CN106660082A - 防生物结垢的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了防结垢照明系统(1),其经配置为通过经由光学介质(220)向结垢表面(1201)提供防结垢光(211)来防止或减少物体(1200)的所述结垢表面(1201)上的生物结垢,所述防结垢照明系统(1)包含:(a)照明模块(200),其包含(i)光源(210),其经配置为产生防结垢光(211),和(ii)所述光学介质(220),其经配置为接收至少一部分防结垢光(211),所述光学介质(220)包含发射表面(222),其经配置为提供至少一部分所述防结垢光(211);和(b)控制系统(300),其经配置为根据以下中的一种或多种来控制所述防结垢光(211)的强度:(i)与生物结垢风险相关的反馈信号和(ii)用于基于时间改变所述防结垢光(211)的强度的计时器。

Description

防生物结垢的系统 发明领域
[0001] 本发明涉及防结垢照明系统以及包含此类防结垢照明系统的物体,诸如用于特别 是水中的船或其它(可移动)结构。本发明还涉及使得(此类物体的)结垢表面防结垢的方 法。此外,本发明涉及向物体诸如船提供防结垢照明系统的方法。
[0002] 发明背景 防生物结垢方法是本领域众所周知的。US2013/0048877例如描述了用于使得受保护表 面防生物结垢的系统,其包含:紫外光源,经配置为产生紫外光;以及光学介质,其经设置为 靠近所述受保护表面并且耦合以接收所述紫外光,其中所述光学介质具有垂直于所述受保 护表面的厚度方向,其中所述光学介质与所述厚度方向正交的两个正交方向平行于所述受 保护表面,其中所述光学介质经配置为提供所述紫外光的传播路径,使得所述紫外光在与 所述厚度方向正交的两个正交方向中的至少一个方向上在所述光学介质内行进,并且使得 在沿着光学介质的表面的点,紫外光的各个部分逸出光学介质。
[0003] JPH11278374描述了在码头设施中,当码头内壁面和船体外面在大气/浸没环境中 时静态地起作用以防止污染的污染防止装置布置在码头内壁面附近。污染防止装置提供有 布置在码头内壁面上的光催化剂反应体和产生紫外线或可见光线的光产生装置。为了防止 码头内壁在大气环境下被污染,将其用自然光诸如太阳光或来自光发生装置的紫外光照 射。然后,在由光催化剂反应体携带的光催化剂部分和作为附着至码头内壁面的污染物的 有机体中产生光催化反应,并且分解光催化剂反应体并进行纯化。
[0004] US5308505描述了通过用紫外线照射水并调节紫外线的强度以便杀死藤壶幼虫以 防止它们附着至水下表面来防止海洋生物对水下表面的生物结垢。使水通过杀生物处理 室,所述杀菌处理室具有以至少4000 mu watts/cm2的强度和在杀菌室上提供至少一分钟 的停留时间的速率的紫外线光源。
[0005] 发明概述 生物结垢或生物学结垢(本文也称为"结垢")是微生物、植物、藻类和/或动物在表面上 的累积。生物结垢生物体之中的多样性高度不同并且延伸至远远超出藤壶和海藻的附着。 根据一些估计,包含超过4000种生物体的超过1700种物种是生物结垢的原因。生物结垢被 划分成包括生物膜形成和细菌粘附的微结垢,以及较大生物体的附着的宏观结垢。由于决 定是什么防止生物体沉降的不同的化学和生物学,这些生物体还被分类为硬或软结垢类 型。含钙(硬)结垢生物体包括藤壶、皮壳状苔藓虫、软体动物、多毛纲动物和其它管虫以及 斑马贝。非含钙(软)结垢生物体的实例是海藻、水螅虫、藻类和生物膜"粘液"。这些生物体 一起形成结垢群落。
[0006] 在几种情形下,生物结垢产生大量问题。机器停止工作,进水口堵塞,并且船的船 体遭受增加的拖拽。因此,防结垢(即去除或防止结垢形成的过程)的话题是众所周知的。在 工业过程中,生物分散剂可以用于控制生物结垢。在不太受控的环境中,利用使用杀生物剂 的涂层、热处理或能量脉冲来杀死或驱逐生物体。防止生物体附着的无毒机械策略包括选 择具有光滑表面的材料或涂层,或者产生类似于鲨鱼和海豚皮肤的纳米尺度表面拓扑(其 仅提供较差锚定点)。
[0007] 船的船体上的生物结垢引起拖拽的严重增加和因此增加的燃料消耗。估计燃料消 耗的高达40%的增加可以归因于生物结垢。由于大型油轮或集装箱运输船在燃料方面每天 可以消耗高达€200.000,所以用防生物结垢的有效方法的大量节约是可能的。
[0008] 在此呈现了基于光学方法的方法,其特别地使用紫外光(UV)。看起来用"充足"UV 光来杀死大多数微生物、使其无活性或者不能繁殖。该效果主要由UV光的总剂量来掌控。杀 死90%的特定微生物的典型剂量是每平方米IOmW-小时,详情包含在关于UV光的以下段落以 及相关附图中。然而,现有技术系统在其使用中可能是低效的,并且在水中浪费大量辐射而 不去除生物结垢。
[0009] 因此,本发明的一个方面是提供替代的防结垢照明系统和/或船,或包含此类防结 垢照明系统和/或(可移动)结构的其它物体,或包含此类防结垢照明系统的用于水中使用 的其它物体和/或使得(此类船或结构或其它物体等)的元件防结垢的替代方法,其优选地 进一步至少部分地消除上述缺点中的一个或多个。
[0010] 在第一个方面,本发明提供反馈系统。所述照明系统可以例如包括传感器,其监测 与生物结垢的发生相关的参数,由此允许系统基于这些参数调节到光源诸如LED的功率。降 低功率的主要优点是双重的:减少系统的能量消耗,和增加系统的寿命。此外,看起来(也参 见下文),可以以更有效的方式去除结垢。看起来影响生物结垢(生长速度)的参数是以下中 的一种或多种: -船的速度。高于某些速度,可以实质上减少生物结垢; -水温:水越冷,活性生物结垢将越少。低于某些温度,生物结垢是可忽略的; -船的"深度":空船将在水中高得多。这具有两种效果:船体的某些部分现在高于水 线,并且不会同样多遭受结垢。这里可以更频繁地关闭光源诸如LED。其它部分仍然低于水 线,尽管更接近于水面;这里阳光强度较高,促进生物结垢。为了解决这一点,功率应当增加 仅仅低于水线("液位"或"水位"); -水的"生物活性"。显然,在没有任何生物结垢生物体的水中,完全不需要光源功率, 诸如LED功率。在具有非常低浓度的藻类、barnicles等的水中,较低剂量的UV光将足以防止 生物结垢。监测这些生物条件将使得功率输出降低。
[0011] 此类参数指示生物结垢风险,并且可以通过一个或多个传感器来鉴别。此类传感 器可以提供与生物结垢风险相关的对应信号。因此,反馈信号因此可与生物结垢风险相关。
[0012] 在可以任选地与前者组合的另一个方面,本发明提供了脉冲功率操作。其中,提出 用于光源诸如LED的驱动方案。不是对方案的简单的"24/7",我们提出改变功率。原因是用 防生物结垢系统的24/7运行,通过产生"简单地"发送至船周围的水中的UV光浪费了大量能 量,而没有遇到微生物。这种能量浪费还意味着LED寿命的浪费。在这方面,旨在产生相对高 剂量的(短)爆发的UV。这将快速杀死靠近或附着至船体的所有微生物(或使之无害)。此后 预定时间量,将关闭LED。在该时间期间,藻类和其它生物体将累积在船体上。由于现在覆盖 整个船体,所以没有光可以"逃逸"至水中,而没有首先击中(杀死)一些微生物。
[0013] 因此,在第一个方面,本发明提供了防结垢照明系统("系统"),特别地配置用于通 过向结垢表面提供防结垢光而防止或减少物体的所述结垢表面上的生物结垢,所述物体在 使用期间至少暂时地暴露于水,所述防结垢照明系统包含照明模块,其包含(i)光源,其经 配置为产生所述防结垢光,特别是防止或减少所述结垢表面上的生物结垢;和控制系统,其 经配置为根据以下中的一种或多种来控制所述防结垢光的强度:(i)与生物结垢风险相关 的反馈信号,(ii)用于基于时间改变所述防结垢光的强度的计时器,和(iii)本文定义的其 它参数。
[0014] 因此,在另一个方面,本发明提供了防结垢照明系统("系统")(特别地配置用于通 过经由光学介质向结垢表面提供防结垢光("光")而防止或减少物体的所述结垢表面上的 (水相关的)生物结垢,所述物体在使用期间至少暂时地暴露于水(或另一种液体),防结垢 照明系统),其包含:(a)照明模块("模块"),其包含(i)光源,其经配置为产生防结垢光,和 (ii)所述光学介质("介质"),其经配置为接收至少一部分防结垢光,所述光学介质包含发 射表面,其经配置为提供至少一部分所述防结垢光,其中特别地所述防结垢光包含UV光;和 (b)控制系统,其经配置为根据以下中的一种或多种来控制所述防结垢光的强度:(i)与生 物结垢风险相关的反馈信号和(ii)用于基于时间改变所述防结垢光的强度的计时器。在一 个实施方案中,所述计时器可以周期性地改变防结垢光的强度。
[0015] 特别地,本发明还提供了防结垢照明系统的实施方案,其中所述照明模块包含(i) 光源,其经配置为产生防结垢光,和(ii)光学介质,其经配置为接收至少一部分防结垢光, 并且经配置为通过所述光学介质分布至少一部分防结垢光,所述光学介质包含(iia)第一 介质面,和(iib)发射表面,其经配置为以远离光学介质的第一介质面的方向发射至少一部 分分布的防结垢光。此类发射表面可以是结垢表面和/或防结垢光(也)可以用于照射(其 它)结垢表面。
[0016] 在一个具体实施方案中,本发明提供了防结垢照明系统,其包含:(a)元件,诸如来 自物体,所述元件包含第一元件表面(和第二面),所述第一元件表面特别地包含至少0.4 m2的面积;(b)照明模块,其包含(i)光源,其经配置为产生防结垢光,和(i i)光学介质,其经 配置为接收至少一部分防结垢光,并且经配置为通过所述光学介质分布至少一部分防结垢 光,所述光学介质包含(iia)第一介质面,特别是具有至少0.4 m2的面积,其中第一介质面 指向所述元件的第一元件表面,和(iib)发射表面,其经配置为以远离光学介质的第一介质 面的方向发射至少一部分分布的防结垢光,其中所述照明模块的至少一部分经配置为用发 射表面密封所述第一元件表面的至少一部分,所述发射表面经配置成比第一介质面更远离 第一元件表面;和(c)控制系统,其经配置为根据反馈信号(与生物结垢风险相关)和计时器 中的一种或多种来控制防结垢光的强度。特别地,所述光学介质包含波导和光纤中的一种 或多种。
