冷却的水烟管和改造的用于冷却水烟管的装置的制作方法

冷却的水烟管和改造的用于冷却水烟管的装置
发明领域
1.本发明总体上涉及吸烟设备和水烟管(water pipe)的领域。更具体地，本发明涉及一种冷却的水烟管(chilled water pipe)和用于冷却水烟管的改造的装置。
2.背景
3.水烟袋(hookah)是一种用于气化和吸食调味的烟草(通常是mu'assel)的单柄或多柄的器具，其蒸气或烟雾在吸入之前经过水盆或水室(通常是基于玻璃的水盆或水室)。
4.现今，制造商越来越多地使用不锈钢和铝来代替铜、黄铜和低品质的合金。硅橡胶化合物用于水烟袋软管(hookah hose)来代替皮革和线材(wire)。新材料使现代水烟袋更耐用，消除了吸烟时的气味，并且允许清洁而没有腐蚀或细菌腐烂的风险。新技术和现代设计趋势正在改变水烟袋的外观。
5.尽管现代水烟袋有明显的益处，但由于高的生产成本以及在传统水烟袋生产地区缺乏现代化装备，大多数水烟袋仍采用较老的技术生产。
6.在吸烟设备(诸如水烟管和水烟袋领域)中，存在对改进的吸烟设备和/或用于冷却水烟管/水烟袋(该水烟管/水烟袋被其外部环境以及木炭和所吸食的材料(例如烟草)的燃烧所放出的热量加热)的内部的吸烟设备改造的装置的需求。本文描述的系统、设备、装置和方法有助于冷却水烟管/水烟袋的内部，从而降低吸烟者吸入的烟雾/蒸气的温度，改善吸烟体验并且提高客户满意度。
7.发明概述
8.根据本发明的一些实施方案，可以提供一种具有冷却装置的水烟管，所述冷却装置用于冷却水烟管的水室的内部。
9.根据一些实施方案，内部散热器可以定位在水烟管的水室内，外部散热器可以定位在水烟管的水室外。具有吸热侧和排热侧(heat rejecting side)的热电冷却器(thermoelectric cooler)(tec)可以定位在外部散热器和内部散热器之间，使得吸热侧邻近地连接到内部散热器并且排热侧邻近地连接到外部散热器。导热膏(thermal cream)的层可以在将tec连接到散热器的表面之间铺开/定位。
10.电源可以向热电冷却器(tec)供应电力。控制器可以被配置为基于从用户控制面板或界面接收的命令和/或基于从诸如以下项中的一个或更多个源接收的测量值来调节从电源到tec的电力供应：时钟，基于预设的操作时间或操作/操作-停止的长度；充电电路，基于电池的剩余电力供应；温度计，基于在水烟管的水室内部和/或外部测量的温度；和/或基于监测在水烟管内的空间或围绕水烟管的环境的任何其他传感器。
11.附图简述
12.被视为本发明的主题在说明书的结论部分中被特别地指出并且被明确地要求保护。然而，本发明关于组织和操作的方法以及其目的、特征和优点，在参照附图一起阅读时，通过参考以下详细描述可以被最好地理解：
13.图1是根据本发明的一些实施方案的包括热电冷却装置的示例性水烟袋水烟管的示意图；
14.图2是根据本发明的一些实施方案的用于水烟袋水烟管的示例性热电冷却装置(包括热电冷却装置的部件和它们的相互关系)的示意图；
15.图3是根据本发明的一些实施方案的用于水烟袋水烟管的示例性热电冷却装置的示意图，该热电冷却装置进一步包括风扇、温度计和用户控制面板；
16.图4是根据本发明的一些实施方案的用于水烟袋水烟管的示例性热电冷却装置的示意图，其中外部散热器是水冷却块；
17.图5a是根据本发明的一些实施方案的用于水烟袋水烟管的示例性热电冷却装置的示意图，其中冷却装置的电源是ac到dc电力转换器；
18.图5b是根据本发明的一些实施方案的用于水烟袋水烟管的示例性热电冷却装置的示意图，其中冷却装置的电源是可再充电电池；
19.图6a是根据本发明的一些实施方案的包括热电冷却装置的示例性水烟袋水烟管的示意图，其中冷却装置位于水室的相当低的部分，在该室内的水位上方；
20.图6b是根据本发明的一些实施方案的包括热电冷却装置的示例性水烟袋水烟管的示意图，其中冷却装置位于水室的相当低的部分，在该室内的水位下方；
21.图6c是根据本发明的一些实施方案的包括热电冷却装置的示例性水烟袋水烟管的示意图，其中冷却装置位于水室的相当低的部分，在该室内的水位上方，并且内部散热器的隔板/肋向下延伸并且到达该室内的水位下方；以及
