CN108430655B - 海用结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种海用结构，所述海用结构包括：外表面(50)；包括光源的负载(2、20、25)，所述负载具有适于由AC电源(1)供电的第一负载端子(2a)和第二负载端子(2b)，所述AC电源(1)具有第一AC端子(1a)和第二AC端子(1b)，所述第一AC端子能够电连接到所述外表面(50)，电连接到所述第一负载端子(2a)的第一电极(3)，以及电介质层(4)。所述第一电极(3)和所述电介质层(4)被布置为与所述外表面(50)组合形成用于在所述第一电极(3)与所述外表面(50)之间进行电功率的电容性传输的电容器(6)。第二AC端子(1b)和第二负载端子(2b)被布置为电连接到与所述外表面(50)绝缘的外部导电元件(10、11)。所述第一负载端子(2a)与所述第二负载端子(2b)电绝缘。

Description

海用结构
技术领域
本发明涉及一种海用结构，例如船舶。
背景技术
WO 2009/153715 A2公开了一种发光设备，所述发光设备包括：第一公共电极；结构化导电层，其形成彼此电隔离的一组电极焊盘；电介质层，其介于所述第一公共电极层与所述结构化导电层之间；第二公共电极；以及多个发光元件。每个发光元件电连接在电极焊盘中的一个与第二公共电极之间，以便与包括电极焊盘中的一个、电介质层和第一公共电极的电容器串联连接。当交流电压被施加在第一公共电极与第二公共电极之间时，发光元件将通过电容耦合而被供电，并且也提供电流限制。在发光设备的操作期间，一个发光元件中的短路故障将仅影响连接到相同电容器的发光元件。此外，短路电流将受到该电容器的限制。
在的特定应用场景中，例如由于公共电极层与AC电压源之间的电连接，这样的发光设备，特别是为发光设备(或者一般地，负载)供电的方式具有缺点。这样的应用场景包括，例如用于表面(例如船舶船体)抗污染的系统在当所述表面至少部分地浸没在液体环境(例如海水)中时，其中，UV光由以某种方式安装的光源发射抵达船舶船体的外表面以抵抗船舶船体的生物污染。
US 2015/289326A1公开了一种LED封装，其被布置为当连接到AC电源时发光，所述LED封装包括：第一LED封装端子和第二LED封装端子；在所述LED封装端子之间反并联连接的至少一对二极管，其中，所述二极管中的至少一个是发光二极管。所述第一LED封装端子被可拆卸地连接到第一电源端子，并且适于与所述第一电源端子一起形成第一电容耦合，并且第二LED封装端子被可拆卸地连接到第二电源端子，并且适于与所述第二电源端子一起形成第二电容耦合。通过提供对温度依赖性退化较不敏感的电连接，可增加LED封装的使用寿命。
US 2013/048877A1公开了一种系统，该系统包括UV光源和被耦合以接收来自UV光源的UV光的光学介质。所述光学介质被配置为在靠近要保护免受生物污染的表面处发射UV光。
WO 02/31406 A1公开了用于将诸如照明元件的电气设备连接到电源的系统。该电气设备包括金属化条带形式的电耦合器，所述电耦合器能与以阵列布置在支撑表面上的相应导电元件形成电容耦合。所述支撑表面上的所述导电元件被连接到电源。在优选的形式中，所述电气设备采用光瓦片的形式，其包括嵌入式LED以及能够经由电源使用的信号路径来接收和发送数据的控制和感测设备。照明瓦片能经由磁力固定到支撑表面，使得所述瓦片可以简单且容易地固定到所述支撑表面并且从所述支撑表面移除。
US 2011/285284 A1公开了一种发光设备以及其制造方法。