[0017] 此类系统允许较低功率操作,这也带来LED系统的较长寿命的益处。此外,此类系 统允许有效得多地去除生物结垢或防止生物结垢。例如,可以仅在可以形成生物结垢的条 件下打开光源。或者,可以仅在例如其中形成生物结垢的膜的特定时间之后打开光源,然后 可以用光有效地去除生物结垢的膜。因此,所述系统允许更高的能量效率和/或更好的防止 和/或更有效的去除。本文中,术语"结垢"或"生物结垢"或"生物学结垢"可互换使用。以上, 提供了结垢的一些实例。可以应用所述方法(参见下文)和照明系统以防止船体上的结垢, 但它们适用于所有海洋物体,包括静止(管道、海洋站等)和/或移动海洋物体(潜水艇等)。 公开的防结垢溶液还可以应用于水道、运河或湖泊中操作的物体以及例如还有水族箱等。
[0018] 在又一个实施方案中,所述防结垢照明系统包含集成单元,所述集成单元包含(i) 照明模块和(a)控制系统、计时器和传感器中的一种或多种,其中所述控制系统经配置为根 据以下中的一种或多种来控制所述防结垢光的强度:(i)来自传感器的与生物结垢风险相 关的反馈信号和(ii)用于基于时间改变所述防结垢光的强度的计时器,且所述集成单元任 选地还包含其它元件,如电能源。此外,所述防结垢照明系统可以包括经配置为向光源(和 其它电气组件)提供电能的能量系统。下面描述能量系统可以使用的能量源。此类单元可以 方便地附接至物体的现有表面,以防止或减少结垢。特别地,所述集成单元是封闭单元,包 括发射表面。所述集成单元可以例如包含(硅树脂)箱或(硅树脂)瓦片,其可以应用于物体 (的元件)的表面。所有或者甚至所有元件的至少一部分可以嵌入其中。因此,在一个实施方 案中,所述光学介质包含箱。
[0019] 在又一个方面,本发明还提供了物体(诸如例如选自水中的船和(可移动)结构,其 在使用期间至少暂时地暴露于水),所述物体包含在使用期间至少暂时地与水接触的结垢 表面,所述物体进一步包含如本文所定义的照明模块和控制系统,其中所述照明模块经配 置为用防结垢光照射所述结垢表面的至少一部分。特别地,所述物体可以进一步包含如本 文所述的防结垢照明系统。
[0020] 所述结垢表面可以是物体(的元件)的表面的一部分和/或可以是照明系统的发射 表面(特别是当被照明系统包含时光学介质的发射表面;也参见下文)。因此,在实施方案 中,所述物体选自船、堰、坝、鱼塘(Stew)、闸、养鱼海水箱和浮标等。
[0021] 在又一个实施方案中,本发明提供了船(作为物体),所述船含有包含元件的船体, 所述元件包含第一元件表面,其中所述照明模块包含(i)光源,其经配置为产生防结垢光, 和(i i)光学介质,其经配置为接收至少一部分防结垢光,并且经配置为通过所述光学介质 分布至少一部分防结垢光,所述光学介质包含(iia)第一介质面,其指向所述元件的第一元 件表面,和(i ib)发射表面,其经配置为以远离光学介质的第一介质面的方向发射至少一部 分分布的防结垢光,其中所述照明模块的至少一部分经配置为用发射表面密封所述第一元 件表面的至少一部分,所述发射表面经配置成比第一介质面更远离第一元件表面,其中特 别地,所述结垢表面包含所述发射表面和/或待保护的另一表面。因此,在另一个实施方案 中,本发明提供了包含船体的船,所述船体含有包含第一元件表面(和第二面)的元件,所述 第一元件表面在一个实施方案中包含至少0.4 m2的面积,所述船进一步包含如本文所定义 的照明模块和控制系统。如上所示,任选地,照明模块或者特别是光学介质可以密封第一元 件表面的至少一部分。术语"密封"和类似术语可以特别地表明密封的部分(基本上)不能接 近液体,诸如水,特别是海水。
[0022] 术语"元件"可以例如在一个实施方案中是指船体的板,诸如钢板。然而,术语"元 件"也可以是指整个船体。术语"元件"特别地是指船体在水侧的部分,特别是在船实施方案 的情况下。待保护的物体(的元件)的表面可以包含钢,但也可以任选地包含另一种材料,诸 如例如选自木材、聚酯、复合材料、错、橡胶、hypa I on、PVC、玻璃纤维等。
[0023] 在又一个方面,本发明还提供包含可移动部件的可移动结构,所述可移动部件含 有包含第一表面(和第二面)的元件,所述第一表面在一个实施方案中包含至少〇. 4 m2的面 积,所述船进一步包含如本文所定义的照明模块和控制系统。所述可移动结构可以例如是 堰、坝、水闸等,其可以具有可移动部件,诸如门或阀等。因此,特别地,所述可移动结构是水 中可移动结构。所述可移动部件可以包含元件,如板,诸如钢板。再次,术语"元件"也可以是 指整个可移动部件。
[0024] 因此,在一个具体实施方案中,本发明还提供了防结垢照明系统的实施方案,其中 所述元件是船的船体的部分或水中可移动结构的可移动部件的部分,其中所述元件的第一 元件表面特别地具有至少4 m2的面积,其中所述防结垢照明系统包含与所述第一元件表面 相关联的多个照明模块,其中所述防结垢照明系统包含一个或多个控制系统,其经配置为 根据反馈信号和计时器中的一种或多种来控制多个照明模块的防结垢光的强度。
[0025] 所述元件包含第一元件表面((和第二面)和第一元件表面),特别地包含至少0.4 m2的面积(或"表面积")。所述第二面可以例如是船的船体的内表面。所述第一元件表面通 常将与液体诸如水接触(然而也参见下文)。所述元件通常将具有至少〇. 4 m2的表面积,尽 管其可以更大得多,诸如至少4 m2,如至少400 m2,或者甚至超过1000 m2。此外,术语元件也 可以是指多个元件。例如,船的船体可以包括多个(金属)板。假设(金属)板作为元件,所述 表面积可以在0.4 _40 m2,如2_10 m2的范围内。
[0026] 在此类表面上,当元件在水中,或者在水附近,诸如(刚好)在水位以上(如由于溅 水,诸如例如由于冲击波)时,可以发生生物结垢。在热带地区之间,生物结垢可以在数小时 内发生。甚至在中等温度下,第一结垢(阶段)将在数小时内发生;作为糖和细菌的第一(分 子)水平。在实施方案中,用本发明,照明模块的至少一部分,诸如光学介质的至少一部分, 或甚至整个光学介质,可以密封所述元件的第一元件表面的一部分(使得该部分不可接近 于水,诸如海水)。因此,在实施方案中,所述照明模块可以与第一元件表面相关联。然而,这 将生物结垢问题转化为照明模块的表面。其上可以产生结垢的表面或区域在本文中表示为 结垢表面。它可以例如是船的船体和/或光学介质的发射表面(也参见下文)。为此,所述照 明模块提供防结垢光,所述防结垢光被应用以防止生物结垢的形成和/或去除生物结垢。该 防结垢光可以至少包含UV辐射(也表示为"UV光")。事实上,所述发射表面现在提供了所述 元件的外表面的一部分,诸如船体。
[0027] 在又一个方面,本发明提供了照明模块,其包含(i)光源,其经配置为产生防结垢 光,和(i i)光学介质,其经配置为接收至少一部分防结垢光,并且经配置为通过所述光学介 质分布至少一部分防结垢光,所述光学介质包含(iia)第一介质面,特别地具有至少0.4 m2 的面积,和(iib)发射表面,其经配置为以远离光学介质的第一介质面的方向发射至少一部 分分布的防结垢光。
[0028] 特别地,本发明提供了如本文所定义的防结垢照明系统的实施方案,其中所述控 制系统经配置为根据(a)计时器和(b)传感器的反馈中的一种或多种或根据传感器的反馈 来控制防结垢光的强度,其中所述传感器经配置为传感以下中的一种或多种:(i)包含所述 照明模块的船的速度、(ii)(在结垢表面的一侧)水流的相对速度、(iii)(在结垢表面的一 侦D水的水温、(iv)包含所述照明模块的船的负载、(V)发射表面相对于(在结垢表面的一 侦D水的水位的位置和(vi)(在结垢表面的一侧)在水中结垢生物体和结垢生物体营养物中 的一种或多种的存在。甚至更特别地,本发明提供了如本文所定义的防结垢照明系统的实 施方案,所述防结垢照明系统包含:(a)照明模块,其包含(ai)光源,其经配置为产生防结垢 光,和(ai i)光学介质,其经配置为接收至少一部分防结垢光,并且经配置为通过所述光学 介质分布至少一部分防结垢光,所述光学介质包含(aiia)第一介质面,特别地具有至少0.4 m2的面积,和(aiib)发射表面,其经配置为以远离光学介质的第一介质面的方向发射至少 一部分分布的防结垢光。(b)传感器;和(c)控制系统,其经配置为根据反馈信号和计时器中 的一种或多种来控制防结垢光的强度,其中所述控制系统经配置为根据传感器的反馈来控 制防结垢光的强度,其中所述传感器经配置为传感以下中的一种或多种:(i)包含所述照明 模块的船的速度、(ii)(在结垢表面的一侧)水流的相对速度、(iii)所述光学介质(在结垢 表面的一侧)水的水温、(iv)包含所述照明模块的船的负载、(V)结垢表面相对于(在结垢表 面的一侧)水的水位的位置、(vi)(在结垢表面的一侧)在水中结垢生物体和结垢生物体营 养物中的一种或多种的存在;且其中在一个具体实施方案中所述防结垢光包含UV-C光。替 代地或另外地,所述控制系统可以经配置为根据(邻近于结垢表面的)水的UV (C)发射来控 制防结垢光的强度。
[0029] 紫外(UV)是由可见光谱的波长下限和X射线辐射带定界的电磁光的部分。UV光的 光谱范围按照定义在约IOOnm和400nm(lnm=l(T 9m)之间并且是人眼不可见的。使用CIE分类 法,将UV光谱细分成三个带:315nm至400nm的UVA (长波);280nm至315nm的UVB (中波);和 IOOnm至280nm的UVC (短波)。
[0030] 在现实中,许多光生物学家通常将由UV暴露导致的皮肤效应说成是320nm以上和 以下波长的加权效应,因此提供可替换的定义。
[0031] 强杀菌效果由短波UVC带中的光提供。此外,红斑(皮肤变红)和结膜炎(眼睛粘膜 的炎症)也可以由这种形式的光引起。因此,当使用杀菌UV光灯时,设计系统以排除UVC泄漏 并且因此避免这些效果是重要的。在浸没的光源的情况下,水对UV光的吸收可能足够强使 得UVC泄漏在液体表面上方对人类不构成问题。此外,特别地,所述防结垢光包含UV-A和υνί: 光中的一种或多种。因此,在一个实施方案中 ,所述防结垢光包含 UV-C 光。 UV-A 可用于损害 细胞壁,而UV-C可用于损害DNA。
