RS67717B1 - Sistem transporta kroz cevi za vozila veoma velike brzine i metod upravljanja sistemom transporta kroz cevi - Google Patents

Description

[0001] OPIS

[0003] OBLAST TEHNIKE NA KOJU SE PRONALAZAK ODNOSI

[0005] Predmetni pronalazak se odnosi na sistem transporta kroz cevi za vozila veoma velike brzine i na metod upravljanja takvim sistemom pod visokim vakuumom. Pored toga, predmetni pronalazak odnosi se na sistem transporta kroz cevi koji obuhvata specifičnu cevnu konstrukciju. Ova cevna konstrukcija je pogodna za rad kao samostalni sistem iznad zemlje i, uz određena prilagođavanja, pod zemljom ili unutar tunela, kao i ispod ili iznad vode.

[0007] STANJE TEHNIKE

[0009] Sistemi transporta kroz cevi pri velikim brzinama koji funkcionišu kao sistemi pod delimičnim vakuumom ili pneumatski sistemi koriste se i razmatraju već oko 200 godina. Godine 1799, Džordž Medherst (George Medhurst) predložio je transport robe kroz čelične cevi koristeći vazduh pod pritiskom. U drugoj polovini 19. veka, nekoliko pneumatskih železničkih sistema bilo je u funkciji u Londonu, Dablinu, Njujorku i Parizu. Početkom 20. veka, inženjer raketne tehnike Robert Godard (Robert Goddard) dizajnirao je voz sa magnetnom levitacijom unutar hermetički zatvorenog tunela. Vrlo ozbiljan pokušaj realizacije takvog sistema bio je Swissmetro, uz sveobuhvatnu studiju sprovedenu između 1989. i 1998. godine. Zbog političkih i finansijskih prioriteta, ovaj projekat je odložen. Godine 2012, Ilon Mask (Elon Mask) je objavio belu knjigu sa idejama za Hyperloop<®>i ponovo oživeo ideju za sistem transporta kroz cevi pri velikim brzinama pod delimičnim vakuumom. Hyperloop<®>je uspostavljen kao istraživački projekat otvorenog izvora i privukao je grupe naučnika i poslovnih organizacija da sarađuju na najboljim rešenjima za magnetni voz u delimičnom vakuumu. Prema dostupnim saznanjima, sva ova vozila funkcionišu uz smanjeni otpor kretanja u hermetički zatvorenom sistemu cevi pod delimičnim vakuumom. Cilj je prevoz putnika velikom brzinom uz kratko vreme putovanja.

[0011] U najnovijim konceptima za Hyperloop<®>, maksimalna brzina vozila se smatra fizički ili ekonomski ograničenom tzv. „Kantrovicovim limitom“. To se odnosi na aerodinamički fenomen kod kojeg protok vazduha u prstenastom razmaku između vozila i tunela dostigne brzinu zvuka, što se naziva „zagušenjem protoka“. Kako bi se povećala brzina koju mogu da postignu vozila, takvi sistemi funkcionišu pod delimičnim vakuumom sa niskim nivoima pritiska koji dostižu i do 100 Pa, tj. gustina je 1000 puta manja nego pod atmosferskim pritiskom. Pošto helijum i vodonik imaju brzinu zvuka od približno 1000 m/s, odnosno 1300 m/s, predloženo je kombinovano korišćenje niskog pritiska sa upotrebom helijuma, vodonika ili njihove smeše u cevi u kojoj se nalazi vozilo, kao što je opisano u patentima US 10,286,927 i US 10,286,928.

[0012] Takođe, problem trenja između šine i točka u sistemima transporta kroz cevi pri velikim brzinama često se rešava pomoću magnetne levitacije, kao što je opisano npr. u US patent 1,020,942.

[0014] Uprkos tako dugoj istoriji, različitim tehničkim pristupima i značajnim naporima, nije poznato da je takav sistem transporta kroz cevi pri velikim brzinama ikada realizovan. Čini se da je glavna prepreka aerodinamika. Do sada je vladalo uobičajeno mišljenje da brzina vozila ne može da premaši „Kantrovicov limit“ (ovaj izraz se koristi na prvo pojavljivanje zagušenja protoka) i da je smanjenje nivoa pritiska ispod 100 Pa ekonomski neodrživo.

[0016] Metod koji je glavni za ovaj pronalazak pogodan je i neophodan za prevazilaženje ovih ograničenja. Predlaže se dodatno smanjenje nivoa pritiska tako da vozilo u zatvorenom tunelskom sistemu može da se kreće bez aerodinamičkog otpora, tj. kada Knudsenov broj pređe jedinicu.

[0018] Iako postoji saglasnost oko toga da je smanjenje i održavanje visokog vakuuma težak zadatak, aerodinamički problemi transporta velikim brzinama u cevi sa delimično ispražnjenim vazduhom predstavljaju ozbiljan problem. Čini se da su ovi problemi do sada ometali realizaciju takvog sistema, čak i pri razmatranim niskim nivoima pritiska od oko 100 Pa. U pokušaju da se smanji aerodinamika u dalekoj zoni, Rudolf (teza 1806, EPFL, Švajcarska, 1998) predlaže upotrebu turbine koja gura vazduh kroz vozilo, umesto da on struji oko njega i stvara talase pritiska. Ova ideja je ponovljena u beloj knjizi Ilona Maska iz 2012. godine i u patentu US 9,511,959 iz 2016. godine.

[0020] U poređenju sa drugim pronalascima u ovoj oblasti, ovaj pronalazak zamenjuje izazov prevazilaženja aerodinamičkog otpora u uslovima krstarenja t.j. kretanja konstantnom brzinom, izazovom efikasnog stvaranja i održavanja visokog vakuuma. Kao rezultat, metod donosi sledeće prednosti: nema aerodinamičkih efekata tokom krstarenja, smanjena i dobro predvidiva opterećenja na sistem cevi, manji prečnik tunela, povećana stabilnost sistema, simetričan raspored celog sistema, manji broj vakuumskih pumpi i zaptivača, nema aerodinamičkog ograničenja brzine, manja pogonska snaga, smanjeno vreme putovanja i manja vozila. Pored toga, mogući su izlazi za slučaj opasnosti i stanice bez curenja i sa kratkim vremenom evakuacije ili zamene.

[0022] Hyperloop predstavlja nedavni predlog za sistem transporta kroz cevi pod vakuumom velikom brzinom, za koji se predlaže da funkcioniše pri približno 100 Pa pritiska, kako je prikazano u opštim uslovima patenta US 5,950,543 i patenta US 9,511,959. Izvlačenje vazduha iz cevi i održavanje vakuuma u cevi na nivou ispod 100 Pa očigledno se smatralo neizvodljivim, naročito ako putanja cevi ima dužinu od nekoliko stotina kilometara. Početno izvlačenje vazduha iz cevi može zahtevati značajna ulaganja zbog potrebnog broja vakuumskih pumpi, zaptivača, kontrolne opreme i energije da se postigne željeni nivo pritiska u cevi.

[0023] Da bi se održao pritisak na zahtevanom nivou, sav vazduh koji ulazi u sistem kroz curenja mora da se izvuče. Curenja predstavljaju veliki problem u svim sistemima transporta kroz cevi sa ispražnjenim vazduhom, i do sada nije pokazano da se postojećim metodama koje se koriste može postići željeni nivo od 100 Pa za probne instalacije Hyperloop-a u punoj veličini. U principu, za izvlačenje vazduha iz cevi mogu se koristiti komercijalno dostupne vakuumske pumpe. Broj potrebnih vakuumskih pumpi, kao i potrebna energija, zavise od zapremine cevi koja se prazni, stepena vakuuma koji se želi postići, curenja i vremena predviđenog za početno izvlačenje vazduha iz zapremine cevi.

[0025] Svaki zaptivač vakuumske pumpe, izlaza za evakuaciju, šava ili vrata na stanicama izaziva curenja, koja rastu sa prečnikom cevi. Osnovni izazov u svim aktuelnim Hyperloop konceptima je broj zaptivača potrebnih da odvoje unutrašnjost cevi od spoljašnjih uslova.

[0027] Patent US 10,538,254 B2 rešava pomenuti problem izvlačenjem vazduha iz cevi za sisteme transporta kroz cevi pod vakuumom velikom brzinom koristeći samo vozilo. Ako se vozilo koristi za pomeranje čestica, broj skupih vakuumskih pumpi i zaptivača za smanjenje pritiska se smanjuje. Patent US 10,538,254 B2 takođe sadrži mere koje su tolerantnije prema dimenzijama razmaka između unutrašnje površine cevi i spoljašnjosti vozila za cev pod vakuumom koje se koristi za izvlačenje vazduha iz cevi. Prema tome, patent US 10,538,254 B2 opisuje sistem cevi za transport pod vakuumom i metod za izvlačenje vazduha iz cevi za transport pod vakuumom pomoću namenskog vozila. Vozilo ima prvi kraj koji ima sa spoljašnjom površinom prvog kraja. Između spoljašnje površine prvog kraja i unutrašnje površine cevi za transport pod vakuumom formiran je prstenasti razmak. Vozilo ima drugi kraj sa spoljašnjim prečnikom na drugom kraju, i telo u obliku klipa sa nosećom konstrukcijom. Vozilo ima otvor koji se proteže od prvog ulaznog dela na prvom kraju do drugog izlaznog dela vozila. Protok vazduha odvija se kroz prstenasti razmak i otvore od prednjeg ka zadnjem delu vozila. Vozilo smanjuje pritisak sa svakim narednim prolaskom šireći vazduh u zoni iza vozila i izvlačeći komprimovani vazduh iz cevi, dok se ne postigne željeni pritisak i stvori željeni nivo vakuuma u unutrašnjosti cevi.

