(12) Oversettelse av europeisk patentskrift

Transkript

1 (12) Oversettelse av europeisk patentskrift (11) NO/EP B1 (19) NO NORGE (1) Int Cl. B63B 1/38 (06.01) Patentstyret (21) Oversettelse publisert (80) Dato for Den Europeiske Patentmyndighets publisering av det meddelte patentet (86) Europeisk søknadsnr (86) Europeisk innleveringsdag (87) Den europeiske søknadens Publiseringsdato () Prioritet , EP, (84) Utpekte stater AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO SE SI SK SM TR (73) Innehaver DK Group (ACS) B.V., Doctor Willem Dreesweg 2, Suite 94 A, 118 VB Amstelveen, NL-Nederland (72) Oppfinner Winkler, Jørn, Paul, Kaya W.F.G. (jombi) Mensing 36, Curaçao, AN-Nederlandske Antiller (74) Fullmektig Plougmann & Vingtoft, Postboks 03 Sentrum, 04 OSLO, Norge (4) Benevnelse Mikroboblegenerator med positivt trykk (6) Anførte publikasjoner US-A US-A WO-A-0/ WO-A-99/28180

2 1 Beskrivelse Oppfinnelsesområde [0001] Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for å generere et lag av bobler langs skroget av et fartøy for å redusere dens friksjonsmotstand i vannet. Oppfinnelsen vedrører også et fartøy som har en boblegenererende enhet for generering av en flerhet av bobler på skrogoverflaten. Oppfinnelsens bakgrunn [0002] En slik fremgangsmåte og fartøy er kjent fra US patent nr. 6,789,491 som beskriver hvordan et lag av mikrobobler genereres ved hjelp av et bevinget luftinduksjonsrørsystem (Winged Air Induction Pipe - WAIP). Et lag av mikrobobler med en diameter, som kan være så liten som um, blir generert ved å trekke atmosfærisk luft inn i en lavtrykksregion i et hulrom nær bunnen av fartøyet. Lavtrykksregionen retter luftstrømmen av atmosfærisk luft, via et rør over en vinge som er festet i hulrommet nær bunnen av skroget. Bevegelsen forover av fartøyet genererer en sugekraft over vingen og trekker i atmosfærisk luft over vingens øvre overflate. Ved vann - luft-grensesnittet over vingen, strømmer vannet raskt mot akterenden og forårsaker en såkalt Helmholtz Kelvin instabilitet som resulterer i en blanding av luft og vann og i en påfølgende generasjon av mikrobobler. Størrelsen av disse mikroboblene endres ikke, i motsetning til bobler generert ved hjelp av trykkluft når de injiseres inn i vannet og danner et lag som dekker et stort areal av skroget som strekker seg fra baug til akter. På denne måten kan energibesparelser i fremdrift på opp til 1 % oppnås. [0003] Det er også kjent å montere flere luftboblegenererende dyser på skroget, der luft tilføres via en kompressor. Disse dyser har en snittliknende geometri og fungere som mikroboblegeneratorer. Ulempen med aktiv luftkomprimering er en økning i energiforbruk i forhold til det lave trykket som genereres ved hjelp av et bevinget luftinduksjonsrørsystem (WAIP). [0004] Det er en hensikt med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en fremgangsmåte for generering av bobler på skroget av et fartøy, og et fartøy som har en boblegenerator som tilveiebringer en økt reduksjon av motstand. [000] Det er et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte for generering av mikrobobler og for å redusere friksjonsmotstand i havgående lasteskip med relativt stort deplasement, og samtidig opprettholde den tilgjengelige lasteromplass så stor som mulig. [0006] Det er et ytterligere et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en metode for generering av bobler på skroget av fartøyet, og et fartøy som har en boblegenerator, som kan være tilpasset rådende tilstander på havet.

