УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРЕВА СУБСТРАТА, ОБРАЗУЮЩЕГО АЭРОЗОЛЬ, С ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫМ НАГРЕВОМ ВОЗДУХА Российский патент 2024 года по МПК A24F1/30 

Настоящее изобретение относится к устройствам и системам, генерирующим аэрозоль, которые нагревают субстрат, образующий аэрозоль, для высвобождения одной или более составляющих субстрата. Более конкретно, настоящее изобретение относится к устройствам и системам, генерирующим аэрозоль, например, кальянным устройствам и системам, которые нагревают субстрат, образующий аэрозоль, для высвобождения одной или более составляющих из субстрата без сгорания субстрата.

Традиционные кальянные устройства используются для курения табака и выполнены таким образом, что пар и дым проходят через емкость с водой перед тем, как их вдыхает потребитель. Кальянные устройства могут содержать одно выпускное отверстие или более одного выпускного отверстия, так что устройство может быть использовано одновременно более чем одним потребителем. Некоторые рассматривают использование кальянных устройств как способ проведения досуга и социальный опыт.

Как правило, традиционные кальяны используют в комбинации с субстратом, иногда называемым в данной области техники кальянным табаком, табачной мелассой или просто мелассой. Традиционные субстраты для кальяна содержат сравнительно много сахара (в некоторых случаях до ~ 50% по сравнению с ~ 20%, как правило, содержащихся в обычных табачных субстратах, таких как сгораемые сигареты). Табак, используемый в кальянных устройствах, может быть смешан с другими ингредиентами для, например, увеличения объема получаемых пара и дыма, для изменения аромата или для того и другого.

В традиционных кальянных устройствах используется древесный уголь, например, пеллеты древесного угля для нагрева и иногда сжигания табачного субстрата с целью генерирования аэрозоля для вдыхания пользователем. Использование древесного угля для нагрева табака может вызывать полное или частичное сгорание табака или других ингредиентов. Дополнительно, древесный уголь может создавать вредные или потенциально вредные продукты, например монооксид углерода, которые могут смешиваться с паром кальяна и проходить через емкость с водой к выпускному отверстию.

Одним способом уменьшения образования монооксида углерода и побочных продуктов сгорания является использование вместо табака жидкости для электронных сигарет. В кальянных устройствах, в которых используют жидкости для электронных сигарет, исключаются побочные продукты сгорания, но потребители кальяна лишаются традиционных ощущений, связанных с употреблением табачного продукта.

Были предложены другие кальянные устройства, в которых используют электрические нагреватели для нагрева, а не сгорания табака. Такие кальянные устройства с нагревом без сжигания нагревают табачный субстрат до температуры, достаточной для получения аэрозоля из субстрата без сгорания субстрата, и, следовательно, уменьшают или устраняют побочные продукты, связанные с горением табака. Однако исключение сгорания субстрата может привести к меньшей выработке аэрозоля, чем та, которую пользователь может ожидать от кальянного устройства. Например, получение аэрозоля с точки зрения видимого дыма или аэрозоля, общей массы аэрозоля или массы видимого дыма или аэрозоля может быть неудовлетворительным для кальянных устройств с нагревом без сжигания.

Кроме того, электрический нагрев субстрата, образующего аэрозоль, может быть энергоемким процессом. Если кальянное устройство питается от батареи, количество времени, в течение которого устройство может быть использовано для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, может быть ограничено.

Желательно обеспечить устройство, генерирующее аэрозоль, например кальянное устройство, которое эффективно нагревает субстрат, образующий аэрозоль.

Также желательно обеспечить устройство, генерирующее аэрозоль, с нагревом без сжигания, например кальянное устройство с нагревом без сжигания, которое создает удовлетворительное количество аэрозоля.

Различные варианты осуществления настоящего изобретения относятся к устройству, генерирующему аэрозоль, которое содержит трубку, имеющую внутреннюю часть, через которую протекает аэрозоль, генерируемый посредством нагрева субстрата, образующего аэрозоль, и к устройству, генерирующему аэрозоль, которое содержит путь потока воздуха, который вызывает протекание воздуха вблизи внешней поверхности трубки или вступление воздуха в контакт с ней. Ниже по ходу потока относительно области потока вблизи трубки или контакта с ней путь потока воздуха может направлять воздух к субстрату, образующему аэрозоль, для переноса генерируемого впоследствии аэрозоля к выпускному отверстию.

Такая конфигурация может преимущественно предварительно нагревать воздух, протекающий извне относительно трубки в области на внешней поверхности трубки или вблизи нее, посредством передачи тепла от аэрозоля, протекающего через трубку, к воздуху, внешнему относительно трубки. Нагрев воздуха перед контактом с субстратом, образующим аэрозоль, может улучшать энергоэффективность устройства. Передача тепла может преимущественно охлаждать аэрозоль, протекающий в трубку. Охлаждение аэрозоля, текущего в трубку, может преимущественно увеличивать объем видимого аэрозоля, общую массу аэрозоля или как объем видимого аэрозоля, так и общую массу аэрозоля.

В различных вариантах осуществления настоящее изобретение относится к кальянному устройству. Кальянное устройство может содержать сосуд, имеющий внутренний объем, выполненный с возможностью содержания жидкости. Сосуд может иметь впускное отверстие сосуда и выпускное отверстие свободного пространства. Кальянное устройство может дополнительно содержать резервуар, выполненный с возможностью размещения субстрата, образующего аэрозоль, или размещения картриджа, содержащего субстрат, образующий аэрозоль. Кальянное устройство может также содержать нагревательный элемент, выполненный с возможностью нагрева субстрата, образующего аэрозоль, когда субстрат, образующий аэрозоль, или картридж размещен в резервуаре. Кальянное устройство может содержать впускное отверстие резервуара, в сообщении с резервуаром и расположенное выше по ходу потока относительно него, и может содержать выпускное отверстие резервуара, в сообщении с резервуаром и расположенное ниже по ходу потока относительно него. Кальянное устройство может также содержать трубку, находящуюся в сообщении с выпускным отверстием резервуара и проходящую в сосуд через впускное отверстие сосуда. Кальянное устройство может содержать впускной канал для воздуха, находящийся в сообщении с окружающей средой и впускным отверстием резервуара. Впускной канал для воздуха проходит вдоль внешней части трубки. Впускной канал для воздуха может образовывать путь вдоль внешней части трубки.

Преимущественно кальянное устройство, описанное выше, может обеспечивать передачу тепла между внутренней частью трубки и окружающей средой, которая находится снаружи трубки. Кальянное устройство может обеспечивать передачу тепла от аэрозоля или воздуха, захваченного аэрозолем, протекающего через трубку, к воздуху, протекающему через впускной канал для воздуха, который проходит вдоль наружной поверхности трубки во время использования кальянного устройства. Это обеспечивает предварительный нагрев воздуха, поступающего в систему, улучшая эффективность устройства. В то же время передача тепла между аэрозолем, протекающим через трубку, и воздухом, протекающим через впускной канал вдоль наружной части трубки, охлаждает аэрозоль, протекающий через трубку. Это увеличивает объем аэрозоля и общую массу аэрозоля. Преимущественно пользователь благодаря этому обеспечен более реальным ощущением от сеанса курения кальяна.

Предпочтительно трубка содержит теплопроводный материал для способствования передачи тепла между аэрозолем и воздухом во впускном канале.

Кальянное устройство может содержать теплообменный элемент. Теплообменный элемент может проходить в направлении от внешней части трубки во впускной канал для воздуха. Теплообменный элемент может преимущественно способствовать передачи тепла от аэрозоля в трубке воздуху во впускном канале для воздуха.

Теплообменный элемент может быть выполнен как одно целое с трубкой. Теплообменный элемент может содержать ребро. Теплообменный элемент может содержать несколько ребер. Теплообменный элемент может проходить по существу по периметру трубки. Теплообменный элемент может содержать элемент с несколькими ребрами, проходящий по существу вокруг трубки. Теплообменный элемент может содержать теплопроводный материал. Трубка может содержать теплопроводный материал. В некоторых вариантах осуществления как теплообменный элемент, так и трубка могут содержать теплопроводный материал. Примеры теплопроводных материалов, которые одно или оба из теплообменного элемента и трубки могут содержать, включают нержавеющую сталь, алюминий, оксид алюминия или алюминиевый сплав.

