Способ и устройство для свободно стоящей опоры объектов в пространстве
Группа изобретений относится к аэростатическим летательным аппаратам. Объект удерживается в свободном состоянии в пространстве без необходимости наличия точки крепления, соединенной с землей, путем прикрепления объекта к опорной конструкции, приспособленной для парения в воздухе после заполнения ее газом, имеющим удельный вес меньше воздуха при контролируемом давлении, которое обеспечивает достаточную выталкивающую силу для объектов разной массы. Объект может быть выполнен как одно целое с опорной конструкцией и может являться электрическим устройством с автономным электропитанием, работающим от батареи или солнечной энергии. Оболочка может представлять собой парящую платформу или быть частью объекта. Способ характеризуется тем, что опорную конструкцию вместе с прикрепленным объектом отпускают так, чтобы достигнуть равновесного положения, в котором выталкивающая сила опорной конструкции противодействует совокупной массе оболочки и прикрепленного объекта. Группа изобретений направлена на расширение арсенала технических средств. 2 н. и 23 з.п. ф-лы, 22 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к способам и креплениям для закрепления объектов в пространстве.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Несмотря на относительность, мы продолжаем жить в Ньютоновском мире, где третий закон движения Ньютона диктует нам образ мышления и толкования. Так, понимание того, что тело, находящееся в равновесии, подвергающееся воздействию, проявляет равное и противоположно направленное противодействие, не является просто описанием Ньютоновского мира, а является планом по созданию безопасной и полезной окружающей среды. Конкретно, по отношению к настоящему изобретению, обычно предполагается, что любой объект, которому необходима опора в пространстве, требует опорной поверхности, на которой он стоит. Так, например, светильники стоят на столах или на полу или крепятся к стенам или потолку; картины подвешивают с помощью крюков; объявления крепят к стенам булавками или подвешивают на крюки, прикрепленные к потолку и т.д. Электроприборы, работающие от сети переменного тока, требуют подключения к сети; и обычно электрическое соединение так же служит для осуществления механического соединения с опорной поверхностью, которой является стена или потолок. Но в действительности ни электрическое соединение не должно служить механической опорой, ни механическая опора не должна использоваться для электрического соединения. Так, портативный электроприбор, работающий от батарей, такой как, например, часы, который не требует электрического соединения, должен, тем не менее, находиться на подходящей опорной поверхности, такой как стена.
В связи с тем что поверхности механических опор подвержены трению, которое не всегда желательно, в уровне техники неоднократно были попытки приподнять объекты над их опорами. Этот принцип применялся к транспортным средствам на воздушной подушке и позже к магнитной левитации, где видную роль сыграл профессор Эрик Лейсуэйт (Eric Laithwaite) из Имперского колледжа в Лондоне, Великобритания, и в конечном счете был реализован в поездах на магнитной подвеске.
Некоторые из таких принципов раскрыты в патентной литературе, всегда с одинаковым или сходным результатом.
В патенте США №4,693,695 (Ченг), опубликованном 15 сентября 1987 г., раскрыта игрушка типа поднимающегося и опускающегося воздушного шара, которая содержит оболочку, заполненную газом легче воздуха, причем оболочка неоднократно поднимает и опускает привязь.
В патенте США №6,390,651 (Бертран), опубликованном 21 мая 2002 г., раскрыта игрушка, которая представляет собой модель освещенной подвешенной Луны с космическим аппаратом, имеющим длинные опоры, под ней. Эта игрушка содержит осветительное устройство, прикрепленное к шару натянутой тетивой. Осветительное устройство, целиком расположенное вне шара, освещает внутреннее пространство шара так, что шар кажется светящимся.
Это осветительное устройство имеет по меньшей мере три рычага, выступающие из корпуса, имеющего запорное крепящее средство. Запорное крепящее средство прикреплено натянутой тетивой к горловине шара. Каждый рычаг оканчивается в окне для контакта с материалом шара и для передачи света через материал внутрь шара. В одном варианте осуществления осветительное устройство имеет достаточно малую массу для того, чтобы игрушка парила в воздухе.
В патентах США №6,106,135 и 6,371,638 (Зингейл и др.) раскрыт надуваемый просвечивающий шар, имеющий определенную чистую подъемную силу после надувания газом легче воздуха. Источник света прикрепляется к шару после надувания светопроводящей тетивой. Для удержания шара в парящем состоянии после прикрепления к светопроводящей тетиве последняя имеет чистую массу меньше чистой подъемной силы шара в надутом состоянии с содержащимся в нем газом легче воздуха.
В патенте США №5,499,941 (Пенджюк), опубликованном 19 марта 1996 г., раскрыто устройство для надувания шара, имеющее электрическую лампу, прикрепленную к одному концу трубки и работающую от внешнего источника электроэнергии, подсоединенного к другому концу электрической лампы. Трубка подает свет сначала в горловину шара, причем механическое уплотнение выполнено так, что оно препятствует газу проходить между фланцем и основанием шара. Источник питания электрической лампы может быть снят с трубки, и поток газа может быть направлен в шар для его надувания, но трубка расположена и конфигурирована так, что газ не может выходить из шара через трубку.