3 2 [0007] Det er igjen et annet formål for oppfinnelsen å tilveiebringe en metode for generering av bobler på skroget av fartøyet, og et fartøy som har en boblegenerator, som har en økt effektivitet Oppsummering av oppfinnelsen [0008] For å nå disse målene, tilveiebringer oppfinnelsen en fremgangsmåte for generering av et lag av bobler på et skrog av et fortrengningsfartøy som omfatter trinnene: - å tilveiebringe et hulrom på bunnflaten av fartøyet som har en lengde på minst 1 m og ikke lenger enn % av fartøyets lengde L langs bunnen, fortrinnsvis ikke lengre enn 2 %, mest foretrukket ikke mer enn % av fartøyets lengde L, og har en øvre overflate i avstand minst 0 cm fra bunnflaten, fortrinnsvis minst 1 m fra bunnflaten - å tilveiebringe luft inn i hulrommet via en kompressorenhet ved et trykk større enn atmosfærisk trykk for i det minste delvis å tømme hulrommet for vann, - å tilveiebringe en vann - luft-grenseflate i hulrommet som danner en mikseregion, - å generere en flerhet av luftbobler i mikseregionen, og - å gi et bobleutløp ved eller nær nedre bakre del av hulrommet for å tillate boblene å strømme ut fra mikseregion langs bunnflaten mot den bakre ende av fartøyet. [0009] Hulrommet nær bunnen er i det minste delvis tømt for vann av trykkluft injisert i hulrommet. Slike lufthulrom er utviklet av søkeren og er beskrevet for eksempel i EP1719 og WO07/ for å tilveiebringe en økt effektivitet i fremdrift for lasteskip ved havgående forhold. Oppfinnerne har innsett at lufthulrom utviklet for reduksjon av den våte skrogoverflaten, fungerer på en overraskende og uventet måte som en generator av relativt små bobler og mikrobobler. [00] Det har vist seg at ved injisering av luft ved et trykk som tilsvarer dybden til hulrommet (omtrent 1 bar pr m dybdenivå), et turbulent vann-luft -grensesnitt er dannet og fungerer som en mikseregion der vannet er mettet med luft. Ved innsuging av vann - luftblandingen fra hulrommet på baksiden, slippes vann - luftblandingen ut fra en utløpsregion som ligger nær den nedre bakre del av hulrommet. Det har vist seg at fra utløpsregionen, spres boblene over et stort område av skroget som er mellom % - 40 % av den våte skrogoverflaten og forblir i det vesentlige konstant i størrelse, mellom 0,1 µm og 0 µm. På denne måten kan en reduksjon i friksjonsmotstanden oppnås på en relativt enkel og kostnadseffektiv måte.

4 [0011] Hulrommet for å generere bobler i henhold til oppfinnelsen er av større dimensjoner enn de små hulrom som er beskrevet i US patent nr , men er av mindre størrelse enn de hulrom som brukes i lufthulromfartøy i henhold til EP1719 og WO07/ Dermed økes tilgjengelig lasteplass i fartøyene i henhold til foreliggende oppfinnelse. [0012] Den enkle utformingen av boblegeneratoren ifølge oppfinnelsen tillater enkel ettermontering på eksisterende fartøy ved å tilveiebringe et hulrom av forholdsvis små dimensjoner i bunnen av skroget. [0013] Ved å bruke et lufthulrom i samsvar med foreliggende oppfinnelse, fylles lufthulrommet med luft og reduserer det våte areal av skroget for å redusere friksjonsmotstanden og samtidig genereres små bobler med en størrelse mellom µm og 1 µm. [0014] De små bobler slipper ut fra hulrommet via bobleutløpet i nærheten av den bakre enden og fordeles over et stort skrogområde, for å redusere friksjonsmotstand. Herved kan energisparing for fremdrift på opptil 1 % oppnås. [001] Ifølge foreliggende oppfinnelse er det mulig å bruke trykkluft som innføres i lufthulrommet for utdriving av vann fra hulrommet som lufttilførsel for generering av mikrobobler. I en foretrukket utførelsesform føres denne luft inn ved den forreste ende av i hulrommet. Alternativt kan, i tillegg til trykkluftforsyning for utdriving av vann fra hulrommet, separate boblegenererende enheter være anvendt i hulrommet med en egen lufttilførsel koblet til disse enhetene. Boblegenererende enheter kan omfatte luftrør eller dyser, vingeformede (WAIP) enheter, perforerte plater eller enhver annen type boblegenererende midler. [0016] Kompressorenheten ifølge foreliggende oppfinnelse kan kobles til en kontrollenhet for selektivt å tilføre luft inn i hulrommet ved et høyere trykk enn lufttrykket inne i hulrommet for å opprettholde et forutbestemt vannivå inne i hulrommet. Sensorer er tilveiebrakt i hulrommet for å overvåke vannivået og tilveiebringe inngangssignaler til kontrollenheten. Når bølger driver ut luft fra hulrommet aktiveres kompressorenheten for å øke luftstrømmen til hulrommet for å drive ut vannet, og for å opprettholde tilstrekkelig tørre omgivelser. De andre lufttilførselsmidler strekker seg til hulrommet med tilførsel av luft i hulrommet til de boblegenererende midler med en hovedsakelig konstant hastighet slik at en konstant strøm av bobler genereres for å dekke skroget. [0017] Fortrinnsvis er boblegenereringsforholdene i henhold til oppfinnelsen slik at de bobler som dannes i miksesonen til hulrommet har en størrelse på mellom µm og 1 mm. Fortrinnsvis er trykket av luften som innføres i hulrommet kontrollert for å være i det minste litt høyere enn eller omtrent så høyt som lufttrykket inne i hulrommet. I en utførelsesform er hastigheten av vannet inne i hulrommet mellom omtrent lik fartøyets