Устройства и системы, генерирующие аэрозоль, описанные в настоящем изобретении, могут быть более энергоэффективными, чем существующие или ранее описанные устройства и системы, генерирующие аэрозоль. Например, предварительный нагрев воздуха до контакта воздуха с субстратом, образующим аэрозоль, может приводить к необходимости подачи меньшего количества энергии на нагреватель для нагрева субстрата до степени, достаточной для высвобождения одной или более составляющих субстрата в аэрозоле. В частности, предварительный нагрев воздуха посредством передачи тепла от аэрозоля, а не от нагревателя или в дополнение к передаче от него, может быть особенно энергоэффективным. В дополнение, охлаждение аэрозоля может улучшить нуклеацию. Улучшенная нуклеация может привести к увеличенному объему видимого аэрозоля, увеличенной общей массе аэрозоля или как к увеличенному объему видимого аэрозоля, так и увеличенной общей массе аэрозоля.

Термины, используемые в данном документе, имеют свои общепринятые определения, если в данном документе не определено иное.

Термин «аэрозоль» используется в данном документе для обозначения суспензии твердых частиц или капель жидкости, или комбинации твердых частиц и капель жидкости в газе. Газ может представлять собой воздух. Твердые частицы или капли жидкости могут содержать одно или более летучих вкусоароматических соединений. Аэрозоль может быть видимым или невидимым. Аэрозоль может содержать пары веществ, которые при комнатной температуре обычно являются жидкими или твердыми. Аэрозоль может содержать пары веществ, которые при комнатной температуре обычно являются жидкими или твердыми, в комбинации с твердыми частицами или в комбинации с каплями жидкости, или в комбинации как с твердыми частицами, так и с каплями жидкости. В некоторых вариантах осуществления аэрозоль содержит никотин.

Термин «субстрат, образующий аэрозоль» используется в данном документе для обозначения материала, способного высвобождать одно или более летучих соединений, которые могут образовывать аэрозоль. В некоторых вариантах осуществления субстрат, образующий аэрозоль, может быть нагрет для испарения одного или более компонентов субстрата, образующего аэрозоль, для образования аэрозоля. В качестве альтернативы нагреву или сгоранию в некоторых случаях летучие соединения могут быть высвобождены посредством химической реакции или посредством механического воздействия, такого как воздействие ультразвуком. Субстрат, образующий аэрозоль, может быть расположен внутри картриджа. Субстрат, образующий аэрозоль, может быть твердым или жидким или может содержать как твердые, так и жидкие компоненты. Субстрат, образующий аэрозоль, может быть нанесен на подложку или опору путем адсорбции, нанесения покрытия, пропитки или иным способом. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать никотин. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать материал растительного происхождения. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табак. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать табакосодержащий материал, содержащий летучие табачные вкусоароматические соединения, которые высвобождаются из субстрата, образующего аэрозоль, при нагреве. Субстрат, образующий аэрозоль, может альтернативно содержать материал, не содержащий табака. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный материал растительного происхождения. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный табачный материал. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать по меньшей мере одно вещество для образования аэрозоля. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать другие добавки и ингредиенты, например ароматизаторы.

Термины «выше по ходу потока» и «ниже по ходу потока» обозначают относительные положения элементов устройства, генерирующего аэрозоль, например кальянного устройства, описанные относительно направления воздуха или аэрозоля по мере его втягивания через устройство посредством приложения отрицательного относительного давления на мундштуке или мундштучном конце устройства.

Термины «неотделимый» и «выполненный как одно целое» используются в данном документе для описания элементов, выполненных как одно целое (в виде одного неразъемного фрагмента). Неотделимые или выполненные как одно целое компоненты могут быть выполнены таким образом, что их нельзя отделить друг от друга, не вызвав структурное повреждение фрагмента.

В контексте данного документа формы единственного числа также включают варианты осуществления со ссылками на множественное число, если из содержания явно не следует иное.

В контексте данного документа союз «или» в целом используется в своем значении, включающем «одно или другое или оба», если из содержания явно не следует иное.

Термин «приблизительно» используется в данном документе в сочетании с числовыми значениями, чтобы включать нормальные вариации в измерениях, ожидаемые специалистами в данной области техники, и подразумевается, что он имеет такое же значение как «примерно». Под термином «приблизительно» понимается охватывание типичной погрешности. Типичная погрешность может составлять, например, ± 5% от заявленного значения.

В контексте данного документа 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 другие варианты осуществления также могут быть предпочтительными при тех же или других обстоятельствах. Кроме того, описание 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, включая формулу изобретения.

В контексте данного документа термин «по существу» можно понимать как модифицирующий следующий за ним термин на по меньшей мере приблизительно 90%, по меньшей мере приблизительно 95% или по меньшей мере приблизительно 98%. В контексте данного документа термин «не по существу» может пониматься как имеющий обратное значение термина «по существу», то есть как модифицирующий следующий за ним термин не более чем на 10%, не более чем на 5% или не более чем на 2%.

Любое направление, упомянутое в данном документе, такое как «верх», «низ», «левый», «правый», «верхний», «нижний», и другие направления или ориентации описаны в данном описании для ясности и краткости, но не предназначены для ограничения фактического устройства или системы. Устройства и системы, описанные в данном документе, могут быть использованы в разных направлениях и ориентациях.

Ниже представлен не являющийся исчерпывающим перечень неограничивающих примеров. Любой один или более из признаков этих примеров можно комбинировать с любым одним или более признаками другого примера, варианта осуществления или аспекта, описанного в данном документе.

A: Кальянное устройство содержащее (i) сосуд, имеющий внутренний объем, выполненный с возможностью содержания жидкости, причем сосуд содержит впускное отверстие сосуда и выпускное отверстие свободного пространства; (ii) резервуар, выполненный с возможностью размещения субстрата, образующего аэрозоль, или размещения картриджа, содержащего субстрат, образующий аэрозоль; (iii) нагревательный элемент, выполненный с возможностью нагрева субстрата, образующего аэрозоль, когда субстрат, образующий аэрозоль, или картридж размещен в резервуаре; (iv) впускное отверстие резервуара, находящееся в сообщении с резервуаром и расположенное выше по ходу потока относительно него; (v) выпускное отверстие резервуара, находящееся в сообщении с резервуаром и расположенное ниже по ходу потока относительно него; (vi) трубку, находящуюся в сообщении с выпускным отверстием резервуара и проходящую в сосуд через впускное отверстие сосуда; и (vii) впускной канал для воздуха, находящийся в сообщении с окружающей средой и впускным отверстием резервуара, при этом впускной канал для воздуха проходит вдоль наружной поверхности трубки. Впускной канал для воздуха может образовывать путь вдоль наружной поверхности трубки.

B: Кальянное устройство согласно примеру A, содержащее теплообменный элемент, проходящий от наружной поверхности трубки, чтобы по меньшей мере частично образовывать часть впускного канала для воздуха.

C: Кальянное устройство согласно примеру B, при этом теплообменный элемент выполнен как одно целое с трубкой.

D: Кальянное устройство согласно примеру B или C, при этом теплообменный элемент содержит ребро.

E: Кальянное устройство согласно любому из примеров B-D, при этом теплообменный элемент содержит теплопроводный материал.

F: Кальянное устройство согласно любому из предыдущих примеров, при этом наружная поверхность трубки содержит теплопроводный материал.

G: Кальянное устройство согласно примеру F, при этом теплопроводный материал содержит алюминий, оксид алюминия или алюминиевый сплав.

H: Кальянное устройство согласно любому из предыдущих примеров, при этом нагревательный элемент выполнен с возможностью нагрева субстрата, образующего аэрозоль, до степени, достаточной для испарения одного или более компонентов субстрата, образующего аэрозоль, без сгорания субстрата, образующего аэрозоль.

I: Кальянное устройство согласно любому из предыдущих примеров дополнительно содержащее контроллер, функционально связанный с нагревательным элементом, при этом контроллер выполнен с возможностью управления нагревом нагревательного элемента так, что нагревательный элемент нагревает субстрат, образующий аэрозоль, до степени, достаточной для испарения одного или более компонентов субстрата, образующего аэрозоль, без сгорания субстрата, образующего аэрозоль.

