TW201443287A - 具電觸媒析氣與防海生物汙損之載具浸水部表面構造 - Google Patents
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Abstract
本發明創作係關於一種具電觸媒析氣(electrocatalysis)與防海生物汙損(biofouling prevention)之載具浸水部表面構造，主要係透過在載具浸水部表面分別相間隔設置一陽極電觸媒層及一陰極電觸媒層，且各電觸媒層分別電性連接一電源供應單元，透過電源供應單元輸出電源後，會分別與陽極電觸媒層、水、及陰極電觸媒層共同形成一導電路徑，而可對水進行觸媒電解，並產生氫氣與氧氣而於載具浸水部表面形成一疏水性表面或電觸媒氧化物，藉此來達成以下效果：(一)防止載具浸水部表面被海生物附著；(二)降低載具浸水部表面與水之間的阻力；(三)降低機艙噪音與提升船體匿蹤。
Description
本發明創作係關於一種載具浸水部表面之構造，尤指一種具電觸媒析氣與防海生物汙損之載具浸水部表面構造。
按，隨著石油逐漸耗竭，造成價格不斷被推升，這對於船運公司而言，無疑是一大嚴苛的考驗，其原因在於船舶在航行時，會因為海水的阻力、或是船殼受到生物(如藻類、海藻、牡蠣、管蟲等)附著而銹蝕等，均會增加船舶於航行時對於能源的需求，進而增加航運的成本。
其中，為了降低海水所帶來的阻力，有人提出一種微泡減阻的手段，其一主要係透過鼓風機將空氣壓縮後，透過管路輸送至位於船殼水下部外側的多孔透氣板(通常位於靠近船艏處以確保減阻效果的最大)，而在該多孔透氣板外側形成複數微泡，藉此來避免船殼水下部與海水接觸，以降低海水所提供的阻力，進而降低船舶航行時所需能源。
然，近年來的研究顯示出，此種手段由於有下列因素，造成實際對於減少海水阻力的效果不到2%：
(1)多孔透氣板所產生的氣泡粒徑較大，再加上受到浮力效應的影響，會使得氣泡之間易產生堆疊而變大，反而提高船舶所受到的阻力，或是氣泡不易停留於船殼表面而浮出海水，大大降低減阻效果。
(2)多孔透氣板僅設於船殼水下部且靠近船艏處，造成微泡無法有效覆蓋整個船殼水下部，而影響減阻效果。
(3)當鼓風機提供的空氣量增加時，會讓空氣在通過多孔透氣板而形成微泡時，產生垂直向的速度，造成微泡容易直接浮出海水，而較無法達到減阻之目的。
此外，若是考量到此種手段需額外提供鼓風機的運作能源時，反而可能提高能源的使用，也因如此，使得此種減阻的手段仍舊無法降低船舶航行之能源需求。
另一方面，由於船舶停泊時船殼部分區域長期位於海水中，使得浮游生物容易附著於船殼表面，而浮游生物在經過生化條件(conditioning)、微生物聚落(microorganism)、微生物群聚(colonzation)、生物成長(growth)等四個步驟，而在船殼表面形成微生物覆膜，接著吸引藤壺(barnacles)、海藻(algae)、藻類、雜草(weed)、牡蠣(或稱作海蠣子(carssostrea gigas))、管蟲(hydroides)、雙殼類等生物附著，也因如此，使得船殼表面的粗糙度增加，且船體重量上升(最高可上升約75%)，導致船舶航行時航速下降。若以每小時15海浬航行之船舶為例，當海生物附著嚴重時，將會導致船舶受到的海水阻力增加約80%、燃油消耗量增加約86%，造成航運成本大幅度上升。此外，船殼受到海生物附著時，會加速船殼的金屬銹蝕，而危害航行安全。
為了解決海生物附著的問題，雖然使用的手段有(1)機械防汙；(2)防汙塗料；(3)電化學防汙等手段。
