KR102210224B1 - 가스 함유 표면 커버, 어레인지먼트, 및 그 이용 방법 - Google Patents
가스 함유 표면 커버, 어레인지먼트, 및 그 이용 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 일 양상은 적어도 부분적으로 가스를 포함하고 액체를 마주보는 층 면의 적어도 일부 섹션들이 액체와 접촉하도록 디자인되고 배치되는 적어도 부분적으로의 층; 바디와 마주보는 면 상의 가스-함유 층 위에 배치되고 액체를 마주보는 면의 반대편에 위치되거나 또는 가스-함유 층과 통합하여 형성될 수 있는 가스 투과성 층; 및 가스가 가스 투과성 층을 통하여 가스 공급 장치로부터 가스-함유 층으로 흐를 수 있는 것과 같이 가스 투과성 층에 연결되는 가스 공급 장치;를 포함하는, 액체와 접촉할 수 있는 바디를 위한 표면 피복에 관한 것이다. 본 발명은 또한 어레인지먼트 및 그 사용에 관한 것이다.
Description
본 발명은 액체와 접촉하여 위치될 수 있는 바디(body)를 덮는 가스-보유(gas-retaining) 표면, 및 상응하는 어레인지먼트와 그 이용 방법에 관한 것이다.
자연으로부터, 식물과 동물의 표면들은 물에 잠길 때 식물 또는 동물의 잠긴 부분이 물에 의해 젖지 않는 것과 같이, 공기가 표면 구조 내에 보유된다는 사실에 의해 조금만 물에 의해 젖는 것으로 알려진다. 상기 표면들은 그중에서도 부유성 수생 양치류(ferns, 예를 들면 살비니아 몰레스타(Salvinia molesta)) 또는 수생 곤충(예를 들면, 노토넥타 글라우카(Notonecta glauca))에서 발견될 수 있다. 예를 들면, 부유성 수생 양치류의, 약 1 ㎛ 내지 약 1 ㎜ 두께의 층을 갖는 표면 상에 보유되는 공기는 그들의 부력을 증가시킬 수 있으며, 수생 곤충들은 호흡을 위하여 수중을 따라 전달되는 공기 공급을 사용할 수 있다.
그러나, 기포(gas bubble)의 부착의 결과 및 시간이 지남에 따라 공기 층이 고갈되는 것과 같이, 식물 또는 동물의 표면 상에 보유되는 공기 층으로부터 주변 물로의 주변 액체 내의 공기의 용해의 결과로서 공기는 배출된다. 그러나, 수생 곤충 및 부유성 수생 양치류 잎(leaf)의 침지 시간(immersion time)이 공기 층을 소비하는데 필요한 시간보다 짧기 때문에, 공기 층으로부터 주변 물 내로의 공기의 용해는 문제가 되지 않는다.
그러나 기술적 적용들을 위하여, 문제점은 공기 층에 의해 주변 액체로부터 잠긴 바디의 표면을 영구히 분리하는 것이다.
상기 문제점은 독립항들의 주제에 의해 해결된다. 독립항들은 바람직한 실시 예들에 관한 것이다.
일 양상에 따른 이용 방법
일 양상은 바디가 적어도 지역적으로(regionally) 액체 내에 잠겨 있을 때 액체를 갖는, 액체와 마주보는 면(liquid-facing side)에 의해 적어도 지역적으로 접촉하도록 하기 위하여, 액체 내에 잠길 수 있는 바디 상에 디자인되고 배치될 수 있는 가스-보유 층의 이용에 관한 것이며, 가스-보유 층의 잠긴 영역 내에 보유되는 가스 층은 적어도 지역적으로 액체 및 바디의 잠긴 영역을 서로 분리한다.
바디가 가스-보유 층 또는 상기 층에 의해 보유된 가스에 의해 바디를 둘러싸는 액체로부터 분리될 수 있는 것과 같이, 실질적으로 일정한 가스 용량을 위하여 가스-보유 층에 의해 미리 결정된, 특히, 임의의 시간 길이 동안에 바디 상에 보유되는 것이 가능하다. 특히, 바디는 바람직하게는 이러한 방법으로 부식성 액체로부터 보호될 수 있다. 게다가, 바람직하게는 바디와 액체 사이의 상대 이동의 경우에 있어서 바디의 흐름 저항이 감소되는 것이 가능하다.
본 출원서의 맥락 내에서, 바디는 적어도 지역적으로 액체 내에 잠길 수 있는 어떠한 고체 바디일 수 있다. 바꾸어 말하면, 액체 내에 잠길 때, 바디는 상기 액체 내에 용해될 수 없고 액체 압력의 작용에 의해 파괴되지 않는다. 여기서, 액체 압력은 한편으로는 만일 바디가 액체 내에 잠기면 바디의 중력의 중심 방향으로 외부로부터 작용할 수 있으며 다른 한편으로는, 만일 액체가 바디의 캐비티(cavity)를 채우면 내부로부터 작용할 수 있다. 본 출원서의 맥락 내의 바람직한 바디들은 선박, 부표(buoy), 부교(pontoon), 도관(conduit), 파이프라인, 해저 케이블, 석유 채굴 플랫폼, 가스 채굴 플랫폼, 연안 설비들의 토대(foundation) 및 물에 노출된 부분(특히 발전용 풍력 단지), 수중 구조체, 수중 설비, 액체에 노출된 측정 장치, 해안선 구조체, 액체용 용기와 도관 또는 그것들의 부품들이다. 바디는 바람직하게는 실질적으로 액체 압력의 대상이 되는 강성(rigid) 벽을 포함한다. 바디의 벽은 특히 바람직하게는 탄성의(resilient), 특히 탄력적으로 변형가능한 형태이다.
적어도 지역적으로 바디를 둘러쌀 수 있거나 또는 적어도 지역적으로 바디를 채울 수 있는 액체는 비록 액체가 알코올, 알케인(alkane), 오일, 극성 용제와 비극성 용제, 및 다른 유기 액체와 무기 액체들을 포함할 수 있더라도, 특히 물(담수 및 해수 모두) 또는 수용액이다.
가스-보유 층은 완전히 또는 부분적으로 바디의 면 또는 표면을 덮거나 혹은 형성하도록 사용될 수 있다. 여기서, 가스-보유 층은 바디에 분리가능하게 또는 비-분리식으로 고정될 수 있다. 표면 피복(surface covering)은 바람직하게는 바디 상의 코팅의 형태일 수 있다. 가스-보유 층의 바디로의 고정 후에, 가스-보유 층은 적어도 지역적으로 바디의 표면을 형성할 수 있거나 또는 바디의 일부분으로서 간주될 수 있다. 특히, 가스-보유 층은 바디에 부착되는데, 따라서 액체가 가스-보유 층과 바디 사이를 통과할 수 없다.
적어도 가스-보유 층은 액체와 마주보는 면 및 바디와 마주보는 면을 갖는다. 가스-보유 층은 바디의 실제 가동 동안에 가스-보유 층의 가스가 가스-보유 층과 접촉이 보유되는 것과 같이 디자인되며, 가스에 의해, 가스-보유 층의 액체와 마주보는 면은 적어도 부분적으로, 바람직하게는 완전히, 접촉 표면 또는 보유된 가스와 액체 사이의 인터페이스(액체-가스 인터페이스)와 떨어져 간격을 둔다. 가스-보유 층에 의해 보유되는 가스는 본 발명의 맥락에서, 가스-보유 층 또는 바디의 일부분이 아니고 가스-보유 층 및 그 안에 보유된 가스를 포함하는 가스-보유 층의 일부분이다. 바꾸어 말하면, 상기 보유된 가스는 바람직하게는 가스가 액체 표면에 오르지 않고 액체 흐름에 의해 동반되지 않는 것과 같이, 가스-보유 층에 의해 고정된다.
가스-보유 층은 베이스, 혹은 바람직하게는 특히 가스를 보유하도록 디자인되고 바람직하게는 베이스와 통합하여 형성될 수 있는, 돌출부(projection)들, 돌출 소자(protruding element)들 및/또는 리세스(recess)들과 같은 구조적 소자들을 가질 수 있는, 베이스 플라이(base ply)를 가질 수 있다.
가스-보유 층은 따라서 또한 가스-보유 층 내에 포함된 가스 및 고체 재료 사이의 접촉 표면을 가질 있다. 가스-보유 층의 액체와 마주보는 면 또는 가스와 마주보는 면은 바람직하게는 소수성(hydrophobic) 형태이거나 또는 소수성 재료로 코팅될 수 있다. 본 출원서의 맥락 내에서, 표현 "소수성"은 "액체 반발성(liquid-repellent)", 즉 "액체 혐오성(liquidophobic)"을 의미한다. 표현 "소수성"은 액체가 물 또는 수용액 또는 일반적으로 극성 용제인 것을 의미한다. 그러나 접촉이 만들어지는 액체의 선택이 중요하다는 것은 자명한 사실이다. 만일 접촉이 만들어지는 액체가 알케인이면, 표현 "소수성"은 또한 "알케인 혐오성"으로서 이해되어야 한다.
재료의 표면이 방수성인지에 대한 문제는 재료의 표면 상의 액체 방울의 접촉 각을 기초로 한다. 액체와 고체 사이의 접촉 각의 규모는 이 경우에 있어서 접촉 표면에서의 액체와 고체 사이의 상호작용에 의존한다. 상기 상호작용이 약할수록, 접촉 각은 커진다. 친수성 고체들은 약 0o부터 약 90o까지, 특히 약 80o 미만의 각으로 접촉 각으로 액체의 표면, 특히 물을 둘러싼다. 소수성 고체들의 경우에 있어서 약 90o 및 그 이상의 접촉 각들이 발생한다. 액체, 특히 물과 90o보다 상당히 큰 접촉 각, 특히 약 160o의 접촉 각을 갖는 고체들은 초소수성(superhydrophobic)으로 언급된다. 표현 "소수성"은 따라서 또한 재료가 "초소수성"인 바람직한 경우를 포함한다.
본 발명의 주제는 특히 친수성 및 소수성 영역들 및/또는 소자들의 공존에 관한 것이다. 본 발명의 맥락 내에서, 따라서 특히 만일 두 소자 모두 액체와의 접촉 각과 관련하여 위에 설명된 절대적 기준에 따라 소수성 또는 친수성으로 분리되어야만 하나, 제 1 소자가 제 2 소자보다 더 소수성이라 하더라도, 제 1 소자는 제 2의 친수성 소자와 소수성으로서 구별되는 것이 사실이다. 바꾸어 말하면, 상대적으로 소수성 소자 또는 상대적으로 소수성 영역은 소수성으로서 언급되며, 상대적으로 친수성, 즉 덜 소수성 소자 또는 상대적으로 친수성 영역들은 친수성으로서 언급된다. 바꾸어 말하면, 본 발명의 맥락 내에서, 표현들 소수성과 친수성은 상대적 소수성 또는 소수성의 차이를 설명할 수 있다.
실제 가동 동안에, 가스-보유 층에 예를 들면 공기, 이산화탄소 또는 일부 다른 가스가 공급될 수 있다.
가스-보유 층은 바람직하게는 액체와 마주보는 면 상에 적어도 지역적으로 리세스들 및/또는 오목부(depression)들을 갖는다. 가스-보유 층의 표면은 바람직하게는 리세스들 및/또는 오목부들의 영역에서 소수성 형태일 수 있다. 예를 들면, 가스-보유 층의 재료는 소수성 재료로 구성될 수 있다. 대안으로서, 가스-보유 층은 지역적으로 소수성 코팅이 제공되는 친수성 재료를 포함할 수 있다. 특히, 소수성 코팅은 리세스들 및/또는 오목부들의 벽들 상에만 형성될 수 있다. 가스-보유 층은 특히 바람직하게는 적어도 지역적으로 다공성(porous) 재료로 구성되며, 리세스들 또는 오목부들은 표면에 연결되는 구멍에 의해 형성된다.
가스-보유 층은 바람직하게는 액체와 마주보는 면 상에 적어도 지역적으로 돌출부들 또는 돌출 소자들을 가지며, 가스-보유 층의 표면은 실질적으로 돌출부들 또는 돌출 소자들에서 적어도 지역적으로 소수성이다. 돌출 소자들 사이의 공간은 편의상 어떠한 액체 방울도 돌출 소자들 사이에 배치될 수 없는 것과 같이 치수화된다. 액체의 개별 방울들은 바람직하게는 돌출 소자들 사이에 위치되는 액체와 가스 사이의 인터페이스가 실질적으로 돌출 소자들의 엔벨로프(envelope) 형태인 것과 같이, 돌출 소자들의 다양성에 의해 발생된다. 특히, 두 개의 인접한 돌출 소자 사이의 공간은 약 50 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 바람직하게는 약 100 ㎛ 내지 약 200 ㎛일 수 있다.
돌출부들 또는 돌출 소자들은 바람직하게는 친수성이고 돌출부들 또는 돌출 소자들의 소수성 표면 영역에 의해 둘러싸이는 중심 표면 영역을 갖는다. 액체와 가스 사이의 인터페이스는 바람직하게는 친수성 형태인 영역들에 위치된다. 이러한 방법으로, 또한 액체의 흐름에 의한 기포들의 분리가 방지되는 것이 바람직하게 달성된다.
가스-보유 층은 바람직하게는 유체 불투과성 파티션(partition)들에 의해 다수의 서브-영역(또한 컴파트먼트(compartment)로서 언급되는)으로 분할된다. 파티션들(42)은 바람직하게는 적어도 지역적으로 또는 완전히 친수성 표면이다. 유체는 가스, 액체 및 이들의 혼합물을 의미하는 것으로 이해하여야 한다. 그 결과, 파티션은 인접한 서브-영역들 사이의 액체 흐름 또는 가스 흐름을 방지하고, 파티션들은 가스가 하나의 서브-영역으로부터 인접한 서브-영역으로 흘러가는 것을 방지하며 그 결과 접촉이 만들어지는 액체에 대한 흐름 저항이 지역적으로 증가하며, 이와 대조적으로, 가스가 흘러들어가는 서브-영역으로부터 액체로 과도한 가스가 배출된다.
파티션들은 바람직하게는 단일 피스(single piece)로 형성될 수 있거나 또는 가스-보유 층의 또 다른 소자들과 함께 통합하여 형성될 수 있다. 게다가 다수의 소수성 소자가 가스-보유 층의 모든 서브-영역 내의 2차원 어레인지먼트 내에 위치되는 것이 바람직하다.
가스-보유 층은 바람직하게는 엠보싱된(embossed) 플라스틱 수지 또는 요철 래커(lacquer)를 포함한다. 특히, 가스-보유 층은 액체 플라스틱 수지로부터 주조될 수 있으며, 바람직하게는 돌출 소자들은 가스-보유 층의 베이스 플라이 및/또는 가스 투과성 플라이와 통합하여 형성되거나 혹은 이들을 갖는 단일 피스로 형성될 수 있다. 특히, 가스-보유 층의 베이스 플라이는 가스 투과성 플라이와 동일할 수 있다. 가스-보유 층은 특히 바람직하게는 플라스틱 수지 또는 래커에 의해, 내수성 바디의 벽 상에 간접적으로 또는 직접적으로 형성된다. 특히, 가스-보유 층은 바디의 표면 코팅 또는 표면 밀봉을 실현하도록 사용될 수 있다.
가스-보유 층은 바람직하게는 적어도 지역적으로, 또한 상표명 테플론(Teflon)으로 알려진, 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PIPE) 또는 그 유도체로 코팅된다. 특히, 코팅은 또한 폴리테트라플루오로에틸렌 또는 다른 재료들의 마이크로입자들 또는 나노입자들을 포함할 수 있다. 폴리테트라플루오로에틸렌으로 구성되는 코팅은 바람직하게는 가스-보유 층에 대한 액체들 또는 고체들의 접착이 방지되는 것과 같이, 소수성 층 및 항-접착 제제로서 작용한다. 가스-보유 층의 코팅은 바람직하게는 약 0.15 ㎚ 내지 약 500 ㎚ 두께이다.
액체는 바람직하게는 물이며, 바디는 바람직하게는 작동 위치에 있을 때, 적어도 지역적으로 그것의 벽이 잠기는 선박(watercraft)이다.
선박이 물의 영향에 대항하여 보호되는 것과 같이, 물, 특히 해수가 적어도 지역적으로 선박의 벽을 적시지 않는 것이 바람직하다. 선박은 예를 들면 배(ship), 채굴 플랫폼 또는 부표일 수 있다. 물의 영향은 특히 선박의 벽의 부식에 관한 것이다. 해수 또는 기수(brackish water)는 특히 그것들의 염 성분 때문에 선박의 벽의 부식을 촉진한다. 물 및 선박의 벽 사이의 접촉이 가스-보유 층에 의해 보유되는 삽입 가스에 의해 보호되기 때문에, 부식이 또한 감소된다.
또 다른 장점은 물 내에 살아있는 생물체, 예를 들면, 조류, 홍합류, 따개비류 등에 의한 선박의 벽의 부착(fouling)이 방지된다는 것이다. 가스 층은 상기 생물체들이 선박의 벽에 부착되는 것을 어렵게 한다. 바꾸어 말하면, 본 발명에 따른 표면 피복은 항-부착 작용을 가지며, 바람직하게는 시간에 따라 물 내에 용해되는 독성 물질들, 살생물제들을 없애는 것이 가능하다. 선박의 벽 상으로의 생물체들의 감소된 부착 때문에, 선박의 흐름 저항이 또한 감소된다.
물과 선박 사이의 흐름 저항을 감소시키기 위하여 가스-보유 층 사이에 적어도 지역적으로 가스가 충전되는 것이 바람직하다. 특히, 가스 층은 약 10 ㎚ 내지 약 10 ㎜, 바람직하게는 약 500 ㎚부터 약 3 ㎜, 특히 약 0.1 ㎜ 내지 약 3 ㎜의 두께를 가질 수 있다. 만일 가스 층이 단지 부직 방지의 역할을 하는 것으로 의도되면, 약 약 5 ㎚ 내지 약 3 ㎜, 바람직하게는 약 50 ㎚ 내지 약 1 ㎚, 특히 약 100 ㎚ 내지 약 100 ㎛의 두께를 갖는 상대적으로 얇은 가스 층도 부식 방지 작용을 획득하는데 충분할 수 있다. 가스 층이 선박의 벽을 흐르는 물과 분리하고 특히, 극도의 유선형 접촉 표면이 형성되는 것과 같이, 가스와 물 사이의 접촉 표면이 흐름에 의해 변형될 수 있기 때문에, 선박이 물을 이동함에 따라 선박의 흐름 저항이 바람직하게는 감소된다. 특히, 선박과 물 사이의 감소된 흐름 저항 때문에 선박의 연료 소비가 바람직하게 감소될 수 있다.
부직 방지 코팅 및/또는 항-접착 코팅은 바람직하게는 가스-보유 층 및 선박의 벽 사이에 배치되며, 가스-보유 층은 물로부터 부식 방지 코팅 및/또는 항-접착 코팅을 적어도 부분적으로 분리한다.
부식 방지 코팅은 일반적으로 선박의 벽 상의 페인트 코트(paint coat)로서 형성되며 예를 들면, 중금속과 같은 독성 물질을 포함할 수 있다. 물 내의 부식 방지 코팅으로부터 상기 독성 물질들의 용해는 부식 방지 층과 물 사이의 가스-보유 층의배치에 의해 감소되거나 또는 방지된다. 이러한 방법으로, 물, 특히 해수의 독성 물질들로의 오염이 바람직하게 방지된다. 특히, 중금속들이 부식 방지 페인트로부터 물 내로 들어오고 먹이 사슬에서 그것들을 축적하는 것이 방지된다.
대안으로서 또는 부가적으로, 선박의 벽 상에 예를 들면, 벽 상의 페인트 코트의 형태로 항-부착 코팅이 형성될 수 있다. 항-부착 코팅은 일반적으로 살생물제, 즉, 선박의 벽에 부착하는 생물체들에 치명적인 독성 물질을 포함한다. 물 내의 항-부착 코팅으로부터 상기 독성 물질들이 용해는 항-부착 코팅과 물 사이의 가스-보유 층에 의해 감소되거나 또는 방지된다. 이러한 방법으로, 물, 특히 해수의 살생물제로의 오염이 바람직하게 방지된다. 특히, 살생물제들이 예를 들면, 물 내의 먹이 사슬에 지장을 줄 수 있는, 플랑크톤과 같은 물 내의 살아있는 생물체에 피해를 주거나 사멸시키는 것이 방지된다.
가스-보유 층에 바람직하게는 부착-억제 가스가 공급된다. 부착-억제 가스는 선박의 벽 상에 축적된 생물체들이 산소를 빼앗기거나 또는 이산화탄소로 포화되도록 하기 위하여 예를 들면 이산화탄소를 포함할 수 있다. 따라서 상기 생물체들은 항-부착 코팅 내에 독성 물질의 사용을 필요로 하지 않고 사멸된다. 이는 바람직하게는 물의 독성 물질들로의 감소된 오염에 이르게 한다.
바디는 바람직하게는 액체로 젖을 수 있는 용기 벽이며 상기 벽 상에 가스-보유 층이 적어도 지역적으로 배치된다. 용기 벽을 갖는 용기는 예를 들면 탱크, 도관, 반응기(reactor) 등일 수 있다. 액체의 영향은 특히 용기 벽의 부식, 액체와 용기 벽과의 화학 반응, 또는 액체 내에 포함된 입자들에 의한 용기 벽의 기계적 부하에 관한 것이다. 용기 벽의 부식은 특히 염 용액들, 소금물 또는 산들에 의해 촉진된다. 액체와 용기 벽 사이의 접촉이 가스-보유 층 사이에 배치되고 가스-보유 층에 의해 보유되는 가스에 의해 방지되기 때문에, 부식이 또한 감소된다.
용기 벽은 특히 바람직하게는 그 위에 가스-보유 층이 배치되는 센서 윈도우(sensor window)를 포함한다. 센서 데이터의 검출이 바람직하게는 향상될 수 있는데, 그 이유는 예를 들면 입자들 또는 생물체들이 센서 윈도우 상에서 축적할 수 있기 대문이다. 특히, 센서 윈도우 및/또는 가스-보유 층은 선택적으로 투명하다.
부식 방지 코팅은 바람직하게는 가스-보유 층 및 용기의 벽 사이에 배치되며, 가스-보유 층은 액체로부터 부식 방지 코팅을 적어도 부분적으로 분리한다.
부식 방지 코팅은 일반적으로 용기 벽 상의 페인트 코트의 형태이거나 혹은 아연 도금(galvanizing) 또는 양극 산화(anodizing)에 의해 형성되며, 예를 들면, 중금속과 같은 독성 물질들을 포함할 수 있다. 액체 내의 부식 방지 코팅으로부터 상기 독성 물질들의 용해는 부식 방지 코팅과 액체 사이의 가스-보유 층의 배치에 의해 감소되거나 또는 방지된다. 이러한 방법으로, 액체의 특히 독성 물질들로의 오염이 바람직하게 방지된다. 특히, 부식 방지 코팅으로부터의 상기 물질들은 용기 내의 화학 반응에 영향을 미치는 것을 방지한다.
가스-보유 층은 바람직하게는 가스-보유 층의, 액체와 마주보는 면의 반대편에 위치되는, 바디와 마주보는 면으로부터의 가스로 충전된다.
가스 투과성 플라이는 바람직하게는 가스-보유 층 위의 바디와 마주보는 면 상에 배치된다. 바꾸어 말하면, 가스 투과성 플라이는 가스-보유 층의 바디와 마주보는 면 상에 배치되거나 바디와 마주보는 면에 고정될 수 있다. 대안으로서, 가스 투과성 플라이는 또한 가스-보유 층을 갖는 단일 피스로 형성될 수 있거나 또는 가스-보유 층의 통합 구성성분 부품일 수 있다. 가스는 가스-보유 층의 바디와 마주보는 면과 접촉할 수 있는, 가스 투과성 플라이의 액체와 마주보는 면을 통하여 가스-보유 층에 공급될 수 있다. 바꾸어 말하면, 가스 투과성 플라이는 특히 가스 보유 플라이의 바디와 마주보는 면에 수직으로 지향되는 방향으로 가스에 투과될 수 있다.
가스 투과성 플라이는 바람직하게는 액체-불투과성 및/또는 소수성 플라이이다. 액체는 바람직하게는 예를 들면, 만일 액체 압력이 일시적으로 가스 투과성 플라이 내의 가스 압력보다 높으면, 바디의 방향으로 가스 투과성 플라이를 통하여 흐를 수 없다. 바꾸어 말하면, 가스 투과성 플라이는 물 및 다른 극성 용제들을 밀어내며, 이에 의해 상기 극성 용제들은 바람직하게는 가스 투과성 플라이 내로 들어가는 것이 방지된다.
가스가 가스 투과성 플라이를 통하여 가스 공급 장치로부터 가수 보유 층으로 흐를 수 있는 것과 같이 가스 공급 장치가 바람직하게는 가스 투과성 플라이에 연결된다.
바람직하게는 가스가 가스 공급 장치에 의해 그리고 가스 투과성 플라이를 거쳐 가스-보유 층으로 공급되는 것이 가능하다. 특히, 적어도 가스-보유 층으로부터 주변 액체 내로 탈출하는 가스의 양이 공급되는 것이 가능하다. 이러한 방법으로, 바람직하게는 실질적으로 일정한 가스 용량이 어떠한 원하는 시간 길이 동안에 가스-보유 층에 보유되는 것이 가능하며, 이에 의해 바디 및 주변 액체는 가스-보유 층 내의 가스에 의해 영구히 분리될 수 있다.
가스 투과성 플라이에 연결되는 가스 공급 장치에 의해 가스가 제공될 수 있다. 가스 공급 장치는 가스가 가스 투과성 플라이를 통하여 가스 공급 장치로부터 가스-보유 층으로 흐를 수 있는 것과 같이 바람직하게는 연속적인 구멍 공간을 갖는 다공성 재료의 플라이일 수 있다.
가스 투과성 플라이는 바람직하게는 직조 또는 부직 직물(textile), 플록(flock) 재료, 다공성 세라믹, 다공성 금속, 중합체 또는 금속 섬유로 구성되는 펠트(felt), 및/또는 금속 와이어 메시(wire mesh)를 포함한다. 가스 투과성 플라이는 예를 들면 중합체성 섬유로 직조될 수 있거나 또는 펠트로 구성될 수 있거나 또는 중합체성 섬유들로 구성되는 부직일 수 있다. 중합체로 구성되는 가스 투과성 플라이는 특히 라미네이션(lamination)에 의해 가스-보유 층에 연결될 수 있다. 가스 투과성 플라이는 대안으로서 또는 부가적으로 금속 와이어, 특히 부식-저항성 금속 와이어, 예를 들면 녹(rust)-저항성 고등급 강철 와이어로 구성되는 패브릭(fabric)을 포함할 수 있으며, 이에 의해 바람직하게는 높은 등급의 기계적 인열 저항(tear resistance) 및 자외선 조사와 화학적 영향들에 대한 저항성이 획득된다. 대안으로서, 가스 투과성 플라이는 또한 플록 재료, 예를 들면 특히 발포성 재료로 구성되는 중합체성 플록 또는 탄성 플록을 포함할 수 있다. 가스 투과성 플라이의 중량은 바람직하게는 이러한 방법으로 감소될 수 있다. 게다가, 가스 투과성 플라이는 바람직하게는 예를 들면 금속 입자들로 구성되는 다공성 소결 재료(sintered material)와 같은, 소결 재료를 포함할 수 있다. 가스 투과성 플라이는 바람직하게는 접착제에 의해 가스-보유 층에 연결될 수 있다. 대안으로서, 가스-보유 층과 가스 투과성 플라이는 용접, 특히 초음파 용접에 의해 서로 연결될 수 있다. 가스-보유 층과 가스 투과성 플라이는 특히 바람직하게는 예를 들면 (연속) 성형 또는 주조 과정에 의해 중합체로부터, 서로 단일 피스로 형성될 수 있다.
가스 투과성 플라이는 바람직하게는 다공성 반투과성 막의 형태이다. 가스 투과성 플라이는 특히 중합체로 구성되는 가스 투과성 포일(foil)의 형태일 수 있다. 가스 투과성 포일들은 예를 들면 약 0.5 ㎛ 내지 5 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 이러한 방법으로 작은 두께 및 낮은 중량으로 표면 피복을 제공하는 것이 가능하다. 특히, 중합체로 구성되는 포일들은 라미네이션에 의해 가스-보유 층에 연결될 수 있다.
가스 공급 장치는 바람직하게는 가스 투과성 층의 바디와 마주보는 면 상에 배치되는 가스 투과성 층의 형태이다. 특히, 가스 공급 장치는 또한 연속적인 구멍들을 갖는 다공성 재료를 포함할 수 있다. 가스 공급 장치를 통한 가스 투과성은 편의상 가스 투과성 플라이를 통한 가스 투과성보다 높다.
가스 공급 장치는 바람직하게는 통기 조직(aerenchyma)의 형태이다. 통기 조직은 가스 전달과 가스 저장을 허용하는 수생 식물들 내의 공기 통로 구조이다. 특히 표현 "통기 조직"은 세포 내 공간이 커서 "공기 통로 구조"가 형성되는 식물 기본 구조의 형태를 의미하는 것으로 이해하여야 한다. 이는 특히 습지 식물 및 수생 식물들에서 나타나며 잠긴 식물 조직들의 가스 교환의 역할을 한다.