[0029] Metod iz patenta US 10,538,254 B2 zahteva namensko vozilo vođeno točkovima koje pomera čestice gasa iz unutrašnjeg prostora cevi. Pored toga, zahteva da čestice gasa struje od otvora na prednjem kraju preko vozila do otvora na zadnjem kraju, kao i kroz prstenasti razmak između vozila i unutrašnjeg zida tunela, kako bi se stvorila razlika u pritisku između prostora ispred i iza vozila. Njegove ploče koje okružuju vozilo dizajnirane su da se dinamički prilagođavaju nejednakostima prečnika tunela. Ploče omogućavaju protok vazduha između ploča na spoljašnjem zidu vozila. Vozilo je namenjeno stvaranju potrebnog nivoa vakuuma u postojećim Hyperloop projektima, tj. oko 100 Pa, ali nije objašnjeno kako ovaj metod može stvoriti visok stepen vakuuma. Pošto metod zahteva protok od prednjeg ka zadnjem delu vozila, značajan broj čestica gasa uvek će ostati unutar sistema. Metod stoga nije pogodan za postizanje gasnog okruženja sa Kn > 1 i za postizanje brzina vozila koje premašuju brzinu zvuka korišćene smeše gasova. Dodatni primeri sistema transporta vozila kroz cevi poznati su iz patenta CN 105253 150 A, patenta US 8,468,949 B2 i patenta JP 2005119630 A.

[0030] OPIS PRONALASKA

[0032] Predmetni pronalazak opisuje poseban metod za efikasno stvaranje i održavanje visokog vakuuma i za upravljanje vozilom velikih brzina u sistemu cevi.

[0034] Prema prvom aspektu, predmetni pronalazak obezbeđuje metod upravljanja sistemom transporta kroz cevi, pri čemu sistem transporta kroz cevi obuhvata

[0036] (a) cevnu konstrukciju koja sadrži:

[0038] (a-1) spoljašnju cev;

[0039] (a-2) jednu ili više unutrašnjih cevi smeštenih i pričvršćenih unutar spoljašnje cevi tako da se formira prstenasti prostor između susednih cevi; i

[0040] (a-3) noseću konstrukciju koja drži spoljašnju cev

[0042] cevnu konstrukciju koja ima površinu unutrašnjeg zida koja definiše unutrašnji prostor za prijem i vođenje vozila duž putanje koja se proteže od prvog kraja do suprotnog drugog kraja cevne konstrukcije,

[0043] cevnu konstrukciju koja ima jedan ili više ventila za smanjenje pritiska ili mlaznica za ispuštanje čestica gasa iz unutrašnjeg prostora; i

[0045] (b) vozilo koje ima površinu spoljašnjeg zida koja definiše prstenasti razmak između površine spoljašnjeg zida vozila i površine unutrašnjeg zida cevne konstrukcije

[0046] Metod obuhvata:

[0048] (i) kretanje vozila duž putanje ka prvom kraju pri brzini većoj od granice zagušenja protoka čestica gasa u prstenastom razmaku, dok se čestice gasa oslobađaju iz unutrašnjeg prostora cevne konstrukcije ispred vozila; zatim sledi

[0049] (ii) promena pravca kretanja i kretanje vozila duž putanje ka drugom kraju pri brzini većoj od zagušenja protoka čestica gasa u prstenastom razmaku, dok se čestice gasa uklanjaju iz unutrašnjeg prostora cevne konstrukcije ispred vozila.

[0051] Prema drugom aspektu, predmetni pronalazak obezbeđuje sistem transporta kroz cevi koji obuhvata vozilo velike brzine za zatvoreni sistem koji funkcioniše pod vakuumom, pri čemu sistem transporta kroz cevi sadrži:

[0053] (a) cevnu konstrukciju koja sadrži:

[0054] (a‑1) spoljašnju cev;

[0055] (a‑2) jednu ili više unutrašnjih cevi smeštenih i pričvršćenih unutar spoljašnje cevi tako da se formira prstenasti prostor između susednih cevi; i

[0056] (a‑3) noseću konstrukciju koja drži spoljašnju cev;

[0058] cevna koja ima površinu unutrašnjeg zida koja definiše unutrašnji prostor za prijem i vođenje vozila duž putanje koja se proteže od prvog kraja do suprotnog drugog kraja cevne konstrukcije,

[0059] cevnu konstrukciju koja ima jedan ili više ventila za smanjenje pritiska ili mlaznica za ispuštanje čestica gasa iz unutrašnjeg prostora; ventili za smanjenje pritiska ili mlaznice su postavljeni na prvom kraju i suprotnom drugom kraju cevne konstrukcije i

[0060] (b) vozilo sa površinom spoljašnjeg zida koja definiše prstenasti razmak između površine spoljašnjeg zida vozila i površine unutrašnjeg zida cevne konstrukcije.

[0062] Metod predmetnog pronalaska je pogodan za efikasno obezbeđivanje visokog vakuuma (pritisak ispod 0,1 Pa) unutar cevi koja prima i vodi vozilo velike brzine u sistemu transporta kroz cevi. Sistem transporta kroz cevi koji je ovde opisan omogućava efikasan i bezbedan transport putnika ili robe pri brzinama znatno većim od onih koje su do sada razmatrane u sličnim sistemima.

[0064] Predlaže se upotreba:

[0066] ● zagušenja protoka u prstenastom razmaku između vozila i okolne cevi, i

[0067] ● više ugrađenih i aerodinamički odgovarajućih cevi sa radijalno opadajućim nivoima pritiska,

[0069] kako bi se postigli gore pomenuti ciljevi, i oni predstavljaju centralne aspekte opisane u ovom pronalasku.

[0071] Upotreba efekta zagušenja protoka u prstenastom razmaku između vozila i unutrašnje površine okolne cevi ograničava protok oko vozila i omogućava sakupljanje više čestica fluida u prostoru između prednjeg dela vozila i odgovarajućeg kraja cevi, gde se one mogu efikasno ispuštati ili uklanjati pri visokoj gustini. Nakon nekoliko prolazaka vozila u oba pravca, u unutrašnjoj cevi se dostiže nizak pritisak. U ovom radnom režimu sve čestice fluida koje prolaze pored vozila mogu se izvlačiti kroz bočne otvore i ili skladištiti unutar vozila ili izbacivati ispred vozila, gde se mogu komprimovati i ispuštati ili ukloniti iz unutrašnje cevi.

[0073] Ovaj metod je suštinski i dovoljan za postizanje i održavanje nivoa pritiska potrebnog za rad vozila bez trenja. To je slučaj kada je srednji slobodni put čestica gasa duži od širine prstenastog razmaka između vozila i unutrašnje površine okolne cevi, tj. kada je Knudsenov broj veći od jedinice (Kn > 1) ili kada je pritisak između 0,1 Pa i 10⁻⁷ Pa.

[0074] Predmetni pronalazak zasniva se na saznanju da se visok vakuum može postići unutar sistema transporta kroz cevi korišćenjem efekta zagušenja protoka u prstenastom razmaku između vozila i unutrašnje površine unutrašnje cevi. Kada se postigne visok vakuum, Knudsenov broj je veći od jedinice i vozilo se kreće bez trenja. Pored toga, predmetni pronalazak predlaže upotrebu sistema ugrađenih cevi kako bi se omogućilo postepeno povećanje pritiska od unutrašnje cevi prema spolja. Višeslojni sistem cevi, kao i upotreba efekta zagušenja protoka predstavljaju centralne aspekte sistema transporta kroz cevi i metode njegove primene koja je ovde opisana.

[0076] Zagušenje protoka deluje kao zaptivač koji ograničava protok oko vozila. Kao rezultat toga, gas ispred vozila se komprimuje, a gas iza vozila se širi.

[0078] Dok je pritisak u unutrašnjoj cevi još uvek visok, zagušenje protoka se javlja pri relativno malim brzinama vozila koje se kreće u prvom pravcu. U ovoj fazi, vazduh mora biti oslobođen ili uklonjen sa strane pritiska u susedne prstenaste prostore. Ponavljanje ovog koraka u suprotnom drugom pravcu i ponavljanje koraka ponovo omogućava postizanje vrlo niskog nivoa pritiska, što omogućava efikasan i bezbedan transport pri izuzetno velikim brzinama koristeći vozilo predmetnog pronalaska.