[0032] 不言而喻地,人们应当避免暴露于UVC。幸运的是,这相对简单,因为其被大多数产 品吸收,并且甚至标准平板玻璃吸收基本上所有UVC。例外是例如石英和PTFE (聚四氟乙 烯)。再次幸运的是,UVC大部分被死皮吸收,所以可以限制红斑。此外,UVC不穿透眼睛的晶 状体;然而,可发生结膜炎,并且虽然是暂时性的,但其极其疼痛;这对于红斑效应同样适 用。
[0033] 当发生向UVC光的暴露时,应当小心不超过阈值水平基准。在实践方面,表1给出针 对涉及时间的人类暴露的美国政府工业卫生学家会议(American Congress of Governmental and Industrial Hygienist, ACGIH)UV阈值限制有效福照度值。此时值得 指出的是,240nm以下的辐射波长从空气中的氧形成臭氧03。臭氧是有毒的并且是高度反应 性的;因此必须采取预防措施以避免暴露给人类和某些材料。
[0034] 表1:根据ACGIH的针对人类的可容许UVC暴露
[0035] 以上所列举的杀菌剂量还可以容易地用现有低成本、较低功率UV LED实现。LED通 常可以包括在相对较小的包装中并且消耗比其它类型光源更少的功率。LED可以制造成发 射各种期望波长的(UV)光并且可以高度控制其操作参数,最明显的是输出功率。因此,特别 地,光源是在操作期间发射(光源光)至少选自UV波长范围、特别是至少UV-C的波长的光的 光源。在一个具体实施方案中,所述光源包含固态LED光源(诸如LED或激光二极管)。术语 "光源"还可以涉及多个光源,例如2-20个(固态)LED光源,尽管也可以应用更多光源。因此, 术语LED也可以是指多个LED。LED可以是OLED或固态LED,或这些LED的组合。特别地,所述光 源包含固态LED。
[0036] 作为本公开基础的基本想法是用发射杀菌光("防结垢光")(特别是UV光)的层覆 盖大量待保持洁净以防结垢的受保护表面,优选地为整个受保护表面,例如船的船体。
[0037] 在又一个实施方案中,所述防结垢光可以经由光纤或波导提供给待保护的表面。 因此,在一个实施方案中,所述防结垢照明系统包含光学介质,其中所述光学介质包含经配 置为向结垢表面提供所述防结垢光的波导和光纤中的一种或多种。防结垢光从其逸出的光 纤或波导的表面在这里也表示为发射表面。通常,可以至少暂时地浸没光纤或波导的该部 分。由于防结垢光从发射表面逸出,可以照射在使用期间至少暂时地暴露于液体(诸如海 7JO的物体的元件,由此防结垢。然而,发射表面本身也可以被防结垢。该效果用于包含下述 光学介质的照明模块的实施方案中。
[0038] 用于受保护表面的防结垢的照明模块包含用于产生防结垢光的至少一个光源以 及任选地用于分布来自光源的防结垢光的光学介质。至少一个光源和/或光学介质可以至 少部分地布置在受保护表面中、受保护表面上和/或靠近受保护表面以便以远离受保护表 面的方向发射防结垢光。照明模块经调整为优选地在受保护表面至少部分地浸没于液体环 境中的同时发射防结垢光。在一个实施方案中,所述光学介质是光导,其包含硅树脂材料 和/或UV级硅石材料。
[0039] 用于受保护表面的防结垢的照明模块还可以提供为用于施加至受保护表面的(硅 树脂)箱,所述箱包含用于产生防结垢光的至少一个光源,以及用于跨所述箱分布防结垢光 的片状光学介质。在实施方案中,所述箱具有在几毫米至几厘米(诸如0.1-5 cm,如0.2-2 cm)的数量级中的厚度。在实施方案中,所述箱以垂直于厚度方向的任何方向基本上不受限 以便提供具有在数十至数百平方米的数量级的尺寸的基本上大箱。所述箱可以以垂直于箱 的厚度方向的两个正交方向尺寸大幅受限,以便提供防结垢瓦片;在另一个实施方案中,所 述箱仅以垂直于箱的厚度方向的一个方向尺寸大幅受限,以便提供防结垢箱的细长条。因 此,所述光学介质,和甚至还有照明模块,可以提供为瓦片或条。所述瓦片或条可以包含(硅 树脂)箱。
[0040] 无论布置在受保护表面中、受保护表面上和/或靠近受保护表面或者是否提供为 分离的箱,照明模块都包含用于从光学介质向环境中发射防结垢光的发射表面以及用于将 照明模块施加或布置至受保护表面的与发射表面相对的应用表面。在一个优选实施方案 中,光模块的发射表面是基本上平面的以便避免可成为结垢种子的凹陷和凹痕并且以便避 免凸起来限制在施加至受保护表面时由结垢导致的拖拽量。基本上平面的表面相比于包含 凹痕和凸起或具有大表面粗糙度的表面的优点在于,对于微生物而言,相比于它们将会粘 附至粗糙表面或者粘附至包含在所述表面中的凹陷中,粘附至基本上平面表面将更加困 难,特别是在与液体环境中的拖拽效应组合的情况下。术语"基本上平面"发射表面在本文 中是指掩蔽或遮掩嵌入在照明模块中或附着至照明模块的布线连接和光源的厚度的表面。 术语"基本上平面"还可以是指掩蔽或遮掩受保护表面的一些构造不均匀性,从而甚至改进 液体环境中的受保护表面的拖拽性质。受保护表面的构造不均匀性的实例是焊缝、铆钉等。 术语"基本上平面"可以定量为导致小于25%、优选地小于10%的光模块的平均厚度的变化。 "基本上平面"因此不必要求机械表面抛光的表面粗糙度。
[0041] 在一个优选实施方案中,所述照明模块包含用于产生防结垢光的光源的二维网 格,并且所述光学介质经布置成跨光学介质分布来自光源的二维网格的防结垢光的至少部 分以便提供离开光模块的光发射表面的防结垢光的二维分布。光源的二维网格可以布置在 铁丝网结构、紧密堆积结构、行/列结构或任何其它合适的规则或不规则结构中。网格中的 相邻光源之间的物理距离可以跨网格固定,或者可以例如根据提供防结垢效果所要求的光 输出功率或者根据照明模块在受保护表面上的位置(例如在船体上的位置)而变化。提供光 源的二维网格的优点包括可以靠近待用防结垢光光照保护的区域产生防结垢光,以及其减 少光学介质或光导的损失,并且其增加光分布的均匀性。优选地,所述防结垢光通常跨发射 表面均匀分布;这减少或甚至防止其中否则可能发生结垢的光照不足的区域,而同时减少 或防止通过用比用于防结垢所需要的更多的光对其它区域过度光照所导致的能量浪费。在 一个实施方案中,所述光学介质包含所述网格。在又一个实施方案中,(娃树脂)箱可以包含 所述网格。
[0042] 在优选实施方案中,所述光源为UV LED。至少一个UV LED或UV LED的网格可以包 封在液密包封中。在实施方案中,至少一个UV LED或UV LED的网格可以嵌入在光学介质中。 多个UV LED可以组织在网格中并且以串联/并联铁丝网结构电气连接(如随后将解释)IED 和铁丝网连接可以包封在透光涂层中并且附着至光学介质或者直接嵌入在光学介质中。在 其它实施方案中,UV LED的网格可以包含在嵌入于树脂结构中的电子织物层中。在一些实 施方案中,UV LED是封装的LED,在这种情况下它们可以已经包括光学元件以跨广发射角 分布从LED封装发射的光。在其它实施方案中,UV LED可以是LED管芯,通常不包含光学元 件,但比封装的LED明显更薄。作为实例,LED管芯可以被拾取和放置于光学介质的表面上 (优选地为应用表面,但发射表面由于几乎将不干扰所述表面的光发射功能的组件的小尺 寸而也将适用),经由导电胶的印刷电气连线,并且最后LED管芯和布线可以包封有光学介 质的薄层/涂层或用于将照明模块施加至受保护表面的任何其它背层。嵌入的光源的各个 实施方案允许呈现的防结垢技术作为用于施加在船体上的箱而商品化。
[0043] 用于受保护表面的防结垢的系统可以包含如本文公开的用于布置在受保护表面 上以便在受保护表面的基本上整个区域上提供防结垢光的多个照明模块。
[0044] 相比于其它材料,硅树脂材料可以极少损失地提供针对UV光的光学透射。对于较 短波长光(例如具有300nm以下波长的UV光)情况尤其如此。硅树脂材料的特别有效组是或 者至少包含根据通用化学式CH 3 [Si (CH3) 20] nSi (CH3) 3的所谓的甲基硅树脂,其中作为有机 化学中的惯例,"η"指示任何合适的整数。至少相比于其它硅树脂材料,这种类型的硅树脂 材料碰巧展现具有极少损失的优异UV透射性质。此外,硅树脂材料是柔性和弹性的,使得它 们是稳健、耐用的且能够承受压缩诸如由于物体针对表面的撞击、碰撞等(例如船对码头的 撞击)导致的压缩。代替甲基,苯基或苯基和甲基也可以存在于硅树脂中。
[0045] 此外,可以适应船壳由于温度波动、波浪的重击、船在膨胀和起伏之上的弯曲等导 致的变形。此外,硅树脂材料可以施加和形成在以下表面结构之上:表面中或表面上的焊 缝、铆钉等。硅树脂材料还倾向于良好地粘附至金属和涂料,使得形成表面上的保护涂层。 视觉上透明的硅树脂材料使得能够读取被硅树脂材料覆盖的底层标记(例如喷涂符号)。此 外,它们通常是防水的并且可以减少摩擦和拖拽。一方面,硅树脂可以制成非常光滑以减少 生物结垢生物体至层的粘附并且减少针对流水的摩擦,而另一方面,材料可以精细结构化 以便模仿鲨鱼皮,其同样已知为减少以相对于周围水的充足速度时的水中摩擦。应当指出 的是,光学介质(特别地光导)的结构化表面可以导致针对全内反射的破坏条件并且由此导 致否则捕获在全内反射内且以全内反射传输的光从光导耦合输出。因此,可以可靠地定位 光的親合输出。
[0046] UV级硅石对UV光具有非常低的吸收并且因此非常良好地适合作为光学介质和光 导材料。相对大的物体可以通过一起使用UV级硅石的多个相对小片或部分和/或所谓的"熔 融硅石"来制作,同时还针对较大物体保持UV透射性质。嵌入在硅树脂材料中的硅石部分保 护硅石材料。在此类组合中,硅石部分可以提供另外的硅树脂材料光学介质中的UV透明散 射体以用于光通过光学介质的(重)分布和/或以用于促进光从光导的输出耦合。此外,硅石 颗粒和/或其它坚硬、UV半透明材料的颗粒可以加强硅树脂材料。特别地,可以使用片块 (flake)形状的硅石颗粒,而且以硅树脂材料中的高达50%,70%或甚至更高百分比的高密度 的硅石可以提供可抵挡冲击的坚固层。考虑到至少部分的光学介质或光导可以提供有空间 变化的密度的UV级硅石颗粒,特别是片块,其至少部分地嵌入在硅树脂材料中,例如以使光 学和/或结构性质变化。此处,"片块"表示具有三个笛卡尔方向上的尺寸的物体,其中三个 尺寸中的两个可以相互不同,然而,每一个都比第三尺寸明显更大,例如是第三尺寸的10、 20倍或明显更大,例如是第三尺寸的100倍。