5 hastighet forover. Innløpshastigheten av luften i den forreste ende av hulrommet er meget lavt, helst nær 0 meter per sekund. [0018] Hulrommet kan ha et bobleutløp som er utformet ved den bakre ende av en skrånende toppflate av hulrommet som skrår nedover fra en toppflatehøyde mot bunnplanet i en retning bakover sett langs bunnplanet. På denne måten tvinges boblene inn i et kileformet rom ved den bakre del av hulrommet der de kan slippe ut nær nivået til bunnen av skroget med en relativt høy hastighet bakover (relativ), for eksempel for å dekke deler av skroget nedstrøms fra hulrommet. [0019] I en ytterligere utførelse vil en boblegenererende enhet ligge i en partisjonsregion mellom to hulrom som ligger side om side, der en lufttilførsel er koblet til den boblegenererende enheten for å tilveiebringe luft til enheten for å produsere en flerhet av små bobler. Når boblene som dekker skroget begynner å bevege seg sidelengs for å stige til vannoverflaten, vandrer de langs skroget for å komme tilbake til lufthulrommet for å erstatte eventuell tapt luft som er borte fra lufthulrommet. På denne måten kan gjenvinning av luftboblene oppnås og resultere i økt effektivitet av luftboblesmøringssystemet (Recycled Air Lubrication system - resirkulert luftsmøringssystem). [00] I en ytterligere utførelsesform av et boblegenererende system ifølge den foreliggende oppfinnelse, er i det minste to boblegenererende enheter plassert i hulrommet, adskilt med en innbyrdes avstand i lengderetningen av fartøyet. På denne måten blir små bobler generert på den innvendige skråning av hulrommet for ekstra indre smøring av hulrommet og ved utslipp fra hulrommet til smøring av den ytre skrogoverflaten. Under milde værforhold er den boblegenererende enhet som er nærmest bunnen av skroget operativ, mens ved høyere sjø, er den boblegenererende enheten nærmest toppen av hulrommet aktiv, mens den boblegenererende enheten nærmest bunnen av skroget er uvirksom og kan være stengt av en individuelt betjent ventil. Kort beskrivelse av tegningene [0021] Noen utførelser av et fartøy som omfatter et boblegenererende system i henhold til den foreliggende oppfinnelse skal beskrives i detalj, som eksempel, med henvisning til de vedføyde tegninger. [0022] I tegningene: Fig. 1 viser et skjematisk sideriss av et fartøy som omfatter en boblegenererende enhet ifølge foreliggende oppfinnelse, Fig. 2 viser et skjematisk sideriss av et lufthulromfartøy med flere boblegenererende enheter som ligger på en skrånende toppflate av lufthulrommet,