바꾸어 말하면, 가스 공급 장치는 액체 압력의 감소가 일어날 경우에 가스 투과성 플라이를 거쳐 다시 가스-보유 층 내에 배치되도록 하기 위하여, 액체 압력의 상승과 함께 가스가 가스 투과성 플라이를 거쳐 다시 가스 공급 장치 내로 배치되고 거기에 저장될 수 있는 것과 같은, 가스 스토어(gas store)의 형태이다. 가스 공급 장치는 예를 들면 가스가 저장될 수 있는 다공성 재료를 가질 수 있다. 게다가, 재료는 가스 압력이 증가함에 따라 용량이 증가하는 것과 같이 탄력적으로 팽창될 수 있으며 가스는 재료의 탄성력 때문에 가스 투과성 플라이를 통하여 가스-보유 층 내로 가해질 수 있다. 게다가 가스와 접촉하는 가스 공급 장치의 내부 벽이 적어도 지역적으로 소수성 형태인 것이 바람직하다. 바람직하게는 가스-보유 층으로부터의 가스는 액체 압력 변동의 경우에 가스-보유 층으로부터 배출되는 것보다는 오히려, 일시적으로 가스 공급 장치 내에 저장되는 것이 가능하다.
가스-보유 층은 바람직하게는 가스-보유 층의 액체와 마주보는 면으로부터의 가스로 충전된다.
가스-보유 층의 액체와 마주보는 면에서 가스 배출 개구부를 갖는 적어도 하나의 가스 배출 장치가 제공되는 것이 바람직하며, 가스 배출 장치에 연결되는 가스 공급 장치가 제공되며, 가스 공급 장치에 의해 제공되는 가스는 가스 배출 장치 외부로 흐르고 가스-보유 층에 의해 적어도 부분적으로 받는다.
가스 배출 장치는 바람직하게는 가스-보유 층을 통하여 확장한다. 바꾸어 말하면, 가스 배출 장치의 가스 배출 개구부가 가스-보유 층의 액체와 마주보는 면에 배치된다.
가스 공급 장치는 바람직하게는 가스 투과성 층의 바디와 마주보는 면 상에 배치되는 가스 투과성 층의 형태이다. 가스 공급 장치는 특히 바람직하게는 통기 조직의 형태이다. 가스 공급 장치는 바람직하게는 간단한 방법으로 다수의 가스 배출 장치에 유체공학적으로 연결될 수 있으며, 가스 배출 장치는 특히 하나의 영역 위에 규칙적 또는 비규칙적 방식으로 배치될 수 있다.
일 양상에 따른 선박
일 양상은:
- 선박이 작동 위치에 있을 때 적어도 지역적으로 물에 잠긴 벽을 구비하되, 적어도 부분적으로의 가스-보유 층이 물을 을 향하여 마주보는 면 상에 배치되는, 벽;
- 가스-보유 층과 벽 사이의 물과 마주보는 면 반대편에 위치되는, 벽과 마주보는 면 상에 배치되는 가스 투과성 플라이;
- 가스가 가스 투과성 플라이를 통하여 가스 공급 장치로부터 가스-보유 층으로 흐를 수 있는 것과 같이 가스 투과성 플라이에 연결되는 가스 공급 장치;를 갖거나 또는,
- 가스-보유 층의 물과 마주보는 면에서 가스 배출 개구부를 갖는 적어도 하나의 가스 배출 장치;
- 가스 배출 장치에 연결되는 가스 공급 장치를 구비하되, 가스 공급 장치에 의해 제공되는 가스는 가스 배출 장치 외부로 흐를 수 있으며 적어도 부분적으로 가스-보유 층에 의해 제공받을 수 있는, 가스 공급 장치;를 갖는 선박에 관한 것이다.
부식 방지 코팅 및/또는 항-접착 코팅이 가스-보유 층 및 선박의 벽 사이에 배치되는 것이 바람직하며, 가스-보유 층은 물로부터 부식 방지 코팅 및/또는 항-접착 코팅을 적어도 지역적으로 분리한다.
가스-보유 층에 바람직하게는 접착-억제 가스가 공급될 수 있다.
일 양상은:
- 액체로 적어도 지역적으로 젖을 수 있는 용기 벽을 구비하되, 용기 벽의, 액체를 향하여 마주보는, 물과 마주보는 면 상에 적어도 부분적으로 가스-보유 층이 배치되는, 용기 벽;
- 가스-보유 층과 용기 벽 사이의 물과 마주보는 면 반대편에 배치되는, 벽과 마주보는 면 상에 배치되는 가스 투과성 플라이;
- 가스가 가스 투과성 플라이를 통하여 가스 공급 장치로부터 가스-보유 층으로 흐를 수 있는 것과 같이 가스 투과성 플라이에 연결되는 가스 공급 장치;를 포함하거나 또는
- 가스-보유 층의 물과 마주보는 면에서 가스 배출 개구부를 갖는 적어도 하나의 가스 배출 장치;
- 가스 배출 장치에 연결되는 가스 공급 장치를 구비하되, 가스 공급 장치에 의해 제공되는 가스는 가스 배출 장치 외부로 흐를 수 있으며 적어도 부분적으로 가스-보유 층에 의해 제공받을 수 있는, 가스 공급 장치;를 포함하는 액체 용기에 관한 것이다.
부식 방지 코팅이 가스-보유 층 및 액체 용기의 벽 사이에 배치되는 것이 바람직하며, 가스-보유 층은 액체로부터 부식 방지 코팅을 적어도 지역적으로 분리한다.
일 양상에 따른 표면 피복
일 양상은:
- 적어도 지역적으로 액체와 마주보는 면에 의해 액체와 접촉하도록 디자인되고 배치되는 적어도 부분적으로의 가스-보유 층;
- 가스-보유 층 상의 액체와 마주보는 면 반대편에 위치되는, 바디와 마주보는 면 상에 배치되거나, 또는 가스-보유 층과 통합하여 형성될 수 있는 가스 투과성 플라이;
- 가스가 가스 투과성 플라이를 통하여 가스 공급 장치로부터 가스-보유 층으로 흐를 수 있는 것과 같이 가스 투과성 플라이에 연결되는 가스 공급 장치;를 포함하는, 액체와 접촉하여 위치될 수 있는 바디를 보호하는 표면에 관한 것이다.
바람직하게는 가스가 가스 공급 장치에 의해 그리고 가스 투과성 플라이를 거쳐 가스-보유 층에 공급되는 것이 가능하다. 특히, 적어도 가스-보유 층으로부터 주변 액체 내로 탈출하는 가스의 양이 공급되는 것이 가능하다. 이러한 방법으로, 바람직하게는 실질적으로 일정한 가스 용량이 어떠한 원하는 시간 길이 동안에 가스-보유 층 내에 보유되는 것이 가능하며, 이에 의해 바디 및 주변 액체는 가스-보유 층 내의 가스에 의해 영구히 분리될 수 있다. 특히, 이러한 방법으로 바디는 바람직하게는 부식성 액체들로부터 보호될 수 있다. 게다가, 바람직하게는 바디와 액체 사이의 상대적 이동의 경우에 바디의 흐름 저항이 감소되는 것이 가능하다.
본 발명의 맥락 내에서, 액체와 접촉하여 위치될 수 있는 바디는 적어도 지역적으로 액체 내에 잠길 수 있는 어떠한 고체 바디일 수 있다. 바꾸어 말하면, 바디는 액체 내에 잠길 때, 상기 액체를 용해하지 않으며 마찬가지로 작용 액체 압력에 의해 파괴되지 않는다. 여기서, 약체 압력은 한편으로는 만일 바디가 액체 내에 잠기면 바디의 중력의 중심의 방향으로 외부로부터 작용할 수 있으며, 다른 한편으로 만일 액체가 바디의 캐비티를 채우면 내부로부터 작용할 수 있다. 본 출원서의 맥락에서 바람직한 바디들은 배, 부표, 부교, 해안선 구조체, 액체용 용기와 도관들이다. 바디는 바람직하게는 실질적으로 액체 압력의 대상이 되는 강성 벽을 포함한다. 바디의 벽은 특히 바람직하게는 탄성의, 특히 탄력적으로 변형가능한 형태이다.
본 발명의 맥락 내에서, 표현 "탄성의"는 특히 바디의 벽이 예를 들면 액체 압력과 같은 외부 힘의 작용 하에서 변형될 수 있는 것을 포함하며, 변형은 외부 힘이 작용을 중단할 때 실질적으로 완전히 역전되는데, 즉, 바디는 외부 힘이 작용한 뒤에 실질적으로 원래의 형태 또는 위치로 돌아온다
적어도 지역적으로 바디를 둘러쌀 수 있거나 또는 바디를 채울 수 있는 액체는 특히 물(담수 및 해수 모두) 및 수용액들을 포함하나, 또한 알코올, 알케인, 오일, 극성 용제와 비극성 용제, 및 다른 유기 액체와 무기 액체들도 포함한다.
표면 피복은 완전히 또는 부분적으로 바디의 면 또는 표면을 덮는다. 게다가, 표면 피복은 바디에 분리가능하게 또는 비-분리식으로 고정될 수 있다. 특히, 표면 피복은 바디 상의 코팅의 형태일 수 있다. 표면 피복의 바디로의 고정 후에, 표면 피복은 바디의 일부분으로서 간주될 수 있다.
적어도 부분적으로의 가스-보유 층은 액체와 마주보는 면 및 바디와 마주보는 면을 갖는다.
가스-보유 층은 바디 또는 표면 피복의 실제 가동 동안에 가스-보유 층의 가스가 가스-보유 층과 접촉이 보유되는 것과 같이 디자인되며, 가스에 의해, 가스-보유 층의 액체와 마주보는 면은 적어도 부분적으로, 바람직하게는 완전히, 접촉 표면 또는 보유된 가스와 액체 사이의 인터페이스(액체-가스 인터페이스)와 떨어져 간격을 둔다. 가스-보유 층에 의해 보유되는 가스는 본 발명의 맥락에서, 가스-보유 층 또는 바디의 일부분이 아니고 가스-보유 층 및 그 안에 보유된 가스를 포함하는 가스-보유 층의 일부분이다. 바꾸어 말하면, 상기 보유된 가스는 바람직하게는 가스가 액체 표면에 오르지 않고 액체 흐름에 의해 동반되지 않는 것과 같이, 가스-보유 층에 의해 고정된다.
가스-보유 층은 베이스, 혹은 바람직하게는 특히 가스를 보유하도록 디자인되고 바람직하게는 베이스와 통합하여 형성될 수 있는, 돌출부들, 돌출 소자들 및/또는 리세스들과 같은 구조적 소자들을 가질 수 있는, 베이스 플라이를 가질 수 있다.
가스-보유 층은 따라서 또한 가스-보유 층 내에 포함된 가스 및 고체 재료 사이의 접촉 표면을 가질 있다. 가스-보유 층의 액체와 마주보는 면 또는 가스와 마주보는 면은 바람직하게는 소수성 형태이거나 또는 소수성 재료로 코팅될 수 있다.
본 출원서의 맥락 내에서, 표현 "소수성"은 "액체 방수성", 즉 "액체 혐오성"과 동일하게 의미한다. 표현 "소수성"은 액체가 물 또는 수용액 또는 일반적으로 극성 용제인 것을 의미한다. 그러나 접촉이 만들어지는 액체의 선택이 중요하다는 것은 자명한 사실이다. 만일 접촉이 만들어지는 액체가 알케인이면, 표현 "소수성"은 또한 "알케인 혐오성"으로서 이해되어야 한다.
재료의 표면이 방수성인지에 대한 문제는 재료의 표면 상의 액체 방울의 접촉 각을 기초로 한다. 액체와 고체 사이의 접촉 각의 규모는 이 경우에 있어서 접촉 표면에서의 액체와 고체 사이의 상호작용에 의존한다. 상기 상호작용이 약할수록, 접촉 각은 커진다. 친수성 고체들은 약 0o부터 약 90o까지, 특히 약 80o 미만의 각으로 접촉 각으로 액체의 표면, 특히 물을 둘러싼다. 소수성 고체들의 경우에 있어서 약 90o 및 그 이상의 접촉 각들이 발생한다. 액체, 특히 물과 90o보다 상당히 큰 접촉 각, 특히 약 160o의 접촉 각을 갖는 고체들은 초소수성으로 언급된다. 표현 "소수성"은 따라서 또한 재료가 "초소수성"인 바람직한 경우를 포함한다.
가스 투과성 플라이는 가스-보유 층의 바디와 마주보는 면 상에 배치되거나 및/또는 바디와 마주보는 면에 고정될 수 있다. 대안으로서, 가스 투과성 플라이는 또한 가스-보유 층을 갖는 단일 피스로 형성될 수 있거나 또는 가스-보유 층의 통합 구성성분 부품일 수 있다. 가스는 가스-보유 층의 바디와 마주보는 면과 접촉할 수 있는, 가스 투과성 플라이의 액체와 마주보는 면을 통하여 가스-보유 층에 공급될 수 있다. 바꾸어 말하면, 가스 투과성 플라이는 특히 가스 보유 플라이의 바디와 마주보는 면에 수직으로 지향되는 방향으로 가스에 투과될 수 있다.
가스-보유 층에 공급되는 가스는 예를 들면 공기, 질소, 이산화탄소 또는 일부 다른 가스일 수 있다. 가스는 가스 투과성 플라이에 연결되는 가스 공급 장치에 의해 제공될 수 있다. 가스 공급 장치는 가스가 가스 투과성 플라이를 통하여 가스 공급 장치로부터 가스-보유 층으로 흐를 수 있는 것과 같이, 바람직하게는 연속적인 구멍 공간을 갖는 다공성 재료의 플라이일 수 있다.
가스 투과성 플라이는 바람직하게는 액체에 불투과성, 특히 물에 불투과성일 수 있거나 또는 액체에 불침투성일 수 있다. 바람직하게는 가스는 액체 압력에 역행하여 가스 공급 장치로부터 가스-보유 층으로 흐르는 것이 가능하나, 예를 들면 만일 액체 압력이 가스 공급 장치 내의 가스 압력보다 일시적으로 높으면, 액체는 가스 공급 장치의 방향으로 가스 투과성 플라이를 통하여 흐를 수 없다.
가스 투과성 플라이는 바람직하게는 직조 또는 부직 직물, 플록 재료, 다공성 세라믹, 다공성 금속, 중합체 또는 금속 섬유로 구성되는 펠트, 및/또는 금속 와이어 메시를 포함한다. 가스 투과성 플라이는 예를 들면 중합체성 섬유로 직조될 수 있거나 또는 펠트로 구성될 수 있거나 또는 중합체성 섬유들로 구성되는 부직일 수 있다. 중합체로 구성되는 가스 투과성 플라이는 특히 라미네이션에 의해 가스-보유 층에 연결될 수 있다. 가스 투과성 플라이는 대안으로서 또는 부가적으로 금속 와이어, 특히 부식-저항성 금속 와이어, 예를 들면 녹-저항성 고등급 강철 와이어로 구성되는 직물을 포함할 수 있으며, 이에 의해 바람직하게는 높은 등급의 기계적 인열 저항 및 자외선 조사와 화학적 영향들에 대한 저항성이 획득된다. 대안으로서, 가스 투과성 플라이는 또한 플록 재료, 예를 들면 특히 발포성 재료로 구성되는 중합체성 플록 또는 탄성 플록을 포함할 수 있다. 가스 투과성 플라이의 중량은 바람직하게는 이러한 방법으로 감소될 수 있다. 게다가, 가스 투과성 플라이는 바람직하게는 예를 들면 금속 입자들로 구성되는 다공성 소결 재료와 같은, 소결 재료를 포함할 수 있다. 가스 투과성 플라이는 바람직하게는 접착제에 의해 가스-보유 층에 연결될 수 있다. 대안으로서, 가스-보유 층과 가스 투과성 플라이는 용접, 특히 초음파 용접에 의해 서로 연결될 수 있다. 가스-보유 층과 가스 투과성 플라이는 특히 바람직하게는 예를 들면 (연속) 성형 또는 주조 과정에 의해 중합체로부터, 서로 단일 피스로 형성될 수 있다.
가스 투과성 플라이는 바람직하게는 다공성의, 특히 마이크로다공성 또는 나노다공성의, 반투과성 막의 형태이다. 가스 투과성 플라이는 특히 중합체로 구성되는 가스 투과성 포일의 형태일 수 있다. 가스 투과성 포일들은 예를 들면 약 0.5 ㎛ 내지 5 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 이러한 방법으로 작은 두께 및 낮은 중량으로 표면 피복을 제공하는 것이 가능하다. 특히, 중합체로 구성되는 포일들은 라미네이션에 의해 가스-보유 층에 연결될 수 있다.
가스 투과성 플라이는 바람직하게는 액체-불투과성 및/또는 소수성 플라이의 형태이다. 바꾸어 말하면, 가스 투과성 플라이는 물 및 다른 극성 용제들을 밀어내며, 이에 의해 상기 극성 용제들은 바람직하게는 가스 투과성 플라이 내로 들어가는 것이 방지된다.
가스 공급 장치는 바람직하게는 가스 투과성 층의 바디와 마주보는 면 상에 배치되는 가스 투과성 층의 형태이다. 특히, 가스 공급 장치는 또한 연속적인 구멍들을 갖는 다공성 재료를 포함할 수 있다. 가스 공급 장치를 통한 가스 투과성은 편의상 가스 투과성 플라이를 통한 가스 투과성보다 높다.
가스 공급 장치는 바람직하게는 통기 조직의 형태이다. 통기 조직은 가스 전달과 가스 저장을 허용하는 수생 식물들 내의 공기 통로 구조이다. 특히 표현 "통기 조직"은 세포 내 공간이 커서 "공기 통로 구조"가 형성되는 식물 기본 구조의 형태를 의미하는 것으로 이해하여야 한다. 이는 특히 습지 식물 및 수생 식물들에서 나타나며 잠긴 식물 조직들의 가스 교환의 역할을 한다.
바꾸어 말하면, 가스 공급 장치는 액체 압력의 감소가 일어날 경우에 가스 투과성 플라이를 거쳐 다시 가스-보유 층 내에 배치되도록 하기 위하여, 액체 압력의 상승과 함께 가스가 가스 투과성 플라이를 거쳐 다시 가스 공급 장치 내로 배치되고 거기에 저장될 수 있는 것과 같은, 가스 스토어의 형태이다. 가스 공급 장치는 예를 들면 가스가 저장될 수 있는 다공성 재료를 가질 수 있다. 게다가, 재료는 가스 압력이 증가함에 따라 용량이 증가하는 것과 같이 탄력적으로 팽창될 수 있으며 가스는 재료의 탄성력 때문에 가스 투과성 플라이를 통하여 가스-보유 층 내로 가해질 수 있다. 게다가 가스와 접촉하는 가스 공급 장치의 내부 벽들이 적어도 지역적으로 소수성 형태인 것이 바람직하다. 바람직하게는 가스-보유 층으로부터의 가스는 액체 압력 변동의 경우에 가스-보유 층으로부터 배출되는 것보다는 오히려, 일시적으로 가스 공급 장치 내에 저장되는 것이 가능하다.
가스-보유 층은 바람직하게는 액체와 마주보는 면 상에 적어도 지역적으로 리세스들 및/또는 오목부들을 가지며, 가스-보유 층의 표면은 바람직하게는 리세스들 및/또는 오목부들의 영역에서 소수성 형태이다. 예를 들면, 가스-보유 층의 재료는 소수성 재료로 구성될 수 있다. 대안으로서, 가스-보유 층은 지역적으로 소수성 코팅이 제공되는 친수성 재료를 포함할 수 있다. 특히, 소수성 코팅은 리세스들 및/또는 오목부들의 벽들 상에만 형성될 수 있다. 가스-보유 층은 특히 바람직하게는 적어도 지역적으로 다공성 재료로 구성되며, 리세스들 또는 오목부들은 표면에 연결되는 구멍에 의해 형성된다.
가스-보유 층은 바람직하게는 액체와 마주보는 면 상에 적어도 지역적으로 돌출부들 또는 돌출 소자들을 가지며, 가스-보유 층의 표면은 실질적으로 돌출부들 또는 돌출 소자들에서 적어도 지역적으로 소수성이다. 돌출 소자들 사이의 공간은 편의상 어떠한 액체 방울도 돌출 소자들 사이에 배치될 수 없는 것과 같이 치수화된다. 액체의 개별 방울들은 바람직하게는 돌출 소자들 사이에 위치되는 액체와 가스 사이의 인터페이스가 실질적으로 돌출 소자들의 엔벨로프 형태인 것과 같이, 돌출 소자들의 다양성에 의해 발생된다. 특히, 두 개의 인접한 돌출 소자 사이의 공간은 약 50 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 바람직하게는 약 100 ㎛ 내지 약 200 ㎛일 수 있다.
돌출부들 또는 돌출 소자들은 바람직하게는 친수성이고 돌출부들 또는 돌출 소자들의 소수성 표면 영역에 의해 둘러싸이는 중심 표면 영역을 갖는다. 액체와 가스 사이의 인터페이스는 바람직하게는 친수성 형태인 영역들에 위치된다. 이러한 방법으로, 또한 액체의 흐름에 의한 기포들의 분리가 방지되는 것이 바람직하게 달성된다.
가스-보유 층은 바람직하게는 유체 불투과성 파티션들에 의해 다수의 서브-영역(또한 "컴파트먼트"로서 언급되는)으로 분할된다. 유체는 가스, 액체 및 이들의 혼합물을 의미하는 것으로 이해하여야 한다. 그 결과, 파티션은 인접한 서브-영역들 사이의 액체 흐름 또는 가스 흐름을 방지한다. 두 인접한 서브-영역 사이의 압력 차이의 존재 하에서, 파티션들은 가스가 하나의 서브-영역으로부터 인접한 서브-영역으로 흘러가는 것을 방지하며 그렇게 함으로써 접촉이 만들어지는 액체에 대한 흐름 저항이 지역적으로 증가하며, 이와 대조적으로, 가스가 흘러들어가는 서브-영역으로부터 액체로 과도한 가스가 배출된다.
파티션들은 바람직하게는 단일 피스로 형성될 수 있거나 또는 가스-보유 층의 또 다른 소자들과 함께 통합하여 형성될 수 있다. 게다가 다수의 소수성 소자가 가스-보유 층의 모든 서브-영역 내의 2차원 어레인지먼트 내에 위치되는 것이 바람직하다.
가스-보유 층은 바람직하게는 요철 플라스틱 수지 또는 요철 래커를 포함한다. 특히, 가스-보유 층은 액체 플라스틱 수지로부터 주조될 수 있으며, 바람직하게는 돌출 소자들은 가스-보유 층의 베이스 플라이 및/또는 가스 투과성 플라이와 통합하여 형성되거나 혹은 이들을 갖는 단일 피스로 형성되는 것이 가능하다. 특히, 가스-보유 층의 베이스 플라이는 가스 투과성 플라이와 동일할 수 있다.
가스-보유 층은 바람직하게는 적어도 지역적으로, 또한 상표명 테플론으로 알려진, 폴리테트라플루오로에틸렌(PIPE) 또는 그 유도체로 코팅된다. 특히, 코팅은 또한 폴리테트라플루오로에틸렌 또는 다른 재료들의 마이크로입자들 또는 나노입자들을 포함할 수 있다. 폴리테트라플루오로에틸렌으로 구성되는 코팅은 바람직하게는 가스-보유 층으로의 대한 액체들 또는 고체들의 접착이 방지되는 것과 같이, 소수성 층 및 항-접착 제제로서 작용한다. 가스-보유 층의 코팅은 바람직하게는 약 0.15 ㎚ 내지 약 500 ㎚ 두께이다.
일 양상에 따른 표면 피복
일 양상은:
- 적어도 지역적으로 액체와 마주보는 면에 의해 액체와 접촉하도록 디자인되고 배치되는 적어도 부분적으로의 가스-보유 층;
- 가스-보유 층의 액체와 마주보는 면에서 가스 배출 개구부를 갖는 적어도 하나의 가스 배출 장치;
- 가스 배출 장치에 연결되는 가스 공급 장치를 구비하되, 가스 공급 장치에 의해 제공되는 가스는 가스 배출 장치 외부로 흐를 수 있고 적어도 부분적으로 가스 층에 의해 제공받을 수 있는, 가스 공급 장치;를 포함하는, 액체와 접촉하여 위치될 수 있는 바디를 위한 표면 피복에 관한 것이다.
가스 배출 장치는 바람직하게는 가스-보유 층을 통하여 확장한다. 바꾸어 말하면, 가스 배출 장치의 가스 배출 개구부가 가스-보유 층의 액체와 마주보는 면에 배치된다.
가스 공급 장치는 바람직하게는 가스 투과성 층의 바디와 마주보는 면 상에 배치되는 가스 투과성 층의 형태이다. 가스 공급 장치는 특히 바람직하게는 통기 조직의 형태이다. 가스 공급 장치는 바람직하게는 간단한 방법으로 다수의 가스 배출 장치에 유체공학적으로 연결될 수 있으며, 가스 배출 장치는 특히 하나의 영역 위에 규칙적 또는 비규칙적 방식으로 배치될 수 있다.
게다가, 위의 본 발명의 양상과 관련하여 설명된 것과 같이, 가스-보유 층 및 그것의 리세스들, 돌출부들 또는 돌출 소자들의 바람직한 특징들이 본 실시 예에서 유사하게 제공될 수 있다.
일 양상에 따른
어레인지먼트
일 양상은:
- 본 발명에 따른 표면 피복; 및
- 표면 피복의 가스 공급 장치에 유체공학적으로 연결되는 가스원(gas source);을 포함하는 어레인지먼트에 관한 것이다.
가스원은 바람직하게는 압축기(compressor), 가스의 저장을 위한 압력 용기(pressure vessel), 가스 발생 반응기 또는 가스가 가스-보유 층 내로 흐르도록 야기하는 충분한 압력에서 가스를 제공할 수 있는 다른 장치들을 포함한다. 가스 발생 반응기는 바람직하게는 가스 층을 보유하기 위하여 배기 가스가 사용되는, 연소 기관(combustion engine)일 수 있다.
어레인지먼트는 바람직하게는 또한:
- 표면 피복의 가스-보유 층 내의 가스 함량을 결정하기 위한 적어도 하나의 센서 장치; 및
- 적어도 하나의 센서 장치로부터 측정 데이터가 수신될 수 있고 수신된 측정 데이터를 기초로 하여 가스원으로부터 가스 공급 장치로의 가스 흐름을 조절하는 조절 장치;를 포함한다.
바람직하게는 조절 장치에 의해 일정한 가스 압력 또는 일정한 가스 층 두께가 가스-보유 층 내에 보유되는 가능하다, 따라서 바람직한 센서 장치들은 압력 센서, 초음파 센서 및/또는 가스 층 두께를 결정하기 위한 센서를 포함할 수 있다. 대안으로서, 또한 미리 결정된 시간 간격으로 가스를 가스-보유 층에 공급하도록 구성되는 조절 장치가 제공될 수 있다.
일 양상에 따른 이용 방법
*일 양상은 본 발명에 따른 표면 피복의 사용에 관한 것으로서, 표면 피복은 적어도 지역적으로 바디의 면을 덮으며, 바디가 표면 피복에 의해 덮인 면에 의해 적어도 지역적으로 액체 내에 잠기는 경우에, 가스 층은 적어도 지역적으로 액체와 잠긴 영역을 영구히 서로 떨어져 간격을 두도록 한다.
바디가 부식성 액체로부터 보호되는 것과 같이, 적어도 지역적으로 액체에 의해 젖지 않을 수 있는 것이 바람직하다. 게다가 바디가 감소된 힘의 소비로 액체에 대하여 이동할 수 있는 것이 바람직한데, 그 이유는 액체-가스 인터페이스 때문에 흐름 저항이 감소되기 때문이다.
바디는 특히 배 벽(ship wall)과 물 사이의 감소된 흐름 저항 때문에 연료 소비가 바람직하게 감소될 수 있는 것과 같은, 배일 수 있다. 게다가, 배 벽과 물 사이의 가스 층은 바람직하게는 특히 해수에서 배의 부식, 및 생물체, 예를 들면 조류, 홍합류, 따개비류 등의 부착에 대항하여 보호한다. 바꾸어 말하면, 본 발명에 따른 표면 피복은 항-부착 작용을 가지며, 바람직하게는 시간에 따라 물 내에 용해되는 독성 물질들, 살생물제들을 없애는 것이 가능하다.
바디의 표면은 바람직하게는 선박 또는 물 내에 배치되는 구조체의 벽, 혹은 액체 용기 또는 액체 도관의 내부 벽이다.
일 양상에 따른 이용 방법
일 양상은 본 발명에 따른 표면 피복의 사용에 관한 것으로서, 표면 피복은 적어도 지역적으로 바디의 장착 면을 덮으며, 바디가 표면 피복에 의해 덮인 장착 면에 의해 적어도 지역적으로 액체 내에 잠기는 경우에, 가스 층은 가스 층이 적어도 지역적으로 바디와 제 2 바디 사이에 위치되도록 장착되는 제 2 바디가 장착 면 상에 장착될 수 있는 것과 같이, 적어도 지역적으로 액체와 잠긴 영역을 영구히 서로 떨어져 간격을 두도록 한다.
가스 층에 의해, 바람직하게는 실질적으로 접촉 및 마찰 없이 제 2 바디가 바디 상에 장착되는 것이 가능하다.
바디의 면은 바람직하게는 내부 벽이 장착 표면을 형성하는 보어(bore)이다. 그때 장착되는 제 2 바디는 바람직하게는 표면 피복을 갖는 바디 및 샤프트(shaft)로 구성되는 어레인지먼트가 볼 베어링(ball bearing)의 작용을 갖는 것과 같은, 샤프트이다.
표면 피복의 바람직한 실시 예들이 예들에 의해 그리고 첨부된 도면들을 기초로 하여 아래에 설명될 것이다.
도 1은 바디 상의 표면 피복의 어레인지먼트의 바람직한 실시 예를 통한 단면도를 도시한다.
도 2는 바디 상의 바람직한 표면 피복의 어레인지먼트의 또 다른 실시 예를 도시한다.
도 3은 표면 피복의 가스-보유 층의 바람직한 실시 예들을 도시한다.