然，機械防汙主要係透過特製工具定期去除船殼表面的海生物，但此舉需耗費大量人力，不僅費力費時，而且需定期清理，因此不便於實施。而防汙塗料主要係利用銅、汞、砷等材料，塗設於船殼外側以形成一海生物防汙層，透過這些對生物有害之物質，來殺死欲附著船殼外側之海生物，但此種手段不僅防汙有效期限不長、且不易固化、塗設需耗費大量時間等缺點，並且這些有毒物質流入海水中，也會對海洋生物生態造成破壞，使得世界各國均開始立法禁止此種防汙手段。
在電化學防汙方面，最主要係電解海水析氯法，透過電解海水所產生的自由氯，來殺死或擊昏海中細菌、孢子及幼生，以達到降低海生物附著之目的。然，由於自由氯是強氧化劑，此種手段不僅會造成船殼被氯銹蝕，而且海中其他生物(如魚貝類)也因此受到影響而死亡，造成海中生物鏈被破壞。
其中，為了降低海水所帶來的阻力，有人提出一種微泡減阻的手段，其一主要係透過鼓風機將空氣壓縮後，透過管路輸送至位於船殼水下部外側的多孔透氣板(通常位於靠近船艏處以確保減阻效果的最大)，而在該多孔透氣板外側形成複數微泡，藉此來避免船殼水下部與海水接觸，以降低海水所提供的阻力，進而降低船舶航行時所需能源。
然，近年來的研究顯示出，此種手段由於有下列因素，造成實際對於減少海水阻力的效果不到2%：
(1)多孔透氣板所產生的氣泡粒徑較大，再加上受到浮力效應的影響，會使得氣泡之間易產生堆疊而變大，反而提高船舶所受到的阻力，或是氣泡不易停留於船殼表面而浮出海水，大大降低減阻效果。
(2)多孔透氣板僅設於船殼水下部且靠近船艏處，造成微泡無法有效覆蓋整個船殼水下部，而影響減阻效果。
(3)當鼓風機提供的空氣量增加時，會讓空氣在通過多孔透氣板而形成微泡時，產生垂直向的速度，造成微泡容易直接浮出海水，而較無法達到減阻之目的。
此外，若是考量到此種手段需額外提供鼓風機的運作能源時，反而可能提高能源的使用，也因如此，使得此種減阻的手段仍舊無法降低船舶航行之能源需求。
另一方面，由於船舶停泊時船殼部分區域長期位於海水中，使得浮游生物容易附著於船殼表面，而浮游生物在經過生化條件(conditioning)、微生物聚落(microorganism)、微生物群聚(colonzation)、生物成長(growth)等四個步驟，而在船殼表面形成微生物覆膜，接著吸引藤壺(barnacles)、海藻(algae)、藻類、雜草(weed)、牡蠣(或稱作海蠣子(carssostrea gigas))、管蟲(hydroides)、雙殼類等生物附著，也因如此，使得船殼表面的粗糙度增加，且船體重量上升(最高可上升約75%)，導致船舶航行時航速下降。若以每小時15海浬航行之船舶為例，當海生物附著嚴重時，將會導致船舶受到的海水阻力增加約80%、燃油消耗量增加約86%，造成航運成本大幅度上升。此外，船殼受到海生物附著時，會加速船殼的金屬銹蝕，而危害航行安全。
為了解決海生物附著的問題，雖然使用的手段有(1)機械防汙；(2)防汙塗料；(3)電化學防汙等手段。
然，機械防汙主要係透過特製工具定期去除船殼表面的海生物，但此舉需耗費大量人力，不僅費力費時，而且需定期清理，因此不便於實施。而防汙塗料主要係利用銅、汞、砷等材料，塗設於船殼外側以形成一海生物防汙層，透過這些對生物有害之物質，來殺死欲附著船殼外側之海生物，但此種手段不僅防汙有效期限不長、且不易固化、塗設需耗費大量時間等缺點，並且這些有毒物質流入海水中，也會對海洋生物生態造成破壞，使得世界各國均開始立法禁止此種防汙手段。
在電化學防汙方面，最主要係電解海水析氯法，透過電解海水所產生的自由氯，來殺死或擊昏海中細菌、孢子及幼生，以達到降低海生物附著之目的。然，由於自由氯是強氧化劑，此種手段不僅會造成船殼被氯銹蝕，而且海中其他生物(如魚貝類)也因此受到影響而死亡，造成海中生物鏈被破壞。
