PL223661B1 - Urządzenie do wytwarzania płaskiego medium rozpraszającego światło - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do wytwarzania płaskiego medium rozpraszającego światło, zwłaszcza dla projektora wyświetlania obrazu w laminarnych strugach powietrza nasyconego dowolnym medium rozpraszającym światło.

W imprezach firmowych, premierach produktowych czy też spektaklach kulturalnych coraz bardziej poszukiwane są rozwiązania pozwalające niemal dosłownie „zawiesić” wyświetlane animacje w powietrzu. Aby tego dokonać promień światła na swojej drodze musi napotkać ośrodek rozpraszający. Najczęściej jest to stały ekran, który odbija lub rozprasza światło, które staje się dla nas widoc zne. Powstaje pytanie, jak wyświetlić obraz na czymś, co nie jest ciałem stałym.

Pierwszą udaną próbą „ekranu w powietrzu” były kurtyny wodne. Woda wąskimi strużkami spadając niczym wodospad naturalnie tworzyła ekran, na którym można było wyświetlać obraz. Metoda, choć efektowna, jest praktycznie bezużyteczna w zastosowaniach na małą skalę np. w pomieszczeniach zamkniętych. Stąd też w trakcie poszukiwań nad uzyskaniem lepszego jakościowo „ekranu w powietrzu” zaczęto zamiast wody używać powietrze o zwiększonej wilgotności. Mikrokropelki (wielkości cząsteczek mgły) najczęściej wytwarzane za pomocą membran ultradźwiękowych, mają właściwości rozpraszania światła równie dobre jak krople spadającej wody. Należy jedynie w sposób kontrolowany wytworzyć z nich płaską laminarną powierzchnię, na której będzie wyświetlany obraz.

Kluczową rzeczą jest utworzenie dowolnie długiej szczeliny, z której wydobywa się pionowo w górę (w bok lub w dół) medium w postaci np. dymu lub mgły.

Wydostawanie się medium ze szczeliny komory nawet pod dużym ciśnieniem tworzy płaską powierzchnię maksymalnie na 3-4 cm w górę. Zdecydowanie za mało, aby dało się wyświetlać czytelny obraz. Dzieje się tak dlatego, że wydostająca się para zderza się ze stojącym powietrzem i momentalnie staje się turbulentna, kłębiasta i przestaje być płaska. W takiej formie nie nadaje się do wyświ etlania na niej obrazu.

Z opisu patentowego US 5270752 znane jest rozwiązanie, w którym użyto kurtyn powietrznych, utworzonych przez równolegle skierowane dwa strumienie powietrza, pomiędzy którymi znajduje się warstwa mgły.

Metoda choć daje możliwość wyświetlania obrazu niestety ma wiele wad. Mgła, pomimo że utrzymana w stosunkowo wąskiej warstwie, nadal pozostaje turbulentna w swoim ograniczonym kurtynami powietrznymi miejscu. Dzieje się tak, ponieważ nie ma możliwości wyrównania prędkości wylotowej, zarówno ciśnienia strumienia mgły, jak i ciśnienia kurtyn powietrznych. Przez to ekran taki nie nadaje się do wyświetlania obrazu wysokiej jakości, gdyż nie widać detali obrazu. Inną wadą takiego rozwiązania jest skraplająca się woda. Urządzenie poprzez te turbulencje wymaga generowania dużej ilości mgły co po dłuższej pracy urządzenia powoduje skraplanie się pary wodnej i tworzenie wodnych „kałuż”.

Z opisu zgłoszenia patentowego WO 2010069368 znane jest też urządzenie firmy FogScreen, które rozwiązuje problem cieknącej wody. Zaletą tego rozwiązania jest też możliwość utworzenia bardzo dużych ekranów, na których możliwe jest wyświetlanie obrazu o wysokości nawet 3-4 m. Jednak rozwiązanie to nie rozwiązuje problemu turbulencji powierzchni mgły tworzącej obraz.

Aby uzyskać idealnie płaskie i laminarne strugi mgły należy wyrównać prędkości wylotowe warstwy mgły z prędkością i ciśnieniem powietrza z kurtyn powietrznych. Nie da się tego osiągnąć regul ując ciśnienia i prędkości jedynie poprzez sterowanie odpowiednio wentylatorami. Nawet minimalne różnice momentalnie wywołują turbulencje. W tym celu należy pozwolić ciśnieniom i prędkościom wyrównać się samym już wewnątrz urządzenia.