6 1 2 3 Fig. 3 viser et bunnriss av et lufthulromfartøy med to parallelle lufthulrom og boblegenererende enheter som ligger mellom lufthulrommene. Fig. 4 viser et skjematisk tverrsnittriss av lufthulromfartøyet i fig. 3 som viser to luftforsyningskanaler, Fig. viser en forstørret detalj av et lufthulrom som omfatter tre boblegenererende enheter arrangert på en skrånende hulromoverflate, Fig. 6 viser et sideriss av en vingeformet boblegenerator Fig. 7 viser et nedre tverrsnittriss av boblegeneratoren i fig. 6, og Fig. 8 et skjematisk sideriss av en justerbar vingeformet boblegenerator. Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen [0023] fig. 1 viser et fartøy 1 med et skrog 2 og en bunnflate 3. Fartøyet 1 har en lengde på for eksempel L h mellom 0 m og 0 m, målt langs bunnflaten 3. Fartøyet har en høyde H målt fra kjølnivå til dekknivå på for eksempel mellom m og 40 m. I nærheten av en baug til fartøyet er et hulrom 6 dannet som rager oppover fra bunnflaten 3. Hulrommet 6 har en lengde L c som er forholdsvis kort sammenlignet med fartøyets lengde L, og som kan for eksempel ligge mellom m og m. Hulrommet har en høyde H målt fra bunnflaten 3 til en toppflate 4, som kan være mellom 0 cm og for eksempel m. [0024] I nærheten av en fremre ende 9 av hulrommet 6, er et luftinnløp tilveiebrakt, som er koplet til en lufttilførselskanal 11. En kompressor 12 tar inn atmosfærisk luft gjennom en kanal 13 og leverer komprimert luft til hulrommet 6 for å kunne fordrive vann fra hulrommet. Luften reguleres til å være i et overtrykk i forhold til trykket som hersker inne i hulrommet 6, som igjen avhenger av dybden til fartøyet 1. [002] Det ble funnet at det dannes ripler i luft - vann overflaten inne i hulrommet 6 som avgrenser en miksesone av vann som er mettet med luft. Det bevegelige vann over vann - luft-grenseflaten i hulrommet 6 fører til en Kelvin - Helmholtz instabilitet og former små bobler 14. Disse boblene har en diameter på mellom µm og 1 mm og slippes ut via en bobleutslippsregion 1 nær den bakre del av hulrommet 6. I den bakre del, har hulrommet en nedadvendt toppflate 16, som danner et kileformet rom nær den bakre del 17 av hulrommet. Fra denne bobleutslippsregionen 1, spres boblene mot den aktre del 18 av skroget 2, for å dekke en hoveddel av bunnflaten 3. [0026] I utførelsesformen i figur 2, er tre boblegenererende enheter, 21, 22 tilveiebrakt i den skrånende toppflaten 16. En andre lufttilførselskanal 2 kobler en andre kompressor 26 til hver innretning for lufttilførsel med en hovedsakelig konstant hastighet. Den boblegenererende enheten til 22 kan omfatte et rør, en perforert plate, et vingeformet element eller en hvilken som helst annen passende boblegenererende innretning av den type som beskrives i US patentsøknad nr. 01 / , US 03 / eller US patent nr