도 4는 가스-보유 층의 또 다른 바람직한 실시 예들을 도시한다.
도 5는 표면 피복의 또 다른 실시 예를 도시한다.
도 6은 표면 피복의 또 다른 실시 예를 도시한다.
도 7은 제 1 상태에서 표면 피복의 가스-보유 층의 또 다른 바람직한 실시 예를 도시한다.
도 8은 제 2 상태에서 도 7에 도시된 실시 예를 도시한다.
도 9는 제 1 상태에서 바람직한 표면 피복의 가스-보유 층의 또 다른 실시 예를 도시한다.
도 10은 제 2 상태에서 도 9에 도시된 실시 예를 도시한다.
도 11은 가스-보유 층의 또 다른 실시 예를 도시한다.
도 12는 서로 다른 상태에서 가스-보유 층의 또 다른 실시 예를 도시한다.
도 13은 소수성의, 가스-보유 섬유의 두 실시 예를 도시한다.
도 14는 소수성의, 가스-보유 섬유의 또 다른 두 실시 예를 도시한다.
도 15는 소수성의, 가스-보유 섬유의 또 다른 두 실시 예를 도시한다.
도 16a는 바람직한 가스-보유 층의 사시도를 도시한다.
도 16b는 바람직한 가스-보유 층의 사시도를 도시한다.
도 16c는 바람직한 가스-보유 층의 사시도를 도시한다.
도 16d는 바람직한 가스-보유 층의 사시도를 도시한다.
도 17a는 바람직한 가스-보유 층의 평면도를 도시한다.
도 17a는 도 16에 도시된 가스-보유 층의 평면도를 도시한다.
도 17b는 또 다른 바람직한 가스-보유 층의 평면도를 도시한다.
도 17c는 또 다른 바람직한 가스-보유 층의 평면도를 도시한다.
도 17d는 또 다른 바람직한 가스-보유 층의 평면도를 도시한다.
도 18은 바람직한 가스-보유 층을 도시한다.
도 19는 서로 다른 표면 구조를 도시한다.
도 20은 배 벽 상의 가스-보유 층의 어레인지먼트를 도시한다.
도 21은 오목부들로 구성되는 표면 구조를 도시한다.
도 22는 소수성 코팅을 갖는 오목부들로 구성되는 표면 구조를 도시한다.
도 23은 벽에 가스 층을 갖는 다수의 타일이 구비된 배를 도시한다.
도 24는 표면 피복, 또는 파티션들(42)을 갖는 타일을 도시한다.
도 25는 타일 또는 슬랩(slab을 도시한다.
도 26은 타일들이 구비된 배 벽을 통한 섹션을 도시한다.
도 27은 일단(single-stage) 및 이단(two-stage) 시스템으로서의 가스-보유 층을 도시한다.
도 28은 거친 표면에 의해 형성되는 가스-보유 층을 도시한다.
도 29는 거친 표면에 의해 형성되는 가스-보유 층을 도시한다.
도 30은 실 형태(filiform)의 소자 상에 형성되는 가스-보유 층을 도시한다.
도 31은 실 형태의 소자 상에 형성되는 가스-보유 층을 도시한다.
도 32는 실 형태의 소자 상에 형성되는 가스-보유 층을 도시한다.
도 33은 실 형태의 소자 상에 형성되는 가스-보유 층을 도시한다.
도 1은 바디 상의 표면 피복의 어레인지먼트의 바람직한 실시 예를 통한 단면도를 도시한다.
도 2는 바디 상의 바람직한 표면 피복의 어레인지먼트의 또 다른 실시 예를 도시한다.
도 3은 표면 피복의 가스-보유 층의 바람직한 실시 예들을 도시한다.
도 4는 가스-보유 층의 또 다른 바람직한 실시 예들을 도시한다.
도 5는 표면 피복의 또 다른 실시 예를 도시한다.
도 6은 표면 피복의 또 다른 실시 예를 도시한다.
도 7은 제 1 상태에서 표면 피복의 가스-보유 층의 또 다른 바람직한 실시 예를 도시한다.
도 8은 제 2 상태에서 도 7에 도시된 실시 예를 도시한다.
도 9는 제 1 상태에서 바람직한 표면 피복의 가스-보유 층의 또 다른 실시 예를 도시한다.
도 10은 제 2 상태에서 도 9에 도시된 실시 예를 도시한다.
도 11은 가스-보유 층의 또 다른 실시 예를 도시한다.
도 12는 서로 다른 상태에서 가스-보유 층의 또 다른 실시 예를 도시한다.
도 13은 소수성의, 가스-보유 섬유의 두 실시 예를 도시한다.
도 14는 소수성의, 가스-보유 섬유의 또 다른 두 실시 예를 도시한다.
도 15는 소수성의, 가스-보유 섬유의 또 다른 두 실시 예를 도시한다.
도 16a는 바람직한 가스-보유 층의 사시도를 도시한다.
도 16b는 바람직한 가스-보유 층의 사시도를 도시한다.
도 16c는 바람직한 가스-보유 층의 사시도를 도시한다.
도 16d는 바람직한 가스-보유 층의 사시도를 도시한다.
도 17a는 바람직한 가스-보유 층의 평면도를 도시한다.
도 17a는 도 16에 도시된 가스-보유 층의 평면도를 도시한다.
도 17b는 또 다른 바람직한 가스-보유 층의 평면도를 도시한다.
도 17c는 또 다른 바람직한 가스-보유 층의 평면도를 도시한다.
도 17d는 또 다른 바람직한 가스-보유 층의 평면도를 도시한다.
도 18은 바람직한 가스-보유 층을 도시한다.
도 19는 서로 다른 표면 구조를 도시한다.
도 20은 배 벽 상의 가스-보유 층의 어레인지먼트를 도시한다.
도 21은 오목부들로 구성되는 표면 구조를 도시한다.
도 22는 소수성 코팅을 갖는 오목부들로 구성되는 표면 구조를 도시한다.
도 23은 벽에 가스 층을 갖는 다수의 타일이 구비된 배를 도시한다.
도 24는 표면 피복, 또는 파티션들(42)을 갖는 타일을 도시한다.
도 25는 타일 또는 슬랩(slab을 도시한다.
도 26은 타일들이 구비된 배 벽을 통한 섹션을 도시한다.
도 27은 일단(single-stage) 및 이단(two-stage) 시스템으로서의 가스-보유 층을 도시한다.
도 28은 거친 표면에 의해 형성되는 가스-보유 층을 도시한다.
도 29는 거친 표면에 의해 형성되는 가스-보유 층을 도시한다.
도 30은 실 형태(filiform)의 소자 상에 형성되는 가스-보유 층을 도시한다.
도 31은 실 형태의 소자 상에 형성되는 가스-보유 층을 도시한다.
도 32는 실 형태의 소자 상에 형성되는 가스-보유 층을 도시한다.
도 33은 실 형태의 소자 상에 형성되는 가스-보유 층을 도시한다.
도 1은 액체(4) 내에 적어도 지역적으로 잠기도록 디자인된 바디의 벽(2)을 도시한다. 벽(2)의 액체와 마주보는 면 상에서, 표면 피복(6)이 적어도 지역적으로 벽(2) 상에 배치되거나 및/또는 벽(2)에 고정된다.
표면 피복(6)은 액체와 마주보는 면(10a)에 의해 적어도 지역적으로 액체(4)와 접촉하게 하는, 적어도 부분적으로의 가스-보유 층(10)을 포함한다. 표면 피복(6)은 게다가 액체와 마주보는 면의 반대편에 위치되는, 가스-보유 층(10)의 바디와 마주보는 면(10b) 상에 배치되거나 및/또는 고정되는 가스 투과성 플라이(12)를 포함한다. 도 1에 도시된 바람직한 실시 예에서, 가스-보유 층(10)과 가스 투과성 플라이(12)는 단일 피스로 형성되거나 또는 통합된다. 그러나, 가스-보유 층(10)과 가스 투과성 플라이(12)가 서로 분리되어 형성될 수 있거나 또는 서로 연결될 수 있거나 또는 서로 고정될 수 있다는 것응 자명한 사실이다.
표면 피복은 게다가 가스 투과성 플라이(12)에 연결되는 가스 공급 장치(14)를 포함한다. 바꾸어 말하면, 가스 공급 장치(14)와 가스 투과성 플라이(12)는 가스가 가스 투과성 플라이(12)를 통하여 가스 공급 장치(14)로부터 가스-보유 층(10)으로 흐를 수 있는 것과 같이 적어도 유체공학적으로 서로 연결된다. 도 1에 도시된 실시 예에서, 가스 공급 장치(14)는 가스 투과성 플라이(12)와 qur2) 사이에 배치되는 가스 도관의 형태이다. 가스 공급 장치(14)는 또한 바람직하게는 가스 투과성의, 특히 다공성 층의 형태일 수 있으며, 가스 공급 장치의 구멍 공간은 특히 바람직하게는 가스가 세로 방향(L)을 따라 가스 공급 장치를 통하여 흐를 수 있는 것과 같이, 연속적인 구멍들을 갖는다. 이러한 방법으로, 가스 공급 장치는 바람직하게는 영역을 넘어 가스를 가스 투과성 플라이(12)에 제공할 수 있으며, 가스는 그리고 나서 바람직하게는 실질적으로 세로 방향(L)에 수직으로 지향될 수 있는 유츌 방향(A)을 따라 가스 투과성 플라이를 통하여 가스-보유 층(10) 내로 흐른다. 가스 공급 장치(14)는 또한 바람직하게는 가스 투과성 플라이(12) 및 거기에 연결되는 가스-보유 층(10)을 벽(2)에 연결하는 역할을 할 수 있다. 가스 공급 장치(14)와 가스 투과성 플라이(12)는 벽(2)에 고정되는 가스 공급 장치(14)의 바디와 마주보는 면에 의해 표면 피복(6)이 바디에 고정될 수 있는 것과 같이, 예를 들면 접착 결합 또는 라미네이션에 의해 서로 기계적으로 연결될 수 있다. 또한 바람직하게는 가스 투과성 플라이(12)와 가스 공급 장치(14)가 단일 피스로 형성되거나 또는 서로 통합하여 형성되는 것이 가능하다. 가스-보유 층(10), 가스 투과성 플라이(12) 및 가스 공급 장치(14)는 서로 단일 피스로 형성되는 것이 특히 바람직하다. 가스 공급 장치(14)는 가스 공급 장치 도관(16)에 의해 유체공학적으로 가스원(18)에 연결되며, 가스 공급 장치(14) 내로 흐르는 가스의 양은 밸브(20) 및 상기 밸브에 연결되는 조절 장치(22)에 의해 조절되거나 또는 제어될 수 있다. 도 1에 도시된 바람직한 실시 예는 또한 표면 피복(6)의 가스-보유 층(10) 내의 가스 함량을 결정하도록 구성되는 센서 장치(24)를 포함한다. 이는 예를 들면 초음파 신호 또는 전자기파의 반사에 의해 실행될 수 있다. 가스-보유 층(10) 내의 가스 함량의 측정은 바람직하게는 센서 장치(24)가 액체(4)에 의해 젖도록 배치될 필요가 없는 것과 같이, 비접촉 방식으로 센서 장치(24)에 의해 실행된다. 특히, 센서 장치(24)는 벽(2)의 액체-회피(liquid-averted) 면 상에 배치될 수 있으며, 가스 함량의 측정은 바람직하게는 벽(2)을 통하여 실행될 수 있다. 센서 장치(24)에 의해 측정되는 것과 같이 표면 피복(6)의 가스-보유 층(10) 내의 가스 양을 기초로 하여, 조절 장치(22)는 가스-보유 층(10) 내의 가스의 양, 또는 가스-보유 층(10) 내의 가스 층의 두께, 및 따라서 액체-가스 접촉 면과 벽(2) 사이의 공간을 일정하게 보유하기 위하여 가스 공급 장치(14)를 거쳐 가스-보유 층(10)에 공급되어야만 하는 가스 양을 결정한다.
가스-보유 층(10)은 소수성 재료로 구성되거나 또는 소수성 재료로 코팅된 다수의 돌출 소자(26)를 포함한다. 돌 출 소자들(26)은 세로 방향(L)을 따라 규칙적 또는 불규칙적 간격들로 가스-보유 층(10) 상에 배치될 수 있다. 가스 투과성 플라이(12)를 거쳐 잠긴 가스는 액체(4)가 실질적으로 돌출 소자들(26) 사이로 들어갈 수 없는 것과 같이, 그것들 사이에 위치되는 용량 내에 돌출 소자들(26)에 의해 보유된다. 특히, 액체(4)는 가스 투과성 플라이(12)를 적시는 것이 방지된다. 도 1에 도시된 돌출 소자들은 바람직하게는 특히 생산하기에 쉬운, 터릿(turret) 구조를 갖는다. 그러나 돌출 소자들(26)의 다른 디자인들이 또한 원하는 효과에 이르게 할 수 있다는 것은 자명한 사실이다. 돌출 소자들(26)의 또 다른 바람직한 디자인들이 도 3과 4에 도시된다.
도 2는 바디의 벽(2) 상의 표면 피복(6)의 어레인지먼트의 또 다른 실시 예를 통한 섹션을 도시한다. 가스-보유 층(10)은 약 1 ㎛ 내지 약 100 ㎛의 직경을 갖고 소수성 재료로 형성되는 머리 숱(thin hair) 형태의 다수의 돌출 소자(26)를 포함한다. 가스-보유 층(10)의 돌출 소자들(26)은 가스-보유 층(10)의 베이스(10c)에 통합하여 연결된다. 가스-보유 층(10)의 바디와 마주보는 면(10b)은 바디의 벽(2) 상에 배치되거나 및/또는 벽에 고정된다. 가스-보유 층(10)의 벽(2)으로의 고정은 예를 들면 접착제를 사용하는 접착 결합에 의해 실현될 수 있다. 게다가, 가스-보유 층(10)은 바람직하게는 또한 실질적으로 벽(2)에 적용되고 가스-보유 층(10)의 형태로 벽에 굳어지는 액체 재료에 의해 형성될 수 있다.
도 2에 도시된 실시 예는 도관 형태의, 가스 공급 장치(14)에 의해 조절가능한 가스원(18)에 유체공학적으로 연결되는 가스 배출 장치(28)를 포함한다. 가스 배출 장치(28)를 통하여 가스-보유 층(10)에 공급되는 가스의 양은 밸브(20), 조절 장치(22) 및 바람직하게는 센서 장치(24)에 의해 조절되거나 또는 제어된다. 여기서, 제어 또는 조절은 도 1을 참조하여 설명된 실시 예와 유사하게 실행된다.
가스 배출 장치(28)에 의해, 가스는 돌출 소자들(26) 사이에 형성되는 중간 공간들 내로 전달된다. 가스 배출 장치(28)로부터 출현한 가스가 돌출 소자들(26) 사이에 형성되는 중간 공간들을 통하여 세로 방향(L)을 따라 흐를 수 있다는 것은 자명한 사실이다. 도 2에 도시된 실시 예는 액체를 피한 면 상에 배치되는 가스원(18)을 갖기 때문에, 가스 공급 장치(14)는 적어도 하나의 지점에서 벽(2)을 통하여 확장한다. 다수의 가스 배출 장치(28)로의 공급을 제공하기 위하여 가스 공급 장치(14)가 벽(2)의 액체와 마주보는 면 및 또한 액체를 피한 면 상에서 모두 세로 방향(L)을 따라 확장할 수 있다는 것은 자명한 사실이다. 따라서, 벽(2)은 다수의 통로 개구부를 가질 수 있으며, 벽(2) 내의 다수의 통로 개구부에 가스 배출 장치(28)가 할당된다. 따라서 바람직하게는 가스가 영역을 넘어 가스-보유 층(10)에 공급되는 것이 가능하다.
도 3a 내지 3f는 서로 다른 형태의 돌출 소자들(26)을 도시한다. 돌출 소자들은 예를 들면 살비니아 몰레스타 수생 양치식물의 잎들 상의 헤어(hair)와 상응하는 형태를 갖는다. 상기 돌출 소자들(26)은 실질적으로 베이스(10c)로부터 직각으로 돌출하는 스템(stem, 26a)을 포함하며, 상기 스템의 스템 헤드(26b)로부터 서로 분기하고 공통 팁(tip) 지점(26d)에서 그것들의 단부에 의해 함께 연결되는 다수의 분기(26c)가 확장한다. 이러한 돌출 소자(26)의 출현 때문에, 이는 또한 알 교반기(eggbeater)로서 언급된다.
도 3b는 화관(coronet) 형태의 돌출 소자들의 대안의 디자인을 도시하며, 상기 소자들은 오목-볼록 형태의 하나, 두 개 또는 그 이상의 스템(26a) 쌍을 가지며, 상기 스템들은 제 1 단부 영역에 의해 베이스(10c)에 연결되고 반대편에 위치되는 단부 영역에 의해 실질적으로 베이스(10c)에 수직인 방향을 따라 확장하며, 상기 단부 지점들 사이의 공간은 스템들의 중간에서 스템들(26a) 사이의 공간보다 더 작다.
도 3c는 약 1 ㎛ 내지 약 100 ㎛, 바람직하게는 약 10 ㎛ 내지 약 50 ㎛의 직경을 가질 수 있는 얇은 헤어 형태의 다수의 돌출 소자(26)를 도시한다.
도 3d는 단면도에서 실질적으로 직사각형 형태인, 터릿 형태의 돌출 소자들(26)을 도시한다. 그러나 터릿들은 또한 실질적으로 실린더형, 타원형, 각기둥형 또는 유사한 형태일 수 있다.
도 3e는 베이스(10c)의 반대편에 위치되는 헤어(26)의 그러한 단부에서 구체의(spherical) 팁 단부를 갖는 헤어 형태의 돌출 소자들(26)을 도시한다.
도 3f는 절두체(frustum)의 팁에서 구체의 팁 단부(26f)를 갖는 실질적으로 절두체 형태를 갖는 돌출 소자들(26)을 도시한다. 도 3e와 3f에 도시된 실시 예들에서, 타원체 형태의 팁 단부가 제공될 수 있다는 것은 자명한 사실이다.
도 4a 내지 4f는 실질적으로 도 3a 내지 3f와 상응하는 변형된 돌출 소자들(26)을 도시한다. 그러나, 도 4a 내지 4d에 도시된 실시 예들에서의 돌출 소자들은 친수성 표면 영역(26e)을 갖는다. 친수성 표면 영역(26e)은 바람직하게는 돌출 소자들(26)의 표면의 중심 영역 상에 배치되거나 또는 형성된다. 친수성 표면 영역(26e)은 특히 돌출 소자들(26)의 소수성 표면 영역에 의해 둘러싸인다. 친수성 표면 영역(26e)은 바람직하게는 가스-보유 층(10) 내에 보유되는 가스 및 접촉이 만들어지는 액체(4) 사이의 접촉 표면이 친수성 표면 영역(26)에 위치되도록 달성하는데 적합하다. 이러한 방법으로, 또한 바람직하게는 가스-보유 층(10)으로부터의 가스 손실이 감소될 수 없는 것과 같이, 상기 위치들에서 가스와 액체 사이의 접촉 표면의 분리가 방지되는 것이 가능하다.
도 4e는 베이스(10c)의 반대편에 위치되는 헤어(26)의 그러한 단부에서 구체의 팁 단부(26f)를 갖는 헤어 형태의 돌출 소자들(26)을 도시하며, 구체의 팁 단부 상에 친수성 영역(26e)이 형성된다. 구체의 팁 단부는 또한 완전히 친수성 형태일 수 있다는 것은 자명한 사실이다.
도 4f는 절두체의 팁에서 구체의 팁 단부(26f)를 갖는 실질적으로 절두체 형태를 갖는 돌출 소자들(26)을 도시하며, 구체의 팁 단부 상에 친수성 영역(26e)이 형성된다. 구체의 팁 단부는 또한 완전히 친수성 형태일 수 있다는 것은 자명한 사실이다. 게다가 도 4e 및 4f에 도시된 실시 예들에서, 타원체 형태의 팁 단부가 제공될 수 있다는 것은 자명한 사실이다.
도 5는 벽(2) 상에 배치되는 표면 피복(6)의 또 다른 실시 예의 섹션을 도시한다. 도 2에 도시된 실시 예와 유사하게, 도 5에 도시된 실시 예는 벽(2)을 통하여 확장하는 가스 공급 장치(14)에 연결되는 가스 배출 장치(28)를 갖는다. 바디와 마주보는 면(10b)에 의해 벽(2) 상에 배치되거나 및/또는 벽에 고정되는 가스-보유 층(10)은 돌출 소자들 대신에 오목부들(30)을 포함한다. 오목부들(30)은 가스-보유 층(10)의 액체와 마주보는 면 내에 통로 개구부를 포함하며, 통로 개구부의 직경은 바람직하게는 오목부들(30)의 직경보다 작다. 특히, 오목부들(30)은 실질적으로 구체의 형태일 수 있다. 그러나 오목부들(30)이 또한 다변형(polygonal) 또는 타원 형태일 수 있다는 것은 자명한 사실이다.
오목부들(30)이 형성되는 가스-보유 층(10)의 재료는 소수성 재료이다. 그러나 가스-보유 층(10) 내의 오목부들(30)의 내부 벽은 또한 소수성 재료로 코팅될 수 있다는 것은 자명한 사실이다.
가스 배출 개구부(30)를 통하여 출현하는 가스는 가스-보유 층(10)의 오목부들(30) 내에 저장되거나 또는 보유될 수 있다. 가스 및 접촉이 만들어지는 액체(4) 사이의 접촉 표면의 표면 장력 때문에, 가스와 액체 사이의 접촉 표면은 가스-보유 층(10)의 고체 재료의 표면을 넘어, 즉 통로 개구부(32)의 영역을 넘어 돌출한다. 이러한 방법으로, 액체(4) 및 벽(2), 또는 적어도 오목부(30)의 영역 내의, 가스-보유 층(10)의 고체 재료 사이에 가스 쿠션(gas cushion)이 형성된다.
도 6은 도 5에 도시된 실시 예의 변형된 형태를 도시하며, 동일한 소자들은 동일한 참조 번호로 표시된다. 가스-보유 층(10) 내에 형성되는 오목부들(30)은 가스-보유 층의 고체 재료가 완전히 소수성 재료로 구성될 필요가 없는 것과 같이, 오목부들(30)의 내부 벽 상에 소수성 코팅(34)을 갖는다. 가스와 액체 사이의 접촉 표면은 도 5에 도시된 실시 예와 유사하게 형성된다.
세로 방향(L)을 따르는 액체 흐름의 흐름 저항을 더 최소화하기 위하여, 액체 및 가스-보유 층(10)의 고체 재료 사이의 접촉 표면에서, 가스-보유 층(10)은 적어도 지역적으로 접착-감소 재료로 표면 코팅을 가질 수 있다. 표면 코팅은 예를 들면 약 10 ㎚부터 약 10 ㎛까지의 범위의 정의된 표면 거칠기를 형성하는, 마이크로입자들 또는 나노입자들을 포함할 수 있다. 게다가, 표면 코팅은 또한 약 0.15 ㎚ 내지 약 500 ㎚의 코팅 두께를 가질 수 있는, 테플론 또는 나노 테플론으로의 연속적인 코팅을 가질 수 있다. 게다가, 표면 구조를 형성하기 위하여, 표면 코팅(36)은 바람직하게는 중합체들, 폴리디메틸실록산, 실리콘, 이산화 규소, 수산화 규소, 금속들, 특히 강(steel)과 강 섬유, 및 에폭시 수지로 구성되는 입자들을 포함할 수 있다.
도 7은 유사한 돌출 소자들(26, 27)로 구성되는 구조체를 도시하며, 돌출 소자들(26, 27)의 서로 다른 크기이다. 따라서, 돌출 소자들(27)은 약 1.1 내지 약 2의 인자에 의해 돌출 소자들(26)보다 더 액체(4)의 방향으로 베이스(10c)로부터 돌출할 수 있다. 이는 바람직하게는 액체-가스 인터페이스의 두 구조 평면을 야기한다. 상기 구조들은 바람직하게는 가스-보유 층(10)의 영역들에서, 가스-보유 층(10) 내에 보유되는 가스의 완전한 제거를 방지하는 효과를 갖는다.
세로 방향(L)을 따르는 액체(4)의 낮은 흐름 속도의 경우에, 또는 가스-보유 층(10) 내의 가스 압력과 관련하여 액체의 작은 정압(positive pressure)의 경우에, 액체-가스 경계는 실질적으로 돌출 소자들(26)보다 벽(2)으로부터 더 덜어져 간격을 두고 돌출하는 돌출 소자들(27)의 팁 영역들(27d)의 엔벨로프 형태로 형성된다. 이는 바람직하게는 실질적으로 돌출 소자들(27)만에 의해 발생되거나 또는 제공되는 실질적으로 연속적인 공기 층을 야기한다. 액체(4)와 벽(2) 사이의 마찰은 바람직하게는 예를 들면 가스-보유 층(10) 내의 가스 없이 마찰 값의 5% 미만의 값으로, 상당히 감소된다. 그러나, 이러한 경우에 있어서, 가스-보유 층(10)은 가스-보유 층 내에 보유되는 가스와 인접한 액체(4) 사이의 압력 변동의 경우에 가스 손실이 발생하는 약간의 경향을 나타낸다. 바꾸어 말하면, 기포들의 탈출 또는 분리를 위하여 필요한 영역의 유닛당 힘, 또는 영역의 유닛당 활성에너지는 상대적으로 낮다.
도 8은 가스-보유 층(10)으로부터 가스의 손실 후에 도 7에 도시된 실시 예를 도시한다. 액체-가스 경계는 이제 실질적으로 액체(4)의 방향으로 보다 적게 돌출하는 돌출 소자들(26)의 엔벨로프를 따른다. 돌출 소자들(26) 사이의 중간 공간들에 의해 형성되는 가스-보유 층(10)의 개별 가스-충전된 영역들은 이제 지역적으로 액체(4) 내로 돌출하는 돌출 소자들(27)에 의해 제한된다. 특히, 돌출 소자들(27)에 의해 형성되는 개별 영역들 사이의 가스 교환은 돌출 소자들(27)에 의해 방지된다.
이 경우에 있어서 흐름 저항의 감소는 여전히 중요하며, 도 7에 도시된 상태와 관련하여 상당히 감소된다. 그러나, 베이스(10c)는 여전히 실질적으로 완전히, 즉, 약 90% 내지 약 80%, 가스-보유 층(10)에 의해 액체(4)로부터 공간적으로 분리된다. 가스(5)가 액체(4)의 흐름에 의해 가스-보유 층(10)으로부터 더 제거되는데 필요한 힘은 바람직하게는 도 7에 도시된 상태에서보다 도 8에 도시된 상태에서 더 크다. 따라서 가스-보유 층(10)으로부터의 초기 가스 손실 후에, 상대적으로 많은 양의 가스가 가스-보유 층으로부터 배출되는 것이 방지되는 것이 바람직하다.
가스-보유 층(10)으로부터의 또 다른 가스 손실들의 경우에, 예를 들면 가스와 인접한 액체(4) 사이의 매우 큰 압력 변동 때문에, 적은 가스 용량이 돌출 소자들(26) 사이의 소수성 틈새에 남아있다. 이러한 방법으로, 비록 세로 방향(L)을 따라 흐르는 액체(4)의 흐름 저항과 관련하여 가스 층의 마찰 감소 효과가 감소되더라도, 벽(2) 또는 베이스(10c) 및 액체(4) 사이의 실질적으로 완전한 분리가 여전히 존재하는 것과 같이, 베이스(10c)의 표면의 약 10%까지만이 액체와 직접 접촉되는 것이 바람직하다.
도 9 및 10은 도 7과 8에 도시된 표면 피복(6)의 변형된 실시 예를 도시한다. 따라서 동일한 소자들은 동일한 참조 번호로 표시된다. 돌출 소자들(26, 27)은 부가적으로 액체와 가스 사이의 인터페이스의 관련 돌출 소자들(26, 27)에 대한, 특히 그것들의 팁 영역들(26d, 27d)에 대한 향상된 접착을 허용하는, 친수성 표면 영역들(26e, 27e)을 포함한다. 가스-액체 경계의 이러한 국부적 고정은 친수성 표면 영역들(26e, 27e)이 또한 "피닝 중심(pinning center)들"로 언급되는 것과 같이, 또한 "피닝"으로서 언급된다. 친수성 표면 영역들(26e, 27e)의 제공을 통하여, 가스-보유 층(10)으로부터 기포들의 분리를 위하여 필요한 유닛 영역당 힘은 가스-보유 층(10)으로부터의 가스 손실이 감소될 수 있는 것과 같이, 증가된다. 이는 또한 바람직하게는 가스-보유 층(10)에서의 감소된 흐름 저항을 야기하고, 액체(4) 및 베이스(10c) 또는 벽(2) 사이의 향상된 분리를 야기한다.
게다가 바람직하게는 또 다른 친수성 표면 영역들(도시되지 않음)이 돌출 소자들(262, 27e) 사이의 베이스(10c) 상에 형성되는 것이 가능하다. 상기 친수성 표면 영역들은
베이스(10c)에 인접한 영역 내에 축적되는 가스의 분리 또는 유출을 방지한다. 베이스(10c)에 축적된 상기 가스는 바람직하게는 겨우 제거될 수 있으며 특히 베이스(10c) 또는 벽(2)의 약 60% 내지 약 98%의 표면을 포함하고 따라서 액체(4)로부터 덮인 표면을 분리하는 최종 가스 레저버(gas reservoir)의 역할을 한다. 또한 바람직하게는 이러한 방법으로 벽(2)의 표면이 작은 가스 용량에 의한 산화 또는 부식에 대항하여 실질적으로 완전히 보호되는 것이 실현된다. 게다가 베이스(10c)에 남아있는 잔류 가스는 가스 공급 장치에 의해 가스 층의 복구를 위한 핵으로 역할을 한다(예를 들면 도 1, 2, 5 및 6에 도시된 것과 같이).
