Шаг девятый. СОСТАВЛЕНИЕ ОПИСАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Шаг девятый

То, что полностью не завершено, еще не существует.

П. Валери

Письмо поясняет телеграмму

Итак, если читатель будет следовать нашим шагам, то он не только найдет решение творческой задачи, но придумает удачное и краткое название изобретения и составит его формулу. Л такую лаконичную информацию приходится несколько раз перечитывать, чтобы полностью уловить ее суть. Нередко только после ознакомления с описанием этого изобретения и возврата снова к его формуле начинаешь ее полностью понимать.

Если формула похожа на телеграмму об изобретении, то описание его похоже на подробное письмо о нем.

Пока нет единого мирового стандарта на составление описания изобретения. В нашей стране рекомендуется определенная логически обоснованная последовательность в его составлении. Вместе с названием изобретения и его формулой оно образует такую схему:

Название изобретения. → Область техники, к которой относится изобретение. → Преимущественная область использования. → Характеристики аналогов. → Характеристика прототипа. → Недостатки прототипа. → Цель, достигаемая изобретением. → Сущность изобретения, его отличие от прототипа. → Примеры конкретного выполнения. → Предполагаемый полезный эффект. → Формула изобретения.

Покажем на конкретном примере, как выполняется приведенная логическая последовательность при составлении описания изобретения. В качестве примера используем уже выданное авторское свидетельство на устройство для переключения электрических цепей. Все мы ежедневно и по многу раз пользуемся переключателями тех или иных электрических цепей.

«Вся электроника зиждется на контактах»

Некто X., преодолевая сон, нажал кнопку настольной лампы, замкнул цепь ее питания и, взглянув на часы, вскочил как ужаленный. Проспал. Чай попить не удастся. Хотя бы побриться. Как быстрее - безопасной или электрической? Конечно, последней. Вставляет вилку в сеть, нажимает кнопку включения на бритве... Почему нет знакомого жужжания? Легкий удар по бритве. Жужжание появилось и тут же пропало. Все ясно - плохой контакт в кнопке включения...

Придется не бриться. Не подвели бы контакты в лифте, бежать с 24-го этажа долго. X. нажимает кнопку лифта и с радостью ощущает, что движется вниз, коммутатор цепи сработал!

Почему электрические контакты не всегда дают контакт? Все знают, что плохой контакт искрит. Эти крохотные молнии безжалостно разрушают его. Взгляните на нож рубильника - он словно изъязвлен и изгрызен, покрыт копотью. Контакт постепенно ухудшается, становится ненадежным и перестает выполнять свои функции.

Авторам приходилось участвовать и при испытании, и при первом включении новых, сложных радиотехнических систем. При первом включении нередко эти системы отказывались функционировать. И поиск неисправностей всегда начинался с проверки контактов в коммутирующих цепях. На таких испытаниях можно услышать афоризм - «вся электроника зиждется на контактах». Некоторые острословы пытаются формулировать некий общий закон электрических цепей - «контакты происходят тогда, когда они не нужны, и не происходят, когда нужны».

Совершенно ясно, что чем сильнее ток, проходящий через контакт при его замыкании или размыкании, тем грознее маленькие молнии и тем больше он обгорает.

Один из путей преодоления трудностей коммутации при больших токах и необходимости в высоком быстродействии найден автором рассматриваемого изобретения. Вот его описание с нашим комментарием, набранным полужирным шрифтом.

СПОСОБ КОММУТАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

( Название изобретения. Из него следует, что объектом изобретения является способ.)

(Область техники, где может использоваться.) «Изобретение относится к области управления электрическими цепями и может быть использовано в электрических аппаратах с жидкометаллическим контактом.

(Известный аналог изобретения). Известен способ коммутации электрических цепей с помощью жидкометаллического контакта, основанный на перемещении электродов относительно жидкого металла (патент США № 000). Устройство, в котором реализован этот способ, содержит средства перемещения электродов относительно неподвижного жидкого металла, залитого в корпус. Указанный способ не позволяет получить высокое быстродействие процесса коммутации из-за необходимости механически перемещать электроды. Кроме того, он приводит к усложнению электрических установок, в которых используется, что обусловлено трудностью обеспечения надежного электрического соединения перемещающихся электродов с внешними коммутируемыми цепями.

