專利名稱：降低船的船體阻力的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明基本上涉及氣泡特別是微氣泡的生成，以降低船的船體阻力。
背景技術(shù)：
通常，需要降低船的船體的摩擦阻力，也稱為阻力，因為這可以增加船的操作速度和/或減少燃料消耗。JP10119875A公開了通過以下方法降低船的摩擦阻力的系統(tǒng)通過在安裝在船體的球形船頭表面上的腔體上形成排放噴嘴以及通過從排放噴嘴由氣壓供給設(shè)備將供給的氣壓噴射至腔體，從而氣泡和空氣層介入至保持與水下表面接觸的邊界層。排放噴嘴由腔體的前板構(gòu)成，腔體的前板具有多個孔。氣壓由孔噴入水中從而以氣泡沿著流線傳播并且覆蓋水下表面的這個方式，在排放噴嘴外面生成大量氣泡，從而降低摩擦。GB2429435A公開了具有空氣潤滑設(shè)備的船體，空氣潤滑設(shè)備包括空氣泵，空氣泵用于將壓縮空氣供給至與船體和龍骨的外部附接的有孔薄膜，或者供給至與船的龍骨和船體附接或者安裝在船的船體內(nèi)的空氣管道系統(tǒng)。JP10175587A公開了一種方法，其中，將小空氣氣泡供給至邊界層從而降低船體的摩擦阻力的生成。將氣泡吹到有孔板的外面，在有孔板中，大量的小出口以給定的斜度形成。CN2652812Y公開了一種用于降低阻力的微氣泡生成器，微氣泡生成器包括腔體、連接管道、壓縮空氣動力機以及帶孔硅鋼片。但是，盡管上文中現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)公開了通過氣泡生成器的設(shè)備生成氣泡，其中氣泡生成器可以與船的船體配合，但是提供一種用于生成微氣泡以在不同的操作條件下例如不同速度、水溫、氣流等等以有效地降低船的船體的阻力或摩擦阻力的方法仍然是一個問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種用于生成氣泡以降低船的船體阻力的設(shè)備，其中，氣泡生成裝置可以與船體的外表面附接，并且其中，設(shè)備包括用于生成具有恰當定義的所生成氣泡的氣泡尺寸的氣泡的微流體裝置。在圍繞船體的水的邊界層即船體與周圍的水之間的結(jié)合處中形成氣泡。所生成氣泡的氣泡尺寸可以由微流體裝置進行控制，例如通過控制氣泡形成流體的流動來進行控制，由此提供氣泡尺寸的有效控制，該氣泡尺寸的有效控制甚至在不同的操作條件下又允許有效并且可控地降低阻力。通常，微流體裝置允許流體的精確控制和操作，其中，流體在幾何學上限制為小的通常為亞毫米級。通常，微流體裝置可以包括提供至少一個流體路徑的裝置，液體路徑具有小于3毫米、例如小于I毫米、例如小于500微米、例如在100納米與500微米之間的橫向尺寸。在微觀尺度的流體行為可以在諸如表面張力、能量損耗以及流體阻力控制系統(tǒng)的方面與宏觀流體的行為不同。在小規(guī)模上，其中，通道直徑為約100納米至幾百微米，包括流體的動量影響和粘度影響的雷諾數(shù)可以變得非常小。這導致了流體可以在傳統(tǒng)意義上不混合；并且在流體之間的分子運輸可以通過擴散。術(shù)語微流體裝置指代用于經(jīng)由微編織通道操縱連續(xù)的流體流動的任何適當微流體結(jié)構(gòu)。流體流動的激發(fā)可以通過外部壓力源、外部機械泵、整體的機械微型泵、或者通過毛細作用力和電動機械的結(jié)合進行實施。生成的氣泡可以是微氣泡，即具有小于I毫米、例如小于200微米、例如小于150微米、例如小于100微米、例如小于50微米的直徑的氣泡，由此在保持足夠的浮力的同時提供有效的阻力降低。通過適配生成的氣泡尺寸，可以提高阻力的降低并且適合于不同的操作條件。微氣泡可以通過控制諸如空氣或者其它適當氣體或者氣體的混合物或者甚至液體的氣泡形成流體的流動或者供給所生成。術(shù)語氣泡形成流體為了指代任何適當?shù)牧黧w，例如液體、氣體或者氣體例如空氣的混合物，所述空氣當釋放到圍繞著船的船體的水中時形成氣泡。在一些實施方式中，設(shè)備包括多組微流體裝置，其中每組的微流體裝置適合于以相應的預定頻率生成氣泡，而且其中，設(shè)備包括流動選擇器，流動選擇器用于將氣泡形成流體的供給流動選擇性地引導至微流體裝置中的一組微流體裝置或者具有不同頻率的幾組微流體裝置。在一些實施方式中，微流體裝置適合于通過提供流動隨時間例如周期性地變化的氣泡形成流體的可控的流動以生成可控的氣泡尺寸的氣泡。例如，微流體裝置可以適合于生成周期性變化的流動。適當?shù)奈⒘黧w裝置的示例包括微流體振蕩器、微流體振蕩觸發(fā)器、微流體放大器、微流體轉(zhuǎn)換器、和/或它們的結(jié)合。例如，生成的氣泡的尺寸和/或頻率可以通過選擇和/或控制周期性變化的流動的頻率例如生成的氣泡的生成頻率進行控制。因此，微流體裝置可以包括可控的流體放大器和/或可控的流體振蕩器和/或可控的流體轉(zhuǎn)換器。進一步的優(yōu)勢在于提供生成的氣泡流的可控的頻率，因為它允許選擇和/或控制氣泡的頻率從而控制相鄰氣泡之間的距離并且由此減少或者甚至將生成的氣泡的結(jié)合限制到最小。在一些實施方式中，設(shè)備是可改型翻新的裝置，所述可改型翻新的裝置可裝配至現(xiàn)有的船。設(shè)備可以例如適合于在干枯的碼頭處的船，從而允許與設(shè)備附接的表面被適當?shù)厍謇砗蜏蕚?。設(shè)備甚至可以通過諸如焊接、環(huán)氧粘合劑等適當?shù)乃陆Y(jié)合技術(shù)裝配在水下。通常，設(shè)備可以通過諸如焊接、粘合劑、環(huán)氧樹脂粘合；雙成分的環(huán)氧樹脂結(jié)合，通過諸如永磁體等磁體裝置或者它們的結(jié)合之類的任何適當?shù)母浇友b置與船體的外表面例如船的底部和/或側(cè)壁附接。