(57)【要約】  船のハルに対する抵抗を低減させるための泡を発生させるための機構を開示する。泡発生装置は、ハルの外面に取付け可能であり、機構は、発生させた泡の泡サイズを制御するための１つ以上のマイクロ流体装置を含む。
2013529570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
船のハルに対する抵抗を低減させるための流体の泡を発生させるための機構であって、泡発生装置は、ハルの外面に取付け可能であり、機構は、前記泡を発生させるための１つ以上のマイクロ流体装置を含む、機構。
【請求項２】
マイクロ流体装置は、発生させた泡の泡サイズを制御するよう適合される、請求項１に記載の機構。
【請求項３】
少なくとも１つのマイクロ流体装置は、
−  流体の流れを供給するための入口ポートと、
−  船のハルに対する抵抗を低減させるための流体の泡を発生させるための第１のノズルを含む第１の経路とを含み、前記第１の経路は、中央チャンバを介して前記入口ポートと流体連通しており、前記少なくとも１つのマイクロ流体装置はさらに、
−  前記第１のノズルを通る流れを制御するよう構成された第１の制御入口を含む第１の制御経路を含み、前記第１の制御入口は、前記中央チャンバを介して前記入口ポートおよび前記第１の経路と流体連通している、請求項１または２に記載の機構。
【請求項４】
少なくとも１つのマイクロ流体装置はさらに、
−  船のハルに対する抵抗を低減させるための流体の泡を発生させるための第２のノズルを含む第２の経路を含み、前記第２の経路は、前記中央チャンバを介して前記入口ポートおよび前記第１の制御入口と流体連通しており、前記第１の制御入口はさらに、前記第２のノズルを介して流れを制御するよう構成される、請求項１から３に記載の機構。
【請求項５】
少なくとも１つのマイクロ流体装置は、前記第１の制御入口を介して第１の制御流れを前記中央チャンバに供給することにより、前記入口ポートから前記第１のノズルへの総流れ抵抗を高めるよう構成される、請求項３または４に記載の機構。
【請求項６】
少なくとも１つのマイクロ流体装置は、前記第１の制御入口を通って流れる第１の制御流れを前記中央チャンバに供給することにより、前記第１の経路を通る流れを前記第２の経路へと切換えるよう構成され、これにより、前記第１の経路を通って流れたであろう流れのうち少なくとも５０％は、前記第２の経路を通って流れるよう向きが変えられる、請求項４または５に記載の機構。
【請求項７】
前記少なくとも１つのマイクロ流体装置はさらに、
−  前記第１のノズルおよび前記第２のノズルを通る流れを制御するための第２の制御入口を含む第２の制御経路を含み、前記第２の制御入口は、前記中央チャンバを介して、前記入口ポート、前記第１のノズル、前記第２のノズルおよび前記第１の制御入口と流体連通している、請求項４から６のいずれかに記載の機構。
【請求項８】
少なくとも１つのマイクロ流体装置は、前記第２の制御入口を通る第２の制御流れを前記中央チャンバに供給することにより、前記第２の経路を通る流れを前記第１の経路へと切換えるよう構成され、これにより、前記第２の経路を通って流れたであろう流れの少なくとも５０％は、前記第１の経路を通って流れるよう向きが変えられる、請求項４から７のいずれかに記載の機構。
【請求項９】
前記少なくとも１つのマイクロ流体装置はさらに、前記第１の制御経路および前記第２の制御経路を接続するフィードバック経路を含み、これにより、前記第１の制御出口および前記第２の制御出口が直接流体連通する、請求項７または８に記載の機構。
【請求項１０】
第１の制御経路および／または第２の制御経路は、第１の制御経路および／または第２の制御経路を通る制御流れを発生させるよう構成された制御システムと流体連通している、請求項３から９のいずれかに記載の機構。
【請求項１１】
装置は、請求項１から１０のいずれかに規定される複数のマイクロ流体装置を含む、請求項１から１０のいずれかに記載の機構。
【請求項１２】
時間の経過とともに変化する流れである泡形成流体の流れを供給することにより、制御可能な泡サイズを有する泡を発生させるよう適合される、請求項１から１１のいずれかに記載の機構。
【請求項１３】
マイクロ流体装置は、マイクロ流体発振器および／またはマイクロ流体発振器フリップフロップおよび／またはマイクロ流体増幅器および／またはマイクロ流体スイッチを含む、請求項１から１２のいずれかに記載の機構。
【請求項１４】
機構は、既存の船に取付け可能である改装可能な装置である、請求項１から１３のいずれかに記載の機構。
【請求項１５】
流体を泡の形状で排出するための複数の排出ノズルを備える、請求項１から１４のいずれかに記載の機構。
【請求項１６】
複数セットのマイクロ流体装置を含み、各セットのマイクロ流体装置は、それぞれの泡サイズを有する泡を発生させるよう適合され、前記機構は、泡形成流体の供給流れを、前記セットのマイクロ流体装置のうち周波数とは異なる１つのセットまたはサブセットに選択的に方向付けるための流れセレクタを含む、請求項１から１５のいずれかに記載の機構。
【請求項１７】
各セットのマイクロ流体装置は、それぞれの予め定められた周波数で泡を発生させるよう適合される、請求項１６に記載の機構。
【請求項１８】
流体は空気などの気体である、請求項１から１７のいずれかに記載の機構。
【請求項１９】
機構は、２つ以上の層を含む層構造を含み、層のうち少なくとも１つは、１つ以上のマイクロ流体装置のうち少なくとも一部を形成する微細構造を含む、請求項１から１８のいずれかに記載の機構。
【請求項２０】
層のうち少なくとも１つは、１つ以上のマイクロ流体装置のうち少なくとも一部を形成する微細構造面を含む、請求項１９に記載の機構。
【請求項２１】
機構は、船のハルに機構を接合するための接合面と、接合面とは反対側にある凸状の外面とを含む、請求項１から２０のいずれかに記載の機構。
【請求項２２】
流体を排出するための複数の排出ノズルを含み、各々の排出ノズルを囲む表面区域には親水性の表面が設けられている、請求項１から２１のいずれかに記載の機構。
【請求項２３】
１つ以上のマイクロ流体装置の各々は、経路および／またはチャンバの平面的なシステムとして形成される、請求項１から２２のいずれかに記載の機構。
【請求項２４】
マイクロ流体手段を含む装置を含む船のためのハルであって、前記装置は、流体の源に接続された複数の開口部を有し、前記複数の開口部は、流体が前記ハルに沿って流れる際に、ハルに向かう水の境界層において泡を形成するように、前記開口部を通じて流体を放出することができるように配置され、流体発振器または別個の流体増幅器は、加圧下の空気の前記源と前記複数の開口部の各々との間に接続され、前記流体発振器または流体増幅器の各々は、開口部から放出される泡の泡サイズを変えることができるように制御可能である、ハル。
【請求項２５】
船の穴に対する抵抗を低減させるための微泡を発生させるために船の外側に取付けられるよう適合された、マイクロ流体手段を含む装置の使用。
【請求項２６】
船のハルに対する抵抗を低減させる方法であって、
−  ハルの外面に対して、請求項１から２３のいずれかに記載の機構を取付けるステップと、
−  機構の排出ノズルを通じて前記泡発生流体を水中に排出することにより、ハルと前記ハルの周囲の水との間の境界において泡発生流体の泡を発生させるステップと、
−  時間の経過とともに変化する流れである泡形成流体の流れを供給することにより、発生させた泡のサイズを制御するステップとを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
この発明は、概して、船のハルの抵抗を低減させるための泡、特に微泡、の発生に関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