또한 확실하게 세 개 또는 그 이상의 돌출 소자들의 계층 구조들이 가스-보유 층 내에 형성되는 것이 가능하다. 바꾸어 말하면, 도 7 내지 10에 도시된 돌출 소자들(26, 27)에 더하여, 돌출 소자들(27)보다는 더 액체(4)의 방향으로 베이스(10)로부터 돌출하는 또 다른 돌출 소자들이 제공될 수 있다.
돌출 소자들(26, 27)이 규칙적으로, 유사 규칙적으로(quasi-regular) 또는 무작위 방식으로 가스-보유 층(10) 내에 분포될 수 있다는 것은 자명한 사실이다. 게다가, 기공(gas pocket), 즉 가스 레저버로서 역할을 하는 오목부들 또는 리세스들이 다양한 위치에 제공될 수 있다. 표면에 배치되는 구멍들이 오목부들 또는 기공의 역할을 할 수 있는 다공성 표면들은 특정 거칠기를 갖는 표면 코팅들에 대하여 동일한 적합성을 갖는다. 예를 들면, 도 5와 6의 오목부들(30)은 또한 다공성 재료로 구성되는 베이스(10c)에 의해 형성될 수 있으며, 구멍들은 통로 개구부(32)의 영역 내에서 베이스(10c)의 외부에 연결된다.
다수의 서로 다른 길이에 의해 액체(4)의 방향으로 돌출하도록 구성되는 돌출 소자들(26, 27)의 경우에 있어서, 도 7과 9의 액체-가스 인터페이스의 위치를 결정하는, 상대적으로 긴 돌출 소자들이 또한 상대적으로 작은 영역 밀도(센티미터 제곱당 돌출 소자들(27)의 수)를 갖는 것이 특히 바람직하다. 이와 대조적으로, 도 8과 10에 도시된 것과 같이, 가스-보유 층(10)이 이미 상당한 양의 가스를 손실한 상황에서 액체-가스 인터페이스를 결정하는 돌출 소자들(26)은 바람직하게는 상대적으로 높은 영역 밀도를 갖는다. 또한 상기 돌출 소자들(26)이 상대적으로 작은 직경을 갖고 만일 제공되면, 상대적으로 작은 크기 또는 직경의 친수성 표면 영역들을 갖는 것이 바람직하다.
바람직하게는 초소수성 재료로 구성되거나 혹은 h수성 또는 초소수성 표면으로 구성되는 돌출 소자들(26, 27)에 본 발명 또는 나노입자상 재료의 성장에 의해 적용되는 돌출 소자들(26, 27)의 표면, 및 실질적으로 또는 동시에 소수성의, 비-극성 말단 기(group)들 또는 테트라플루오로에틸렌 기들로 소수성이 만들어지는 이에 따라 형성된 나노 크기의 거친 표면에 의하거나, 혹은 테트라플루오로에틸렌 기반 분자들 또는 다른 비극성 또는 소수성 분자 또는 지방 유기 또는 무기 오일들의 흡수에 의해 친수성 표면 영역들이 제공되는 것이 바람직하다. 상기 소수성 영역들은 실질적으로 표적화된 방식으로 플라스마와의 상호작용에 의해 덜 소수성으로 만들어질 수 있다. 소수성이 감소된 영역들, 바꾸어 말하면, 그것들에 전달된 친수성 기능을 갖는 영역들은 예를 들면 팁들, 헤어 단부들, 최고지대, 돌출 구석(corner)들, 팁들과 모서리들, 거친 표면들 등일 수 있다.
만일 돌출 소자들(26, 27)의 표면이 전기적으로 전도성이면, 예를 들면 만일 전기적 전도성 중합체들이 돌출 소자들(26, 27)을 형성하기 위하여 사용되면, 그때 팁 효과 때문에 바람직하게는 바로 팁들 및 가장 강력한 만곡부 및 가장 먼 돌출 표면 지점에서, 즉 정확하게는 소수성 표면 영역들이 배치되어야만 바람직하게 하는 영역에서 전기적 방전이 발생하는 소수성의 감소를 위하여 전기적 방전이 사용될 수 있다. 방전에 의해, 소수성 보호 층은 돌출 소자들(26, 27)의 소수성 영역에 대하여 상대적으로 친수성인 표면 영역들이 형성되는 것과 같이, 방전 지점에서 국부적으로 파괴된다.
도 11은 실질적으로 균일한 크기의 돌출 소자들(26)로 구성되는 구조를 도시하며, 가스-보유 층(10)은 바람직하게는 베이스(10c)의 영역 및 또한 돌출 소자들(26)의 영역 내에 모두 균일한 거칠기로 형성되는 거친 표면(38)을 갖는다. 따라서, 거친 표면의 구조들은 바람직하게는 약 5 내지 약 20의 인자에 의해 돌출 소자들(26)의 크기보다 작은 크기를 가질 수 있다. 거친 표면은 또한 약 10 ㎛부터 약 3 ㎚까지의 거칠기를 포함하는 다중(multimoidal) 거칠기를 가질 수 있으며, 특히, 돌출 소자들(26)은 거칠기 분포에서 가장 큰 거칠기로서 간주될 수 있다.
이는 바람직하게는 도 7 내지 10과 관련하여 이미 설명된 것과 같이, 두 개 또는 그 이상의 구조 평면을 야기한다. 이와 관련된 설명은 도 11에 도시된 실시 예와 유사하게 적용된다. 거친 표면(38)은 바람직하게는 가스-보유 층(10)의 영역 내에서, 가스-보유 층(10) 내에 보유되는 가스의 완전한 제거를 방지하는 효과를 갖는다.
게다가 바람직하게는 돌출 소자들(26)이 액체와 가스 사이의 인터페이스의 관련 돌출 소자들(26)로의 향상된 접착을 허용하는 친수성 표면 영역들(26e)을 갖는 것이 가능하다. 거친 표면(38)이 규칙적이거나, 또는 유사 규칙적이거나 또는 무작위의 공간적 표면 구조를 가질 수 있는 것은 자명한 사실이다.
도 12a 내지 12c는 도 11에 도시된 실시 예와 유사한 실시 예를 도시한다. 도 12a에 도시된 상태에서, 가스-보유 층(10)은 가스(5)로 완전히 채워진다. 가스-보유 층(10)으로부터 가스 손실이 발생된 후에, 액체-가스 인터페이스는 도 12c에 도시된 것과 같이 대체된다. 가스의 또 다른 손실의 결과로서, 비록 흐르는 액체(4)에 대하여 벽(2)의 흐름 저항이 증가하더라도, 액체는 실질적으로 가스-보유 층(10) 또는 벽(2)과 직접 접촉되는 것이 방지되며, 이에 의해 벽(2)은 예를 들면 액체(4)의 부식성 영향에 대항하여 보호된다.
도 13a 및 13b는 소수성 표면에 돌출 소자들(26, 27)이 제공되는 섬유들(40)을 도시한다. 여기서, 도 13a는 또한 도 1에 도시된 것과 같이 돌출 소자들(26)의 구조 또는 어레인지먼트를 도시한다. 도 13b는 또한 도 9와 10 도시된 것과 같이 돌출 소자들(26)의 구조 또는 어레인지먼트를 도시한다. 따라서 섬유들(40)은 상기 도면들을 참조하여 설명된 특성들을 갖는다. 돌출 소자들에 선택적으로 친수성 영역들(26e, 27e)이 제공될 수 있다. 섬유들(40)은 표면 피복의 가스-보유 층의 돌출 소자들의 역할을 할 수 있으며 그것들과 통합하여 형성될 수 있다.
도 14a 및 14b는 각각 도 13a 및 13b에 도시된 구조들과 상응하는 돌출 소자들(26, 27)의 링 구조를 갖는 섬유들(40)을 도시한다. 또한 선택적으로 친수성 영역들(26e, 27e)이 섬유들(40)이 주변을 따라 확장하는 링들(26, 27) 상에 형성되는 것이 가능하다.
도 15는 소수성 거친 표면(38)이 도 11에 도시된 것과 같은 구조 또는 어레인지먼트를 갖는 섬유(40)를 도시한다.
도 16a 내지 16d는 각각 가스-보유 층(10)의 돌출 소수성 소자들(26)의 2차원 어레인지먼트의 사시도를 도시한다.
도 17a는 도 16a에 도시된 바람직한 2차원 어레인지먼트의 평면도를 도시한다.
돌출 소자들(26)은 도 3a에 도시된 형태로 디자인된다. 그러나 돌출 소자들이 또한 다른 편리한 디자인, 예를 들면 도 3과 4에 도시된 디자인을 가질 수 있는 것은 자명한 사실이다.
도 16a 및 17에 도시된 것과 같이, 돌출 소자들(26)의 2차원 어레인지먼트는 개별 서브-영역들(44), 이른바 "컴파트먼트"으로 분할되며, 가스-보유 층(10)의 각각의 서브-영역(44)은 다수의 돌출 소자(26)를 포함한다. 개별 서브-영역들(44)은 바람직하게는 인접한 서브-영역들과 관련하여 또는 유체 불투과성 파티션(42)에 의한 주변과 관련하여 제한된다. 유체는 가스, 액체 및 이들의 혼합물을 의미하는 것으로 이해하여야 한다. 그 결과, 파티션(42)은 서브-영역들(44) 사이의 액체 흐름 또는 가스 흐름을 방지한다. 특히, 두 인접한 서브-영역(44) 사이으 ldkqfur 차이의 존재에서, 파티션들(42)응 바람직하게는 가스가 하나의 서브-영역(4$)으로부터 인접한 서브-영역으로 흘러들어가는 것을 방지하며 접촉이 만들어지는 액체에 대한 흐름 저항은 따라서 국부적으로 증가된다.
특히, 유입하는 가스에 의해 가스 용량을 넘는 가스로 채워지는 상황이 방지며, 가스는 그리고 바로 액체 내로 통과하고 따라서 손실된다.
파티션들(42)은 바람직하게는 돌출 소자들(26)과 동일한 재료로부터 형성될 수 있다. 특히, 가스-보유 층(10)은 돌출 소자들(26)과 파티션들(42)로 함께 또는 단일 피스로 형성될 수 있다. 게다가 서브-영역들(44)의 파티션들(42)이 실질적으로 서브-영역(44) 내에 포함된 돌출 소자들(26)과 동일한 높이인 것이 바람직하다. 게다가 돌출 소자들(26)이 친수성 표면 영역들(26e)을 갖거나 및/또는 파티션들(42)이 친수성 표면 영역들(26e)을 갖는 것이 바람직하다.
도 16b에 도시된 것과 같이, 또한 돌출 소자들(26)이 완전히 소수성 형태이고, 반면에 유체 불투과성 파티션들(42)은 친수성 표면 영역들(42a)을 갖는 것이 제공될 수 있다.
대안으로서, 파티션들(42)은 또한 도 16a에 도시된 것과 같이, 완전히 또는 지역적으로 친수성 재료로부터 형성될 수 있으며, 반면에 돌출 소자들(26)은 완전히 소수성일 수 있거나 또는 그렇지 않으면 도 16a에 도시된 돌출 소자들(26)과 상응하게, 친수성 표면 영역들(26a)을 가질 수 있다(도 16c에 도시되지 않은 방식으로). 예를 들면, 액체를 향하여 마주보는 파티션들(42)의 표면들만이 친수성 형태이거나 또는 친수성 코팅이 제공되는 것이 제공될 수 있다.
최종적으로, 파티션들(42)은 또한 도 16d에 도시된 것과 같이, 전체가 서브-영역을 형성할 수 있다. 바꾸어 말하면, 서브-영역들(44)은 어떠한 돌출 소자도 포함하지 않는다. 서브-영역들(44)의 베이스(44c)는 바람직하게는 소수성 표면을 갖는다. 파티션들은 완전히 또는 지역적으로 친수성 형태일 수 있다. 예를 들면, 액체를 향하여 마주보는 파티션들(42)의 표면들만이 친수성 형태이거나 또는 친수성 코팅이 제공되는 것이 제공될 수 있다. 특히, 파티션들42)은 실질적으로 소수성 형태일 수 있으며, 영역 또는 선형 친수성 공간은 상단 모서리 상에, 즉 액체를 향하여 마주보는 파티션들의 표면들 상에 형성되며, 상기 친수성 영역은 두 인접한 서브-영역 사이의 가스 교환이 파티션들(42)의 상단 모서리들을 넘어서도 효율적인 방식으로 방지되는 것과 같이, 연속적이거나 혹은 하나 또는 그 이상의 소수성 영역에 의해 중단되지 않는 것이 바람직하다. 이러한 경우에 있어서 파티션들은 가스가 상기 서브-영역(44) 내에 보유되고 실질적으로 인접한 서브-영역 내로 탈출할 수 없는 것과 같이, 서브-영역(44)의 자납식 용량을 둘러싼다.
돌출 소자들(26)의 다양한 실시 예들은 서브-영역(44, 자납식)을 형성하기 위하여 파티션들의 다양한 실시 예들과 어떤 원하는 방식으로 조합될 수 있는 것은 자명한 사실이다.
특히, 선택적으로 하나의 파티션(42) 또는 다중 파티션(42)을 갖는, 적어도 하나의 서브-영역(44)은 바디에 고정될 수 있는 타일 또는 슬랩으로서 형성될 수 있다. 특히, 타일 또는 슬랩(이후부터는 또한 공기 타일들로서 언급되는)은 1,000 이상, 10,000 이상 또는 100,000 이상의 서브-영역(44)을 가질 수 있다. 바람직하게는 어떠한 크기의 벽에, 또한 바람직하게는 가요성(flexible) 어셈블리를 야기하고 적은 수의 사로 다른 타일 또는 슬랩만이 필요한 효과를 갖는, 가스-보유 층을 갖는 다수의 그러한 타일 또는 슬랩이 구비되거나 또는 덮이는 것이 가능하다.
서브-영역들(44)은 서브-영역들(44)의 새로 규모가 세로에 수직인 수평을 다르는 것보다 수직을 따라 더 적은 것과 같이, 형태화되거나 또는 형성되고, 바디에 부착된다. 특히, 만일 서브-영역들(44)이 배의 헐(hull)에 고정되면, 배가 이동하는 동안에(실질적으로 수평인) 세로 규모는 바람직하게는 물 흐름 방향을 따르는 것보다 중력 방향(수직)을 따라 더 작은데, 그 이유는 그때 파티션둘(42)의 더 작은 공간 때문에 가스-보유 층 내에 포함된 가스가 더 적어지기 때문이다. 동시에, 수평을 따라 파티션들(42) 사이의 더 큰 간격들이 물과 배 사이에 마찰이 일어나는 친수성 영역들의 최소화를 허용한다.
서브-영역들(44)은 따라서 바람직하게는 도 17a에 도시된 것과 같이, 직사각형 형태이다.
그러나 서브-영역들(4$)이 바람직하게는 또한 6각형 또는 허니컴(honeycomb) 형태, 삼각형, 사각형 또는 다른 형태일 수 있는 것은 자명한 사실이다. 도 17b는 파티션들이 직사각형 서브-영역들(44)을 형성하도록 배치되는 바람직한 실시 예의 평면도를 도시한다. 도 17c는 파티션들(42)이 길쭉한 허니컴 형태 또는 6각형 서브-영역들(44)을 형성하도록 배치되는 바람직한 실시 예의 평면도를 도시한다.
액체 하에서
표면들의 보호를 위한 코팅
요약하면, 일 양상은 액체 하에서 가스 층을 보유하는 코팅의 사용을 통하여, 항-부착 작용을 달성하고 액체 하에서 표면들의 부식과 화학적 공격을 방지하기 위한 방법을 설명한다.
표면, 예를 들면 배, 파이프, 창, 측정 장비, 물 용기 등의 표면에 부가적으로 독성 또는 살생물제 함유 층에 의하거나 또는 다른 첨가제들에 의한 화학적 또는 생물학적 항-부착 작용을 주는 코팅이 구비될 수 있다. 장점은 필요할 때만, 구체적으로 표면이 단순히 가스 층에 의해 덮이지 않고 물 또는 수중 생물들과 접촉할 때, 활성 물질들이 배출된다는 사실이다. 이러한 방법으로, 독성 또는 살생물 첨가제의 배출은 거의 발생하지 않는데, 구체적으로 정확하게 필요할 때만 발생하는데, 그 결과 시간 및 영역 유닛당 액체, 예를 들면 해수 또는 담수에 배출되는 독성 물질들의 양은 수 자릿수로 감소될 수 있으며, 이는 차례로 두 가지 바람직한 효과를 갖는다:
(ⅰ) 독성 및 살생물 물질들이 배출은 항-부착 작용의 감소 없이, 급격하게 감소되며,
(ⅱ) 그 결과, 배의 페인트 코트 또는 코팅 내의 그러한 물질들의 비축이 소비되기 전에 항-부착 작용이 약화되는 그러한 정도까지 지속되는 시간 주기가 또한 급격하게 길어지며, 따라서 또한 배 및 다른 설비들의 점검 간격을 늘린다.이는 특히 오일 플랫폼, 해상 풍력 단지 및 액세스하기가 어려운 다른 대상들의 경우에 있어서 상당한 정점이 된다.
항-부착 작용은 공기-보유 층들, 또는 더 일반적으로 스스로 물 아래의 가스-보유 층들의 사용을 통하여 획득될 수 있거나 혹은 가스 층을 거쳐, 독성이거나 또는 살생물제이거나 또는 일부 다른 수단들에 의한 생물학적 부착에 대한 영향을 갖는 가스 또는 에어로졸의 첨가와 조합하여 획득될 수 있다.
가스 층은 스스로 이미 해양 생물들이 부착하는 것을 방지하는 벽을 형성한다. 이는 특히 이른바 점액(slime)을 형성하거나 또는 미세부착에 대한 책임이 있으며 종종 큰 생물체의 부착을 위한 기초를 형성하는 박테리아, 규조류, 단세포 생물들 및 미생물에 적용된다. 만일 예를 들면 배 등의 표면이 공기 층에 의해 둘러싸이고 물과 접촉하지 않으면, 상기 생물의 부착과 번식은 따라서 더 이상 가능하지 않다.
예를 들면, 배. 파이프, 창, 측정 장비, 물 용기 들의 표면에 부가적으로 독성 또는 살생물제 함유 층에 의하거나 또는 다른 첨가제에 의해 화학적 또는 생물학적 항-부착 작용을 부여하는 코팅이 구비될 수 있다. 장점은 활성 물질들이 필요할 때만, 특히 표면이 단순히 가스 층에 의해 덮이지 않고 물 또는 해양 생물들과 접촉할 때 배출된다는 사실에 있다. 이러한 방법으로, 독성 또는 살생물 첨가제들은 거의 발생하지 않으며, 구체적으로 정확하게 필요할 때만 발생하며, 그 결과 시간 및 영역의 유닛당 액체, 예를 들면 해수 또는 담수에 배출되는 독성 물질들의 양은 수 자릿수로 감소될 수 있으며, 이는 차례로 두 가지 바람직한 효과를 갖는다:
(ⅰ) 독성 및 살생물 물질들이 배출은 항-부착 작용의 감소 없이, 급격하게 감소되며,
(ⅱ) 그 결과, 배의 페인트 코트 또는 코팅 내의 그러한 물질들의 비축이 소비되기 전에 항-부착 작용이 약화되는 그러한 정도까지 지속되는 시간 주기가 또한 급격하게 길어지며, 따라서 또한 배 및 다른 설비들의 점검 간격을 늘린다.이는 특히 오일 플랫폼, 해상 풍력 단지 및 액세스하기가 어려운 다른 대상들의 경우에 있어서 상당한 정점이 된다.
생물학적 시스템들의 성장에 의한 배와 다른 선박 및 물에 노출되는 기술 설비들, 벽들, 구조체 등의 부착은 담수와 해수 모두에서 중요한 기술적 문제점이다. 배들의 부착의 경우에 있어서, 이는 부착이 물에서 배들의 마찰을 증가시키고 따라서 또한 연료 소비를 증가시킨다는 사실에 의해 악화된다. 배 등에 구비되는 독성 페인트들, 래커들 및 코팅들로의, 그러한 부착에 대한 보호를 위한 이전의 해결책은 환경 보호 이유들을 위하여 더 이상 수용되지 않으며 점점 금지되는데, 그 이유는 이러한 높은 독성의 코팅들이 상당한 양의 독성 물질들과 화합물, 특히 중금속과 중금속 화합물들을 해수 내로 배출하기 때문이다.
그러나 생물부착에 대한 적절한 보호를 제공하는 비-독성 물질들은 아직 발견되지 않고 있다. 미래에도 이러한 발견의 기회는 낮을 것으로 예상되는데, 그 이유는 한편으로는 시스템들이 해양 생물들의 생물학적 부착을 방지하여야만 하나, 동시에 바다와 연안의 동물상과 식물상이 해를 입지 않도록 하기 위하여, 상기 시스템들은 특히 그것들의 작용에 의해 해양 생물들에 해를 입혀서는 안 되기 때문이다. 따라서 설명된 문제점은 내재적 모순점으로 여겨진다. 따라서 담수 또는 해수를 둘러싸는 생태계 내의 생물들에 상당한 피해를 야기하지 않고 표면 상의 수중 및 해양 생물들을 선택적으로 위해하는 방법을 발견하는 것이 필요하다. 본 발명은 그러한 접근법을 위한 한 가지 기술적 해결책을 제시한다.
한편으로는 배 위에 또는 담수와 해수 내의 다른 기술적 표면들 상에 고정하려는 해양 생물들과 다른 살아있는 생물들이 고정되는 것을 저해되고 방지되어야만 하고, 측정들은 상기 표면들에서만 매우 선택적으로 작용하여야만 하고 생물체들 또는 해양 생물들에 해를 입혀서는 안 되기 때문에, 보호되려는 표면들과 바로 그 인근에만 독점적으로 관련되는 국부적 측정을 사용하는 것은 자명한 사실이다.
본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 장치로, 명시된 기술적인 문제점이 다음과 같이 해결된다: 수중의 표면 상에 가스 층들을 보유되고 가스를 패브릭, 다공성 층들 또는 작은 개구부들 또는 노즐들을 거쳐 표적화된 방식으로 상기 층 내로 도입되는 것이 기술적으로 가능하기 때문에, 상기 형태의 가스-보유 표면 또는 층으로 보호되고, 간단히 가스 층 자체에 의해 생물학적 시스템들과 보호되려는 표면 사이의 접촉을 초기에 억제하도록 표면을 준비하는 것은 자명한 사실이다. 특히 만일 가스 또는 에어로졸이 물 내에 약간만 용해되면, 혹은 만일 특정 시간 후에 화합물이 독성 성분들로 분해되거나 또는 고농도들에서만 독성이면, 혹은 만일 단순히 배의 표면 상에 부착된 해양 생물들을 질식사시키기 위하여 이산화탄소가 사용되면, 처리는 생태계에 대한 부작용을 갖지 않는다. 처리와 투여는 이 경우에 있어서 수동으로 또는 자동으로 실행될 수 있다.
선택적 변형들과 특징들은 다음에 관한 것이다:
● 부착 정도의 정량적 평가를 갖거나 또는 정량적 평가 없이, 생물학적 부착의 정도 및/또는 형태의 자동 검출을 위한 센서 수단들 및/또는 카메라들과의 조합.
● 정도의 정량적 평가를 갖거나 또는 정량적 평가 없이, 생물학적 부착의 자동 검출과 위치측정을 위한 공간적으로 선택적인 센서 수단들 및/또는 카메라들과의 조합.
● 선택적으로 부착이 발생했거나 시작하는 위치들에서 활성 가스 또는 에어로졸의 공간적으로 선택적인 배출의 가능성.
● 부착의 강도 및 형태에 따른 공간적으로 선택적인 투여의 가능성.
● 가스 층 내의 가스 조성물 또는 활성 물질 농도의 공간적으로 분해되는 검출을 위한 가스 센서 수단들.
● 가스 층 내에 공간적으로 분해되거나 및/또는 일시적으로 분해되는 조성물 및/또는 활성 물질 농도의 분석을 위하여, 또한 질량 크로마토그래피, 적외선 분석, 겔 크로마토그래피, 가스 크로마토그래피 등과 함께, 층으로부터 가스 또는 에어로졸의 추출에 의한 가스 분석.
● 항상, 그리고 모든 위치에서 지정된 한계 값 이하로 보유하고, 모든 위치에서 항상 모든 환경적 요구사항을 확실히 충족시키며, 활성 가스 또는 에어로졸의 공급의 즉각적인 중단에 의해 필요할 때 언제든지 처리를 수동으로 또는 바람직하게는 자동으로 중단하기 위하여, 주변 물 내의 가스 또는 에어로졸의 용해된 조성물들의 동반 분석.
항-부착 작용의 달성은 또한 독성 재료들, 첨가제들 및 표면 코팅들과 조합하여 수중의 겅기-보유 층들의 사용을 통하여 달성될 수 있다.
생물학적 시스템이 성장에 의한 배들과 다른 선박들 및 물에 노출된 다른 기술 설비들, 벽들, 구조체들 등의 부착은 담수와 해수 모두에서 중요한 기술적 문제점이 된다. 배들의 부착에 있어서, 이는 부착이 물 내의 배들의 마찰 및 따라서 또한 연료 소비를 상당히 증가시킨다는 사실에 의해 악화된다. 배들에 독성 페인트들, 래커들 및 코팅들을 구비하는, 그러한 부착에 대항하여 보호하기 위한 이전의 해결책은 환경 보호 이유들을 위하여 더 이상 수용되지 않으며 점점 금지되는데, 그 이유는 이러한 높은 독성의 코팅들이 상당한 양의 독성 물질들과 화합물, 특히 중금속과 중금속 화합물들을 해수 내로 배출하기 때문이다.
그러나 생물부착에 대한 적절한 보호를 제공하는 비-독성 물질들은 아직 발견되지 않고 있다. 미래에도 이러한 발견의 기회는 낮을 것으로 예상되는데, 그 이유는 한편으로는 시스템들이 해양 생물들의 생물학적 부착을 방지하여야만 하나, 동시에 바다와 연안의 동물상과 식물상이 해를 입지 않도록 하기 위하여, 상기 시스템들은 특히 그것들의 작용에 의해 해양 생물들에 해를 입혀서는 안 되기 때문이다. 따라서 설명된 문제점은 내재적 모순점으로 여겨진다. 따라서 담수 또는 해수를 둘러싸는 생태계 내의 생물들에 상당한 피해를 야기하지 않고 표면 상의 수중 및 해양 생물들을 선택적으로 위해하는 방법을 발견하는 것이 필요하다. 본 발명은 그러한 접근법을 위한 한 가지 기술적 해결책을 제시한다.
한편으로는 배 위에 또는 담수와 해수 내의 다른 기술적 표면들 상에 고정하려는 해양 생물들과 다른 살아있는 생물들이 고정되는 것을 저해되고 방지되어야만 하고, 측정들은 상기 표면들에서만 매우 선택적으로 작용하여야만 하고 생물체들 또는 해양 생물들에 해를 입혀서는 안 되기 때문에, 보호되려는 표면들과 바로 그 인근에만 독점적으로 관련되는 국부적 측정을 사용하는 것은 자명한 사실이다.
수생 또는 해양 생물들과의 부착을 방지하는데 매우 효과적인 배 코팅은 이미 존재한다. 상기 코팅의 문제점은 그것들이 독성이며, 해양 생물들의 부착을 방지하는데 효과적이 되도록 하기 위하여 독성이어서는 안 된다는 사실이 아니다. 상기 코팅들의 문제점은 오히려 물과의 지속적인, 장기간 접촉의 결과로서 독성 성분들과 중금속들이 해수 내로 통과한다는 사실이다.
본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 코팅은 다음을 설명한다: 부착을 방지하는데 효과적인 코팅들이 보유되고, 따라서 항-부착 작용이 보장되며 기술적으로 입증된다. 새로 개발된 항-부착 코팅들뿐만 아니라 수십 년에 걸쳐 입증된 코팅들이 사용될 수 있다. 그러나 주변 물 및 따라서 주변 생태계로의 코팅의 배출은 공기-보유 또는 가스-보유 표면의 형태인 항-부착 코팅을 갖는 표면에 의해 방지되며, 물은 따라서 항-부착 코팅을 갖는 표면과 전혀 접촉되지 않는데, 그 이유는 특히 작동 조건들 하에서도 계속되는, 영구적 공기 또는 가스 층이 가능하게는 독성의 표면 및 물 사이에 위치되기 때문이다.
피크 부하의 결과로서 가스 손실의 경우에, 방법의 바람직한 변형에서 층은 가스로 재충전된다("재발생된다"); 이는 함께 출원된 발명에 따르면, 상기 형태의 가스 층이 수중의 표면 상에 보유되고 가스가 패브릭, 다공성 층들 또는 작은 개구부들 또는 노즐들을 거쳐 표적화된 방식으로 상기 층 내로 도입되는 것이 기술적으로 가능하다. 따라서 가스 손실의 경우에 층이 다시 바로 재생되는 것이 가능하다. 공기 층을 "가로지르거나" 또는 보유하는, 헤어들, 섬유들, 필라들, 가시(spine)들 또는 스파이크(spike)들 등은 자체로 또는 그것들의 코팅에 의해 항-부착 작용에 부득이하게 영향을 미칠 필요는 없을 수 있다.
선택적 변형들과 특징들은 다음에 관한 것이다:
● 공기 손실에 대항하여 모니터하기 위한 자동, 바람직하게는 공간적으로 선택적인 센서 수단들과의 조합.
● 가스 층의 일정한 압력이 보장되고 해수와 항-부착 코팅 사이의 지속적인 접촉이 방지되는 것과 같이 상기 형태의 센서 수단들과 자동, 바람직하게는 공간적으로 선택적인 보충 장치(replenishment device)와의 조합.