設(shè)備可以包括多個排放噴嘴或者用于生成的氣泡的其它適當排放口，例如氣泡形成流體以氣泡的形式排出的噴嘴。一個或者更多個微流體裝置中的每一個可以與一個或者更多個排放噴嘴流體連通。噴嘴可以具有用于特定船體和/或所需的氣泡尺寸和/或形式的設(shè)計和布置。可以例如通過涂有諸如聚四氟乙烯涂層的親水涂層或者疏水涂層覆蓋用于生成的氣泡的出口以促進流動從微流體裝置中流出。設(shè)備還可以包括用于將氣泡形成流體供給至微流體裝置的一個或者更多個供給通道。因此，設(shè)備可以包括用于將諸如氣泡形成流體的流體的控制流動提供至微流體裝置從而控制微流體裝置的操作參數(shù)的一個或者更多個控制通道。在一個實施方式中，設(shè)備形成為可以與船的船體的外表面附接的一個或多個帶和/或片和/或板。板或者帶的形狀可以適合于與一個或者更多個特定船體形狀和尺寸匹配。設(shè)備可以由諸如鐵的金屬、聚合物、塑料、硅樹脂、聚二甲基硅氧烷、復合材料等和/或它們的結(jié)合。設(shè)備可以具有小于20毫米、例如小于10毫米、例如小于7毫米、例如小于5毫米、例如小于3毫米、例如小于2毫米、小于I毫米或者甚至小于約O. 5毫米的厚度(即垂直于船的船體的外表面的尺寸)，由此降低設(shè)備生成的額外阻力。設(shè)備的外表面和/或噴嘴的內(nèi)表面以及甚至微流體裝置和/或通道的內(nèi)表面可以涂有適當?shù)目刮廴窘橘|(zhì)或者包括抗污染介質(zhì)的其它物質(zhì)。設(shè)備可以形成分層結(jié)構(gòu)，例如具有基礎(chǔ)層、一個或者更多個中間層以及覆蓋層。層中的一個或者更多個可以包括例如設(shè)置在層的表面、形成微流體裝置的微型結(jié)構(gòu)。每個微流體裝置可以設(shè)置在單層中或者由不同層的微觀特征的結(jié)合構(gòu)成?；A(chǔ)層可以提供可與船體附接并且支持中間層的支持面。基礎(chǔ)層可以例如由金屬制成，例如可以與船的船體結(jié)合的鐵，例如通過焊接、通過適當?shù)恼澈蟿?、磁體等的設(shè)備。中間層和/或其它層可以由可以構(gòu)成微流體結(jié)構(gòu)的適當材料制成。適當材料的示例包括聚合物、塑料、硅樹脂、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、諸如不銹鋼等的金屬或者它們的結(jié)合。微流體結(jié)構(gòu)可以通過任一適當?shù)倪^程形成在層中的一個或者更多個中，用于例如通過適當?shù)目涛g過程生成微流體結(jié)構(gòu)。層中的一個或者更多個還可以包括一個或者更多個通道等等，通道用于供給氣泡形成流體、用于將氣泡形成流體供給至排放噴嘴等等。排放噴嘴可以在覆蓋層中形成?？梢蕴娲兀瑖娮炜梢栽O(shè)置在中間層中，例如在中間層的邊緣。設(shè)備可以與空氣壓縮機或者用于供給氣泡形成流體的其它流體供給設(shè)備連接。類似地，設(shè)備可以與用于控制設(shè)備的操作的控制單元連接。本發(fā)明公開了一種用于生成流體氣泡以降低在船的船體上的阻力的設(shè)備，其中，氣泡生成裝置可以與船體的外表面附接，并且其中，設(shè)備包括用于控制生成氣泡的氣泡尺寸的一個或者更多個微流體裝置，并且其中，至少一個微流體裝置包括-入口，入口用于供應流體的流動；-第一通道，第一通道包括用于生成流體的氣泡以降低在船的船體上的阻力的第一噴嘴，所述第一通道通過中央腔與所述入口流體連通；-第一控制通道，第一控制通道包括第一控制入口，第一控制入口構(gòu)造為控制通過所述第一噴嘴的流動，所述第一控制入口通過所述中央腔與所述入口和所述第一通道流體連通。因此，柔性的和簡單的系統(tǒng)設(shè)置為可以生產(chǎn)變化尺寸的微氣泡。通過使用用于控制氣泡尺寸的控制通道，可以使用不具有直接地復雜流動控制功能的諸如簡單壓縮機之類的簡單中央流體源。進氣口、第一噴嘴和/或第一控制入口的橫截面可以具有小于3毫米、例如小于I毫米、例如小于500微米、例如在100納米與500微米之間的最大寬度。在一些實施方式中，至少一個微流體裝置還包括-第二通道，第二通道包括用于生成流體的氣泡以降低在船的船體上的阻力的第二噴嘴，所述第二通道通過所述中央腔與所述入口和所述第一控制入口流體連通，并且其中，所述第一控制入口還構(gòu)造為控制通過所述第二噴嘴的流動。因此，流動可以在第一噴嘴和第二噴嘴之間周期性地變換。這可以使用通過改變流動在第一噴嘴和第二噴嘴之間改變的頻率以控制生成的微氣泡的尺寸，例如在一些情況下，通過增加頻率生成較小的微氣泡并且通過降低頻率生成較大的微氣泡。第二噴嘴的橫截面可以具有小于3毫米、例如小于I毫米、例如小于500微米、例如在100納米和500微米之間的最大寬度。在一些實施方式中，至少一個微流體裝置構(gòu)造為通過將第一控制流經(jīng)由所述第一控制入口供入所述中央腔以提高從所述入口至所述第一噴嘴的總流動阻力。因此，通過第一通道的流動可以暫時地降低。這可以使用以控制生成的微氣泡的尺寸。第一控制流動可以是瞬時的，例如第一控制流動可以具有不超過10秒、5秒、2秒、I秒、200毫秒、100毫秒、50毫秒、25毫秒或者10毫秒的時間長度。第一控制流動可以具有基本上低于通過入口的平均流速的平均流速。第一控制流動可以具有相應地低于通過入口的平均流速的50%、25%、15%或者10%的平均流速。當微流體裝置包括單通道和多個通道時，第一控制流動可以增加從所述入口至所述第一噴嘴的總流動阻力。第一控制流動可以通過增加中央腔中的渦流來增加流動阻力。流動阻力可以增加至少so^uoo^joo^、5000%或者無窮。第一控制流動可以以某頻率周期性地重復，由此通過第一噴嘴的流動可以周期性地大幅降低例如周期性地停止。第一控制流動重復的頻率可以決定生成的微氣泡的尺寸，例如在一些情況下，通過增加頻率生成較小的微氣泡，通過降低頻率生成較大的微氣泡。