船のハルの摩擦抵抗（抵抗とも称される）を低減させることが一般に望ましい。というのも、これにより、船の運行速度の上昇および／または燃料消費の低減をもたらし得るからである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＪＰ１０１１９８７５Ａは、船本体の球形船首の表面に設置されたチャンバ上に排出ノズルを形成することによって、かつ、空気圧供給手段によってチャンバに供給される空気圧を排出ノズルから噴出させて、泡および空気層が浸水面と接触したままの状態で境界層上で干渉されるようにすることによって、船に対する摩擦抵抗を下げるためのシステムを開示する。排出ノズルはチャンバの前板によって形成され、当該前板はいくつかの孔を有する。空気圧は上記いくつかの孔から水中に噴射されて、これにより、複数個の泡を、これら泡が流線に沿って分散されて浸水面を覆うような態様で排出ノズルの外側で発生させるようする。これにより摩擦を低下させる。
【０００４】
ＧＢ２４２９４３５Ａは、空気潤滑装置を有する船舶のハルを開示する。空気潤滑装置は、ハルおよび竜骨の外側に取付けられた多孔質膜に加圧空気を供給するための空気ポンプ、または、船舶の竜骨およびハルに取付けられるかもしくは船舶のハル内に装着される空気ダクトのシステムを含む。
【０００５】
ＪＰ１０１７５５８７Ａは、ハルの摩擦抵抗の発生を減らすために小さな気泡が境界層に供給される方法を開示する。泡は、いくつかの小さな出入り口が所与のピッチで形成されている多孔板から吹出される。
【０００６】
ＣＮ２６５２８１２Ｙは、空洞、接続管路、圧力空気電力機械および多孔質シリコン板を含み、抵抗低減に用いられる微泡発生器を開示する。
【０００７】
しかしながら、上述の先行技術のシステムは、船のハルに据付けることのできる泡発生器による泡の発生を開示しているものの、さまざまな運転条件下、たとえばさまざまな速度、水温、喫水などの条件下で、船のハルの抵抗または摩擦抵抗を効率的に低減させるための微泡を発生させる方法を提供するという課題を残している。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
概要
この明細書中において、船のハルの抵抗を低減させるための泡を発生させるための機構を開示する。ここで、泡発生装置はハルの外面に取付け可能であり、当該機構は、発生させた泡のうち特定の泡サイズを有する泡を発生させるためのマイクロ流体装置を含む。泡は、ハルの周囲の水の境界層において、すなわち、ハルと周囲の水との間の界面において、形成される。
【０００９】
発生させた泡の泡サイズは、マイクロ流体装置によって、たとえば泡形成流体の流れを制御することによって、制御可能であってもよく、これにより、泡サイズが効率的に制御されて、さらには、さまざまな運転条件でも効率的かつ制御可能に抵抗を低減させることが可能となる。
【００１０】
概して、マイクロ流体装置は、幾何学的に小規模に、典型的にはサブミリメートルのスケールにまで抑制された流体を正確に制御かつ操作することを可能にする。概して、マイクロ流体装置は、横寸法が３ｍｍ未満、たとえば１ｍｍ未満、たとえば５００マイクロメートル未満、たとえば１００ｎｍ〜５００マイクロメートルである少なくとも１本の流体経路を備えた装置を含み得る。微小規模での流体の挙動は、表面張力、エネルギ散逸および流体抵抗などの要因がシステムを特色付けている点で、「マイクロ流体」挙動とは異なり得る。経路径が約１００ナノメートルから数１００マイクロメートルである小規模の場合、流体の運動量の作用を粘度の作用と比較したものであるレイノルズ数は非常に低くなり得る。これにより、結果として、流体同士が従来通りの意味では混合しない可能性があり、流体間の分子輸送が拡散により行われる可能性がある。
【００１１】
マイクロ流体装置という語は、微細加工された経路を通る連続的な流体の流れを操作するための好適な如何なるマイクロ流体構造をも指す。流体の流れを開始させる場合、外部の圧力源、外部の機械的ポンプ、一体化された機械的マイクロポンプによって、または毛細管力と動電的機構との組合せによって実現されてもよい。
【００１２】
発生させた泡は、微泡、すなわち直径が１ｍｍ未満、たとえば２００μｍ未満、たとえば１５０μｍ未満、たとえば１００μｍ未満、たとえば５０μｍ未満などの泡であってもよく、これにより、十分な浮力を維持しつつ効率的に抵抗を低減させ得る。発生させる泡のサイズを合わせることにより、抵抗低減を向上させ、さまざまな運転条件に適合させ得る。微泡は、空気などの泡形成流体の流れもしくは供給、または、別の好適な気体もしくは気体の混合物、さらには液体、の流れもしくは供給を制御することによって発生させてもよい。泡形成流体という語は、船のハルを囲む水中に放出される際に泡を形成する液体、気体または気体の混合物、たとえば空気などの如何なる好適な流体をも指すよう意図される。いくつかの実施例においては、当該機構は、複数セットのマイクロ流体装置を含み、各セットのマイクロ流体装置は、それぞれの予め定められた周波数で泡を発生させるよう適合される。当該機構は、泡形成流体の供給流を、上記セットのマイクロ流体装置のうち上記周波数とは異なる１つのセットまたはサブセットに選択的に方向付けるための流れセレクタを含む。
【００１３】
いくつかの実施例においては、マイクロ流体装置は、時間の経過とともにたとえば周期的に変化する流れである泡形成流体の制御可能な流れを供給することにより、制御可能な泡サイズを有する泡を発生させるよう適合される。たとえば、マイクロ流体装置は周期的に変化する流れを作り出すよう適合され得る。好適なマイクロ流体装置の例には、マイクロ流体発振器、マイクロ流体発振器フリップフロップ、マイクロ流体増幅器、マイクロ流体スイッチ、および／またはそれらの組合せが含まれる。たとえば、発生させた泡のサイズおよび／または周波数は、周期的に変化する流れの周波数、たとえば発生させた泡の発生周波数、を選択および／または制御することによって制御されてもよい。したがって、マイクロ流体装置は、制御可能な流体増幅器および／または制御可能な流体発振器および／または制御可能な流体スイッチを含み得る。
【００１４】
発生させた泡の流れの周波数を制御可能にすることはさらなる利点である。というのも、これにより、隣接する泡同士の間隔を制御し、こうして、発生させた泡の合着を減らすかまたはさらには最小限にするように、泡の周波数を選択および／または制御することが可能となるからである。
【００１５】
いくつかの実施例においては、当該機構は既存の船に据付けることができる改装可能な装置である。当該機構は、たとえば、当該機構が取付けられる表面を適切に洗浄しかつ準備することを可能にするために、乾ドックにある船に据付けられてもよい。当該機構は、溶接、エポキシ接着剤などの好適な水中接合技術によって水中でも据付け可能であり得る。
【００１６】
概して、機構は、溶接、接着剤、エポキシ樹脂接合、２成分のエポキシ樹脂接合、永久磁石などの磁石など、またはこれらの組合せなどの如何なる好適な取付け手段によってもハルの外面、たとえば船の底部および／または側壁に取付け可能であり得る。
【００１７】
機構は、発生させた泡のための複数の排出ノズルまたは他の好適な出口、たとえば、泡形成流体を泡の形状で排出するノズル、を含み得る。１つ以上のマイクロ流体装置の各々は、１つ以上の排出ノズルと流体連通し得る。ノズルは、特定のハルに特有の、ならびに／または所望の泡サイズおよび／もしくは形状に特有の設計およびレイアウトを有し得る。発生させた泡の出口は、マイクロ流体装置からの流出を促進するために、たとえば親水性または疎水性のコーティング、たとえばテフロン（登録商標）コーティングによって覆われてもよい。
【００１８】
機構はさらに、マイクロ流体装置に泡形成流体を供給するための１つ以上の供給経路を含み得る。加えて、当該機構は、マイクロ流体装置の動作パラメータを制御するように、流体たとえば泡形成流体の制御流れをマイクロ流体装置に供給するための１つ以上の制御経路を含み得る。