[0080] Kada vozilo krstari pod visokim vakuumom velikom brzinom, efekat zagušenja protoka omogućava koncentraciju nekoliko čestica gasa prisutnih u unutrašnjoj cevi u prostoru neposredno uz vozilo. Takođe, efekat zagušenja protoka obezbeđuje određene uslove protoka u pogledu brzine i gustine. U ovoj fazi, efekat zagušenja protoka može se efikasno koristiti tako što se čestice gasa izvlače iz zone zagušenja protoka u vozilo i tu skladište.

[0082] Nizak nivo pritiska je omogućen i održava se na osnovu cevne konstrukcije koja sadrži najmanje jedan prstenasti prostor između spoljašnje i unutrašnje cevi, naznačeno time što se može uspostaviti i održavati snižen pritisak, a koja je u fluidnoj komunikaciji sa unutrašnjim prostorom cevne konstrukcije radi prijema čestica gasa oslobođenih iz unutrašnjeg prostora.

[0084] Sistem transporta kroz cevi predmetnog pronalaska obuhvata vozilo velike brzine za zatvoreni sistem koji radi pod vakuumom, koji poželjno je da koristi magnetne sile za vođenje i pogon. Sistem transporta kroz cevi predmetnog pronalaska funkcioniše pri vrlo niskom nivou pritiska, tj. u okruženju gde je srednji slobodni put čestica vazduha reda veličine karakterističnih dimenzija vozila, posebno širine prstenastog razmaka. Prema tome, Knudsenov broj je veći od jedinice pri nivou pritiska najviše 0,1 Pa, a poželjno je oko 0,0001 Pa, što odgovara pritisku na visini od približno 200 km, što bi eliminisalo aerodinamički otpor i omogućilo znatno veće brzine do nivoa udobnosti.

[0085] KRATAK OPIS SLIKA

[0087]

[0089] Slika 1 a) šematski prikazuje sistem transporta kroz cevi 100 predmetnog pronalaska za upotrebu u metodu predmetnog pronalaska.

[0091] Slika 2 a) šematski prikazuje vozilo 6 koje se kreće u sistemu transporta kroz cevi predmetnog pronalaska od prvog kraja 7 do drugog kraja 8.

[0093] Slika 2 b) šematski prikazuje vozilo 6 koje se kreće u sistemu transporta kroz cevi predmetnog pronalaska od drugog kraja 8 do prvog kraja 7.

[0095] Slika 3 šematski prikazuje poprečni presek cevne konstrukcije 101 u sistemu transporta kroz cevi predmetnog pronalaska sa elektroinstalacijama koje se koriste za vođenje i pogon vozila 6.

[0097] Slika 4 šematski prikazuje cevnu konstrukciju 101 predmetnog pronalaska sa spoljašnjom cevi 1 i unutrašnjom cevi 2.

[0099] Slika 5 šematski prikazuje metod ukrcavanja / iskrcavanja tereta 22 u / iz vozila 6.

[0101] Slika 6 prikazuje izvođenje metoda rada sigurnosnih vozila 29 ispred i iza putničkog vozila 6.

[0103] Slika 7 prikazuje stanje zagušenja protoka u prstenastom razmaku 11 sa širinom 14.

[0105] Slika 8 prikazuje metod kočenja u slučaju opasnosti izbacivanjem čestica gasa skladištenih u rezervoaru gasa 23 ispred vozila i stvaranjem zagušenja protoka u prstenastom razmaku.

[0106] Slika 9 prikazuje slobodno kretanje čestica gasa u prostoru, pri čemu čestice gasa prelaze određenu udaljenost (slobodni put) pre sudara sa drugom česticom.

[0108] Slika 10 prikazuje 3 različita režima protoka relevantna u kontekstu predmetnog pronalaska.

[0109] DETALJAN OPIS POŽELJNIH IZVOĐENJA

[0111] Uopšteno govoreći, Knudsenov broj je bezdimenzioni broj koji se definiše kao odnos srednjeg slobodnog puta molekula i karakteristične (reprezentativne) fizičke dimenzije. Za potrebe predmetnog pronalaska, Knudsenov broj se definiše kao odnos srednjeg slobodnog puta molekula čestica gasa u prstenastom razmaku i maksimalne širine prstenastog razmaka.

[0113] Srednji slobodni put L određuje se prema sledećoj formuli:

[0116]

[0119] naznačeno time da je

[0120] μ dinamička viskoznost, ρ gustina, KB Bolcmanova konstanta, T termodinamička temperatura, dok m označava masu molekula čestice gasa. Za potrebe predmetnog pronalaska, dovoljno je odrediti srednji slobodni put sa preciznošću od 10 cm.

[0122] U kontekstu ovog pronalaska, pritisak okoline izvan cevi je atmosferski pritisak blizu nivoa mora, tj. oko 100 kPa. Visoki vakuum se obično definiše kao nivo pritiska od 0,1 Pa do 10⁻⁷ Pa.

[0124] Sistem transporta kroz ispražnjene cevi u ovom pronalasku funkcioniše pod visokim vakuumom, po mogućstvu pri pritisku od 10⁻¹ do 10⁻⁴ Pa. Proces komprimovanja vazduha ispred jednog ili više vozila i oslobađanja ili izvlačenja vazduha odatle kroz više ciklusa predstavlja pripremu za radni režim. Nivo pritiska u prstenastim prostorima formiranim ugrađenim cevima tokom normalnog rada je između pritiska okoline i visokog vakuuma u unutrašnjem prostoru. Pre nego što se postignu radni uslovi, čestice gasa iz unutrašnje cevi mogu se istisnuti iz unutrašnje cevi u susedne prstenaste prostore, stvarajući privremeno nivo pritiska iznad pritiska okoline u unutrašnjoj cevi i prstenastim prostorima.

[0126] Metod upravljanja sistemom transporta kroz cevi predmetnog pronalaska predviđa upotrebu efekta zagušenja protoka radi efikasnog i temeljnog komprimovanja vazduha i uklanjanje preostalih čestica gasa iz sistema. Upotrebljava se u sledećim fazama rada sistema transporta kroz cevi:

[0128] 1) kada je nivo pritiska u cevi koja prima vozilo još uvek iznad radnog režima i vazduh iz cevi se izvlači, i

[0130] 2) kada je cev koja prima vozilo već ispražnjena, a curenja zahtevaju kontinuirano uklanjanje čestica gasa dok vozilo krstari velikom brzinom pod radnim uslovima, tj. pod visokim vakuumom.

[0131] Sistem transporta kroz cevi obuhvata cevnu konstrukciju za prijem jednog ili više vozila. Cevna konstrukcija ima prečnik unutrašnje cevi koji može da se izabere da poželjno je bude najviše 2,0 m, a poželjnije najviše da bude najviše 1,5 m. Cevna konstrukcija obuhvata dva ili više slojeva sa različitim pritiscima. U dvoslojnom spoljašnjem zidu, prva unutrašnja cev je smeštena unutar druge, nešto veće spoljašnje cevi, tako da se formira prstenasti prostor između unutrašnje i spoljašnje cevi. Debljina zidova cevi zavisi od materijala korišćenog za cevi i obično se nezavisno bira u rasponu od 1 cm do 10 cm, a poželjno je od 2 do 5 cm. Širina prstenastog prostora može biti u rasponu od 1 cm do 20 cm, a poželjno je u rasponu od 5 cm do 10 cm. Pored toga, unutrašnji prostor za transport formira unutrašnja cev.

[0133] Za radne uslove, nivo pritiska u unutrašnjem prostoru koji se koristi za transport poželjno je da bude smanjen na 0,1 Pa do 10⁻⁴ Pa. Prstenasti prostor koji okružuje unutrašnju cev treba da održava nivo pritiska od 10 Pa do 100 Pa, što odgovara trenutnom radnom pritisku Hyperloop<®>sistema. Ako postoje drugi prstenasti prostori, njihov pritisak je između prvog prstenastog prostora i uslova okoline.

[0135] Materijal cevi nije posebno ograničen sve dok ima veoma mala curenja, podnosi razlike u pritisku i sile nastale usled lateralnog ubrzanja vozila i pruža zadovoljavajući nivo zaštite od spoljašnjih uticaja. Primeri materijala su aluminijum, plastika ojačana grafitnim vlaknima (GFP), beton ojačan staklenim vlaknima (GFC), magnezijum, titanijum ili kombinacija prethodno navedenih materijala.

[0137] Bez nepotrebnog ometanja protoka kroz svaki prstenasti prostor, prstenasti prostori mogu biti ispunjeni saćastom ili rebrastom strukturom ili bilo kojim rasutim materijalom, npr. peskom ili malim sferama između susednih cevi radi dodatne čvrstoće. Prstenasti prostori takođe mogu biti ispunjeni smešom gasova pogodnih za poboljšanje održavanja visokog vakuuma u unutrašnjoj cevi, podršku postupku izvlačenja vazduha i poboljšanje aerodinamičkih svojstava vozila.

[0139] Cela cevna konstrukcija povezana je preko spoljašnje cevi sa nosačem uzdignute trase, tunelom ili suspenzijom ispod ili iznad vode. Unutrašnja cev sadrži elektromehaničke instalacije potrebne za vođenje i pogon vozila, kao i senzore koji obezbeđuju rano otkrivanje bilo kakvih neobičnih radnih uslova. Veze između zida cevi i spoljašnjih ili unutrašnjih instalacija moraju prenositi potrebne sile i dizajnirane su da spreče curenje.