在一些實施方式中，至少一個微流體裝置構(gòu)造為通過將流經(jīng)所述第一控制入口的第一控制流動供入所述中央腔以將流經(jīng)所述第一通道的流動改變至所述第二通道，由此原本要流經(jīng)所述第一通道的流動的至少50%、60%、80%、95%、99%或者100%被重新引導以流經(jīng)所述第二通道。第一控制流動可以是瞬時的，例如第一控制流動可以具有不超過10秒、5秒、2秒、I秒、200毫秒、100毫秒、50毫秒、25毫秒、或者10毫秒的時間長度。第一控制流動可以具有基本上低于通過入口的平均流速的平均流速。第一控制流動可以具有相應地低于通過入口的平均流速的50%、25%、15%或者10%的平均流速。第一控制流動可以以某頻率周期性地重復生成第一控制流動信號。在一些實施方式中，所述至少一個微流體裝置還包括:-第二通道，第二通道包括用于控制通過所述第一噴嘴和所述第二噴嘴的流動的第二控制入口，所述第二控制入口通過所述中央腔與所述入口、所述第一通道、所述第二通道以及所述第一控制入口流體連通。第二控制入口的橫截面可以具有小于3毫米、例如小于I毫米、例如小于500微米、例如在100納米與500微米之間的最大寬度。在一些實施方式中 ，至少一個微流體裝置構(gòu)造為通過將經(jīng)由所述第二控制入口的第二控制流動供入所述中央腔以將流經(jīng)所述第二通道的流動改變至所述第二通道，由此原本要流經(jīng)所述第二通道的流動的至少50%、60%、80%、95%、99%或者100%被重新引導以流經(jīng)所述第二通道。第二控制流動可以瞬時的，例如第二控制流動可以具有不超過10秒、5秒、2秒、I秒、200毫秒、100毫秒、50毫秒、25毫秒、或者10毫秒的時間長度。第二控制流動可以具有基本上低于通過入口的平均流速的平均流速。第一控制流動可以具有相應地低于通過入口的平均流速的50%、25%、15%或者10%的平均流速。第二控制流動可以以某頻率周期性地重復生成第二控制流動信號。第一控制流動和第二控制流動可以以同步的方式進行重復。第一控制流動信號可以具有與第二控制流動信號相同的頻率。第一控制流動信號可以相對于第二控制流信號移相180度。這可以用于通過改變第一控制流動信號和第二控制流動信號的頻率來控制生成的微氣泡的尺寸。流動可以在第一噴嘴和第二噴嘴之間或快或慢地變化，從而生成較大或者較小的微氣泡，例如，在一些情況下，通過增加頻率生成較小的微氣泡，并且通過降低頻率生成較大的微氣泡。在一些實施方式中，所述至少一個微流體裝置還包括反饋通道，反饋通道與所述第一控制通道和所述第二控制通道連接，由此，所述第一控制出口和所述第二控制出口直接流體連通。因此，可以在不需要控制流動生成系統(tǒng)的情況下生成控制流動。在一些實施方式中，第一控制通道和/或第二控制通道與控制系統(tǒng)流體連通，控制系統(tǒng)構(gòu)造成生成經(jīng)過第一控制通道和/或第二控制通道的控制流動?？刂葡到y(tǒng)可以由處理單元所控制，處理單元可以生成適當?shù)目刂屏鲃有盘枴？刂葡到y(tǒng)可以平行地與多個微流體裝置耦合?？刂葡到y(tǒng)可以人工地控制或者可以包括計算程序，計算程序可以自動地生成控制流動信號，控制流動信號適合于船的環(huán)境條件，例如，水流速(船速)、水溫、或者影響微氣泡在降低阻力方面的作用的其它水參數(shù)?？刂葡到y(tǒng)可以包括流體生成裝置，例如壓縮機、泵或者用于生成控制流動的其它適當?shù)难b置。在一些實施方式中，裝置包括如上文指定的多個微流體裝置。裝置可以包括至少10、20、40、70、100、200或者2000個微流體裝置。本發(fā)明涉及不同方面，其包括上文和下文中描述的裝置以及相應的方法、裝置、用法和/或產(chǎn)品裝置，其中，每個都生成與提到的第一方面相關(guān)地描述的一個或者更多個好處和優(yōu)勢，每個都具有與提到的第一方面相關(guān)地描述的和/或隨附的權(quán)利要求中公開的實施方式對應的一個或者更多個實施方式。特別地，文中公開了用于包括文中公開的氣泡生成設(shè)備船的船體。船體的實施方式可以包括具有微流體器件的裝置，其中，裝置具有與流體源例如諸如壓縮氣體之類的氣體連接的多個開口，所述多個開口設(shè)置為使得流體可以通過所述開口噴出，從而在圍繞著船體表面的水的邊界層中形成氣泡，其中，流體振蕩器或者流體放大器連接于在所述流體源與所述多個開口中的每個開口之間，所述流體振蕩器或者流體放大器中的每個是可控的從而使得從開口噴出氣泡的氣泡尺寸可以變化。文中進一步公開了包括微流體器件的裝置的用途，所述裝置適合于與船的船體外部附接以生成用于降低船體阻力的微氣泡。


本發(fā)明的上述和/或附加的目標、特征和優(yōu)勢將由本發(fā)明的實施方式的下列的說明性的且非限制性的具體描述進一步闡明，參照附圖，其中圖1示意性地示出了包括氣泡生成設(shè)備的船。圖2示意性地示出了氣泡生成設(shè)備。圖3示意性地說明了交替地供給兩個噴嘴的微流體振蕩器。圖4示意性地說明了交替地供給兩組噴嘴的微流體振蕩器。圖5示意性地說明了包括多組微流體振蕩器的設(shè)備的實施方式。圖6示意性地說明了氣泡生成設(shè)備的另一實施方式。圖7示意性地說明了氣泡生成設(shè)備的橫截面圖。圖8示出了設(shè)備的另一示例，設(shè)備包括諸如微流體振蕩器的多臺微流體裝置。圖9a示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式的微流體裝置。圖9b示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式的微流體裝置。