J: Кальянное устройство согласно любому из предыдущих примеров, при этом нагревательный элемент образует по меньшей мере часть резервуара.

K: Кальянное устройство согласно любому из предыдущих примеров, при этом при использовании воздух проходит из окружающей среды через впускной канал для воздуха к впускному отверстию резервуара, через резервуар, из выпускного отверстия резервуара через трубку в сосуд и из выпускного отверстия свободного пространства.

L: Кальянное устройство согласно примеру K, при этом воздух, текущий через впускной канал для воздуха, охлаждает воздух, текущий через трубку.

M: Система, содержащая (i) кальянное устройство согласно любому из предыдущих примеров; и (ii) субстрат, образующий аэрозоль.

N: Система согласно примеру M, при этом субстрат, образующий аэрозоль, предусмотрен в картридже.

O: Система согласно примеру M или N, при этом субстрат, образующий аэрозоль, содержит табак.

Устройства и системы, генерирующие аэрозоль, описанные в настоящем изобретении, могут функционировать более эффективно, чем предыдущие системы и устройства, генерирующие аэрозоль, могут создавать больше аэрозоля относительно предыдущих систем и устройств, генерирующих аэрозоль, или могут функционировать более эффективно и создавать больше аэрозоля, чем предыдущие устройства и системы, генерирующие аэрозоль. Устройства и системы, описанные в данном документе, выполнены с возможностью передачи тепла от аэрозоля, генерируемого посредством нагрева субстрата, образующего аэрозоль, воздуху в проходе, например канале, расположенном выше по ходу потока относительно субстрата, образующего аэрозоль. Проход находится в сообщении с субстратом, образующим аэрозоль, так что нагретый воздух в проходе может контактировать с субстратом, образующим аэрозоль, и переносить генерируемый аэрозоль через устройство к выпускному отверстию. Нагрев воздуха в проходе, расположенном выше по ходу потока относительно субстрата, образующего аэрозоль, может приводить к улучшенной энергоэффективности. Охлаждение аэрозоля может приводить к увеличенной нуклеации. Увеличенная нуклеация может приводить к увеличенному объему видимого аэрозоля, увеличенной общей массе аэрозоля или как к увеличенному объему видимого аэрозоля, так и увеличенной общей массе аэрозоля.

Объем видимого аэрозоля может быть определен любым подходящим образом. Например, пользователь может наблюдать за объемом или плотностью аэрозоля. В дополнение или альтернативно, за плотностью аэрозоля можно наблюдать с использованием фотометра или инструмента, выполненного с возможностью измерения рассеяния света.

Общую массу аэрозоля можно определить любым подходящим образом. Например, аэрозоль можно собирать на фильтре или другом подходящем средстве, таком как прокладка Cambridge, на выпускном отверстии устройства, генерирующего аэрозоль, во время моделируемого использования устройства. Массу прокладки перед воздействием аэрозоля и после него можно измерять для определения массы аэрозоля.

Остальная часть настоящего изобретения описывает устройство, генерирующее аэрозоль, с точки зрения кальянного устройства. Однако следует понимать, что идеи, представленные в данном документе, можно применять к любому подходящему устройству, генерирующему аэрозоль.

Кальянное устройство может содержать резервуар, приспособленный для размещения субстрата, образующего аэрозоль, или картриджа, содержащего субстрат, образующий аэрозоль. Предпочтительно картридж содержит субстрат, образующий аэрозоль.

Кальянное устройство может содержать нагревательный элемент, выполненный с возможностью вступления в контакт с основной частью картриджа или нахождения вблизи нее, когда картридж размещен в резервуаре. Нагревательный элемент может образовывать по меньшей мере часть резервуара. Например, нагревательный элемент может образовывать по меньшей мере часть поверхности резервуара. Кальянный картридж может быть выполнен с возможностью передачи тепла от нагревательного элемента субстрату, образующему аэрозоль, за счет проводимости. В некоторых вариантах осуществления нагревательный элемент содержит электрический нагревательный элемент. В некоторых вариантах осуществления нагревательный элемент содержит резистивный нагревательный компонент. Например, нагревательный элемент может содержать одну или более резистивных проволок или других резистивных элементов. Резистивные проволоки могут находиться в контакте с теплопроводным материалом для распределения производимого тепла по большей площади. Примеры подходящих проводящих материалов включают алюминий, медь, цинк, никель, серебро и их комбинации. Нагревательный элемент может образовывать по меньшей мере часть поверхности резервуара.

Предпочтительно кальянное устройство выполнено с возможностью достаточного нагрева субстрата, образующего аэрозоль, в картридже, с образованием аэрозоля из субстрата, образующего аэрозоль, но без сгорания субстрата, образующего аэрозоль. Аэрозоль может быть образован из субстрата, образующего аэрозоль, посредством испарения одного или более компонентов субстрата, образующего аэрозоль. Например, кальянное устройство может быть выполнено с возможностью нагрева субстрата, образующего аэрозоль, до температуры в диапазоне от приблизительно 150 °C до приблизительно 300 °C; более предпочтительно от приблизительно 180 °C до приблизительно 250 °C или от приблизительно 200 °C до приблизительно 230 °C для испарения одного или более составляющих субстрата, образующего аэрозоль.

Кальянное устройство может содержать управляющую электронику, функционально связанную с нагревательным элементом. Управляющая электроника может быть выполнена с возможностью управления нагревом нагревательного элемента. Управляющая электроника может быть выполнена с возможностью управления температурой, до которой нагревается субстрат, образующий аэрозоль, в картридже. Управляющая электроника может быть предусмотрена в любом подходящем виде и может, например, содержать контроллер или запоминающее устройство и контроллер. Контроллер может содержать одно или более из следующего: машину состояний на основе специализированной интегральной схемы (ASIC), цифровой процессор сигналов, вентильную матрицу, микропроцессор или эквивалентную дискретную либо интегрированную логическую схему. Управляющая электроника может содержать запоминающее устройство, которое хранит команды, приводящие к выполнению одним или более компонентами схемы функции или аспекта управляющей электроники. Функции, свойственные управляющей электронике, в настоящем изобретении могут быть осуществлены как одно или более из программного обеспечения, программно-аппаратного обеспечения и аппаратного обеспечения.

Электронная схема может содержать микропроцессор, который может представлять собой программируемый микропроцессор. Электронная схема может быть выполнена с возможностью регулирования подачи питания. Питание может подаваться на элемент в виде нагревателя в виде импульсов электрического тока.

В некоторых примерах 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.

Кальянное устройство может содержать датчик температуры, такой как термопара. Датчик температуры может быть функционально связан с управляющей электроникой для управления температурой нагревательного элемента. Датчик температуры может быть расположен в любом подходящем месте. Например, датчик температуры может быть выполнен с возможностью вставки в картридж при вмещении внутрь резервуара для отслеживания температуры нагреваемого субстрата, образующего аэрозоль. В дополнение или альтернативно датчик температуры может находиться в контакте с нагревательным элементом. В дополнение или альтернативно датчик температуры может быть расположен так, чтобы определять температуру на выпускном отверстии для аэрозоля кальянного устройства или его части. Датчик может передавать сигналы относительно измеренной температуры на управляющую электронику. Управляющая электроника в ответ на сигнал может регулировать нагрев нагревательных элементов для достижения подходящей температуры на датчике.

Управляющая электроника может быть функционально связана с блоком питания. Кальянное устройство может содержать любой подходящий блок питания. Например, блок питания кальянного устройства может представлять собой батарею или комплект батарей. Батареи блока питания могут быть одними или более из перезаряжаемых, съемных и сменных. Может быть использована любая подходящая батарея. Например, батареи повышенной мощности или стандартные батареи, имеющиеся на рынке, такие как используемые для промышленных электроинструментов высокой мощности. Альтернативно блок питания может представлять собой электрический блок питания любого типа, включая супер- или гиперконденсатор. Альтернативно узел может быть подключен к внешнему источнику электропитания и электрически и электронно спроектирован для такой цели. Независимо от типа используемого блока питания, блок питания предпочтительно обеспечивает достаточно энергии для нормального функционирования узла в течение по меньшей мере одного сеанса курения кальяна, пока аэрозоль не будет израсходован из субстрата, образующего аэрозоль, в картридже, до перезарядки или необходимости подключения к внешнему источнику электропитания. Предпочтительно блок питания обеспечивает достаточно энергии для нормального функционирования узла в течение по меньшей мере приблизительно 70 минут непрерывной работы устройства до перезарядки или необходимости подключения к внешнему источнику электропитания.