[0141] Metod predmetnog pronalaska obuhvata pogon i vođenje jednog ili više vozila u cevi, poželjno je pri maksimalnoj brzini od najmanje 80 m/s, dok se kontroliše srednji slobodni put bilo kojih čestica gasa prisutnih u cevi da bude duži od prstenastog razmaka, tako što se čestice gasa pomeraju pomoću jednog ili više vozila u pogonu. Poželjno je da maksimalna brzina bude najmanje 300 m/s, a poželjnije da maksimalna brzina bude najmanje 1000 m/s.

[0142] METOD UPRAVLJANJA SISTEMOM TRANSPORTA KROZ CEVI

[0144] Predmetni pronalazak se odnosi na metod upravljanja sistemom transporta kroz cevi. Metod se može koristiti za transport putnika ili robe na određenoj udaljenosti. Poželjno je da udaljenost bude najmanje 5 km, a poželjnije najmanje 50 km. Maksimalna udaljenost nije posebno ograničena sve dok je moguće obezbediti odgovarajuću cevnu konstrukciju. Prema tome, udaljenost može biti do 100 km, a poželjno je do 1000 km ili čak više.

[0146] Sistem transporta kroz cevi obuhvata cevnu konstrukciju i jedno ili više vozila. Cevna konstrukcija se koristi za prijem i vođenje vozila duž određene trase.

[0148] Cevna konstrukcija sadrži spoljašnju cev. Spoljašnja cev mora izdržati atmosferski pritisak kada je unutrašnjost pod vakuumom.

[0150] Cevna konstrukcija sadrži jednu ili više unutrašnjih cevi smeštenih i pričvršćenih unutar spoljašnje cevi tako da se formira prstenasti prostor između susednih cevi. Prema predmetnom pronalasku, prečnik cevi može biti smanjen na oko 1,5 m i poželjno je da se sastoji od dvostrukog sloja spoljašnjeg zida (ili jedne cevi unutar druge, nešto veće). Prečnik, kao i dvostruki sloj zida doprinose vrlo čvrstom i bezbednom okruženju za putnička vozila.

[0152] Spoljašnji prsten će održavati nivo pritiska poželjno je oko 100 ... 1000 Pa, dok će pritisak u unutrašnjoj cevi poželjno je biti smanjen na 0,0001 Pa = 10⁻⁴ Pa. Materijal cevi mora izdržati pomenute razlike u pritisku, a takođe podnosi sile izazvane lateralnim i longitudinalnim ubrzanjem vozila.

[0154] Jedan ili više prstenastih prostora su u fluidnoj komunikaciji preko kontrolnih sredstava kao što su ventili, otvori ili mlaznice i pumpe sa unutrašnjim prostorom, tako da protok fluida može da se suzbije ili održava između prstenastih prostora putem kontrolnih sredstava radi stvaranja kontrolisanog pada pritiska između susednih prstenastih prostora i unutrašnjeg prostora, pri čemu je pritisak u prstenastim prostorima između pritiska okoline i nivoa pritiska u unutrašnjem prostoru.

[0156] Poželjno je da jedna ili više unutrašnjih cevi i/ili spoljašnja cev budu izrađene od aluminijuma, plastike ojačane staklenim vlaknima (GRP), betona ojačanog staklenim vlaknima (GFRC), ugljeničnih vlakana, titanijuma, magnezijuma ili bilo koje kombinacije ovih materijala.

[0158] Poželjno je da jedan ili više prstenastih razmaka sadrže ispunu koja delimično popunjava prstenaste razmake, omogućavajući pritom fluidnu komunikaciju duž trase.

[0160] Cevna konstrukcija sadrži noseću konstrukciju za držanje spoljašnje cevi. Spoljašnja cev je povezana sa nosačem uzdignute trase ili tunela. Unutrašnja cev sadrži mehaničke instalacije potrebne za vođenje i pogon vozila. Priključci između zida cevi i spoljašnjih ili unutrašnjih instalacija moraju prenositi potrebne sile i dizajnirani su da spreče curenja.

[0161] prijem i vođenje vozila duž trase koja se proteže od prvog kraja do suprotnog drugog kraja cevne konstrukcije.

[0163] Cevna konstrukcija ima jedan ili više ventila za pritisak ili mlaznica za oslobađanje čestica gasa iz unutrašnjeg prostora.

[0165] Poželjno je da deo elektro-magnetnog sistema za vođenje i pogon instaliran u unutrašnjoj cevi pruža dodatnu stabilnost unutrašnjoj cevi. Ovo se može postići ulivanjem električnih provodnika, koji su, poželjno je, ravni, u veštačku smolu i njihovim pričvršćivanjem duž celog obima na unutrašnju površinu unutrašnje cevi.

[0167] Poželjno je da deo elektro-magnetnog sistema za vođenje i pogon instaliran na vozilu pruža dodatnu stabilnost karoseriji vozila. U analogiji sa ojačavanjem cevi, elektro-magnetni sistem za vođenje i pogon može da se ulije u veštačku smolu i zatim pričvrsti duž celog obima trupa vozila.

[0169] Poželjno je da je deo elektro-magnetnog sistema za vođenje i pogon instaliran u unutrašnjoj cevi postavljen simetrično duž cevi kako bi vozilo ostalo u centru cevi. Ova simetrična raspodela na cevi omogućava potpuno iskorišćenje dostupnog obima za snažan pogon, vođenje i čvrstoću.

[0171] Poželjno je da je deo elektro-magnetnog sistema za vođenje i pogon instaliran na vozilu postavljen simetrično duž vozila kako bi vozilo ostalo u centru cevi. Ova simetrična raspodela na trupu vozila omogućava potpuno iskorišćenje dostupnog obima za snažan pogon, vođenje i čvrstoću.

[0173] Sistem transporta kroz cevi dalje obuhvata vozilo sa spoljašnjom zidnom površinom koja definiše prstenasti razmak između spoljašnje zidne površine vozila i unutrašnjeg zida cevne konstrukcije.

[0175] Poželjno je da vozilo sadrži cilindrično kućište koje zatvara jedan ili više prostora za teret (putnike ili robu) i jedan ili više servisnih odeljaka, i koje ima odvojiv priključak za pristup prostoru za putnike koji se hermetički zatvara.

[0177] Pored toga, putničko vozilo sadrži jedno ili više sedišta koja se mogu ukloniti iz prostora za putnike radi ukrcavanja i iskrcavanja putnika, pri čemu su sedišta prilagođena da se pričvrste na cilindrično kućište u prostoru za putnike kada su popunjena putnicima.

[0179] Poželjno je da vozilo takođe sadrži jedan ili više otvora u prstenastom prostoru za izvlačenje čestica gasa duž vozila radi skladištenja u rezervoaru u servisnom odeljku kućišta.

[0180] luminescentnim slojem koji omogućava promenu boje i osvetljenja ili prikaz virtuelne stvarnosti, što je moguće korišćenjem hologramske tehnologije koja putnicima pruža 3D utisak.

[0182] Poželjno je da vozilo takođe sadrži sistem koji koristi ravne površine za generisanje zvuka i prenos verbalnih informacija ili muzike putnicima.

[0184] Poželjno je da putnička sedišta mogu da se pokreću radi povećanja komfora i doživljaja vožnje. Ovo se odnosi na pomeranje sedišta kako bi se izbalansiralo lateralno ubrzanje i prilagodilo prikazanoj virtuelnoj stvarnosti.

[0186] Poželjno je da je vozilo opremljeno uređajima koji omogućavaju otvaranje kućišta iznutra i oslobađanje prostora za putnike iz kućišta u slučaju opasnosti.

[0188] Poželjno je da je vozilo opremljeno kočionim sistemom koji koristi gasni jastuk koji se stvara izbacivanjem uskladištenih čestica gasa.

[0190] Poželjno je da je vozilo opremljeno električnom opremom za pogon i vođenje.

[0192] Poželjno je da je vozilo opremljeno električnom opremom za prenos električne energije kliznim kontaktom ili bežično sa spoljašnjosti na unutrašnjost i za skladištenje električne energije.

[0194] Poželjno je da je vozilo lako, pošto je to ključno za postizanje maksimalnih brzina uz razumnu potrošnju energije. Vrlo nizak nivo pritiska i eliminacija aerodinamičkog otpora su preduslov za lako vozilo.

[0196] Vozilu nije potreban aerodinamični oblik; poželjno je da ima cilindrični oblik sa prilagođavanjima za potrebnu tehničku opremu koja se u njemu nalazi. Može biti podeljeno na gornji deo za teret, tj. putnike ili robu, pri čemu donji deo može da se koristi za elektromagnetne instalacije potrebne za pogon. Krajevi vozila mogu sadržati dodatnu tehničku opremu, kao što su vakuumske pumpe, alati za kočenje u slučaju opasnosti i izlaze u slučaju opasnosti. Dodatne instalacije za vođenje mogu se postaviti duž vozila na njegovom spoljašnjem zidu.

[0198] Veći deo prostora može se koristiti za teret, međutim, postoje određene komponente koje je potrebno dodati vozilu, za koje se može predvideti određeni prostor u prednjem ili zadnjem delu vozila.