Ни один из вышеуказанных документов не относится конкретно к необходимости закрепить объект в пространстве без прикрепления его к опорной поверхности, которая служит в качестве точки крепления, будучи соединенной с землей. Но опорные поверхности не всегда имеются в наличии, например, когда требуется поддерживать объект снаружи без использования опорной стойки или когда имеющаяся опорная поверхность полностью используется или недоступна.
В связи с тем, что в некоторых из вышеуказанных документов объект, такой как электрическая лампа, может поддерживаться опорой в пространстве, он является просто вторичным продуктом освещаемого игрушечного шара, и лампа имеет ограничения для того, чтобы поместить ее в шар. Даже в том конкретном случае, где шар поддерживает электрическую лампу в пространстве, это налагает серьезные ограничения на величину лампы и, соответственно, ее мощность. Лампа должна быть физически достаточно мала для того, чтобы помещаться в шаре и быть вставленной через его горловину без риска порвать шар. Более того, она не должна быть чрезмерно мощной, поскольку генерируемая теплота может привести к взрыву шара.
Этих недостатков, кажется, удалось избежать в вышеуказанном патенте США №6,390,651, где лампа прикреплена извне к шару для освещения через просвечивающую поверхность шара. Шар может быть наполнен гелием для парения в воздухе, но затем его необходимо привязать тетивой для того, чтобы он не улетел. Действительно, в случае использования варианта осуществления, в котором шар наполняют гелием, конкретно рекомендовано привязать свободный конец тетивы к тяжелому объекту или к запястью пользователя для того, чтобы шар не улетел.
Вышеуказанные патенты США №6,106,135 и 6,371,638 действительно относятся к свободно парящим шарам, но очень ограниченной грузоподъемности. Так, можно отметить, что обычные шары для украшения вечеринок, только что наполненные гелием, имеющие приблизительно 12 дюймов (30 см) в высоту и 10 дюймов (25 см) в диаметре, имеют чистую подъемную силу приблизительно 1/2 унции (14 граммов). В изобретениях по этим патентам применено оптоволокно, длина которого такова, что его масса меньше 14 г, и оно может быть поднято шаром, надутым гелием, с возможностью проводить свет в шар по тетиве из оптоволокна. Таким образом становится понятным, что эти документы не предполагают поддержки объектов в пространстве. Более того, такие шары предназначены только для одноразового использования, не приспособлены для поддержки различных объектов, и не существует какого-либо способа управления парением шара. В общем, поскольку такие шары предназначены только для одноразового использования, их изготавливают из такого материала, как Mylar®, который очень легкий и помогает достигнуть достаточного парения при минимальном объеме. Однако такие материалы не приспособлены для того, чтобы выдерживать грубое обращение или удары, как требуется при многократном использовании.
В патенте США №5,014,757 (Дональдсон и др.), опубликованном 14 мая 1991 г., раскрыто устройство шара, которое содержит внутреннюю емкость и наружную емкость, которые имеют возможность перемещения по отношению друг к другу. Устройство содержит емкость с газом под давлением, установленную во внутренней емкости, и стартовый механизм, который срабатывает при ударе устройства о твердую поверхность, например о крышку стола и т.п. Стартовый механизм протыкает емкость с газом под давлением и позволяет газу выходить в устройство, и этот газ направляется через отверстия в шар, который герметично удерживается на устройстве элементом типа уплотнительного кольца.
В патенте США №6,099,376 (Сингхал и др.), опубликованном 8 августа 2000 г., раскрыты невесомые игрушечные объекты, у которых сила подъема газа легче воздуха, содержащегося в корпусе игрушечного объекта, тщательно сбалансирована относительно гравитационной массы игрушечного объекта с использованием системы балластных грузов и ориентационных грузов, что позволяет игрушечному объекту оставаться на заданной высоте и месте в пространстве.
В патенте США №6,425,552 (Ли и др.) раскрыта система циклического теплового управления для реагирования на циклы дневного нагрева и ночного охлаждения с целью удержания высотной платформы в геостатическом положении в течение длительных периодов времени.
В патенте США №4,931,028 (Джегер и др.), опубликованном 5 июня 1990 г., раскрыт игрушечный дирижабль по меньшей мере с одним двигателем, установленным на верхней стороне мягкого дирижабля, надуваемого гелием, и платой инфракрасного управления и источником питания на нижней стороне. Дирижабль работает от автономного источника питания и управляется автономной системой управления, которая получает сигналы управления от передатчика.
В заключение ни один из вышеуказанных документов не относится к парящей опоре таких объектов, как электрические лампы и другие бытовые или офисные аксессуары, таким образом, чтобы даже массивные объекты могли поддерживаться в пространстве без необходимости применения тетивы или других наземных опор.
