ЕМКОСТЬ СМЫСЛОВА УВЕЛИЧИВАЕМОЙ ВЫСОТЫ И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК E04H4/00 A47K3/06 A61H33/00 E03B3/00 

Изобретение относится к емкостям в виде мягкой оболочки, при надувании полости которой образуется стенка емкости, а именно, к емкостям увеличиваемой высоты, т.е. к емкостям со стенкой, всплывающей при заполнении, и к способу их изготовления.

Известна емкость увеличиваемой высоты в виде перевернутого берета, выполненная из гибкой нерастяжимой непроницаемой полостной оболочки, кромка которой прикреплена с зазором к верхней стороне края дна, образуя тороподобную полостную стенку при выполнении емкости (US, 4597113 A, кл. E 04 H 3/18, 1986). Когда емкость подготовлена к наполнению, стенка лежит в основном на дне, а при ее заполнении вода (вместо воды может быть здесь и далее соответствующая жидкость) сначала разливается по дну и лежащей части стенки, вытесняя нижний слой воздуха (далее для краткости будет везде газ), затем вода перекрывает зазор, замыкая газ в складках этой полости, поэтому уровень воды в емкости обгоняет уровень воды в стенке, благодаря чему часть воды дополнительно вдавливается в стенную полость, создавая в ней избыточное давление газа, расправляя складки и поднимая саму стенку выше уровня воды.

Недостатки емкости-аналога:
1) невозможность гарантированного подъема стенки до номинальной высоты, ибо газа, замкнутого в стенной полости, недостаточно для заполнения большей части стенной полости, чтобы создать большое превышение уровня воды в емкости над уровнем воды в стенке, а следовательно, большого избыточного давления воздуха. Для устранения этого недостатка изобретатель предусмотрел возможность накачивания воздуха в стенную полость с помощью шланга, что повышает трудозатраты при обслуживании емкости;
2) небольшая устойчивость стенки, ибо избыточное давление газа мало, т. к. не может быть больше давления столба воды в емкости выше уровня воды в стенке;
3) негигиеничность, ибо после слива воды в полости стенки остается осадок, для удаления которого необходимо развязать все связи и распластать оболочку, вывернув стенку;
4) невозможность подъема стенки при заполнении сыпучим, ибо оно не способно замкнуть газ в стенке;
5) низкий коэффициент вместимости (отношение номинальной вместимости к габаритному объему емкости), ибо объем, занятый газом исключается из номинальной вместимости.

В качестве аналога наиболее близкого к изобретению по технической сущности, принята емкость увеличиваемой высоты в виде гибкой непроницаемой полостной оболочки, выполненной из герметично соединенных деталей, выкроенных из термопластполимерной пленки или прорезиненной ткани, содержащая дно и стенку, верх которой образует край с краевой полостью с газом (US 2529872 A, кл. A 63 B 71/00, 1950).

Краевая полость (фиг. 8) образована верхней частью стенки и плоским краевым кольцом, герметично скрепленным своей верхней кромкой со стенкой. Полость негерметична из-за зазора между нижней кромкой кольца и стенкой, поэтому принцип работы данной емкости аналогичен принципу работы аналога до перекрытия водой этого зазора, после чего благодаря газу в полости край стенки, а затем и вся стенка всплывают под действием внутренней распределенной силы Архимеда (она названа "внутренней", поскольку направлена на внутреннюю поверхность емкости).

Данная емкость имеет те же недостатки, что и емкость-аналог из-за негерметичности полости, поэтому здесь указаны только их отличия от недостатков аналога:
1. невозможность гарантированного подъема стенки при наполнении емкости. На нижнюю стенку (кольцо) давит меньшая, чем в данном аналоге распределенная сила Архимеда, поскольку кромка находится в верхней части емкости, поэтому разность уровней в емкости и полости меньше, чем в аналоге. Этот недостаток в какой-то мере возмещается подъемной силой, действующей на стенку благодаря ее наклону внутрь;
2. небольшая устойчивость стенки, ибо избыточное давление в полости меньше, чем у аналога, при прочих равных условиях. Кроме того, при нажатии на край часть воздуха выйдет из полости, уменьшив еще более избыточное давление вплоть до возможности полного слива воды;
3. негигиеничность, хотя для удаления осадка со стен полости требуется меньше трудозатрат, ибо кромка не имеет связей со стенкой;
4. невозможность гарантированного подъема стенки при заполнения сыпучим;
5. низкий коэффициент вместимости из-за наклона стенки.

