BE1022121B1 - Oppervlaktestructuur en wand, vaartuig of stroomversneller voorzien van dergelijke oppervlaktestructuur - Google Patents

Abstract

Oppervlaktestructuur voor het verminderen van de weerstand of wrijving tussen een oppervlak (5) en een vloeistof (4), daardoor gekenmerkt dat de oppervlaktestructuur is voorzien van bulten waarvan de kleinste afmeting groter is dan twee millimeter.

Description

Oppervlaktestructuur en wand, vaartuig of stroomversneller voorzien van dergelijke oppervlaktestructuur.

De huidige uitvinding heeft betrekking op een oppervlaktestructuur en wand, vaartuig of stroomversneller voorzien van dergelijke oppervlaktestructuur.

Meer speciaal betreft de uitvinding een oppervlaktestructuur voor het verminderen van de weerstand of wrijving tussen een oppervlak en een vloeistof.

Een toepassing van dergelijke oppervlaktestructuur is voor een deel van de romp van een vaartuig zodat de weerstand die het vaartuig ondervindt tijdens het varen in zee, een rivier of dergelijke minimaal is.

Het is bekend dat vaartuigen kunnen worden aangedreven door bijvoorbeeld motoren of door windenergie door middel van zeilen in het geval van zeilschepen.

De weerstand, die een vaartuig tijdens het varen ondervindt, heeft een grote invloed op de snelheid van het vaartuig tijdens het varen en/of op het brandstofverbruik van de motor.

Wanneer de weerstand groot is, zal het vaartuig bij eenzelfde windsnelheid trager varen of zal het vaartuig meer brandstof verbruiken om dezelfde snelheid te kunnen halen.

Wanneer er meer brandstof verbruikt wordt, betekent dit hogere kosten om dezelfde afstand te kunnen afleggen. Bovendien zal ook de uitstoot van broeikasgassen toenemen, wat nadelige gevolgen heeft voor de natuur en het klimaat.

De huidige uitvinding heeft tot doel aan minstens één van de voornoemde en andere nadelen een oplossing te bieden.

De huidige uitvinding heeft een oppervlaktestructuur als voorwerp voor het verminderen van de weerstand of wrijving tussen een oppervlak en een vloeistof, waarbij de oppervlaktestructuur voorzien is van bulten waarvan de kleinste afmeting groter is dan twee millimeter.

Met bulten worden hier plaatselijk locale uitstulpingen, oneffenheden of verdikkingen bedoeld, met een al dan niet ronde, circulaire symmetrie. De bulten zullen als het ware een reliëf vormen.

Een voordeel is dat door het aanbrengen van dergelijke oppervlaktestructuur, de weerstand die het oppervlak ondervindt als gevolg van de stroming van de vloeistof of door het bewegen ervan in de vloeistof drastisch zal verminderen.

Dit kan vergeleken worden met het effect van de oppervlaktestructuur van een golfbal.

Wanneer dergelijke oppervlaktestructuur toegepast wordt op de buitenzijde van de romp van een vaartuig, zal dit tot gevolg hebben dat om het vaartuig aan een bepaalde snelheid te laten varen bijvoorbeeld een brandstofbesparing van 10% tot 20% of meer bekomen kan worden ten opzichte van een traditioneel vaartuig dat aan dezelfde snelheid vaart.

Wanneer het een zeilschip betreft, zal het schip bij eenzelfde windsnelheid sneller kunnen varen dan een traditioneel zeilschip.

Bij voorkeur is de dimensie van de bulten in projectie loodrecht op het oppervlak groter dan vier centimeter,. bij voorkeur groter dan veertig centimeter en liefst ongeveer tachtig tot honderd centimeter.

Dergelijke afmetingen van de bulten hebben het beste effect.

Bij een golfbal hebben de kuiltjes een diameter van één à twee millimeter. Dit zorgt voor een goede vermindering van de weerstand in lucht. Aangezien de densiteit van water 800 tot 1000 keer groter is dan die van lucht, dienen de afmetingen van de bulten bij voorkeur ook 800 tot 1000 keer groter te zijn. *

De uitvinding betreft ook een oppervlak, vaartuig en stroomversneller voor het vernauwend kanaliseren van een stroom die minstens gedeeltelijk voorzien zijn van een oppervlaktestructuur volgens de uitvinding.

Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, zijn hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, enkele voorkeurdragende varianten beschreven van een oppervlaktestructuur volgens de uitvinding en een oppervlak, vaartuig en stroomversneller voorzien van dergelijke oppervlaktestructuur, met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin: figuur 1 schematisch een vaartuig volgens de uitvinding weergeeft; figuur 2 een doorsnede weergeeft volgens de lijn II-II in figuur 1 weergeeft; figuren 3 en 4 schematisch een oppervlak volgens de uitvinding weergeven met een oppervlaktestructuur volgens de uitvinding.

Het in figuur 1 weergegeven vaartuig 1 is aan de buitenzijde van de romp 2 gedeeltelijk voorzien van bulten 3 ter vorming van een oppervlaktestructuur.