[0200] [0068] Nakon što sednu, nije predviđeno ustajanje i kretanje putnika unutar vozila, osim u slučaju opasnosti radi evakuacije. Stoga procedura ukrcavanja obuhvata sledeće korake: 1. sedenje putnika,

[0201] 2. pomeranje sedišta unutar cilindričnog tela vozila,

[0202] 3. zatvaranje vozila,

[0203] 4. pomeranje tunelskog segmenta sa ukrcanim vozilom u cevnu konstrukciju.

[0205] Poželjno je da sistem transporta kroz cevi takođe obuhvata jednu ili više vakuumskih pumpi za stvaranje i održavanje nivoa vakuuma u prstenastom prostoru cevne konstrukcije.

[0207] Metod predmetnog pronalaska obuhvata korak (i) pomeranja vozila duž trase ka prvom kraju pri brzini većoj od granice zagušenja protoka čestica gasa u prstenastom razmaku, dok se čestice gasa uklanjaju iz unutrašnjeg prostora cevne konstrukcije ispred vozila.

[0209] Nakon toga, metod predmetnog pronalaska obuhvata korak (ii) promene smera kretanja i pomeranja vozila duž trase ka drugom kraju pri brzini većoj od granice zagušenja protoka čestica gasa u prstenastom razmaku, dok se čestice gasa uklanjaju iz unutrašnjeg prostora cevne konstrukcije ispred vozila.

[0211] Poželjno je da se koraci (i) i (ii) ponavljaju dok srednji slobodni put čestica gasa prisutnih u cevnoj konstrukciji ne postane duži od širine prstenastog razmaka.

[0213] Kada je srednji slobodni put čestica gasa prisutnih u cevnoj konstrukciji duži od širine prstenastog razmaka, jedno ili više vozila može da ima pogon i da se njime upravlja kroz cevnu konstrukciju pri maksimalnoj brzini od najmanje 80 m/s, a poželjno je najmanje 300 m/s, a poželjnije najmanje 1000 m/s. Poželjno je da je vozilo prilagođeno da uklanja čestice gasa iz prstenastog razmaka cevne konstrukcije, poželjno je preko bočnih otvora.

[0215] Prema poželjnom metodu ovog pronalaska, vozilima se upravlja u parovima ili trojkama tako da ispred i/ili iza svakog putničkog vozila se nalazi sigurnosno vozilo na unapred određenoj udaljenosti. U skladu s tim, metod obuhvata da su sigurnosna vozila poželjno je opremljena senzorima i komunikacionom opremom za otkrivanje i prijavljivanje bilo kakvih neuobičajenih radnih stanja. Pored toga, metod takođe obuhvata da sigurnosno vozilo nosi čestice gasa kako bi pomoglo u usporavanju bilo kog vozila u slučaju opasnosti. Pored toga, metod obuhvata da su sigurnosna vozila poželjno je opremljena bravama na pritisak za odvajanje putničkog vozila od ostatka cevnog sistema. Na kraju, metod obuhvata da sigurnosna vozila poželjno je prevoze prtljag putnika.

[0217] Poželjno je da se jednim ili sa više vozila upravlja tako da se postigne zagušenje protoka u prstenastom razmaku između spoljašnjeg tela vozila i unutrašnje površine unutrašnje cevi.

[0218] Poželjno je da su vozila opremljena sredstvima koja se mogu koristiti za izvlačenje čestica fluida iz prstenastog prostora i za njihovo skladištenje unutar tela vozila.

[0220] Poželjno je da su na cevima fiksirana sredstva koja mogu da izvlače komprimovani vazduh iz zone ispred vozila.

[0222] Poželjno je da je spoljašnja cev opremljena površinom osetljivom na sunčevo zračenje, koja proizvodi energiju na spoljašnjoj strani spoljašnje cevi. Pored toga, poželjno je da je obezbeđena oprema za prikupljanje i skladištenje proizvedene solarne energije. Na kraju, poželjno je da je obezbeđena oprema za smanjenje sadržaja CO₂ u vazduhu koji okružuje cevi.

[0224] Poželjno je da vozilo obuhvata kočioni sistem koji koristi mehanička, magnetnoelektrična ili aerodinamička sredstva za usporavanje vozila, naročito stvaranjem strujanja oko vozila pomoću izbačenih čestica gasa koje su prethodno bile uskladištene u servisnom odeljku; i/ili naznačeno time da vozilo sadrži električnu opremu za pogon, vođenje i kočenje.

[0226] SISTEMI TRANSPORTA KROZ CEVI

[0228] U skladu sa predmetnim pronalaskom, sistem transporta kroz cevi obuhvata cevnu konstrukciju. Cevna konstrukcija se sastoji od spoljašnje cevi, jedne ili više unutrašnjih cevi smeštenih i pričvršćenih u spoljašnjoj cevi tako da se između susednih cevi formira prstenasti prostor, kao i noseću konstrukciju koja drži spoljašnju cev.

[0230] Cevna konstrukcija ima površinu unutrašnjeg zida koja definiše unutrašnji prostor za prijem i vođenje vozila duž putanje koja se proteže od prvog kraja do suprotnog drugog kraja cevne konstrukcije. Cevna konstrukcija ima jedan ili više ventila za smanjenje pritiska ili mlaznica za uklanjanje čestica gasa iz unutrašnjeg prostora.

[0232] Cevna konstrukcija takođe obuhvata vozilo koje ima površinu spoljašnjeg zida koja definiše prstenasti razmak između površine spoljašnjeg zida vozila i unutrašnjeg zida cevne konstrukcije.

[0234] Cevna konstrukcija predmetnog pronalaska predstavlja višeslojnu cev. Jedna cev je smeštena unutar drugih cevi ili se koristi cev sa više zidnih slojeva kako bi se stvorili višestruki nivoi pritiska između atmosfere i unutrašnje cevi koja se koristi za kretanje vozila. Kao osnovno rešenje, u rasporedu cevi koriste se samo dve cevi i dva nivoa pritiska, ali mogu postojati rešenja sa tri ili više zidnih slojeva. Višeslojni cevni sistem može se koristiti za postepeno smanjenje nivoa pritiska od pritiska okoline do unutrašnje cevi. Smanjenje pritiska može se postići izvlačenjem ili dodavanjem tečnosti ili fluida, od ili putem cirkulacije tečnosti ili fluida kroz mlaznice, otvore ili ventile između odgovarajućih komora cevi.

[0235] cevi ispunjena materijalom, npr. peskom, pogodnim za zaštitu unutrašnje cevi i za ojačavanje višeslojne konstrukcije cevi. Spoljašnji prstenovi cevi mogu biti ispunjeni peskom, drugim rasutim materijalom, rebrima, sendvič ili saćastim materijalom radi zaštite sistema od spoljašnjih napada koji dovode do požara (npr. metaka, manjih eksplozivnih naprava) i radi povećanja krutosti celokupne konstrukcije. Ova ispuna je raspoređena tako da ne ometa razmenu fluida duž cevi, odnosno da rebra imaju otvore u radijalnom pravcu, a da je pesak dovoljno krupan da omogući protok fluida duž cevi.

[0237] Cevi mogu biti ispunjene smešom helijuma i vodonika ili bilo kog drugog gasa radi poboljšanja evakuacije unutrašnje cevi i aerodinamičkog ponašanja vozila.

[0239] Očekuje se da, ukoliko je višeslojni sistem cevi ispunjen smešom helijuma, vodonika i drugih gasova, vakuum može da se dobije ili održava na bolji način, curenja smanjena, a preostalo aerodinamičko ponašanje vozila poboljšano. U tom slučaju, vazduh se može zameniti ovim gasovima.

[0241] Sniženi pritisak u cevi može se koristiti za ubrzavanje bilo koje vrste objekta oslobođenog aerodinamičkih sila, kako bi se na kratkom rastojanju postigle veoma velike brzine.

[0243] Cev može biti izrađena od plastike ojačane staklenim vlaknima (GRP), stakla, metala, betona ili ugljenika, odnosno od kombinacije bilo kog od ovih materijala. Cevi se mogu proizvoditi na lokaciji ili van nje. Posebno se može koristiti postrojenje pogodno za proizvodnju bešavne ili fuzionisane cevi sa više slojeva sa mašinama koje nose i obrađuju materijal koji se koristi za izradu ovih cevi direktno na lokaciji.

[0245] Cevna konstrukcija može omogućiti otvaranje izlaza (prozora) u slučaju opasnosti na bilo kojoj tački duž cevi. Predviđene su instalacije na cevi koje su potrebne za pripremu formiranja izlaza za slučaj opasnosti na bilo kojoj tački duž cevi. Pored toga, razmatra se i cev koja omogućava razdvajanje jednog segmenta cevi radi formiranja rotacione stanice.

[0247] Predmetni pronalazak takođe predviđa instalacije na cevi potrebne za pripremu hermetičkog razdvajanja jednog dela cevi od ostatka cevi, radi pripreme zamene dela cevi kako je predviđeno u stanicama. Mogu se obezbediti nosači za cevi i spojevi između tih nosača i cevi, pogodni da izdrže nastala opterećenja i da održavaju vakuum uz gotovo nikakva curenja. Cevi mogu biti opremljene solarnim panelima, bilo kao integralni deo cevi ili kao dodatni elementi, radi proizvodnje energije koja se može koristiti za rad vozila.