Próbę takiego rozwiązania problemu podjęła firma IO2 Technology w swoim wynalazku opisanym w zgłoszeniu patentowym WO 2004003880. Istotą tego rozwiązania jest to, iż stabilizowane są same kurtyny powietrzne poprzez długie, wąskie kanały przedzielone pustymi przestrzeniami nazwanymi komorami stabilizującymi, w których wyrównują się ciśnienia i prędkości powietrza w poszczególnych kanałach. Wylot medium w postaci np. mgły jest dopiero tuż przed ostatnią górną komorą stabilizującą, która wyrównuje ciśnienia i prędkości kurtyn i warstwy mgły. Całość z kolei przykryta jest kolejną warstwą długich kanałów, które ukierunkowują powietrze w równoległe strugi, a także kom orami stabilizującymi, w których rozpędzone powietrze z różnych kanałów (w tym tych z mgłą) mają możliwość wyrównać ciśnienia oraz prędkości. Komory stabilizujące spełniają swoją funkcję wyrównywania ciśnienia i prędkości strugi, jednak mają też wady. W komorach tych przez krótką chwilę p owietrze przestaje płynąć w kanale, przez co jest narażone na turbulencje, gdyż prędkości i ciśnienie

PL 223 661 B1 nie są jeszcze wyrównane. Wymusza to wprowadzenie powietrza w kolejne kanały i kolejne komory stabilizujące, gdzie po kilku takich cyklach ciśnienia i prędkości coraz bardziej wyrównują się. Dodatkową wadą tego rozwiązania jest fakt, że w komorze stabilizującej powietrze z mgłą lub parą miesza się z powietrzem z kurtyn. Wyrównuje to ciśnienia i prędkości, jednak efektem ubocznym mieszania się tych ośrodków jest rozproszenie się mgły na większą szerokość. Ilość komór stabilizujących jest dlatego ograniczona. Ponadto w rozwiązaniu według opisu patentowego WO 2004003880 kanały stabilizujące zaczynają się tuż nad wentylatorem generującym nawiew kurtyn. Ma to również wadę, gdyż każdy wentylator generuje największy podmuch na końcach swoich łopat i zmniejsza się wraz ze zbliżeniem się do swojej osi obrotu.

Dlatego też celem rozwiązania według wynalazku jest przedstawienie takiego rozwiązania urządzenia do wytwarzania medium rozpraszającego światło, które nie wymagałoby stosowania niefunkcjonalnych komór stabilizujących, a jednocześnie odznaczałoby się lepszym kierowaniem i stabilizowaniem strug kurtyn powietrznych.

Urządzenie do wytwarzania płaskiego medium rozpraszającego światło, składające się z kom ory wytwarzającej medium projekcyjne, wentylatorów nadmuchu powietrza oraz kanałów ukierunkowywania kurtyn powietrznych znamienne tym, iż kanały ukierunkowywania kurtyn powietrznych połączone są wzajemnie jeden obok drugiego tworząc arkusze, które to arkusze usytuowane są jeden na drugim w taki sposób, iż tworzące je kanały usytuowane są jedne na drugimi niewspółosiowo, przy czym odległość pierwszej warstwy kanałów od wentylatorów nadmuchu powietrza równa jest średnicy wentylatorów nadmuchu powietrza.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładzie wykonania na załączonym rysunku, na którym fig. 1 przedstawia ogólny widok z boku urządzenia do wytwarzania medium, fig. 2 przedstawia w widoku perspektywicznym widok pojedynczej warstwy kanałów ukierunkowywania kurtyn powietrznych o przekroju sześciokątnym, zaś fig. 3 pokazuje widok z góry nałożonych na siebie warstw kanałów ukierunkowywania kurtyn powietrznych o przekroju sześciokątnym.

Urządzenie do wytwarzania medium składa się z komory 1 wytwarzającej medium projekcyjne 2 wraz z kanałem 3 doprowadzenia medium projekcyjnego 2, wentylatorów 4 nadmuchu powietrza 5 oraz ułożonych w warstwy kanałów 6 ukierunkowywania medium rozpraszającego i kurtyn powietrznych 7. Pierwsza warstwa kanałów 6 jest usytuowana w odległości x równej średnicy wentylatorów 4, co powoduje, iż samo powietrze 5 z wentylatorów 4 wyrównuje się na całej swojej powierzchni. Poszczególne kanały 6 połączone są w warstwy ułożone obok siebie w ten sposób, iż tworzą arkusze o strukturze plastra miodu o bardzo cienkich ściankach. Poszczególne arkusze warstw kanałów 6 usytuowane są jeden nad drugim w sposób niewspółosiowy. Niewspółosiowość ta polega na tym, że przy układaniu warstw kanałów 6 dąży się do tego, aby poszczególne kanały 6 usytuowane jeden nad drugim nie były w jednej osi. W ten sposób płynąca struga powietrza 5 jednym kanałem 6 za chwilę napotyka krawędź kolejnego kanału 6, który tnie ją na kilka innych, jednocześnie dodatkowo ją stabilizując.

