены в виде центробежного вентилятора (8), который создает разряжение на концах воздуховодных трубок (9), входящих в корпус (2) нагревательного элемента (1) через боковые стенки. Таким образом испаряемые компоненты курительной смеси через воздуховодные трубки (9) удаляются из корпуса (2) нагревательного элемента (1) и выходят через выходное отверстие центробежного вентилятора (10), не претерпев перегрева и какого-либо химического разложения. При этом следует иметь в виду, что температура боковых стенок корпуса (2) нагревательного элемента (1), как правило, меньше или равна температуре нижнего основания, такую же температуру имеют и воздуховодные трубки (9) в местах их соединения с корпусом (2) нагревательного элемента (1). Для того чтобы центробежный вентилятор (8) не влиял на процесс курения и дымообразования суммарное сечение воздуховодных трубок (9) выбирают меньшим проходных суммарных сечений входных (6) и выходных отверстий (7). Возможен также и другой режим работы устройства по данному варианту. Центробежный вентилятор (8) может быть настроен таким образом, чтобы создавать избыточное давление на концах воздуховодных трубок (9), и направлять поток воздуха через выходные отверстия (7) к емкости (5), тем самым препятствуя проникновению испаряемых компонентов курительной смеси в корпус (2) нагревательного элемента (1) и образованию токсичных газообразных продуктов, испаряемых в процессе нагрева компонентов курительной смеси.

Устройство для реализации заявленного способа нагрева курительной смеси может быть выполнено также в других вариантах.

При выполнении элементов, препятствующих попаданию компонентов курительной смеси на нагревательный элемент и/или его корпус, в виде клапана, принцип действия остается по сути таким же, как описано выше, с тем отличием, что выходные отверстия (7) корпуса (2) выполнены с клапаном, который обеспечивает движение воздушного потока только в одну сторону – пропускает нагретый воздух, прошедший через нагревательный элемент (1) при вдохе, но препятствуют поступлению испаряемых компонентов курительной смеси обратно к нагревательному элементу (1), что исключает нагрев паров курительной смеси до критических температур и образованию токсичных газообразных продуктов, испаряемых в процессе нагрева компонентов курительной смеси.

В еще одном варианте исполнения устройства для нагрева курительной смеси элементы, препятствующие попаданию компонентов курительной смеси на нагревательный элемент и/или его корпус, выполняют в виде ограничителя объема воздушного потока, который пропускают через корпус нагревательного элемента, расположенного ниже нагревательного элемента, и отверстий в корпусе нагревательного элемента, выполненных ниже указанного ограничителя. Такой ограничитель, например, может быть выполнен в виде пластины с отверстиями, располагаемой в корпусе нагревательного элемента (2) между нижним основанием и нагревательным элементом (1), а в нижней части корпуса нагревательного элемента выполняют отверстия, в частности, боковые прорези, выбирая суммарное сечение этих отверстий таким образом, чтобы значительно, в 3-6 раз, превышать суммарное сечение отверстий в пластине ограничителя. В этом случае, при вдохе небольшая часть воздушного потока проходит через нагревательный элемент (1) и нагревается, а другая часть поступает в емкость (5) через прорези, непосредственно из окружающей среды. Соответственно, большая часть испаряемых компонентов будет также выходить через прорези, минуя нагревательный элемент (1) и части корпуса (2) с большой температурой. В этой реализации устройства, чем выше устанавливают температуру нагревательного элемента (1), тем меньше выполняют суммарное сечение отверстий в пластине ограничителя, и тем меньше испаряемых компонентов курительной смеси попадает в корпус нагревательного элемента (2) и на сам нагревательный элемент (1).

Еще один вариант устройства выполняют с элементами, препятствующими попаданию компонентов курительной смеси на нагревательный элемент и/или его корпус, в виде трубки для введения в воздушный поток, возникающий при вдохе, водяного пара и/или водно-воздушного аэрозоля. В этом случае, при прохождении воздушного потока через корпус (2) нагревательного элемента (1), в нём образуется избыточное давление за счёт быстрого нагрева водяного пара и испарения мелкодисперсной воды. Это давление препятствует проникновению испаряемых компонентов курительной смеси из емкости (5) в корпус (2) нагревательного элемента (1).

Во всех вариантах осуществления заявляемого устройства для реализации способа нагрева курительной смеси выбирают такую температуру нагрева емкости (5) и находящихся в ней компонентов курительной смеси, при которой обеспечиваются хорошие показатели дымности кальяна и органолептические свойства дыма, исходя из состава, типа и прочих характеристик курительной смеси, но исключается образование токсичных газообразных продуктов, испаряемых в процессе нагрева компонентов курительной смеси.