WO 2014/014779A1公开了一种海洋环境抗污染系统和方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的海用结构，其包括可由改进的电力布置供电的负载，使得所述海用结构可以在更困难的环境条件下的特定的应用场景中使用，而几乎没有或者甚至没有性能损失并且没有受到损害的风险，例如由于暴露于环境影响，例如暴露于海水。
根据本发明，提出了一种海用结构，其包括：
-外表面，以及
-包括光源的负载，所述负载具有适于由AC电源供电的第一负载端子和第二负载端子，所述AC电源具有第一AC端子和第二AC端子，所述第一AC端子能够电连接到所述表面，
-电连接到所述第一负载端子的第一电极，
-电介质层，
其中，所述第一电极和所述电介质层被布置为与所述外表面组合形成用于所述第一电极与所述外表面之间进行电功率的电容性传输的电容器，
其中，所述第二AC端子和所述第二负载端子被布置为电连接到与所述外表面绝缘的外部导电元件，并且
其中，所述第一负载端子与所述第二负载端子电绝缘。
本发明基于这样的想法，即修改和优化电容电力传输的使用，以用于在具有挑战性的环境中，例如在海洋的潮湿、导电和恶劣的周围环境中。此外，用于为负载供电所需的海用结构的电路已经适合于抵抗中等和严重冲击以及各种水平的表面切割损坏的鲁棒性，诸如，例如形成一个或多个UV-C LED(作为负载)开路或短路连接。这通过使用第一外部导电元件来实现，该第一外部导电元件与第一电极和电介质层一起形成电容器，用于在第一电极与第一外部元件之间进行电功率的电容性传输。由此可以通过AC电源提供电力，当电力布置在使用中时，其第一AC端子电连接到第一外部元件，从而在第一外部元件处提供明确定义的电压电势。所述AC电源端子通常是外部元件，而不是所述海用结构的一部分。然而，还存在可能包括AC电源端子的海用结构。
此外，第二AC端子和第二负载端子被布置为电连接到与所述海用结构的所述外表面绝缘的外部导电元件(在此也称为第二外部导电元件)，并且第一负载端子与第二负载终端电绝缘。所述外表面可以例如是船舶船体的至少一部分。
根据WO 2009/153715 A2中公开的布置，部署刚性承载体以承载电子部件，例如LED。该承载体的一个缺点是它只能在一定程度上弯曲，然而，即使如此，将这样的载体应用于三维曲面(例如船舶船体表面)也是困难的。此外，虽然这种载体可以被构建成分段的以产生更多的灵活性，但是这种载体的放置的自由度是受限的。为此目的，载体优选地被破坏或切割成单独的副载体，由此中断公共电源端子。相反，根据本公开，例如放置在载体上的类似标签的布置被选择用于处理i)轮廓表面，和ii)允许(部分重叠的)放置的完全自由，同时仍然确保公共电源终端借助于使用诸如水或海水的公共液体导体来实现。此外，例如为了安全和能源效率，仅希望仅操作浸入水中的负载。由于沿着船舶船体的水位自适应于船舶的不同航行速度，海上天气条件和船舶的货物装载条件，因此可以清楚的是，公共电源端子也可以即时适应而不需要控制电子器件。
在一个实施例中，所述海用结构还包括承载负载的承载体、第一电极以及电介质层并且被配置为布置在所述第一外部导电元件处。这使得能够灵活地使用和处理用于为负载供电的电路，这里也称为负载布置。与负载、第一电极和电介质层一起，承载体承载形成结构，该结构被配置为布置在第一外部导电元件处。
海用结构的表面，例如船舶的船体，可以被多个承载体覆盖。此外，随后可以提供多个AC电源，每个AC电源适于对两个或更多个承载体的负载供电。因此，AC电源可以由两个或更多个承载体共享，使得部件的总数可以被限制。