【００１９】
一実施例においては、機構は、船のハルの外側に取付け可能である１つ以上の帯状体および／または薄板および／または板として形成される。板または帯状体の形状は、１つ以上の特定のハル形状および寸法に合うよう適合され得る。当該機構は、鋼などの金属、ポリマー、プラスチック、シリコーン、ＰＤＭＳ、複合材料などおよび／またはこれらの組合せで作られてもよい。機構が有し得る厚さ（すなわち、船のハルの外面に対して直交する寸法）は、２０ｍｍ未満、たとえば１０ｍｍ未満など、たとえば７ｍｍ未満、たとえば５ｍｍ未満、たとえば３ｍｍ未満、たとえば２ｍｍ未満など、１ｍｍ未満、またはさらには約０．５ｍｍ未満であってもよく、これにより、機構が発生させた付加的な抵抗を低減させる。機構の外面および／またはノズルの内面、さらにはマイクロ流体装置および／または経路の内面は、好適な防汚剤でコーティングされ得るかまたは防汚剤を含み得る。
【００２０】
機構は、たとえば、基層、１つ以上の中間層およびカバー層を有する層構造として形成されてもよい。層のうち１つ以上は、たとえば当該層の表面に設けられてマイクロ流体装置を形成する微細構造を含み得る。各々のマイクロ流体装置は、単層に配置されてもよく、または、さまざまな層の微視的特徴の組合せによって形成されてもよい。基層は、ハルに取付け可能な裏当て面を備えていてもよく、中間層を支持する。基層は、たとえば溶接によって、好適な接着剤、磁石などによって、たとえば船のハルに接合され得る鋼などの金属で作られてもよい。中間層および／または他の層は、マイクロ流体構造を形成し得る好適な材料で作られてもよい。好適な材料の例には、ポリマー、プラスチック、シリコーン、ＰＤＭＳ、ステンレス鋼などの金属など、またはこれらの組合せが含まれる。マイクロ流体構造は、マイクロ流体構造を作り出すための任意の好適なプロセスによって、たとえば好適なエッチングプロセスによって、層のうち１つ以上の層において形成され得る。層のうち１つ以上の層はさらに、排出ノズルなどに泡形成流体を送り込むために泡形成流体を供給するための１つ以上の経路などを含み得る。排出ノズルはカバー層に形成されてもよい。代替的には、ノズルは、中間層において、たとえば中間層の端縁において設けられてもよい。
【００２１】
機構は、空気圧縮機に、または泡形成流体を供給するための別の流体供給機構に接続可能であり得る。同様に、機構は、当該機構の動作を制御するための制御部に接続可能であり得る。
【００２２】
この明細書中においては、船のハルに対する抵抗を低減させるための流体の泡を発生させるための機構を開示する。ここで、泡発生装置は、ハルの外面に取付け可能であり、機構は、発生させた泡の泡サイズを制御するための１つ以上のマイクロ流体装置を含む。少なくとも１つのマイクロ流体装置は、
−  流体の流れを供給するための入口ポートと、
−  船のハルに対する抵抗を低減させるための流体の泡を発生させるための第１のノズルを含む第１の経路とを含み、上記第１の経路は、中央チャンバを通って上記入口ポートと流体連通しており、当該マイクロ流体装置はさらに、
−  上記第１のノズルを通る流れを制御するよう構成された第１の制御入口を含む第１の制御経路を含み、上記第１の制御入口は、上記中央チャンバを介して上記入口ポートおよび上記第１の経路と流体連通している。
【００２３】
結果として、さまざまなサイズの微泡を生成することができ、可撓性があり単純なシステムが提供される。泡サイズを制御するための制御経路を用いることにより、直接的で複雑な流れ制御機能を備えない単純な中心の流体源、たとえば単純な圧縮機、が用いられ得る。
【００２４】
入口ポート、第１のノズルおよび／または第１の制御入口の断面が有し得る最大幅は、３ｍｍ未満、たとえば１ｍｍ未満、たとえば５００マイクロメートル未満、たとえば１００ｎｍ〜５００マイクロメートルであり得る。
【００２５】
いくつかの実施例においては、少なくとも１つのマイクロ流体装置はさらに、
−  船のハルに対する抵抗を低減させるための流体の泡を発生させるための第２のノズルを含む第２の経路を備える。上記第２の経路は、上記中央チャンバを介して上記入口ポートおよび上記第１の制御入口と流体連通している。上記第１の制御入口はさらに、上記第２のノズルを通る流れを制御するよう構成される。
【００２６】
結果として、流れは、第１のノズルと第２のノズルとの間で周期的に切換えられ得る。これは、第１のノズルと第２のノズルとの間で流れを切換える周波数を変えることによって、発生させた微泡のサイズを制御するのに用いられてもよい。たとえば、いくつかの状況下では、周波数を上げることによって、より小さな微泡が作り出され、周波数を下げることによって、より大きな微泡が作り出される。
【００２７】
第２のノズルの断面が有し得る最大幅は、３ｍｍ未満、たとえば１ｍｍ未満、たとえば５００マイクロメートル未満、たとえば１００ｎｍ〜５００マイクロメートルであり得る。
【００２８】
いくつかの実施例においては、少なくとも１つのマイクロ流体装置は、上記第１の制御入口を介して第１の制御流れを上記中央チャンバに供給することによって、上記入口ポートから上記第１のノズルへの総流れ抵抗を高めるよう構成される。
【００２９】
結果として、第１の経路を通る流れが一時的に低下する可能性がある。これは、発生させた微泡のサイズを制御するのに用いられてもよい。
【００３０】
第１の制御流れは過渡的であってもよく、たとえば、第１の制御流れが有し得る時間の長さは、１０秒、５秒、２秒、１秒、２００ミリ秒、１００ミリ秒、５０ミリ秒、２５ミリ秒または１０ミリ秒以下であり得る。第１の制御流れは、入口ポートを通る平均流量よりも実質的に低い平均流量を有していてもよい。第１の制御流れは、入口ポートを通る平均流量の５０％、２５％、１５％または１０％未満に相当する平均流量を有していてもよい。第１の制御流れは、マイクロ流体装置が単一の経路を備える場合と複数の経路を備える場合との両方において、上記入口ポートから上記第１のノズルへの総流れ抵抗を高める可能性がある。第１の制御流れは、中央チャンバに渦流を作り出すことによって流れ抵抗を高める可能性がある。流れ抵抗は、少なくとも５０％、１００％、５００％、５０００％または無限大に上げられてもよい。第１の制御流れは、周波数に応じて周期的に繰返されてもよく、このため、第１のノズルを通る流れは、周期的に著しく減らされてもよく、たとえば周期的に停止されてもよい。第１の制御流れが繰返される周波数により、発生させた微泡のサイズが決定されてもよく、たとえば、いくつかの状況下では、周波数を上げることによって、より小さな微泡が作り出され、周波数を下げることによって、より大きな微泡が作り出される。
【００３１】
いくつかの実施例においては、少なくとも１つのマイクロ流体装置は、上記第１の制御入口を通って流れる第１の制御流れを上記中央チャンバに供給することにより、上記第１の経路を通る流れを上記第２の経路へと切換えるよう構成される。これにより、上記第１の経路を通って流れたであろう流れのうち少なくとも５０％、６０％、８０％、９５％、９９％または１００％が、上記第２の経路を通って流れるよう方向を変えられる。
【００３２】
第１の制御流れは過渡的であってもよく、たとえば、第１の制御流れが有し得る時間の長さは、１０秒、５秒、２秒、１秒、２００ミリ秒、１００ミリ秒、５０ミリ秒、２５ミリ秒または１０ミリ秒以下であり得る。第１の制御流れは、入口ポートを通る平均流量よりも実質的に低い平均流量を有していてもよい。第１の制御流れは、入口ポートを通る平均流量の５０％、２５％、１５％または１０％未満に相当する平均流量を有していてもよい。第１の制御流れは、第１の制御流れ信号を生成する周波数に応じて周期的に繰返されてもよい。
【００３３】
いくつかの実施例においては、上記少なくとも１つのマイクロ流体装置はさらに、