具體實施例方式在下文描述中，參考附圖，通過舉例說明示出了可以如何實施本發(fā)明。圖1示意性地示出了包括氣泡生成設(shè)備的船?？傮w標示為100的船包括船體101,船體101具有與它附接的如文中描述的一個或者更多個氣泡生成設(shè)備102。每個氣泡生成設(shè)備102經(jīng)由供給管道106與壓縮機105連接，壓縮機105用于經(jīng)由供給管道106向氣泡生成設(shè)備102供給壓縮空氣。例如，壓縮機可以吸入環(huán)境空氣并且將環(huán)境空氣壓縮，并且可選地少量增加助流劑。盡管圖1中的壓縮機示出定位于船的后部，但是可以理解，壓縮機可以定位于船上的任何適當位置并且/或者空氣進氣通路指向任何適當?shù)姆较?。氣泡生成設(shè)備包括排放噴嘴103，壓縮空氣從排放噴嘴103釋放從而在圍繞船體的水的邊界層中形成微氣泡107。在圖1的示例中，多個氣泡生成設(shè)備102位于沿著船的船體的長度分布的對應的位置。每個設(shè)備從最接近龍骨的位置向上沿著船體延伸。每個設(shè)備102生成相對應的微氣泡流107，在船經(jīng)由水的運動過程中，相對應的微氣泡流107從排放噴嘴103向后和向上延伸?？梢岳斫?，在不同的實施方式中，設(shè)備的數(shù)量和位置可以變化。例如，在一些實施方式中，例如位于船的船體的前部的單個設(shè)備可以滿足需求，但在其它實施方式中，兩個、三個或者更多個設(shè)備可以沿著船的船體的長度進行分布。對于每個船，設(shè)備的最佳數(shù)量和位置可以通過模型和/或流動模擬和/或試錯法所決定。當將小氣泡吹過噴嘴的孔時，這不足以使孔盡可能地小以生成微米級的氣泡。這原因包括存在潤濕力，潤濕力將生長的氣泡附接至形成孔邊緣的固體表面。除非，擾亂這錨定力，否則氣泡將會一直生長直到與氣泡的體積成比例的氣泡浮力超過氣泡上的基本上與氣泡的接觸周界成比例的錨定約束為止，然后由此破碎。在這低壓偏移的情況中，力平衡通常使在尺寸上數(shù)量級大于孔直徑的氣泡破裂。另外，固體表面的潤濕性質(zhì)是重要的。如果氣泡接觸表面的區(qū)域大于孔周界，例如如果固體表面是憎水的，那么生長的氣泡的氣相將在更寬區(qū)域上的固體表面上形成第二錨定力，從而增加了浮力并且由此增加了需要克服它的氣泡體積。如果所述表面是親水的，那么不存在此吸引力。與從小孔生成氣泡相關(guān)聯(lián)的第二難點是氣泡尺寸的多分散性和在導致氣泡云快速合并的氣泡之間的間隔的不規(guī)則性。即使形成小氣泡，合并也可以快速地減少益處。
與從小孔生成氣泡相關(guān)聯(lián)的第三難點涉及在孔的噴嘴邊緣中形成通道或者經(jīng)由有孔的陶瓷材料形成通道。形成的最大氣泡提供具有最小阻力的路徑，從而在噴嘴邊緣或者有孔的陶瓷材料中的平行滲透過程中抵靠著所有其它氣泡優(yōu)先地生長。在本文公開的氣泡生成設(shè)備102的實施方式中，氣泡尺寸由微流體裝置所控制，微流體裝置避免了上述難點中的至少幾個。圖2示意性地示出氣泡生成設(shè)備的截面圖。圖2a示出了該設(shè)備在水平面上的截面圖。在船向前運動過程中，水相對于船的船體的流動方向由箭頭220所說明。如圖2所示，設(shè)備202是分層結(jié)構(gòu)，該分層結(jié)構(gòu)具有基礎(chǔ)層213，基礎(chǔ)層213的支持面通過結(jié)合層218與船的船體201的外表面結(jié)合。另外，分層結(jié)構(gòu)202可以包括兩個或者更多個附加層211和212，附加層211和212通過適當?shù)慕Y(jié)合技術(shù)夾在一起。例如，設(shè)備的層可以是由不銹鋼或者諸如塑料之類的一種或者更多種適當材料制成的帶或者板/片，帶或者板/片可以與船的船體固定。層211、212、213可以被焊接在一起和/或通過諸如環(huán)氧樹脂基材料之類的適當附著劑粘合到一起?；A(chǔ)層可以通過焊接、諸如環(huán)氧樹脂基膠黏劑之類的適當膠黏劑、磁體等等與船的船體結(jié)合。設(shè)備202包括中間層212，一個或者更多個諸如微流體振蕩器之類的微流體裝置215通過適當?shù)奈g刻方法嵌入到中間層212中。例如，流體裝置215可以被表面銑磨或者化學/靜電刻蝕進入不銹鋼帶中。圖2b示出了通過示出成一行設(shè)置的兩個微流體裝置的中間層212的一部分的豎直面的截面圖。可以理解，中間層可以包括超過兩個流體裝置，所述流體裝置成一行或者多行設(shè)置，例如幾百或者甚至幾千的此裝置以并排的構(gòu)造設(shè)置為形成一行或者多行。通常，一行或者多行的微流體裝置215可以從水平面下面的位置向下朝著船的龍骨設(shè)置。每個微流體裝置215經(jīng)由管道214與供給通道206連接，供給通道206將壓縮空氣供給進入微流體裝置215中。每個微流體裝置具有兩個輸出口或者通道216和217，兩個輸出口或者通道216和217將微流體裝置215輸出的空氣分別地供給至排放噴嘴203和204中。中間層212被覆蓋層211所覆蓋。覆蓋層可以具有凸起外表面，對應的層的后緣和前緣可以傾斜，從而提供具有完全翼形形式的設(shè)備。在圖2的示例中，設(shè)備包括單一的中間層212，中間層212包括單行的微流體裝置。在可替代的實施方式中，設(shè)備可以包括多個中間層，例如夾在基礎(chǔ)層213與覆蓋層211之間的所有中間層。例如，微流體裝置的不同部分可以刻蝕或者銑磨進入相應的多個層的表面中，相應的多個層可以隨后相互對齊并且相互結(jié)合從而形成微流體裝置?？商娲幕蛘吒郊拥?，每個中間層可以包括相應行的微流體裝置，相應行的微流體裝置通過相應的供給管道被供給有壓縮空氣，并且相應行的微流體裝置包括相應行的排放噴嘴。因此，排放噴嘴的數(shù)量可以增加，并且/或者用于生成不同氣泡尺寸的多行噴嘴可以通過插入帶有微流體裝置的一個或者更多個附加層而構(gòu)造。