В одном примере кальянное устройство содержит элемент, генерирующий аэрозоль, который содержит резервуар для картриджа, нагревательный элемент, выпускное отверстие для аэрозоля и впускное отверстие для воздуха. Резервуар для картриджа выполнен с возможностью размещения картриджа, содержащего субстрат, образующий аэрозоль. Нагревательный элемент может образовывать по меньшей мере часть поверхности резервуара.

Кальянное устройство содержит впускной канал для воздуха, находящийся в сообщении по текучей среде с резервуаром. При использовании, когда субстрат, образующий аэрозоль, внутри картриджа нагревают, компоненты вещества для образования аэрозоля в субстрате испаряются. Воздух, протекающий из впускного канала для воздуха через картридж, захватывается аэрозолем, генерируемым из компонентов вещества для образования аэрозоля в картридже.

Впускной канал для воздуха может содержать одну или более прорезей через резервуар для картриджа. Воздух снаружи кальянного устройства может протекать через канал и в резервуар для картриджа через одну или более прорезей. Если канал содержит более одной прорези, канал может содержать коллектор. Коллектор может направлять воздух, протекающий через канал, к каждой прорези. Предпочтительно кальянное устройство содержит два или более впускных каналов для воздуха.

Картридж содержит одно или более отверстий (например впускных отверстий, выпускных отверстий или впускных отверстий и выпускных отверстий), образованных в основной части, чтобы позволить воздуху протекать через картридж. Воздух, который поступает в картридж, может течь через, или сквозь, или и через и сквозь субстрат, образующий аэрозоль, захватывая аэрозоль, и выходить из картриджа и резервуара через выпускное отверстие для аэрозоля. Из выпускного отверстия для аэрозоля воздух, переносящий аэрозоль, поступает в сосуд кальянного устройства.

Кальянное устройство может содержать любой подходящий сосуд, образующий внутренний объем, выполненный с возможностью вмещения жидкости, и образующий выпускное отверстие 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 заполнения жидкостью. Корпус сосуда может быть образован из любого подходящего материала. Например, корпус сосуда может содержать стекло или подходящий жесткий пластиковый материал. Предпочтительно сосуд выполнен с возможностью отделения от части кальянного узла, содержащей элемент, генерирующий аэрозоль, позволяя потребителю заполнять, опустошать или очищать сосуд.

Потребитель может заполнять сосуд до уровня заполнения жидкостью. Жидкость предпочтительно содержит воду, к которой могут необязательно быть добавлены один или более красителей, ароматизаторов или красители и ароматизаторы. Например, в воду можно добавлять одно или оба из растительных и травяных добавок.

Аэрозоль, захваченный в воздухе, выходящем из выпускного отверстия для аэрозоля резервуара, может проходить через трубку, расположенную в сосуде. Трубка может быть связана с выпускным отверстием для аэрозоля элемента, генерирующего аэрозоль, и может иметь отверстие ниже уровня заполнения жидкостью сосуда, так что аэрозоль, протекающий через сосуд, протекает через отверстие трубки, затем через жидкость, в свободное пространство сосуда и выходит через выпускное отверстие свободного пространства для доставки потребителю.

Выпускное отверстие свободного пространства может быть связан со шлангом, содержащим мундштук, для доставки аэрозоля потребителю. Мундштук может содержать элемент активации, например, переключатель, активируемый пользователем, детектор затяжки, выполненный с возможностью обнаружения осуществления пользователем затяжки на мундштуке, или оба: переключатель, активируемый пользователем, и детектор затяжки. Элемент активации функционально связан с управляющей электроникой кальянного устройства. Элемент активации может быть связан посредством беспроводной связи с управляющей электроникой. Активация элемента активации может обеспечивать активацию нагревательного элемента управляющей электроникой вместо постоянной подачи энергии на нагревательный элемент. Соответственно, использование элемента активации может способствовать экономии энергии по сравнению с устройствами, в которых такие элементы не используются для обеспечения нагрева по необходимости вместо постоянного нагрева.

В различных вариантах осуществления по меньшей мере часть впускного канала для воздуха образована наружной поверхностью трубки, которая переносит аэрозоль, захваченный воздухом, выходящим из выпускного отверстия для аэрозоля резервуара. Трубка предпочтительно содержит теплопроводный материал. Трубка может содержать любой подходящий теплопроводный материал. Примеры подходящих теплопроводных материалов включают алюминий, медь, цинк, никель, серебро, любые их сплавы и их комбинации. Предпочтительно трубка содержит алюминий, оксид алюминия или алюминиевый сплав. Теплопроводный материал может способствовать передаче тепла от аэрозоля в трубке воздуху во впускном канале.

Толщина стенки трубки может также способствовать возможности трубки облегчать передачу тепла от аэрозоля в трубке воздуху во впускном канале. Более тонкие стенки склонны в результате к большей передаче тепла, чем более толстые стенки.

Впускной канал для воздуха может проходить частично, по существу или полностью по периметру трубки. Впускной канал для воздуха может проходить вдоль любой подходящей длины трубки. Следует понимать, что количество тепла, передаваемого от аэрозоля в трубке воздуху во впускном канале будет в целом пропорционально площади наружной поверхности трубки, которая образует часть впускного канала для воздуха.

Кальянное устройство может содержать теплообменный элемент. Теплообменный элемент может проходить от наружной поверхности трубки, чтобы по меньшей мере частично образовывать часть впускного канала для воздуха. Теплообменный элемент может преимущественно способствовать передачи тепла от аэрозоля в трубке воздуху во впускном канале для воздуха.

Теплообменный элемент может содержать теплопроводный материал. Примеры подходящих теплопроводных материалов включают алюминий, медь, цинк, никель, серебро, любые их сплавы и их комбинации. Предпочтительно теплообменный элемент содержит алюминий, оксид алюминия или алюминиевый сплав.

В некоторых вариантах осуществления теплообменный элемент может быть выполнен как одно целое с трубкой. В некоторых вариантах осуществления теплообменный элемент может быть отдельной частью относительно трубки. Если теплообменный элемент и трубка образованы из отдельных частей, по меньшей мере часть теплообменного элемента предпочтительно контактирует с трубкой.

Теплообменный элемент может содержать ребро. Теплообменный элемент может содержать несколько ребер. Теплообменный элемент может проходить по существу по периметру трубки. Теплообменный элемент может содержать элемент с несколькими ребрами, проходящий по существу вокруг трубки.

Ниже по ходу потока относительно части впускного канала для воздуха, образуемого трубкой, и выше по ходу потока относительно впускного отверстия резервуара может быть образована часть впускного канала для воздуха посредством нагревательного элемента или теплопроводного материала, находящегося в тепловом контакте с нагревательным элементом. Воздух, протекающий через эту часть, может быть дополнительно предварительно нагрет до поступления во впускное отверстие резервуара и вступления в контакт с субстратом, образующим аэрозоль.

В качестве примера ниже в хронологическом порядке представлен один способ применения кальянного устройства, описанного в данном документе. Сосуд может быть откреплен от других компонентов кальянного устройства и наполнен водой. Одно или более из натуральных фруктовых соков, растительных добавок и травяных добавок могут быть добавлены в воду для ароматизации. Добавляемое количество жидкости должно покрывать часть трубки, но не должно превышать отметку уровня заполнения, которая необязательно может присутствовать на сосуде. Сосуд затем повторно устанавливают в кальянном устройстве. Картридж может быть подготовлен посредством удаления любого съемного слоя (при наличии). Часть элемента, генерирующего аэрозоль, может быть удалена или открыта для обеспечения возможности вставки картриджа в резервуар. Элемент, генерирующий аэрозоль, затем повторно собирают или закрывают.