−  上記第１のノズルおよび上記第２のノズルを通る流れを制御するための第２の制御入口を含む第２の制御経路を含む。上記第２の制御入口は、上記中央チャンバを介して上記入口ポート、上記第１の経路、上記第２の経路および上記第１の制御入口と流体連通している。
【００３４】
第２の制御入口の断面が有し得る最大幅は、３ｍｍ未満、たとえば１ｍｍ未満、たとえば５００マイクロメートル未満、たとえば１００ｎｍ〜５００マイクロメートルであり得る。
【００３５】
いくつかの実施例においては、少なくとも１つのマイクロ流体装置は、上記第２の制御入口を通って流れる第２の制御流れを上記中央チャンバに供給することによって、上記第２の経路を通る流れを上記第１の経路に切換えるよう構成され、これにより、上記第２の経路を通って流れたであろう流れの少なくとも５０％、６０％、８０％、９５％、９９％または１００％が、上記第１の経路を通って流れるよう方向を変えられる。
【００３６】
第２の制御流れは過渡的であってもよく、たとえば、第２の制御流れが有し得る時間の長さは、１０秒、５秒、２秒、１秒、２００ミリ秒、１００ミリ秒、５０ミリ秒、２５ミリ秒または１０ミリ秒以下であり得る。第２の制御流れは、入口ポートを通る平均流量よりも実質的に低い平均流量を有し得る。第１の制御流れは、入口ポートを通る平均流量の５０％、２５％、１５％または１０％未満に相当する平均流量を有し得る。第２の制御流れは、第２の制御流れ信号を生成する周波数に応じて周期的に繰返されてもよい。第１の制御流れおよび第２の制御流れは同期した態様で繰返されてもよい。第１の制御流れ信号は第２の制御流れ信号と同じ周波数を有していてもよい。第１の制御流れ信号は、第２の制御流れ信号に対して１８０度位相シフトされてもよい。これは、第１の制御流れ信号および第２の制御流れ信号の周波数を変えることによって、発生させた微泡のサイズを制御するのに用いられてもよく、この流れは、第１のノズルと第２のノズルとの間でより高速またはより低速で切換わってもよく、こうして、より大きな微泡またはより小さな微泡を作り出すことができ、たとえば、いくつかの状況下では、周波数を上げることによって、より小さな微泡が作り出され、周波数を下げることによって、より大きな微泡が作り出される。
【００３７】
いくつかの実施例においては、上記少なくとも１つのマイクロ流体装置はさらに、上記第１の制御経路および上記第２の制御経路を接続するフィードバック経路を含む。これにより、上記第１の制御出口および上記第２の制御出口は直接流体連通する。
【００３８】
結果として、制御流れ発生システムがなくても制御流れが作り出され得る。
いくつかの実施例においては、第１の制御経路および／または第２の制御経路は、第１の制御経路および／または第２の制御経路を通る制御流れを発生させるよう構成された制御システムと流体連通している。
【００３９】
制御システムは、好適な制御流れ信号を発生させることのできる処理ユニットによって制御されてもよい。制御システムは、複数のマイクロ流体装置と平行に連結されてもよい。制御システムは手動で制御されてもよく、または、船の環境条件、たとえば水流量（船の速度）、水温、または、抵抗の低減に対する微泡の作用に影響を及ぼす他の水パラメータ、に適した制御流れ信号を自動的に生成することのできるアルゴリズムを含んでいてもよい。制御システムは、流体発生装置、たとえば圧縮機、ポンプ、または、制御流れを発生させるための他の好適な装置、を含み得る。
【００４０】
いくつかの実施例においては、装置は、上に規定されるような複数のマイクロ流体装置を含む。装置は、少なくとも１０、２０、４０、７０、１００、２００または２０００個のマイクロ流体装置を含んでいてもよい。
【００４１】
この発明は、上述および下記の装置と、対応する方法、装置、使用および／または製品とを含むさまざまな局面に関する。これらの対応する方法、装置、使用および／または製品は、各々、第１の上述の局面に関連付けて説明された恩恵および利点のうち１つ以上をもたらし、かつ、第１の上述の局面に関連付けて説明された実施例および／または添付の特許請求の範囲に記載された実施例に対応する１つ以上の実施例を有する。
【００４２】
特に、この明細書中に開示された泡発生機構を含む船のためのハルをこの明細書中において開示する。ハルの実施例は、マイクロ流体手段を含む装置を含み得る。ここで、装置は、流体、たとえば加圧空気などの気体、の源に接続された複数の開口部を有し、上記複数の開口部は、上記開口部を通じて流体を放出することができるように配置され、これにより、泡が、ハルの表面周囲の水の境界層において形成される。ここで、流体発振器または流体増幅器は、上記流体源と上記複数の開口部の各々との間に接続され、上記流体発振器または流体増幅器の各々は、開口部から放出される泡の泡サイズを変えることができるように、制御可能である。
【００４３】
さらに、ハルの抵抗を低減させるための微泡を発生させるために船のハルの外側に取付けられるよう適合された、マイクロ流体手段を含む装置の使用が、この明細書中に開示される。
【００４４】
図面の簡単な説明
この発明の上述および／または付加的な目的、特徴および利点を、添付の図面を参照しつつ、この発明の実施例の以下の例示的かつ非限定的な詳細な説明によってさらに明らかにする。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】泡発生機構を含む船を概略的に示す図である。
【図２】泡発生機構を概略的に示す図である。
【図３】２つのノズルに交互に供給を行うマイクロ流体発振器を概略的に示す図である。
【図４】２セットのノズルに交互に供給を行うマイクロ流体発振器を概略的に示す図である。
【図５】複数セットのマイクロ流体発振器を含む機構の実施例を概略的に示す図である。
【図６】泡発生機構の別の実施例を概略的に示す図である。
【図７】泡発生機構の断面図を概略的に示す図である。
【図８】マイクロ流体発振器などの複数セットのマイクロ流体装置を含む機構の別の例を示す図である。
【図９ａ】この発明のいくつかの実施例に従ったマイクロ流体装置を示す図である。
【図９ｂ】この発明のいくつかの実施例に従ったマイクロ流体装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
詳細な説明
以下の説明においては、添付の図面を参照して、本発明が如何に実施され得るかを例示によって示す。
【００４７】
図１は、泡発生機構を含む船を概略的に示す。概して１００と示される船は、この明細書中に記載されるように、船１００に装着されるハル１０１と、１つ以上の泡発生機構１０２とを含む。各々の泡発生機構１０２は、供給ダクト１０６を介して泡発生機構１０２に圧縮空気を供給するための圧縮機１０５に対して供給ダクト１０６を通じて接続される。たとえば、圧縮機は、周囲空気を取込んで圧縮し、任意には、フロー剤を小量追加してもよい。船の後部に位置決めされた圧縮機が図１に示されているが、この圧縮機が船上の好適な如何なる位置にあってもよく、および／または、空気取込み口が好適な如何なる方向にも向けられ得ることが理解されるだろう。泡発生機構は、排出ノズル１０３を備え、そこから、圧縮空気が、ハルの周囲の水の境界層において微泡１０７を形成するように放出される。
【００４８】
図１の例においては、複数の泡発生機構１０２は、船のハルの長さに沿って分散されたそれぞれの位置に配置される。各々の機構は、竜骨に近い位置からハルに沿って上向きに延在する。各々の機構１０２は、船が水中を移動する間、排出ノズル１０３から後方かつ上方に広がるそれぞれの微泡１０７の流れを発生させる。さまざまな実施例においては、機構の数および配置が異なっていてもよいことが認識されるだろう。たとえば、いくつかの実施例においては、たとえば船のハルの前部に配置された単一の機構で十分であり得るが、他の実施例においては、２つ、３つまたはそれ以上の機構が船のハルの長さに沿って分散されてもよい。各々の船について、機構の最適な数および配置は、模型および／もしくは流れシミュレーションによって、ならびに／または試行錯誤を行うことによって決定されてもよい。