[0047] 在实施方案中,在靠近用于从光学介质发射防结垢光的发射表面的光学介质的部 分中,娃树脂材料中的UV级娃石颗粒的密度可以从在光学介质内朝向光学介质的发射表面 增加,使得在发射表面处或靠近发射表面提供相对高密度的硅石颗粒。尽管可以使用或多 或少球形和/或随机形状的颗粒,但例如具有低至几微米的典型尺寸的亚毫米长度尺度的 硅石片块可以布置成如此靠近在一起使得在非常局部的力的冲击(诸如来自尖角物体的点 冲击和/或来自钝物体的局部化冲击,包括刮擦、撕扯等)之下,片块可以具有在它们可以略 微重布置自身的柔性硅树脂中的一些(如果仅极少的话)移动自由,从而耗散冲击能量并且 作为整体减少对光导的破坏。因此,可以到达导致既稳健又稍微可变形的层的性质平衡,进 而还提供期望的光学质量。在一个实施方案中,光学介质中的硅树脂材料的比例从光学介 质的一侧到相对侧而从约100%(即基本上纯硅树脂材料)逐渐变化至约5%以下(大部分为硅 石)。
[0048] 应当指出的是,可以使用除硅石之外的其它材料的颗粒,特别是片块形状的颗粒, 例如玻璃或云母。此类其它材料也可以充当用于防结垢光的散射体。还可以提供不同材料 的颗粒的混合物,其可以包含半透明、不透明和/或具有光学活性的颗粒的混合物。此类混 合物的组成可以跨光导而变化,例如以调节光导针对防结垢光的透射率,特别是如果在一 些部分中使用相对大量的较差透射颗粒的话。
[0049] 为了制造光学介质,可以形成一系列硅树脂材料层,每一个可能具有关于硅石颗 粒的量和/或密度的不同组成。所述层可以非常薄并且至少一些可以用湿叠湿技术来应用, 即向应当硬化成期望层的液体或胶状形式的层提供硅树脂材料,但其中后续层在较早层已 经完全硬化之前施加至较早层。因此,促进各层之间的良好粘附并且在最终产品中,不同层 可能几乎不是不可区分的并且可以实现组成的逐渐改变。不同层可以通过喷涂层材料适当 地形成和/或应用。可以用良好的质量控制将层状材料形成为任何合适的厚度。注意,构成 照明模块表面的大部分的光学介质可以以任何合适的方式(包括胶合)附着至受保护表面。 硅树脂材料倾向于展现对陶瓷、玻璃和金属材料的强粘附,并且因此喷涂或涂抹硅树脂材 料是形成光学介质并且将其附着至基材的非常合适的方式。喷涂和/或涂抹的光学介质还 可以容易地制作为不同的期望形状,例如沿水线、具体标记和/或表面形状。分层技术还可 以促进对硅树脂材料中的颗粒进行取向,例如通常平行于层和涂覆有层的表面的膨胀方向 布置片块。
[0050] 在照明模块的另一方面,所述光学介质包含空间,例如填充有气体和/或清透液体 (例如水)的通道,用于借此引导光,并且相关联的方法包括在光学介质中通过此类空间分 布至少部分光。发现通过气态物质(特别地空气)对UV光的光学透射通常明显优于光通过固 体材料的透射,所述固体材料即使一些被发现是半透明或透明的也可展现高达每毫米几个 百分数的吸收损失。清透液体提供极少散射,可以良好地输运UV光并且相比于用气体填充 空间还可以提供光学介质中的腔体的结构稳健性。已经发现水(最明显地是新鲜水)具有相 对高且合适的UV透射率。如果使用蒸馏水、去离子水和/或以其它方式纯化的水,则也可以 和/或进一步减少污染和/或UV吸收。因此,通过气体和/或液体填充的空间透射光被视为特 别有益的。为了跨受保护表面光分布,气体和/或液体填充的空间应当优选地良好定义并且 通道可以提供在光学介质中。最终撞击通道壁的光可以进入光学介质并且以从受保护表面 的方向从光学介质发射并进入液体环境中以提供防结垢光。自身对于防结垢光良好透明的 其中定义空气通道的光学介质进一步确保如果光学介质将泄漏并且液体介质进入光学介 质,则产生的防结垢光将仍旧通过光学介质适当地透射。通道可以包含变化的直径。可以通 过定义和包封比相应壁部分的尺寸和/或厚度大(得多)的分离体积的壁部分来提供局部化 的通道部分或袋状物,例如类似于在品牌名称"Bubble Wrap"下销售的包装产品。
[0051] 在一个特定实施方案中,此类含气体光学介质包含定义气体和/或液体填充通道 和/或其它空间的硅树脂材料;硅树脂材料可以良好地成形以定义复杂的结构。在上文中已 经陈述具有或没有附加物体诸如硅石颗粒的硅树脂材料的另外优点。
[0052] 在一个实施方案中,通过用硅树脂材料的壁部分和/或支柱形成以期望的距离保 持分离的硅树脂材料的两个相对层来提供通道和/或其它空间,从而产生距离,例如各层之 间的气隙。此类壁部分和/或支柱可以充当散射中心以用于通过光学介质(中的通道)(重) 分布光和/或用于将光从气体和/或液体填充的空间引导至硅树脂材料中。这促进局部化光 从光学介质至其中防结垢光付诸使用的液体环境中的发射。
[0053] 由一个或多个光源发射的防结垢光的至少部分可以以具有基本上平行于受保护 表面或者在光模块被提供为箱时基本上平行于箱的应用表面的分量的方向扩散。这促进沿 受保护表面或箱的应用表面在大距离之上分布光,这有助于获得防结垢光的合适强度分 布。
[0054] 波长转换材料可以包含在光学介质中,并且可以通过用具有引起波长转换材料以 另一波长发射防结垢光的第一波长的光,来光激发波长转换材料,而产生防结垢光的至少 部分。波长转换材料可以提供为上转换磷光体、量子点、非线性介质诸如一个或多个光子晶 体纤维等。由于针对具有与UV光不同、大多数更长的波长的光的光学介质中的吸收和/或散 射损失倾向于在光学介质中不太明显,所以可以更加能量高效地产生非UV光并且通过光学 介质透射它并且在其期望的使用位置处或附近产生UV防结垢光(即从表面到液体环境中的 发射)。合适的防结垢光在约220nm至约420nm的UV或任选地还有蓝光的波长范围中,特别地 在短于约300nm、例如约240nm至约280nm的波长处。
[0055] 当应用波长转换材料时,短语"经配置为产生防结垢光的光源"可以被解释为用于 与波长转换材料结合产生防结垢光的光源。光源自身,或波长转换材料(在将光源光转换为 波长转换材料光后),或两者,提供所述防结垢光。
[0056] 在实施方案中,所述光学介质包含布置在用于产生防结垢光的至少一个光源前方 的光扩散体以用于将至少一个光源所发射的防结垢光的至少部分扩散在具有基本上平行 于受保护表面的分量的方向上。光扩散体的实例可以是布置在光学介质中并且与至少一个 光源相对定位的"相对"锥体,其中相对锥体具有以45°角垂直于受保护表面的表面区域以 用于在基本上平行于所述表面的方向上反射垂直于所述表面的光源所发射的光。在实施方 案中,所述光学介质包含布置在用于产生防结垢光的至少一个光源前方的光导,所述光导 具有用于耦合输入来自至少一个光源的防结垢光的光耦合输入表面和用于在远离受保护 表面的方向上耦合输出防结垢光的光耦合输出表面;所述光导包括具有比液体环境的折射 率更高的折射率的光导材料,使得防结垢光的至少部分在于输出耦合表面处输出耦合之前 在基本上平行于受保护表面的方向上经由全内反射通过光导传播。一些实施方案可以包含 组合光扩散体和光导的光学介质,或者将光扩散特征与光引导特征集成到光学介质中。在 实施方案中,将光扩散体和/或光导涂覆到受保护表面上。在其它实施方案中,以箱的形状 因子提供光扩散体和/或光导以用于施加至受保护表面上。
[0057] 用于防止结垢的系统的一个实施方案可以包含: -用于产生防结垢光的一系列UV LED; -用于跨受保护表面扩散来自LED点源的防结垢光的光扩散体;以及 -用于进一步引导/扩散可以跨表面扩散的防结垢光的光导,所述光导包含对UV光透 明的硅树脂材料的锡层,其具有或没有硅石颗粒或一个或多个硅石覆盖的部分。
[0058] 当用防结垢光发射光学介质覆盖基本上整个受保护表面时,大幅减少微生物在该 介质上的生长。由于在光学介质的发射表面上杀死微生物,所以通过沿船体的水流连续清 洗船体,所述水流将碎肩运送离开船并且微生物没有机会在船体上结垢。
[0059] 目前提供的解决方案的优点在于微生物在已经粘附于结垢表面上并且在其上扎 根之后未被杀死,如对于已知用药分散涂层的情况那样,但防止微生物在结垢表面上的扎 根。相比于去除具有大型微生物结构的现有结垢的光处理,更高效的是紧接在微生物接触 结垢表面之前或紧接在其之后有效杀死微生物。效果可以类似于通过使用微生物不能粘附 至的光滑的纳米表面产生的效果。
[0060] 因为在初始扎根阶段中杀死微生物所需的少量光能量,所以系统可以操作成跨大 表面连续提供防结垢光而没有极端功率要求。
[0061] 产生照明表面的LED的网格可以提供有能量收集构件,诸如例如嵌入的太阳能电 池、在水中操作的小型涡轮机、在压力波上操作的压电元件等。为此,所述照明系统也可以 包括用于向光源提供能量的能量系统和其它电气组件。
[0062] 目前提供的技术的一些优点包括洁净表面的保持、腐蚀处理的成本减少、用于船 的减少的燃料消耗、用于船体的减少的维护时间、减少的CO 2排放、减少环境中有毒物质的 使用等。基本上平面且光滑的光发射表面进一步具有自身不添加拖拽的优点并且甚至可以 通过在光学介质下方埋设受保护表面的现有不均匀性(凹陷、焊缝等)来进一步减少拖拽。
[0063] 物体(也参见下文)可以包含至少暂时地暴露于液体的一个或多个元件。此类元件 可以包括第一元件表面,其可以至少暂时地暴露于液体。此类元件还可以包含第二元件表 面,其可以指向物体的主体。
[0064] 替代硅树脂或除硅树脂以外,作为用于光学介质的材料,可以应用一种或多种材 料,其选自透射性有机材料,诸如选自PE (聚乙烯)、PP (聚丙稀)、PEN (聚乙烯萘)、PC (聚碳酸 酯)、聚甲基丙稀酸酯(PMA)、聚甲基丙稀酸甲酯(PMMA) (Plexiglas或Perspex)、乙酸丁酸 纤维素(CAB)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、(PETG)(二醇改性的聚对苯二 甲酸乙二醇酯)、PDMS(聚二甲基硅氧烧)和COC(环烯烃共聚物)。特别地,所述光学介质不是 刚性的。例如,所述光学介质可以应用于船的船体。然而,也可以通过将材料涂覆至船体并 由此形成光学介质而在船的船体上构建所述光学介质。