Представленная фигура, описание конструкции и использования устройства не исчерпывают возможные варианты исполнения и не ограничивают каким-либо образом объем заявляемого технического решения. Возможны иные варианты исполнения и использования в объеме заявляемой формулы. Приведенные примеры реализации устройства для нагрева курительной смеси и его использования не ограничивают объем заявленного решения представленными частными формами исполнения отдельных элементов или их взаимосвязей. Следует понимать, что заявленное изобретение может быть реализовано в других вариантах устройства, с иными элементами, взаимосвязями и условиями чем описаны выше, в сочетании с другими существующими и будущими технологиями.

Группа изобретений относится к способу нагрева курительной смеси и к устройству для нагрева курительной смеси. Способ нагрева курительной смеси, при котором используют устройство для нагрева, осуществляют нагрев курительной смеси с помощью нагревательного элемента указанного устройства и воздуха, поступающего в емкость для курительной смеси при вдохе. Корпус устройства для нагрева выполняют с возможностью прохождения и нагрева воздушного потока, возникающего при вдохе, при этом корпус нагревательного элемента выполняют с элементами, препятствующими попаданию компонентов курительной смеси, испаряемых в процессе нагрева, на нагревательный элемент и/или его корпус. Технический результат - предотвращение образования токсичных газообразных продуктов, испаряемых в процессе нагрева компонентов курительной смеси. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ нагрева курительной смеси, при котором используют устройство для нагрева, осуществляют нагрев курительной смеси с помощью нагревательного элемента указанного устройства и воздуха, поступающего в емкость для курительной смеси при вдохе, корпус устройства для нагрева выполняют с возможностью прохождения и нагрева воздушного потока, возникающего при вдохе, отличающийся тем, что корпус нагревательного элемента выполняют с элементами, препятствующими попаданию компонентов курительной смеси, испаряемых в процессе нагрева, на нагревательный элемент и/или его корпус.

2. Способ нагрева курительной смеси по п.1, отличающийся тем, что элементы, препятствующие попаданию компонентов курительной смеси на нагревательный элемент и/или его корпус, выполняют в виде воздуховодных трубок, соединенных с вентилятором.

3. Способ нагрева курительной смеси по п.1, отличающийся тем, что элементы, препятствующие попаданию компонентов курительной смеси на нагревательный элемент и/или его корпус, выполняют в виде клапана.

4. Способ нагрева курительной смеси по п.1, отличающийся тем, что элементы, препятствующие попаданию компонентов курительной смеси на нагревательный элемент и/или его корпус, выполняют в виде ограничителя объема пропускаемого через корпус нагревательного элемента воздушного потока, расположенного ниже нагревательного элемента, и отверстий в корпусе нагревательного элемента, выполненных ниже указанного ограничителя.

5. Способ нагрева курительной смеси по п.1, отличающийся тем, что элементы, препятствующие попаданию компонентов курительной смеси на нагревательный элемент и/или его корпус, выполняют в виде трубки для введения в воздушный поток, возникающий при вдохе, водяного пара и/или водно-воздушного аэрозоля.

6. Устройство для нагрева курительной смеси, включающее нагревательный элемент, размещенный в корпусе и выполненный с возможностью подключения к источнику питания, корпус нагревательного элемента выполнен с возможностью прохождения и нагрева воздушного потока, возникающего при вдохе, отличающееся тем, что корпус нагревательного элемента содержит элементы, препятствующие попаданию компонентов курительной смеси, испаряемых в процессе нагрева, на нагревательный элемент и/или его корпус.

7. Устройство для нагрева курительной смеси по п.6, отличающееся тем, что корпус нагревательного элемента содержит входные и выходные отверстия для воздушного потока, возникающего при вдохе.

8. Устройство для нагрева курительной смеси по п.6, отличающееся тем, что элементы, препятствующие попаданию компонентов курительной смеси на нагревательный элемент и/или его корпус, выполнены в виде воздуховодных трубок, соединенных с вентилятором.

9. Устройство для нагрева курительной смеси по п.6, отличающееся тем, что элементы, препятствующие попаданию компонентов курительной смеси на нагревательный элемент и/или его корпус, выполнены в виде клапана.

10. Устройство для нагрева курительной смеси по п.6, отличающееся тем, что элементы, препятствующие попаданию компонентов курительной смеси на нагревательный элемент и/или его корпус, выполнены в виде ограничителя объема пропускаемого через корпус нагревательного элемента воздушного потока, расположенного ниже нагревательного элемента, и отверстий в корпусе нагревательного элемента, выполненных ниже указанного ограничителя.

11. Устройство для нагрева курительной смеси по п.6, отличающееся тем, что элементы, препятствующие попаданию компонентов курительной смеси на нагревательный элемент и/или его корпус, выполнены в виде трубки для введения в воздушный поток, возникающий при вдохе, водяного пара и/или водно-воздушного аэрозоля.