(Прототип изобретения). От последнего недостатка свободен другой способ, также основанный на относительном перемещении электродов и жидкометаллического контакта (патент США). При этом способе жидкий металл перемещают относительно неподвижных электродов, вводя его в зазор между ними. Этот способ реализуется устройством, содержащим корпус с жидким металлом, электроды и привод, воздействующий на жидкий металл для его перемещения.

(Недостаток прототипа). Но данный способ тоже обладает невысоким быстродействием, поскольку требует одновременного перемещения всей массы жидкого металла, а ограниченная мощность привода не позволяет увеличить скорость этого перемещения.

(Цель изобретения). Целью изобретения является повышение быстродействия процесса коммутации.

(Сущность изобретения и его отличие от прототипа.) Для этого при способе коммутации электрических цепей, при котором перемещают жидкометаллический контакт относительно электродов, отделяют от жидкометаллического контакта его поверхностный слой и перемещают до соприкосновения с электродами, а затем направляют в межэлектродный зазор остальную часть жидкого металла. Выполнение коммутации в два этапа обеспечивает повышение быстродействия при сохранении возможности коммутации больших токов за счет того, что на первом этапе перемещают лишь небольшую массу поверхностного слоя жидкого металла, а на втором - замыкание электродов происходит через основную массу жидкого металла, перемещенную в межэлектродный зазор.

(Пример конструктивного воплощения способа). Данный способ может быть реализован в устройстве, имеющем корпус с жидким металлом, электроды и привод. В корпусе находится диафрагма, образующая дно для жидкого металла, выполненная в виде жесткого вкладыша, и размещенного между ним и корпусом эластичного вкладыша. Привод расположен над жестким вкладышем диафрагмы.

Нижняя часть корпуса, размещенная над диафрагмой, может быть выполнена в виде герметичной полости, имеющей канал для соединения с источником пневматического управляющего воздействия.

Наличие жесткого вкладыша позволяет при импульсном воздействии на него со стороны привода обеспечить отрыв поверхностного слоя жидкого металла, в результате чего достигается малая инерционность. Эластичность другого вкладыша позволяет при воздействии на него перемещать массу жидкого металла для увеличения поверхности соприкосновения его с электродами, в результате чего имеется возможность коммутации больших токов.

(Заключительная часть - формула изобретения.)

Формула изобретения. Способ коммутации электрических цепей путем перемещения жидкометаллического контакта относительно электродов, отличающийся тем, что с целью повышения быстродействия отделяют от жидкого металла его поверхностный слой и перемещают его до соприкосновения с электродами, а затем направляют в межэлектродный зазор остальную часть жидкого металла».

Как, вероятно, заметил читатель, в описании изобретения отсутствует раздел - «предполагаемый полезный эффект». Это допускается. Автор изобретения, по-видимому, на момент подачи заявки еще не располагал количественными данными об увеличении быстродействия предложенного способа коммутации. Но из описания следует несомненное уменьшение времени установления контакта, так как переместить поверхностный слой можно значительно быстрей, чем всю массу жидкого металла. Оценить увеличение быстродействия можно по величине отношения всей массы перемещаемого жидкого металла, к массе перемещаемого поверхностного слоя, используемого для контакта в первый момент.

Письмо о термохолодильнике

На предыдущем шаге, при ознакомлении с методикой составления формулы изобретения, мы приводили формулу изобретения «Термоэлектрического холодильника». Теперь целесообразно привести его описание с нашим комментарием, набранным полужирным штрифтом.

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МИКРОХОЛОДИЛЬНИК

(Название изобретения. Объект изобретения - устройства.)

(Область техники и примеры использования.) «Изобретение относится к холодильной технике, а более конкретно - к устройству холодильников, работающих на термоэлектрических элементах и предназначенных для использования в быту, в каютах пассажирских судов, на железнодорожном и автомобильном транспорте.

(Известные аналоги изобретения.) Известны бытовые холодильники с малым объемом холодильной камеры. Они имеют теплоизолированный внутренний корпус (камеру), термобатареи из полупроводников, наружный кожух и радиатор для отвода тепла от горячих спаев термобатареи (см. отчет ВНИХИ № 2193 «Исследование и разработка термоэлектрических холодильных установок», М., 1966).