[0065] 所述光学介质经配置为接收光源的至少一部分防结垢光。因此,特别地,将所述光 源和所述光学介质辐射耦合。术语"辐射耦合"特别地意味着光源和光学介质彼此相关联, 使得所述光学介质接收由光源发射的至少一部分辐射。所述光学介质经配置为通过光学介 质分布防结垢光。这可能是由于所述光学介质特别地具有(波导的)光导性质的事实。任选 地,将光源嵌入光学介质中(也参见下文)。
[0066] 此外,所述光学介质还可以包括外耦合结构以耦合出防结垢光。因此,可通过全内 反射捕获于光学介质内的防结垢光可以由于经由外耦合结构导致的外耦合而逸出。这些外 耦合结构可以嵌入光学介质中和/或可以配置在光学介质的表面。特别地,外耦合结构,任 选地与在第一介质面的至少一部分处的反射器组合,经配置为促进以远离第一介质面(即, 在使用照明模块期间:远离元件的第一元件表面)的方向从发射面发射防结垢光。该光用于 在照明模块的发射表面处防止生物结垢和/或去除生物结垢。
[0067] 如上下文所示,所述照明模块可以基本上由光学介质组成。例如,所述控制系统和 电源中的一种或多种可以嵌入光学介质中。此外,由于单个LED可以通过光学介质的大面积 提供防结垢光,在一个实施方案中,所述照明模块的表面积可以由至少80%的光学介质组 成。所述光学介质可以用于密封所述元件。因此,第一介质面可以具有基本上等于第一元件 表面的表面积的表面积,尽管其当应用多个光学介质时也可以更小(也参见下文)。特别地, 第一介质面与第一元件表面物理接触。甚至更特别地,整个第一介质面与第一元件表面物 理接触。短语"其中发射表面经配置为比第一介质面更远离第一元件表面"表明光学介质的 第一介质面比发射表面更接近于所述元件的第一元件表面。以该方式,防结垢光可以以远 离所述元件的方向逸出。如上所示,在一些实施方案中,第一介质面的至少一部分或特别地 整个第一介质面可以与元件(的第一元件表面)物理接触。
[0068] 多于一个照明模块可以应用于单个元件。因此,术语"照明模块"也可以是指多个 照明模块。此外,单个照明系统可以包括多个光学介质。因此,术语"光学介质"也可以是指 多种光学介质。当然,所述防结垢照明系统还可以包括多个元件。因此,如上所示,术语"元 件"也可以是指多个照明元件。
[0069] 在一个实施方案中,所述照明模块包含所述控制系统和任选地还有电源。以该方 式,可以在元件的第一元件表面处提供系统,而无需包括通过经由元件的孔。这可以是有利 的,尤其考虑到所述元件的保护。此外,电源可以任选地包括局部能量收集系统,诸如从水、 特别是海水和/或光伏系统产生电能的系统。两者可以有利地布置于此类元件处,其中前者 尤其低于(期望的)水位,且后者尤其高于(期望的)水位。
[0070] 如上所示,所述控制系统经配置为根据反馈信号和计时器中的一种或多种来控制 防结垢光的强度。
[0071] 术语控制系统可以是指电子电路,诸如电路中的传感器,其在达到阈值水平之后 允许或诱导另一动作,诸如打开或关闭光,和/或可以是指控制单元,其可以包括(可编程) 软件。在一个实施方案中,所述控制系统包括(线性)反馈系统。因此,所述控制系统可以经 配置为控制照明模块(特别是其防结垢光)。术语"控制强度"可以是指防结垢光的开/关状 态,但可替代地或另外地,也可以是指防结垢光的高和低强度。其还可以是指在最大和最小 (诸如没有强度)之间的防结垢光的无级增大或减小的分级。
[0072] 所述计时器可以例如是触发照明模块在特定时间段期间提供光并在另一时段期 间关闭的系统。因此,在一个实施方案中,所述照明系统经配置为以脉冲方式提供防结垢 光,其中具有防结垢光的时段与没有防结垢光的时段交替。为此,例如,可以应用与计时器 组合的控制系统,以便以脉冲方式提供防结垢光。光脉冲可以包括方框(正方形)脉冲、三角 形脉冲、锯齿形脉冲、单极性窦样脉冲(如例如具有整流)等中的一种或多种。所述频率可以 范围为数秒至数小时,或甚至数天。任选地,脉冲光可以包括慢和快脉冲,例如3小时开和3 小时关,其中在打开时间期间,提供具有〇. 〇〇 1 -200 Hz、诸如0.01 -20 Hz范围内的频率的脉 冲光。通过使用脉冲光,特别是使用相对低频率诸如〈〇. OlHz的脉冲光,可以在暗时段中和 在打开时段期间形成生物结垢,可以有效地去除生物结垢。以该方式,可以浪费较少的光。 在一个实施方案中,每小时提供0.2-10分钟的防结垢光。在又一个实施方案中,每(自然) 天、即每24小时提供30-300分钟的防结垢光。打开时间和/或关闭时间可以是可变的,例如, 基于反馈信号。
[0073] 所述控制系统还可以包括传感器。术语"传感器"还可以是指多个传感器。用于防 结垢照明系统的典型实施方案可以特别地包括以下: -所述参数中的一种或多种的传感器(参见下文); -基于防止结垢的最小功率设置的参数值和知识(例如,预定义设置)来计算所需功率 量的软件; -调节有效输出功率的控制单元;作为整体,或例如船体或另一元件的每个部分。
[0074] 在一个具体实施方案中,所述控制系统经配置为根据传感器的反馈来控制防结垢 光的强度,其中所述传感器经配置为传感以下中的一种或多种:(i)包含所述照明模块的船 的速度、(ii)(在结垢表面的一侧)水流的相对速度、(iii)(在结垢表面的一侧)水的水温、 (iv)包含所述照明模块的船的负载、(V)结垢表面相对于(在结垢表面的一侧)水的水位的 位置和( Vi)(在结垢表面的一侧)在水中结垢生物体和结垢生物体营养物中的一种或多种 的存在。
[0075] 因此,在一个实施方案中,所述传感器经配置为传感包含所述照明模块的船的速 度。所述传感器可以经配置为通过测量船相对于水的速度来确定这一点,或者可以接收来 自船的控制中心的信号,所述信号含有关于速度的信息。因此,在一个具体实施方案中,所 述传感器经配置为传感(在结垢表面的一侧)水流的相对速度。例如,与逆流一起,船相对于 地表面的低速度可以仍然足够高足以防止生物结垢。在此类情况下,可以关闭生物结垢光。 然而,与共流一起,船相对于地表面的低速度可以仍然足够低足以允许生物结垢。在此类情 况下,可以打开生物结垢光。
[0076] 在另一个实施方案中,所述传感器经配置为传感所述光学介质的(在结垢表面的 一侧)水的水温。已知在南极(北极)水域中,生物结垢可以基本上为零,而在热带水域中,生 物结垢可以是非常快的。所述控制系统可以根据由传感器传感的温度来打开和关闭照明模 块。
[0077] 在又一个实施方案中,所述传感器经配置为传感包含所述照明模块的船的负载。 这可以是简单的测量,其中元件或照明模块中的传感器传感水是否在传感器的前面。如果 传感器被浸没,则可以由于控制系统和传感器之间的协作而打开照明模块。如果传感器未 被浸没,则可以关闭照明模块。因此,在一个具体实施方案中,所述传感器经配置为传感结 垢表面相对于(在结垢表面的一侧)水的水位的位置。然而,在另一个实施方案中,所述传感 器可以接收来自船的控制中心的信号,所述信号含有关于船的负载的信息。因此,所述传感 器可以经配置为直接或间接地传感包含所述照明模块的船的负载。
[0078] 在又一个实施方案中,所述传感器经配置为传感(在结垢表面的一侧)在水中结垢 生物体和结垢生物体营养物中的一种或多种的存在。当水平达到特定阈值时,则所述控制 系统可以打开防结垢光;当未达到阈值时,则所述控制系统可以关闭防结垢光。例如,此类 传感器可以经配置为传感细菌、糖和用于生物结垢产生物种的其它营养物中的一种或多 种。因此,术语"存在"还可以包括浓度。此类传感器可以例如包括⑶ 2传感器、(未溶解的)〇2 传感器、BOD传感器或另一类型的生物负载传感器等。此外,额外地或替代地,所述传感器可 以包括传感器,其经配置为传感在结垢表面(诸如在实施方案中发射表面)处的结垢生物体 的存在。此类传感器可以包括光学传感器,诸如经配置为测量辐射吸收、辐射反射、辐射传 输和辐射发射中的一种或多种的传感器。此处,术语"福射"特别是指UV辐射、可见光和IR辐 射中的一种或多种,特别是UV辐射和可见光中的一种或多种。
[0079] 上述传感器相对于船在水中的使用来描述。然而,所述传感器同样可以应用于其 它应用和/或其它液体中。此外,特别地关于开/关状态描述传感器。然而,任选地或额外地, 这可以涉及高强度和低强度防结垢光。此外,所述传感器每次被描述为具有单一功能。然 而,在实施方案中,单个传感器可以包括不同的传感器。此外,特别地,可以使用多个传感 器,其可以能够在不同位置传感相同特性和/或可以传感多种特性。
[0080] 所述防结垢照明系统可以包含多个光源。例如,所述照明模块可以包含多个光源。 替代地或额外地,所述防结垢照明系统可以包含多个照明模块。同样在该实施方案中,所述 防结垢照明系统可以包含多个光源。因此,所述防结垢照明系统或照明模块可以分别包含 两个或更多个子集,所述子集可以独立控制。
[0081] 如上所示,所述控制系统特别地经配置为根据以下中的一种或多种来控制所述防 结垢光的强度:(i)与生物结垢风险相关的反馈信号和(ii)用于基于时间改变所述防结垢 光的强度的计时器。然而,替代地或额外地,所述控制系统经配置为根据另一光源的防结垢 光的强度来控制第一光源的防结垢光的强度。因此,在一个实施方案中,所述防结垢照明系 统包含多个光源,且所述控制系统经配置为根据另一光源的防结垢光的强度来控制第一光 源的防结垢光的强度。在又一个实施方案中,所述照明模块包含多个光源,且所述控制系统 经配置为根据另一光源的防结垢光的强度来控制第一光源的防结垢光的强度。
[0082] 因此,在一个实施方案中,所述控制系统经配置为根据以下来控制所述防结垢光 的强度:(i)与生物结垢风险相关的反馈信号,和任选地(ii)用于基于时间改变所述防结垢 光的强度的计时器和(iii)本文定义的其它参数中的一种或多种。
[0083] 然而,在另一个实施方案中,所述控制系统经配置为根据以下中的一种或多种来 控制所述防结垢光的强度:(i)用于基于时间改变所述防结垢光的强度的计时器,和任选地 (ii)与生物结垢风险相关的反馈信号和(iii)本文定义的其它参数中的一种或多种。