有鑒於先前技術所述不足之處，本發明創作者認為可以透過電解水之方式(以下係以電解海水作為舉例)，而分別產生氫氣與氧氣，使載具浸水部(以下係以船殼為例作說明，且該船殼係指位於水線以下之船殼)表面形成一疏水性表面，不僅降低在海中移動時所需阻力，而且透過該氫氣與氧氣，可以讓機艙噪音通過時產生共振而衰減，而減少船舶機艙所產生的噪音危及海洋生物，並可提升船舶匿蹤、避免被聲納鎖定位置，再加上此種電解之手段會讓船殼表面有電流流通，藉此電觸媒的氧化物來避免海洋生物(如藤壺、海藻、藻類、雜草、牡蠣(或稱作海蠣子)、管蟲、雙殼類等)附著於船殼表面。
爰此，本發明創作者提出一種具電觸媒析氣與防海生物汙損之載具浸水部表面構造，包括：
一第一陽極電觸媒層及一第一陰極電觸媒層分別可供相間隔設於載具浸水部表面。
一第一直流電源供應單元：
該第一直流電源供應單元分別電性連接該第一陽極電觸媒層及該第一陰極電觸媒層，以令該第一直流電源供應單元作動時，與該第一陽極電觸媒層及該第一陰極電觸媒層，可供與水共同形成一導電路徑而電解水。
爰此，本發明創作者提出一種具電觸媒析氣與防海生物汙損之載具浸水部表面構造，包括：
一第一陽極電觸媒層及一第一陰極電觸媒層分別可供相間隔設於載具浸水部表面。
一第一直流電源供應單元：
該第一直流電源供應單元分別電性連接該第一陽極電觸媒層及該第一陰極電觸媒層，以令該第一直流電源供應單元作動時，與該第一陽極電觸媒層及該第一陰極電觸媒層，可供與水共同形成一導電路徑而電解水。
(B)．．．船舶
(B1)．．．海底門
(B11)．．．箱體
(B12)．．．過濾單元
(B111)．．．海水管
(B112)．．．抽氣管
(B113)．．．停止閥
(B114)．．．旁通管
(B13)．．．板體
(C)．．．區塊
(D)．．．區塊
(E~H)．．．局部放大圖指標
(1)．．．載具浸水部
(11)．．．船殼
(2)．．．第一陽極電觸媒層
(3)．．．第一陰極電觸媒層
(4)．．．第一直流電源供應單元
(5)．．．絕緣層
(51)．．．電氣絕緣填料
(6)．．．導電層
(7)．．．參考電極
(WL)．．．水線
第一圖係本發明創作實施於船舶之示意圖
第二圖係本發明創作實施於船舶之局部剖面示意圖
第三A圖係第二圖中指標E之陽極電觸媒層、導電層、絕緣層、與船殼之層狀構造示意圖
第三B圖係第二圖中指標G之陰極電觸媒層、導電層、絕緣層、與船殼之層狀構造示意圖
第三C圖係第二圖中指標F之陽極電觸媒層、絕緣填料、陰極電觸媒層、導電層、絕緣層、與船殼之層狀構造示意圖
第四A圖係習知之海底門結構示意圖
第四B圖係第二圖中指標H之海底門結構示意圖
第二圖係本發明創作實施於船舶之局部剖面示意圖
第三A圖係第二圖中指標E之陽極電觸媒層、導電層、絕緣層、與船殼之層狀構造示意圖
第三B圖係第二圖中指標G之陰極電觸媒層、導電層、絕緣層、與船殼之層狀構造示意圖
第三C圖係第二圖中指標F之陽極電觸媒層、絕緣填料、陰極電觸媒層、導電層、絕緣層、與船殼之層狀構造示意圖
第四A圖係習知之海底門結構示意圖
第四B圖係第二圖中指標H之海底門結構示意圖
以下藉由圖式之輔助，說明本發明創作之構造、特點與實施例，俾使貴審查人員對於本發明創作有更進一步之瞭解。
請參閱第二圖所示，本發明創作係關於一種具電觸媒析氣與防海生物汙損之載具浸水部表面構造，包括：
一載具浸水部(1)：
請參閱第二圖所示，該載具較佳係選自於下列群組之一：船舶之船殼(11)、鑽油平臺、風力發電機平臺、或碼頭設施，而本說明書所指浸水部係指該載具位於水線(WL)以下之部分，以下本說明書係以該載具浸水部(1)為船殼(11)，且該船殼(11)係指位於水線(WL)以下之船殼，再配合電解水以較佳係電解海水為例，來介紹本發明創作之實施態樣、及優點。
一第一陽極電觸媒層(2)：