【００４９】
ノズルの孔を介して小さな泡を吹出す場合、マイクロメートルスケールの泡を発生させるために孔を可能な限り小さくするだけでは不十分であるかもしれない。この理由として、孔の端縁を形成する固体表面に対して成長した泡を付着させる湿潤力の存在が挙げられる。この固定力が阻害されない限り、その容積に比例する泡の浮力がこの泡に対する（典型的にはその接触外周部に比例する）固定抑制力を上回るまで、泡が成長することとなり、結果として破裂してしまう。この低圧力オフセットの場合には、力平衡により、通常、孔の直径よりも１回り大きなサイズの泡（the bubble at a size an order of magnitude larger than）を破裂させてしまう。さらに、固体表面の湿潤性が重要である。泡が孔の外周囲よりも広い領域にわたって表面と接触する場合、たとえば、固体表面が疎水性である場合、成長した泡の気相が、より広い区域にわたる固体表面との第２の固定力を発生させることとなり、浮力が大きくなる。このため、この浮力に打ち勝つための泡容積が必要となるだろう。表面が親水性であれば、この引力は存在しない。
【００５０】
小さい孔から泡を発生させることに伴う第２の問題点として、泡サイズの多分散性と、泡同士の間の間隔が不規則であることにより泡の大群が短時間で凝集してしまうこととが挙げられる。小さな泡が形成されたとしても、凝集によってその利点が直ちに減じられる可能性がある。
【００５１】
小さい孔から泡を発生させることに伴う第３の問題点は、細孔のノズル列におけるかまたは多孔性セラミック材料を通るチャネリングに関係している。形成されるうち最大の泡は、経路の抵抗を最小にしてしまい、ノズル列または多孔性セラミック材料における並行する浸透プロセス中に他のすべての泡よりも優先的に大きくなる。
【００５２】
この明細書に開示される泡発生機構１０２の実施例においては、泡サイズが、上述の問題点のうち少なくともいくつかを回避するマイクロ流体装置によって制御される。
【００５３】
図２は、泡発生機構の断面図を概略的に示す。図２ａは、機構の断面図を水平面で示す。船の前進中における船のハルに対する水の流れの方向は、矢印２２０によって示される。
【００５４】
機構２０２は、基層２１３を有する層構造であり、この基層２１３の裏当て面は、接合層２１８によって、図２に図示のとおり船のハル２０１の外面に接合される。さらに、層構造２０２は、好適な接合技術によって、ともに挟まれる２つ以上の付加的な層２１１および２１２を含み得る。たとえば、機構の層は、ステンレス鋼で作られるかまたはプラスチックなどの１つ以上の他の好適な材料で作られ、船のハルに固定することのできる帯状体または板／薄板であってもよい。層２１１、２１２、２１３は、ともに溶接されてもよく、および／または、好適な接着材料、たとえばエポキシベースの材料によって接着されてもよい。基層は、溶接、好適な接着性物質、たとえばエポキシベースの接着性物質、磁石などによって船のハルに接合されてもよい。機構２０２は中間層２１２を含み、この中間層２１２に、１つ以上のマイクロ流体装置２１５、たとえばマイクロ流体発振器、がたとえば好適なエッチングプロセスによって埋込まれる。たとえば、流体装置２１５はスキンミル加工されてもよく、または化学的／静電的にステンレス鋼の帯状体にエッチングされてもよい。図２ｂは、中間層２１２の一部の断面図を垂直面で示したものであり、１列に配置された２つのマイクロ流体装置を示す。中間層が、１つ以上の列に配置された３つ以上の流体装置、たとえば、並んだ構成で配置されて１つ以上の列を形成する数百個またはさらには数千個のこのような装置、を含み得ることが認識されるだろう。概して、マイクロ流体装置２１５の１つ以上の列は、水面下の位置から船の竜骨に向かって下方に配置されてもよい。各々のマイクロ流体装置２１５は、マイクロ流体装置２１５に圧縮空気を供給する供給経路２０６に対してダクト２１４を介して接続される。各々のマイクロ流体装置は、マイクロ流体装置２１５によって排出される空気を排出ノズル２０３および２０４にそれぞれ供給する２つの排出ポートまたはダクト２１８および２１７を有する。中間層２１２はカバー層２１１によって覆われる。カバー層は凸状の外面を有していてもよく、それぞれの層の後縁および前縁は、全体的に翼状の形状を機構にもたらすように傾斜させられてもよい。
【００５５】
図２の例においては、機構は、単列のマイクロ流体装置を含む単一の中間層２１２を含む。代替的な実施例においては、機構は複数の中間層を含んでいてもよく、たとえば、これら複数の中間層はすべて、基層２１３とカバー層２１１との間に挟まれていてもよい。たとえば、マイクロ流体装置のさまざまな部分が、それぞれの層の表面にエッチングまたはミル加工されてもよく、その後、マイクロ流体装置を形成するように互いに位置合わせされ、接合されてもよい。代替的または付加的には、各々の中間層は、それぞれ一列のマイクロ流体装置を含んでもよく、これらの一列のマイクロ流体装置には、それぞれの供給ダクトによって圧縮空気が供給され、それぞれの列の排出ノズルが設けられている。このため、排出ノズルの数が増える可能性があり、および／または、マイクロ流体装置を備えた１つ以上の付加的な層を挿入することによって、さまざまな泡サイズを発生させるための複数列のノズルを構築することができる。さらに、基層および／またはカバー層はまた、マイクロ流体装置および／またはその部分を含み得る。
【００５６】
図２の例においては、機構の後縁に位置決めされ、船の船尾に面するノズルが示される。しかしながら、代替的または付加的には、マイクロ流体装置が、帯状体の前縁および／または中央領域にそれらのノズルを備えて配置され得ることが認識されるだろう。
【００５７】
図３は、２つのノズル３０３および３０４のそれぞれに交互に供給を行うマイクロ流体発振器３１５を概略的に示す。発振器は、概して平坦な構成であるため、層構造の層のうち１つ以上、たとえば図２の中間層２１２、に配置することができる。マイクロ流体発振器３１５は、加圧空気または別の好適な泡形成流体のための供給経路に接続可能な入口ポート３１４と、分離路へと供給を行う噴流形成経路３１９とを備える。この分離路は、排出ポート３０３および３０４においてそれぞれ終端する１対の分岐経路３１６および３１７から構成される。排出ポートは、対応する排出ノズルを形成し得るかまたは対応する排出ノズルに接続され得る。これら対応する排出ノズルにおいては、泡形成流体が周囲の水中へと出て行き、泡を形成する。発振器はさらに制御経路３２１ａおよび３２１ｂを含む。これら制御経路３２１ａおよび３２１ｂは、噴流形成経路３１９の下流および上記対の分岐経路の上流において、発振器の相互作用区域３２２における向かい合った（流れ方向に対して）横方向のポートに接続される。図３の例においては、制御経路３２１ａおよび３２１ｂは、フィードバックループ３２１ｃを介して互いと流体連通している。
【００５８】
使用時に、圧縮空気が、供給経路、たとえば図２の供給経路２０６、から入口ポート３１４に差込まれる。いくつかの実施例においては、噴流形成経路３１９の断面寸法が下流方向に向かって小さくなっていてもよく、これにより、注入された流れの速度が増し得る。空気流が相互作用区域３２２を通過すると、この流れにより、制御経路３２１ａおよび３２１ｂにおける制御流体中に、振動する圧力波が形成される。制御流体は、液体または空気などの気体であってもよい。振動する圧力波は、分岐経路３１６および３１７のうちの１つに噴射流を押込む。制御流体中の圧力波がフィードバックループ３２１ｃを介して前後に振動すると、噴流が２つの分岐経路間で交互に切換えられ、こうして、分岐経路の各々において空気流の振動破裂を引起す。破裂が排出ポート３０３および３０４によって形成されるかまたは排出ポート３０３および３０４に接続される排出ノズルのうちの１つに達すると、気泡が生じる。泡の成長は、振動破裂の期間だけ、このため、発振器３１５の振動周波数によって、制限される。特に、泡が、同じ大きさの排出ノズルを通る空気の一定の流れによって発生させ得る泡よりも小さい間は、この泡の成長が止まる可能性がある。さらに、各々の分岐経路における破裂が相対位相差に応じて振動するので、泡が排出ノズル３０３および３０４から交互に発生し、こうして、隣接するノズルから生じる泡の分離を向上させる。制御経路がフィードバックループを形成するよう接続される場合、付加的な制御供給経路は不要である。振動破裂の頻度は、いくつかの方法で、たとえばフィードバックループの長さを変えることによって、選択することができるかまたはさらには変更することができる。