7 [0027] Kompressoren 12 og / eller ventilen 3 kontrolleres av en kontrollenhet 28 for å levere luft til hulrommet 6, avhengig av vannivået inne i hulrommet som overvåkes via en nivåsensor, hvis registreringer overføres til kontrollenheten 28. Hver boblegenererende enhet, 21, 22 er forbundet med den andre lufttilførselskanal 2 via en respektiv ventil, 31, 32 som styres av kontrollenheten 28. Når havforholdene er stormfulle, vil vannivået inne i hulrommet 6 være relativt høyt, slik at de boblegenererende enheter, 21 og 22 alle kan være aktive, når ventilene, 31, 32 blir åpnet. Ved roligere havforhold blir vannivået i hulrommet lavere og ventilen 32 lukkes, for å inaktivere den boblegenererende enheten 22. Når havet er flatt, vil vannstanden i hulrommet 6 være lav og bare boblegenerator vil være aktiv, der ventilen åpnes og ventilene 31, 32 er stengt. Luftboblene som dekker den innvendige overflaten av hulrommet forårsaker en vesentlig reduksjon i friksjonsmotstanden fra lufthulrommet. Fig. 3 viser et bunnriss av et fartøy1 av skroget med to parallelle lufthulrom 40, 40 '. boblegenererende enheter 41, 42,4 og 46 genererer bobler som dekker sidepartiene av bunnflaten 3. De boblegenererende enheter 43,44 ligger i en sentral del 46 1 mellom lufthulrom 40, 40 '. Boblene som beveger seg oppover fra sidepartiene av bunnflaten 3 og fra den sentrale delen 461 er i det minste delvis gjenvunnet i hulrommene 40, 40 ' og etterfyller luftvolumet i disse hulrommene. Fig. 4 viser et skjematisk tverrsnittriss av lufthulrommene i figur 4, der luftbobler er fanget i den sentrale regionen 46 1 mellom to vegger 47,48 som er tilveiebrakt i den sentrale regionen. Kompressoren 26 gir en konstant strøm av luft til den boblegenererende enheten 43. Hulrommene 40, 40' er hver forbundet med kompressoren 12 som opprettholder vannivået inne i hulrommene hovedsakelig konstant under kontroll av enhet 28. [0028] I utførelsen i figur, er de boblegenererende enheter 0,1 og 2 dannet av kileformede luftspalter i den skrånende toppflate 16 av hulrommet 6. Utløpsregionen 1 er dannet av den regionen der den skrånende toppflate 16 ligger nær bunnen 3. [0029] Figur 6 viser en vingeformet boblegenererende enhet 60 som ligger inne i et hulrom 61 i skroget 63. Den boblegenererende enheten 60 definerer et miksekammer 66 og omfatter en luftkanal 64 og en kompressor 6 for injisering av luft inn i det hule vingeformede rommet. Vann er tilført i blandekammeret 66 via åpninger 67 i den fremre overflaten av enheten 60. Bobler generert i miksekammeret slipper ut gjennom en åpning 68 og beveger seg bakover (til venstre i tegningen) for å dekke bunnflaten til skroget. En lavtrykksregion er dannet over et vingeformet element med et svakt undertrykk Δp.

8 7 [00] I figur 7, kan skilleveggene 70,71 til den boblegenererende enheten sees, der de dirigere luftstrømmen fra kompressoren 6 til de individuelle mikseregioner 66, 66 ", 66 ", som kommuniserer med respektive vanninnløpdyser 67, 67 ', 67 ". Som det kan ses fra fig. 8, kan tiltevinkel α varieres ved et roterende drivelement 7 som kan dreie den vingeformede boblegeneratoren 60 i de vertikale støtteben 76, avhengig av dybde og / eller bølgeforhold.