請參閱第二圖及第三A圖所示，該第一陽極電觸媒層(2)係設於該船殼(11)外側面，其中該第一陽極電觸媒層(2)之材質係為一種金屬摻雜氧化物(MMO)，該金屬摻雜氧化物例如但不限於為一種釕摻雜氧化物。並且，為了避免該船殼(11)受到電化學腐蝕，該第一陽極電觸媒層(2)與該船殼(11)之間較佳係設置一絕緣層(5)，若該船殼(11)因材質因素而無氧化腐蝕之虞時，則該絕緣層(5)可省略。
一第一陰極電觸媒層(3)：
請參閱第二圖、第三B圖、及第三C圖所示，該第一陰極電觸媒層(3)係設於該船殼(11)外側面，且與該第一陽極電觸媒層(2)具有一間距，該第一陰極電觸媒層(3)之材質例如但不限於為一種石墨摻雜氧化物。而該第一陽極電觸媒層(2)與該第一陰極電觸媒層(3)之間較佳係塗設一電氣絕緣填料(51)，以形成前述之間距。為了避免該船殼(11)受到電化學腐蝕，該第一陰極電觸媒層(3)與該船殼(11)之間較佳係設置一絕緣層(5)，若該船殼(11)因材質因素而無氧化腐蝕之虞時，則該絕緣層(5)可省略。
一第一直流電源供應單元(4)：
請參閱第二圖所示，該第一直流電源供應單元(4)分別電性連接該第一陽極電觸媒層(2)及該第一陰極電觸媒層(3)。而該第一直流電源供應單元(4)較佳係設有一參考電極(7)(SCE)，利用該參考電極(7)，藉以控制外加直流電壓/電流的準確性，確保電觸媒析氣或電觸媒氧化之品質，並可減少電源的損耗。
透過上述之構造，當該第一直流電源供應單元(4)作動而輸出電源時，該電源會沿該第一陽極電觸媒層(2)、海水、及該第一陰極電觸媒層(3)形成一導電路徑，而得以觸媒電解海水。此時，該第一陽極電觸媒層(2)便會產生氧氣，而該第一陰極電觸媒層(3)則會產生氫氣，透過這些氣體，會隨著海水流動或者船舶(B)移動，而逐漸佈滿整個船殼(11)表面以形成一疏水面。
由於該船舶(B)於航行時，機艙所產生的噪音往往高達120dB至140dB，而該疏水面的氣泡類似帶有質量的彈簧，會與上述之噪音的相對音頻產生共振而得以抑制噪音，據研究發現，不同尺寸大小之氣泡的抑制能力也不同，以內徑 1mm ~ 100mm而言，可抑制 30Hz ~ 3000Hz的噪音達10 dB ~ 40 dB。也因如此，透過該疏水面之氣泡可降低該噪音對於週遭魚類或海生物之影響，再者，聲納也會受到該疏水面之氣泡的影響，而不易偵測到該船舶(B)的位置，藉此來讓該船舶(B)具有匿蹤之效果。接著，該船舶(B)在航行時，也會因為該疏水面，而降低海水所帶來的阻力，藉此來降低船舶(B)航行時所需的能源。
此外，透過此種手段所產生的氫氣及氧氣(以下合稱作氣泡)，該氣泡之粒徑較先前技術所述的粒徑小，再加上該氣泡壓力也較小，所以當該氣泡進入流場後不易相互產生堆疊而變大，增加滯留於邊界層之時間，故提高本發明創作可提供船舶降低海水阻力及減少能源使用之效果。
接著，當該船舶(B)於低速航行時(時速小於5節)或在港口停泊時，則該第一直流電源供應單元(4)輸出0.5V~0.7V vs. SCE的電源，而使得該第一陽極電觸媒層(2)及該第一陰極電觸媒層(3)產生具有強氧化力之氫氧自由基，而可擊斃附著於該船殼(11)表面的海生物或浮游生物，藉此來避免該船殼(11)產生海生物汙損與生物銹蝕。
綜上所述，本發明之創作主要可以達成三種主要效果(一)、防海生物汙損與銹蝕：防止船殼受到生物附著、與銹蝕，令該船殼可在不塗設任何習知的防銹漆與防汙漆，亦不需安裝習知的鋅版或鋁板等犧牲陽極或習知的強制電流陰極裝置(ICCP)；(二)電觸媒析氣以降低航行阻力；(三)電觸媒析氣以抑制機艙噪音與船舶匿蹤。