此外，基礎(chǔ)層和/或覆蓋層還可以包括微流體裝置和/或微流體裝置的部分。在圖2的示例中，噴嘴被示出為位于設(shè)備的后緣，從而面對船的船尾。但是，可以理解，可替代地或者附加地，微流體裝置可以設(shè)置為它們的噴嘴位于前緣處和/或在帶的中心區(qū)中。圖3示意性地說明了分別交替地供給兩個噴嘴303和304的微流體振蕩器315。由于振蕩器的基本上平坦的設(shè)置，振蕩器可以設(shè)置在分層結(jié)構(gòu)的一個或者更多個層中，例如設(shè)置在圖2的中間層212中。微流體振蕩器315包括入口 314，入口 314可與用于加壓空氣或者其它適當氣泡形成流體的供給通道連接；噴射形成通道319供給至分開的通道，分開的通道包括一對支路通道316和317，支路通道316和317中的每個以對應的出口 303和304中對應的一個為末端。出口可以形成相對應的輸出噴嘴或者與輸出噴嘴連接，在輸出噴嘴處，氣泡形成流體離開至周圍的水中，從而形成氣泡。振蕩器還包括控制通道321a和321b，控制通道321b與振蕩器的相互作用區(qū)322的相對側(cè)向(相對于流動方向)出口連接，并且處于噴氣形成通道319的下游以及這對支路通道的上游。在圖3的示例中，控制通道321a和321b經(jīng)由反饋回路321c相互流體連通。在使用中，壓縮空氣從諸如圖2的供給通道206之類的供給通道引入至入口 314中。在一些實施方式中，噴氣形成通道319的截面尺寸可以沿著下游方向而降低，由此造成噴射流的速度增加。當氣流通過相互作用區(qū)322時，該氣流導致在控制通道321a和321b中的控制流體中的振蕩壓力波的形成?？刂屏黧w可以是液體或者諸如空氣之類的氣體。振蕩壓力波迫使噴射流進入支路通道316和317中的一個中。由于控制流體中的壓力波經(jīng)由反饋回路321c來回振蕩，噴射在兩支路通道之間交替地轉(zhuǎn)換，由此在支路通道中的每一個中造成空氣流動的振蕩脈沖。當脈沖到達由出口 303和304形成的或者與出氣口 303和304連接的輸出噴嘴中的一個時，氣泡生成。氣泡生長由振蕩脈沖的時間段所限制，由此被振蕩器315的振蕩頻率所限制。特別地，當氣泡小于經(jīng)由相同尺寸的輸出噴嘴的恒定空氣流動所生成的氣泡時，氣泡生長可能停止。另外，因為在每個支路通道中的脈沖以相對的相位差振蕩，所以氣泡從輸出噴嘴303和304中交替地生成，由此提高了相鄰噴嘴形成的氣泡的分離效果。因為控制通道被連接以形成反饋回路，所以不需要額外的控制供給通道。振蕩脈沖的頻率可以選擇甚至以諸如通過改變反饋回路的長度之類的多種方式進行改變?？梢岳斫猓诳商娲鷮嵤┓绞街?，控制通道321a和321b除了通過反饋回路相互連接或者替代地通過反饋回路相互連接之外，可以與各自的控制供給通道連接。在本實施方式中，控制供給通道可以與一個或者更多個脈沖壓力源連接，例如與下文的圖7相關(guān)描述的聲源連接。因此，微流體裝置如放大器一樣工作，在放大器中，脈沖壓力波應用于控制通道321a和321b，控制通道321a和321b又造成支路通道中空氣流動的振蕩脈沖。通過控制脈沖壓力源的頻率，可以控制生成氣泡的尺寸?？梢赃M一步理解，可以利用用于生成壓縮空氣的振蕩脈沖的微流體裝置的可替代實施方式，例如，美國專利號5，524，660中公開的霧化液體的內(nèi)容。通過提供形成在分層結(jié)構(gòu)的板、片或者其它層中的微流體裝置，氣泡生成設(shè)備可以實施為相對平的結(jié)構(gòu)，由此在不過度增加阻力的情況下，允許將設(shè)備固定至船的船體上。例如，圖2的分層結(jié)構(gòu)的總厚度可以小于20mm、例如小于10mm、例如在5至7mm之間或者甚
至更小。在一些實施方式中，圍繞排放噴嘴303和304的表面和/或至少接近排放噴嘴的支路通道的內(nèi)表面的至少一部分可以涂有適當涂層，例如疏水涂層、親水涂層、聚四氟乙烯涂層等等，以促進氣泡釋放。圖4示意性地說明了向兩組噴嘴403和404分別交替地供給的微流體振蕩器415。因此，每個振蕩器或者其它微流體裝置可以分別向?qū)膰娮炜诠┙o，由此增加排放噴嘴的數(shù)量。
通常，在一些實施方式中，微流體裝置的頻率通過以下方式可控例如通過控制應用于如上文描述的微流體放大器的控制通道的壓力脈沖的頻率可控；或者通過將一個或者更多個微流體振蕩器與其它微流體裝置例如微流體放大器聯(lián)合可控，其中所述微流體放大器構(gòu)造為改變進入微流體振蕩器的壓縮空氣流的壓力；和/或通過改變參數(shù)可控，所述參數(shù)例如為進入微流體振蕩器的壓縮空氣的壓力和/或溫度和/或反饋回路中的控制流體的壓力和/或溫度。例如，電熱絲可以嵌入分層結(jié)構(gòu)用于控制控制流體的溫度?？商娲模O(shè)備可以包括兩組或者更多組諸如微流體振蕩器之類的微流體裝置，每組適合于在不同頻率下工作，由此生成不同尺寸的氣泡。圖5中說明的是，設(shè)備包括分別標示為515a、515b和515c的三組微流體振蕩器，每組微流體裝置通過對應的供給通道506a、506b和506c進行供給。每組的微流體振蕩器具有共同振蕩頻率，但是不同組的微流體振蕩器具有例如由它對應的反饋回路的長度所限定的不同的頻率。因此，通過將空氣選擇性地供入微流體裝置中的一組，可以生成不同尺寸的氣泡。圖5的設(shè)備與圖2中示出的設(shè)備相類似的是，分層結(jié)構(gòu)包括如結(jié)合圖2描述的基礎(chǔ)層213和附加的兩個層212和211?；A(chǔ)層213安裝至船的船體201的外表面上。中間層212包括多個微流體裝置515a和515c以及相應的供給通道506a和506c，并且中間層212夾于基礎(chǔ)層312與覆蓋層211之間。