Устройство может затем быть включено. Включение устройства может инициировать профиль нагрева нагревательного элемента для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, до температуры, которая находится на уровне или выше температуры испарения, но ниже температуры горения субстрата, образующего аэрозоль. Соединения, образующие аэрозоль, субстрата, образующего аэрозоль, испаряются, генерируя аэрозоль. Пользователь может осуществлять затяжку через мундштук по мере необходимости. Пользователь может продолжать использовать устройство сколько пожелает или до тех пор, пока аэрозоль не перестанет быть виден или не перестанет доставляться. В некоторых вариантах осуществления устройство может быть выполнено с возможностью автоматического выключения при израсходовании в картридже или отделении картриджа пригодного для использования субстрата, образующего аэрозоль. В некоторых вариантах осуществления потребитель может пополнять устройство новым картриджем после, например, получения сигнала от устройства, что субстрат, образующий аэрозоль, в картридже израсходован или почти израсходован. Кальянное устройство может быть выключено в любое время потребителем посредством, например, выключения устройства.

Кальянное устройство может характеризоваться любым подходящим управлением движением воздуха. В одном примере выполнение пользователем затяжки создаст эффект всасывания, приводящий к низкому давлению внутри устройства, что заставит внешний воздух протекать через впускное отверстие для воздуха устройства во впускной канал для воздуха и в резервуар. Воздух затем может протекать через картридж в резервуар и захватываться аэрозолем, полученным из субстрата, образующего аэрозоль. Воздух с захваченным аэрозолем затем выходит из выпускного отверстия для аэрозоля резервуара, протекает через трубку в жидкость внутри сосуда. Аэрозоль затем будет подниматься пузырями из жидкости и в свободное пространство в сосуде выше уровня жидкости, из выпускного отверстия свободного пространства и через шланг и мундштук для доставки потребителю. Поток внешнего воздуха и поток аэрозоля внутри кальянного устройства могут быть приведены в действие затяжкой от пользователя.

Любой подходящий кальянный картридж может быть использован с кальянным устройством, описанным в настоящем изобретении. Картридж может содержать основную часть, образующую полость. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержаться в полости картриджа. Основная часть может содержать один или более теплостойких материалов. Основная часть может содержать теплостойкий металл или полимер. Основная часть может содержать теплопроводный материал. Например, основная часть может содержать любое из алюминия, меди, цинка, никеля, серебра, любых их сплавов и их комбинаций. Предпочтительно основная часть содержит алюминий.

Картридж может иметь любую подходящую форму. Например, картридж может иметь форму, выполненную с возможностью размещения кальянным устройством. Картридж может иметь по существу кубическую форму, цилиндрическую форму, усеченно-коническую форму или любую другую подходящую форму. Предпочтительно картридж имеет обычно цилиндрическую форму или усеченно-коническую форму.

Кальянное устройство выполнено с возможностью нагрева субстрата, образующего аэрозоль, в картридже. Устройство предпочтительно может быть выполнено с возможностью нагрева субстрата, образующего аэрозоль, в картридже благодаря проводимости. Картридж предпочтительно имеет форму и размер для обеспечения возможности контакта с нагревательным элементом кальянного устройства или сведения к минимуму расстояния от него. Преимущественно это может обеспечивать эффективную передачу тепла от нагревательного элемента к субстрату, образующему аэрозоль, в картридже. Тепло можно генерировать посредством любого подходящего механизма, например, посредством резистивного нагрева или посредством индукции, или посредством комбинации резистивного нагрева и индукции. Для способствования индукционному нагреву картридж может быть обеспечен токоприемником. Например, основная часть картриджа может быть выполнена из материала (например, алюминия), который способен действовать как токоприемник, или содержать его. В некоторых вариантах осуществления материал токоприемника может быть предусмотрен в полости картриджа. Материал токоприемника может быть предусмотрен в полости картриджа в любой форме, например, порошок, цельный блок, кусочки и т. п.

Любой подходящий субстрат, образующий аэрозоль, может быть предусмотрен в полости, образованной основной частью картриджа. Субстрат, образующий аэрозоль, представляет собой предпочтительно субстрат, способный высвобождать летучие соединения. Субстрат, образующий аэрозоль, представляет собой предпочтительно субстрат, способный высвобождать соединения, которые могут образовывать аэрозоль. Летучие соединения могут быть высвобождены путем нагрева субстрата, образующего аэрозоль. Летучие соединения могут быть высвобождены посредством химической реакции или посредством механического воздействия, такого как воздействие ультразвуком. Субстрат, образующий аэрозоль, может быть твердым или жидким или может содержать как твердые, так и жидкие компоненты. Субстрат, образующий аэрозоль, может быть нанесен на подложку или опору путем адсорбции, нанесения покрытия, пропитки или иным способом.

Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать никотин. Содержащий никотин субстрат, образующий аэрозоль, может содержать матрицу из никотиновой соли. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать материал растительного происхождения. Субстрат, образующий аэрозоль, предпочтительно содержит табак. Материал, содержащий табак, предпочтительно содержит летучие табачные вкусоароматические соединения, которые высвобождаются из субстрата, образующего аэрозоль, при нагреве. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный табачный материал. Гомогенизированный табачный материал может быть образован путем агломерации частиц табака. Субстрат, образующий аэрозоль, альтернативно или дополнительно может содержать материал, не содержащий табака. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать гомогенизированный материал растительного происхождения. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать по меньшей мере одно вещество для образования аэрозоля. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать другие добавки и ингредиенты, например ароматизаторы. Предпочтительно субстрат, образующий аэрозоль, является субстратом для кальяна. Под субстратом для кальяна следует понимать расходный материал, подходящий для использования в кальянном устройстве. Субстрат для кальяна может содержать мелассу.

Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать, например, один или более из: порошка, гранул, пеллет, кусочков, тонких нитей, полос или листов. Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать 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. Подходящие вещества для образования аэрозоля включают соединения или смеси соединений, которые при использовании облегчают образование плотного и устойчивого аэрозоля и которые по существу устойчивы к термическому разложению при рабочей температуре кальянного устройства. 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 любое подходящее количество вещества для образования аэрозоля. Например, содержание вещества для образования аэрозоля в субстрате может быть равным или больше чем 5% в пересчете на сухой вес и предпочтительно от больше чем 30% по весу в пересчете на сухой вес. Содержание вещества для образования аэрозоля может составлять меньше приблизительно 95% в пересчете на сухой вес. Предпочтительно содержание вещества для образования аэрозоля составляет до приблизительно 55%.

Субстрат, образующий аэрозоль, предпочтительно содержит никотин и по меньшей мере одно вещество для образования аэрозоля. В некоторых вариантах осуществления вещество для образования аэрозоля представляет собой глицерин или смесь глицерина и одного или более других подходящих веществ для образования аэрозоля, таких как перечисленные выше.

Субстрат, образующий аэрозоль, может содержать другие добавки и ингредиенты, такие как ароматизаторы, подслащивающие средства и т. п. В некоторых примерах субстрат, образующий аэрозоль, содержит один или более сахаров в любом подходящем количестве. Предпочтительно субстрат, образующий аэрозоль, содержит инвертированный сахар. Инвертированный сахар представляет собой смесь глюкозы и фруктозы, полученную посредством разделения сахарозы. Предпочтительно субстрат, образующий аэрозоль, содержит от приблизительно 1% до приблизительно 40% по весу сахара, такого как инвертированный сахар. В некотором примере один или более сахаров могут быть смешаны с подходящим носителем, таким как кукурузный крахмал или мальтодекстрин.

В некоторых примерах субстрат, образующий аэрозоль, содержит одно или более средств, улучшающих органолептические свойства. Подходящие средства, улучшающие органолептические свойства, включают ароматизаторы и влияющие на восприятие органами чувств средства, такие как охлаждающие средства. Подходящие ароматизаторы включают натуральный или синтетический ментол, мяту перечную, мяту курчавую, кофе, чай, специи (такие как корица, гвоздика, имбирь или их комбинации), какао, ваниль, фруктовые ароматы, шоколад, эвкалипт, герань, эвгенол, агаву, можжевельник, анетол, линалоол и любую их комбинацию.