[0249] Vozilo može biti lako vozilo klasičnog koncepta i velikog prečnika, koji omogućava ukrcavanje i iskrcavanje putnika kroz vrata i prolaze, kao i pomeranje vozila u deo tunela koji se koristi za zamenu.

[0250] prečnikom, koji omogućava ukrcavanje i iskrcavanje putnika direktno na sedištima, premeštanje putnika koji sede unutar vozila, hermetičko zatvaranje vozila na njegovim krajevima, kao i pomeranje vozila u deo tunela koji se koristi za zamenu.

[0252] Vozilo može biti opremljeno mehaničkim instalacijama / pumpama / turbinama za izduvavanje, izvlačenje i kompresiju vazduha. Takođe se mogu obezbediti mehaničke instalacije za razmenu prikupljenog vazduha u stanicama. Predviđene su i pumpe ili turbine za stvaranje vazdušnog jastuka koji se koristi kao kočnica. Opisane su mehaničke ili elektromehaničke instalacije za stvaranje vrtložnih struja koje se koriste za kočenje. Predviđeni su alati i instalacije koji se koriste za formiranje izlaza u slučaju opasnosti. Opisan je prijemni uređaj za prenos energije putem lasera ili bilo koje druge fizički moguće metode. Za potrebe kočenja, mogu se koristiti instalacije na vozilu pogodne za stvaranje vazdušnog strujanja oko vozila radi usporavanja vozila u bilo kom trenutku, kao i mehaničke kočnice ili elektromagnetne kočnice (vrtložne struje).

[0254] Konvencionalni sistemi pogona mogu se izabrati među linearnim indukcionim motorima, kao što se koriste u sistemu Transrapid. Međutim, takođe se razmatraju superprovodni magneti, tehnologija šinskog topa (elektromagnetna tehnologija), prenos energije putem lasera, pogon zasnovan na fotonima ili jonima, kao i potrebni sistemi prenosa energije do vozila.

[0256] Može se koristiti konvencionalni sistem levitacije sastavljen od aktivnih magneta sa privlačnom silom, kao u sistemu Transrapid. Međutim, sistem levitacije i vođenja može se zasnivati i na superprovodnim magnetima. Pogodni superprovodni materijali mogu se izabrati među masivnim kristalima itrijum-barijum-bakar-oksida (YBCO) ili YBCO filmovima nanetim depozicijom iz parne faze. Pogonski sistemi, kako su opisani u patentu US10000892B2, mogu se prilagoditi svrsi predmetnog pronalaska.

[0258] Prema poželjnom izvođenju, sistemi za vođenje mogu biti instalirani pod uglom od 120° duž cevi, kako bi se vozilo uvek održavalo u centru cevi. Ovo takođe obezbeđuje određenu toleranciju za bočna pomeranja.

[0260] Prema poželjnom izvođenju, stanice mogu biti rotirajuće cilindrične stanice koje obuhvataju mehanizme za ukrcavanje i iskrcavanje kompletnog segmenta tunela u stanici. Poželjno je razdvajanje tunelskog segmenta stanice od ostatka cevi uz nimalo ili uz minimalna curenja.

[0262] Prema poželjnom izvođenju, predmetni pronalazak omogućava formiranje izlaza za slučaj opasnosti na bilo kojoj tački duž cevi, i karakterišu ga alati na vozilu, zajedno sa instalacijama na unutrašnjoj strani cevi, koji se koriste za formiranje izlaza za hitne slučajeve na mestu incidenta, koje može biti bilo gde duž cevi, pri čemu alati mogu uključivati sekač ili pirotehnička sredstva sa karbidom ili drugim materijalima.

[0264] Prema daljem poželjnom izvođenju, predmetni pronalazak omogućava postupak bežanja / sekvencu evakuacije putnika iz uskog prostora unutar cevi na otvoreni prostor.

[0265] Vakuumska tehnologija za stvaranje i održavanje potrebnih nivoa vakuuma može uključivati upotrebu bilo koje vrste pumpi za postizanje i održavanje zahtevanih nivoa pritiska, ili pumpi pogodnih za izvlačenje i kompresiju čestica fluida na vozilu, njihovo pražnjenje u stanicama, kao i korišćenje efekta zagušenja protoka radi kompresije i prikupljanja preostalih čestica fluida na vozilu.

[0267] Prema poželjnom izvođenju, predmetni pronalazak omogućava garantovanje integriteta sistema pre i tokom svakog putovanja putem detaljnog nadzora pomoću: senzora vibracija, senzora poravnanja, senzora pritiska, senzora temperature i/ili kamera.

[0269] Za koncept bezbednosti poželjno je sledeće:

[0271] Sigurnosno vozilo koje prethodi svakom putničkom vozilu. Sigurnosno vozilo se koristi za prevoz prtljaga putnika ili bilo koje druge robe ili materijala. Sistem za hitno zaustavljanje u slučaju opasnosti za sledeće putničko vozilo.

[0273] Predmetni pronalazak se tipično može koristiti kao sistem za transport na velikim udaljenostima.

[0275] Predmetni pronalazak će sada biti dodatno ilustrovan pozivanjem na slike.

[0277] Na slici 1 prikazan je sistem transporta kroz cevi 100 za upotrebu u metodu predmetnog pronalaska. Sistem transporta kroz cevi ta 100 obuhvata cevnu konstrukciju 101 i vozilo 6.

[0279] Cevna konstrukcija 101 obuhvata spoljašnju cev 1 i unutrašnje cevi 2 smeštene i pričvršćene u spoljašnjoj cevi tako da se formira prstenasti prostor 3 između spoljašnje cevi 1 i unutrašnje cevi 2. Cevna konstrukcija 101 takođe obuhvata noseću konstrukciju 4 za držanje spoljašnje cevi 1. Cevna konstrukcija 101 ima površinu unutrašnjeg zida 12 koja definiše unutrašnji prostor 5 za prijem i vođenje vozila 6 duž putanje koja se proteže od prvog kraja 7 do suprotnog drugog kraja 8 cevne konstrukcije. Cevna konstrukcija poseduje jedan ili više ventila za smanjenje pritiska ili mlaznica 9 za ispuštanje čestica gasa iz unutrašnjeg prostora 5 i prstenastih prostora 3. Vakuumska pumpa 15 je povezana sa cevnom konstrukcijom 101 radi izvlačenja čestica gasa iz prstenastog prostora 3. Prstenasti prostori su podeljeni uzdužno u odeljke pomoću separatora 32 koji se protežu od spoljašnje površine unutrašnje cevi 3 do unutrašnje površine spoljašnje cevi 1.

[0281] Vozilo 6 je predstavljeno u obliku cilindričnog kućišta 17 sa površinom spoljašnjeg zida 10. Vozilo 6 sadrži prostor dizajniran za prijem tereta (putnika ili robe) 18 i servisni odeljak 23. Prstenasti razmak 11 se formira između površine spoljašnjeg zida vozila 10 i površine unutrašnjeg zida 12 cevne konstrukcije. Vakuumska pumpa 15 je smeštena unutar vozila kako bi izvlačila čestice gasa iz prstenastog razmaka 11 putem bočnih otvora 16; čestice gasa se mogu skladištiti u rezervoaru 23 smeštenom u servisnom odeljku 19.

[0282] Na slici 2 a) prikazano je vozilo 6 koje se kreće od prvog kraja 7 do drugog kraja 8. Komprimovane čestice gasa se oslobađaju putem ventila 9 na drugom kraju 8 ka spolja i u prstenasti prostor 3.

[0284] Na slici 2 b) prikazano je vozilo 6 koje se kreće od drugog kraja 8 do prvog kraja 7. Komprimovane čestice gasa se oslobađaju putem ventila 9 na prvom kraju 7 ka spolja i u prstenasti prostor 3.

[0286] Na slici 3 prikazan je presek konstrukcije 101 sa elektrotehničkim instalacijama koje se koriste za vođenje i pogon vozila 6. Deo elektromagnetnog sistema vođenja i pogona instaliranog na vozilu 27 i električna oprema za bežični prenos električne energije 28 prikazani su kao dodatni prsten pričvršćen na spoljašnju površinu 10 vozila. Deo elektromagnetnog sistema vođenja i pogona instaliranog na unutrašnjoj cevi 26 prikazan je kao prsten pričvršćen na unutrašnji zid 12 cevne konstrukcije. Prstenovi formirani elementima 26 i 27 / 28 okružuju prstenasti razmak 11.

[0288] Na slici 4 prikazana je cevna konstrukcija 101 sa spoljašnjom cevi 1 i unutrašnjom cevi 2. Materijal za ispunu 25 je postavljen u prstenasti prostor između cevi 1 i 2. Dok je materijal za ispumu 25 odabran tako da obezbedi dodatnu stabilnost cevne konstrukcije 101, i on omogućava protok fluida unutar prstenastog prostora od prvog kraja 7 do drugog kraja 8 cevne konstrukcije. Na slici 4, materijal za ispunu 25 sastoji se od perforiranih cevi povezanih sa spoljašnjom površinom unutrašnje cevi i unutrašnjom površinom spoljašnje cevi.