Кроме того, уровень техники кажется не относится к модульной парящей опоре, посредством которой различные объекты может поддерживать одна платформа. Таким образом, известные устройства предназначены для подъема объектов с массой, которая соответствует фиксированному парению устройства. Попытки поддерживать более тяжелые объекты приведут к их падению.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Поэтому цель настоящего изобретения заключается в создании способа и устройства для удержания объекта в свободном положении в пространстве без необходимости использования крепления, такого как опорная поверхность или стойка.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание такого устройства, которое подходит для многократного использования.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание такого устройства, которое является модульным и позволяет поддерживать различные объекты одной парящей платформой.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание такого устройства, которое является полностью автономным для того, чтобы позволить устройству парить, когда это необходимо.
Эти цели реализованы в соответствии с первым аспектом настоящего изобретения способом для поддержки объекта в свободном положении в пространстве без необходимости точки крепления, соединенной с землей, причем этот способ содержит:
прикрепление объекта к пустотелой опорной конструкции, которая приспособлена для парения в воздухе, будучи наполненной газом, имеющим меньший удельный вес, чем воздух;
соединение источника газа с опорной конструкцией через манометр, который установлен на контролируемое давление, приспособленное для достижения выталкивающей силы опорной конструкции, которая противодействует совокупной массе опорной конструкции и прикрепленного объекта;
заполнение пустоты в упомянутой опорной конструкции некоторым количеством упомянутого газа при упомянутом контролируемом давлении и
отпускание наполненной газом опорной конструкции вместе с прикрепленным объектом для того, чтобы достигнуть равновесного положения, в котором упомянутая выталкивающая сила опорной конструкции противодействует совокупной массе опорной конструкции и прикрепленного объекта.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения предусмотрена пустотелая опорная конструкция для удержания объекта в свободном положении в пространстве, причем упомянутая опорная конструкция приспособлена к парению в воздухе, будучи наполненной газом, имеющим меньший удельный вес, чем воздух, и приспособлена для заполнения до использования посредством механизма подачи газа таким количеством упомянутого газа при контролируемом давлении, чтобы обеспечить выталкивающую силу, с которой закрытая конструкция противодействует совокупной массе опорной конструкции и прикрепленного объекта;
упомянутый механизм подачи газа выполнен как одно целое с опорной конструкцией и содержит вход для соединения с источником газа и регулируемый клапан давления для регулировки давления газа.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения опорной конструкцией является парящая платформа, имеющая точку крепления для прикрепления объекта к парящей платформе, посредством чего при использовании парящая платформа вместе с прикрепленным объектом достигает равновесного положения, в котором выталкивающая сила платформы противодействует совокупной массе платформы и прикрепленного объекта.
В таком варианте осуществления объект может быть выполнен как одно целое с парящей платформой и может являться автономным электрическим устройством, работающим от батарей или солнечной энергии. Говоря более общими словами, объект может быть отделен от опорной конструкции или выполнен с ней как одно целое. Также может существовать часть объекта, такая как пустотелая оболочка стенки в корпусе объекта, имеющая такие размеры, чтобы при наполнении определенным количеством газа объект парил в воздухе.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Для того чтобы понять изобретение и то, как осуществить его на практике, теперь будут описаны некоторые типичные варианты осуществления путем приведения только неограничительного примера со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
на Фиг.1а и 1b показаны, соответственно, графическое изображение проволочного каркаса и сплошное изображение парящей платформы для удержания объекта в свободном положении в пространстве согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;
на Фиг.2а и 2b показаны графические изображения проволочного каркаса электрической лампы с автономным источником питания, заключенного в наружной оболочке с соединителем для подачи газа, который соединен с парящей платформой;
на Фиг.3 графически показано изображение проволочного каркаса компонентов лампы и соединителя для подачи газа, показанных на Фиг.2а и 2b;
на Фиг.4 показано увеличенное графическое изображение проволочного каркаса парящей платформы и соответствующих компонентов соединителя для подачи газа в использовании;
на Фиг.5а и 5b показаны различные виды в перспективе компонентов соединителя для подачи газа;
на Фиг.6а и 6b показаны различные виды в перспективе баллона с газом согласно первому варианту осуществления, приспособленного для заполнения парящей платформы газообразным гелием;
на Фиг.7а и 7b показаны различные виды в перспективе газового баллона, показанного на Фиг.6а и 6b после его соединения с соединителем для подачи газа при использовании;
на Фиг.8а и 8b показаны различные виды в перспективе парящей платформы и прикрепленного объекта в соответствующем положении;
Фиг.9 является графическим изображением, показывающим использование парящей платформы для поддержки объектов в пространстве;
Фиг.10а, 10b и 10с являются графическими изображениями, показывающими газовый баллон согласно второму варианту осуществления;
Фиг.11а является графическим изображением, показывающим устройство, выполненное как одно целое с парящей оболочкой, имеющей пустотелую секцию стенки;
Фиг.11b является графическим изображением устройства с Фиг.11a, показывающим местный разрез пустотелой секции стенки;
Фиг.12а является графическим изображением, показывающим одноразовое устройство, которое парит, когда герметичный блок подачи газа проткнут; и
Фиг.12b является графическим увеличенным видом с частичным разрезом, показывающим детали устройства с Фиг.12а.
В нижеследующем описании признаки, которые присутствуют более чем на одном чертеже, обозначены одними ссылочными номерами.