可以将多个负载布置(例如，每个包括一个或多个UV-LED)安装到所述外表面以抵抗生物污染。船舶船体因此可以有利地用作第一电容器的一个电极，并因此避免了在AC电源的第一AC端子与负载(一个或多个UV-LED)的第一负载端子之间提供电流连接，即船舶船体不需要被刺穿以提供这样的电流连接并且因此导致更好的结构和更少的船舶船体劣化。
针对第二AC端子的连接，存在不同的选项。根据一个实施例，电力布置包括电连接到第二负载端子和第二AC端子的第二电极。多个负载布置可以共享相同的第二电极，使得AC电源的第二AC端子与第二电极之间的电流连接的数量可以被限制到最小。
根据另一实施例，所述第二AC端子与所述第二负载端子被电连接到第二外部导电元件，所述第二外部导电元件与第一外部元件绝缘并且是水，特别是海水。因此，在特定应用中，根据情况，现有元件可以用于形成第二电容器或者使用自电容的效应用于第二AC电源端子与第二负载端子之间的电力传输。
根据另一实施例，所述海用结构还包括导电的电流引导构件，所述导电的电流引导构件要被布置在第二外部元件和负载内或附接到第二外部元件和负载。该电流引导构件还支持AC电源(例如，其第二AC端子)与负载(例如，第二负载端子)之间的电流路径。其引导这些元件之间的电流，但通常不与交流电源、海用结构和负载电流接触。
此外，电力布置可以包括布置在第二外部元件内或附接到第二外部元件的DC电力线。优选地，其电连接到AC电源，例如第二AC端子。该DC电力线例如可以是现有的DC电力线，如例如由船舶使用的将DC电流施加到海水中以提供抵抗自然腐蚀的阴极保护。
再另外，可以提供容纳负载的壳体、第一电极和电介质层。因此，包括这些元件的壳体可以制造并用作模块化单元(或瓦片)，其可以在发生故障的情况下单独更换，并且其可以根据相应应用的需要任意组合。由此，壳体可以由单独的壳体或盒子来表示，例如由保护材料制成以抵抗环境的影响，但是可替代地由电介质层的介电材料来表示，其可以封装负载和第一电极。
在另一个实施例中，所述海用结构还可以包括第二电极，所述第二电极电连接到所述负载的第二负载端子以及所述AC电源的第二AC端子并且被容纳在壳体中。
在特定应用中，所述电力布置包括多个负载，其第一负载端子并联耦合到公共第一电极或独立的第一电极，并且其第二负载端子并联耦合到公共第二电极、独立的第二电极或第二外部元素件。因此，存在用于将负载耦合在一起的各种选项。优选地，若干负载共用一个公共AC电源以减少AC电源与负载之间的连接数量。
为了在于针对生物污染的实现方式中使用，所述第一外部元件可以是船舶船体，并且负载包括光源，特别是LED或UV-LED(例如UV-C LED)。
此外，负载可以包括二极管桥式电路，其中，光源被耦合在二极管桥式电路的中点之间。因此可以将负载视为通过部署例如四个低成本肖特基二极管作为格雷茨电桥(或格雷茨电路)而被细分成多个子负载，由此提供本地DC电源(例如，为一个或多个光源饲服)。此本地直流电源也可用于操作其他极性敏感电子设备或任何其他需要直流电源的电子电路，例如抗污染应用中的污垢监测传感器和(一个或多个)控制器IC。
在另一个实施例中，负载包括彼此反平行耦合的第一LED和第二LED。这借助于AC电源(例如振荡器)进一步改进了LED的操作。然而，由于一个UV-C LED与四个肖特基二极管相比成本更高，因此格雷茨电桥在整个AC周期内提供功率的成本效益更高。
附图说明
参考本文下文中所描述的实施例，本发明的这些和其他方面将显而易见并将得以阐述。在附图中：
图1示出了根据本发明的电力布置的第一实施例的示意图，
图2示出抗污染应用场景中的电力布置的第一实施例的示意图，