В некоторых примерах субстрат, образующий аэрозоль, имеют форму суспензии. Например, субстрат, образующий аэрозоль, может содержать мелассу. В контексте данного документа «меласса» означает состав субстрата, образующего аэрозоль, содержащий приблизительно 20% или более сахара. Например, меласса может содержать по меньшей мере приблизительно 25% по весу сахара, например по меньшей мере приблизительно 35% по весу сахара. Как правило, меласса будет содержать меньше приблизительно 60% по весу сахара, например меньше приблизительно 50% по весу сахара.

Любое подходящее количество субстрата, образующего аэрозоль (например мелассы или табачного субстрата), может быть размещено в полости. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления от приблизительно 3 г до приблизительно 25 г субстрата, образующего аэрозоль, размещено в полости. Картридж может содержать по меньшей мере 6 г, по меньшей мере 7 г, по меньшей мере 8 г или по меньшей мере 9 г субстрата, образующего аэрозоль. Картридж может содержать до 15 г, до 12 г, до 11 г или до 10 г субстрата, образующего аэрозоль. Предпочтительно от приблизительно 7 г до приблизительно 13 г субстрата, образующего аэрозоль, размещено в полости.

Субстрат, образующий аэрозоль, может быть предоставлен на термостабильном носителе или встроен в него. Термин «термостабильный» используется в данном документе для обозначения материала, который по существу не разлагается при температурах, до которых, как правило, нагревается субстрат (например, от приблизительно 150 °C до приблизительно 300 °C). Носитель может содержать тонкий слой, на котором субстрат нанесен на первую основную поверхность, на вторую основную наружную поверхность или как на первую, так и на вторую основные поверхности. Носитель может быть образован, например, из бумаги или подобного бумаге материала, нетканого мата из углеродных волокон, легкой металлической сетки с открытыми ячейками, или перфорированной металлической фольги, или любой другой термостабильной полимерной матрицы. Альтернативно носитель может иметь форму порошка, гранул, шариков, крупиц, тонких трубок, 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.

Основная часть картриджа может содержать одну или более стенок. В некоторых вариантах осуществления основная часть содержит верхнюю стенку, нижнюю стенку и боковую стенку. Боковая стенка может быть цилиндрической или усеченно-конической, проходящей от нижней части к верхней части. Основная часть может содержать одну или более частей. Например, боковая стенка и нижняя стенка могут быть выполнены как одно целое единой частью. Боковая стенка и нижняя стенка могут быть двумя частями, выполненными с возможностью зацепления друг с другом любым подходящим способом. Например, боковая стенка и нижняя стенка могут быть выполнены с возможностью зацепления друг с другом резьбовым зацеплением или посадкой с натягом. Боковая стенка и нижняя стенка могут состоять из двух частей, соединенных вместе. Например, боковая стенка и нижняя стенка могут быть соединены вместе сваркой или клеем. Верхняя стенка и боковая стенка могут быть выполнены как одно целое единой частью. Боковая стенка и верхняя стенка могут быть двумя частями, выполненными с возможностью зацепления друг с другом любым подходящим способом. Например, боковая стенка и верхняя стенка могут быть выполнены с возможностью зацепления друг с другом резьбовым зацеплением или посадкой с натягом. Боковая стенка и верхняя стенка могут состоять из двух частей, соединенных вместе. Например, боковая стенка и верхняя стенка могут быть соединены вместе сваркой или клеем. Верхняя стенка, боковая стенка и нижняя стенка могут быть выполнены как одно целое единой частью. Верхняя стенка, боковая стенка и нижняя стенка могут быть тремя отдельными частями, выполненными с возможностью зацепления друг с другом любым подходящим способом. Например, верхняя стенка, боковая стенка и нижняя стенка могут быть выполнены с возможностью зацепления резьбовым зацеплением, посадкой с натягом, сваркой или клеем.

Одна или более стенок основной части могут образовывать нагреваемую стенку или поверхность. В контексте данного документа термины «нагреваемая стенка» и «нагреваемая поверхность» означают область стенки или поверхности, на которую тепло может быть передано прямо или косвенно. Нагреваемая стенка или поверхность может функционировать как поверхность передачи тепла, по которой тепло может передаваться снаружи основной части в полость или на внутреннюю поверхность полости.

Предпочтительно основная часть картриджа имеет длину (например, осевую длину вдоль вертикальной центральной оси) приблизительно 15 см или меньше. В некоторых вариантах осуществления основная часть имеет длину приблизительно 10 см или меньше. Основная часть может иметь внутренний диаметр приблизительно 1 см или больше. Внутренний диаметр основной части может составлять приблизительно 1,75 см или больше. Картридж может иметь нагреваемую площадь поверхности в полости от приблизительно 25 см² до приблизительно 100 см², например, от приблизительно 70 см² до приблизительно 100 см². Объем полости может составлять от приблизительно 10 см³ до приблизительно 50 см³; предпочтительно от приблизительно 25 см³ до приблизительно 40 см³. В некоторых вариантах осуществления основная часть имеет длину в диапазоне от приблизительно 3,5 см до приблизительно 7 см. Внутренний диаметр основной части может составлять от приблизительно 1,5 см до приблизительно 4 см. Основная часть может иметь нагреваемую площадь поверхности в полости от приблизительно 30 см² до приблизительно 100 см², например, от приблизительно 70 см² до приблизительно 100 см². Объем полости может составлять от приблизительно 10 см³ до приблизительно 50 см³; предпочтительно от приблизительно 25 см³ до приблизительно 40 см³. Предпочтительно основная часть имеет цилиндрическую или усеченно-коническую форму.

Основная часть картриджа может содержать одно или более отверстий или вентиляционных проемов, проходящие через одну или более стенок основной части. Вентиляционные проемы могут быть впускными отверстиями, выпускными отверстиями или и теми, и другими. Вентиляционные проемы могут быть размещены на нижней стенке, на верхней стенке, по бокам или в их комбинации картриджа.

Картридж может содержать уплотнение или слой, закрывающие отверстия или вентиляционные проемы перед использованием. Уплотнение является предпочтительно достаточным для предотвращения прохождения потока воздуха через отверстия или вентиляционные проемы для предотвращения утечки содержимого картриджа и для продления срока хранения. Уплотнение может содержать отслаивающуюся этикетку наклейки, фольгу или т. п. Этикетка, наклейка или фольга могут быть прикреплены к картриджу любым подходящим образом, например, с помощью клея, гофрирования, сварки или присоединения к таре иным образом. Уплотнение может содержать язычок, за который можно ухватиться для отслаивания или удаления этикетки, наклейки или фольги с картриджа.

Картридж может содержать одно или более впускных отверстий и одно или более выпускных отверстий. Одно или более впускных отверстий и одно или более выпускных отверстий позволяют воздуху протекать через субстрат, образующий аэрозоль, когда картридж используется с кальянным устройством. В некоторых вариантах осуществления верхняя стенка картриджа может отсутствовать или может образовывать одно или более отверстий для образования одного или более впускных отверстий картриджа. Нижняя стенка картриджа может образовывать одно или более отверстий для образования одного или более выпускных отверстий картриджа.

Одно или более впускных отверстий и выпускных отверстий могут иметь такие размер и форму, чтобы обеспечивать подходящее сопротивление затяжке (resistance to draw, RTD) через картридж. В некоторых примерах RTD через картридж от впускного отверстия или впускных отверстий до выпускного отверстия или выпускных отверстий может составлять от приблизительно 10 мм H₂O до приблизительно 50 мм H₂O, предпочтительно от приблизительно 20 мм H₂O до приблизительно 40 мм H₂O. RTD образца относится к разности статических давлений между двумя концами образца во время протекания через него потока воздуха в устойчивых условиях, в которых объемный поток составляет 17,5 миллилитра в секунду на выпускном конце. RTD образца может быть измерено с помощью способа, изложенного в стандарте ISO 6565:2002.

Одно или более отверстий на основной части могут покрывать 5% или больше, 10% или больше, 15% или больше, 20% или больше или 25% или больше площади стенки, на которой расположены отверстия. Например, если отверстия есть на верхней стенке, отверстия могут покрывать по меньшей мере 5% площади верхней стенки. Одно или более отверстий на основной части могут покрывать 75% или меньше, 50% или меньше, 40% или меньше или 30% или меньше площади стенки, на которой есть отверстия.