實施上述效果(一)時，該第一陰極電觸媒層(3)佔該船殼(11)的面積小於該第一陽極電觸媒層(2)，藉此來限制氫氣的產量及範圍，以防止該船殼(11)受到氫氣的影響而脆化，及降低該第一陰極電觸媒層(3)所需設置成本，二者之間的比值較佳係介於 至 。
而實施效果(二)時，該第一陽極電觸媒層(2)、及第一陰極電觸媒層(3)所佔該船殼(11)的面積相當，且二者設置之位置以平坦的浸水外板(即船艏與船艉附近的彎曲浸水外板除外)為佳可提升微泡減阻的效能與施工成本，尤其該第一陽極電觸媒層(2)及該第一陰極電觸媒層(3)分別設於該船殼(11)前段部(以船舶(1)於海上航行之前進方向定為前)，其效果更好。
接著在實施效果(三)時，則該第一陽極電觸媒層(2)及第一陰極電觸媒層(3)在設置於該船殼(11)時，應對應船舶/艦艇機艙之一側方，藉此來提升抑制機艙噪音之效果。
另外，在實施上述效果(二)及效果(三)時，需分別在該第一陽極電觸媒層(2)之內側及該第一陰極電觸媒層(3)之內側分別設一導電層(6)，才會產生較佳之結果，此外，還可以透過增加該第一直流電源供應單元(4)所輸出的電流值，而增加該氣泡的數量及粒徑，藉此來增加氣體產生效率，進而提升該船舶(B)的匿蹤能力、及有效降低海水阻力。
而且，上述各效果在實施時，不限於只設置該第一陽極電觸媒層(2)及陰極電觸媒層(3)，較佳更設置一第二陽極電觸媒層、一第二陰極電觸媒層，來將該船殼(11)區分成複數區塊，並分別電性連接一第二直流電源供應單元，此舉可降低各區塊之電觸媒層的總電阻，以降低電能的損耗。
考量到上述之效果所需電流密度(約2A/m2)以及材料價格之不同，所以本發明創作於實施時，較佳係根據效果不同，而將該船殼(11)分成不同區塊(C、D)來設置該電觸媒層，例如該區塊(C)係設置該第一陽極電觸媒層(2)，而該區塊(D)係設置該第一陰極電觸媒層(3)。而本發明也可實施為：該第一陽極電觸媒層(2)與陰極電觸媒層(3)係用於上述效果(一)，而該第二陽極電觸媒層與第二陰極電觸媒層係用於上述效果(二)或(三)，前者電觸媒層佔該船殼(11)整體面積要高於後者所佔的面積，其原因在於後者所需材料價格、及電流密度比起前者高於許多，基於成本考量，二者之間的比值較佳係介於 到 。
此外，前述的效果(一)中，也可以實施為：將該第一陽極電觸媒層(2)設於推進器與舵板周邊的船殼(11)。更可透過參考電極，精確的控制第一陽極電觸媒層(2)、第一陰極電觸媒層(3)的外加電壓與電流，以平衡推進器與舵板的腐蝕電位。
請再配合參閱第1圖、第四A圖及第四B圖所示，一般船舶(B)皆會設置多個海底門(B1)(seachest)，而各海底門(B1)分別包括一箱體(B11)、及一過濾單元(B12)，且該過濾單元(B12)設於該船殼(11)之開口，其中該過濾單元(B12)較佳為一過濾板。爰此，如第四B圖所示，本發明創作之效果(一)也可以實施為：於該第一陰極電觸媒層(3)設於該箱體(B11)之內側壁、或該第一陰極電觸媒層(3)設於一板體(B13)且該板體(B13)設於該箱體(B11)內，且該箱體(B11)內部設有一海水管(B111)及停止閥(B113)為船舶習知的冷卻海水入口，可另設一旁通管(B114)與船側海水形成連通，以確保該第一陰極電觸媒層(3)於電解時，該箱體(B11)內部的海水得以維持pH值。接著該第一陰極電觸媒層(3)所產生的氫氣與氫離子，可透過一抽氣管(B112)排放至該船舶(B)外，以減少該船殼(11)因氫氣與氫離子而脆化。
爰此，透過本發明之創作可電觸媒析氧氣與氫氣，使該船殼(11)外側覆蓋大量微氣泡，可減少航行阻力與噪音抑制之匿蹤能力以及電觸媒氧化防汙損等功能，且不需任何習知之防銹與防汙塗裝、以及犧牲陽極或強制電流陰極裝置，以降低船舶航行的摩擦阻力，同時不需任何防銹與防止海生物附著之塗裝，兼具節能與環保的新穎發明。