Ввиду сравнительно невысокой термодинамической эффективности термоэлектрического охлаждения горячие спаи обычно охлаждают с помощью вентиляторов или проточной водой. Использование для охлаждения проточной воды создает неудобства при эксплуатации, а наличие вентилятора, имеющего движущиеся механизмы, ведет к снижению надежности работы холодильника.

Указанные недостатки устранены в бытовых термоэлектрических холодильниках, работающих на полупроводниках, в которых горячие спаи охлаждаются посредством свободной конвекции воздуха.

(Выбранный прототип.) Известный термоэлектрический микрохолодильник (см. патент ФРГ № 1272941 по классу 17а, 20 за 1968 год) имеет холодильную камеру, окруженную с боков и снизу слоем тепловой изоляции, и наружный кожух с двойными стенками, внутренняя из которых примыкает к слою изоляции и верхней кромке холодильной камеры. Между двойными стенками кожуха находится воздух, имеющий свободный вход и выход из пространства между стенками через отверстия, расположенные в верхней и нижней частях кожуха.

Под нижним слоем изоляции находятся днище и полая камера с отверстиями, служащая радиатором холодильника. Элементы термобатареи расположены в боковых стенках холодильника, примыкая к стенке холодильной камеры и внутренней стенке наружного кожуха. Охлаждение горячих спаев термобатареи достигается путем конвекции воздуха между двойными стенками.

(Критика прототипа.) В этом холодильнике наружный кожух и верхняя стенка радиатора непосредственно прилегают к слою изоляции, что создает дополнительные притоки тепла в холодильнук камеру, к тому же температура наружной стенки кожуха обычно выше температуры окружающей среды не менее чем на 10° С.

Приток тепла к холодильной камере приводит к тому, что температуру в ней не удается снизить больше, чем на 13-15°С по сравнению с температурой окружающей среды или же для необходимого снижения температуры приходится увеличивать слой изоляции (за счет снижения доли полезного объема холодильника) и повышать расход электроэнергии на питание термобатареи.

(Цель изобретения.) Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков и повышение как холодопроизводительности, так и экономичности холодильника.

(Сущность изобретения и его отличие от прототипа.) Указанная цель достигается тем, что в известном термоэлектрическом микрохолодильнике, имеющем холодильную камеру, примыкающую к ней термобатарею, слой изоляции, наложенный на стенки холодильной камеры, и наружный кожух с расположенным в его нижней части радиатором, примыкающим к слою изоляции, наружный кожух установлен на некотором расстоянии от слоя изоляции и покрыт снаружи гофрированной оболочкой, а фиксация наружного кожуха относительно радиатора и слоя изоляции осуществляется с помощью фланца и нескольких пружинящих тяг с кольцевой накладкой, опирающейся на слой изоляции.

Устранение непосредственного контакта наружного кожуха со слоем изоляции, достигаемое такой конструкцией, сводит к минимуму приток тепла к холодильной камере, что позволяет повысить холодопроизводительность холодильника и экономит расход электроэнергии на питание термобатареи. Этому же способствует и гофрированная оболочка, охватывающая наружный кожух.

(Пример конкретного выполнения. Пояснение обозначений на чертеже.) На приведенном чертеже изображен общий вид предложенного термоэлектрического микрохолодильника с частичным вырезом его стенки для лучшего показа конструкции.

Микрохолодильник имеет холодильную камеру... (Чертеж мы не приводим и опускаем подробное описание конструкции.)

(Экономическая эффективность.) Наличие конического выступа у радиатора уменьшает переток тепла между горячими и холодными поверхностями в зоне расположения термобатареи.

Устранение непосредственного контакта наружного кожуха со слоем изоляции снижает приток тепла к холодильной камере на 30% по сравнению с известным устройством холодильника, что уменьшает расход электроэнергии на питание термобатареи.

Испытания показали надежность действия микрохолодильника и возможность хранения в нем пищевых продуктов.