22.图7是根据本发明的一些实施方案的示例性水烟袋水烟管及其示例性改造的冷却装置的示意图。
23.应理解，为了简单且清楚地说明，在附图中示出的元件不一定按比例绘制。例如，为了清楚，一些元件的尺寸可以相对于其他元件被放大。此外，在认为合适的情况下，参考数字或元件标记可以在附图中被重复以指示对应的或类似的元件。
24.详细描述
25.在以下详细描述中，阐述了许多具体细节，以便提供对一些实施方案的透彻理解。然而，本领域普通技术人员应理解，一些实施方案可以在没有这些特定的细节的情况下被实施。在其他情况中，没有详细地描述熟知的方法、程序、部件、单元和/或电路，以便不使论述模糊。
26.本文关于一种或更多种实施方案描述的功能、操作、部件和/或特征可以与本文关于一种或更多种其他实施方案描述的一个或更多个其他的功能、操作、部件和/或特征组合，或者可以与该一个或更多个其他的功能、操作、部件和/或特征组合地被使用。
27.本文使用的术语仅用于描述特定实施方案的目的，并且不意图限制本发明。如本文使用的，术语“和/或”包括相关的所列项目中的一个或更多个项目的任何组合和全部组合。如本文所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一(a)”、“一(an)”、和“该(the)”意图包括复数形式以及单数形式。还应理解，术语“包含(includes)”、“包含(including)”、“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”当在本说明书中使用时，指定所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除存在或添加一个或更多个其他特征、步骤、操作、元件、部件和/或其组。
28.除非另外定义，否则本文所使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)均具有与本发明所属领域中的普通技术人员通常所理解的相同的含义。还应理解，术语，诸如那些在
常用词典中定义的术语，应被解释为具有与它们在相关领域和本公开内容的背景下的含义一致的含义，且不应以理想化或过于正式的意义来解释，除非本文明确地如此定义。
29.在描述本发明时，应理解的是，公开了许多技术和步骤。这些中的每一个都具有单独的益处，并且每一个还可以与其他公开的技术中的一个或更多个或在某些情况下与全部其他公开的技术结合使用。因此，为了清楚起见，本说明将避免以不必要的方式重复单独的步骤的每一个可能的组合。然而，应当在理解这样的组合完全在本发明和权利要求书的范围内的情况下阅读说明书和权利要求书。
30.本公开内容应当被视为本发明的示例，并且不意图将本发明限制到由下面的附图或描述所示出的特定实施方案。
31.贯穿下面的描述，术语“水烟管(water-pipe)”、“水烟管(water pipe)”或类似术语可以涉及任何类型的或任何组合类型的水烟管或液体管，包括但不限于：水烟袋、水烟筒(nargila)、水烟枪(bong)、烟管(pipe)、气化器和/或现今已知的或未来设计出的任何其他利用流体的吸烟设备或装置。
32.根据本发明的一些实施方案，可以提供一种具有冷却装置的水烟管，所述冷却装置用于冷却水烟管的水室的内部。
33.根据一些实施方案，内部散热器可以定位在水烟管的水室内，外部散热器可以定位在水烟管的水室的外部。具有吸热侧和排热侧的热电冷却器(tec)可以定位在外部散热器和内部散热器之间，使得吸热侧邻近地连接到内部散热器并且排热侧邻近地连接到外部散热器。导热膏的层可以在将tec连接到散热器的表面之间铺开/定位。
34.电源可以向热电冷却器(tec)供应电力。控制器可以被配置位基于从用户控制面板或界面接收的命令和/或基于从诸如以下项的一个或更多个源接收的测量值来调节从电源到tec的电力供应：时钟，基于预设的操作时间或操作/操作-停止的长度；充电电路，基于电池的剩余电力供应；温度计，基于在水烟管的水室内部和/或外部测量的温度；和/或基于监测在水烟管内的空间或围绕水烟管的环境的任何其他传感器。