Из этого же источника известен способ изготовления емкости увеличиваемой высоты путем термодиффузионной сварки деталей, выкроенных из термопластполимерной пленки, наиболее близкий по технической сущности к заявленному способу изготовления емкости. Однако, поскольку краевая полость в данной емкости негерметична, невозможно гарантировать заданное избыточное давление в краевой полости при заполнении емкости до номинального уровня.

Задачей изобретения является обеспечение гарантированного подъема стенки до номинальной высоты при наполнении емкости жидкостью, устойчивости стенки, гигиеничности емкости, гарантированного подъема стенки при наполнении сыпучим, гарантированного избыточного давления в краевой полости при заполнении емкости до номинального уровня, удобства в эксплуатации, а также возможности ремонта емкости в домашних условиях самим пользователем.

Поставленная задача достигается тем, что в емкости увеличиваемой высоты в виде гибкой непроницаемой полостной оболочки, выполненной из герметично соединенных деталей, выкроенных из термопластополимерной пленки или прорезиненной ткани, содержащей дно и стенку, верх которой образует край с краевой полостью с газом, согласно изобретению, оболочка выполнена нерастяжимой и снабжена герметичной воздушной системой сообщающихся полостей, как минимум, донной и краевой, расчетный объем краевой полости равен, как минимум, объему жидкости, имеющему вес, равный весу емкости, расчетный объем донной полости выполнен превышающим краевую полость на гарантийную часть, система заполнена количеством газа, занимающим при минимальной рабочей температуре и максимальном рабочем давлении окружающего газа объем, равный расчетному объему донной полости, а каждая часть системы снабжена находящейся в свободном состоянии податливой термоизоляционной пластинкой. Кроме того, в стенке у дна выполнено отверстие, к краю которого герметично прикреплен наливно-сливной рукав, превышающий по длине номинальному высоту емкости. Далее, к торцу рукава прикреплены дна шнура, превышающих двойную длину рукава, причем один из них направлен в емкость, а другой - в обратном направлении, с возможностью выворачивать рукав в оба направления. Кроме того, на дне закреплен мешок с трубкой, конец которой вне емкости закрыт предохранительным клапаном, открывающимся со звуковым сигналом при достижении заданного уровня наполнения емкости. Далее, снаружи емкости между дном краем закреплен натяжной электроконтактор сигнализатора, срабатывающего при достижении заданного уровня наполнения емкости.

Поставленная задача достигается также тем, что в способе изготовления емкости увеличиваемой высоты термодиффузионной сваркой деталей, выкроенных из термопластополимерной пленки, согласно изобретению, после сваривания деталей наполняют емкость соответствующей жидкостью до номинального уровня, доводят избыточное давление в воздушной системе до расчетного через технологическое отверстие и герметизируют его. Количество газа в системе остается постоянным, поэтому сохраняется заданное избыточное давление в полости, гарантирующее всплывание края при наполнении емкости.

Изобретение поясняется чертежами, где
на фиг. 1 показана заполненная прямоугольная емкость увеличиваемой высоты, на фиг. 2 - наливно-сливной рукав, на фиг. 3 - крепление электроконтактора сигнализатора уровня жидкости (для наглядности толщины деталей оболочки преувеличены и показаны косой штриховкой в разрезе на всех фигурах).