В описываемом микрохолодильнике может быть достигнуто снижение температуры до 24° С (в известном холодильнике 13-15° С) по сравнению с температурой окружающей среды при потребляемой мощности не более 12 ватт. Намечен серийный выпуск микрохолодильников».

Приведенный текст описаний и формул изобретений, наверное, несколько утомил читателя, но он нам понадобился для того, чтобы лучше усвоить логическую схему составления описания, показать ее целесообразность и необходимость.

Кроме того, хотелось обратить внимание на различие описаний двух приведенных примеров. Только во втором мы находим количественную оценку реализуемого эффекта (ее весьма желательно иметь в описании изобретения) - воплощение новой идеи позволило снизить температуру до 24 градусов Цельсия, то есть приблизительно на 10 градусов ниже, чем в прототипе.

Теперь переключимся с земных задач на... космические.

Солнце сигналит инопланетянам

Авторы книги одно время обдумывали возможность передачи наших земных сигналов, наших «АУ-У-У», другим цивилизациям не с помощью радиопередатчиков или мощных лазерных источников, а путем использования Солнца в качестве такого источника.

Естественно возникает вопрос: каким образом человек, обитатель планеты, удаленной от светила на 150 миллионов километров, может осуществить столь дерзкий замысел?

Для передачи самой простой информации надо располагать как минимум двумя качествами сигнала: он должен нести утверждение (ДА) и отрицание (НЕТ).

Принципиально в нашем случае могут быть разные пути реализации ДА - НЕТ: наличие излучения и его отсутствие, сильное и ослабленное излучение, излучение то в одном участке спектра, то в другом...

Но все это нам пока не под силу, несмотря на огромные достижения в освоении космоса, в использовании энергии атома и в других областях. С этим нельзя не согласиться. Но для тренировки в составлении описания и прояснения сути дела обратимся к наброскам авторов. Пусть это выглядит пока фантастикой, но все же... (Здесь комментарий также набранный полужирным шрифтом.)

Способ передачи сигналов в дальнем космосе

(Область техники и возможное использование.) Изобретение относится к области передачи сигналов в дальнем космосе, то есть в мире звезд и галактик.

Может быть использовано для передачи наших сигналов другим космическим цивилизациям.

(Аналоги изобретения.) Известен ряд способов передачи сигналов другим цивилизациям, хотя ни один из них пока не привел к установлению землянами контакта. Это радиоизлучение в различных диапазонах частот. Особые надежды возлагаются на так называемый природный стандарт - на частоту излучения водорода (волна 21 см), которую излучает водород, заполняющий просторы Вселенной.

Новые возможности открывает лазерный луч, который может быть сфокусирован в тончайший пучок, пронзающий, как острая шпага, космические просторы.

Наконец, в последнее время была выдвинута идея использования для переноса информации микроорганизмов (вирусов, бактериофагов и др.), в наследственный код которых записывается послание.

(Выбор прототипа.) В качестве прототипа изобретения используем передающее устройство в области радиочастот, которое, по известным расчетам, выглядит при сегодняшнем уровне земной техники наиболее перспективным для передачи сигналов на огромные космические расстояния.

(Недостатки прототипа.) Основной недостаток прототипа связан с тем, что достигнутый уровень максимальной мощности наших передатчиков (миллионы киловатт) недостаточен для эффективного облучения большой сферы вокруг нашей звезды. Диаметр этой сферы для охвата большого числа звезд и, следовательно, получения значительных шансов на установление контакта должен быть порядка сотен, тысяч и более световых лет.

По мере развития земной технологии уровень достигаемой максимальной мощности будет расти, но и это не решит проблемы. Расчеты показывают, что передатчик необходимой мощности, если будут найдены пути его создания, надо будет выносить за пределы больших планет, чтобы не погубить все живое на Земле (см. статью Маковецкого П. В., Петровича Н. Т., Троицкого В. С. «Проблема внеземных цивилизаций - проблема поиска». - В кн.: Проблема поиска внеземных цивилизаций. М., Наука, 1981, с. 83-95).