35.根据一些实施方案，外部风扇可以连接到外部散热器。风扇可以置换携带着由外部散热器排出的热量的空气，用较冷的空气代替该空气，从而促进/增强水烟管的室的内部的冷却速度和/或冷却能力。
36.根据一些实施方案，内部风扇可以连接到内部散热器。风扇可以在内部散热器附近置换较冷的空气，以将携带着在水烟管的室内积聚的热量的空气导向内部散热器，从而促进/增强水烟管的室的内部的冷却速度和/或冷却能力。
37.控制器可以被配置为基于从用户控制面板或界面接收的命令和/或基于从诸如以下项中的一个或更多个源接收的测量值来调节从电源到外部风扇和/或内部风扇的电力供应：时钟，基于预设的操作时间或操作/操作-停止的长度；充电电路，基于电池的剩余电力供应；温度计，基于在水烟管的水室的内部和/或外部测量的温度；和/或基于监测在水烟管内的空间或围绕水烟管的环境的任何其他传感器。
38.根据一些实施方案，外部散热器可以采取冷却块的形式，其中冷却块可以是液体(例如水)填充的冷却块。液体/水可以被泵送：经过冷却块，同时吸收tec排出的热量；经过散热体(radiator)以将由液体吸收的热量排出到环境中；进入水储器，并且从储器通过泵回到水块。
39.根据一些实施方案，水烟管可以包括可再充电电池，以给tec、散热器风扇、水冷却块泵和/或散热体风扇供电。根据一些实施方案，水烟管可以包括ac到dc转换器，该ac到dc转换器连接到电网的插座以便给tec、散热器风扇、水冷却块泵和/或散热体风扇供电。
40.根据一些实施方案，水烟管可以包括定位在水室内的温度计，该温度计间歇地向控制器提供温度读数。控制器可以基于接收到的温度读数值来调节到tec、散热器风扇、水冷却块泵和/或散热体风扇的电力供应。
41.根据一些实施方案，高于预定阈值的测量的温度值可以触发或增强tec、散热器风扇、水冷却块泵和/或散热体风扇的操作；或者，高于预定阈值的(可选地，在预定时间段内)一组测量的温度值可以触发或增强tec、散热器风扇、水冷却块泵和/或散热体风扇的操作。
42.根据一些实施方案，低于预定阈值的测量的温度值可以停止或减少tec、散热器风扇、水冷却块泵和/或散热体风扇的操作；或者，低于预定阈值的(可选地，在预定时间段内)一组测量的温度值可以停止或减少tec、散热器风扇、水冷却块泵和/或散热体风扇的操作。
43.根据一些实施方案，本文描述的冷却装置可以集成到水烟管中，作为水烟管生产的一部分，和/或可以被改造到现有的水烟管中。
44.根据一些实施方案，冷却装置可以定位和保持在水烟管的水室中的互补的孔或开口内。根据一些实施方案，冷却装置可以相对于水烟管定位和保持，使得：内部散热器大部分或完全地在水室内；外部散热器大部分或完全地在室的外部；并且，tec与水室中的孔或开口互补，并且其厚度尺寸至少部分地与水室的壁(例如玻璃壁/层)重叠。
45.现在参考图1，其中示出了根据本发明的一些实施方案的包括热电冷却装置的示例性水烟袋水烟管的示意图。在该图中，示出了包括水烟管，水烟管包括：头部、炭盘、芯柱、空气阀、软管连接器、软管和软管烟嘴以及水室。
46.烟管从头部穿过芯柱和水室的顶部处的空气竖直地延伸，并且进一步延伸到在室的底部处的水中。来自头部中燃烧的物质(例如烟草)的烟雾经过烟管被向下抽吸，并且在室的水中离开烟管。然后，烟雾被抽吸到软管连接器，并且行进经过软管以从烟嘴离开并且进入吸烟者的嘴、喉咙和肺。烟雾经过水室中的水：部分地过滤、清洁和/或冷却烟雾，以产生更好的吸烟体验。
47.所示的tec由控制器操作，并且由电源供电。tec将由内部散热器吸收的热量从水室内传递到外部散热器，该外部散热器将热量排出到环境中，从而冷却水室的内部，降低水室的温度。
48.现在参考图2，其中示出了根据本发明的一些实施方案的水烟管(包括水烟管的部件和它们的相互关系)的示例性热电冷却装置的示意图。
49.在该图中，tec被示出为定位在水烟管的水室的壁中的开口内。内部散热器被示出为定位在室内，并且与水室壁的内表面对齐。外部散热器被示出为定位在室外部并且与水室壁的外表面对齐。tec将由内部散热器吸收的热量传递到外部散热器，在外部散热器中，该热量被排出到环境中。