На Фиг.1а и 1b показаны графическое изображение проволочного каркаса и сплошное изображение парящей платформы 10 согласно изобретению для удержания портативной лампы 11 с автономным источником питания или других объектов в свободном положении в пространстве 11. Парящая платформа 10 состоит из пустотелой опорной конструкции, выполненной из полужесткого, не проницаемого для газа пластического материала, который достаточно прочный для того, чтобы выдерживать удары и т.п., не разрываясь, и в то же время достаточно легкий для того, чтобы после заполнения газообразным гелием он мог парить в воздухе, поддерживая лампу 11. Седло 12 клапана установлено на нижней поверхности парящей платформы 10 для размещения соответствующего седла 13 клапана, установленного в лампе 11 через переходник 14, который позволяет герметично соединять с парящей платформой 10 различные объекты, имеющие разные седла клапана.
На Фиг.2а и 2b показаны графические изображения проволочного каркаса лампы 11, заключенного в наружной оболочке 15 с механизмом для подачи газа, подсоединенным через соединитель 16 для подачи газа, который соединен с парящей платформой и показан на Фиг.1b и более детально на Фиг.5а и 5b. Наружная оболочка 15 также содержит электрическую схему (не показана) для работы лампы, а также, конечно, саму лампу (тоже не показана). Аккумуляторный отсек 17 для размещения одной или нескольких аккумуляторных батарей может быть вставлен в осевое отверстие 18 в корпусе наружной оболочки 15, которое затем герметизируется на его нижнем конце с помощью нижней уплотнительной крышки 19. Для цели настоящего описания и прилагаемой формулы изобретения оболочка 15 с ее компонентами составляет объект, который должен поддерживаться парящей платформой 10. Будет понятно, что в оболочке 15 могут быть размещены и другие компоненты и, как сказано выше, могут быть предусмотрены различные оболочки с различными креплениями для соединения с парящей платформой 10 через соответствующие переходники. В такой конфигурации лампа установлена на верхний конец осевого отверстия 18 для того, чтобы освещать внутреннее пространство парящей платформы 10, которая может иметь форму шара, как показано на чертежах, и поверхность которой может быть выполнена из пропускающего свет материала. Однако в соответствии с альтернативным вариантом осуществления лампа может быть установлена на нижний конец осевого отверстия 18 для того, чтобы светить вниз, когда парящая платформа 10 приведена в парящее состояние. Такой вариант осуществления описан более подробно ниже со ссылкой на Фиг.13. В еще одном варианте осуществления электрические соединения могут быть выполнены на противоположном конце осевого отверстия 18 для того, чтобы позволить подсоединять лампу на любом конце.
На Фиг.3а и 3b более детально показаны компоненты аккумуляторного отсека 17: нижняя уплотнительная крышка 19, которая устанавливается на нижний конец аккумуляторного отсека 17, и верхняя уплотнительная крышка 20, которая устанавливается на верхний конец аккумуляторного отсека 17. Нижняя и верхняя уплотнительные крышки 19 и 20 содержат соответствующие электрические контакты для батарей (не показаны) на их внутренних поверхностях. Аккумуляторный отсек 17 может, кроме того, содержать любые электронные схемы, относящиеся к лампе, а также корпус лампы и саму лампу. Верхняя уплотнительная крышка 20 выполнена из материала, пропускающего свет, для того, чтобы освещать внутреннее пространство парящей платформы 10.
Фиг.4 является увеличенным графическим изображением проволочного каркаса парящей платформы 10, а соответствующие компоненты механизма подачи газа показаны в увеличенном виде на Фиг.5а и 5b. В частности, необходимо отметить, что соединитель 16 для подачи газа подсоединен через регулируемый клапан давления 21, посредством которого газ может подаваться при контролируемой давлении в парящую платформу 10. Благодаря этому выталкивающую силу платформы можно регулировать для того, чтобы точно противодействовать совокупной массе парящей платформы 10 и прикрепленного объекта, позволяя этим регулировать выталкивающую силу платформы при прикреплении разных объектов. Предпочтительно клапан давления 21 имеет циферблатную шкалу, которая калибруется как функция массы прикрепленного объекта, поэтому циферблат можно установить в соответствии с массой прикрепленного объекта для того, чтобы подавать газ в парящую платформу 10 под точно требуемым давлением для получения желательной выталкивающей силы. Соединитель 16 для подачи газа содержит седло для проточного клапана, подобного клапанам, используемым для накачки автомобильных шин, который открывается для прохода газа при нажатии патрубком источника подачи газа и автоматически закрывается после удаления патрубка, этим предотвращая выход газа.