Далее ссылка будет сделана на графические материалы, на которых изображены один или более аспектов, описанных в настоящем изобретении. Однако следует понимать, что другие аспекты, не изображенные на графических материалах, попадают в рамки объема и сущности настоящего изобретения.

На фиг. 1 показано схематическое представление, иллюстрирующее вариант осуществления принципа работы устройства, генерирующего аэрозоль, в соответствии с идеями, представленными в данном документе;

на фиг. 2 представлен схематический вид в разрезе примера кальянного устройства;

на фиг. 3 представлен схематический вид в разрезе варианта осуществления верхней части кальянного устройства; и

на фиг. 4 представлен вариант осуществления схематического вида сверху в поперечном разрезе по линии A-A на фиг. 3.

Одинаковые номера, используемые на фигурах, относятся к одинаковым компонентам. Использование разных номеров для обозначения компонентов на разных фигурах не предназначено для указания того, что компоненты под разными номерами не могут быть одинаковыми с компонентами под другими номерами или подобными им. Фигуры представлены с целью иллюстрации, а не ограничения. Схематические изображения, представленные на фигурах, не обязательно выполнены в масштабе.

На фиг. 1 показано схематическое представление, иллюстрирующее вариант осуществления принципа работы устройства, генерирующего аэрозоль, в соответствии с идеями, представленными в данном документе. Как показано на фиг. 1, окружающий воздух 1 поступает в устройство, генерирующее аэрозоль, и протекает через место, в котором тепло от аэрозоля передается воздуху 1 для получения нагретого воздуха 2. Нагретый воздух 2 может затем контактировать с нагретым субстратом 3, образующим аэрозоль, для захвата одного или более испаренных компонентов в нагретом аэрозоле 4. Нагретый аэрозоль 4 протекает мимо места, в котором тепло передается 10 поступающему воздуху 1, который охлаждает аэрозоль, чтобы обеспечить охлажденный аэрозоль 5. Таким образом, на схеме, показанной на фиг. 1, проиллюстрирована концепция повторного использования тепловой энергии в соответствии с идеями, представленными в данном документе.

Предварительный нагрев воздуха, как показано на фиг. 1, может обеспечивать более энергоэффективное устройство, генерирующее аэрозоль, поскольку может быть необходимо меньше энергии для нагрева субстрата, образующего аэрозоль, до степени, достаточной для испарения одного или более компонентов субстрата без сгорания субстрата.

Охлаждение аэрозоля, как показано на фиг. 1, может приводить к увеличенной нуклеации аэрозоля. Увеличенная нуклеация может приводить к увеличенной выработке аэрозоля. Например, одно или оба из объема видимого аэрозоля и общей массы аэрозоля могут быть увеличены.

На фиг. 2 представлен схематический вид в разрезе примера кальянного устройства 100. Кальянное устройство содержит управляющую электронику 30 и блок 35 питания. Кальянное устройство 100 также содержит сосуд 17, образующий внутренний объем, выполненный с возможностью содержания жидкости 19 и образующий выпускное отверстие 15 свободного пространства выше уровня заполнения для жидкости 19. Жидкость 19 предпочтительно содержит воду, в которую можно необязательно добавлять один или более красителей, один или более ароматизаторов или один или более красителей и один или более ароматизаторов. Например, в воду можно добавлять одну или обе из растительных добавок или травяных добавок.

Устройство 100 также содержит элемент 130, генерирующий аэрозоль. Элемент 130, генерирующий аэрозоль, содержит резервуар 140, выполненный с возможностью вмещения картриджа 200, содержащего субстрат, образующий аэрозоль. Элемент 130, генерирующий аэрозоль, также может содержать нагревательный элемент 160. Нагревательный элемент 160 может образовывать по меньшей мере одну поверхность резервуара 140. В изображенном варианте осуществления нагревательный элемент 160 образует боковые поверхности резервуара 140. Нагревательный элемент 160 функционально связан с управляющей электроникой 30 и блоком 35 питания.

Элемент 130, генерирующий аэрозоль, также содержит впускной канал 170 для воздуха, по которому воздух втягивается в устройство 100 через впускное отверстие 137. Часть впускного канала 170 для воздуха проходит вдоль наружной поверхности 191 трубки 190. Например, по меньшей мере часть впускного канала 170 для воздуха может быть образована наружной поверхностью 191 трубки 190. Нагретый аэрозоль протекает через внутреннюю часть трубки 190. Тепло от аэрозоля может быть передано через трубку 190 воздуху во впускном канале 170.

Часть впускного канала 170 для воздуха может необязательно быть образована нагревательным элементом 160, чтобы необязательно дополнительно нагревать воздух перед поступлением воздуха в резервуар 140. Предварительно нагретый воздух поступает в резервуар 140 через впускное отверстие 143 резервуара, поступая в картридж 200 для переноса аэрозоля, генерируемого посредством вещества для образования аэрозоля и субстрата, образующего аэрозоль. Воздух выходит из выпускного отверстия 147 элемента 130, генерирующего аэрозоль, и поступает в трубку 190.

Трубка 190 переносит воздух и аэрозоль в сосуд 17 ниже уровня жидкости 19. Воздух и аэрозоль могут подниматься пузырями через жидкость 19 и выходить из выпускного отверстия 15 свободного пространства сосуда 17. Шланг 20 может быть прикреплен к выпускному отверстию 15 свободного пространства для переноса аэрозоля в рот пользователя. Мундштук 25 может быть прикреплен к шлангу 20 или образовывать его часть.

Иллюстративный путь потока воздуха устройства при использовании изображен жирными стрелками на фиг. 2. Как показано на пути потока воздуха, воздух из внешней среды поступает в устройство 100 через впускное отверстие 137, затем проходит вдоль наружной поверхности 191 трубки 190, где он предварительно нагревается посредством теплообмена с аэрозолем в трубке 190, затем проходит вокруг наружной части резервуара 140 (необязательно мимо нагревательного элемента 160), затем поступает в резервуар 140 через впускное отверстие 143, затем проходит через субстрат в картридже 200 в резервуар 140, при этом один или более испаренных компонентов субстрата захватываются воздухом для образования аэрозоля. Аэрозоль затем протекает из выпускного отверстия 147 резервуара и вниз по трубке 190. По мере прохождения аэрозоля вниз по трубке 190, он охлаждается посредством поступления большего количества воздуха во впускное отверстие 137, который протекает через канал 170 мимо наружной поверхности 191 трубки 191, обеспечивая обмен теплом с аэрозолем в трубке 190. Охлажденный аэрозоль выходит из трубки 190 через выпускное отверстие 197 трубки ниже уровня 21 заполнения жидкостью. Затем аэрозоль может проходить в виде пузырьков через жидкость 19, выходить из выпускного отверстия 15 свободного пространства, течь через шланг 20 и выходить из мундштука 25.

Мундштук 25 может содержать элемент 27 активации. Элемент 27 активации может представлять собой переключатель, кнопку или т. п. или может представлять собой датчик затяжки или т. п. Элемент 27 активации может быть размещен в любом другом подходящем месте устройства 100. Элемент 27 активации может быть связан беспроводной связью с управляющей электроникой 30 для приведения устройства 100 в состояние использования или для обеспечения активации нагревательного элемента 160 управляющей электроникой, например, путем подачи блоком 35 питания электропитания на нагревательный элемент 160.

Управляющая электроника 30 и блок 35 питания могут быть расположены в любом подходящем месте элемента 130, генерирующего аэрозоль, включая места, отличные от нижней части элемента 130, как показано на фиг. 1.

На фиг. 3 представлен схематический вид в разрезе варианта осуществления верхней части 115 кальянного устройства. Верхняя часть 115 может быть соединена с возможностью отсоединения с частью в виде сосуда (не показана на фиг. 3). Верхняя часть 115 содержит крышку 198, которая может быть открыта для обеспечения возможности вставки картриджа 200, содержащего субстрат, образующий аэрозоль, в резервуар таким образом, что картридж 200 находится в контакте с нагревательным элементом 160 или в непосредственной близости к нему. Нагревательный элемент 160 может образовывать часть поверхности резервуара, выполненного с возможностью размещения картриджа 200. Верхняя часть 115 содержит трубку 190, проходящую от выпускного отверстия 147 резервуара за пределы нижней части основания верхней части 115, так что, когда верхняя часть 115 соединена с сосудом, трубка проходит в сосуд ниже уровня заполнения жидкостью. Уплотнение 197, такое как уплотнительное кольцо, может быть расположено вокруг трубки 190 в основании верхней части 115. Верхняя часть 115 содержит впускное отверстие 137 для обеспечения возможности поступления окружающего воздуха во впускной канал 170 для воздуха. По меньшей мере часть впускного канала 170 для воздуха образована наружной поверхностью трубки 190. Впускной канал 170 для воздуха необязательно частично образован наружной поверхностью нагревательного элемента 160.