50.示出的tec定位在水室的壁的开口内，由电源供电，并且其操作由示出的控制器管理。tec的侧面/表面用一层导热膏连接到每个散热器。tec的电绝缘体层定位在导热膏和电导体层之间，电导体层在p型半导体元件和n型半导体元件之间交替地连接并且导电，共同形成tec的中心层。电源连接到更外部/外面的导体层的电极。
51.水室内的热量被内部散热器吸收，并且由tec从其冷的内侧传递到其热的外侧，并且继续传递到外部散热器。外部散热器然后将热量排出到周围的空气/环境中。
52.现在参考图3，其中示出了根据本发明的一些实施方案的水烟管的示例性热电冷却装置的示意图，该热电冷却装置进一步包括了风扇、温度计和用户控制面板。在该图中，外部风扇和内部风扇被示出为分别连接到外部散热器和内部散热器。
53.外部风扇在功能上连接到外部散热器并且相对于外部散热器定向，以置换携带着由外部散热器排出的热量的空气，以用较冷的周围的空气代替该空气，从而促进/增强水烟管的室的内部的冷却速度和/或冷却能力。
54.内部风扇在功能上连接到内部散热器并且相对于内部散热器定向，以在内部散热器附近置换较冷的空气，将携带着在水烟管的室内积聚的热量的空气朝向内部散热器引导，从而促进/增强水烟管的室的内部的冷却速度和/或冷却能力。
55.控制器基于从用户控制面板接收的命令和/或基于从温度计接收的温度读数来管理tec和风扇的操作。
56.用户控制面板被用于命令控制器启动、停止、提高和/或降低对tec、外部风扇和/或内部风扇的电力的供应。控制器和/或与之在功能上相关联的控制/电路逻辑还可以基于从温度计接收的一个或更多个温度值读数来启动、停止、提高和/或降低对tec、外部风扇和/或内部风扇的电力的供应。
57.高于预定阈值的测量的温度值触发或增强tec、散热器风扇、水冷却块泵和/或散热体风扇的操作。高于预定阈值(任选地，在预定时间段内)的一组测量的温度值触发或增强tec、散热器风扇和/或“水冷却块”类型的外部散热器的泵和/或散热体风扇的操作。
58.低于预定阈值的测量的温度值停止或减少tec、散热器风扇、水冷却块泵和/或散热体风扇的操作。低于预定阈值(任选地，在预定时间段内)的一组测量的温度值停止或减少tec、散热器风扇和/或“水冷却块”类型的外部散热器的泵和/或散热体风扇的操作。
59.该图中还示出了从电源到tec、外部风扇和内部风扇的供电线。
60.现在参考图4，其中示出了水烟管的示例性热电冷却装置的示意图，其中外部散热器是水冷却块。
61.在该图中，水冷却块被示出为作为重复的流体/水系统的循环的一部分被连接。示出的泵将通过吸收从tec的热的一侧排出的热量而被加热的流体/水朝向示出的散热体泵送并且泵送经过该散热体，散热体将来自水中的热量排出到周围环境，可选地在示出的风扇的帮助下排出到周围环境。散热体冷却的水然后继续沿其路线到达水储器，并且从储器(被冷却并且能够吸收从tec的热的外侧排出的热量)回到水冷却块中。
62.该图中还示出了从电源到tec、泵和散热体风扇的供电线。
63.现在参考图5a，其中示出了水烟管的示例性热电冷却装置的示意图，其中冷却装置的电源是ac到dc电力转换器。电力转换器被示出为通过电缆从电网接收ac电力，并且将dc电力供应到tec并且可选地供应到本文描述的水烟管和/或冷却装置的其他电力驱动部件的任何组合。
64.现在参考图5b，其中示出了水烟管的示例性热电冷却装置的示意图，其中冷却装置的电源是可再充电电池。可再充电电池被示出为从示出的充电电路接收dc充电电力。充电电路通过电缆从电网接收ac电力。可再充电电池将dc电力供应到tec并且可选地供应到
本文描述的水烟管和/或冷却装置的其他电力驱动部件的任何组合。。
65.现在参考图6a，其中示出了根据本发明的一些实施方案的包括热电冷却装置的示例性水烟管的示意图，其中冷却装置位于水室的相当低的部分，在该室内的水位上方。
66.现在参考图6b，其中示出了根据本发明的一些实施方案的包括热电冷却装置的示例性水烟管的示意图，其中冷却装置位于水室的相当低的部分，在该室内的水位下方。