К краю опорного дна 1 в виде прямоугольника, выкроенного преимущественно из термопластополимерной пленки, в том числе, армированной, или прорезиненной ткани, как и остальные детали оболочки, прикреплена стенка 2, верх которой завернут внутрь, а кромка герметично присоединена к внутренней стороне верха стенки 2, образуя полостной край 3 с краевой полостью 4. Все соединения пленочных деталей, образующих оболочку, герметичны. К краю дна 1 через закраину стенки 2 присоединен край внутреннего дна 5, образуя донную полость 6 (на фиг. 1 показана гарантийная часть полости 6, обеспечивающая пропорциональность избыточного давления в полости 4 уровню воды всегда, даже при переливе воды через край 3). При пустой емкости дно 5 приподнято над дном 1 той частью газа, которая создавала избыточное давление в системе, в том числе, в полости 4, а после слива воды атмосферным давлением возвращена в полость 6. Полость 6 соединена с полостью 4 каналом 7, образованным прямоугольной полосой 8, присоединенной к стенке 2 вертикальными кромками в виде короба (полости 4, 6 и канал 7 являются частями воздушной системы). В этих частях оставлены в свободном состоянии податливые (чтобы не повредить стенки) термоизоляционные пластинки 9 и 10 (в канале 7 не показана) с антиадгезионными свойствами к оболочке. В крае 3 выполнено технологическое отверстие с патрубком 11, герметизированным в конце изготовления емкости. К дну 5 прикреплен воздушный мешок 12 с термоизоляционной пластинкой (не показана) с трубкой 13, выведенной за край 3, в конец которой вставлен предохранительный клапан со свистком (не показаны). Чтобы край 3 всплыл, он должен иметь расчетный объем, равный объему жидкости, вес которой несколько превышает вес стенки 3, чтобы иметь гарантию всплытия, удобно принять вес емкости для расчета, тогда вес двойного дна 1 и 5, которое не всплывает, дает дополнительный объем полости 4. Расчетный объем полости 5 больше объема полости 4 на гарантийную часть, чтобы в ней при полной емкости оставался запас газа, на который давит вода, поддерживая пропорциональность избыточного давления уровню воды. Система заполнена газом не на полной ее объем, а только примерно на половину, точнее, такое количество газа занимает объем, равный расчетному объему полости 6, при минимальной рабочей температуре и максимальном рабочем давлении окружающей среды. На фиг. 2 показан вариант емкости с наливно-сливным рукавом 14 из той же пленки, длиной более номинальной высоты емкости, начало которого соединено с твердым кольцом 15, заделанным в отверстие стенки 2 у дна 1. К торцу 16 рукава 14 присоединены внутренний 17 и наружный 18 шнуры, направленные в противоположные стороны и превышающие две длины рукава 14, с ограничителями 19 и 20, например, в виде колец, предотвращающими полное втягивание шнуров 17, 18 в рукав 14. На фиг. 3 показано крепление натяжного электроконтактора 21 сигнала наполнения емкости. Контактор 21 скреплен с наружной кромкой дна 1 соединением, подобным пространственному шарниру, например, с помощью петли, а пружинный подвижный контакт скреплен с гибкой связью 22, например тросиком, закрепленным на крае 3. Контактор 21 соединен кабелем 23 с сигнализатором (не показан).

Емкость может иметь варианты исполнения, не выходящие за пределы формулы изобретения. Емкость индивидуального изготовления может иметь дно 1 такой формы, которая подходит для условия заказчика. Полости 4 и 6 могут быть заполнены газами с нужными свойствами, например химически инертными к оболочке, сжижающимися при температурах ниже рабочей и т.д. Канал может быть в виде гибкой трубки. Вместо заделанного патрубка 11 может быть закрываемый патрубок или ниппель, тогда пользователь сможет изменять давление в системе при эксплуатации применительно к его условиям; на наружной стороне края 3 могут быть зацепы для крепления гибких связей, соединяющих противоположные части края 3 для увеличения его стойкости, для временного крепления рукава 14, его шнуров 17, 18, шлангов для наполнения и слива (сифоном) и т.д. На оболочке могут быть защитные, декоративные, насмачивающиеся и др. покрытия. Стенка 2 может иметь сужающееся вверх сечение для увеличения ее устойчивости, вплоть до образования горла, как у бутылки. Оболочка может быть выполнена из толстой резины, чтобы исключить ее растяжение. Детали оболочки могут быть из различных материалов и различной толщины. Контактор 21 и связь 22 могут быть закреплены неразъемно или разъемно. Контактор 21 может быть нормально-разомкнутым или нормально-замкнутым с возможностью сигнализации о невключении или неисправности сигнализатора. Эти варианты вызывают некоторые недостатки, которые не имеют значения при определенных условиях применения емкости, но дают преимущества при этих условиях.

Работа емкости.