Теплообменный элемент 155 проходит от наружной поверхности трубки 190 во впускной канал 170 для воздуха и образует по меньшей мере его часть. Тепло может быть передано от нагретого аэрозоля, текущего через трубку 190, воздуху, текущему через впускной канал 170 для воздуха. Теплообменный элемент 155 может способствовать передаче тепла. Теплообменный элемент 155 имеет большую площадь поверхности относительно внешней поверхности трубки 190. Относительное соотношение площади поверхности способствует эффекту теплообмена. Теплообмен улучшает потребление энергии кальянным устройством вследствие повторного использования тепловой энергии. Это приводит к улучшенной энергоэффективности кальянного устройства вследствие уменьшения количества энергии, необходимой для генерирования аэрозоля из субстрата, образующего аэрозоль, в картридже 200.

Иллюстративный путь потока воздуха устройства при использовании изображен жирными стрелками на фиг. 3.

При использовании окружающий воздух с его атмосферными характеристиками в виде температуры и влажности втягивается во впускное отверстие 137 и через впускной канал 170 для воздуха. При прохождении теплообменного элемента 155 воздух нагревается, охлаждая аэрозоль внутри трубки 190. Воздух предварительно нагревается даже до необязательного контакта с нагревательным элементом 160, при этом воздух может быть дополнительно предварительно нагрет до поступления в картридж 200 для контакта с субстратом, образующим аэрозоль, и захвата испаренных составляющих, подлежащих переносу через трубку 190.

На фиг. 4 представлен вариант осуществления схематического вида сверху в поперечном разрезе по линии A-A на фиг. 3. Теплообменный элемент 155 содержит множество ребер 157, проходящих от наружной поверхности трубки 190 во впускной канал 170 для воздуха и по меньшей мере частично образующих его. По мере того, как нагретый аэрозоль протекает через внутреннюю полость 191 трубки 190 тепло передается воздуху во впускном канале 170 через трубку 190 и теплообменный элемент 155. Теплообменный элемент 155 и трубка 190 могут быть выполнены как одно целое.

Ребра 155 могут иметь любую подходящую форму. Например, ребра могут быть спиралеобразными или иметь любую другую подходящую форму, которая способствует передаче тепла от аэрозоля в полости 191 трубки 190 воздуху во впускном канале 170 для воздуха. Теплообменный элемент 155 может иметь любое подходящее количество ребер.

Таким образом, описаны кальянные устройства, выполненные с возможностью повторного захвата тепловой энергии. Различные модификации и варианты настоящего изобретения будут очевидны специалистам в данной области техники без отступления от объема и сущности настоящего изобретения. Несмотря на то что настоящее изобретение описано применительно к конкретным предпочтительным вариантам осуществления, следует понимать, что заявленное изобретение не должно неправомерно ограничиваться такими конкретными вариантами осуществления. Действительно, различные модификации описанных вариантов осуществления настоящего изобретения, которые очевидны специалистам в областях технического ремесла, химии и производства изделия, генерирующего аэрозоль, или в смежных областях, должны быть включены в объем представленной ниже формулы изобретения.

Кальянное устройство содержит (i) сосуд, имеющий внутренний объем, выполненный с возможностью содержания жидкости; и (ii) резервуар, выполненный с возможностью размещения картриджа, содержащего субстрат, образующий аэрозоль. Кальянное устройство содержит нагревательный элемент, выполненный с возможностью нагрева субстрата, образующего аэрозоль, когда картридж размещен в резервуаре. Кальянное устройство имеет впускное отверстие резервуара, находящееся в сообщении с резервуаром и расположенное выше по ходу потока относительно него, и имеет выпускное отверстие резервуара, находящееся в сообщении с резервуаром и расположенное ниже по ходу потока относительно него. Кальянное устройство содержит трубку, находящуюся в сообщении с выпускным отверстием резервуара и проходящую в сосуд через впускное отверстие сосуда. Кальян содержит впускной канал для воздуха, находящийся в сообщении с окружающей средой и впускным отверстием резервуара. Впускной канал для воздуха проходит вдоль внешней части трубки. Изобретение позволяет эффективно нагревать субстрат, образующий аэрозоль, и создавать удовлетворительное количество аэрозоля. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Кальянное устройство, содержащее:

сосуд, имеющий внутренний объем, выполненный с возможностью содержания жидкости, причем сосуд содержит впускное отверстие сосуда и выпускное отверстие свободного пространства;

резервуар, выполненный с возможностью размещения субстрата, образующего аэрозоль, или размещения картриджа, содержащего субстрат, образующий аэрозоль;

нагревательный элемент, выполненный с возможностью нагрева субстрата, образующего аэрозоль, когда субстрат, образующий аэрозоль, или картридж, содержащий субстрат, образующий аэрозоль, размещен в резервуаре;

впускное отверстие резервуара, находящееся в сообщении с резервуаром и расположенное выше по ходу потока относительно него;

выпускное отверстие резервуара, находящееся в сообщении с резервуаром и расположенное ниже по ходу потока относительно него;

трубку, находящуюся в сообщении с выпускным отверстием резервуара и проходящую в сосуд через впускное отверстие сосуда; и

впускной канал для воздуха, находящийся в сообщении с окружающей средой и впускным отверстием резервуара, при этом впускной канал для воздуха проходит вдоль наружной поверхности трубки.

2. Кальянное устройство по п. 1, отличающееся тем, что содержит теплообменный элемент, проходящий от наружной поверхности трубки, чтобы по меньшей мере частично образовывать часть впускного канала для воздуха.

3. Кальянное устройство по п. 2, отличающееся тем, что теплообменный элемент выполнен как одно целое с трубкой.

4. Кальянное устройство по п. 2 или 3, отличающееся тем, что теплообменный элемент содержит ребро.

5. Кальянное устройство по любому из пп. 2-4, отличающееся тем, что теплообменный элемент содержит теплопроводный материал.

6. Кальянное устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что трубка содержит теплопроводный материал.

7. Кальянное устройство по п. 6, отличающееся тем, что теплопроводный материал содержит алюминий, оксид алюминия или алюминиевый сплав.

8. Кальянное устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что нагревательный элемент выполнен с возможностью нагрева субстрата, образующего аэрозоль, до степени, достаточной для испарения одного или более компонентов субстрата, образующего аэрозоль, без сгорания субстрата, образующего аэрозоль.

9. Кальянное устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что дополнительно содержит контроллер, функционально связанный с нагревательным элементом, при этом контроллер выполнен с возможностью управления нагревом нагревательного элемента, так что нагревательный элемент нагревает субстрат, образующий аэрозоль, до степени, достаточной для испарения одного или более компонентов субстрата, образующего аэрозоль, без сгорания субстрата, образующего аэрозоль.

10. Кальянное устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что нагревательный элемент образует по меньшей мере часть резервуара.

11. Кальянное устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что при использовании воздух проходит из окружающей среды через впускной канал для воздуха к впускному отверстию резервуара, через резервуар, из выпускного отверстия резервуара через трубку в сосуд и из выпускного отверстия свободного пространства.

12. Кальянное устройство по п. 11, отличающееся тем, что воздух, текущий через впускной канал для воздуха, охлаждает воздух, текущий через трубку.

13. Система, генерирующая аэрозоль, для кальяна, содержащая:

кальянное устройство по любому из предыдущих пунктов; и

субстрат, образующий аэрозоль.

14. Система по п. 13, отличающаяся тем, что субстрат, образующий аэрозоль, предусмотрен в картридже.

15. Система по п. 13 или 14, отличающаяся тем, что субстрат, образующий аэрозоль, содержит табак.