[0084] 然而,在另一个实施方案中,所述控制系统经配置为根据除了(i)与生物结垢风险 相关的反馈信号和(ii)用于基于时间改变所述防结垢光的强度的计时器中的一种或多种 以外的本文所述的参数(然而,任选地组合(i)与生物结垢风险相关的反馈信号和(ii)用于 基于时间改变所述防结垢光的强度的计时器中的一种或多种)来控制所述防结垢光的强 度。因此,在一个实施方案中,如本文所定义的物体包含在所述物体的至少一部分高度(h) 上布置(以阵列形式)的多个照明模块,其中所述控制系统经配置为根据系统表面的一侧结 垢表面相对于水的水位的位置来控制防结垢光的强度。例如,可以提供船,其包含在船体的 至少一部分高度(h)上布置(以阵列形式)的多个照明模块,其中所述控制系统经配置为根 据第一元件表面和第一元件表面的一侧发射表面相对于水的水位中的一种或多种的位置 来控制防结垢光的强度。特别地,物体的高度被定义为使用中(例如,水中)的物体从液面以 下的最低点至物体的最高点的高度。此类物体的元件的高度用相对于垂直方向从最低点至 最高点定义的高度来定义。例如,船体的高度可以是从龙骨至例如栏杆的高度。有利地,可 以减少高于水位的不期望的防结垢光(并且可以减少光和能量的浪费),而低于水位可以提 供防结垢光。这也增强了(人类(和/或动物)安全性,因为期望例如人类尽可能低地暴露于 UV辐射。
[0085] 此外,包括传感器的上述实施方案不排除与计时器的组合。例如,与控制系统组合 的计时器可以减少夜间的防结垢光的强度,并且可以增加白天的强度。
[0086] 再次,如关于船描述的相同实施方案可以应用于在水中的可移动结构的此类应 用。
[0087] 在又一个方面,本发明提供了将使用期间至少暂时地暴露于水或另一种液体(可 以引起生物结垢)的物体的结垢表面防结垢的方法,所述方法包括:(a)提供如本文所定义 的照明模块;(b)根据以下中的一种或多种来生成防结垢光:(i)与生物结垢风险相关的反 馈信号和(ii)用于基于时间改变所述防结垢光的强度的计时器;和(c)向所述结垢表面提 供所述防结垢光。
[0088] 在一个具体实施方案中,本发明还提供了将(在使用期间)至少部分地浸没于液体 中的元件防结垢方法,其中所述元件包含第一元件表面(和第二面),所述第一元件表面尤 其包含至少0.4 m2的面积,所述方法包括:(a)提供照明模块,其包含(i)光源,其经配置为 产生防结垢光,和(i i)光学介质,其经配置为接收至少一部分防结垢光,并且经配置为通过 所述光学介质分布至少一部分防结垢光,所述光学介质包含(iia)第一介质面,特别是具有 至少0.4 m2的面积,所述光学介质的第一介质面指向所述元件的第一元件表面,和(iib)发 射表面,其经配置为以远离光学介质的第一介质面的方向发射至少一部分分布的防结垢 光,其中在一个具体实施方案中所述照明模块的至少一部分经配置为用发射表面密封所述 第一元件表面的至少一部分,所述发射表面经配置成比第一介质面更远离第一元件表面; 和(b)根据反馈信号和计时器中的一种或多种来产生防结垢光。在此类实施方案中,所述结 垢表面可以包含发射表面,例如,当所述光学介质密封所述第一元件表面时。任选地和额外 地,可以向待保护的另一个表面(不是发射表面)提供另外的防结垢光。
[0089] 短语"防结垢的方法"表明防止结垢和/或可以除去结垢。因此,所述方法可以是治 愈性的和/或预防性的。所述方法可以特别地进一步包含根据传感器的反馈(诸如尤其上面 定义的)来控制防结垢光的强度。例如,技术人员可以想象3小时关闭、5分钟打开方案(还参 见上面其它方案)。
[0090] 在又一个方面,本发明提供了向在使用期间至少暂时地暴露于水的物体提供防结 垢照明系统的方法,所述方法包括将如本文所定义的照明模块附接至物体(诸如其元件), 其中所述照明模块经配置为向所述物体和附接至所述物体的照明模块中的一种或多种的 结垢表面提供所述防结垢光。特别地,所述物体选自船、堰、坝、鱼塘(stew)、闸、养鱼海水箱 和浮标等。
[0091] 本领域技术人员将理解本文中的术语"基本上",诸如在"基本上所有光"或在"基 本上由...组成"中。术语"基本上"还可以包括具有"完全"、"完全地"、"全部"等的实施方 案。因此,在实施方案中,也可以除去形容词基本上。当适用时,术语"基本上"也可以涉及 90 %或更高,诸如95 %或更高,特别地99 %或更高,甚至更特别地99.5 %或更高,包括 100 %。术语"包含"还包括其中术语"包含"意指"由...组成"的实施方案。术语"和/或"特别 地涉及"和/或"之前和之后提到的一个或多个项目。例如,短语"项目1和/或项目2"和类似 短语可以涉及项目1和项目2中的一个或多个。术语"包含"在一个实施方案中可以是指 "由...组成",但在另一个实施方案也可以是指"包含至少定义的物质和任选地一种或多种 其它物质"。
[0092] 此外,说明书和权利要求书中的术语第一、第二、第三等用于区分类似元件,而不 一定用于描述依次或时间顺序。应当理解,如此使用的术语在适当情况下是可互换的,并且 本文所述的本发明的实施方案能够以除了本文所述或举例说明的其它顺序操作。
[0093] 本文的装置尤其在操作期间描述。如本领域技术人员将清楚,本发明不限于操作 的方法或操作中的装置。
[0094] 应当指出的是,上述实施方案举例说明而不是限制本发明,并且本领域技术人员 将能够设计许多替代实施方案而不脱离所附权利要求的范围。在权利要求中,置于括号之 间的任何参考标记不应被解释为限制权利要求。动词"包含"及其词形变化的使用不排除存 在除权利要求中所述的元件或步骤之外的元件或步骤。元件之前的冠词"一(a)"或"一 ( an)"不排除存在多个此类元件。本发明可以借助包含几个不同元件的硬件且借助适当编 程的计算机来实现。在列举几种方式的装置权利要求中,这些方式中的几种可以通过一个 且相同硬件项来实现。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的唯一事实并不表明不 能有利地使用这些措施的组合。
[0095] 本发明进一步适用于包含说明书中描述和/或附图中显示的表征特征中的一种或 多种的装置。本发明进一步涉及包含说明书中描述和/或附图中显示的表征特征中的一种 或多种的方法或过程。
[0096] 可以组合本专利中讨论的各个方面以提供额外的优点。此外,所述特征中的一些 可以形成一个或多个分案申请的基础。
[0097] 附图简述 现在将仅通过实例的方式参考附图来描述本发明的实施方案,其中相应的参考标记指 示相应的部件,并且其中: 图1是显示根据光波长的不同生物材料的杀菌作用谱的图; 图2是具有光导的光模块的示意性横截面视图; 图3显示包含再分布反射器和波长转换材料的实施方案; 图4a-c显示铁丝网网格的实施方案;且 图5a_5d示意性描绘如本文所述的照明系统的一些方面。
[0098] 附图不一定按比例。
[0099] 实施方案的详述 尽管已经在附图和前述描述中详细举例说明和描述了本公开,但此类举例说明和描述 应被视为说明性或示例性而非限制性的;本公开不限于公开的实施方案。
[0100] 图1是显示根据光波长的不同生物材料的杀菌作用谱的图,其中RE表明相对有效 性,其中曲线 1 表明如源自 IES Lighting Handbook, Application Volume, 1987,14-19 的杀菌作用;曲线2表明大肠杆菌光吸收(源自W. Harm, Biological Effects of ultraviolet radiation, Cambridge University Press, 1980),且曲线3表明DNA吸收 (也如源自IES手册)。
[0101] 图2显示作为基本实施方案的照明模块200的横截面,所述照明模块200包含包封 在液密光学介质220中以引导从光源210发射的光211的至少部分经由全内反射通过光学介 质的多个光源210(在此:侧发射的LED,其中所述光主要从LED的侧面发射,并且或多或少平 行于表面),所述光学介质进一步提供有光学结构7以散射光211并且引导光211离开光学介 质220朝向待用光靶向的物体1200 (生物结垢生物体)。光学介质220通常在两个维度上比在 第三维度上延伸得明显更远,使得提供二维状物体。散射光211的光学结构7可以在光学介 质材料的一个或多个部分中扩散,可能地遍及全部光学介质材料,其中在此类部分中,所述 分布可以是通常均匀或局部化的。具有不同结构性质的散射中心可以组合以提供除光学之 外还有的结构特性,诸如对磨损和/或冲击的抵抗力。合适的散射体包括不透明的物体,但 同样可以使用大部分半透明的物体,例如小气泡、玻璃和/或硅石;要求仅仅是针对所使用 的波长发生折射率中的改变。参考标记222指示发射表面。
[0102] 光引导和在表面之上扩散光的原理是众所周知的并且广泛应用在各种领域中。此 处,将该原理应用于用于防结垢目的的UV光。应当指出的是,使表面(例如船的船体)用UV自 点亮的想法是与依赖于光滑涂层、化学品、清洗、控制船速的软件等的当前并且良好建立的 防结垢解决方案显然不同的解决方案。
[0103] 全内反射是通过光学介质传输光的一种方式,所述光学介质然后通常被称为光 导。为了维持针对全内反射的条件,光导的折射率应当高于周围介质的折射率。然而,(部 分)反射涂层在光导上的使用和/或受保护表面(例如船的船体)的反射性质的使用自身也 可以用于建立用于引导光通过光学介质的条件。
[0104] 在一些实施方案中,所述光学介质可以相对于受保护表面(例如船的船体)定位, 使得在光学介质和受保护表面之间引入小气隙;UV光可以在空气中比在光学介质中甚至更 好地行进一具有更少的吸收,甚至当该光学介质被设计为光导材料时。在其它实施方案中, 气体填充通道(例如空气通道)可以形成在硅树脂材料内。还可以提供分离的气体填充袋状 物的阵列,例如以如矩形或蜂巢图案那样的规则图案或以非规则图案。替代气体(例如空 气)填充,可以用UV透射液体(例如新鲜和/或净化的水)至少部分地填充通道和/或袋状物。 在覆盖有此类光学介质的受保护表面遭受冲击(例如船撞击码头前沿)的情况下,小袋状物 可以软化,从而重分布冲击能量并且因此保护表面,其中液体填充袋状物在变形的情况下 可以比可能更容易爆开的空气袋状物更加稳健。