Исходное положение: дно 1 развернуто на горизонтальной (на глаз) ровной площадке, стенка 2 с краем 3 лежит на дне 5 и крае дна 1 произвольными складками, избыточного давления в воздушной системе нет (весом верхних частей полости 3 и дна 5 пренебрегаем из-за малости), высота полостей 4, 6 во столько раз меньше высоты надутого края 3 (фиг. 1), во сколько раз площадь полости 6 больше площади наибольшего горизонтального сечения надутого края 3 (приблизительно). Первые порции воды, попавшие на дно 5, вытеснят часть воздуха из полости 6 в полость 4, образовав замкнутый край, который будет всплывать над водой в емкости, вес этой воды создаст избыточное давление в системе, которое будет пропорционально гидростатическому давлению воды на дно 5, край 3 приобретет упругость и устойчивость, придав устойчивость и стенке 2, которая сохранится даже тогда, когда вода будет переливаться через край 3. Верхние слои воды стремятся вывернуть край 3 наружу, однако избыточное давление в полости 4 равно давлению воды на дно 5, поэтому оно гораздо выше давления верхних слоев воды, она не может прогнуть стенку полости 4, а внутренний периметр края 3 меньше периметра стенки 2, поэтому край 3 не может вывернуться наружу, а обязательно выступает внутрь емкости. Такая простая схема нагружения края 3 только у цилиндрической емкости, поэтому ее высота может быть ограничена только прочностью оболочки на разрыв. Однако, в прямоугольной емкости края работают в худших условиях: давление воды будет прогибать длинные части края 3 наружу и вниз, сближая короткие части, стремясь сделать край 3 торообразным, поэтому номинальная высота уровня жидкости (НУЖ) должна быть рассчитана для каждой формы емкости. При этих условиях емкость может гарантированно наполняться без присутствия человека до уровня НУЖ и далее, сохраняя устойчивость даже при переливе воды через край 3. При наполнении сыпучим разница будет в том, что уровень будет коническим. Пластинки 9, 10 занимают случайное положение, не имеющее значение для работы емкости. Ненужность, обслуживания емкости при наполнении вызвала другую проблему: предупреждение о достижении номинального уровня НУЖ. Для ее решения введены сигнализаторы. Работа воздушного сигнализатора происходит следующим образом. В исходном положении мешок 12 надувают воздухом через трубку 13 почти при атмосферном давлении, и в конец трубки 13 вставляют предохранительный клапан со свистком. При достижении уровня НУЖ клапан открывается избыточным давлением воздуха в мешке 12 и свисток дает сигнал. Работа электрического сигнализатора (на примере нормально-разомкнутого контактора): в исходном положении подвижный контакт оттянут его пружиной от неподвижного контакта. При уровне НУЖ связь 22 преодолевает действие этой пружины и прижимает подвижный контакт (желательно "прыжковый") к неподвижному, по кабелю 23 идет ток, сигнализатор дает сигнал. Работа с рукавом 14. При хранении рукав вывернут в емкость для предотвращения случайного повреждения, поэтому в исходном положении рукав 14 лежит на дне 5. Перед обычным наполнением (например, шлангом) конец 16 перевешивают через край 3 (лучше закрепить его на крае 3 над кольцом 15). Перед наполнением через рукав 14 его необходимо за шнур 18 вывернуть наружу и одеть на конец шланга, желательно выше уровня НУЖ с помощью подручного средства, и уплотнить зазор, обмотав конец рукава 14 на шланге концом шнура 18. Другой вариант: рукав 14 перевешивают через лежащий край 3 внутрь емкости и одевают на конец шланга. При наполнении, край 3 поднимает шланг с рукавом 14. После наполнения вынимают шланг и закрепляют рукав 14 так, чтобы его конец был выше уровня НУЖ, например, как показано на фиг. 2. Однако, можно шнуром 17 быстро вывернуть рукав 14 внутрь емкости, перевесить его конец через край 3 и закрепить там. Особенно удобен рукав при сливе, для чего выворачивают его наружу; если нужно слить до заданного уровня, то перебрасывают рукав 14 через подручный предмет на заданной высоте (если не образуется сифон).

Представленная выше емкость увеличиваемой высоты, при необходимости, может быть подвергнута ремонту путем герметизации поврежденного места оболочки заплатой из того же материала с использованием прижатия и нагрева заплаты. Для предотвращения соединения или повреждения стенок полости под место герметизации подводят термоизоляционную пластину. После герметизации поврежденного места вскрывают технологическое отверстие и, аналогично способу изготовления емкости, наполняют ее соответствующей жидкостью до номинального уровня, доводят избыточное давление в воздушной системе до расчетного через технологическое отверстие и герметизируют его. Термоизоляционная пластина может быть выполнена, например, из фторопласта.