綜上所述，本發明創作確實符合產業利用性，且未於申請前見於刊物或公開使用，亦未為公眾所知悉，且具有非顯而易知性，符合可專利之要件，爰依法提出專利申請。
惟上述所陳，為本發明創作在產業上一較佳實施例，舉凡依本發明創作申請專利範圍所作之均等變化，皆屬本案訴求標的之範疇。
請參閱第二圖所示，本發明創作係關於一種具電觸媒析氣與防海生物汙損之載具浸水部表面構造，包括：
一載具浸水部(1)：
請參閱第二圖所示，該載具較佳係選自於下列群組之一：船舶之船殼(11)、鑽油平臺、風力發電機平臺、或碼頭設施，而本說明書所指浸水部係指該載具位於水線(WL)以下之部分，以下本說明書係以該載具浸水部(1)為船殼(11)，且該船殼(11)係指位於水線(WL)以下之船殼，再配合電解水以較佳係電解海水為例，來介紹本發明創作之實施態樣、及優點。
一第一陽極電觸媒層(2)：
請參閱第二圖及第三A圖所示，該第一陽極電觸媒層(2)係設於該船殼(11)外側面，其中該第一陽極電觸媒層(2)之材質係為一種金屬摻雜氧化物(MMO)，該金屬摻雜氧化物例如但不限於為一種釕摻雜氧化物。並且，為了避免該船殼(11)受到電化學腐蝕，該第一陽極電觸媒層(2)與該船殼(11)之間較佳係設置一絕緣層(5)，若該船殼(11)因材質因素而無氧化腐蝕之虞時，則該絕緣層(5)可省略。
一第一陰極電觸媒層(3)：
請參閱第二圖、第三B圖、及第三C圖所示，該第一陰極電觸媒層(3)係設於該船殼(11)外側面，且與該第一陽極電觸媒層(2)具有一間距，該第一陰極電觸媒層(3)之材質例如但不限於為一種石墨摻雜氧化物。而該第一陽極電觸媒層(2)與該第一陰極電觸媒層(3)之間較佳係塗設一電氣絕緣填料(51)，以形成前述之間距。為了避免該船殼(11)受到電化學腐蝕，該第一陰極電觸媒層(3)與該船殼(11)之間較佳係設置一絕緣層(5)，若該船殼(11)因材質因素而無氧化腐蝕之虞時，則該絕緣層(5)可省略。
一第一直流電源供應單元(4)：
請參閱第二圖所示，該第一直流電源供應單元(4)分別電性連接該第一陽極電觸媒層(2)及該第一陰極電觸媒層(3)。而該第一直流電源供應單元(4)較佳係設有一參考電極(7)(SCE)，利用該參考電極(7)，藉以控制外加直流電壓/電流的準確性，確保電觸媒析氣或電觸媒氧化之品質，並可減少電源的損耗。
透過上述之構造，當該第一直流電源供應單元(4)作動而輸出電源時，該電源會沿該第一陽極電觸媒層(2)、海水、及該第一陰極電觸媒層(3)形成一導電路徑，而得以觸媒電解海水。此時，該第一陽極電觸媒層(2)便會產生氧氣，而該第一陰極電觸媒層(3)則會產生氫氣，透過這些氣體，會隨著海水流動或者船舶(B)移動，而逐漸佈滿整個船殼(11)表面以形成一疏水面。
由於該船舶(B)於航行時，機艙所產生的噪音往往高達120dB至140dB，而該疏水面的氣泡類似帶有質量的彈簧，會與上述之噪音的相對音頻產生共振而得以抑制噪音，據研究發現，不同尺寸大小之氣泡的抑制能力也不同，以內徑 1mm ~ 100mm而言，可抑制 30Hz ~ 3000Hz的噪音達10 dB ~ 40 dB。也因如此，透過該疏水面之氣泡可降低該噪音對於週遭魚類或海生物之影響，再者，聲納也會受到該疏水面之氣泡的影響，而不易偵測到該船舶(B)的位置，藉此來讓該船舶(B)具有匿蹤之效果。接著，該船舶(B)在航行時，也會因為該疏水面，而降低海水所帶來的阻力，藉此來降低船舶(B)航行時所需的能源。
此外，透過此種手段所產生的氫氣及氧氣(以下合稱作氣泡)，該氣泡之粒徑較先前技術所述的粒徑小，再加上該氣泡壓力也較小，所以當該氣泡進入流場後不易相互產生堆疊而變大，增加滯留於邊界層之時間，故提高本發明創作可提供船舶降低海水阻力及減少能源使用之效果。