Het is ook mogelijk dat een ander onderdeel of oppervlak van het vaartuig minstens gedeeltelijk voorzien is van een oppervlaktestructuur, zoals bijvoorbeeld de schroef of dergelij ke.

De oppervlaktestructuur met de bulten 3 strekt zich in dit geval enkel uit op het gedeelte van de romp 3 dat met de vloeistof 4, in dit geval dus het water van de rivier of zee, in contact komt wanneer het vaartuig 1 zich in deze vloeistof bevindt.

Bij voorkeur is minstens dit gedeelte voorzien van de oppervlaktestructuur, doch het is niet uitgesloten dat de volledige romp 2 van het vaartuig 1 voorzien is van de oppervlaktestructuur.

Figuren 2 en 3 tonen in meer detail de oppervlaktestructuur volgens de uitvinding, aangebracht op een oppervlak 5. Dit kan bijvoorbeeld de romp 2 zijn van het vaartuig 1 uit figuren 1 en 2, maar ook elk ander oppervlak 5 is mogelijk.

Zoals te zien is in deze figuren, omvatten de bulten 3 een gebogen oppervlak 6 en een vlakke zijde 7. Met deze vlakke zijde 7 raken de bulten 3 in dit voorbeeld tegen het oppervlak 5. Het is duidelijk dat deze vlakke zijde 7 geen fysiek vlak hoeft te zijn, doch ook slechts een geometrisch vlak kan zijn.

De bulten 3 hebben een gestroomlijnde vorm in de stromingsrichting van de vloeistof 4 langs het oppervlak 5 of in de richting van de beweging van het oppervlak 5 in de vloeistof 4.

In figuur 3 is weergegeven dat de bulten 3 de vorm hebben van een bolkap van een bol 8 met diameter D van één tot twee meter, waarbij de bolkap een hoogte H heeft van één vierde van de diameter D en waarbij de bolkap met zijn vlakke zijde 7 tegen het oppervlak 5 is aangebracht.

Zoals reeds hoger vermeld geven dergelijke afmetingen het beste resultaat qua vermindering van de weerstand tijdens het varen.

In dit geval, doch niet noodzakelijk, hebben alle bulten 3 dezelfde afmetingen.

In dit geval zijn de bulten 3 hol uitgevoerd. Met 'hol' wordt hier niet massief bedoeld.

De bulten 3 zijn in dit geval tevens elastisch vervormbaar. De holte 9 omgeven door de bulten 3 is opgevuld met bijvoorbeeld lucht, water, gel, mousse of een ander gasvormig, vloeibaar of vervormbaar materiaal. Hierdoor kunnen de bulten 3 dienst doen als stootkussen.

Dit is vooral voordelig wanneer het oppervlak 5 de romp 2 van een vaartuig 1 betreft, zodat , wanneer het vaartuig 1 aanmeert aan de kade of dergelijke, zullen de bulten 3 verhinderen dat het vaartuig 1 beschadigd wordt door het schuren of botsen tegen de kademuur doordat de bulten 3 de hiermee gepaard gaande krachten zullen opvangen.

In figuur 4 is een detail van de oppervlaktestructuur weergegeven. Op deze figuur is duidelijk te zien dat de bulten 3 in een regelmatig patroon zijn geschikt op de romp 2 van het vaartuig 1. De bulten 3 raken elkaar niet: ze strekken zich op regelmatige afstand A van elkaar uit volgens een regelmatig patroon.

Het is ook mogelijk dat de bulten 3 zich op een ongeveer regelmatige afstand A van elkaar uitstrekken volgens een ongeveer regelmatig patroon. Zo kan bijvoorbeeld bij toepassing van de oppervlaktestructuur op de romp 2 van een vaartuig 1, de onderlinge afstand A tussen de bulten 3 variëren naargelang de locatie op de romp 2.

In dit geval zijn de bulten 3 op de romp 2 gekleefd.

De bulten 3 zijn vervaardigd uit kunststof, meer bepaald een elastisch vervormbare kunststof.

Het is duidelijk dat het ook mogelijk is dat de bulten 3 vervaardigd zijn uit metaal in plaats van uit kunststof. In dit geval kunnen de bulten 3 op het oppervlak 5 gelast worden.

Het is verder ook mogelijk dat de bulten 3 voorzien zijn van ronde, of ongeveer ronde ondiepe deuken. Dit is analoog als een golfbal. Dit zal ervoor zorgen dat de weerstand nog verder verlaagd kan worden.

Alhoewel in de hierboven weergegeven voorbeelden de bulten 3 steeds de vorm hebben van een bolkap, is het duidelijk dat dit niet noodzakelijk zo moet zijn. Het is mogelijk dat de bulten 3 een vorm hebben die enigszins hiervan afwijkt, waarbij de vlakke zijde 7 bijvoorbeeld een elliptische vorm heeft of waarbij het gebogen oppervlak 6 van de bult 3 niet perfect overeenkomt met een boloppervlak.

Het is duidelijk dat de voornoemde oppervlaktestructuur kan toegepast worden op elk oppervlak dat in aanraking komt met een vloeistofstroming teneinde de weerstand die de stroming ondervindt te verlagen.