【００５９】
代替的な実施例においては、制御経路３２１ａおよび３２１ｂが、フィードバックループによって互いに接続されることに加えて、または接続される代わりに、それぞれの制御供給経路に接続され得ることが認識されるだろう。このような実施例においては、制御供給経路は、たとえば以下の図７に関連付けて説明されるように、１つ以上の脈動圧力源、たとえば音源、に接続されてもよい。このため、マイクロ流体装置が増幅器として動作する可能性があり、この場合、脈動圧力波が制御経路３２１ａおよび３２１ｂに加えられ、これにより、分岐経路において空気流の振動破裂がもたらされることとなる。脈動圧力源の周波数を制御することにより、発生させた泡のサイズが制御され得る。たとえば、液体を霧状化する文脈においてＵＳ５，５２４，６６０に開示されるように、加圧空気の脈動破裂を発生させるためのマイクロ流体装置の代替的な実施例が用いられ得ることがさらに認識されるだろう。
【００６０】
層構造の板、薄板または他の層に形成されるマイクロ流体装置を設けることにより、泡発生機構は、比較的平坦な構造として実現されてもよく、これにより、抵抗を過度に増加させることなく、船のハルに当該機構を固定することが可能となる。たとえば、図２の層構造の合計厚みは、２０ｍｍ未満、たとえば１０ｍｍ未満、たとえば５〜７ｍｍまたはさらにはそれ以下であり得る。
【００６１】
いくつかの実施例においては、排出ノズル３０３および３０４を囲む表面、ならびに／または、少なくとも排出ノズル付近にある分岐経路の内面のうち少なくとも一部が、泡の放出を促進するために、好適なコーティング、たとえば疎水性コーティング、親水性コーティング、テフロン（登録商標）コーティングなどで覆われてもよい。
【００６２】
図４は、２セットのノズル４０３および４０４のそれぞれに対して交互に供給を行うマイクロ流体発振器４１５を概略的に示す。このように、各々の発振器または他のマイクロ流体装置がそれぞれのノズル列に供給を行い得るので、排出ノズルの数が増える可能性がある。
【００６３】
概して、いくつかの実施例においては、マイクロ流体装置の周波数は、たとえば、上述のとおりマイクロ流体増幅器の制御経路に加えられる圧力パルスの周波数を制御することによって、または、１つ以上のマイクロ流体発振器を他のマイクロ流体装置、たとえばマイクロ流体発振器に流れ込む圧縮空気の流れの圧力を変えるよう構成されたマイクロ流体増幅器、と組合せることによって、ならびに／または、他の場合には、たとえばマイクロ流体発振器に流れ込む圧縮空気のパラメータおよび／もしくはフィードバックループにおける制御流体のパラメータ、たとえば圧力および／もしくは温度、を変えることによって、制御可能である。たとえば、電熱線は、制御流体の温度を制御するための層構造に埋込まれてもよい。
【００６４】
代替的には、機構は、各々が異なる周波数で動作することにより異なるサイズの泡を発生させるよう適合されたマイクロ流体発振器などの２セット以上のマイクロ流体装置を含み得る。これが示される図５においては、装置は、５１５ａ、５１５ｂおよび５１５ｃで示される３セットのマイクロ流体発振器を含んでおり、これら３セットのマイクロ流体発振器は、それぞれの供給経路５０６ａ、５０６ｂ、５０６ｃによって供給を受ける。各セットのマイクロ流体発振器は、共通の振動周波数を有しているが、異なるセットのマイクロ流体発振器は、たとえばそれぞれのフィードバックループの長さによって規定されるさまざまな周波数を有する。結果として、当該セットのマイクロ流体装置のうちの１つに選択的に空気を供給することにより、異なるサイズの泡が作り出される可能性がある。
【００６５】
図５の機構は、図２に関連付けて説明されたとおり基層２１３ならびに付加的な２つの層２１２および２１１を含む層構造である点で、図２に示される機構と類似している。基層２１３は、船のハル２０１の外面に装着される。中間層２１２は、いくつかのマイクロ流体装置５１５ａおよび５１５ｃと、対応する供給経路５０６ａおよび５０６ｃとを含み、基層２１３とカバー層２１１との間に挟まれる。図５の実施例においては、カバー層２１１も構築され、さらなるセットのマイクロ流体装置５１５ｂおよび供給経路５０６ｂを含む。たとえば、マイクロ流体装置５１５ａおよび５１５ｃは、カバー層に面する中間層の表面に設けられてもよく、マイクロ流体装置５１５ｂは、中間層に面するカバー層の表面に設けられてもよい。
【００６６】
各セットのマイクロ流体装置のうちいくつかのマイクロ流体装置は、それらの排出ノズルがそれぞれの列に配置されるように並んだ構成で配置される。図５においては、３つのマイクロ流体装置の列を含む機構の一部が示される。機構がそれぞれの列に配置される多数の装置を含み得ることが認識されるだろう。図５の実施例においては、マイクロ流体装置５１５ａの排出ノズル５０３ａおよび５０４ａは機構の後縁に配置され、マイクロ流体装置５１５ｂの排出ノズル５０３ｂおよび５０４ｂは機構の中心線に沿って配置され、マイクロ流体装置５１５ｃの排出ノズル５０３ｃおよび５０４ｃは機構の前縁に配置される。
【００６７】
図６は、泡発生機構の別の実施例を概略的に示す。図６ａは、泡発生機構の断面図を概略的に示す。図６の機構は、基層２１３、中間層２１２およびカバー層２１１を含む図２に示される実施例に類似している。図６ｂ〜図６ｄは、それぞれの層の部分の上面図を示す。図示された部分は単一のマイクロ流体発振器を含む。しかしながら、機構が、並んだ構成で配置されたこのような多数の発振器を含み得ることが理解されるだろう。特に、図６ｂは、基層の一部、すなわち中間層に面する表面、の上面図を示す。図６ｃは、中間層２１２の一部の上面図を示し、図６ｄは、カバー層２１１の一部の底面図、すなわち中間層に面する表面を示している。図６の例においては、機構は、供給経路に接続された複数のマイクロ流体装置６１５を含む。３つの層がすべて構築されており、マイクロ流体装置６１５および／または供給経路のそれぞれの部分を備える。基層２１３は、マイクロ流体装置の主たるマイクロ流体構造、この場合、図３に関連付けて説明されたようにマイクロ流体発振器、を備える。基層に埋込まれた構造は、入口ポート３１４、噴流形成経路３１９、相互作用区域３２２、制御経路３２１ａおよび３２１ｂ、フィードバックループ３２１ｃ、ならびに、それぞれの排出ポート６０３および６０４において終端する分岐経路３１６および３１７を含む。
【００６８】
中間層２１２は投入経路６１７と、排出経路６３３および６４４とを含む。中間層の投入経路および排出経路は、中間層全体を通って延在する穴を通るものとして形成され、それぞれ、投入ポート３１４ならびに分岐経路の終端６０３および６０４に揃えて位置合わせして形成される。こうして、投入経路６１７は、入口ポート３１４と供給経路６０６との間に流体連通をもたらす。カバー層２１１が中間層の幅全体にわたっては延在せず、中間層の表面の端縁部分を露出させたままにしているため、排出経路６３３および６４４は機構の外面へと延在し、こうして、それぞれの排出ノズルを形成する。カバー層２１１は、供給経路６０６を、たとえばカバー層の底面における細長い凹部の形状で含む。
【００６９】
図７は、泡発生機構の断面図を概略的に示す。図７ａは、機構の断面図を水平面で示す。船の前進中に船のハルに対して相対的に水が流れる方向が矢印７２０によって示される。