Циферблат калибруется по установленному физическому принципу, заключающемуся в том, что объект, включая пустотелую опору, наполненный газом, который имеет плотность меньше, чем у воздуха, например гелием, может парить в воздухе благодаря тому, что масса гелия меньше массы воздуха, вытесняемого объектом. Это требование может быть реализовано на практике при условии, что давление газа в пустотелой опоре регулируется должным образом и что летучестью газа можно пренебречь. Существуют и другие факторы, которые необходимо учитывать, такие как температура окружающей среды и содержание влаги (влажность) в воздухе, поскольку эти факторы отрицательно влияют на плотность газа и, следовательно, на массу газа, необходимую для достижения выталкивающей силы. Именно благодаря неопределенности выталкивающей силы опоры исключительную важность имеет динамическая регулировка давления газа с помощью регулируемого клапана давления 21, если должны поддерживаться различные объекты и/или если необходимо достигнуть выталкивающей силы в переменчивых условиях окружающей среды.
Калибровка регулируемого клапана давления 21 основана на следующих принципах. Плотность воздуха должна быть равна эффективной или средней плотности опоры и объекта в совокупности:
ρair=ρtotal
Эффективная или средняя плотность опоры и объекта в совокупности выражается следующим уравнением:
где:
МНЕ = масса гелия,
MObject = масса объекта,
VTotal = совокупный объем опоры и объекта.
Масса гелия МНЕ (или другого легкого газа) в пустотелой конструкции опоры выражается следующим уравнением:
МНЕ=ρairVtotal-MObject
Плотность воздуха ρair обратно пропорциональна абсолютной температуре в градусах Кельвина, то есть:
Можно сказать, что атмосферное давление гелия в пустотелой конструкции опоры выражается уравнением:
где:
a = 3,46·10-3,
b = 23,71·10-6,
R = газовая постоянная = 8,314472,
n = 250·MKg,
Mkg = масса гелия в кг.
Вышеприведенные объяснения могут использоваться при калибровке регулируемого клапана давления 21 для того, чтобы давление автоматически устанавливалось на требуемую массу объекта. По желанию, можно использовать датчик температуры для измерения температуры окружающей среды и блок компенсации для регулировки давления гелия (или другого газа), чтобы получить точную массу газа внутри пустотелой опорной конструкции. Таким образом, объект с определенной массой может быть прикреплен к опорной конструкции (или выполнен как одно целое с ней), и регулируемый клапан давления 21 может быть установлен на предварительно калиброванное значение, соответствующее массе объекта, для того, чтобы обеспечить точное давление газа для достижения выталкивающей силы.
Говоря проще, регулируемый клапан давления 21 может быть установлен методом проб и ошибок на точное давление газа, требуемое для достижения выталкивающей силы для объекта, прикрепленного к опорной конструкции или выполненного с ней как одно целое. Альтернативно, если такие объекты, как лампы и т.д., поставляются специально для прикрепления к парящей опорной конструкции согласно настоящему изобретению, пользователя можно информировать о подходящем давлении газа, которое необходимо обеспечить в парящей опорной конструкции в зависимости от используемого газа, ожидающихся природных условий и массы объекта, который будет удерживаться. Подобно этому в тех случаях, когда опорная конструкция жестко соединена с объектом, и условия окружающей среды, такие как температура, давление и влажность, являются практически постоянными, как часто бывает в торговых центрах и других закрытых помещениях, регулировка давления газа может и не потребоваться.
Будет понятно, что регулировка давления газа в пустотелой опорной конструкции с использованием регулируемого клапана давления является только одним подходом. Другой подход заключается в наличии гибкой диафрагмы в пустотелой опорной конструкции и регулировке эффективного объема газа в пустотелой опорной конструкции путем смещения гибкой диафрагмы. Будет понятно, что в смысле прилагаемой формулы изобретения такая диафрагма содержит манометр, поскольку путем регулировки эффективного объема пустотелой опорной конструкции давление газа может быть установлено на контролируемое давление, обеспечивающее выталкивающую силу опорной конструкции.
Соединитель 16 для подачи газа соединен по потоку с трубкой 22, верхний конец которой входит в отверстие в парящей платформе 10 для того, чтобы связать по потоку механизм подачи газа с парящей платформой 10. Съемная уплотнительная крышка 23 крепится на нижнем конце трубки 22 и препятствует утечке газа из механизма подачи газа. Необходимо отметить, что на чертежах показан механизм подачи газа в расширенной форме с трубкой 22, выступающей из нижней части наружной оболочки 15. Однако на практике трубка 22 полностью размещена в наружной оболочке 15, и только уплотнительная крышка 23 доступна с нижней поверхности оболочки 15 для того, чтобы обеспечить возможность ее снятия, когда необходимо удалить газ из парящей платформы 10. В этом отношении предохранительный клапан 24 позволяет удалять газ из парящей платформы 10 через открытый конец трубки 22 после снятия уплотнительной крышки 23. Соединитель 16 для подачи газа проходит через наружную оболочку 15 для того, чтобы при подсоединении объекта 11 к парящей платформе 10 последнюю можно было заполнять газом, например гелием, при контролируемом давлении, чтобы обеспечить ее парение и этим удерживать в воздухе прикрепленный объект. Верхняя уплотнительная крышка 20 также используется для герметизации механизма подачи газа от аккумуляторного отсека 17 и электронных компонентов, относящихся к лампе, а также корпуса лампы и самой лампы, чем устраняется опасность попадания искр в газ.