在圖5的實施方式中，覆蓋層211也進行構(gòu)造，并且包括另一組微流體裝置515b和供給通道506b。例如，微流體裝置515a和515c可以設(shè)置在中間層的面對覆蓋層的表面處，微流體裝置515b可以設(shè)置在覆蓋層的面對中間層的表面處。每組微流體裝置的微流體裝置以并排構(gòu)型進行設(shè)置，使得它們的輸出噴嘴以相應行進行設(shè)置。在圖5b中，示出的設(shè)備的一部分包括成行的三個微流體裝置?？梢岳斫猓O(shè)備可以包括以相應行進行設(shè)置的多個裝置。在圖5的實施方式中，微流體裝置515a的輸出噴嘴503a和504a設(shè)置在設(shè)備的后緣處；微流體裝置515b的輸出噴嘴503b和504b沿著設(shè)備的中線設(shè)置；微流體裝置515c的輸出噴嘴503c和504c設(shè)置在設(shè)備的前緣。圖6示意性地示出了氣泡生成設(shè)備的另一個實施方式。圖6a示意性地示出了氣泡生成設(shè)備的截面圖。圖6的設(shè)備類似于圖2中示出的實施方式，其包括基礎(chǔ)層213、中間層212和覆蓋層211。圖6b至d示出了對應層的部分俯視圖。所示出的部分包括單一微流體振蕩器；但是，應當理解，設(shè)備可以包括并排構(gòu)型設(shè)置的多個這種振蕩器。特別地，圖6b示出了基礎(chǔ)層的部分俯視圖，即面對中間層的表面；圖6c示出了中間層212的部分俯視圖；然而圖6d示出了覆蓋層211的部分仰視圖，即示出了面對中間層的表面。在圖6的示例中，設(shè)備包括與供給通道連接的多個微流體裝置615。所有的三層結(jié)構(gòu)被構(gòu)成并且包括供給通道和/或微流體裝置615的相應部分。基礎(chǔ)層213包括微流體裝置的主微流體結(jié)構(gòu)，在這種情況下，主微流體結(jié)構(gòu)是結(jié)合圖3描述的微流體振蕩器。嵌在基礎(chǔ)層中的結(jié)構(gòu)入口 314，噴射形成通道319、相互作用區(qū)322、控制通道321a和321b、反饋回路321c以及以對應出口603和604為末端的支路通道316和317。中間層212包括輸入通道617和輸出通道633和644。中間層的輸入通道和輸出通道形成為通孔，所述通孔穿過整個中間層延伸并且相應地地與入口 314和支路通道的末端603和604對準。由此，輸入通道617在入口 314和供給通道606之間提供流體連通。因為覆蓋層211沒有在中間層的整個寬度上延伸，從而使中間層的表面的邊緣部分暴露，所以輸出通道633和644由此延伸至設(shè)備的外表面從而形成相應的輸出噴嘴。覆蓋層211包括例如以在覆蓋層下表面中的以長形凹槽為形式的供給通道606。圖7示意性地示出了氣泡生成設(shè)備的截面圖。圖7a示出了在水平面的設(shè)備的截面圖。在船向前運動的過程中，水相對于船的船體的流動方向由箭頭720所說明。設(shè)備702與圖2的設(shè)備相類似的地方在于，設(shè)備702形成為分層結(jié)構(gòu)。分層結(jié)構(gòu)具有基礎(chǔ)層713，基礎(chǔ)層713的支撐面通過結(jié)合層718與如圖7中說明的船的船體701的外表面結(jié)合。另外，分層結(jié)構(gòu)702可以包括兩個或者更多個附加層711和712，附加層711和712通過適當?shù)慕Y(jié)合技術(shù)夾在一起，這些都類似與圖2有關(guān)的描述。又如與圖2有關(guān)的描述，設(shè)備702包括中間層712，一個或者更多個微流體裝置715例如微流體振蕩器例如通過適當?shù)目涛g過程嵌在中間層712內(nèi)。圖7b示出了通過中間層712豎直平面內(nèi)的部分截面圖，并且示出了成排設(shè)置的兩個微流體裝置。每個微流體裝置715經(jīng)由管道714與供給通道706連接，供給管道706將壓縮空氣供給至微流體裝置715中。每個微流體裝置具有兩個出口或者管道716和717，兩個出口或者管道716和717將由微流體裝置715輸出的空氣分別地供給至兩個噴嘴703和704。如與圖2有關(guān)的描述，中間層712由覆蓋層711覆蓋。微流體裝置715是分別交替地供給兩個噴嘴703和704的微流體振蕩器。如與圖3相關(guān)的描述，微流體振蕩器715與圖3中示出的微流體振蕩器的相似點在于，入口 714與供給壓縮空氣706的供給通道連接；噴射形成通道719供給至分開的路徑，分開的路徑包括一對支路通道703和704，支路通道703和704中的每一個都以出口 703和704中的對應的一個為末端。振蕩器還包括控制通道721a和721b，控制通道721a和721b與振蕩器的相互作用區(qū)722的相對的側(cè)向側(cè)口(相對于流動方向)連接并且位于噴射形成通道719的下游以及這對支路通道的上游。圖7的設(shè)備與圖2的設(shè)備和圖3的微流體振蕩器的區(qū)別在于，控制通道721a和721b與對應的控制供給通道723a和723b連接，從而在每一個控制通道和控制供給通道的對應的一個之間提供流體連通以用于將壓縮空氣或者另一種適當流體的控制流動分別地供給進入控制通道721a和721b中。每個控制供給通道與對應的脈沖壓力源(未明確地示出)例如聲源連接?？刂泼}沖壓力源以提供壓縮空氣的脈沖壓力；特別地，壓力源可以控制為以同樣的頻率但是相互具有半個周期的移相來改變控制通道721a和721b中的壓力，從而迫使振蕩器715以脈沖壓力源施加的頻率振蕩。圖8示出了設(shè)備的另一個示例，設(shè)備包括多組微流體裝置例如微流體振蕩器，每組裝置適合于在不同頻率下操作，由此生成不同尺寸的氣泡。例如與圖5有關(guān)的描述，設(shè)備802包括分別標示為815a、815b和815c的三組微流體振蕩器，每組裝置由對應的供給通道806a、806b和806c分別地供給。