9 8 PATENTKRAV 1. Fremgangsmåte for generering av et lag av bobler (14) på et skrog (2) til et fortrengningsfartøy som omfatter trinnene: å tilveiebringe et hulrom (6) på bunnflaten (3) av fartøyet (1), som har en lengde på minst 1 m og ikke lenger enn % av fartøyets lengde L langs bunnen, fortrinnsvis ikke lengre enn 2 %, mest foretrukket ikke mer enn % av fartøyets lengde L, og har en øvre overflate i avstand minst 0 cm fra bunnflaten (3), fortrinnsvis minst 1 m fra bunnflaten (3), - å tilveiebringe luft inn i hulrommet via en kompressorenhet (12) ved et trykk større enn atmosfærisk trykk for i det minste delvis å tømme hulrommet for vann, karakterisert ved - å tilveiebringe en vann - luft-grenseflate i hulrommet som danner en mikseregion, - å generere en flerhet av luftbobler i mikseregionen, og - å gi et bobleutløp (1) ved eller nær nedre bakre del (17) av hulrommet (6) for å tillate boblene å strømme ut fra mikseregionen langs bunnflaten (3) mot den bakre ende av fartøyet. 2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der boblene har en størrelse på mellom mikrometer og 1 mm. 3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, der bobleutløpet (1) er utformet ved den bakre enden av en skrå toppflate (16) av hulrommet (6) som skråner nedover fra en toppflatehøyde mot bunnplanet i en retning bakover sett langs bunnplanet. 4. Fremgangsmåte ifølge krav 1,2 eller 3, der trykket til luften som føres inn i hulrommet styres til å være minst omtrent så høyt som lufttrykket inne i hulrommet Fremgangsmåte ifølge krav 1,2,3 eller 4, der farten på vannet inne i hulrommet er omtrent så høy som en fremdriftshastighet på fartøyet. 6. Fortrengningsfartøy (1) med et skrog (2) med en bunnflate (3) og et hulrom (6, 40, 401) som strekker seg oppover fra bunnflaten (3) til en toppflate som ligger minst 0 cm fra den øvre overflaten og strekker seg opp til en høyde på ikke mer enn % av en høyde H e av fartøyet, og som har en lengde større enn 1 um og ikke lenger enn % av fartøyets lengde L langs bunnen, fortrinnsvis ikke lenger enn 2%, mest foretrukket ikke mer enn % av fartøyets lengde L, en kompressorenhet (12) for å tilveiebringe luft inn i hulrommet (16) med hovedsakelig konstant hastighet og ved et høyere trykk enn lufttrykket i hulrommet for minst delvis å tømme hulrommet for vann, for å danne

10 9 1 2 en vann - luft-grenseflaten i hulrommet som danner en mikseregion L for å generere en flerhet av bobler med liten størrelse i mikseregionen, og å ha et boble utløp (1) ved eller nær en nedre bakre ende (17) av hulrommet for å tillate at boblene strømmer ut langs den nedre overflate (3) mot den bakre ende av fartøyet. 7. Fartøy ifølge krav 6, der den øverste overflaten (16) skråner nedover fra en toppflatehøyde langs bunnplanet i en retning bakover sett langs bunnplanet, til en bobleutstrømningsregion. 8. Fartøy (1), ifølge krav 6 eller 7, der en kontrollenhet (28) er forbundet til kompressorenheten (12) for selektivt å tilføre luft i hulrommet ved et høyere trykk enn lufttrykket i hulrommet for å opprettholde et på forhånd bestemt vannivå inne i hulrommet, en andre lufttilførselsenhet (, 21, 22, 2, 26) som strekker seg til mikseregionen til hulrommet for å tilføre luft inn i mikseregionen ved en hovedsakelig kontinuerlig rate. 9. Fartøyet (1) ifølge krav 6, 7 eller 8, der to hulrom er lokalisert ved siden av hverandre og adskilt av en partisjonsregion (46 '), en boblegenererende enhet (43, 44) som ligger i partisjonsregionen (46 '), en lufttilførsel (26) som er forbundet til den boblegenererende enheten for å tilveiebringe luft til den genererende enheten (43, 44) for å produsere en flerhet av små bobler.. Fartøyet (1) ifølge krav, 6, 7 eller 8, der i det minst to boblegenererende enheter (, 21, 22, 0, 1, 2) er plassert i hulrommet, adskilt med en felles avstand i lengderetningen av fartøyet. 11. Fartøy ifølge krav, der hver boblegenererende enhet som omfatter en lufttilførsel som er individuelt stengbar via en ventil (, 31, 32) Fartøy ifølge hvilket som helst av kravene 6-11, omfattende et buet boblegenererende element (60) inne i hulrommet (61). 13. Fartøy ifølge krav 12, der det buede boblegenererende element (60) er koblet til skroget på en hengslet måte, og koplet til et drivelement (7) for varierende innstilling av elementet

11 1/3 NO/EP

12 2/3 NO/EP

13 3/3 NO/EP