● 담수에서도 방법과 장치의 사용.
● 심지어 독성의, 항생물질의, 살생의 중금속 함유 및 다른 래커들, 코팅들 및 페인트들과 함께 방법 및 장치의 사용.
● 심지어 비-독성 래커들, 코팅들 및 페인트들과 함께 방법 및 장치의 사용.
● 또한 배, 보트 등의 마찰의 감소를 위한 가스 층의 사용.
● 담수 또는 기수 또는 해수에서 본 발명에 따라 기술된 기술들, 방법들 및 장치들의 사용.
● 배들의 표면을 위한 것뿐만 아니라 물과 접촉하는 다른 기술적 성분들의 외부와 내부 표면을 위하여, 그리고 상응하는 수중 벽들, 구조체들 등 및 파이프라인, 욕조들 등을 위하여 본 발명에 따라 기술된 기술들, 방법들 및 장치들의 사용.
수중의 공기-보유 층들의 사용을 통한 항-부착 작용의 달성은 단지 가스 층의 작용에 실현될 수 있거나 또는 초음파, 기계적 이동과 변형, 충격파, 표면의 반복 열 처리(예를 들면 전기적 전도성 헤어들, 패브릭 등의 전기적 가열) 혹은 물 또는 소금물 또는 해수의 전기화학적 분해 상에서 발생되는 가스들을 포함하는 자외선 처리 또는 전기 펄스들의 조합에 의해 실현될 수 있다.
생물학적 시스템이 성장에 의한 배들과 다른 선박들 및 물에 노출된 다른 기술 설비들, 벽들, 구조체들 등의 부착은 담수와 해수 모두에서 중요한 기술적 문제점이 된다. 배들의 부착에 있어서, 이는 부착이 물 내의 배들의 마찰 및 따라서 또한 연료 소비를 상당히 증가시킨다는 사실에 의해 악화된다. 배들에 독성 페인트들, 래커들 및 코팅들을 구비하는, 그러한 부착에 대항하여 보호하기 위한 이전의 해결책은 환경 보호 이유들을 위하여 더 이상 수용되지 않으며 점점 금지되는데, 그 이유는 이러한 높은 독성의 코팅들이 상당한 양의 독성 물질들과 화합물, 특히 중금속과 중금속 화합물들을 해수 내로 배출하기 때문이다.
그러나 생물부착에 대한 적절한 보호를 제공하는 비-독성 물질들은 아직 발견되지 않고 있다. 미래에도 이러한 발견의 기회는 낮을 것으로 예상되는데, 그 이유는 한편으로는 시스템들이 해양 생물들의 생물학적 부착을 방지하여야만 하나, 동시에 바다와 연안의 동물상과 식물상이 해를 입지 않도록 하기 위하여, 상기 시스템들은 특히 그것들의 작용에 의해 해양 생물들에 해를 입혀서는 안 되기 때문이다. 따라서 설명된 문제점은 내재적 모순점으로 여겨진다. 따라서 담수 또는 해수를 둘러싸는 생태계 내의 생물들에 상당한 피해를 야기하지 않고 표면 상의 수중 및 해양 생물들을 선택적으로 위해하는 방법을 발견하는 것이 필요하다. 본 발명은 그러한 접근법을 위한 한 가지 기술적 해결책을 제시한다.
수중의 공기-보유 또는 가스-보유 표면들의 사용은 여기에 제안된 방법 및 본 발명에 따른 장치를 위한 기본이 된다. 본 발명과 동시에 출원된 발명에 따르면, 가스 층들이 수중 표면 상에서 보유되고 가스를 패브릭, 다공성 층들 또는 작은 개구부들 또는 노즐들을 거쳐 표적화된 방식으로 상기 층 내로 도입되는 것이 기술적으로 가능하며, 상기 형태의 가스-보유 표면 또는 층으로 보호되고, 간단히 가스 층 자체에 의해 생물학적 시스템들과 보호되려는 표면 사이의 접촉을 초기에 억제하도록 표면을 준비하는 것은 자명한 사실이다. 그러나 그러한 기계적 접촉은 부착을 위한 시작 지점으로서 필요하나, 공기 또는 가스 층에 의해 방지된다.
그러나 만일 충격, 집중적 마찰 등의 결과로 그러한 접촉, 및 궁극적으로 부착이 일어나면, 환경적으로 유해한 화학물질들의 사용을 방지하기 위하여, 규칙적 또는 불규칙적 시간 간격으로 혹은 필요할 때, 즉 생물학적 부착의 개시 상에서 또는 존재하에서, 해양 생물들을 물리적으로 방지하기 위한 또 다른 측정들이 부가적으로 구현될 수 있으며, 특히 두 가지 방법이 편리하다: (ⅰ) 충격파 또는 초음파에 의한, 해양 생물들 및 탄성 헤어들에 의해 부착된 표면 사이의 부착성 접촉의 기계적 감소 및 제거, 및 (ⅱ) 부착된 세포 층의 열 파괴를 위한 국부적 가열(특히 저항성 또는 유도에 의하거나 또는 마이크로파에 의하거나 또는 상기 방법들의 조합에 의한).
방법의 바람직한 변형에서, 표면 상에 공기를 보유하는 효과를 갖는 구조체들(헤어, 섬유 등)은 전기적으로 전도성 형태이고 직접적으로 가열된다. 대안으로서 또는 부가적으로 표면, 특히 본 특허와 함께 출원된 특허에서 청구된 통기 조직이 전기적 전도성 형태이고 국부적 가열의 역할을 하는 것이 가능하다.
방법의 또 다른 변형에서, 방사선, 예를 들면 자외선이 공기-보유 표면과 조합하여 사용되는 것이 가능하다.
선택적 변형들과 특징들은 다음에 관한 것이다:
● 금속 표면 구조체들의 사용.
● 담수에서도 방법 및 장치의 사용.
● 심지어 독성의, 항생물질의, 살생의 중금속 함유 및 다른 래커들, 코팅들 및 페인트들과 함께 방법 및 장치의 사용.
● 심지어 비-독성 래커들, 코팅들 및 페인트들과 함께 방법 및 장치의 사용.
● 또한 배, 보트 등의 마찰의 감소를 위한 가스 층의 사용.
● 완전히 또는 부분적으로 배 표면들의 코팅.
● 담수 또는 기수 또는 해수에서 본 발명에 따라 기술된 기술들, 방법들 및 장치들의 사용.
● 배들의 표면을 위한 것뿐만 아니라 물과 접촉하는 다른 기술적 성분들의 외부와 내부 표면을 위하여, 그리고 상응하는 수중 벽들, 구조체들 등 및 파이프라인, 욕조들 등을 위하여 본 발명에 따라 기술된 기술들, 방법들 및 장치들의 사용.
바꾸어 말하면, 본 발명의 (바람직한) 주제들은 다음과 같이 설명될 수 있다:
주제 1은 부식, 화학적 공격 및/또는 (생물)부착에 대항하여, 액체에 영구히 또는 간헐적으로 완전히 또는 부분적으로 노출되는, 표면 또는 인터페이스의 보호를 위한 코팅에 관한 것으로서, 표면 또는 인터페이스는 액체 하에서 연속적이거나 또는 불연속적인, 영구히 또는 간헐적으로 존재하는 가스 층을 보유하도록 코팅되고, 상기 가스 층은 상기 부식, 상기 화학적 공격 및/또는 상기 (생물) 부착에 대항하여 보호하는 것을 특징으로 한다.
주제 2는 주제 1에 따른 코팅에 관한 것으로서, 부착에 대한 보호는 특히 마이크로부착, 마크로부착, 조류, 홍합류 및/또는 다른 해양 생물들의 공격의 형태의 생물부착 혹은 이러한 형태들의 조합에 관한 것을 특징으로 한다.
주제 3은 주제 1 또는 2에 따른 코팅에 관한 것으로서, 가스 층 자체에 의해 영구히 또는 간헐적으로 완전히 또는 부분적으로 덮이는 코팅은 살생물제, 트리부틸주석(TBT), 구리, 은, 중금속 또는 금속 화합물 또는 금속 착물 또는 금속 합금 또는 다른 부착-감소 성분들 또는 혼합물들을 포함하며 상기 물질들의 배출 비율(시간 및 영역의 유닛당 배출되는 상기 물질들의 양)은 가스 층에 감소되는 것을 특징으로 한다.
주제 4는 주제 1에 따른 코팅에 관한 것으로서, 표면의 보호를 위한 코팅은 배, 요트, 보트와 다른 선박들의 표면에 적용되거나 또는 바다에 설치되는 기술적 설비들 또는 구조체들, 특히 오일 플랫폼들, 해풍 터빈(offshore wind turbine), 강 구조체, 콘크리트 구조체 또는 수중에서 간헐적으로 또는 영구히 존재하거나 또는 물, 배 키(rudder), 투광등(floodlight) 및 다른 발광 광학 기능 유닛에 의해 적셔지는, 바다 또는 담수에서 위치 고정 방식 또는 비-위치 고정 방식으로 설치되는 기술 설비들, 부표, 도관과 케이블, 드라이브 장치, 배 표면, 배 프로펠러와 제어 장치, 창 등에 적용되는 것을 특징으로 한다.
주제 5는 주제 1에 따른 코팅에 관한 것으로서, 연속적 또는 불연속적인, 영구히 또는 간헐적으로 존재하는 가스 층은 공기, 질소, 산소, 이산화탄소, 아르곤, 헬륨 또는 이러한 가스들이 혼합물이거나 및/또는 액체는 물, 소금물, 해수 또는 알코올 또는 수용액 또는 알코올성 용액인 것을 특징으로 한다.
주제 6은 주제 1에 따른 코팅에 관한 것으로서, 코팅은 표면 구조체들, 필라들, 헤어들, 스터드(stud)들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
주제 7은 주제 1 또는 6에 따른 코팅에 관한 것으로서, 코팅 표면 구조체들, 필라들, 헤어들, 스터드들 또는 다른 구조체들은 0.02 ㎜ 내지 2 ㎜의 높이를 가지며 친수성 패치들이 있거나 또는 없는 소수성 표면, 단부 또는 측면 표면들을 을 갖는 것을 특징으로 한다.
주제 8은 주제 1에 따른 코팅에 관한 것으로서, 가스-보유 층은 화학 반응들을 위한 파이프라인들 또는 반응 용기들의 외부 또는 내부에 적용되거나 혹은 액체들을 저장하기 위하여 용기들의 내부에 적용되는 것을 특징으로 한다.
주제 9는 주제 1에 따른 코팅에 관한 것으로서, 공기는 살비니아 효과, 노토넨타 효과를 이용하거나 혹은 계층적으로 구조화된 구조들에 의해 보유되는 것을 특징으로 한다.
주제 10은 주제 1에 따른 코팅에 관한 것으로서, 불연속 가스 층이 표면 코팅 상의 기포들의 규칙적, 부분적 규칙적 또는 불규칙적인 에레인지먼트로 구성되는 것을 특징으로 한다.
액체 하에서
가스 층을
획득하기 위한 장치
요약하면, 일 양상은 배들 및 파이프라인이 경우에 있어서 마찰 감소, 및 안무화(fogging), (생물)부착, 부식 및 화학적 공격에 대한 표면의 보호를 위하여 기술적으로 상당히 흥미로운 대상이 되는, 액체 하에서의 표면들의 가스 층들을 설명한다.
적절한 표면 구조에 의해, 표면에 부착되는, 가스 또는 기포의 층들이 액체 하에서 동반되는 것이 가능하다. 문제점은 상기 형태의 가스 층은 제한된 시간 동안에만 안정적이고 그리고 손실된다는 점이다. 이러한 문제점은 가스로 재충전될 수 있는 층에 의해 해결된다.
일 양상에 따르면, 본 발명은 다음을 결합한다:
(1) 액체 하에서 가스 또는 기포들을 보유하는 구조 층;
(2) 예를 들면 (ⅰ) 가스의 공급을 위한 공급 라인들 또는 도관들 및 노즐들 또는 마이크로노즐들 혹은 (ⅱ) 다공성 막, 직물 시스템, 패브릭 시스템, 펠트 시스템, 플록 시스템 또는 섬유 시스템 또는 소결 층 혹은 (ⅲ) 바람직하게는 액체-반발 표면들을 갖는, 예를 들면 표면 헤어들 또는 표면 구조체들에 의해 포획되는 스퍼러터에 의해 발생되는 (현미경 크기의) 기포들에 의한 가스 재충전;
(3) 예를 들면 (ⅰ) 가스 펌프 혹은 (ⅱ) 예를 들면 액체에 대하여 이동하는 대상 또는 흐름에 의해 발생되는 부압(negative pressure)을 이용하는 자가 충전 수단들 혹은 (ⅲ) 그때 구조 표면들에 의해 포획되는 기포의 외부 발생을 위한 스퍼터러로 구성되는 재충전 장치.
가스 층으로부터 손실된 가스가 다시 재충전될 수 있기 때문에, 가스 층은 액체 하의 표면 상에서 보유되고, 장기간 동안에서도 고유의 기능을 실행한다.
수중에서 표면들 상의 공기 층들은 침전물들의 방지 및 액체 하의 표면들의 바람직하지 않은 라이닝(lining)들의 형성의 목적을 위하여, 그리고 각각의 경우에 액체 하의 가스 층 혹은 기포 또는 기공의 층을 보유하는 코팅의 사용을 통하여 항-부착 작용 및 액체 하의 표면들의 부식과 화학적 공격에 대한 보호를 획득하기 위하여, 배들 및 파이프라인 시스템과 파이프라인의 경우에 있어서의 마찰 감소에 대하여 상당히 기술적으로 관심의 대상이다.
적절한 표면 구조에 의해, 만일 표면이 가스성 대기로부터 비롯되는 액체 하에, 예를 들면 겅기로부터 비롯되는 액체 하에 잠기면 액체 하에서 가스, 예를 들면 공기의 층을 동반하기 위하여, 예를 들면 물거미(water spider) 또는 살비니아 몰레스타 또는 노토넥타 글라우카의 예를 기초로 하여 생물학적으로 영향을 받은 코팅들을 갖는, 직물들, 구조화되거나 및/또는 기능화된 코팅들을 사용하는 것이 가능하다. 문제점은 일반적으로 1 ㎛ 내지 1 ㎜ 두께의, 그러한 공기 층이 제한된 시간 동안에만 표면에 부착하며, 상기 가스 층은 그리고 나서 일반적으로 가스 층으로부터 기포들의 배출의 형태로 손실된다는 것이다.
본 발명은 이제 다음의 세 가지 중 적어도 두 가지를 조합하는 본 발명에 따른 장치에 의해 상기 문제점을 해결한다:
(1) 액체 하에서 가스를 보유하는 구조 층 또는 액체 하에서 기포들 또는 기공들을 보유하는 구조 층;
(2) 예를 들면 (ⅰ) 가스의 공급을 위한 공급 라인들 또는 도관들 및 노즐들 또는 마이크로노즐들 혹은 (ⅱ) 다공성 막, 직물 시스템, 패브릭 시스템, 펠트 시스템, 플록 시스템 또는 섬유 시스템 또는 소결 층 혹은 (ⅲ) 예를 들면 스퍼터러에 의해 발생되는 기포들 또는 현미경 크기의 기포들을 위한 포획 장치(capturing device)에 의한 표면 재충전으로 구성되는, 재충전 도관 시스템을 구비하되, 상기 포획 장치는 예를 들면 친수성 중심이 있거나 또는 없는 액체-반발 표면들을 가지며 따라서 돌출 헤어들, 필라들 또는 화관들 형태의, 또는 액체-반발 코팅을 갖는 상응하는 중공들 또는 오목부들의 형성에 의해, 상기 포획 장치는 액체로부터 기포들을 포획하고 기포들을 표면에 고정하거나 또는 존재하는 가스 층에 통합하는, 표면 헤어들 또는 구조체들로 구성되며;
(3) 예를 들면 (ⅰ) 펌프 또는 다른 활성 재충전 장치 혹은 (ⅱ) 예를 들면 액체에 대하여 이동하는 선박에 의해 발생되는 부압 또는 고정식 부표, 측정 스테이션, 벽 등에 대한 액체의 흐름에 의해 발생되는 부압을 이용하는(압력 차이는 속도의 흐름에 의해 발생된다, v = 0.5·액체의 밀도·v2), 자가 충전 수단들 혹은 (ⅲ) 구조 표면들에 의해 포획되는 기포의 외부 발생을 위한 스퍼터러(지점 (2) 참조), 형태의 재충전 장치.
대안으로서, 액체 또는 고체 물질이 투여되고, 스스로 또는 주변 액체와의 화학 반응에 의해 가스를 배출하며 따라서 가스 층 또는 기포 층을 다시 형성하거나 또는 보충("replenishing")하는 것이 가능하다.
가스 층으로부터 손실된 가스가 다시 재충전될 수 있기 때문에, 가스 층은 액체 하의 표면 상에서 보유되고, 장기간 동안에서도 고유의 기능을 실행한다.
가스 층은 또한 개별 기포 또는 기공으로 구성되는 층 혹은 이들을 포함하는 층으로 대체될 수 있다.
방법의 일 변형에서, 재충전을 위한 요구는 센서들에 의해 측정되고, 전체 또는 각각의 센서가 관련된 영역에서 선택적으로, 손실 가스 또는 가스 층으로부터 손실된 가스를 대체하기 위하여, 펌프 또는 스퍼터러(sputterer)를 작동시키거나 혹은 상응하는 가스 밸브들을 개방함으로써 상응하는 영역 내로 가스가 다시 공급된다("주문형 가스 재충전"). 방법의 이러한 변형에 있어서, 따라서 재충전을 위한 요구는 센서들에 의해 측정되고, 손실된 가스 또는 층으로부터 손실되는 가스는 본 발명에 따른 장치에 의해 자동으로 재충전된다.
가스 층의 초기 형성이 또한 만일 필요하면 이러한 방법으로 확실하게 실행될 수 있다.
수중의 공기 층, 또는 더 일반적으로는 액체 하에서의 가스 층을 보유하기 위한 장치는 가스의 손실이 발생된 경우에, 층이 가스 투과성 언더플라이(underply)를 거쳐 재충전될 수 있으며, 가스 투과성 언더플라이는 직물 언더플라이, 일부 다른 패브릭 또는 펠트, 플록 재료, 다공성 세라믹 층 또는 가스 확산에 적합한 세라믹 층, 구멍들을 갖는 금속 층, 금속 펠트 또는 와이어 메시, 반투과성 막, 바람직하게는 소수성 또는 초소수성의 다공성, 미세다공성 또는 나노다공성 층(바람직하게는 중합체들, 세라믹 재료들, 금속들 또는 합성물을 기초로 하여 구성되는)일 수 있다.
액체들 하에서, 예를 들면 수중에서 가스 층의 보유는 상당한 기술적 관심의 대상이다. 그중에서도 마찰 감소 및 항-부착 효과들이 달성을 위하여, 예를 들면 배 코팅 분야에서의 그러한 표면들에 대한 상당한 사용 가능성이 존재한다.
그러한 표면들은 이미 실험실 규모에서 생산되어 왔다. 그 중에서도, 노토넥타 및 상어 피부와 돌고래 피부 효과의 예를 기초로 하는 살비니아 효과, 계층적 구조화가 성공적으로 구현되어 왔다.
문제점은 본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 장치에서, 반대 작동 조건들(배 코팅들 등의 경우에 있어서 파 증대(wave surge), 파 충격) 하에서 또는 상대적으로 장기간에 걸쳐 부분적이거나 또는 완전한 국부적 또는 대규모의 가스 손실이 그곳에 또는 전체적으로 발생한다는 사실에 있다.
본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 장치에서, 면적 소자(aereal element, 본 발명의 주제인)들은 장치와 함께 사용되며, 상기 소자들은 가스의 부분적 또는 완전한 손실 후에 그것들이 가스로 충전될 수 있는 것과 같을 수 있다. 수중의 공기 층, 또는 더 일반적으로는 액체 하에서의 가스 층을 보유하기 위한 본 발명에 따른 장치는 가스의 손실이 발생된 경우에, 층이 가스 투과성 언더플라이를 거쳐 재충전될 수 있는 것을 특징으로 하며, 가스 투과성 언더플라이는 직물 언더플라이, 일부 다른 패브릭 또는 펠트, 플록 재료, 다공성 세라믹 층 또는 가스 확산에 적합한 세라믹 층, 구멍들을 갖는 금속 층, 금속 펠트 또는 와이어 메시, 반투과성 막, 바람직하게는 소수성 또는 초소수성의 다공성, 미세다공성 또는 나노다공성 층(바람직하게는 중합체들, 세라믹 재료들, 금속들 또는 합성물을 기초로 하여 구성되는)일 수 있다.
방법의 일 변형에서, 함께 출원된 발명에서 설명되는 것과 같은, 통기 조직이 가스의 재충전을 위하여 사용된다.
선택적 변형들과 특징들은 다음에 관한 것이다:
● 위의 가스 층의 충전("보충")과 가스 층을 인공적으로 재충전하거나 또는 보충하기 위한 부가적인 장치들, 예를 들면 모세관(capillary)들, 막들, 직물들 등과의 조합.
● 테플론, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 그 유도체들, 특히 또한 상기 물질들의 마이크로입자들과 나노 입자들로의 표면들의 코팅.
● 상업적으로 이용가능한 항-접착 스프레이들, 그렇지 않으면 다른 마이크로입자들과 나노 입자들로의 표면들의 코팅.
● 중합체들, 수지들, 폴리디메틸실록산, 실리콘, 이산화 규소, 수산화 규소, 금속들, 특히 강과 강 섬유, 고등급 강, 에폭시로 구성되는 표면 구조체들의 사용.
● 뒤따르는 표면 기능성 혹은 예를 들면 테플론 또는 테플론 또는 나노테플론(바람직한 층 두께는 0.15 ㎚ 내지 500 ㎚)을 갖는, 코팅을 갖거나 또는 갖지 않고, 표면 구조체들의 배 래커를 포함하는 래커로의 엠보싱.
● 가능하게는 또한 가스 층의 상태를 전체적으로 측정하고 제어하거나 또는 만일 필요하면 공간적으로 분해되는 방식으로 그리고 자동으로 가스 보충을 트리거하는 측정 및/또는 제어 및/또는 조절 장치들과 결합되는, 바로 위에 설명된 것과 같은 장치.
● 완전히 또는 부분적으로 배 표면들의 코팅.
● 금속 표면 구조체들의 사용.
● 연속적인 공기 층을 갖는 표면들의 사용.
● 액체 하에서 기공 또는 기포들의 규칙적이거나 또는 불규칙적인 패턴들을 형성하거나 생성하거나 또는 보유하는 표면들의 사용.
● 가스-보유 표면들을 위한 소수성 또는 초소수성 표면들 및 표면 구조체들의 사용.
● 구조체들 내의 또는 사이의 가스 보유의 목적으로 표면들을 위하여, 바람직하게는 액체-반발 코팅이 제공되는(만일 액체가 물이면, 소수성 또는 초소수성 코팅이 제공되는), 헤어들, 필라들, 화관 구조체들, 알 교반기 구조체들, 터릿 및 다른 구조체들의 조합의 사용.
● 구조체들 내의 또는 사이의 가스 보유의 목적으로 표면들을 위하여, 바람직하게는 액체-반발 코팅이 제공되는(만일 액체가 물이면, 소수성 또는 초소수성 코팅이 제공되는), 오목부들, 중공들, 홀들과 리세스들 및 다른 구조체들의 조합의 사용.
● 구조체들 내의 또는 사이의 가스 보유의 목적으로 표면들을 위하여, 바람직하게는 액체-반발 코팅이 제공되는(만일 액체가 물이면, 소수성 또는 초소수성 코팅이 제공되는), 헤어들, 필라들, 화관 구조체들, 알 교반기 구조체들, 터릿및 다른 구조체들, 및 오목부들, 중공들, 홀들과 리세스들의 조합의 사용.
● 가스 층의 초기 충전과 재충전에 영향을 미치는 출구 개구부들로의 가스 공급의 제어 및/또는 조절을 위한 밸브들 및 관통 유동 조절장치 및 구동 소자들의 사용.
● 배 위에서, 흐름 도관들에서, 파이프들에서 또는 화학 반응 용기들에서 코팅으로서의 사용.
바꾸어 말하면, 본 발명의 바람직한 주제들은 다음과 같이 설명될 수 있다
주제 1은 액체 하에서의 가스 층의 충전과 보유를 위한 장치 및 표면 피복에 관한 것이다.
주제 1은 액체 하에서 가스 층을 충전하고 보유하기 위한 장치 및 표면 코팅에 관한 것으로서, (ⅰ) 액체 하에 잠길 때, 연속적 또는 불연속적인 가스 층이 영구히 또는 적어도 단기간 동안 보유되는 것을 가능하게 하는 구조체를 갖는 구조화된 표면 또는 표면 코팅 또는 직물 코팅을 구비하되(후자, 즉 불연속적인 가스 층은 예를 들면 규칙적으로 또는 불규칙적으로 배치되는 기포들 또는 기공들, 즉 표면 지형학에 있어서, 액체 하에서 충전되는 작은 기공들로 구성되는), 표면의 구조화는 규칙적 또는 불규칙적인 지형학적 구조("릴리프(relief)" 또는 공간적으로 변경되는 화학적 기능성(화학적 패턴) 또는 둘의 조합일 수 있으며, 및 (ⅱ) 가스 손실의 경우에, 표면이 가스로 재충전되는 것을 가능하게 하는 장치로 구성되며, 가스는 (a) 외부 소스로부터, 예를 들면 액체 내를 통과하여 흐르고 그리고 나서 구조화된 층에 의해 포획되는 작은 기포들의 형태로 공급되거나 혹은 (b) 가스는 층으로부터의 내부 소스, 예를 들면 가스는 구조화된 층 내에 또는 아래의 노즐들 또는 구멍들 또는 도관들 또는 라인 시스템으로부터 공급되거나 혹은 (c) 가스는 예를 들면 물의 촉매 및/또는 전기화학적 분해에 의해 층 내에서 직접적으로 발생되거나 혹은 (d) 가스는 액체 내에 존재하는 용해된 가스 형태 또는 가스 층 내로 증발하고 액체 상의 연속적 또는 불연속적 가스 층의 가스 또는 가스의 일부분 혹은 기포들 또는 기공들을 형성하거나 또는 대체하는 액체 형태로 액체로부터 직접적으로 추출되며("자가 층전 가스 층들"), 초기 충전 또는 재충전은 예를 들면 가스 층 내의 부압의 존재에 의해 영향을 받으며, 상기 부압은 예를 들면 물에 대하여 이동하는 배에 의한, 액체와 가스 층 사이의 상대 이동에 의해 영향을 받는다.
주제 2는 주제 1에 따른 장치 및 코팅의 사용에 관한 것으로서, 영구히 또는 간헐적으로 액체에 전체가 또는 부분적으로 노출되는 상기 표면 또는 인터페이스는 액체 하에서 연속적이거나 또는 불연속적인, 영구히 또는 간헐적으로 존재하는 가스 층에 의해, (ⅰ) 예를 들면 액체로부터 우기 및 무기 화합물과 생물학적 및 생물기원 성분들과의 상호작용에 의한. 분무화에 대항하거나 및/또는 (ⅱ) 부식에 대항하거나 및/또는 (ⅲ) 액체 및/또는 가스들, 분자들, 복합물들, 방울들(에멀젼 형태의) 또는 액체에 용해되는 고체 입자들에 의한 화학적 공격에 대항하거나 및/또는 (ⅳ) (생물)부착에 대항하여 보호되며, 부착은 특히 생물부착, 특히 조류, 홍합류 및/또는 다른 해양 생물들의 마이크로부착, 마크로부착, 공격 또는 이러한 형태들의 조합을 언급한다.
주제 3은 주제 1에 따른 코팅에 관한 것으로서, 표면의 보호를 위한 코팅은 배, 요트, 보트와 다른 선박들의 표면에 적용되거나 또는 바다에 설치되는 기술적 설비들 또는 구조체들, 특히 오일 플랫폼들, 해풍 터빈, 강 구조체, 콘크리트 구조체 또는 수중에서 간헐적으로 또는 영구히 존재하거나 또는 물, 배 키, 투광등 및 다른 발광 광학 기능 유닛에 의해 적셔지는, 바다 또는 담수에서 위치 고정 방식 또는 비-위치 고정 방식으로 설치되는 기술 설비들, 부표, 도관과 케이블, 드라이브 장치, 배 표면, 배 프로펠러와 제어 장치, 창 등에 적용되는 것을 특징으로 한다.
주제 4는 주제 1에 따른 장치 및 코팅에 관한 것으로서, 주제 5는 주제 1에 따른 코팅에 관한 것으로서, 연속적 또는 불연속적인, 영구히 또는 간헐적으로 존재하는 가스 층은 공기, 질소, 산소, 이산화탄소, 아르곤, 헬륨 또는 이러한 가스들이 혼합물이거나 및/또는 액체는 물, 소금물, 해수 또는 알코올 또는 수용액 또는 알코올성 용액인 것을 특징으로 한다.
주제 5는 주제 1에 따른 장치 및 피복에 관한 것으로서, 표면의 피복은 바람직하게는 완전히 또는 부분적으로 소수성 또는 초소수성 표면을 갖는, 표면 구조체들, 필라들, 헤어들, 스터드들을 포함하며, 바람직하게는 상기 표면 구조체들, 필라들, 헤어들, 스터드들 등은 차례로 바람직하게는 0.1 ㎚ 내지 2 ㎛ 두께, 특히 0.1 ㎚ 내지 100 ㎚ 두께인 얇은 소수성 코팅으로 코팅된다.