67.现在参考图6c，其中示出了根据本发明的一些实施方案的包括热电冷却装置的示例性水烟管的示意图，其中冷却装置位于水室的相当低的部分，在该室内的水位上方，并且内部散热器的隔板/肋向下延伸并且到达该室内的水位下方。
68.现在参考图7，其中示出了根据本发明的一些实施方案的用于水烟管的示例性改造的冷却装置的示意图，其中改造的冷却装置被示出为包括：电源、控制器、热电冷却器、内部散热器和外部散热器。该改造的装置及其热电冷却器被示出为被设定尺寸、成形和结构化为配合到水烟管的水室的壁中的tec互补开口中。tec的“改造后的定位”(当改造的装置沿虚线箭头移动并且配合到其互补的开口中时)由在箭头的顶端的虚线矩形示出。
69.如该图中所例示的，改造的装置可以被结构化成使得一旦tec定位在其互补的开口中：内部散热器大部分或全部地在水室内，外部散热器大部分或全部地在水室外，tec的薄的侧与水室的壁至少部分地重叠，和/或电源和控制器定位成邻近水室的壁的外部。
70.根据本发明的一些实施方案，一种水烟管可以包括：内部散热器，其定位在水烟管的水室内；外部散热器，其定位在水烟管的水室的外部；热电冷却器(tec)，其具有连接到内部散热器的吸热侧和连接到外部散热器的排热侧；电源，其用于向tec供应电力；以及控制器，其被配置为调节从电源到tec的电力供应。
71.根据一些实施方案，水烟管还可以包括连接到外部散热器的风扇。
72.根据一些实施方案，水烟管还可以包括连接到内部散热器的风扇。
73.根据一些实施方案，控制器可以调节对外部风扇的供电。
74.根据一些实施方案，外部散热器可以是冷却块。
75.根据一些实施方案，冷却块可以是液体填充的。
76.根据一些实施方案，电源可以是可再充电电池。
77.根据一些实施方案，电源可以是ac到dc转换器。
78.根据一些实施方案，内部散热器可以定位在烟管室的顶部部分，在室中的水位上方。
79.根据一些实施方案，内部散热器可以定位在烟管室的底部部分，在室中的水位下方。
80.根据一些实施方案，内部散热器可以定位在烟管室的顶部部分，在室中的水位上方，内部散热器具有向下延伸并且到达室中的水位下方的吸热肋。
81.根据一些实施方案，水烟管还可以包括定位在烟管室内的温度计。
82.根据一些实施方案，控制器可以基于从温度计接收的温度读数来调节对tec的供电。
83.根据一些实施方案，控制器可以在一个或更多个温度读数值超过阈值时启动或增加对tec的供电。
84.根据一些实施方案，温度计可以定位在所述水室的空间的上部部分。
85.根据一些实施方案，温度计可以定位在所述水室的空间的底部部分。
86.根据一些实施方案，水烟管可以选自由以下项组成的组：水烟筒、水烟袋、水烟枪、烟管和/或利用液体或流体来影响吸烟工具产生的烟雾或蒸气的特性的任何其他吸烟工具。
87.根据一些实施方案，内部散热器可以大部分或完全地在水室内；外部散热器可以大部分或完全地在水室的外部；并且tec可以与水室中的孔或开口互补，其中tec的边缘可以与所述水室的壁至少部分地重叠。
88.根据本发明的一些实施方案，水烟管可以包括：蒸发器盘管，其定位在水烟管的水室内；冷凝盘管，其定位在水烟管的水室的外部；压缩机，其在气体进入冷凝盘管之前对该气体加压；膨胀阀，其在气体进入蒸发器盘管之前对该气体减压；电源，其用于向压缩机供应电力；以及控制器，其被配置为调节从电源到压缩机的电力供应。
89.根据本发明的一些实施方案，一种用于冷却水烟管的装置可以包括：内部散热器；外部散热器；热电冷却器(tec)，其具有连接到内部散热器的吸热侧和连接到外部散热器的排热侧；电源，其用于向tec供应电力；控制器，其被配置为调节从电源到tec的电力供应；并且其中，tec被成形为与水烟管的水室的壁中的开口互补。
90.上文描述的主题仅通过说明的方式被提供，并且不应被解释为限制性的。虽然已经在本文中图示并描述了本发明的某些特征，但是本领域技术人员现在将想到许多修改、替换、变化和等同物。因此，应当理解，由于这样的修改和变化落在本发明的真实精神的范围内，因此所附权利要求意图覆盖所有这样的修改和变化。