接著，當該船舶(B)於低速航行時(時速小於5節)或在港口停泊時，則該第一直流電源供應單元(4)輸出0.5V~0.7V vs. SCE的電源，而使得該第一陽極電觸媒層(2)及該第一陰極電觸媒層(3)產生具有強氧化力之氫氧自由基，而可擊斃附著於該船殼(11)表面的海生物或浮游生物，藉此來避免該船殼(11)產生海生物汙損與生物銹蝕。
綜上所述，本發明之創作主要可以達成三種主要效果(一)、防海生物汙損與銹蝕：防止船殼受到生物附著、與銹蝕，令該船殼可在不塗設任何習知的防銹漆與防汙漆，亦不需安裝習知的鋅版或鋁板等犧牲陽極或習知的強制電流陰極裝置(ICCP)；(二)電觸媒析氣以降低航行阻力；(三)電觸媒析氣以抑制機艙噪音與船舶匿蹤。
實施上述效果(一)時，該第一陰極電觸媒層(3)佔該船殼(11)的面積小於該第一陽極電觸媒層(2)，藉此來限制氫氣的產量及範圍，以防止該船殼(11)受到氫氣的影響而脆化，及降低該第一陰極電觸媒層(3)所需設置成本，二者之間的比值較佳係介於
而實施效果(二)時，該第一陽極電觸媒層(2)、及第一陰極電觸媒層(3)所佔該船殼(11)的面積相當，且二者設置之位置以平坦的浸水外板(即船艏與船艉附近的彎曲浸水外板除外)為佳可提升微泡減阻的效能與施工成本，尤其該第一陽極電觸媒層(2)及該第一陰極電觸媒層(3)分別設於該船殼(11)前段部(以船舶(1)於海上航行之前進方向定為前)，其效果更好。
接著在實施效果(三)時，則該第一陽極電觸媒層(2)及第一陰極電觸媒層(3)在設置於該船殼(11)時，應對應船舶/艦艇機艙之一側方，藉此來提升抑制機艙噪音之效果。
另外，在實施上述效果(二)及效果(三)時，需分別在該第一陽極電觸媒層(2)之內側及該第一陰極電觸媒層(3)之內側分別設一導電層(6)，才會產生較佳之結果，此外，還可以透過增加該第一直流電源供應單元(4)所輸出的電流值，而增加該氣泡的數量及粒徑，藉此來增加氣體產生效率，進而提升該船舶(B)的匿蹤能力、及有效降低海水阻力。
而且，上述各效果在實施時，不限於只設置該第一陽極電觸媒層(2)及陰極電觸媒層(3)，較佳更設置一第二陽極電觸媒層、一第二陰極電觸媒層，來將該船殼(11)區分成複數區塊，並分別電性連接一第二直流電源供應單元，此舉可降低各區塊之電觸媒層的總電阻，以降低電能的損耗。
考量到上述之效果所需電流密度(約2A/m2)以及材料價格之不同，所以本發明創作於實施時，較佳係根據效果不同，而將該船殼(11)分成不同區塊(C、D)來設置該電觸媒層，例如該區塊(C)係設置該第一陽極電觸媒層(2)，而該區塊(D)係設置該第一陰極電觸媒層(3)。而本發明也可實施為：該第一陽極電觸媒層(2)與陰極電觸媒層(3)係用於上述效果(一)，而該第二陽極電觸媒層與第二陰極電觸媒層係用於上述效果(二)或(三)，前者電觸媒層佔該船殼(11)整體面積要高於後者所佔的面積，其原因在於後者所需材料價格、及電流密度比起前者高於許多，基於成本考量，二者之間的比值較佳係介於
此外，前述的效果(一)中，也可以實施為：將該第一陽極電觸媒層(2)設於推進器與舵板周邊的船殼(11)。更可透過參考電極，精確的控制第一陽極電觸媒層(2)、第一陰極電觸媒層(3)的外加電壓與電流，以平衡推進器與舵板的腐蝕電位。