每組的微流體振蕩器具有共同振蕩頻率，但是不同組的微流體振蕩器具有例如由它們對應的反饋回路的長度限制的不同的頻率。因此，通過將空氣或者另一流體選擇性地供給至微流體裝置中的一組，可以生成不同尺寸的氣泡。為此，供給通道806a至806c以流體連通的方式與流動選擇器875連接，流動選擇器875經(jīng)由液體管道876依次與諸如用于壓縮空氣壓縮機的流體源805連接。由此，氣泡形成流體從流體源供給至流體選擇器875中，流體選擇器875可控以將流體選擇性地引導進入供給通道806a至806c中的一個，由此,進入微流體裝置815a至815c中的一組中。圖9a示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式的微流體裝置900。微流體裝置包括入口901、第一通道902、第二通道904、第一控制通道907以及第二控制通道909。第一通道902和第二通道904經(jīng)由中央腔906與進氣口 901、第一控制通道907以及第二控制通道909流體連通。第一通道902包括用于生成微氣泡的第一噴嘴903。第二通道909包括用于生成微氣泡的第二噴嘴905。第一控制通道907包括第一控制入口 908，并且第二控制通道909包括第二控制入口 910。第一控制通道907可以通過反饋通道與第二控制通道909連接，從而第一控制出口 908和第二控制出口 910經(jīng)由所述反饋通道直接流體連通。附加地或者可替代地，第一控制通道907和/或第二控制通道909可以與構(gòu)造為生成控制流動的控制系統(tǒng)流體連通。圖9b示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式的微流體裝置900，其中，微流體裝置僅包括單一通道和噴嘴。雖然已經(jīng)描述并且具體地示出了一些實施方式，但是本發(fā)明并不限制于此，而還可以在隨附的權(quán)利要求中限定的主題的范圍內(nèi)以其它方式實施。特別地，可以理解，可以使用其它實施方式，并且可以在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下進行結(jié)構(gòu)性和功能性的改型。在列舉一些器件的裝置權(quán)利要求中，這些器件中的一些可以由硬件的一個且相同的項目實施。在彼此不同的從屬權(quán)利要求中敘述的或者在不同的實施方式中描述的某種措施的僅有的事實不能說明這些措施的聯(lián)合不能作為有利條件使用。應當強調(diào)的是，術(shù)語“包括/包含”當在說明書中使用時，用作詳細說明所述的特征、整數(shù)、步驟或者組件的存在，而不妨礙一個或者更多個特征、整數(shù)、步驟、零件或者其組合的存在或者增加。
權(quán)利要求
1.一種用于生成流體的氣泡以降低在船的船體上的阻力的設(shè)備，其中，氣泡生成裝置可以與所述船體的外表面附接，并且其中，所述設(shè)備包括用于生成所述氣泡的一個或者更多個微流體裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述微流體裝置適合于控制生成的氣泡的氣泡尺寸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的設(shè)備，其中，所述至少一個微流體裝置包括:入口，所述入口用于供應流體的流動；第一通道，所述第一通道包括用于生成流體的氣泡以降低在船的船體上的阻力的第一噴嘴，所述第一通道經(jīng)由中央腔與所述入口流體連通；第一控制通道，所述第一控制通道包括第一控制入口，所述第一控制入口構(gòu)造為控制通過所述第一噴嘴的流動，所述第一控制入口經(jīng)由所述中央腔與所述入口和所述第一通道流體連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3所述的設(shè)備，其中，所述至少一個微流體裝置還包括:-第二通道，所述第二通道包括用于生成流體的氣泡以降低在船的船體上的阻力的第二噴嘴，所述第二通道經(jīng)由所述中央腔與所述入口和所述第一控制入口流體連通，并且其中，所述第一控制入口還構(gòu)造為控制通過所述第二噴嘴的流動。
5.根據(jù)權(quán)利要求3至4中任一項所述的設(shè)備，其中，所述至少一個微流體裝置構(gòu)造為通過將第一控制流動經(jīng)由所述第一控制入口供入所述中央腔以提高從所述入口至所述第一噴嘴的總流動阻力。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或者5所述的設(shè)備，其中，所述至少一個微流體裝置構(gòu)造為通過將流經(jīng)所述第一控制入口的第一控制流動供入所述中央腔以將流經(jīng)所述第一通道的流動改變至所述第二通道，由此原本要流經(jīng)所述第一通道的流動的至少50%被重新導向以流經(jīng)所述第二通道。
7.根據(jù)權(quán)利要求4至6中任一項所述的設(shè)備，其中，所述至少一個微流體裝置還包括:第二控制通道，所述第二控制通道包括第二控制入口，所述第二控制入口用于控制通過所述第一噴嘴和所述第二噴嘴的流動，所述第二控制入口通過所述中央腔與所述入口、所述第一噴嘴、所述第二噴嘴以及所述第一控制入口流體連通。
8.根據(jù)權(quán)利要求4至7中任一項所述的設(shè)備，其中，所述至少一個微流體裝置構(gòu)造為通過將流經(jīng)所述第二控制入口的第二控制流動供入所述中央腔以將流經(jīng)所述第二通道的流動改變至所述第一通道，由此原本要流經(jīng)所述第二通道的流動的至少50%被重新定向以流經(jīng)所述第一通道。