Sposób wyrównywania ciśnienia i prędkości nawiewanego powietrza 5 z medium projekcyjnym 2 w tak skonstruowanych kanałach 6 ukierunkowywania kurtyn powietrznych 7 polega na tym, że kilka warstw kanałów 6 (w tym przypadku o grubości 2 cm) tworzących arkusze ułożone jeden na drugim powoduje, że poszczególne kanały 6 dzielą się ze sobą ciśnieniem i prędkością. W rozwiązaniu według wynalazku niewspółosiowe warstwy kanałów ukierunkowywania powietrza powodują, że takich miejsc wyrównujących ciśnienie, prędkości i temperatury są tysiące. Poszczególne strugi przechodzą z jednego kanału w drugi bez żadnych przerw („komór”) i tam wyrównują ciśnienia i prędkości. Podczas przejścia z jednej warstwy kanałów ukierunkowywania kurtyn powietrznych w drugą, struga spotyka się z inną z sąsiedniego kanału dając sobie możliwość na wyrównanie. Dzięki takiemu rozwiązaniu powietrze na swojej drodze nie napotyka na wolne przestrzenie, gdzie mogłoby się rozproszyć. Przez cały okres swojej wędrówki pozostaje w kanale i ma możliwość wyrównywania ciśnień i prędk ości z kanałami sąsiadującymi.

Urządzenie według wynalazku wytwarza płaską warstwę powietrza nasyconą dowolnym medium rozpraszającym światło (np. dym, mgła, para, drobiny pyłu itp.). Dzięki uzyskaniu takiej powierzchni ekranu „wiszącego” w powietrzu jest możliwość wyświetlania na nim obrazu z projektora multimedialnego, lasera, rzutnika slajdów itp.

Przykład zastosowania kanałów ukierunkowania powietrza o przekroju sześciokątnym nie w yklucza zastosowania kanałów również o innych przekrojach (kołowych czy innych wielokątnych).

PL 223 661 B1

Rozwiązanie według wynalazku ma szereg zalet w stosunku do znanych rozwiązań tego typu:

• W wyniku zastosowania wynalazku uzyskuje się efekt bardzo wąskiego kanału ukierunkowywania kurtyn powietrznych bez efektu zatykania skroploną wodą. Z doświadczenia wynika, że im węższy kanał tym lepsza stabilizacja strugi. Przekrój jednolitego kanału mniejszy niż 8 mm, szybko zatyka się kroplą wody i napięcie powierzchniowe utrzymuje ją tam uniemożliwiając przepływ. Patrząc z góry na niewspółosiowe ułożenie warstw kanałów ukierunkowywania kurtyn powietrznych widać, że dzięki takiemu rozwiązaniu kanały mają dużo mniejszą średnicę od 8 mm i nie zatykają się jednocześnie.

• W rozwiązaniu według wynalazku struga powietrza z medium pozostaje laminarna na odcinku o wiele dłuższym niż w znanym rozwiązaniu firmy IO2 Technology. Jest to uzależnione od dwóch czynników. Pierwszym jest szerokość kurtyn powietrznych. Im szersza kurtyna, tym struga dymu jest laminarna na dłuższym odcinku od źródła. Drugim czynnikiem jest liczba warstw kanałów ukierunk owywania kurtyn powietrznych. Zasada jest jedna: im więcej tym lepiej; nie ma ograniczeń, co do tej ilości. Powietrze lepiej wyrównuje się bez ryzyka rozproszenia medium.

• Potrzebna jest mniejsza ilość medium potrzebnego do generowania obrazu. Laminarna struga wolniej zamienia się w formę gazową i znika.

• Powstały ekran nadaje się do wyświetlania większej ilości szczegółów. Laminarna struga jest cieńsza, przez co istnieje możliwość uzyskania cieńszego ekranu, a co z kolei przekłada się na możl iwość wyświetlania mniejszych pikseli obrazu z projektora.

• W rozwiązaniu według wynalazku niepotrzebne są komory stabilizujące, które zwiększają zakrzywienia strug. Struga powietrza przechodząca przez warstwy kanałów ukierunkowywania kurtyn powietrznych ułożone w sposób niewspółosiowy jest samostabilizująca. Im więcej warstw kanałów położonych jedna na drugą w sposób niewspółosiowy, tym lepsze następuje wyrównanie prędkości i ciśnień strugi powietrza.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Urządzenie do wytwarzania płaskiego medium rozpraszającego światło, składające się z komory wytwarzającej medium projekcyjne z jego wydmuchem, wentylatorów nadmuchu powietrza oraz kanałów ukierunkowywania powietrza, znamienne tym, iż kanały (6) ukierunkowywania medium rozpraszającego (2) i kurtyn powietrznych (7) połączone są wzajemnie jeden obok drugiego tworząc arkusze, które to arkusze usytuowane są jeden na drugim w taki sposób, iż tworzące je kanały (6) usytuowane są jedne na drugimi niewspółosiowo, przy czym odległość pierwszej warstwy kanałów (6) od wylotu wentylatorów (4) nadmuchu powietrza (5) równa jest średnicy wentylatorów (4) nadmuchu powietrza (5).