請再配合參閱第1圖、第四A圖及第四B圖所示，一般船舶(B)皆會設置多個海底門(B1)(seachest)，而各海底門(B1)分別包括一箱體(B11)、及一過濾單元(B12)，且該過濾單元(B12)設於該船殼(11)之開口，其中該過濾單元(B12)較佳為一過濾板。爰此，如第四B圖所示，本發明創作之效果(一)也可以實施為：於該第一陰極電觸媒層(3)設於該箱體(B11)之內側壁、或該第一陰極電觸媒層(3)設於一板體(B13)且該板體(B13)設於該箱體(B11)內，且該箱體(B11)內部設有一海水管(B111)及停止閥(B113)為船舶習知的冷卻海水入口，可另設一旁通管(B114)與船側海水形成連通，以確保該第一陰極電觸媒層(3)於電解時，該箱體(B11)內部的海水得以維持pH值。接著該第一陰極電觸媒層(3)所產生的氫氣與氫離子，可透過一抽氣管(B112)排放至該船舶(B)外，以減少該船殼(11)因氫氣與氫離子而脆化。
爰此，透過本發明之創作可電觸媒析氧氣與氫氣，使該船殼(11)外側覆蓋大量微氣泡，可減少航行阻力與噪音抑制之匿蹤能力以及電觸媒氧化防汙損等功能，且不需任何習知之防銹與防汙塗裝、以及犧牲陽極或強制電流陰極裝置，以降低船舶航行的摩擦阻力，同時不需任何防銹與防止海生物附著之塗裝，兼具節能與環保的新穎發明。
綜上所述，本發明創作確實符合產業利用性，且未於申請前見於刊物或公開使用，亦未為公眾所知悉，且具有非顯而易知性，符合可專利之要件，爰依法提出專利申請。
惟上述所陳，為本發明創作在產業上一較佳實施例，舉凡依本發明創作申請專利範圍所作之均等變化，皆屬本案訴求標的之範疇。
(E~H)．．．局部放大圖指標
(11)．．．船殼
(4)．．．第一直流電源供應單元
(51)．．．電氣絕緣填料
(WL)．．．水線
Claims (10)
- 一種具電觸媒析氣與防海生物汙損之載具浸水部表面構造，包括：
一第一陽極電觸媒層及一第一陰極電觸媒層：分別相間隔設於載具浸水部表面；
一第一直流電源供應單元：分別電性連接該第一陽極電觸媒層及該第一陰極電觸媒層，該第一陽極電觸媒層、該第一陰極電觸媒層、及該第一直流電源供應單元可供與水共同形成一導電路徑而觸媒電解水。 - 如申請專利範圍第1項所述具電觸媒析氣與防海生物汙損之載具浸水部表面構造，其中該載具浸水部係一位於水線以下之船殼。
- 如申請專利範圍第2項所述具電觸媒析氣與防海生物汙損之載具浸水部表面構造，其中沿該船殼表面分別設該第一陽極電觸媒層及該第一陰極電觸媒層。
- 如申請專利範圍第3項所述具電觸媒析氣與防海生物汙損之載具浸水部表面構造，其中該第一陽極電觸媒層佔該船殼表面的面積大於該第一陰極電觸媒層佔該船殼表面的面積。
- 如申請專利範圍第2項所述具電觸媒析氣與防海生物汙損之載具浸水部表面構造，其中沿該船殼表面分別相間隔設該第一與第二陽極電觸媒層、及該第一與第二陰極電觸媒層；更設一第二直流電源供應單元分別電性連接該第二陽極電觸媒層、及該第二陰極電觸媒層。
- 如申請專利範圍第5項所述具電觸媒析氣與防海生物汙損之載具浸水部表面構造，其中該第二陽極電觸媒層與第二陰極電觸媒層共同佔該船殼總浸水面積小於該第一陽極陽極電觸媒層與第一陰極電觸媒層共同佔該船殼總浸水面積。
- 如申請專利範圍第1項所述具電觸媒析氣與防海生物汙損之載具浸水部表面構造，其中該第一直流電源供應單元電性連接一參考電極。
- 如申請專利範圍第2項所述具電觸媒析氣與防海生物汙損之載具浸水部表面構造，該船殼設有一開口與一海底門(seachest)之箱體相通，該第一陰極電觸媒層設於該箱體之內側壁、或該第一陰極電觸媒層設於一板體且該板體設於該箱體內。
- 如申請專利範圍第2項所述具電觸媒析氣與防海生物汙損之載具浸水部表面構造，其中該第一陽極電觸媒層與該船殼、及該第一陰極電觸媒層與該船殼之間分別設有一導電層。
- 如申請專利範圍第2項或第9項所述具電觸媒析氣與防海生物汙損之載具浸水部表面構造，其中該船殼分別與該第一陽極電觸媒層、及該第一陰極電觸媒層之間設有一絕緣層。
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