Преимуществом заявленных изобретений является снижение трудозатрат на обслуживание, поскольку заполнение емкости может производиться без участия человека, для очистки емкости не требуется значительных усилий, при необходимости емкость может быть отремонтирована потребителем в домашних условиях.

Емкость увеличиваемой высоты относится к резервуарам, стенка которых всплывает при их наполнении и может быть использована в быту, строительстве, медицине и т. д. применительно к условиям заказчика. Емкость в виде гибкой нерастяжимой непроницаемой оболочки выполнена из герметично соединенных деталей, выкроенных из термопластполимерной пленки или прорезиненной ткани. Она содержит дно и стенку, верх которой образует край с краевой полостью с газом. Оболочка снабжена герметичной воздушной системой сообщающихся полостей как минимум донной и краевой. Расчетный объем краевой полости равен как минимум объему жидкости, имеющему вес, равный весу емкости. Расчетный объем донной полости выполнен превышающим краевую полость на гарантийную часть. Система заполнена количеством газа, занимающим при минимальной рабочей температуре и максимальном рабочем давлении окружающего газа объем, равный расчетному объему донной полости. Каждая часть системы снабжена находящейся в свободном состоянии податливой термоизоляционной пластиной. Все перечисленные признаки обеспечивают гарантированный подъем стенки емкости до номинального уровня при ее наполнении жидкостью или сыпучим веществом, устойчивость стенки, гигиеничность емкости, а также возможность отремонтировать емкость в домашних условиях самим пользователем. В способе изготовления емкости осуществляют термодиффузионную сварку деталей, выкроенных из термопластполимерной пленки. После сваривания деталей наполняют емкость соответствующей жидкостью до номинального уровня. Далее доводят избыточное давление в воздушной системе до расчетного через технологическое отверстие и герметизируют его, что обеспечивает сохранение избыточного давления в краевой полости при заполнении емкости до номинального уровня, гарантирующего всплывание края. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Емкость увеличиваемой высоты в виде гибкой непроницаемой оболочки, выполненной из герметично соединенных деталей, выкроенных из термопластполимерной пленки или прорезиненной ткани, содержащая дно и стенку, верх которой образует край с краевой полостью с газом, отличающаяся тем, что оболочка выполнена нерастяжимой и снабжена герметичной воздушной системой сообщающихся полостей как минимум донной и краевой, расчетный объем краевой полости равен как минимум объему жидкости, имеющему вес, равный весу емкости, расчетный объем донной полости выполнен превышающим краевую полость на гарантийную часть, система заполнена количеством газа, занимающим при минимальной рабочей температуре и максимальном рабочем давлении окружающего газа объем, равный расчетному объему донной полости, а каждая часть системы снабжена находящейся в свободном состоянии податливой термоизолированной пластинкой. 2. Емкость по п.1, отличающаяся тем, что в стенке у дна выполнено отверстие, к краю которого герметично прикреплен наливно-сливной рукав, превышающий по длине номинальную высоту емкости. 3. Емкость по п.2, отличающаяся тем, что к торцу рукава прикреплены два шнура, превышающих двойную длину рукава, причем один из них направлен в емкость, а другой - в обратном направлении, с возможностью выворачивать рукав в оба направления. 4. Емкость по п.1, отличающаяся тем, что на дне закреплен мешок с трубкой, конец которой вне емкости закрыт предохранительным клапаном, открывающимся со звуковым сигналом при достижении заданного уровня наполнения емкости. 5. Емкость по п.1, отличающаяся тем, что снаружи емкости между дном и краем стенки закреплен натяжной электроконтактор сигнализатора, срабатывающего при достижении заданного уровня наполнения емкости. 6. Способ изготовления емкости увеличиваемой высоты термодиффузионной сваркой деталей, выкроенных из термопластполимерной пленки, отличающийся тем, что после сваривания деталей наполняют емкость соответствующей жидкостью до номинального уровня, доводят избыточное давление в воздушной системе до расчетного через технологическое отверстие и герметизируют его.