주제 6은 주제 1 또는 5에 따른 코팅에 관 것으로서 코팅 표면 구조체들, 필라들, 헤어들, 스터드들 또는 다른 구조체들은 0.01 ㎚ 내지 5 ㎚의 높이를 가지며 친수성 패치들, 단부 또는 측 표면들이 있거나 또는 없는 소수성 표면을 갖는다.
주제 7은 주제 1에 따른 코팅에 관한 것으로서, 가스-보유 층은 화학 반응을 위한 파이프라인들 또는 반응 용기들의 외부 또는 내부 혹은 액체의 저장을 위한 용기들의 내부에 적용된다.
주제 8은 주제 1에 따른 코팅에 관한 것으로서, 살비니아 효과를 사용하거나 또는 계층적으로 구조화된 구조체들에 의해 공기가 보유된다.
주제 9는 주제 1에 따른 장치 및 코팅에 관한 것으로서, 표면 코팅은 직물들, 패브릭들, 섬유 합성물들 또는 가스 투과성 코팅들, 반투과성 막들 또는 마이크로다공성 또는 나노다성공 층들을 포함하며, 가스 공급 및/또는 재충전은 직물들, 패브릭들, 섬유 합성물들 또는 가스 투과성 코팅들, 반투과성 막들 또는 마이크로다공성 또는 나노다성공 층들 내의 상기 구멍들 및 도관들을 통하여 실행된다.
주제 10은 주제 1의 장치 및 코팅에 관한 것으로서, 가스 층으로의 표면의 (재)충전 또는 가스의 재충전은 예를 들면, 헤어들, 필라들 또는 다른 표면 구조체들의 베이스에서, 특히 바람직하게는 표면 층의 오목부들 내에 위치하는, 구조화된 표면들의 표면 구조체 내에 구현되는 작은 노즐들 또는 마이크로노즐들을 거쳐 실행되며, 바람직한 변형에서, 구조체들 또는 필라들은 자체로 가스 공급 노즐들 또는 마이크로노즐들의 기능을 할 수 있다.
도 19a는 알 교반기 형태의 소자들로 구성되는 표면 구조체를 도시한다. 도 19b는 화관 형태의 소자들로 구성되는 표면 구조체를 도시한다. 도 19c는 소수성 헤어들로 구성되는 표면 구조체를 도시한다. 도 19d는 터릿 유사 소자들로 구성되는 표면 구조체를 도시한다.
도 20은 배 벽 상의 표면 피복 또는 가스-보유 층의 어레인지먼트를 도시하는데, 가스-보유 층에 물-회피 면으로부터 가스가 공급된다.
도 21은 오목부들로 구성되는 표면 구조체를 도 22는 유사하게 오목부들로 구성되는 표면 구조체를 도시하는데, 표면은 선택적으로 소수성 코팅을 갖는다.
액체 하에서 가스 층을 적용하기 위한 기능적 소자들
요약하면 일 양상은 배들 및 파이프라인들의 경우에 있어서의 마찰 감소 및 연무화, (생물)부착, 부식과 화학적 공격에 대한 보호에 대하여 상당히 관심이 있는, 액체 하에서의 표면 상의 가스 층들을 설명한다.
적절한 표면 구조화에 의해, 표면에 부착하는, 가스 또는 기포들의 층이 액체 하에서 동반되는 것이 가능하다. 문제점은 그러한 표면들이 종종 복잡한 구조체이고 필요할 수 있는, 예를 들면 배 코팅과 같은, 큰 영역에 대하여 생산하는데 어렵다는 것이다. 직접적으로 조선소 또는 근해 플랫폼 등에서의 생산만이 또한 겨우 가능하다.
상기 문제점은 상기 구조화된 가스-보유 층을 모듈식 캐리어에 적용시키거나 또는 캐리어 표면 자체를 구조화함으로써 해결되는데, 상기 모듈식 캐리어는 바람직하게는 중합체, 세라믹, 금속(강, 구리, 은 등), 직물, 다공성 재료, 반도체 재료 또는 다른 재료들로 구성될 수 있고 공기 층을 보유하기 위한 구조화된 표면 또는 계층적으로 구조화된 표면을 갖는, 강성 또는 탄성 또는 연성(ductile) "타일" 또는 "슬랩" 또는 포일 또는 포일 소자들일 수 있다. 모듈식 캐리어 자체는 그리고 나서 밑에 있는 표면에 적용되거나, 접착하여 결합되거나, 나사로 조여지거나, 시멘트화되거나, 땜납되거나, 용접되거나, 또는 열 처리에 의해 가역적으로 또는 비가역적으로 연결되거나 혹은 일부 다른 방법으로 액체 하에서의 가스 층에 구비되어야만 하는 제품 또는 대상의 표면에 고정된다.
일 양상은 마찰-감소 특성들 혹은 항-부착 특성들 혹은 액체 하에서 가스를 보유하거나 또는 가스 층을 발생시키기나 생성하기 위한 특성들을 갖는 모듈식 부착에 관한 것이다.
액체 하에서, 예를 들면 수중에서 가스 층의 보유는 매우 기술적인 관심의 대상이다. 예를 들면, 그중에서도 마찰 감소 및 항-부착 효과들의 달성을 위하여 배 코팅 분야에서 그러한 표면들의 상당한 이용 가능성이 존재한다.
그러한 표면들은 이미 실험실 규모에서 생산되어 왔다. 그 중에서도, 노토넥타 및 상어 피부와 돌고래 피부 효과의 예를 기초로 하는 살비니아 효과, 계층적 구조화가 성공적으로 구현되어 왔다.
문제점은 특히 복잡한 표면 구조체들의 가역적이고 또한 소급되는, 비용이 적게 드는 적용이다.
본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 장치에서, 위에 설명된 표면 특성들을 가지며, 예를 들면 부착 결합에 의해 심지어 소급적으로, 표면, 예를 들면 배들의 외부, 파이프라인들의 내부에 적용될 수 있는, 모듈식 면적 소자들(본 발명의 주제인)이 사용된다.
선택적 변형들과 특성들은 다음에 관한 것이다:
● 바람직한 표면 특성들을 갖는 타일들, 슬랩들 등의 형태의 적용;
● 가요성 면적 소자들의 적용;
● 가역적 또는 비가역적 부착 결합에 의한 작용;
● 전체적으로 또는 부분적으로 배 표면들의 코팅;
● 금속 표면 구조체들의 사용; 구리 또는 은으로 구성되는 표면들 및/또는 표면 구조체들의 사용;
● 코팅 없이 또는 코팅을 갖는 철 또는 철 합금, 강 또는 고등급 강으로 구성되는 표면들, 표면 구조체들, 필라들, 가시들, 패브릭들, 섬유 구조체들, 섬유 펠트들 및 메시들의 사용, 후자의 경우에 상기 코팅은 바람직하게는 엷은 중합체 코팅에 의해 실현된다;
● 세라믹 표면 구조체들의 사용;
● 증합체들, 수지들, 에폭시로 구성되는 표면들 및/또는 표면 구조체들의 사용;
● 연속적인 공기 층을 갖는 표면들의 사용;
● 액체 하에서 기공 또는 기포들의 규칙적 또는 불규칙적 패턴만을 형성하거나 생성하거나 또는 보유하는 표면들의 사용;
● 기계적 유도 및/또는 마찰 감소를 위하여 "가스 또는 공기로 구성되는 볼들을 갖는 볼 베어링"의 형태로서 액체 하에서 상기 기공 또는 기포들의 패턴의 사용;
● 배들 상에서, 흐름 도관 내에서, 파이프 내에서, 또는 화학 반응 용기들 내에서 코팅으로서의 사용;
● 가스 층을 인공적으로 재충전하거나 또는 보충하기 위하여 위의 가스 층의 충전("보충")과 부가적인 장치들, 예를 들면, 모세관들, 막들, 직물들 등과의 조합;
● 표면들의 테플론, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 그 유도체들, 특히 또한 상기 물질들의 마이크로입자들과 나노입자들로의 코팅;
● 표면들의 상업적으로 이용가능한 항-부착 스프레이들 또는 그렇지 않으면 마이크로입자들과 나노입자들로의 코팅;
● 뒤따르는 표면 기능성 혹은 예를 들면 테플론 또는 테플론 또는 나노테플론(바람직한 층 두께는 0.15 ㎚ 내지 500 ㎚)을 갖는, 코팅을 갖거나 또는 갖지 않고, 표면 구조체들의 배 래커를 포함하는 래커로의 엠보싱;
● 가능하게는 또한 가스 층의 상태를 전체적으로 측정하고 제어하거나 또는 만일 필요하면 공간적으로 분해되는 방식으로 그리고 자동으로 가스 보충을 트리거하는 측정 및/또는 제어 및/또는 조절 장치들과 결합되는, 바로 위에 설명된 갓과 같은 장치;
● 완전히 또는 부분적으로 배 표면들의 코팅;
● 금속 표면 구조체들의 사용;
● 연속적인 공기 층을 갖는 표면들의 사용;
● 액체 하에서 기공 또는 기포들의 규칙적이거나 또는 불규칙적인 패턴들을 형성하거나 생성하거나 또는 보유하는 표면들의 사용;
● 가스-보유 표면들을 위한 소수성 또는 초소수성 표면들 및 표면 구조체들의 사용;
● 구조체들 내의 또는 사이의 가스 보유의 목적으로 표면들을 위하여, 바람직하게는 액체-반발 코팅이 제공되는(만일 액체가 물이면, 소수성 또는 초소수성 코팅이 제공되는), 헤어들, 필라들, 화관 구조체들, 알 교반기 구조체들, 터릿 및 다른 구조체들의 조합의 사용;
● 구조체들 내의 또는 사이의 가스 보유의 목적으로 표면들을 위하여, 바람직하게는 액체-반발 코팅이 제공되는(만일 액체가 물이면, 소수성 또는 초소수성 코팅이 제공되는), 오목부들, 중공들, 홀들과 리세스들 및 다른 구조체들의 조합의 사용;
● 구조체들 내의 또는 사이의 가스 보유의 목적으로 표면들을 위하여, 바람직하게는 액체-반발 코팅이 제공되는(만일 액체가 물이면, 소수성 또는 초소수성 코팅이 제공되는), 헤어들, 필라들, 화관 구조체들, 알 교반기 구조체들, 터릿 및 다른 구조체들, 및 오목부들, 중공들, 홀들과 리세스들의 조합의 사용;
● 가스 층의 초기 충전과 재충전에 영향을 미치는 출구 개구부들로의 가스 공급의 제어 및/또는 조절을 위한 밸브들 및 관통 유동 조절장치 및 구동 소자들의 사용;
● 배 위에서, 흐름 도관들에서, 파이프들에서 또는 화학 반응 용기들에서 코팅으로서의 사용.
수중에서 공기 층을, 또는 더 일반적으로 액체 하에서 가스 층을 보유하기 위한 장치는 가스 층이 개별 "컴파트먼트"; 특히 모서리에서, 고밀도 어레인지먼트 내의 친수성 웹(web)들 또는 핀들에 의해, 혹은 친수성 벽들, 즉 어느 정도까지 위쪽으로 돌출하는 친수성 벽들을 돌출시킴으로써 상대적으로 밀집한 헤어의 구역들에 의한 모서리 영역들 내의 가스의 탈출에 대하여 보호되는, 면적 소자들로 분할된다.
액체들 하에서, 예를 들면 수중에서 가스 층의 보유는 상당한 기술적 관심의 대상이다. 그중에서도 마찰 감소 및 항-부착 효과들이 달성을 위하여, 예를 들면 배 코팅 분야에서의 그러한 표면들에 대한 상당한 사용 가능성이 존재한다.
그러한 표면들은 이미 실험실 규모에서 생산되어 왔다. 그 중에서도, 노토넥타 및 상어 피부와 돌고래 피부 효과의 예를 기초로 하는 살비니아 효과, 계층적 구조화가 성공적으로 구현되어 왔다.
그러나 다음으로 구성되는 문제점이 존재한다:
(ⅰ) 공기가 코팅의 모서리들에서 탈출하며,
(ⅱ) 가스 층들로 덮인 넓은 표면들의 경우에 있어서, 층이 서로 다른 지점들 사이에 종종 상당한 압력 차이가 발생한다. 일례가 수중에서의 수직 벽이다. 물 깊이에 따라 선형으로 증가하는 유체 정역학적 압력 때문에, 표면들의 서로 다른 지점이 서로 다른 유체 정역학적 압력의 대상이 된다. 만일 표면에 가스-보유 층이 구비되고 따라서 액체 하에서 가스 층으로 덮이면, 가스는 높은 압력의 영역으로부터 낮은 압력의 영역으로 힘을 받는다. 균일한 두께의 가스 층은 따라서 형성되지 않고, 훨씬 더 심각하게는 상대적으로 높은 압력의 구역들 내의 가스 층은 궁극적으로 탈출할 것이다.
(ⅲ) 예를 들면 표면 상의 서로 다른 위치들에서 주변 액체의 서로 다른 흐름 속도 때문에, 만일 층 내의 압력 구배가 유체 정역학적 압력이 아닌 동역학적 압력 차이를 기초로 하면 상응하는 문제점이 또한 존재한다.
본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 장치에서, 문제점은 가스-보유 표면들이 연속적인 가스 층을 보유하지 않고 대신에 가스 층이 개별 "컴파트먼트"로 분할하고; 가스 흐름에 대항하여 밀봉되고 각각이 특히 중력 구배들의 존재하에서 충분히 작은 세그먼트들은 충분히 작은 수직 규모를 가지며 따라서 컴파트먼트 내의 압력 차이는 컴파트먼트 내의 가스의 상당한 불균일한 분포를 방지하는데, 즉 공기 층 두께의 상당한 차이를 방지하는데 충분히 작다는 사실에 의해 해결된다.
본 발명에 따른 또 다른 방법 및 본 발명에 따른 또 다른 장치에서, 또한 가스-보유 표면의 모서리들 및 개별 컴파트먼트들의 모서리들은 특별한 방법에 의해, 모서리들에서 가스의 탈출에 대하여 보호되며, 상기 방법은 가스-보유 구조체들의 영역 밀도의 증가, 선형으로 확장하는 구조체들의 사용에서 친수성 핀들의 확대, 한계 웹들, 헤어들 또는 핀들의 특별한 친수성 코팅으로 구성될 수 있다.
선택적 변형들과 특징들은 다음에 관한 것이다:
● 바람직한 표면 특성들을 갖는 타일들, 슬랩들 등(이후부터는 또한 "공기 타일들"로서 언급되는)의 형태의 적용;
● 가요성 면적 소자들의 적용;
● 가역적 또는 비가역적 부착 결합에 의한 작용;
● 전체적으로 또는 부분적으로 배 표면들의 코팅;
● 금속 표면 구조체들의 사용;
● 액체 하에서 기공 또는 기포들의 규칙적 또는 불규칙적 패턴만을 형성하거나 생성하거나 또는 보유하는 표면들의 사용;
● 기계적 유도 및/또는 마찰 감소를 위하여 "가스 또는 공기로 구성되는 볼들을 갖는 볼 베어링"의 형태로서 액체 하에서 상기 기공 또는 기포들의 패턴의 사용;
● 배들 상에서, 흐름 도관 내에서, 파이프 내에서, 또는 화학 반응 용기들 내에서 코팅으로서의 사용;
공기 타일들의 신규 개념:
- 액체 하에서 가스 층을 보유하는 타일들과 포일들 또는 포일 소자들;
모듈식의, 가요성 방식으로 어떠한 크기의 평탄하거나 또는 거친, 곡면의 또는 비-곡면의 표면들에도 적용될 수 있는;
- 현존하는 표면들에 쉽게 적용될 수 있는;
- 액체 하에서 공기 층, 또는 더 일반적으로 가스 층을 갖는 타일들;
- 모듈식;
- 현존하는 표면들에 쉽게 적용될 수 있는;
- 액체 하에서, 예를 들면 수중에서 가스 층을 보유하거나 또는 생성하는 타일들, 즉 어떠한 원하는 형태의 면적 소자들
- 및 그러한 소자들의 어레인지먼트들;
- 및 장치들, 예를 들면 그것들의 외부 또는 내부 표면들 상에서 그러한 소자들을 갖는 배들 또는 파이프라인들;
- 및 그러한 소자들의 어레인지먼트들;
- 주기적인 어레인지먼트 내에서 완전하게 영역들을 덮는 면적 소자들을 포함하는;
- 및 장치들, 예를 들면 그것들의 외부 또는 내부 표면들 상에서 그러한 소자들을 갖는 배들 또는 파이프라인들;
- 타일 내에 큰 압력 구배가 없는;
- 타일 내의 유체 정역학적 압력 차이가 기껏해야 액체의 밀도×타일의 높이×중력 가속도인;
- 모서리 영향들에 의해 기인하는 문제점이 타일 내의 구획화 및 모서리 밀봉에 의해 해결되는;
- 재충전가능한 가스 층을 갖는 시스템들의 경우에 있어서, 공급 라인들 또는 가스 충전 시스템은 모듈 또는 모듈식 캐리어와 통합될 수 있는;
- 모듈식 개념
- 간단한 어셈블리;
- 손상된 타일들의 간단한 교환
- 가요성 캐리어 때문에, 또한 곡면의 표면들에 적용될 수 있는;
- 가역적 코팅;
- 특히 배 구조를 필요로 하는;
- 특정 기본 표면을 필요로 하지 않는;
- 거대한 재정비 사업 시장에 고도로 적합한;
- 신규의 배들을 위한.
*공기 타일들의 신규 개념
- 부분적 코팅들도 가능한;
- 짧은 조립 시간;
- 광범위한 배 크기에 적합한;
- 따라서 업스케일링(upscaling)이 매우 쉽게 가능한;
- 큰 표면들, 개별 타일들 또는 포일 소자들 또는 포일 롤(foil roll)들의 큰 단위 양만을 생산하는 것이 반드시 필요하지는 않은;
- 공기-보유 층, 캐리어 재료 및 접착제를 위하여 광범위한 재료들이 가능한;
- 이는 주변 조건들(담소, 소금물 등)로의 간단한 적용을 허용한다;
- 캐리어 소자("공기 타일" 또는 "타일)의 표면 내의, 바람직하게는 0.2 ㎝ × 0.2 ㎝부터 10 ㎝ × 10 ㎝까지의 개별 소자들은 종단, 바람직하게는 친수성 모서리에 의해, 공기-보유 표면 유닛으로서 분할된다;
- 개념: 컴파트먼트들 사이의 공기 교환을 방지하기 위하여 분할을 위한 컴파트먼트들의 생성;
- 공기 타일들(각각의 타일 내에 컴파트먼트들의 어셈블리를 갖는)을 위한 바람직한 크기로서 10 ㎝ × 10 ㎝부터 10 ㎝ × 10 ㎝까지 및 큰 영역을 보호하기 위하여 공기 타일들의 어셈블리를 갖는;
- 필요한 만큼 공간적으로 선택적인, 모듈식 코팅으로의 마찰 감소;
- 실제 작동 조건들 하에서의 공기 보유;
- 모듈식 접근법 때문에, 코팅되려는 대상의 서로 다른 지점에서 서로 다른 형태의 타일 또는 포일 또는 포일 소자들의 동시 장착이 국부적으로 필요한 기능 및 국부적으로 우세한 압력과 흐름 조건들(공기 보유를 위한) 및 광 조건들(생물부착과 대하여 관련 있는)에 따라 가능하다.
모듈식 개념:
- 간단한 조립;
- 손상된 타일들의 간단한 교환;
- 또 다른 장점: 표면, 예를 들면 배에 표면 코팅이 적용되는 위치로부터 표면 코팅의 생산 위치의 분리. 이는 액체 하에서 가스를 보유하기 위하여, 부분적으로 복잡한 구조인 표면들의 생산이 코팅되려는 모든 배에 인접한 생산 시설물에 의하거나 또는 연안 섹터 내의 바다에서도 쉽게 구현될 수 없는 특별한 생산 과정을 필요로 하기 때문에 중요하다.
- 또 다른 장점: 소형 생산 공장 그 이유는 상당히 큰 표면들을 생산할 필요가 없고, 단지 작은 타일들 또는 포일 소자들 또는 포일 웹들을 생산하기 때문이다.
- 또 다른 장점: 피복되려는 표면들의 크기는 생산 공장의 크기에 의해 한정되지 않는다: 적절한 수의 작은 타일들, 어떠한 크기의 표면들도 피복될 수 있다.
- 결과에 따른 장점:
- 개별 타일 또는 개별 포일 웹 또는 개별 포일 소자(= 특정 크기와 형태의 하나의 표면 소자)보다 큰 표면들로 크기화되기 위한 생산 과정에 대한 필요성이 존재하지 않는다.
- 비-독성;
- 비용이 적게 드는;
- 낮은 중량;
- 시각적으로 매력적이며 배의 외형(색, 상징 등)에 적용될 수 있는;
- 비-연소성 및 비-가연성;
- 다른 마찰-감소 기술들을 기초로 하는 타일들(상어 피부/돌고래 피부의, 소수성 또는 초소수성 표면들을 갖는 타일들 등)과 쉽게 조합될 수 있는;
- 부착 과정 동안에 특정 전문 지식이 필요하지 않은;
- 특정 장비가 필요하지 않은;
- 배에서의 위치 상에서 특별한 기계들을 사용하는 특별한 코팅보다 오히려 저비용의 공장에서의 표준 제품의 대량 생산.
목적: 수중에서의 지속적인 공기 층들
내용 : 인공 표면들 상의 공기 보유
공기 보유: - 영구적 또는 일시적으로 제한적
- 부압 하에서
- 흐름 구배 내에서
장점들과 특성들
- 어떠한 대상 크기와 대상 형태들에도 적용가능한 모듈식 생산, 표면들은 완전하게 덮일 수 있다;
- 부압 하에서의 공기 보유
- 흐름 구배 내의 공기 보유.
도 23은 가스-보유 층이 물의 영향에 대항하여 배 벽을 보호하는 것이 같이, 벽에 다수의 타일(6) 또는 슬랩("공기 타일들")이 제공되는 배(2')를 도시한다.
도 24는 가스-보유 층(10)이 다스의 영역을 서로 유체적으로 분리하기 위한 파티션들(42)을 갖는 표면 피복 또는 타일(6)을 도시한다.
도 25는 타일 또는 슬랩("공기 타일들")을 도시한다.
도 26은 타일 또는 슬랩("공기 타일들")이 제공되는 배를 통한 단면을 도시한다.
공기-보유 또는 가스-보유 표면들의 사용
요약하면, 일 양상은 액체 또는 성분들, 이온들 또는 첨가제들 및 액체 내에 포함된 성분들, 즉 액체 내에 포함된 가능한 반응성 고체 입자들을 포함하는 성분들에 의한 부식에 대하여 보호하는 목적을 위하여 물 또는 일부 다른 액체 하에서 공기-보유 또는 가스-보유 표면들의 사용을 설명한다.
부식에 대한 표면들이 보호는 기술적으로 상당히 중요하다. 특히, 액체 하에서, 특히 소금물 하에서의 고체 표면들, 예를 들면 금속 표면들은 강력한 부식 공격의 대상이 된다. 부식-방지 래커 코팅들의 제공이 여기서는 편리하나, 이는 또한 상당한 단점들과 관련된다. 이는 특히 다음을 포함한다: (ⅰ) 시간에 따라, 래커들은 부서지기 쉽게 되고 균열되며 분리되며, (ⅱ) 래커들은 종종 독성 성분들을 물 내로 배출하며, (ⅲ) 래커들은 상대적으로 고온들의 범위 내의 적용들에서 제한된 장기간 온도 저항을 나타내며, 및 (ⅳ) 래커들은 특히 산, 소금물, 강력 산화제 또는 환원제들과 같은 화학적으로 공격적인 배지 하에서의 사용의 경우에 있어서 종종 스스로 액체 배지에 스스로 적절하게 저항하지 못한다.
본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 장치로, 상기 4가지 문제점은 액체 배지가 용기 또는 파이프 또는 다른 벽과의 접촉을 완전하게 방지하고, 대신에 공기(또는 일부 다른 가스)로 구성되는 컨테이너들 및 용기들이 사용되는데, 즉 실제 용기 벽 또는 파이프 벽 또는 다른 경계 사이에, 가스(바람직하게는 주어진 화학적 환경에서 블활성인)로 구성되는 층이 가스 층으로서 표면에 적용되고 따라서 반응성 액체와 용기 벽 사이의 접촉이 방지되는데, 표면으로의 지속적인 가스 층의 적용을 위하여, 예를 들면 살비니아 또는 노토넥타 효과를 사용하여 가스-보유 코팅이 적용된다는 점에서 해결된다.
선택적 변형들과 특징들은 다음에 관한 것이다:
● 또한 가스 교환, 반응 가스들(시약들)의 도입, 반응 산물들의 제거 또는 세척과 플러싱(flushing)을 위한 가스 층의 사용.
● 가요성 가스-보유 표면 서자들의 작용.
● 완전히 또는 부분적으로 배 표면들의 코팅.
● 연속적인 공기 층을 갖는 표면들의 사용
● 액체 하에서 기공 또는 기포들의 규칙적이거나 또는 불규칙적인 패턴들을
형성하거나 생성하거나 또는 보유하는 표면들의 사용.
● 또한 마찰 감소를 위한 기공 또는 기포들의 상기 가스 층 또는 상기 패턴의 사용
● 배 위에서, 흐름 도관들에서, 파이프들에서 또는 화학 반응 용기들에서 코팅으로서의 사용.
금속 핀들(그것들이 적용된 표면에 수직으로 또는 비스듬히 서 있는 작은 금속 바(bar)들 또는 스파이크들 또는 와이어들)의 주기적 또는 비-주기적 어레이를 사용하여 액체 하에서 가스를 보유하는 표면들의 생산은 바람직하게는 소수성 금속 피느이 단부 상의 친수성 영역을 사용하는 살비니아 효과를 사용하거나 또는 사용하지 않고, 가스 층을 재충전하기 위한 모세관이 있거나 또는 없는, 고-등급 강으로 구성된다.
액체들 하에서, 예를 들면 수중에서 가스 층의 보유는 상당한 기술적 관심의 대상이다. 그중에서도 마찰 감소 및 항-부착 효과들이 달성을 위하여, 예를 들면 배 코팅 분야에서의 그러한 표면들에 대한 상당한 사용 가능성이 존재한다.
문제점은 심해 선박의 기계적 및 화학적으로 요구되는 작동 조건들 하에서 긴 사용 기간을 나타내는 것과 같이, 살비니아 몰레스타 또는 노토넥타 글라우카이 예를 기초로 하여 그러한 표면들의 기술적 구현으로 구성되는데, 예를 들면:
● 따라서 강력한 너울(swell)과 파 증대의 존재에서 코팅의 기계적 안정성을 보장하는 것이 필요하고
● 해수의 부식 작용 하에서 상응하는 부식 저항이 필요하다.
두 가지 설명된 조건들을 충족하는 이상적인 재료는 고-등급 강이다. 따라서, 본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 장치에서, 수중에서 공기를 보유하는 상응하는 층들은, 층의 주요 성분이, 바람직하게는 또한 공기 층을 보유하기 위한 목적으로 표면에 적용되는 헤어들, 필라들 또는 다른 구조체들의 주요 성분이 강, 바람직하게는 녹-저항성 고-등급 강으로 구성되는 것과 같이 디자인된다.
또 다른 장점은 방법의 일 변형에서, 공기-보유 구조체들이 완전히 또는 부분적으로 고-등급 강 캐뉼라(cannula)들로서 형성될 수 있다는 것이며, 이들의 측면 상에 또는 단부에, 가스 손실의 경우에 이를 거쳐 공기 또는 가스 층이 가스로 재충전될 수 있는 개구부가 위치된다.
또 다른 변형들과 특징들은 다음에 관한 것이다:
● 금속 칩(metal chip)들 또는 강 칩들이 적용.
● 작은 금속 핀들이 어레이들의 적용.
● 공기-보유 구조체로서, 강, 철, 철 합금들, 또는 그렇지 않으면 다른 금속들 또는 탄소 섬유들의 사용.
● 금속 펠트들 또는 금속 와이어 메시들 또는 패브릭들의 사용.
● 금속 표면들의 엠보싱화 또는 다른 기계가공에 의한 금속 표면 구조체들의 사용.
*● 얇고 극도로 얇은 강 시트들이 사용을 포함하는, 엠보싱되거나 또는 그렇지 않으면 구조화된 금속 시트들 또는 금속 포일들의 사용
● 연속적인 가스 층보다는 오히려, 액체 하에서 기공 또는 기포들의 규칙적이거나 또는 불규칙적인 패턴들을 형성하거나 생성하거나 또는 보유하는 표면들의 사용.
● 액체 내의 마찰 감소를 위한 사용.
● 배 위에서, 흐름 도관들에서, 파이프들에서 또는 화학 반응 용기들에서 코팅으로서의 사용.
액체의 고체화의 경우에, 예를 들면 물이 동결되는 경우에 고체 벽 또는 용기 표면들로의 부착에 대한 보호를 위하여 수중에서, 또는 일부 다른 액체 하에서 공기-보유 또는 가스-보유 표면들이 사용된다.
예를 들면 제빙기 또는 냉장고의 냉동실 내의 예를 들면 물의 고체화를 위하여 배지가 도입되는 용기들은 일반적으로 두 가지 문제점을 갖는다: (ⅰ) 고체화 과정 동안의 열 수축 또는 팽창 및 (ⅱ) 고체화된 배지의 용기 벽으로의 부착.
본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 장치에서, 부착 문제는 가스-보유 코팅이 구비되는 용기에 의해 해결되며 따라서 액체 자체는 용기 또는 파이프 벽들과 접촉하지 않는다. 만일 가스-보유 구조체들이 탄성으로, 바람직하게는 표면에 대하여 경사지고 또한 위상 변화 동안에 구조체들의 변형 및 그것들이 경사 각의 변화에 의한 팽창 또는 수축 및 동시에 층의 가스 용량의 변화를 보상하기에 충분히 길면, 문제점 (ⅰ)이 또한 해결된다. 대안으로서 예를 들면 그때 가스-보유 코팅을 지탱할 수 있는 고무, 실리콘 고무 등으로 구성되는 탄성 용기 벽들이 사용될 수 있다.