[0105] 由于大多数材料具有对于UV光的(非常)有限的透射率,所以必须小心设计光学介 质。在下文中列出专用于该目的的几个具体特征和/或实施方案: -可以选择低功率LED的相对精细间距,以最小化光必须行进通过光学介质的距离。
[0106] -可以使用"中空"结构,例如具有保持其远离受保护表面的小距离的间隔物的硅 树脂橡胶垫。这产生UV光可以通过其以高效率传播的空气"通道"(空气对于UV非常透明)。 使用由此类结构提供的气体填充通道允许在否则将会过于强烈地吸收UV光的材料的光学 介质中的大距离之上分布UV光以用于防结垢。类似地,可以形成分离的袋状物。
[0107] -可以选择具有高UV透明度的特殊材料,如某些硅树脂或UV级(恪融)硅石。在实 施方案中,该特殊材料可以仅用于产生用于使光传播大部分距离的通道;更便宜/更结实的 材料可以用于表面的其它部分。
[0108] 在附图中公开另外的实施方案,其中主要问题是仍使用点光源来用防结垢光(优 选为UV光)光照大表面。典型的关注是光从点源到表面光照的扩散。更详细地: -典型集装箱船的受保护表面面积为~l〇.〇〇〇m2。
[0109] -典型的LED源具有^lmm2的面积。这是1/101。。
[0110] -考虑到所要求的功率水平,可能要求每m2大约10个LED -这意味着光必须从1个LED扩散在~1000 cm2之上 -当采用溶液必须薄(数量级:1cm)的另一边界条件时,例如出于诸如以下的原因: -为了能够将溶液作为"涂层"添加至船 -为了不增加由于船的增加的截面尺寸导致的拖拽 -为了保持(块状)材料成本受限。
[0111] 因此提供使用光学材料,特别是基本上平面的光导。光导的典型维度是约Imm至约 IOmm的厚度。在其它方向上,从光学角度来看,特别地如果提供多个光源使得抵消由于光的 部分输出耦合和可能地(吸收)损失导致的遍及光导的光强度衰减,不存在对尺寸的实际限 制。
[0112] 此处,考虑到就LCD TV背光的设计而言类似的光学挑战适用,尽管发射光强度均 一性在防结垢中没有就LCD TV背光而言那么严苛。
[0113] 存在获得较薄光学结构的较好均一性的附加想法和解决方案,诸如在一个或多个 光源的正前方引入散射体和/或漫射体或其它光扩散体。
[0114] 图3显示(左手侧)包括以具有朝向光源210的顶点的光学介质220中的反射锥体25 的形式的光扩散体。这在具有基本上平行于待保护免于结垢的表面101的分量的方向上引 导光211。如果锥体25不完全是反射性的也不是不透明的,则来自光源的一些光将穿过它并 且防止产生导致防结垢降低或低效的阴影。
[0115] 此外,图3显示包含在光学介质220中的波长转换材料CM。举例说明的实施方案被 配置成通过用来自光源210的光来光激发波长转换材料CM而产生至少部分的防结垢光,其 中光31具有使波长转换材料以另一波长从光学介质220向环境E (即发射表面的下游)中发 射防结垢光211的第一波长。光学介质220中的波长转换材料的分布可以在空间上变化,例 如根据光学介质220中的(不同波长的)光的(预期)强度分布。术语"上游"和"下游"涉及项 或特征相对于来自光产生装置(这里特别是第一光源)的光的传播的布置,其中相对于来自 光产生装置的光束内的第一位置,更靠近于光产生装置的光束中的第二位置是"上游",且 进一步远离光产生装置的光束内的第三位置是"下游"。
[0116] 图4a-4c显示其中光源210 (此处用参考标记3指示)诸如UV LED布置在网格中并 且以一系列平行连接来连接的铁丝网实施方案。LED可以通过焊接、胶合或用于将LED连接 至铁丝网4的任何其它已知的电气连接技术而安装在如图4b中所示的节点处。一个或多个 LED可以放置在每一个节点处。可以实现DC或AC驱动。在DC的情况下,如图4c中所示安装 LED。如果使用AC,则如图4c中所示使用反平行配置中的LED对。本领域技术人员知道在每一 个节点处可以使用反平行配置的多于一对LED。可以通过拉伸口琴结构来调节铁丝网的实 际尺寸和网格中的UV LED之间的距离。铁丝网网格可以嵌入在光学介质中,其中任选地如 图3中图示提供散射特征的平行网格。
[0117] 除了船的船体的防结垢应用之外,设想以下替代应用和实施方案: -本公开可以应用于多种多样的领域。与自然水接触的几乎任何物体将随时间而遭受 生物结垢。这可以阻碍例如淡化工厂的入水口、阻塞栗站的管道,或者甚至覆盖室外游泳池 的壁和底部。所有这些应用将受益于目前提供的方法、照明模块和/或系统,即有效的薄额 外表面层,其防止整个表面区域上的生物结垢。
[0118] -尽管UV光是优选的解决方案,但同样设想其它波长。非UV光(可见光)针对生物 结垢也是有效的。典型的微生物对非UV光没有对UV光那么敏感,但在对光源的每单位输入 功率的可见光谱中可以产生高得多的剂量。
[0119] - UV LED是用于薄发光表面的理想源。然而,也可以使用除LED之外的UV源,诸如 低压汞蒸气灯。这些光源的形状因子相当不同;主要是所述源大得多。这导致不同的光学设 计,以将来自单个源的所有光"分布"在大区域之上。但是如本文所讨论的光引导的概念不 改变。此外,可以产生期望的波长和/或波长组合中的光的显著贡献。
[0120] 替代使用以远离受保护表面的方向向外发射UV光以避免生物结垢的薄层,生物结 垢还可以潜在地通过在受保护表面的方向上从外部应用UV光来去除。例如,将UV光照耀到 包含如所述的合适光学介质的船体或表面上。因此,以去往和远离受保护表面的方向发射 防结垢光的单个光学介质可能甚至更有效。
[0121] 图5a_5d示意性描绘了防结垢系统的一些实施方案和变型。图5a示意性描绘了防 结垢照明系统1,其包含元件100,诸如例如船体21、照明模块200和控制系统300。此处,作为 具有结垢表面1201的物体1200的实例,示意性描绘了具有所述船体21的船20。结垢表面 1201可以是元件100和/或与所述物体1200相关联的元件或系统的表面(的部分)。元件100 表明对象的元件,诸如例如船20的船体21。在该示意性描绘的实施方案中,物体1200进一步 包含包括发射表面的防结垢照明系统(参见下文)。因此,所述结垢表面可以例如也包含此 类发射表面。
[0122] 元件100包含第一元件表面101 (和第二面102),所述第一元件表面101包含例如至 少0.4 m2的面积。例如,第二面102可以是船20的船体21的内壁。第一元件表面101是朝向 (在该实施方案中)船20的外部的面,所述船20在使用期间将至少部分地与液体5、特别是水 接触。液位用参考标记15指示。如可见,浸没元件100的至少一部分。
[0123] 照明模块200包含光源和光学介质220。特别地,光源210经配置为产生防结垢光 211,其可以特别地包括UV光,甚至更特别地至少UV-C光。光学介质220特别地经配置为接收 防结垢光211的至少一部分,并且进一步经配置为通过光学介质220分布至少一部分防结垢 光211。所述光学介质包含第一介质面221,其可以例如具有至少0.4 m2的面积,和发射表面 222,其经配置为以远离光学介质220的第一介质面221的方向发射至少一部分分布的防结 垢光211。此处,第一介质面221指向元件100的第一元件表面101。在该实施方案中,光学介 质220与光学元件的第一元件表面101物理接触。例如,在此类实施方案中,所述照明模块 200的至少一部分因此经配置为用发射表面222密封所述第一元件表面101的至少一部分, 所述发射表面222经配置为比第一介质面221更远离第一元件表面101。此外,照明系统1包 含控制系统300,其经配置为根据反馈信号和计时器中的一种或多种来控制防结垢光211的 强度。任选的计时器没有描绘,但可以任选地集成于控制系统中。或者,用参考标记400指示 的传感器可以传感时间信号。参考标记230指示电源,其可以局部地获得能量,或其可以例 如是电池。任选地,可以由船提供电力。参考标记h指示元件100的高度。
[0124] 通过实例的方式,电源230、控制系统300和传感器400都集成于照明模块200中,并 且与光学介质220-起形成单个单元。照明模块200可以基本上覆盖整个元件100。此处,通 过实例的方式,仅覆盖第一面101的一部分。在图5a中描绘的实施方案中,第一光学介质表 面附接至元件100的第一面。图5b仅通过实例的方式示意性描绘一个实施方案,其中光学介 质不附接至元件100;由此可以产生空隙107。注意,照明单元的至少一部分密封元件100的 第一元件表面。此处,通过实例的方式,所述元件是壁或门或可移动结构40,例如坝或闸。图 5c通过实例的方式显示多个元件100以及还有多个照明模块200。照明系统还包括多个传感 器400和单个控制系统300。此外,所述局部能量收集系统230可以例如是光伏电池。在一个 实施方案中,所述照明模块200可以形成单个集成单元,和作为整体的元件100的密封件。用 此类系统,可以监视哪些光学介质220低于液位15。只有低于液位15的那些才可以提供防结 垢光211,如附图中所示。当然,多于示意性描绘的照明模块可以是可用的。图5d示意性描绘 了也可以任选地耦合的单独的照明系统1。例如,控制系统300可以任选地通信(无线)。然 而,照明系统也可以独立地作用。
[0125] 传感器400可以例如经配置为传感以下中的一种或多种:(i)包含所述照明模块20 的船的速度、(ii)水流的相对速度、(iii)水温、(iv)包含所述照明模块220的船的负载、(V) 结垢表面1201相对于水的水位的位置和(vi)在水中结垢生物体和结垢生物体营养物中的 一种或多种的存在。例如,所述传感器可以包含溶解氧传感器和/或水位传感器。此外,可以 应用两种或更多种不同类型的传感器的组合,和/或可以应用不同高度的相同类型的传感 器。注意,在一些实施方案中,结垢表面1201 (还)可以包含发射表面(222),尤其参见图5a-5b 〇