На Фиг.6а и 6b показаны другие виды в перспективе специального газового баллона 25, который приспособлен для заполнения парящей платформы 10 газообразным гелием. Газовый баллон 25 содержит пустотелый корпус 26, имеющий практически плоские параллельные верхнюю и нижнюю поверхности 27 и 28, соответственно. Дугообразная прорезь 29 выполнена в корпусе между верхней и нижней поверхностями 27 и 28 и служит в качестве ручки для того, чтобы держать газовый баллон 25 при использовании. Практически полукруглое отверстие 30 выполнено на внутренней стороне 31 стенки корпуса, и герметизируемое выпускное отверстие 32 выполнено в его средней точке для подсоединения к соединителю 16 для подачи газа механизма подачи газа, описанного выше со ссылкой на Фиг.4 и 5а. Подобно этому герметизируемое впускное отверстие 33 выполнено в средней точке с наружной стороны 34 стенки корпуса для соединения с источником газа, чтобы заполнить газовый баллон 25 перед использованием.
На Фиг.7а и 7b показаны другие виды в перспективе газового баллона 25, соединенного с соединителем 16 для подачи газа при использовании. Выпускное отверстие 32 имеет выступающий штифт, который после его ввода в выпускное отверстие 32 открывает проточный клапан, этим позволяя газу в баллоне вытекать под высоким давлением в механизм подачи газа через соединитель 16 и клапан давления 21. Клапан давления 21 снижает давление газа до заданного калиброванного давления, которое регулируется так, чтобы заполнять парящую платформу 10 газом при требуемом давлении, как сказано выше. После подачи достаточного объема газа газовый баллон 25 снимают, после чего проточный клапан автоматически закрывается. Газовый баллон 25 служит в качестве портативного источника газа и устраняет необходимость в транспортировке тяжелых газовых баллонов.
На Фиг.8а и 8b показаны другие виды в перспективе парящей платформы и объекта в соответствующем положении. В частности, на этих двух фигурах можно видеть противоположные стороны наружной оболочки 15 с клапанами для впуска и удаления газа.
Фиг.9 является графическим изображением, на котором показано использование парящей платформы 10 для удержания объектов 11а, 11b, 11с и 11d в пространстве. Необходимо отметить, что объекты 11а, 11b, 11с и 11d парят в воздухе на различной высоте в зависимости от их массы и давления газа в соответствующих им парящих платформах.
Газовый баллон 25, описанный со ссылкой на Фиг.6 и 7, явно подвержен изменениям, которые будут вполне понятны среднему специалисту в данной области техники. Как сказано выше, он служит в качестве портативного источника газа, но не является обязательным компонентом, поскольку опорную конструкцию можно наполнять газом от любого другого подходящего источника газа.
Фиг.10а, 10b и 10с являются графическими изображениями газового баллона 40 согласно второму типичному варианту осуществления изобретения. Газовый баллон 40 имеет сменный газовый контейнер 41, который подсоединяется к части 42 корпуса, содержащей механизм подачи газа с пусковой кнопкой 43, которую нажимают для выхода газа, имеющего меньший удельный вес, чем воздух, например гелия. Использованный контейнер 41 может быть снят с части 42 корпуса и заменен полным контейнером. Головная часть 44 оснащена выпускным отверстием 45 для подсоединения соединителя 16 объекта 11, описанного выше со ссылкой на Фиг.4 и 5 чертежей. Давление газа можно регулировать с помощью клапана давления 46, так что когда выпускное отверстие 45 вставлено в соединитель 16 объекта 11, оно открывает самогерметизирующийся клапан и вводит газ под заданным давлением в парящую платформу 10. Газовый баллон 40 в частности применяется как автономное устройство, которое может использоваться с любой конфигурацией парящего объекта при условии, что он снабжен подходящим соединителем 16 для соединения с выпускным отверстием 44.
Фиг.11а является графическим изображением устройства, имеющего типичную форму часов 50, которое выполнено как одно целое с опорной конструкцией 51, имеющей пустотелую секцию 52 стенки, показанной на виде в разрезе на Фиг.11b. Газ можно вводить, используя газовый баллон 40, показанный на Фиг.10, например в пустотелую секцию 52 стенки через соединитель 53 для подачи газа под давлением, регулируемым клапаном давления 46 газового баллона, и можно удалять из пустотелой секции 52 стенки с помощью предохранительного клапана 54. Альтернативно газ можно хранить в герметичном устройстве внутри пустотелой секции 52 стенки, имеющей уплотнение (не показано), доступ к которому осуществляется снаружи, и выпускать газ в пустотелую секцию 52 стенки путем разрушения уплотнения. Такое устройство составляет, таким образом, пустотелую опорную конструкцию, выполненную как одно целое с объектом и имеющую встроенный источник газа, приспособленный для выпуска газа под заданным давлением в зависимости от количества газа в герметизированном устройстве.