(Сущность изобретения и его отличие от прототипа.) В связи с изложенным и возникает идея использовать уже готовый сверхмощный источник излучения, охватывающий как оптический диапазон, так и заметную часть радиодиапазона. Это наше светило - Солнце. Модуляция солнечного излучения осуществляется следующим образом. С Земли стартует мощная ракета (или группа ракет), которая, преодолев земное тяготение, становится сдутником Солнца, то есть выходит на гелиоцентрическую орбиту. Ракета несет полезный груз - большой запас легко распыляемого непрозрачного вещества. По команде с Земли или автономно ракета, взрываясь, распыляет вещество и создает малопрозрачное облако, которое должно несколько ослабить излучение звезды в направлении Солнце > Облако. Если это затемнение составит величину, которую телескопы и радиотелескопы инопланетян смогут зарегистрировать, то сигнал будет принят. С течением времени это облако рассеется, и можно посылать следующий сигнал. Таким образом, при заметном затемнении можно вести медленную передачу типа ДА - НЕТ. ДА - затемнение, НЕТ - отсутствие затемнения. Периодичность следования посылок в этой «азбуке» будет зависеть от времени рассеивания создаваемого облака, требует экспериментальной проверки и измеряется, вероятно, десятками дней или даже месяцев.

В качестве примера конкретного применения...

Применение изобретения для посылки сигналов при затеинении Солнца

И тут авторы споткнулись... Затмить Солнце даже на доли или единицы процента его излучения оказалось сверхграндиозной задачей для наших скромных земных возможностей как по средствам доставки гигантского количества распыляемого вещества к светилу, так и по его добыче из недр нашей или соседних с нами планет.

Однако идея использования дарового источника для сигнализации этим таинственным и волнующим нас инопланетянам продолжает сверлить сознание. Может быть, создание гигантских антенн на гелиоцентрических орбитах диаметром в сотни километров, которые концентрируют энергию Солнца в остронаправленный луч и управляются с Земли, поможет в будущем решить эту задачу. Тем более что сооружения такого типа могут быть использованы для подачи дополнительной солнечной энергии на Землю. Когда лежишь на пляже в знойный день и лучи светила буквально прижимают тебя к песку, то кажется, что вся солнечная энергия отдается нашей планете. Но ведь Солнце облучает всю окружающую его сферу, в которой находится малюсенькая горошина - Земля. И этой горошине достается только половина от одной миллиардной части всего излучения Солнца. И наступит время, когда обитатели этой «горошины» не удовлетворятся таким скудным пайком и захотят уловить немного больше этой гигантской энергии, бесполезно уходящей в глубины Вселенной.

Один из путей - сооружение огромных антенн, собирающих в свою чашу лучистую энергию Солнца и посылающих ее по узкому радиолучу на Землю. А может ли радиолуч, профессия которого - перенос информации, транспортировать энергию?

Вполне. Первые опыты по передаче по радио мощности в 30 киловатт подтверждают это.

Говоря о более полном использовании энергии нашей звезды, нельзя не вспомнить о так называемой «сфере Дайсона». Это смелый проект американского профессора Ф. Дайсона, по которому, разобрав одну из планет нашей системы, например Марс, на стержни, можно из них соорудить гигантскую решетчатую сферу вокруг Солнца и стать хозяином всей или значительной части энергии, излучаемой нашим светилом.

Диаметр этой сферы должен быть огромным - порядка диаметра орбиты Земли. В этой рукотворной сфере можно создать богатую биосферу и существовать роду человеческому, не зная энергетических кризисов, не боясь, что источник энергии вскоре иссякнет.

Любопытнейшей особенностью «сферы Дайсона» является ее сильное излучение в инфракрасном диапазоне волн. Она как бы сама о себе сигналит. Поиск таких астрономических объектов идет. Ряд звезд с таким излучением обнаружен и взят под особое наблюдение. А вдруг это звезды, заключенные в сферы?

На этом мы заканчиваем знакомство с составлением описания изобретения. Надеемся, что приведенный материал поможет читателю в составлении своей первой, самой трудной авторской заявки на изобретение.

При этом надо помнить, что окончательная отработка как описания, так и формулы изобретения производится квалифицированными экспертами нашей патентной службы, которые снимут неизбежные шероховатости и отклонения от принятых норм. Но об этом - в нашем следующем, завершающем шаге.