[0126] 图5a_5d中示意性描绘的实施方案显示可以至少部分地密封表面的照明模块200。 然而,也可以应用其它实施方案,例如,光学介质,诸如将光引导至结垢表面1201的光纤或 波导。
[0127] 集成单元700,如例如在一些示意性描绘的实施方案中所示,可以特别地是封闭单
Figure CN106660082AD00241
[0128] 参考例如图5c_5d,防结垢照明系统可以包括多个光源(未描绘、但包括于照明模 块中)。所述控制单元可以例如根据所需强度控制光源。例如,不是使所有光源同时打开且 关闭,也可以使邻近/相邻的光源反相闪烁。也就是说,灯被编程为50%的时间打开,当第一 灯打开时,邻灯将关闭;反之亦然。优点是例如节省相同量的能量(50%),但在某些地方可 以实现更好的效果(即两个灯之间的中间,结垢生物体现在将接收连续剂量,而不是在光剂 量之间具有"恢复时间")。因此,防结垢照明系统(或照明模块)包含多个光源,并且所述控 制系统300经配置为根据另一光源210的防结垢光211的强度来控制第一光源的防结垢光 211的强度。当使用多个模块时,这在实施方案中还可以暗示控制系统300经配置为根据另 一照明模块的防结垢光211的强度来控制第一照明模块的防结垢光211的强度。
[0129] 所述概念不限于上述实施方案,其可以在权利要求的范围内以几种方式变化。例 如,使用光,特别是UV光作为防结垢构件可以在其它领域中提供令人感兴趣的机会。在可以 在大区域之上提供连续的"24/7""保护"的含义方面,这是独特的。所述应用对于船的船体 而言尤其令人感兴趣,但还可以应用在游泳池、水处理工厂等中。替代水,生物结垢可以在 其它液体环境(例如油、盐水和/或包括食品工业的其它环境中的液体)中发生和处理。因 此,本发明特别地针对水(诸如海水)进行解释。然而,本发明不仅限于此类应用。因此,在实 施方案中,术语"7K"可以被液体替代。特别地,此类液体还可以包括生物结垢物质和用此类 生物结垢物质的营养物。
[0130] 针对特定实施方案或者与特定实施方案有关地讨论的元件和方面可以与其它实 施方案的元件和方面适当地组合,除非另有明确声明。
[0131] 因此,释放某些化学品或杀生物剂的防结垢溶液目前具有大的市场份额。为了有 效,这些涂层必须提供对生物体来说是苛刻的环境。缺点是随着时间推移-或者通过预期 的释放,或者通过不可避免的表面清洁-那些化学品被释放至水中。这些化学品相当经常 地保持活性,对环境引起不利影响。防止生物结垢的根本不同的方式是通过使用UV光发射。 已知UV光在灭活或甚至杀死微生物中是有效的,条件是应用足够剂量的合适波长。此类的 一个实例是压舱水处理。我们呈现防生物结垢的新方法,其中在船的船体的外部应用UV发 光层。作为光源引入UV-LED实现薄的涂层样结构,其中UV光均匀地分布在表面内。另外的光 学设计元件将确保光或多或少均匀地逸出涂层。UV发射层将减少微生物附着至船体或甚 至防止其的可能性。
[0132] 在一个实验设置中,我们已经实现了在延长时间段保持表面没有生物结垢的有希 望的结果。将两个元件布置于海水中并在其中保持四周。一个用UV光照射;另一个不用UV光 照射。四周之后,前者仅包括在没有接收UV光的点处的结垢;所述点本身没有结垢。后一元 件完全覆盖有结垢。

Claims (15)

1. 防结垢照明系统(I),其经配置为用于通过向结垢表面(1201)提供防结垢光(211)而 防止或减少在使用期间至少暂时地暴露于水的物体(1200)的所述结垢表面(1201)上的生 物结垢,所述防结垢照明(1)系统包含: -照明模块(200),其包含(i)光源(210),其经配置为产生所述防结垢光(211);和 -控制系统(300),其经配置为根据以下中的一种或多种来控制所述防结垢光(211)的 强度:(i)与生物结垢风险相关的反馈信号和(ii)用于基于时间改变所述防结垢光(211)的 强度的计时器。
2. 根据权利要求1所述的防结垢照明系统(1),其经配置为经由光学介质(220)向所述 结垢表面(1201)提供所述防结垢光(211),其中所述照明模块(200)进一步包含(ii)所述光 学介质(220),其经配置为接收至少一部分防结垢光(211),所述光学介质(220)包含发射表 面(222),其经配置为提供至少一部分所述防结垢光(211)。
3. 根据权利要求2所述的防结垢照明系统(1),其中所述光学介质(220)包含波导和光 纤中的一种或多种,且其中所述防结垢光(211)包含UV-A和UV-C光中的一种或多种。
4. 根据前述权利要求2-3中任一项所述的防结垢照明系统(1),其中所述光学介质 (220) 经配置为通过光学介质(220)分布至少一部分防结垢光(211),所述光学介质包含 (i ia)第一介质面(221)和(i ib)所述发射表面(222),所述发射表面(222)经配置为以远离 光学介质(220)的第一介质面(221)的方向发射至少一部分分布的防结垢光(211)。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的防结垢照明系统(1),其中所述控制系统(300)经 配置为根据传感器(400)的反馈来控制防结垢光(211)的强度,其中所述传感器(400)经配 置为传感以下中的一种或多种:(i)包含所述照明模块(200)的船的速度、(ii)在结垢表面 (1201)的一侧的水流的相对速度、(iii)在结垢表面(1201)的一侧的水的水温、(iv)包含所 述照明模块(220)的船的负载、(V)结垢表面(1201)相对于在结垢表面(1201)的一侧的水的 水位的位置和(vi)在结垢表面(1201)的一侧的水中结垢生物体和结垢生物体营养物中的 一种或多种的存在。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的防结垢染照明系统(1),其经配置为以脉冲方式 提供所述防结垢光(211),其中具有防结垢光(211)的时段与没有防结垢光(211)的时段交 替。
7. 在使用期间至少暂时地暴露于水的物体(1200),所述物体(1200)包含在使用期间至 少暂时地与水接触的结垢表面(1201),所述物体(1200)进一步包含如权利要求1-6中任一 项所定义的照明模块(200)和控制系统(300),其中所述照明模块(200)经配置为用防结垢 光(211)照射所述结垢表面(1201)的至少一部分。
8. 根据权利要求7所述的物体(1200),其包含元件(100),所述元件(100)包含第一元件 表面(101),其中所述照明模块(200)包含(i)光源(210),其经配置为产生防结垢光(211), 和(ii)光学介质(220),其经配置为接收至少一部分防结垢光(211),并且经配置为通过所 述光学介质(220)分布至少一部分防结垢光(211),所述光学介质包含(iia)第一介质面 (221) ,其指向所述元件(100)的第一元件表面(101),和(iib)发射表面(222),其经配置为 以远离光学介质(220)的第一介质面(221)的方向发射至少一部分分布的防结垢光(211), 其中所述照明模块(200)的至少一部分经配置为用发射表面(222)密封所述第一元件表面 (101)的至少一部分,并且所述发射表面(222)经配置为比第一介质面(221)更远离第一元 件表面(101),其中所述结垢表面(1201)包含所述发射表面(222)。
9. 根据权利要求8所述的物体(1200),其中所述物体(1200)包含船(20),所述船(20)包 含含有所述元件(100)的船体(21),其中所述第一介质面(221)与所述第一元件表面(101) 物理接触。
10. 根据前述权利要求7-9中任一项所述的物体(1200),其经配置为以脉冲方式提供防 结垢光(211),其中具有防结垢光(211)的时段与没有防结垢光(211)的时段交替。
11. 根据权利要求7-10中任一项所述的物体(1200),其包含在所述物体(1200)的至少 一部分高度(h)上布置的多个照明模块(200),其中所述控制系统(300)经配置为根据系统 表面(1201)的一侧发射表面(222)相对于水的水位的位置来控制防结垢光(211)的强度,其 中所述照明模块(200)包含多个光源(210),且其中所述控制系统(300)经配置为根据另一 光源(210)的防结垢光(211)的强度来控制第一光源(210)的防结垢光(211)的强度。
12. 使得在使用期间至少暂时地暴露于水的物体(1200)的结垢表面(1201)防结垢的方 法,所述方法包括: -提供如权利要求1-6中任一项所定义的照明模块(200); -根据以下中的一种或多种来生成防结垢光(211) : (i)与生物结垢风险相关的反馈信 号和(ii)用于基于时间改变所述防结垢光(211)的强度的计时器; -向所述结垢表面(1201)提供所述防结垢光(211)。
13. 根据权利要求12所述的方法,其进一步包括根据传感器(400)的反馈来控制防结垢 光(211)的强度,其中所述传感器(400)经配置为传感以下中的一种或多种:(i)包含所述照 明模块(200)的船的速度、(ii)在结垢表面(1201)的一侧的水流的相对速度、(iii)在结垢 表面(1201)的一侧的水的水温、(iv)包含所述照明模块(200)的船的负载、(V)结垢表面 (1201)相对于在结垢表面(1201)的一侧的水的水位的位置和(vi)在结垢表面(1201)的一 侧的水中结垢生物体和结垢生物体营养物中的一种或多种的存在。
14. 向在使用期间至少暂时地暴露于水的物体(1200)提供防结垢照明系统(1)的方法, 所述方法包括将如权利要求1-6中任一项所定义的照明模块(200)附接至所述物体(1200), 其中所述照明模块经配置为向所述物体(1200)和附接至所述物体(1200)的照明模块中的 一种或多种的结垢表面(1201)提供所述防结垢光(211)。
15. 根据权利要求14所述的方法,其中所述物体(1200)选自船(20)、堰、坝、鱼塘、闸、养 鱼海水箱和浮标。
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