Фиг.12а является графическим изображением, и Фиг.12b является графическим увеличенным видом в частичном разрезе одноразового устройства 60 согласно альтернативному варианту осуществления, которое парит в воздухе после механического разрушения герметизированного газового устройства. Во многих отношениях устройство 60 аналогично по конструкции устройству 10, описанному выше со ссылкой на Фиг.1, 4 и 8, и снабжено парящей платформой 61 в форме шара, к которой прикреплен объект 62. Однако в отличие от первого варианта осуществления объект 62 содержит герметизированное устройство (не показано) с некоторым количеством газа, который может быть выпущен путем разрушения газового уплотнения 63, доступного с наружной поверхности объекта 62. Как четко показано на Фиг.12b, объект 62 герметизирован на его нижнем конце и содержит аккумуляторный отсек 17, показанный в пространственном отношении к осевому отверстию 18 в наружной оболочке 64 объекта 62. Также более четко показаны соединитель 16 механизма подачи газа и трубка 22, которая входит в отверстие 35 в парящей платформе 10.
Будет понятно, что, хотя были описаны некоторые конкретные варианты осуществления изобретения, они приведены только для примера, и в них могут быть внесены многие изменения без отхода от объема изобретения, определенного в прилагаемой формуле изобретения. Например, в варианте осуществления изобретения, описанном выше, механизм подачи газа показан выполненным как одно целое с корпусом лампы. В связи с этим седло 12 клапана в парящей платформе 10 служит в качестве точки крепления для прикрепления объекта к парящей платформе через седло 13 клапана и переходник 14 в объекте. Но объект также может быть подсоединен непосредственно к парящей платформе 10 или к другим подходящим наполненным или наполняемым газом опорным конструкциям или как встроенный блок, или через подходящий герметизированный соединитель. В этом случае крюк или другое эквивалентное крепление может быть предусмотрено на парящей платформе 10 или на других подходящих опорных конструкциях для того, чтобы служить точкой крепления для удержания объекта, например лампы, что таким образом упрощает конструкцию лампы и соответствующей арматуры. Кроме того, если опорная конструкция конфигурирована для поддержки различных объектов, то конструкция согласно изобретению допускает модульный подход, при котором различные компоненты могут продаваться как отдельно, так и в комплекте. Например, такая опорная конструкция, как парящая платформа 10, может продаваться как отдельный элемент, конфигурированный для поддержки некоторого количества объектов, которые также доступны отдельно. Подобно этому настоящее изобретение предусматривает осуществление подходящих модификаций существующих объектов для того, чтобы позволить прикреплять их к парящей платформе 10 или другой парящей опорной конструкции.
Уже было сказано, что газовый баллон 40, показанный на Фиг.11a, 11b и 11с, требует только, чтобы в опорной конструкции был предусмотрен соединитель для подачи газа, который является дополнительным к выпускному отверстию 44 газового баллона 40. Помимо этого требования никакой специальной конфигурации опорной конструкции не нужно. Таким образом, использование такого газового баллона устраняет необходимость в наличии механизма подачи газа в опорной конструкции или в объекте, и он будет в частности полезен в том случае, если необходима модульная конструкция.
Для обеспечения выталкивающей силы опорной конструкции предпочтительно используется газ гелий, поскольку он легче воздуха, инертный и безопасный. Однако принципы настоящего изобретения применимы и к другим подходящим газам, которые легче воздуха.
Вышеописанные конкретные варианты осуществления относятся к использованию портативной лампы или часов, работающих от батарей. Однако необходимо понимать, что этим не вводятся какие-либо ограничения, и изобретение может использоваться для поддержки в свободном состоянии в воздухе многих других объектов как электрических, так и неэлектрических. Также необходимо понять, что многие портативные электрические устройства могут получать электропитание посредством подходящего излучения, такого как солнечная энергия, и в этой связи могут быть предусмотрены одна или несколько солнечных батарей в дополнение к аккумуляторной батарее или вместо нее.
Такие объекты могут включать в себя парящие трехмерные игрушки и гаджеты для детей, изделия интерьера, упаковки или витрины для потребительских товаров класса люкс или художественных произведений. С использованием принципов настоящего изобретения также можно обеспечивать поддержку продукции рекламной отрасли, такой как биллборды, флаги, экраны и т.п., а также изделия для подачи сигналов в чрезвычайных ситуациях. Настоящее изобретение также может найти применение для вспомогательной продукции, такой как камеры наблюдения и охраны, особенно в очень больших местах или зонах ограниченного доступа и с отсутствием инфраструктуры. Еще одним видом применения настоящего изобретения является поддержка наружных объектов, например, в кемпингах, и аварийное освещение или другие временные наружные работы, например при строительстве или ремонте (например, ремонт автомашины в неосвещенной области).
Также необходимо понимать, что, хотя настоящее изобретение было описано с особым упором на полностью свободно стоящие конструкции, могут иметь место ситуации, когда парящую оболочку необходимо закрепить тетивой для того, чтобы удержать поддерживаемые объекты в определенной зоне.
Описанные варианты осуществления могут смещаться, если они не привязаны, например, в случае наличия потоков воздуха. Во многих случаях это может быть желательным, поскольку обеспечивает некоторую степень неопределенности в отношении того, удерживается ли данный объект, что может усиливать эстетическое восприятие. По желанию, к объекту или опорной конструкции можно добавить пропеллер с дистанционным управлением для управления перемещением поддерживаемого объекта в пространстве.