[0290] Na slici 5 prikazana je metoda ukrcavanja / iskrcavanja tereta 22 u / iz vozila 6. Na slici 5 a) prikazana je situacija kada je poklopac 20 otvoren, a teret 22 se nalazi izvan cilindričnog kućišta 17 vozila 6. U koraku 1, teret (ovde: putnici) se premeštaju sa lokacije van vozila u prostor za putnike 18 vozila 6, što je prikazano na slici 5 b). Na slici 5 c) prikazano je vozilo nakon završetka koraka 2. U koraku 2, poklopac 20 se pomera na jedan kraj vozila tako da je vozilo potpuno hermetički zatvoreno. Za iskrcavanje putnika iz vozila, gore opisani koraci se izvode obrnutim redosledom, tj. prvo se poklopac uklanja sa vozila, a zatim teret.

[0292] Na slici 6 prikazan je metod upravljanja sigurnosnim vozilima 29 koja su ispred i iza putničkog vozila 6.

[0293] Rastojanje 30 između sigurnosnog vozila 29 koje prethodi i putničkog vozila 6 odabrano je tako da je uvek moguće usporiti putničko vozilo bez sudara sa sigurnosnim vozilom 29f ako ono detektuje bilo kakvo nepravilno stanje. Prateće sigurnosno vozilo 29t prati iz bezbedne udaljenosti. Sigurnosna vozila su opremljena senzorima i alatima za uzdužno razdvajanje unutrašnjeg prostora 5 u odeljke.

[0294] Na slici 7 prikazano je stanje zagušenja protoka u prstenastom razmaku 11 širine 14. Ako se vozilo 6 kreće unutar unutrašnje cevi 5 sa česticama gasa, čestice gasa će biti komprimovane ispred vozila 6, dok će iza vozila 6 doći do ekspanzije. Na taj način stvorena razlika pritiska između prednjeg i zadnjeg dela vozila izaziva protok u prstenastom razmaku 11 od prednjeg ka zadnjem kraju vozila. U zavisnosti od nivoa pritiska, širine prstenastog razmaka 14 i prečnika unutrašnje cevi 5, protok suprotan smeru kretanja u prstenastom razmaku dostiže brzinu zvuka kada vozilo premaši određenu brzinu. Ovaj fenomen se naziva zagušenja protoka. Kada je protok zagušen, maseni protok se više ne može povećati, te će više čestica gasa biti potisnuto prema prednjem delu. Ovaj pronalazak koristi efekat zagušenja protoka kako bi se čestice gasa pomerile ka prednjem delu vozila, gde se mogu otpustiti putem ventila ili mlaznica 9.

[0296] Na slici 8 prikazan je metod hitnog kočenja u slučaju opasnosti pomoću izbacivanja čestica gasa uskladištenih u rezervoaru za gas 23 ispred vozila. Nagli porast čestica gasa ispred vozila 6 izaziva strujanje oko vozila u prstenastom razmaku 11 u suprotnom smeru od pravca kretanja. Kada je brzina velika i može se otpustiti dovoljan broj čestica gasa, protok u prstenastom razmaku postaje zagušen, što dodatno povećava pritisak ispred vozila. Ovaj metod će usporiti vozilo.

[0298] Na slici 9 prikazano je kretanje čestica gasa slobodno u prostoru, pri čemu čestice gasa putuju određenu udaljenost pre nego što se sudare sa nekom drugom česticom. Ovo rastojanje se prosečno računa za sve čestice gasa u određenom zapreminskom prostoru i tokom određenog vremenskog perioda, što definiše takozvani srednji slobodni put.

[0300] Na slici 10 prikazana su tri različita režima protoka relevantna za pronalazak.

[0302] Na slici 10 a) prikazan je viskozni protok, kako je opisan u klasičnoj mehanici fluida, gde se fluid smatra kontinualnim i gde važe Navije-Stoksove (Navier-Stokes) jednačine za viskozni protok.

[0304] Na slici 10 b) prikazan je prelazni režim, tzv. Knudsenov protok, u kojem se neke čestice gasa ponašaju kao kontinuum, dok druge ne doživljavaju značajnu međusobnu interakciju.

[0306] Na slici 10 c) sve čestice gasa se kreću slobodno u prostoru. U ovom takozvanom molekularnom protoku, čestice gasa ne doživljavaju trenje. Ovaj protok je poželjan za normalan režim krstarenja u okviru ovog pronalaska.

[0308] Spisak referentnih brojeva:

[0310]

[0311] : spoljašnja cev

[0312] : unutrašnja cev

[0313] : prstenasti prostor između susednih cevi (npr. spoljašnje i unutrašnje)

[0314] : noseća konstrukcija za držanje spoljašnje cevi

[0315] : unutrašnji prostor

[0316] : vozilo

[0317] : prvi kraj cevne konstrukcije

[0318] : drugi kraj cevne konstrukcije

[0319] : ventil

[0320] : površina spoljašnjeg zida vozila

[0321] : prstenasti razmak

[0322] : unutrašnji zid cevne konstrukcije

[0323] : srednji slobodni put čestica gasa

[0324] : širina prstenastog razmaka

[0325] : vakuumska pumpa

[0326] : jedan ili više otvora u prstenastom razmaku

[0327] : cilindrično kućište vozila

[0328] : odeljak dizajniran za prijem tereta

[0329] : jedan ili više servisnih odeljaka

[0330] : odvojivi otvor sa hermetičkim zatvaranjem za pristup prostoru za putnike

[0331] : mehanizam za pokretanje sedišta putnika

[0332] : teret, tj. sedišta putnika ili roba pričvršćena na odvojivu nosivu konstrukciju : rezervoar za gas

[0333] : unutrašnja površina prostora za putnike

[0334] : materijal za ispunu

[0335] : deo elektromagnetnog sistema vođenja i pogona instaliran na unutrašnjoj cevi : deo elektromagnetnog sistema vođenja i pogona instaliran na vozilu

[0336] : električna oprema za prenos električne energije putem kliznog kontakta ili bežično : protok čestica gasa u prstenastom razmaku

[0337] ’ : sigurnosno vozilo

[0338] : unapred određeno rastojanje između putničkog i sigurnosnog vozila

[0339] : vizualizacija Knudsenovog broja (Kn)

[0340] : podela prstenastog prostora na odeljke

Claims (13)

1. PATENTNI ZAHTEVI

1. Metod upravljanja sistemom transporta kroz cevi pod vakuumom, pri čemu sistem transporta kroz cevi obuhvata:

(a) cevnu konstrukciju (101) koja sadrži

(a-1) spoljašnju cev (1);

(a-2) jednu ili više unutrašnjih cevi (2) smeštenih i pričvršćenih unutar spoljašnje cevi tako da se formiraju prstenasti prostori (3) između susednih cevi; i

(a-3) noseću konstrukciju (4) koja drži spoljašnju cev;

cevnu konstrukciju koja ima površinu unutrašnjeg zida (12) koja definiše unutrašnji prostor (5) za prijem i vođenje vozila (6) duž putanje koja se proteže od prvog kraja (7) do suprotnog drugog kraja (8) cevne konstrukcije (101),

cevnu konstrukciju koja ima ventile za smanjenje pritiska ili mlaznice (9) za ispuštanje čestica gasa iz unutrašnjeg prostora (5), pri čemu su ventili za smanjenje pritiska ili mlaznice (9) postavljeni na prvom kraju (7) i suprotnom drugom kraju (8) cevne konstrukcije;

(b) vozilo koje ima površinu spoljašnjeg zida (10) koja definiše prstenasti razmak (11) između površine spoljašnjeg zida vozila (10) i površine unutrašnjeg zida (12) cevne konstrukcije

Metod obuhvata:

(i) kretanje vozila (6) duž putanje ka prvom kraju (7) brzinom većom od granice zagušenja protoka čestica gasa u prstenastom razmaku (11), dok se čestice gasa oslobađaju iz unutrašnjeg prostora (5) cevne konstrukcije ispred vozila (6); a zatim sledi

(ii) promena pravca kretanja i kretanje vozila (6) duž putanje ka drugom kraju (8) brzinom većom od granice zagušenja protoka čestica gasa (29) u prstenastom razmaku (11), dok se čestice gasa oslobađaju iz unutrašnjeg prostora (5) cevne konstrukcije (101) ispred vozila (6).

2. Metod upravljanja sistemom transporta kroz cevi prema zahtevu 1,

Naznačeno time što se koraci (i) i (ii) ponavljaju sve dok srednji slobodni put čestica gasa prisutnih u cevnoj konstrukciji ne postane duži od širine (14) prstenastog razmaka (11), odnosno dok Knudsenov broj (31) ne bude veći od jedinice,

22

poželjno je sve dok pritisak u unutrašnjoj cevi ne iznosi 10⁻⁴ Pa ili manje, nakon čega sledi pogon i vođenje jednog ili više vozila (6) u cevnoj konstrukciji, poželjno je pri maksimalnoj brzini od najmanje 80 m/s, poželjnije pri maksimalnoj brzini od najmanje 300 m/s, a još poželjnije pri maksimalnoj brzini od najmanje 1000 m/s.