Zo is de oppervlaktestructuur bijvoorbeeld met gunstig gevolg toepasbaar op stroomversnellers voor het vernauwend kanaliseren van een stroom teneinde een stroomversnelling te bekomen die bijvoorbeeld kan worden benut in een inrichting voor het opwekken van hydro-elektrische energie.

De stroomversneller is uitgevoerd als een soort van trechter en is minstens gedeeltelijk voorzien van een oppervlaktestructuur volgens de uitvinding. Dit zal ervoor zorgen dat de stroom zeer weinig weerstand ondervindt van het oppervlak van de stroomversneller, zodat er zo weinig mogelijk stromingsverliezen optreden. Dit heeft als voordeel dat er meer energie zal kunnen opgewekt worden en het rendement van de inrichting hoger zal liggen.

De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvormen, doch een oppervlaktestructuur volgens de uitvinding en oppervlak, vaartuig en stroomversneller voorzien van dergelijke oppervlaktestructuur kan volgens verschillende varianten worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

Claims (19)

1. Conclusies .

   1. - Oppervlaktestructuur voor het verminderen van de weerstand of wrijving tussen een oppervlak (5) en een vloeistof (4), daardoor gekenmerkt dat de oppervlaktestructuur is voorzien van bulten waarvan de kleinste afmeting groter is dan twee millimeter.
2. 2. - Oppervlaktestructuur volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat de dimensie van de bulten (3) in projectie loodrecht op het oppervlak (5) groter is dan vier centimeter, bij voorkeur groter dan veertig centimeter en liefst ongeveer tachtig tot honderd centimeter.
3. 3. - Oppervlaktestructuur volgens conclusie 1 of 2, daardoor gekenmerkt dat de bulten (3) een gestroomlijnde vorm hebben in de stromingsrichting van de vloeistof (4) langs het oppervlak (5) of in de bewegingsrichting van het oppervlak (5) in de vloeistof (4).
4. 4. - Oppervlaktestructuur volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de bulten (3) de vorm hebben van een bolkap van een bol (8) met diameter (D) van één tot twee meter, waarbij de bolkap een hoogte (H) heeft van één vierde van de diameter (D) van de bol (B) en waarbij de bolkap met zijn vlakke zijde (7) tegen het oppervlak (5) is aangebracht.
5. 5. - Oppervlaktestructuur volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de bulten (3) hol zijn.
6. 6. - Oppervlaktestructuur volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de bulten (3) zich op regelmatige of ongeveer regelmatige afstand (A) van elkaar uitstrekken volgens een regelmatig of ongeveer regelmatig patroon.
7. 7. - Oppervlaktestructuur volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat alle bulten (3) dezelfde afmetingen hebben.
8. 8. - Oppervlaktestructuur volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de bulten (3) elkaar niet raken.
9. 9. - Oppervlaktestructuur volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de bulten (3) op het oppervlak (5) gekleefd zijn.
10. 10. - Oppervlaktestructuur volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de bulten (3) uit kunststof vervaardigd zijn.
11. 11. - Oppervlaktestructuur volgens één van de voorgaande conclusies 1 tot 11, daardoor gekenmerkt dat de bulten (3) uit metaal vervaardigd zijn.
12. 12. - Oppervlaktestructuur volgens conclusie 11, daardoor gekenmerkt dat de bulten (3) op het oppervlak (5) gelast zijn.
13. 13. - Oppervlaktestructuur volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de bulten (3) minstens gedeeltelijk voorzien zijn van ronde of ongeveer ronde, ondiepe deuken.
14. 14. - Oppervlaktestructuur volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de bulten (3) elastisch vervormbaar zijn en gevuld zijn met een lucht, water, gel of dergelijke zodat ze dienst kunnen doen als stootkussen.
15. 15. - Oppervlak, daardoor gekenmerkt dat het minstens gedeeltelijk voorzien is van een oppervlaktestructuur volgens één van voorgaande conclusies.
16. 16. - Stroomversneller voor het vernauwend kanaliseren van een stroom, daardoor gekenmerkt dat de stroomversneller minstens gedeeltelijk voorzien is van een oppervlaktestructuur volgens één van de voorgaande conclusies 1 tot 14.
17. 17. - Vaartuig, daardoor gekenmerkt dat de buitenzijde van de romp (2) of een ander onderdeel of oppervlak (5) van het vaartuig (1) minstens gedeeltelijk voorzien is van een oppervlaktestructuur volgens één van de voorgaande conclusies 1 tot 14.
18. 18. - Vaartuig volgens conclusie 17, daardoor gekenmerkt dat minstens het gedeelte van de romp (2) en andere onderdelen die met water (4) in contact komt wanneer het vaartuig (1) zich in het water (4) bevindt, voorzien zijn van de oppervlaktestructuur.
19. 19.- Vaartuig volgens één van de voorgaande conclusies 17 of 18, daardoor gekenmerkt dat de volledige romp (2) van het vaartuig (1) voorzien is van de oppervlaktestructuur.