1. Объект, приспособленный для парения в воздухе после наполнения газом, имеющим более низкий удельный вес, чем воздух, без необходимости соединения точки крепления с землей, причем упомянутый объект имеет пустотелую оболочку, имеющую впускное отверстие для предварительного наполнения пустотелой оболочки указанным газом через проточный клапан, который препятствует газу выходить из пустотелой оболочки, и которое соединено со средством регулировки давления для регулировки давления упомянутого газа в оболочке для того, чтобы обеспечить противодействие только выталкивающей силы оболочки массе объекта без нагнетания дополнительного количества газа в пустотелую оболочку.
2. Объект по п.1, являющийся электрическим устройством.
3. Объект по п.2, имеющий автономный источник электропитания от содержащейся в нем батареи.
4. Объект по п.3, получающий электропитание от излучения, передаваемое на электрическое устройство.
5. Объект по п.4, получающий электропитание от солнечной энергии.
6. Объект по любому одному из пп.1-5, являющийся опорной конструкцией для удержания прикрепленного изделия в парящем состоянии.
7. Объект по п.6, отличающийся тем, что опорная конструкция имеет пустотелую секцию стенки, приспособленную для заполнения газом.
8. Объект по любому одному из пп.1-5 или 7, отличающийся тем, что впускное отверстие приспособлено для подсоединения к внешнему источнику газа.
9. Объект по любому одному из пп.1-5 или 7, отличающийся тем, что впускное отверстие приспособлено для соединения с герметизированным устройством, содержащим некоторое количество газа, который выходит после разрушения газового уплотнения, доступного с наружной поверхности объекта.
10. Объект по любому одному из пп.1-5 или 7, отличающийся тем, что средством регулировки давления является регулируемый клапан давления.
11. Объект по п.10, являющийся опорной конструкцией для удержания в парящем состоянии прикрепленного изделия, отличающийся тем, что регулируемый клапан давления имеет циферблатную шкалу, которая калибруется как функция массы прикрепленного изделия.
12. Объект по любому одному из пп.1-5 или 7, отличающийся тем, что средство регулировки давления реагирует на условия окружающей среды, такие как температура и влажность воздуха.
13. Объект по любому одному из пп.1-5 или 7, кроме того содержащий:
датчик температуры для измерения температуры окружающей среды и блок компенсации, соединенный с датчиком температуры для регулировки давления газа, чтобы регулировать массу газа в оболочке.
14. Объект по любому одному из пп.1-5 или 7, отличающийся тем, что средство регулировки давления содержит средство регулировки объема для регулировки эффективного объема пустотелой опорной конструкции.
15. Объект по п.14, отличающийся тем, что средство регулировки объема имеет:
гибкую диафрагму в пустотелой оболочке и
средство для смещения гибкой диафрагмы в пустотелой оболочке для того, чтобы регулировать эффективный объем газа в пустотелой оболочке опорной конструкции путем смещения гибкой диафрагмы.
16. Способ поддержания объекта в свободном состоянии в пространстве без необходимости соединения точки крепления с землей, причем упомянутый способ содержит:
прикрепление объекта к опорной конструкции, которая имеет пустотелую оболочку, наполненную газом, имеющим меньший удельный вес, чем воздух;
регулировку давления упомянутого газа в оболочке для того, чтобы обеспечивать противодействие только выталкивающей силы оболочки массе опорной конструкции и прикрепленного объекта.
17. Способ по п.16, отличающийся тем, что опорной конструкцией является парящая платформа.
18. Способ по п.16 или 17, отличающийся тем, что опорной конструкцией является герметичный шар с газом.
19. Способ по любому одному из пп.16 или 17, отличающийся тем, что газ является гелием.
20. Способ по любому одному из пп.16 или 17, отличающийся тем, что регулировка давления упомянутого газа в оболочке включает в себя установку манометра, который калибруется как функция массы прикрепленного объекта, исходя из известной массы прикрепленного объекта, чтобы подавать газ под соответствующим давлением с целью получения упомянутой выталкивающей силы.
21. Способ по любому одному из пп.16 или 17, отличающийся тем, что регулировка давления упомянутого газа в оболочке включает в себя:
измерение температуры воздуха окружающей среды и
регулировку давления газа, реагирующего на измеренную температуру воздуха окружающей среды, для того, чтобы регулировать массу газа в оболочке.
22. Способ по любому одному из пп.16 или 17, отличающийся тем, что регулировка давления упомянутого газа в оболочке включает в себя регулировку эффективного объема пустотелой опорной конструкции.
23. Способ по любому одному из пп.16 или 17, включающий в себя заполнение опорной конструкции некоторым количеством упомянутого газа для достижения упомянутой выталкивающей силы.
24. Способ по п.23, отличающийся тем, что газ предварительно хранится в опорной конструкции.
25. Способ по п.23, отличающийся тем, что газ предварительно хранится в герметичном устройстве в опорной конструкции и выходит после разрушения уплотнения.