9.根據(jù)權(quán)利要求7至8中任一項所述的設(shè)備，其中，所述至少一個微流體裝置還包括反饋通道，所述反饋通道與所述第一控制通道和所述第二控制通道連接，由此，所述第一控制出口和所述第二控制出口直接流體連通。
10.根據(jù)權(quán)利要求3至9中任一項所述的設(shè)備，其中，所述第一控制通道和/或所述第二控制通道與控制系統(tǒng)流體連通，所述控制系統(tǒng)構(gòu)造為生成經(jīng)過所述第一控制通道和/或所述第二控制通道的控制流動。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的設(shè)備，其中，所述裝置包括如權(quán)利要求1至10中任一項中詳述的多個微流體裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的設(shè)備，所述設(shè)備適合于通過供給流動隨著時間變化的氣泡形成流體的流動以生成具有可控的氣泡尺寸的氣泡。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項所述的設(shè)備，其中，所述微流體裝置包括微流體振蕩器和/或微流體振蕩觸發(fā)器和/或微流體放大器和/或微流體轉(zhuǎn)換器。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項所述的設(shè)備，其中，所述設(shè)備是可改型翻新的裝置，所述可改型翻新的裝置可與現(xiàn)有的船附接。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項所述的設(shè)備，包括多個排放噴嘴，所述排放噴嘴用于以氣泡的形式輸出流體。
16.根據(jù)前述的權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，包括多組微流體裝置，其中，每組所述微流體裝置適合于生成具有對應的氣泡尺寸的氣泡，并且其中，所述設(shè)備包括流動選擇器，所述流動選擇器用于將所述氣泡形成流體的供給流動選擇性地引導至微流體裝置中的一組或者具有不同頻率的幾組中。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中，每組所述微流體裝置適合于以各自的預定頻率生成氣泡。
18.根據(jù)前述的權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其中，所述流體是諸如空氣的氣體。
19.根據(jù)前述的權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其中，所述設(shè)備包括分層結(jié)構(gòu)，所述分層結(jié)構(gòu)包括兩個或者更多個層，其中，所述層中的至少一個層包括形成至少所述一個或者更多個微流體裝置中的至少一部分的微型結(jié)構(gòu)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中，所述層中的至少一個層包括微型結(jié)構(gòu)面，所述微型結(jié)構(gòu)面形成所述一個或者更多個微流體裝置中的至少一部分。
21.根據(jù)前述的權(quán)利 要求中任一項所述的設(shè)備，其中，所述設(shè)備包括結(jié)合面，所述結(jié)合面用于將所述設(shè)備與船的所述船體以及與相對于所述結(jié)合面的凸起外表面結(jié)合。
22.根據(jù)前述的權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其包括用于輸出所述流體的多個排放噴嘴；其中，圍繞著每個排放噴嘴的表面區(qū)域設(shè)置有親水性表面。
23.根據(jù)前述的權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其中，所述一個或者更多個微流體裝置中的每一個形成為腔和/或通道的平坦系統(tǒng)。
24.一種用于包括帶微流體器件的裝置的船的船體，其中，所述裝置具有與流體源連接的多個開口，所述多個開口設(shè)置為使得所述流體可以經(jīng)由所述開口噴出從而當所述流體沿著所述船體流動時，在朝著所述船體的水的邊界層中形成氣泡，其中，流體振蕩器或者獨立的流體放大器連接于在壓力作用下的所述空氣源與所述多個開口中的每個開口之間，所述流體振蕩器或者流體放大器中的每一個是可控的，使得從所述開口噴出的所述氣泡的氣泡尺寸可以變化。
25.—種包括微流體器件的裝置的用途，所述微流體器件適用于與船的外部附接，用于生成微氣泡以降低在船洞上的阻力。
26.一種降低船的船體上的阻力的方法，所述方法包括:-將如權(quán)利要求1至23中任一項所限定的設(shè)備與所述船體的外表面附接；-通過將氣泡生成流體經(jīng)由所述設(shè)備的排放噴嘴排入水中來在所述船體與圍繞所述船體的水之間的邊界處生成氣泡生成流體的氣泡；-通過供給流動隨時間變化的氣泡形成流體的流動來控制生成的氣泡的尺寸。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于生成氣泡以降低船的船體上的阻力的設(shè)備，其中，氣泡生成裝置可以與船體的外表面附接，并且其中，設(shè)備包括用于控制生成的氣泡的氣泡尺寸的一個或者更多個微流體裝置。
文檔編號B63B1/38GK103079949SQ201180040174
公開日2013年5月1日 申請日期2011年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月22日
發(fā)明者彼特·卡雷爾·安東·卡普泰恩 申請人:馬士基橄欖和氣體公司