【００７０】
機構７０２は、それが、基層７１３を有する層構造として形成され、この基層７１３の裏当て面が、図７に図示のとおり接合層７１８によって船のハル７０１の外面に接合される点で、図２の機構に類似している。さらに、層構造７０２は、図２に関連付けて全てが説明されたとおり、好適な接合技術によってともに挟まれる２つ以上の付加的な層７１１および７１２を含み得る。
【００７１】
機構７０２は、中間層７１２を含み、この中間層７１２には、図２に関連付けて説明したとおり、たとえば好適なエッチングプロセスによって１つ以上のマイクロ流体装置７１５、たとえばマイクロ流体発振器、が埋込まれる。図７ｂは、中間層７１２の一部の断面図を垂直面で示したものであり、１列に配置された２つのマイクロ流体装置を示す。
【００７２】
各々のマイクロ流体装置７１５は、マイクロ流体装置７１５に圧縮空気を供給する供給経路７０６に対してダクト７１４を介して接続される、各々のマイクロ流体装置は２つの排出ポートまたはダクト７１６および７１７を有し、これら２つの排出ポートまたはダクト７１６および７１７は、それぞれ、マイクロ流体装置７１５によって排出ノズル７０３および７０４に排出される空気を供給する。中間層７１２は、図２に関連付けて全て説明されたように、カバー層７１１によって覆われる。マイクロ流体装置７１５は、それぞれ、２つのノズル７０３および７０４に交互に供給を行うマイクロ流体発振器である。マイクロ流体発振器７１５は、それが、図３に関連付けて全て説明されたとおり、加圧空気のための供給経路７０６に接続された入口ポート７１４と、排出ポート７０３および７０４においてそれぞれ終端する１対の分岐経路７１６および７１７からなる分離路に対して供給を行う噴流形成経路７１９とを有する点で、図３に示されるマイクロ流体発振器に類似している。発振器は制御経路７２１ａおよび７２１ｂをさらに含む。これら制御経路７２１ａおよび７２１ｂは、噴流形成経路７１９の下流および上記対の分岐経路の上流において、発振器の相互作用区域７２２における向かい合った（流れ方向に対して）横方向のポートに接続される。
【００７３】
図７の機構は、以下の点で図２の機構および図３のマイクロ流体発振器とは異なる。すなわち、制御経路７２１ａおよび７２１ｂがそれぞれの制御供給経路７２３ａおよび７２３ｂに接続され、これにより、制御経路の各々と、加圧空気または別の好適な流体の制御流れを制御経路７２１ａおよび７２１ｂにそれぞれ供給するための制御供給経路のそれぞれとの間に流体連通をもたらすようにしている点である。各々の制御供給経路は、対応する脈動圧力源（明確には図示せず）、たとえば音源、に接続される。脈動圧力源は加圧空気の脈動圧力を与えるよう制御される。特に、圧力源は、脈動圧力源によって課される周波数で発振器７１５を振動させるようにするために、同じ周波数で、但し互いに対して期間の半分だけ位相をずらした状態で、制御経路７２１ａおよび７２１ｂにおける圧力を変えるよう制御されてもよい。
【００７４】
図８は、各々が異なる周波数で動作することにより異なるサイズの泡を発生させるよう適合されたマイクロ流体発振器などの複数セットのマイクロ流体装置を含む機構の別の例を示す。機構８０２は、たとえば図５に関連付けて説明されたとおり、各々が供給経路８０６ａ、８０６ｂ、８０６ｃからそれぞれ供給を受ける３セットのマイクロ流体発振器（それぞれ８１５ａ、８１５ｂおよび８１５ｃと示される）を含む。各セットのマイクロ流体発振器は共通の振動周波数を有しているが、異なるセットのマイクロ流体発振器は、たとえばそれぞれのフィードバックループの長さによって規定される異なる周波数を有する。結果として、当該セットのマイクロ流体装置のうちの１つに選択的に空気または別の流体を供給することにより、異なるサイズの泡が作り出される可能性がある。このために、供給経路８０６ａ〜８０６ｃが、流れセレクタ８７５と流体連通するよう接続され、この流れセレクタ８７５がさらに、流体管８７６を介して流体源８０５、たとえば空気を圧縮するための圧縮機、に接続される。こうして、泡形成流体が、流体源から流れセレクタ８７５に供給される。この流れセレクタ８７５は、供給経路８０６ａ〜８０６ｃのうちの１つと、このため当該セットのマイクロ流体装置８１５ａ〜８１５ｃのうちの１つとに対して流体を選択的に方向付けるよう制御可能である。
【００７５】
図９ａは、この発明のいくつかの実施例に従ったマイクロ流体装置９００を示す。マイクロ流体装置は、入口ポート９０１、第１の経路９０２、第２の経路９０４、第１の制御経路９０７、および第２の制御経路９０９を含む。第１の経路９０２および第２の経路９０４は、中央チャンバ９０６を介して入口ポート９０１、第１の制御経路９０７および第２の制御経路９０９と流体連通している。第１の経路９０２は、微泡を発生させるための第１のノズル９０３を含む。第２の経路は、微泡を発生させるための第２のノズル９０５を含む。第１の制御経路９０７は第１の制御入口９０８を含み、第２の制御経路９０９は第２の制御入口９１０を含む。第１の制御経路９０７は、第１の制御出口９０８および第２の制御出口９１０が上記フィードバック経路を介して直接流体連通するように、フィードバック経路によって第２の制御経路９０９に接続されてもよい。加えて、または代替的には、第１の制御経路９０７および／または第２の制御経路９０９は、制御流れを発生させるよう構成された制御システムと流体連通していてもよい。
【００７６】
図９ｂは、この発明のいくつかの実施例に従ったマイクロ流体装置９００を示す。ここで、マイクロ流体装置は経路およびノズルをそれぞれ１つしか含まない。
【００７７】
いくつかの実施例を詳細に記載および図示してきたが、本発明はこれらに限定されず、添付の特許請求の範囲に規定される主題の範囲内で他の方法で具体化されてもよい。特に、他の実施例が利用されてもよく、構造的かつ機能的な変形例もこの発明の範囲から逸脱することなく実施可能であることが理解されるはずである。
【００７８】
いくつかの手段を列挙する装置クレームにおいては、これらの手段のうちいくつかは、ハードウェアのうち全く同一のアイテムによって具体化することができる。いくつかの方策が相互に異なる従属請求項に記載されるかまたはさまざまな実施例において説明されているが、これは単に、これらの方策の組合せを有利に用いることができないことを示しているわけではない。
【００７９】
この明細書で用いられる場合、「含む（comprises/comprising）」という語は、記載された特徴、整数、ステップまたは構成要素の存在を特定するものとされるが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、構成要素またはこれらの群の存在または追加を排除するものではないことが強調されなければならない。
【図１】
2013529570.tif 000003
【図２ａ）】
2013529570.tif 000004
【図２ｂ）】
2013529570.tif 000005
【図３】
2013529570.tif 000006
【図４】
2013529570.tif 000007
【図５ａ）】
2013529570.tif 000008
【図５ｂ）】
2013529570.tif 000009
【図６ａ）】
2013529570.tif 000010
【図６ｂ）】
2013529570.tif 000011
【図６ｃ）】
2013529570.tif 000012
【図６ｄ）】
2013529570.tif 000013
【図７ａ）】
2013529570.tif 000014
【図７ｂ）】
2013529570.tif 000015
【図８】
2013529570.tif 000016
【図９ａ】
2013529570.tif 000017
【図９ｂ】