또 다른 변형들 또는 특징들은 다음에 관한 것이다:
● 원하는 표면 특성들을 갖는 타일들 또는 슬랩들 등의 형태의 적용.
● 가요성 면적 소자들의 적용.
● 가역적 또는 비가역적 부착 결합에 의한 작용.
● 전체적으로 또는 부분적으로 용기 벽들 표면들의 코팅.
● 금속 표면 구조체들의 사용.
● 연속적인 공기 층을 갖는 표면들의 사용.
● 액체 하에서 기공 또는 기포들의 규칙적 또는 불규칙적 패턴만을 형성하거나 생성하거나 또는 보유하는 표면들의 사용.
● 기계적 유도 및/또는 마찰 감소를 위하여 "가스 또는 공기로 구성되는 볼들을 갖는 볼 베어링"의 형태로서 액체 하에서 상기 기공 또는 기포들의 패턴의 사용.
● 파이프들 내의 또는 화학 반응 용기들 내의 코팅으로서의 사용
수중에서 공기층을, 또는 일반적으로 액체 하에서 가스 층을 보유하기 위한 방법에 있어서, 가스층은 연속적인 형태기 아니고 표면 상의 미리 정의된 지점들에서 작은 기포들의 어레이들의 형태이며, 바람직한 실시 예에서 기포들은 기포들의 안정화를 위하여 에너지와 관련하여 표면의 지형학적 구조 및/또는 화학적 기능화에 의해 선호도를 나타내는 표면 상의 미리 정의된 지점들에서 형성하는 것과 구성되는 것을 특징으로 하며, 방법의 바람직한 변형에서, 기포들이 형성되도록 의도되는 지점들에서 결정핵 생성(nucleation) 중심들이 형성되며, 결정핵 생성 중심들은 예를 들면 표면의 증가된 지형학적 거칠기 또는 화학적 비균일성에 의해, 미리 정의된 위치에서 기포를 형성하기 위한 활성 에너지를 국부적으로 감소시키는 것을 특징으로 한다.
액체들 하에서, 예를 들면 수중에서 가스 층의 보유는 상당한 기술적 관심의 대상이다. 그중에서도 마찰 감소 및 항-부착 효과들이 달성을 위하여, 예를 들면 배 코팅 분야에서의 그러한 표면들에 대한 상당한 사용 가능성이 존재한다.
그러한 표면들은 이미 실험실 규모에서 생산되어 왔다. 그 중에서도, 노토넥타 및 상어 피부와 돌고래 피부 효과의 예를 기초로 하는 살비니아 효과, 계층적 구조화가 성공적으로 구현되어 왔다.
그러나 다음으로 구성되는 문제점이 존재한다:
(ⅰ) 공기가 코팅의 모서리들에서 탈출하며,
(ⅱ) 가스 층들로 덮인 넓은 표면들의 경우에 있어서, 층이 서로 다른 지점들 사이에 종종 상당한 압력 차이가 발생한다. 일례가 수중에서의 수직 벽이다. 물 깊이에 따라 선형으로 증가하는 유체 정역학적 압력 때문에, 표면들의 서로 다른 지점이 서로 다른 유체 정역학적 압력의 대상이 된다. 만일 표면에 가스-보유 층이 구비되고 따라서 액체 하에서 가스 층으로 덮이면, 가스는 높은 압력의 영역으로부터 낮은 압력의 영역으로 힘을 받는다. 균일한 두께의 가스 층은 따라서 형성되지 않고, 훨씬 더 심각하게는 상대적으로 높은 압력의 구역들 내의 가스 층은 궁극적으로 탈출할 것이다.
(ⅲ) 예를 들면 표면 상의 서로 다른 위치들에서 주변 액체의 서로 다른 흐름 속도 때문에, 만일 층 내의 압력 구배가 유체 정역학적 압력이 아닌 동역학적 압력 차이를 기초로 하면 상응하는 문제점이 또한 존재한다.
(ⅳ) 문제점은 또한 복잡한 표면 구조체들의 가역적이고 또한 소급되는, 비용이 적게 드는 적용으로 구성된다.
(ⅴ) 또한 공기 층의 재생 또는 이상적으로 자가-재생을 실현하기 위한 간단한 수단들에 대한 바람이 존재한다.
본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 장치에서, 연속적인 공기 층 또는 공기 층의 컴파트먼트 대신에, 바람직하게는 표면 구조체들에 의해 유도되는 방식으로 원하는 위치에서 형성하는 개별 기포들의 어레인지먼트가 사용된다. 이를 위하여, 수중에서 공기 층을, 또는 일반적으로 액체 하에서 가스 층을 보유하기 위한 장치가 생산되고 사용되며, 가스 층은 연속적인 형태기 아니고 표면 상의 미리 정의된 지점들에서 작은 기포들의 어레이들의 형태이며, 바람직한 실시 예에서 기포들은 기포들의 안정화를 위하여 에너지와 관련하여 표면의 지형학적 구조 및/또는 화학적 기능화에 의해 선호도를 나타내는 표면 상의 미리 정의된 지점들에서 형성하는 것과 구성되는 것을 특징으로 하며, 방법의 바람직한 변형에서, 기포들이 형성되도록 의도되는 지점들에서 결정핵 생성 중심들이 형성되며, 결정핵 생성 중심들은 예를 들면 표면의 증가된 지형학적 거칠기 또는 화학적 비균일성에 의해, 미리 정의된 위치에서 기포를 형성하기 위한 활성 에너지를 국부적으로 감소시키는 것을 특징으로 한다.
설명된 장치의 일 변형에서, 위에 설명된 표면 특성들을 가지며, 예를 들면 부착 결합에 의해 심지어 소급적으로, 표면, 예를 들면 배들의 외부, 파이프라인들의 내부에 적용될 수 있는, 면적 소자들(함께 출원된 본 발명의 주제인)이 사용된다.
선택적 변형들과 특성들은 다음에 관한 것이다:
● 바람직한 표면 특성들을 갖는 타일들, 슬랩들 등의 형태의 적용.
● 가요성 면적 소자들의 적용.
● 가역적 또는 비가역적 부착 결합에 의한 작용.
● 전체적으로 또는 부분적으로 배 표면들의 코팅.
● 금속 표면 구조체들의 사용.
● 연속적인 공기 층을 갖는 표면들의 사용.
● 액체 하에서 기공 또는 기포들의 규칙적 또는 불규칙적 패턴만을 형성하거나 생성하거나 또는 보유하는 표면들의 사용.
● 기계적 유도 및/또는 마찰 감소를 위하여 "가스 또는 공기로 구성되는 볼들을 갖는 볼 베어링"의 형태로서 액체 하에서 상기 기공 또는 기포들의 패턴의 사용.
● 배들 상에서, 흐름 도관 내에서, 파이프 내에서, 또는 화학 반응 용기들 내에서 코팅으로서의 사용.
수중에서 공기 층을, 또는 일반적으로 액체 하에서 가스 층을 보유하기 위한 장치는 액체 하에서의 가스 층이 자동으로 형성되는 것을 특징으로 하는데, 즉, 수중에서 공기 층을 도입하기 위한 어떠한 필요성도 존재하지 않으며, 대신에 예를 들면 액체 내에 용해된 가스 분자들의 사용 또는 부압 하에서 액체의 증발을 통하여 연속적이거나 또는 불연속적인 가스 층(후자는 표면들 상의 기포들의 형태인)을 자연적으로 형성하며, 지형학적 및/또는 화학적 구조화에 의해, 액체의 진입이, 방법의 일 변형에서, 액체 하에서 액체-유리 영역들이 표면 상에 자연적으로 특별한 형태의 헤어들 또는 스파이크들로 형성되는, 바람직하게는 형성하는 기포를 완전히 또는 부분적으로 둘러싸는 개방 또는 폐쇄형 "크라운(crown)"을 형성하는 젖지 않은 헤어들 또는 구조체들로 형성되는, 그러한 높은 레벨의 표면 에너지를 소모할 수 있는 영역들이 생산되는 것을 특징으로 한다.
액체들 하에서, 예를 들면 수중에서 가스 층의 보유는 상당한 기술적 관심의 대상이다. 그중에서도 마찰 감소 및 항-부착 효과들이 달성을 위하여, 예를 들면 배 코팅 분야에서의 그러한 표면들에 대한 상당한 사용 가능성이 존재한다.
그러한 표면들은 이미 실험실 규모에서 생산되어 왔다. 그 중에서도, 노토넥타 및 상어 피부와 돌고래 피부 효과의 예를 기초로 하는 살비니아 효과, 계층적 구조화가 성공적으로 구현되어 왔다.
문제점은 본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 장치에서, 반대 작동 조건들(배 코팅들 등의 경우에 있어서 파 증대, 파 충격) 하에서 또는 상대적으로 장기간에 걸쳐 부분적이거나 또는 완전한 국부적 또는 대규모의 가스 손실이 그곳에 또는 전체적으로 발생한다는 사실에 있다.
뒤따르는 가스의 인공적인 재충전 또는 보충은 번거롭고, 모니터링을 필요로 하며, 충전하고 모니터하기에 적합한, 가능하게는 고비용의 장치들, 및 공기 층의 컴파트먼트 구조체의 경우에 있어서 각각의 컴파트먼트를 위한 충전 시설, 및 심지어 기포 구조체의 경우에 각각의 기포를 위한 충전 시설을 필요로 한다.
본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 장치에서, 상기 문제점은 수중에서 공기 층을, 또는 일반적으로 액체 하에서 가스 층을 보유하기 위한 장치를 사용하는 것으로 해결되며, 액체 하에서의 가스 층은 자동으로 형성되는 것을 특징으로 하는데, 즉, 수중에서 공기 층을 도입하기 위한 어떠한 필요성도 존재하지 않으며, 대신에 예를 들면 액체 내에 용해된 가스 분자들의 사용 또는 부압 하에서 액체의 증발을 통하여 연속적이거나 또는 불연속적인 가스 층(후자는 표면들 상의 기포들의 형태인)을 자연적으로 형성하며, 지형학적 및/또는 화학적 구조화에 의해, 액체의 진입이, 방법의 일 변형에서, 액체 하에서 액체-유리 영역들이 표면 상에 자연적으로 특별한 형태의 헤어들 또는 스파이크들로 형성되는, 바람직하게는 형성하는 기포를 완전히 또는 부분적으로 둘러싸는 개방 또는 폐쇄형 "크라운"을 형성하는 젖지 않은 헤어들 또는 구조체들로 형성되는, 그러한 높은 레벨의 표면 에너지를 소모할 수 있는 영역들이 생산되는 것을 특징으로 한다.
설명된 장치의 일 변형에서, 위에 설명된 표면 특성들을 가지며, 예를 들면 부착 결합에 의해 심지어 소급적으로, 표면, 예를 들면 배들의 외부, 파이프라인들의 내부에 적용될 수 있는, 면적 소자들(함께 출원된 본 발명의 주제인)이 사용된다.
또 다른 변형들 또는 특징들은 다음에 관한 것이다:
● 위의 가스 층의 충전("보충")과 가스 층을 인공적으로 재충전하거나 또는 보충하기 위한 부가적인 장치들, 예를 들면 모세관들, 막들, 직물들 등과의 조합.
● 가능하게는 또한 가스 층의 상태를 전체적으로 측정하고 제어하거나 또는 만일 필요하면 공간적으로 분해되는 방식으로 그리고 자동으로 가스 보충을 트리거하는 측정 및/또는 제어 및/또는 조절 장치들과 결합되는, 바로 위에 설명된 갓과 같은 장치.
● 원하는 표면 특성들을 갖는 타일들 또는 슬랩들 등의 형태의 적용.
● 가요성 면적 소자들의 적용.
● 가역적 또는 비가역적 부착 결합에 의한 작용.
● 전체적으로 또는 부분적으로 용기 벽들 표면들의 코팅.
● 금속 표면 구조체들의 사용.
● 연속적인 공기 층을 갖는 표면들의 사용.
● 액체 하에서 기공 또는 기포들의 규칙적 또는 불규칙적 패턴만을 형성하거나 생성하거나 또는 보유하는 표면들의 사용.
● 기계적 유도 및/또는 마찰 감소를 위하여 "가스 또는 공기로 구성되는 볼들을 갖는 볼 베어링"의 형태로서 액체 하에서 상기 기공 또는 기포들의 패턴의 사용.
● 배 위에서, 흐름 도관들에서, 파이프들에서 또는 화학 반응 용기들에서 코팅으로서의 사용
액체 하에서 공기 또는 기포들("기공들")을 보유하기 위한 장치에 있어서, 개방 또는 폐쇄 화관 구조를 갖는 헤어들 또는 그렇지 않으면 헤어들이 그룹으로서, 화관, 즉, 흐르는 배지 내에서도 또는 부력의 작용에 역행하여 액체 하에서 기포가 둘러싸이고 고정되어 보유되는 개방형 "용기"를 형성하는 것과 같이 표면 바로 위의 단순한 곡면의 헤어들의 그룹이 사용되는 것을 특징으로 하며, 바람직한 실시 예에서, 헤어 표면들에 바람직하게는 유사하게 기계적 부하 하에서, 기포들과 함께 변형될 수 있는, 소수성 또는 초소수성 표면 또는 표면 코팅이 구비되며, 게다가 본 발명의 일 변형에서, 화관 내의 기포들로부터 기인하는 가스 층의 자동 또는 인공적 재충전을 위한 결정핵 생성 중심들로서 화관 내의 기포들이 사용된다.
액체들 하에서, 예를 들면 수중에서 가스 층의 보유는 상당한 기술적 관심의 대상이다. 그중에서도 마찰 감소 및 항-부착 효과들이 달성을 위하여, 예를 들면 배 코팅 분야에서의 그러한 표면들에 대한 상당한 사용 가능성이 존재한다.
그러한 표면들은 이미 실험실 규모에서 생산되어 왔다. 그 중에서도, 노토넥타 및 상어 피부와 돌고래 피부 효과의 예를 기초로 하는 살비니아 효과, 계층적 구조화가 성공적으로 구현되어 왔다.
문제점은 본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 장치에서, 반대 작동 조건들(배 코팅들 등의 경우에 있어서 파 증대, 파 충격) 하에서 또는 상대적으로 장기간에 걸쳐 부분적이거나 또는 완전한 국부적 또는 대규모의 가스 손실이 그곳에 또는 전체적으로 발생한다는 사실에 있다. ,
본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 장치에 있어서, 액체 하에서 공기 또는 기포들("기공들")을 보유하기 위한 장치가 생산되고 사용되며, 개방 또는 폐쇄 화관 구조를 갖는 헤어들 또는 그렇지 않으면 헤어들이 그룹으로서, 화관, 즉, 흐르는 배지 내에서도 또는 부력의 작용에 역행하여 액체 하에서 기포가 둘러싸이고 고정되어 보유되는 개방형 "용기"를 형성하는 것과 같이 표면 바로 위의 단순한 곡면의 헤어들의 그룹이 사용되는 것을 특징으로 하며, 바람직한 실시 예에서, 헤어 표면들에 바람직하게는 유사하게 기계적 부하 하에서, 기포들과 함께 변형될 수 있는, 소수성 또는 초소수성 표면 또는 표면 코팅이 구비되며, 게다가 본 발명의 일 변형에서, 화관 내의 기포들로부터 기인하는 가스 층의 자동 또는 인공적 재충전을 위한 결정핵 생성 중심들로서 화관 내의 기포들이 사용된다.
방법의 일 변형에서, 표면 바로 위에 위치되지 않고 다중 코어의 스템 또는 포크형 스템(forked stem, 개방 또는 폐쇄 "알 교반기" 구조)의 단부 상에 위치되는 개방 또는 폐쇄 화관들이 사용된다.
설명된 장치의 또 다른 변형에서, 위에 설명된 표면 특성들을 가지며, 예를 들면 부착 결합에 의해 심지어 소급적으로, 표면, 예를 들면 배들의 외부, 파이프라인들의 내부에 적용될 수 있는, 모듈식 면적 소자들(함께 출원된 발명의 주제인)이 사용된다.
또 다른 변형들 또는 특성들은 다음에 관한 것이다:
● 화관 구조체를 형성하기 위한 탄성 헤어들 또는 구조체들의 사용.
● 완전히 또는 부분적으로 소수성 또는 초소수성 표면들을 갖거나 또는 완전히 또는 부분적으로 소수성 또는 초수성인 코팅이 제공되는 헤어들 또는 화관들의 사용.
● 개방 또는 폐쇄 화관 구조체들의 사용.
● 가스-보유 언더플라이 층("통기 조직")과의 조합 사용.
● 중합체들, 금속들 또는 세라믹 재료들로부터 화관 구조체들의 생산.
● 마스터 구조체들의 주조에 의하거나 및/또는 3차원 레이저 가공 또는 레이저 리소그래피(laser lithography) 및 반전 과정이 발생하지 않거나 또는 그 후에 상기 구조체들의 뒤따르는 주조에 의한 마스터 구조체들의 3차원 레이저 가공 또는 생산에 의한 화관 구조체들의 생산.
● 위의 가스 층의 자가-충전과, 가스 층을 인공적인 재충전 또는 보충하기 위한 부가적인 장치들, 예를 들면 모세관들, 막들, 직물들 등과의 조합.
● 가능하게는 또한 가스 층의 상태를 전체적으로 측정하고 제어하거나 또는 만일 필요하면 공간적으로 분해되는 방식으로 그리고 자동으로 가스 보충을 트리거하는 측정 및/또는 제어 및/또는 조절 장치들과 결합되는, 바로 위에 설명된 갓과 같은 장치.
● 원하는 표면 특성들을 갖는 타일들 또는 슬랩들 등의 형태의 적용.
● 가요성 면적 소자들의 적용.
● 가역적 또는 비가역적 부착 결합에 의한 작용.
● 전체적으로 또는 부분적으로 배 표면들의 코팅.
● 금속 표면 구조체들의 사용.
● 연속적인 공기 층을 갖는 표면들의 사용.
● 액체 하에서 기공 또는 기포들의 규칙적 또는 불규칙적 패턴만을 형성하거나 생성하거나 또는 보유하는 표면들의 사용.
● 기계적 유도 및/또는 마찰 감소를 위하여 "가스 또는 공기로 구성되는 볼들을 갖는 볼 베어링"의 형태로서 액체 하에서 상기 기공 또는 기포들의 패턴의 사용.
● 배 위에서, 흐름 도관들에서, 파이프들에서 또는 화학 반응 용기들에서 코팅으로서의 사용.
수중에서 공기 층을, 또는 일반적으로 액체 하에서 가스 층을 보유하기 위한 장치에 있어서, 예를 들면, 노토넥타 글라우카 또는 살비니아 몰레스타의 예를 기초로 하여 공기를 보유하는 층 하에서, 공기 층이 배출되지 않고 공기 저장소 내로 가해지고, 부하가 작용을 중단한 후에 공기 층이 부분적으로 또는 완전히 다시 배출되는 것과 같이, 공기 층 상의 기계적 부하의 경우에 공기 스토어로서 작용할 수 있는 다공성, 마이크로다공성 또는 나노다공성의, 소수성 또는 초소수성 층이 위치된다.
액체들 하에서, 예를 들면 수중에서 가스 층의 보유는 상당한 기술적 관심의 대상이다. 그중에서도 마찰 감소 및 항-부착 효과들이 달성을 위하여, 예를 들면 배 코팅 분야에서의 그러한 표면들에 대한 상당한 사용 가능성이 존재한다.
그러한 표면들은 이미 실험실 규모에서 생산되어 왔다. 그 중에서도, 노토넥타 및 상어 피부와 돌고래 피부 효과의 예를 기초로 하는 살비니아 효과, 계층적 구조화가 성공적으로 구현되어 왔다.
문제점은 본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 장치에서, 반대 작동 조건들(배 코팅들 등의 경우에 있어서 파 증대, 파 충격) 하에서 또는 상대적으로 장기간에 걸쳐 부분적이거나 또는 완전한 국부적 또는 대규모의 가스 손실이 그곳에 또는 전체적으로 발생한다는 사실에 있다.
뒤따르는 가스의 인공적인 재충전 또는 보충은 번거롭고, 모니터링을 필요로 하며, 충전하고 모니터하기에 적합한, 가능하게는 고비용의 장치들, 및 공기 층의 컴파트먼트 구조체의 경우에 있어서 각각의 컴파트먼트를 위한 충전 시설, 및 심지어 기포 구조체의 경우에 각각의 기포를 위한 충전 시설을 필요로 한다.
본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 장치에서, 층 상에 작용하는 압력 부하들이 경우에 있어서의 공기의 손실은 공기를 위한 보호 철수 시설(protective withdrawal facility)을 제공함으로써 방지된다. 이는 수중에서 공기 층을, 또는 일반적으로 액체 하에서 가스 층을 보유하기 위한 장치의 사용을 통하여 달성되며, 예를 들면, 노토넥타 글라우카 또는 살비니아 몰레스타의 예를 기초로 하여 공기를 보유하는 층 하에서, 공기 층이 배출되지 않고 공기 저장소 내로 가해지고, 부하가 작용을 중단한 후에 공기 층이 부분적으로 또는 완전히 다시 배출되는 것과 같이, 공기 층 상의 기계적 부하의 경우에 공기 스토어로서 작용할 수 있는 다공성, 마이크로다공성 또는 나노다공성의, 소수성 또는 초소수성 층이 위치되는 것을 특징으로 한다.
설명된 장치의 또 다른 변형에서, 위에 설명된 표면 특성들을 가지며, 예를 들면 부착 결합에 의해 심지어 소급적으로, 표면, 예를 들면 배들의 외부, 파이프라인들의 내부에 적용될 수 있는, 모듈식 면적 소자들(함께 출원된 발명의 주제인)이 사용된다.
또 다른 변형들 또는 특성들은 다음에 관한 것이다:
● "펠트" 형태의 아주 얇은 헤어들 또는 와이어들의 밀집한 어레인지먼트 형태의 공기 저장 층의 사용.
● "펠트" 혹은 무질서하거나 또는 바람직하게는 지향적 섬유들을 갖는 섬유 네트워크 형태의 아주 얇은 헤어들 또는 와이어들의 밀집한 어레인지먼트 형태의 공기 저장 층의 사용.
● 바로 위에 설명된 것과 같은 공기 저장 층의 사용, 펠트 또는 네트워크는 직물 섬유들 또는 금속 와이어들로부터 구성된다.
● 다공성, 마이크로다공성 또는 나노다공성 재료 형태의 공기 저장 층의 사용.
● 바로 위에 설명된 것과 같은 공기 저장 층의 사용, 다공성 재료는 중합체 또는 금속 또는 세라믹 재료이다.
● 바로 위에 설명된 것과 같은 공기 저장 층의 사용, 다공성 재료는 바람직하게는 동반 위상 분리를 갖는 층 형성 과정 후에 중합체 성분들 중 하나가 선택적 용매에 의해 제거되는 중합체 혼합 층이며, 이러한 방법으로 구멍 내부 표면들 및/또는 층 표면의 부가적인 소수성화를 갖거나 또는 부가적인 소수성화 없이 그리고 나서 공기 스토어로서 역할을 하는 다공성 층이 생산되었다.
● 두 성분 중 하나로서 금속 또는 세라믹 층의 생산을 위한 전구체(precursor)의 사용 및 뒤따르는 열 처리에 의한 그러한 다공성 금속 또는 세라믹 층의 생산.
● 원하는 표면 특성들을 갖는 타일들 또는 슬랩들 등의 형태의 적용.
● 가요성 면적 소자들의 적용.
● 가역적 또는 비가역적 부착 결합에 의한 작용.
● 전체적으로 또는 부분적으로 배 표면들의 코팅.
● 금속 표면 구조체들의 사용.
● 연속적인 공기 층을 갖는 표면들의 사용.
● 액체 하에서 기공 또는 기포들의 규칙적 또는 불규칙적 패턴만을 형성하거나 생성하거나 또는 보유하는 표면들의 사용.
● 기계적 유도 및/또는 마찰 감소를 위하여 "가스 또는 공기로 구성되는 볼들을 갖는 볼 베어링"의 형태로서 액체 하에서 상기 기공 또는 기포들의 패턴의 사용.
● 배 위에서, 흐름 도관들에서, 파이프들에서 또는 화학 반응 용기들에서 코팅으로서의 사용.
공기 또는 가스 볼들로 구성되는 볼 베어링: 기포들의 어레인지먼트를 갖는, 바람직하게는 "기공들" 내에서, 에너지 양상으로부터 선호되고 분리에 대항하여 핀으로 고정되며 표면 바로 위에 위치될 수 있으나 자체로 차례로 헤어 또는 로드 또는 소형 판 스프링 또는 다른 지지 수단들의 단부 상에 위치될 수 있는 틈새들 또는 잠금 수단(clasping mean)들을 갖는, 코팅 또는 부분적 코팅에 의한 액체 하에서 표면들의 마찰 감소, 및 상기 형태의 가스 볼들로부터 액체 하에서 회전식 마찰방지 및 평면 베어링들의 형성에 있어서, 핀으로 고정되는 가스 볼들은 자체 재충전, 마모로부터의 해방 및 따라서 기계적 마모에 대한 긴 사용 기간의 장점 및 마멸된 입자들(현탁액으로 보유되어야만 하고, 또 다른 기계적 마모에 이르게 하며 기계적 이동 부품들의 사용 기간을 제한할 수 있는)로부터의 해방 및 윤활유들(노화를 겪는 오일 등은 교체되어야만 하고, 독성이며 살아있는 생물들과 양립되지 않으며, 반드시 처리되어야만 한다)로부터의 해방과 관련된 부가적인 장점들을 갖는 종래의 볼 베어링들에서의 볼들의 기능을 실행한다.
베어링의 개발, 예를 들면 긴 사용 기간, 낮은 마모 및 낮은 마찰을 가지며 특히 장기간의 정지 주기 동안에 시동 상의 접착 마찰이 제거되는, 롤링, 항-마찰 및 평면 베어링의 개발은 기술적 도전 과제이다. 자기 베어링(magnetic bearing)은 비싸고 모든 주변 조건 하에서 사용될 수 없다.
특히, 액체들 하에서, 위의 모두 또한 만일 이것들이 부식성 액체들(소금물과 같은)이거나 혹은 화학적으로 공격적인 액체들(산, 소금물, 산화제들)이면, 실제 기술적 문제점이 존재한다.
본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 장치에서, 문제점은 기포들 및 그러한 볼들(평면 베어링을 위하여, 예를 들면 액체하에서 가스로 구성되는 그러한 볼들로 코팅되는 평면 표면들의)의 어레인지먼트들로 구성되는 볼 베어링들, 마찰방지 및 평면 베어링들이 사용을 통하여 해결되며: 기포들의 어레인지먼트를 갖는, 바람직하게는 "기공들" 내에서, 에너지 양상으로부터 선호되고 분리에 대항하여 핀으로 고정되며 표면 바로 위에 위치될 수 있으나 자체로 차례로 헤어 또는 로드 또는 소형 판 스프링 또는 다른 지지 수단들의 단부 상에 위치될 수 있는 틈새들 또는 잠금 수단들을 갖는, 코팅 또는 부분적 코팅에 의한 액체 하에서 표면들의 마찰 감소, 및 상기 형태의 가스 볼들로부터 액체 하에서 회전식 인공 및 평면 베어링들의 형성에 있어서, 핀으로 고정되는 가스 볼들은 자체 재충전, 마모로부터의 해방 및 따라서 기계적 마모에 대한 긴 사용 기간의 장점 및 마멸된 입자들(현탁액으로 보유되어야만 하고, 또 다른 기계적 마모에 이르게 하며 기계적 이동 부품들의 사용 기간을 제한할 수 있는)로부터의 해방 및 윤활유들(노화를 겪는 오일 등은 교체되어야만 하고, 독성이며 살아있는 생물들과 양립되지 않으며, 반드시 처리되어야만 한다)로부터의 해방과 관련된 부가적인 장점들을 갖는 종래의 볼 베어링들에서의 볼들의 기능을 실행한다.
또 다른 변형들 또는 특징들은 다음에 관한 것이다:
● 개별 가스 볼들(기포들) 대신에, 표면 상에 보유되는 지속적인 가스 층 또는 가스층들로 구성되는 컴파트먼트들의 사용.
● 위치적으로 고정된, 핀으로 고정되는 기포들의 사용.
● 볼 케이지(ball cage) 내에서 그리고 가능하게는 볼 케이지와 함께 이동가능한 "정상적인" 볼 베어링들의 볼들과 유사하게, 정의된 환경에서 이동할 수 있는 비-위치적으로 고정되거나 또는 핀으로 고정되지 않는 기포들의 사용.
● 가스 손실의 경우에 있어서, 가스 층을 인공적으로 재중천하거나 또는 보충하기 위한 부가적인 장치들, 예를 들면 모세관들, 막들, 직물들 등에 의한, 가스 층 또는 가스 볼들을 충전("보충")하기 위한 시설들과의 조합.
● 가능하게는 또한 가스 층의 상태를 전체적으로 측정하고 제어하거나 또는 만일 필요하면 공간적으로 분해되는 방식으로 그리고 자동으로 가스 보충을 트리거하는 측정 및/또는 제어 및/또는 조절 장치들과 결합되는, 바로 위에 설명된 것과 같은 장치.
● 원하는 표면 특성들을 갖는 타일들 또는 슬랩들 등의 형태의 적용.
● 가요성 면적 소자들의 적용.
● 가역적 또는 비가역적 부착 결합에 의한 작용.
● 전체적으로 또는 부분적으로 배 표면들의 코팅.
● 금속 표면 구조체들의 사용.
● 연속적인 공기 층을 갖는 표면들의 사용.