3. Metod upravljanja sistemom transporta kroz cevi prema zahtevu 1 ili 2,

Naznačeno time što sistem transporta kroz cevi takođe obuhvata jednu ili više vakuumskih pumpi (15) za stvaranje i održavanje nivoa vakuuma u prstenastom prostoru (3) cevne konstrukcijei/ili naznačeno time što je vozilo prilagođeno za uklanjanje čestica gasa iz prstenastog razmaka cevne konstrukcije preko bočnih otvora (16).

4. Metod upravljanja sistemom transporta kroz cevi prema bilo kom od prethodnih zahteva, naznačen time što su jedan ili više prstenastih prostora (3) u fluidnoj komunikaciji, putem upravljačkih sredstava kao što su ventili ili mlaznice (9) i pumpe (15), sa unutrašnjim prostorom (5), tako da se protok fluida između prstenastih prostora može potiskivati ili održavati putem upravljačkih sredstava radi stvaranja kontrolisanog pada pritiska između susednih prstenastih prostora i unutrašnjeg prostora, pri čemu je pritisak u prstenastim prostorima između pritiska okoline i nivoa pritiska u unutrašnjem prostoru.

5. Metod upravljanja sistemom transporta kroz cevi prema bilo kom od prethodnih zahteva, naznačen time što:

- jedna ili više unutrašnjih cevi (2) i/ili spoljašnja cev (1) jesu izrađene od plastike ojačane staklenim vlaknima (GRP), betona ojačanog staklenim vlaknima (GFRC), ugljeničnih vlakana, aluminijuma, titanijuma, magnezijuma ili bilo koje kombinacije ovih materijala; i/ili

- jedan ili više prstenastih prostora (3) sadrže ispunu (25) koja delimično ispunjava prstenasti prostor, uz omogućavanje protoka fluida duž prstenastog prostora (3).

- jedan ili više prstenastih prostora (3) podeljeni su u uzdužnom pravcu separatorima (32), čime se formiraju hidraulički odvojeni i hermetički zatvoreni prostori.

6. Metod upravljanja sistemom transporta kroz cevi prema bilo kom od prethodnih zahteva, naznačen time što vozilo obuhvata:

(b-1) cilindrično kućište (17) koje obuhvata jedan ili više prostora za putnike (18) i jedan ili više servisnih odeljaka (19), i koje ima odvojivi otvor sa hermetičkim zatvaranjem (20) za pristup prostoru za putnike; i

(b-2) jedno ili više sedišta (21) prilagođenih da se uklanjaju iz prostora za putnike radi ukrcavanja i iskrcavanja putnika, pri čemu su ta sedišta prilagođena da se, kada se u njima nalaze putnici (22), učvrste u cilindričnom kućištu unutar prostora za putnike.

7. Metod upravljanja sistemom transporta kroz cevi prema bilo kom od prethodnih zahteva, naznačen time što vozilo takođe obuhvata:

(b-3) jedan ili više otvora u prstenastom prostoru (16) za izvlačenje čestica gasa duž vozila radi skladištenja u rezervoaru u servisnom odeljku kućišta (23); i/ili

(b-4) unutrašnju površinu prostora za putnike (24) opremljenu tankim luminiscentnim slojem koji omogućava promenu boje i osvetljenosti ili prikaz virtuelne realnosti, po mogućnosti korišćenjem hologramske tehnologije koja putnicima daje trodimenzionalni utisak; i/ili

(b-5) ugradnju zvučnog sistema; i/ili

(b-6) pomeranje putničkih sedišta (21) radi povećane udobnosti i doživljaja vožnje; i/ili

(b-7) opremanje vozila sredstvima za otvaranje kućišta iznutra i za oslobađanje prostora za putnike (18) iz kućišta u slučaju opasnosti; i/ili (b-8) opremanje vozila kočionim sistemom koji koristi gasni jastuk stvoren izbacivanjem uskladištenih čestica gasa; i/ili

(b-9) opremanje vozila električnom opremom za pogon i vođenje (27); i/ili (b-10) opremanje vozila električnom opremom za prenos električne energije kliznim kontaktom ili bežično (28) od spolja ka unutrašnjosti vozila i za skladištenje električne energije.

8. Metod upravljanja sistemom transporta kroz cevi prema bilo kom od prethodnih zahteva, naznačen time što:

- deo elektromagnetnog sistema za vođenje i pogon ugrađen u unutrašnju cev (26) obezbeđuje dodatnu stabilnost unutrašnjoj cevi; i/ili

- deo elektromagnetnog sistema za vođenje i pogon ugrađen na vozilu (27) obezbeđuje dodatnu stabilnost karoserije vozila; i/ili

- deo elektromagnetnog sistema za vođenje i pogon ugrađen u unutrašnju cev (26) postavljen je simetrično duž cevi radi održavanja vozila u centru cevi; i/ili - deo elektromagnetnog sistema za vođenje i pogon ugrađen na vozilu (25) postavljen je simetrično duž vozila radi održavanja vozila u centru cevi.

9. Metod upravljanja sistemom transporta kroz cevi prema bilo kom od prethodnih zahteva, naznačen time što se vozilima upravlja u parovima ili trojkama tako da se ispred ili iza svakog putničkog vozila (6) nalazi sigurnosno vozilo (29) na unapred određenom rastojanju (30),

pri čemu metod obuhvata:

(a) sigurnosna vozila (29) koja treba da su opremljena senzorima i komunikacionom opremom za otkrivanje i prijavljivanje bilo kakvih neuobičajenih radnih stanja; i/ili

(b) sigurnosno vozilo nosi čestice gasa kako bi pomoglo u usporavanju bilo kog vozila u slučaju opasnosti; i/ili

(c) sigurnosna vozila su opremljena bravama na pritisak za odvajanje putničkog vozila od ostatka cevnog sistema; i/ili

(d) sigurnosna vozila prevoze prtljag putnika.

10. Metod upravljanja sistemom transporta kroz cevi prema bilo kom od prethodnih zahteva, pri čemu metod obuhvata:

(i) upravljanje sa više vozila (6, 29) tako da se postigne zagušenje protoka u prstenastom razmaku (11) između spoljašnjeg tela vozila (17) i unutrašnje površine unutrašnje cevi (12); i/ili

(ii) sredstva na vozilima (16, 32) koja se mogu koristiti za izdvajanje čestica gasa iz prstenastog razmaka (11) i njihovo skladištenje unutar tela vozila (23); i/ili

(iii) sredstva fiksirana na cevima (9, 15) koja mogu da izvlače komprimovani vazduh iz zone ispred vozila.

11. Metod upravljanja sistemom transporta kroz cevi prema bilo kom od prethodnih zahteva, pri čemu metoda obuhvata:

(i) površinu osetljivu na sunčevo zračenje koja proizvodi energiju na spoljašnjoj strani spoljašnje cevi; i/ili

(ii) sredstva za prikupljanje i skladištenje proizvedene solarne energije; i/ili (iii) sredstva za smanjenje sadržaja CO₂ u vazduhu koji okružuje cevi.

12. Metod upravljanja sistemom transporta kroz cevi prema bilo kom od prethodnih zahteva, naznačen time što vozilo obuhvata kočioni sistem koji koristi mehanička, magnetno-električna ili aerodinamička sredstva za usporavanje vozila, naročito stvaranjem strujanja oko vozila (32) pomoću izbačenih čestica gasa prethodno uskladištenih u servisnom odeljku (19); i/ili naznačen time što vozilo sadrži električnu opremu za pogon, vođenje i kočenje (27).

13. Sistem transporta kroz cevi koji obuhvata vozilo velike brzine (6) za zatvoreni sistem koji radi pod vakuumom, pri čemu sistem transporta kroz cevi ima

(a) Cevnu konstrukciju (101) koja obuhvata

(a-1) spoljašnju cev (1);

(a-2) jednu ili više unutrašnjih cevi (2) smeštenih i pričvršćenih unutar spoljašnje cevi (1) tako da se između susednih cevi formira prstenasti prostor (3); i

(a-3) noseću konstrukciju (4) za držanje spoljašnje cevi (1);

Cevna konstrukcija (101) ima površinu unutrašnjeg zida (12) koja definiše unutrašnji prostor (5) za prijem i vođenje vozila (6) duž putanje koja se prostire od prvog kraja (7) do suprotnog drugog kraja (8) cevne konstrukcije,

Cevna konstrukcija (101) ima ventile za smanjenje pritiska ili mlaznice (9) za uklanjanje čestica gasa iz unutrašnjeg prostora (5),

pri čemu su ventili za smanjenje pritiska ili mlaznice (9) postavljeni na prvom kraju (7) i suprotnom drugom kraju (8) cevne konstrukcije (101); i

(b) vozilo (6) koje ima površinu spoljašnjeg zidna (10) kojom se definiše prstenasti razmak (11) između površine spoljašnjeg zida (10) vozila (6) i površine unutrašnjeg zida (12) cevne konstrukcije (101).