2013529570.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成24年4月23日(2012.4.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
船のハルに対する抵抗を低減させるための流体の泡を発生させるための機構であって、泡発生装置は、ハルの外面に取付け可能であり、機構は、前記泡を発生させるための１つ以上のマイクロ流体装置を含み、機構は、２つ以上の層を含む層構造を含み、層のうち少なくとも１つは、１つ以上のマイクロ流体装置のうち少なくとも一部を形成する微細構造を含み、前記層のうち少なくとも１つは、１つ以上のマイクロ流体装置に接続してマイクロ流体装置に圧縮空気を供給するための供給経路を含む、機構。
【請求項２】
マイクロ流体装置は、発生させた泡の泡サイズを制御するよう適合される、請求項１に記載の機構。
【請求項３】
少なくとも１つのマイクロ流体装置は、
−  流体の流れを供給するための入口ポートと、
−  船のハルに対する抵抗を低減させるための流体の泡を発生させるための第１のノズルを含む第１の経路とを含み、前記第１の経路は、中央チャンバを介して前記入口ポートと流体連通しており、前記少なくとも１つのマイクロ流体装置はさらに、
−  前記第１のノズルを通る流れを制御するよう構成された第１の制御入口を含む第１の制御経路を含み、前記第１の制御入口は、前記中央チャンバを介して前記入口ポートおよび前記第１の経路と流体連通している、請求項１または２に記載の機構。
【請求項４】
少なくとも１つのマイクロ流体装置はさらに、
−  船のハルに対する抵抗を低減させるための流体の泡を発生させるための第２のノズルを含む第２の経路を含み、前記第２の経路は、前記中央チャンバを介して前記入口ポートおよび前記第１の制御入口と流体連通しており、前記第１の制御入口はさらに、前記第２のノズルを介して流れを制御するよう構成される、請求項１から３に記載の機構。
【請求項５】
少なくとも１つのマイクロ流体装置は、前記第１の制御入口を介して第１の制御流れを前記中央チャンバに供給することにより、前記入口ポートから前記第１のノズルへの総流れ抵抗を高めるよう構成される、請求項３または４に記載の機構。
【請求項６】
少なくとも１つのマイクロ流体装置は、前記第１の制御入口を通って流れる第１の制御流れを前記中央チャンバに供給することにより、前記第１の経路を通る流れを前記第２の経路へと切換えるよう構成され、これにより、前記第１の経路を通って流れたであろう流れのうち少なくとも５０％は、前記第２の経路を通って流れるよう向きが変えられる、請求項４または５に記載の機構。
【請求項７】
前記少なくとも１つのマイクロ流体装置はさらに、
−  前記第１のノズルおよび前記第２のノズルを通る流れを制御するための第２の制御入口を含む第２の制御経路を含み、前記第２の制御入口は、前記中央チャンバを介して、前記入口ポート、前記第１のノズル、前記第２のノズルおよび前記第１の制御入口と流体連通している、請求項４から６のいずれかに記載の機構。
【請求項８】
少なくとも１つのマイクロ流体装置は、前記第２の制御入口を通る第２の制御流れを前記中央チャンバに供給することにより、前記第２の経路を通る流れを前記第１の経路へと切換えるよう構成され、これにより、前記第２の経路を通って流れたであろう流れの少なくとも５０％は、前記第１の経路を通って流れるよう向きが変えられる、請求項４から７のいずれかに記載の機構。
【請求項９】
前記少なくとも１つのマイクロ流体装置はさらに、前記第１の制御経路および前記第２の制御経路を接続するフィードバック経路を含み、これにより、前記第１の制御出口および前記第２の制御出口が直接流体連通する、請求項７または８に記載の機構。
【請求項１０】
第１の制御経路および／または第２の制御経路は、第１の制御経路および／または第２の制御経路を通る制御流れを発生させるよう構成された制御システムと流体連通している、請求項３から９のいずれかに記載の機構。
【請求項１１】
装置は、請求項１から１０のいずれかに規定される複数のマイクロ流体装置を含む、請求項１から１０のいずれかに記載の機構。
【請求項１２】
時間の経過とともに変化する流れである泡形成流体の流れを供給することにより、制御可能な泡サイズを有する泡を発生させるよう適合される、請求項１から１１のいずれかに記載の機構。
【請求項１３】
マイクロ流体装置は、マイクロ流体発振器および／またはマイクロ流体発振器フリップフロップおよび／またはマイクロ流体増幅器および／またはマイクロ流体スイッチを含む、請求項１から１２のいずれかに記載の機構。
【請求項１４】
機構は、既存の船に取付け可能である改装可能な装置である、請求項１から１３のいずれかに記載の機構。
【請求項１５】
流体を泡の形状で排出するための複数の排出ノズルを備える、請求項１から１４のいずれかに記載の機構。
【請求項１６】
複数セットのマイクロ流体装置を含み、各セットのマイクロ流体装置は、それぞれの泡サイズを有する泡を発生させるよう適合され、前記機構は、泡形成流体の供給流れを、前記セットのマイクロ流体装置のうち周波数とは異なる１つのセットまたはサブセットに選択的に方向付けるための流れセレクタを含む、請求項１から１５のいずれかに記載の機構。
【請求項１７】
各セットのマイクロ流体装置は、それぞれの予め定められた周波数で泡を発生させるよう適合される、請求項１６に記載の機構。
【請求項１８】
流体は空気などの気体である、請求項１から１７のいずれかに記載の機構。
【請求項１９】
層のうち少なくとも１つは、１つ以上のマイクロ流体装置のうち少なくとも一部を形成する微細構造面を含む、請求項１に記載の機構。
【請求項２０】
機構は、船のハルに機構を接合するための接合面と、接合面とは反対側にある凸状の外面とを含む、請求項１から１９のいずれかに記載の機構。
【請求項２１】
流体を排出するための複数の排出ノズルを含み、各々の排出ノズルを囲む表面区域には親水性の表面が設けられている、請求項１から２０のいずれかに記載の機構。
【請求項２２】
１つ以上のマイクロ流体装置の各々は、経路および／またはチャンバの平面的なシステムとして形成される、請求項１から２１のいずれかに記載の機構。
【請求項２３】
マイクロ流体手段を含む装置を含む船のためのハルであって、前記装置は、流体の源に接続された複数の開口部を有し、前記複数の開口部は、流体が前記ハルに沿って流れる際に、ハルに向かう水の境界層において泡を形成するように、前記開口部を通じて流体を放出することができるように配置され、流体発振器または別個の流体増幅器は、加圧下の空気の前記源と前記複数の開口部の各々との間に接続され、前記流体発振器または流体増幅器の各々は、開口部から放出される泡の泡サイズを変えることができるように制御可能であり、機構は、２つ以上の層を含む層構造を含み、層のうち少なくとも１つは、１つ以上のマイクロ流体装置のうち少なくとも一部を形成する微細構造を含み、前記層のうち少なくとも１つは、１つ以上のマイクロ流体装置に接続してマイクロ流体装置に圧縮空気を供給するための供給経路を含む、ハル。
【請求項２４】
船の穴に対する抵抗を低減させるための微泡を発生させるために船の外側に取付けられるよう適合された、マイクロ流体手段を含む、請求項１から２２のいずれかに記載の装置の使用。
【請求項２５】
船のハルに対する抵抗を低減させる方法であって、
−  ハルの外面に対して、請求項１から２２のいずれかに記載の機構を取付けるステップと、
−  機構の排出ノズルを通じて前記泡発生流体を水中に排出することにより、ハルと前記ハルの周囲の水との間の境界において泡発生流体の泡を発生させるステップと、
−  時間の経過とともに変化する流れである泡形成流体の流れを供給することにより、発生させた泡のサイズを制御するステップとを含む、方法。
【国際調査報告】
2013529570.tif 000019
2013529570.tif 000020
2013529570.tif 000021