● 액체 하에서 기공 또는 기포들의 규칙적 또는 불규칙적 패턴만을 형성하거나 생성하거나 또는 보유하는 표면들의 사용.
● 기계적 유도 및/또는 마찰 감소를 위하여 "가스 또는 공기로 구성되는 볼들을 갖는 볼 베어링"의 형태로서 액체 하에서 상기 기공 또는 기포들의 패턴의 사용.
● 배 위에서, 흐름 도관들에서, 파이프들에서 또는 화학 반응 용기들에서 코팅으로서의 사용.
공기로 구성되는 벽들을 갖는 화학 반응 용기들, 파이프들 및 도관들: 액체들 또는 고체 성분들과 입자들이 포함된 액체들의 반응에 대하여 안정적인 형태의 화학 반응 용기들에 있어서, 바람직한 디자인으로 변형체가 공간적으로 안정적이고 공간적으로 정의되는 반응 용기 벽들은 액체 하에서 가스 보유를 위한 구조체들로 코팅되는 고체 용기 벽에 의해 발생되는 공기 또는 가스 층으로 구성되며, 화학 반응들 및 물리적이고 화학적인 과정들의 실행을 위하여, 가스 층의 부가적인 사용을 갖는 방법의 일 변형에서 반응 시약들의 공급 및 반응 산물들의 배출을 위하여, 가스로의 세척과 플러싱을 위한 가스 층의 사용을 위한 방법의 또 다른 변형에서 반응 용기 내의 압력을 모니터링하기 위하여, 혹은 열 에너지의 배출 또는 공급을 위하여, 혹은 설명된 것들의 조합을 위하여, 그러한 장치들이 사용된다.
극단적인 조건들, 고온들 또는 화학적 반응성 액체 배지를 갖는 조건들 하에서 반응을 위한 적적한 반응 용기들의 제공은 용기 벽들 상에 많은 요구를 배치한다.
또 다른 문제점은 액체와 접촉한 후에, 액체가 용기 내로 도입될 수 있거나 또는 라인을 통과할 수 있기 전에 용기 벽들이 종종 다루기 힘든 방식으로 세척되어야만 한다는 것이다. 이는 특히 식품용 용기의 경우에 적용된다. 독성 액체들의 용기 또는 파이프라인 내로의 이동 후에, 이는 음료, 우유 등과 같은 액체 식품들로 충전되기 전에 주의 깊게 세척되어야만 한다.
본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 장치에서, 상술된 문제점은 용기 벽들이 액체와 접촉하지 않고, 따라서 액체 잔류물이 용기 벽들 상에 남아있는 것이 또한 가능하지 않으며, 지속적인 가스 층이 액체와 용기 벽 사이에 도입되는 사실에 의해 액체와 용기 용기 벽들 사이에 화학 반응이 발생하는 것이 가능하지 않다는 것에 의해 해결된다. 실제로, "공기로 구성되는 벽들을 갖는 화학 반응 용기들, 파이프들 및 도관들"이 사용된다: 액체들 또는 고체 성분들과 입자들이 포함된 액체들의 반응에 대하여 안정적인 형태의 화학 반응 용기들이 사용되며, 바람직한 디자인으로 변형체가 공간적으로 안정적이고 공간적으로 정의되는 반응 용기 벽들은 액체 하에서 가스 보유를 위한 구조체들로 코팅되는 고체 용기 벽에 의해 발생되는 공기 또는 가스 층으로 구성된다.
또한 반응 시약들의 공급 및 반응 산물들이 배출을 위한 가스 층의 부가적인 사용을 갖는 방법의 일 변형에서, 화학 반응들 및 물리적이고 화학적인 과정들의 실행을 이한 그러한 장치들의 사용을 특징으로 한다.
방법의 또 다른 변형은 가스로의 세척과 플러싱을 위하여, 반응 용기 내의 압력을 모니터링하기 위하여, 혹은 열 에너지의 배출 또는 공급을 위하여, 혹은 설명된 것들의 조합을 위하여, 가스 층의 사용하는 단계를 포함한다.
또 다른 변형들 또는 특성들은 다음에 관한 것이다:
● 개별 가스 볼들(기포들) 대신에, 표면 상에 보유되는 지속적인 가스 층 또는 가스층들로 구성되는 컴파트먼트들의 사용.
● 위치적으로 고정된, 핀으로 고정되는 기포들의 사용.
● 볼 케이지 내에서 그리고 가능하게는 볼 케이지와 함께 이동가능한 "정상적인" 볼 베어링들의 볼들과 유사하게, 정의된 환경에서 이동할 수 있는 비-위치적으로 고정되거나 또는 핀으로 고정되지 않는 기포들의 사용.
● 가스 손실의 경우에 있어서, 가스 층을 인공적으로 재중천하거나 또는 보충하기 위한 부가적인 장치들, 예를 들면 모세관들, 막들, 직물들 등에 의한, 가스 층 또는 가스 볼들을 충전("보충")하기 위한 시설들과의 조합.
● 가능하게는 또한 가스 층의 상태를 전체적으로 측정하고 제어하거나 또는 만일 필요하면 공간적으로 분해되는 방식으로 그리고 자동으로 가스 보충을 트리거하는 측정 및/또는 제어 및/또는 조절 장치들과 결합되는, 바로 위에 설명된 것과 같은 장치.
● 원하는 표면 특성들을 갖는 타일들 또는 슬랩들 등의 형태의 적용.
● 가요성 면적 소자들의 적용.
● 가역적 또는 비가역적 부착 결합에 의한 작용.
● 전체적으로 또는 부분적으로 배 표면들의 코팅.
● 금속 표면 구조체들의 사용.
● 연속적인 공기 층을 갖는 표면들의 사용.
● 액체 하에서 기공 또는 기포들의 규칙적 또는 불규칙적 패턴만을 형성하거나 생성하거나 또는 보유하는 표면들의 사용.
● 기계적 유도 및/또는 마찰 감소를 위하여 "가스 또는 공기로 구성되는 볼들을 갖는 볼 베어링"의 형태로서 액체 하에서 상기 기공 또는 기포들의 패턴의 사용.
● 배 위에서, 흐름 도관들에서, 파이프들에서 또는 화학 반응 용기들에서 코팅으로서의 사용.
"공기 층들", "공기 컴파트먼트들" 및 "기공들"을 갖는 수중 공기-보유 구조화 표면들: 국부적 기공들과 기포들의 제한된 면적 규모의 공기 층들, 공기 컴파트먼트들 및 이러한 경우들 사이에서 연속적인 전이를 갖는 불규칙적 구조화의 변형체.
액체 하에서 표면들 상의 다스 층들은 배들 및 파이프라인들의 경우에 있어서의 마찰 감소 및 연무화, (생물)부착, 부식과 화학적 공격에 대한 보호에 대하여 상당한 관심이 대상이 된다.
적절한 표면 구조화에 의해, 표면에 부착하는, 가스 또는 기포들의 층이 액체 하에서 동반되는 것이 가능하다. 문제점은 압력 변동들이 경우에 있어서, 영구히 또는 적어도 특정 시간 주기 동안 액체 하에서 연속적이거나 또는 불연속적인 가스 층을 보유하는 적절한 표면 구조체들의 발견이다.
상기 문제점은 가스 층 또는 기포들이 보유되고, 바람직한 변형에서 부가적으로 친수성 핀들에 의한 탈출이 방해되거나 및/또는 기포들을 위하여, 표면 구조 내에 안정적인 방식으로 액체 하에서 적은 가스량이 안정적인 저장을 허용하는 특정의 지형학적으로 미리 형성된 영역들, "기공들"이 생성되는 것과 같이, 지형학적으로 구조화된 소수성 또는 초소수성 표면에 의해 해결된다. 여기서, 나노거칠기로 초소수성 특징들을 실현하고 밀리미터와 마이크로미터 범위의 거칠기로 기공들을 실현하기 위하여, 밀리미터 스케일 또는 마이크로미터 스케일 또는 나노미터 스케일 또는 상기 길이 스케일들의 일부 조합 상의 거친 표면들이 만들어질 수 있으며, 상기 기공들은 바람직하게는 10 ㎛ 및 5 ㎜ 사이, 특히 바람직하게는 0.1 ㎜ 및 3 ㎜ 사이의 범위의 일반적인 크기를 갖는다. 그때 상기 기공들은 바람직한 변형에서, 유사하게 공기-물 인터페이스를 고정하여 보유하고 따라서 기포들의 탈출을 방지하기 위하여 소수성 또는 초소수성 표면 상에 친수성 피닝 중심들을 가질 수 있다.
여기서, 다수의 구조화 평면들(계층적 피닝 또는 2단계 또는 다단계 피닝 효과) 상에 또는 연속적인 계층(무한개의 계층적 평면들과 상응하는)을 갖는 불규칙적인 구조화 표면들 상에 피닝이 또한 일어날 수 있다. 여기서, 상부 계층 평면들 내에 피닝이 일어나는 경우에, 이른바 삼투 임계값보다 높게 형성되는 연속적인, 일관된 공기 층들을 갖는, 대규모의 공기로 코팅된 영역들이 형성될 수 있으며; 공기가 어디로 탈출하고 물이 도달할 때만 하부 계층적 평면들은, 예를 들면 매우 높은 압력 변동에 의한, 또 다른 물의 유입의 경우에 있어서, 더 많은 공기가 손실되고 최종적으로 기공들만이 최종 공기 리저브(reserve)로서 남을 때까지, 표면("컴파트먼트 구조") 상에 형성되는 공간적으로 서로 분리된 공기량들이다. 상기 기공들은 그리고 나서 삼중 기능을 갖는다.
● 기공들은 "공기의 비상 리저브"로서, 가까스로 제거될 수 있는 최종 공기 레저버로서 역할을 한다.
● 기공들은 그럼에도 불구하고 산화, 화학적 공격 또는 (생물)부착에 대항하여 주요 부분, 일반적으로 전체 표면의 60% 내지 98%를 보호하고 마찰 감소 작용을 가지며, 무엇보다도:
● 기공들은 가스 층의 활성 재충전("보충") 및 또한 공기 층의 자가-재생 과정 모두의 경우에서, 공기 층의 복원을 위한 결정핵으로서 작용한다.
다중 평면 상의 이러한 표적화된 구조화, 또는 길이 및 바람직하게는 높이 스케일들, 및 바람직한 변형에서 부가적인 계층적 피닝은 가장 단순한 경우에서 공기 유지의 상기 3가지 단계를 나타낸다:
1. 친수성 피닝 중심들이 있거나 또는 없는 소수성 또는 초소수성일 수 있는 개별 지지 구조체들(헤어들, 필라들, 엘리베이션들)에 의해서만 지탱되고 지지되는, 연속적인 공기 층. 액체와 고체 바디 사이의 마찰 감소는 이에 의해 공기 층이 없는 값의 5% 이하까지 상당히 감소된다. 그러나, 이러한 상태(모든 다른 기술적 특성에 거의 이상적인)에서, 압력 변동의 경우에 공기 손실의 민감성은 높다. 예를 들면 기포들의 탈출에 의한 공기 손실에 대한 활성 장벽들은 단위 면적당 필요한 힘과 관련하여. 또는 단위 면적당 필요한 에너지와 관련하여 상대적으로 낮다.
2. 공기의 손실이 발생된 경우에, 단계 2로의 단계 1(바로 위에 설명된 것과 같은) 전이: 액체 하에서 상대적으로 큰, 일관된 공기로 덮인 영역들이 형성되나, 연속적인 공기 층들에 대한 삼투 임계값에는 못 미친다. 공기로 덮인 개별 표면 영역들은 파티션들, 또는 물과 접촉하고 일반적으로 개별 공기 아일랜드 또는 컴파트먼트들 사이의 가스 교환을 차단하는 비-공기 코팅 표면 영역들에 의해 한계가 정해진다. 이러한 상태에서, 마찰 감소가 여전히 중요하며, 단계 1과 관련하여 상당히 감소된다. 물 또는 액체와의 접촉에 대한 표면들의 보호는 여전히 실질적으로 완전하거나 또는 적어도 대부분 유지된다(일반적으로, 전체 표면의 겨우 2% 내지 10%만이 물과 접촉한다). 층으로부터 공기의 분리, 또는 일반적으로 층으로부터 가스의 분리를 위한 활성 임계값은 단계 1에서보다 상당히 높다.
3. 예를 들면 매우 극심한 압력 변동에 의한 또 다른 가스 손실의 경우에 있어서, 최종 남은 단계는 표면이 소수성 틈새에서 작은 공기량, 이른바 기공들을 저장하는 단계 3이다. 이는 또한 물을 향하여 마주보는 면 상에 친수성 피닝 중심들을 가질 수 있다. 공기 층의 마찰 감소 작용은 단계 1과 관련하여 이러한 상태에서 상당히 약해지며, 극단적인 경우에서는 더 이상 존재하지 않는다. 그럼에도 불구하고, 단계 3에서도, 지형학적 구성에 따라, 일반적으로 10의 인자 이상에 의해 잠긴 고체 바디의 고체 바디 및 물 사이의 접촉 영역의 마찰 감소가 획득되는데, 즉 가스가 충전된 "기공들"이 없는 상태와 관련하여 단지 표면의 10% 미만이 물, 더 일반적으로 액체와 접촉한다.
공기는 매우 일반적으로 어떠한 원하는 가스로 확실하게 대체될 수 있다. 물이 또한 어떠한 다른 원하는 액체로 대체될수 있다. "소수성 또는 초소수성"은 그때 "상기 액체에 대하여 젖지 않거나 최고로 젖지 않는"(매우 유사하게 상응하는 접촉 각에 의해, 소수성 또는 초소수성으로 정의되는)으로 대체되어야만 하며, 친수성 핀들은 "액체 친화적", 즉 상기 액체에 대하여 젖는 핀들에 의해 대체되어야 한다. 여기서, 상대적으로 작은 차이들이 충분하다: "친수성 핀들"은 교과서 정의의 의미에서 실제로 반드시 친수성일 필요는 없으며; 일부 경우에 있어서 단지 다른 소수성(또는 일반적으로 어떠한 원하는 액체를 위한: "액체 친화적") 표면보다 더 젖으면 충분하다.
실시 예의 변형에서, 3개의 계층적 평면이 제공되지 않거나(하나의 평면만이 제공되는), 혹은 2개의 평면 또는 3개의 모든 평면이 제공되거나, 혹은 규칙적 또는 유사-규칙적 구조화 표면 대신에, 특정 거칠기를 갖고 상대적으로 작거나 또는 특정 위치들과 기공들로서 역할을 하는 자연스런 오목부들에서 상대적으로 큰 피닝 중심들을 갖는 무작위로 구조화된 표면이 제공될 수 있다는 사실이 또한 제공될 수 있다. 유사하게, 표면 상에 위치되는 구멍들이 기공들로서의 역할을 하는 다공성 표면들이 물론 특정 거칠기의 표면들로서 적합하다.
상기 형태의 표면의 한 가지 특정 변형은 위에 설명된 것과 같이 구성되는 표면 때문에, 수중에서 공기의 연속적이거나 또는 불연속적인 층을 보유할 수 있는 섬유들 또는 직물 섬유들이다. 모든 것이 바로 위에 설명된 것과 같으며, 유일한 예외는 설명된 구조화 표면이 이제는 섬유의 표면이라는 것이다. 이는 또한 다시 이미 위에 설명된 것과 같이:
● 규칙적 또는 불규칙적 지형학적 구조화에 의하거나 또는
● 규칙적 또는 불규칙적 화학적 구조화(즉 공간적으로 의존하는 화학적 또는 생물학적 표면 기능화)에 의하거나 또는
● 표면 거칠기에 의하거나 또는
● 표면 다공성에 의하거나
또는 설명된 형태의 조합에 의해 구조화될 수 있으며, 친수성 피닝 중심들을 가질 수 있거나 또는 없다. 액체 하에서 표면 상에 가스를 보유하는 섬유들과 관련하여, 이것들로부터 액체 하에서 가스 또는 가스 표면을 보유하는 직물들, 패브릭들, 메시들, 매트들, 스트랜드들, 코드들, 펠트들, 수영복(수영 트렁크, 수영수트 등) 등을 구성하거나 또는 생산하는 것이 가능하다는 것이 흥미롭다. 예를 들면 마찰 감소, 항-부착 작용 또는 부식 방지를 달성하기 위하여, 이는 그러한 공기-보유 직물들로 코팅되는, 배, 보트, 수상 스포츠 장치(서프보드 등을 포함하는), 부표, 채굴 플랫폼, 측정 스테이션, 측정 기기, 발전용 풍력 단지의 물에 노출된 부분, 물 내의 다른 구조체 등을 위하여 유사하게 가능하다.
살비니아 효과의 사용들:
● 고도로 반응성인 액체들을 이한 무접촉 용기들.
● 가스 또는 가스 성분 또는 미세 방울 또는 미세 입자들 형태가 공급되는 반응 상대의 가스 쿠션에 의해 둘러싸이는 액체들.
● 열 절연을 위한 공기 쿠션의 사용.
● 마찰 감소를 위한 공기 쿠션의 사용.
● 항-부착 효과를 획득하기 위한 공기 쿠션의 사용.
● 바이오필름 형성을 방지하기 위한 공기 쿠션의 사용.
● 헤어들 및 기질 표면 자체의 부착은 살균제, 살진균제, 나노은, 나노구리 또는 은 함유 및 구리 함유 성분들로의 코팅에 의해 방지될 수 있다.
● 특히 전해질의 경우에, 전기 절연 및 전기 분리를 위한 공기 쿠션의 사용.
*재충전가능한 공기 층들에 의한 살비니아 효과의 지속적인 성과:
● 개별 헤어들 사이의 미세 노즐들 또는 가스 투과성 표면을 거쳐 펌프들 또는 가압 가스 병들에 의한 공기 층의 재충전
● 액체 배지(예를 들면 물)의 전기, 촉매, 광촉매 또는 전기촉매 분해에 의한 공기 층의 재충전.
● 그것이 떨어지고 따라서 액체 배지 내의 가스들과 액체들 모두의 부분 압력의 합은 액체 내의 유체 정역학적 압력보다 덜하다는 것을 의미할 수 있는 살비니아 가스 층 내의 가스 압력과 동일한 정도까지 들어가는 물의 표면 에너지에 의한, 액체 내에 용해된 가스 성분들에 의한 공기 층의 재충전,
● 및 기포들의 형성을 위한 활성 에너지를 증가시키기 위한 이러한 효과의 표적화된 사용; 액체 배지는 가스 층 내의 부압 때문에 여전히 잎 헤어들의 표면으로 "당겨진다".
살비니아 효과가 있고 없는 공기 층들의 발생:
그 중에서도 다음을 위한 사용:
● 공기 보유.
● 마찰 감소.
*● 부력.
● 항-부착.
●부식 방지.
● 부착 방지, 원하는 방식으로 "공기로의 코팅"에 의한 항-부착 표면들의 생산.
● 공기 층의 자동 재배치 또는 활성 재배치에 있어서, 여기서는 마찰 감소를 고효율적인 시스템을 구성하는 것이 가능할 수 있다.
● 또 다른 마찰 감소는 헤어들의 단부 상의 비-극성 테플론 글라이더들에 의해 실현될 수 있다.
● 헤어들의 상부 단부들의 경사 각을 더 좁게 만듦으로써,
헤어 층 내로의 물의 침투 깊이에 대한 습윤 에너지, 및 따라서 도입될 때 액체가 반발하는 반발력은 상당히 증가된다.
● 각이 있는 헤어들의 탄성은 또한 스프링 상수의 적절한 선택을 통하여, 헤어가 액체에 의해 젖기보다는 굽혀지는 것을 보장한다.
도 27a는 돌출부들의 일단 시스템을 갖는 가스-보유 층을 도시하며, 모든 돌출ㅂ주는 실질적으로 동일한 세로 규모를 갖는다.
도 27b는 돌출부들의 이단 시스템을 갖는 가스-보유 층을 도시하며, 돌출부들은 짧고 긴 돌출부들로 분할된다.
도 28은 거친 표면에 의해 형성되는 가스-보유 층을 도시하며, 표면 상의 거칠기는 약 10 ㎛부터 약 3 ㎚까지의 길이 스케일을 가질 수 있다.
도 29a는 일단 시스템의 형태인 거친 표면을 갖는 가스-보유 층을 도시한다. 도 29b는 이단 시스템의 형태인 거친 표면을 갖는 가스-보유 층을 도시한다. 도 29c는 3단 시스템의 형태인 거친 표면을 갖는 가스-보유 층을 도시한다.
도 30a는 실 형태의 소자 상에 형성되는 가스-보유 층을 도시한다. 도 30b는 이단 시스템의 형태인 가스-보유 층을 갖는 실 형태 또눈 섬유 유사 소자를 도시한다.
도 31은 실 형태의 소자 상에 형성되고 선택적으로 친수성 지점들 또는 핀들이 형성되는 초소수성 표면을 갖는 가스-보유 층을 도시하며,
도 32는 실 형태의 소자 상에 형성되는 가스-보유 층을 도시하며, 서로 다른 표면 구성들이 도시된다.
도 33은 실 형태의 소자 상에 형성되는 가스-보유 층을 도시하며, 가스-보유 층은 링 구조를 갖는다.
2 : 벽
4 : 액체
5 : 가스
10 : 가스-보유 층
10c : 가스-보유 층(10)의 베이스
12 : 가스 투과성 플라이
14 : 가스 공급 장치
16 : 가스 도관
18 : 가스원
20 : 밸브
22 : 조절 정치
24 : 센서 장치
26 : 돌출 소자
28 : 가스 배출 장치
30 : 오목부
32 : 오목부(30)의 개구부
34 : 오목부(30)의 소수성 코팅
36 : 표면 코팅
38 : 거친 표면
40 : 섬유
42 : 파티션
44 : 가스-보유 층(10)의 서브-영역
A : 가스 배출 방향
L : 세로 방향
4 : 액체
5 : 가스
10 : 가스-보유 층
10c : 가스-보유 층(10)의 베이스
12 : 가스 투과성 플라이
14 : 가스 공급 장치
16 : 가스 도관
18 : 가스원
20 : 밸브
22 : 조절 정치
24 : 센서 장치
26 : 돌출 소자
28 : 가스 배출 장치
30 : 오목부
32 : 오목부(30)의 개구부
34 : 오목부(30)의 소수성 코팅
36 : 표면 코팅
38 : 거친 표면
40 : 섬유
42 : 파티션
44 : 가스-보유 층(10)의 서브-영역
A : 가스 배출 방향
L : 세로 방향
Claims (10)
- 액체(4)와 접촉되게 위치될 수 있는 바디(2)를 위한 표면 피복(6)으로서,
- 액체와 마주보는 면(10a)에 의해 적어도 지역적으로 상기 액체(4)와 접촉되도록 디자인되고 배치되는 적어도 부분적으로 가스를 보유하는 가스-보유 층(10);
- 상기 액체와 마주보는 면(10a)의 반대편에 위치되는 바디와 마주보는 면(10b)에 위치하여 상기 가스-보유 층(10) 상에 배치되거나 또는 상기 가스-보유 층(10)과 통합하여 형성되는 가스 투과성 층(12); 및
- 가스(5)가 상기 가스 투과성 층(12)을 통하여 가스 공급 장치(14)로부터 상기 가스-보유 층(10)으로 흐를 수 있도록, 상기 가스 투과성 층(12)에 연결되는 가스 공급 장치(14);를 포함하고,
상기 가스-보유 층(10)은, 상기 액체와 마주보는 면(10a)에 적어도 지역적으로, 표면이 실질적으로 소수성인 돌출 소자들(26, 27)을 가지며,
상기 돌출 소자들(26, 27)은 상기 돌출 소자들(26, 27)의 소수성 표면 영역에 의해 둘러싸인 피닝 중심(pinning center)으로서의 친수성의 중심 표면 영역(26e, 27e)을 갖는,
액체 접촉 바디를 위한 표면 피복.
- 액체(4)와 접촉되게 위치될 수 있는 바디(2)를 위한 표면 피복(6)으로서,
- 액체와 마주보는 면(10a)에 의해 적어도 지역적으로 상기 액체(4)와 접촉되도록 디자인되고 배치되는 적어도 부분적으로 가스를 보유하는 가스-보유 층(10);
- 상기 액체와 마주보는 면(10a)의 반대편에 위치되는 바디와 마주보는 면(10b)에 위치하여 상기 가스-보유 층(10) 상에 배치되거나 또는 상기 가스-보유 층(10)과 통합하여 형성되는 가스 투과성 층(12); 및
- 가스(5)가 상기 가스 투과성 층(12)을 통하여 가스 공급 장치(14)로부터 상기 가스-보유 층(10)으로 흐를 수 있도록, 상기 가스 투과성 층(12)에 연결되는 가스 공급 장치(14);를 포함하고,
상기 가스-보유 층(10)은, 상기 액체와 마주보는 면(10a)에 적어도 지역적으로, 표면이 실질적으로 소수성인 리세스들(30) 및/또는 돌출 소자들(26, 27)을 가지며,
상기 가스-보유 층(10)은 유체-불투과성 파티션들(42)에 의해 다수의 서브-영역(44)으로 분할되고, 상기 파티션들(42)은 적어도 지역적으로 친수성 형태의 것인,
액체 접촉 바디를 위한 표면 피복.
- 액체(4)와 접촉되게 위치될 수 있는 바디(2)를 위한 표면 피복(6)으로서,
- 액체와 마주보는 면(10a)에 의해 적어도 지역적으로 상기 액체(4)와 접촉되도록 디자인되고 배치되는 적어도 부분적으로 가스를 보유하는 가스-보유 층(10);
- 상기 가스-보유 층(10)의 상기 액체와 마주보는 면(10a)에서 가스 배출 개구부를 갖는 적어도 하나의 가스 배출 장치(28); 및
- 가스 공급 장치(14)에 의해 제공되는 가스가 상기 가스 배출 장치(28)로부터 흘러 적어도 부분적으로 상기 가스-보유 층에 의해 받아지도록(10) 상기 가스 배출 장치(28)에 연결되는 가스 공급 장치(14));를 포함하고,
상기 가스-보유 층(10)은, 상기 액체와 마주보는 면(10a)에 적어도 지역적으로, 표면이 실질적으로 소수성인 돌출 소자들(26, 27)을 가지며,
상기 돌출 소자들(26, 27)은 상기 돌출 소자들(26, 27)의 소수성 표면 영역에 의해 둘러싸인 피닝 중심(pinning center)으로서의 친수성의 중심 표면 영역(26e, 27e)을 갖는,
액체 접촉 바디를 위한 표면 피복.
- 액체(4)와 접촉되게 위치될 수 있는 바디(2)를 위한 표면 피복(6)으로서,
- 액체와 마주보는 면(10a)에 의해 적어도 지역적으로 상기 액체(4)와 접촉되도록 디자인되고 배치되는 적어도 부분적으로 가스를 보유하는 가스-보유 층(10);
- 상기 가스-보유 층(10)의 상기 액체와 마주보는 면(10a)에서 가스 배출 개구부를 갖는 적어도 하나의 가스 배출 장치(28); 및
- 가스 공급 장치(14)에 의해 제공되는 가스가 상기 가스 배출 장치(28)로부터 흘러 적어도 부분적으로 상기 가스-보유 층에 의해 받아지도록(10) 상기 가스 배출 장치(28)에 연결되는 가스 공급 장치(14));를 포함하고,
상기 가스-보유 층(10)은, 상기 액체와 마주보는 면(10a)에 적어도 지역적으로, 표면이 실질적으로 소수성인 리세스들(30) 및/또는 돌출 소자들(26, 27)을 가지며,
상기 가스-보유 층(10)은 유체-불투과성 파티션들(42)에 의해 다수의 서브-영역(44)으로 분할되고, 상기 파티션들(42)은 적어도 지역적으로 친수성 형태의 것인,
액체 접촉 바디를 위한 표면 피복.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 가스 투과성 층(12)은 다공성 반투과성 막의 형태인,
액체 접촉 바디를 위한 표면 피복.
- 제1 항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스-보유 층(10)은 액체(4) 하에서 가스 층을 보유하는 타일, 포일 또는 포일 소자 형태인,
액체 접촉 바디를 위한 표면 피복.
- 제 6항에 있어서,
상기 타일, 포일 또는 포일 소자는 가역적 또는 비가역적 부착 결합으로 선박이나 수중 설치 구조물의 벽 또는 용기나 도관의 내벽에 적용되는,
액체 접촉 바디를 위한 표면 피복.
- - 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 따른 표면 피복(6); 및
- 상기 표면 피복(6)의 상기 가스 공급 장치(14)에 유체 연결되는 가스원(18);을 포함하는,
장치.
- 제 8항에 있어서,
상기 표면 피복(6)의 상기 가스-보유 층(10) 내의 가스 함량을 결정하기 위한 적어도 하나의 센서 장치(24); 및
상기 적어도 하나의 센서 장치(24)로부터 측정 데이터를 수신하고 수신된 측정 데이터에 기초하여 상기 가스원(18)으로부터 상기 가스 공급 장치(14)로의 가스 유량을 조절하는 조절 장치(22);를 추가로 포함하는,
장치.
- 액체와 마주보는 면(10a)을 통해 적어도 지역적으로 액체(4)와 접촉되게 위치되는 적어도 부분적으로 가스를 보유하는 가스-보유 층(10)을 구비하며,
상기 가스-보유 층(10)은, 상기 액체와 마주보는 면(10a)에 적어도 지역적으로, 표면이 실질적으로 소수성인 돌출 소자들(26, 27)을 가지며,
상기 돌출 소자들(26, 27)은 상기 돌출 소자들(26, 27)의 소수성 표면 영역에 의해 둘러싸인 피닝 중심(pinning center)으로서의 친수성의 중심 표면 영역(26e, 27e)을 갖는,
섬유.
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|---|---|---|---|
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