图3示出了根据本发明的负载布置的第一实施例的横截面侧视图，
图4示出了根据本发明的电力布置的第二实施例的示意图，
图5示出抗污染应用场景中的电力布置的第二实施例的示意图，
图6示出了根据本发明的电力布置的第三实施例的示意图，
图7示出抗污染应用场景中的电力布置的第三实施例的示意图，
图8示出了抗污染应用场景中的根据本发明的电力布置的第四实施例的示意图，
图9示出了抗污染应用场景中的根据本发明的电力布置的第五实施例的示意图，
图10示出了根据本发明的电力布置的第六实施例的示意图，
图11示出抗污染应用场景中的电力布置的第六实施例的示意图，
图12示出局部切割的分段的第二电极和损坏的分段的第二电极的图解，
图13示出了根据本发明的抗污染应用场景中的电力布置的实际实施方式的侧视图和俯视图，
图14示出了根据本发明的抗污染应用场景中的电力布置的另一实际实施方式的侧视图，并且
图15示出了被执行为辊、瓦片或带的有源UV-C LED带和附加无源UV-C光导的组合的示例。
具体实施方式
在下文中，将参考应用场景来解释本发明，其中，其被用于UV光源(特别是LED)的供电，所述UV光源可以被安装到船舶船体的外表面以抵抗生物污染。因此，在将解释公开的主题的各种实施例的细节之前，将讨论在这种应用场景中抵抗生物污染的一般构思和已知方法。
WO 2014/188347 A1公开了一种在表面至少部分浸没在液体环境中时所述表面的抗污染的方法中。所公开的方法包括提供抗污染光，将光的至少一部分分布通过包含有机硅材料和/或UV级(熔融)二氧化硅的光学介质，并且从光学介质以及从表面发射抗污染光。这样的抗污染解决方案基于UV-C辐射以防止微生物和大生物的(初始)居住，例如在船舶船体上。生物膜的问题在于随着时间的推移，由于生物体的生长，其表面变粗糙，其厚度增加。因此，阻力增加，需要发动机消耗更多的燃料来维持船舶的巡航速度，并且因此操作成本增加。生物污染的另一个影响可能是管道散热器的冷却能力下降或者咸水进水过滤器和管道的流量减少。因此，服务和维护成本增加。
防止船舶船体生物污染的潜在解决方案可以是利用例如具有嵌入的(一个或多个)UV-C LED的UV-C透明材料的厚层的壳体的覆盖。这些厚层或通常任何负载或负载布置(即消耗电能的元件或布置)位于水线以下。这是因为水下表面主要对生物污染敏感，并且因此是阻力增加的原因。因此，电力需要在水线下向负载传递。
电力、水和离岸工业粗糙和恶劣环境的组合是一个真正的挑战。这是因为(海)水是良好的电导体，因此可能容易发生短路。此外，水在电流的影响下分解。在海水的情况下，其在直流电流下分解为氯气和氢气。在交流电流下，两种气体交替地形成在每个电极上。形成的气体的额外的问题是，氯气可以增强钢船舶船体的已经自然发生的腐蚀并在不密封的情况下加速包括UV-C LED在内的其他材料的劣化。另一方面，氢气会导致铁的脆化，最终导致铁块主体内形成严重的裂纹。
为了防止钢质船舶船体的自然腐蚀，大多数船舶被涂覆或涂漆，并且此外通常配备有被动或主动阴极保护系统，使得当保护涂层或油漆局部失效时，船舶船体保持被保护免受自然腐蚀。被动系统使用可随时间电化学溶解的牺牲性锌、铝或铁阳极，而主动系统在使用由MMO-Ti(混合金属氧化物包覆的钛)或Pt/Ti(包覆铂的钛)制成的阳极时会施加直流电流。对于将直流电流施加到海水的主动系统，需要仔细监测，因为太大的电流可能会以更高的速率局部溶解船舶船体。显然，抗污染解决方案不应使阴极保护系统失效。因此，船舶船体应作为接地端子，保护电流应为DC，海水可以用作使电路闭合的高导电介质。
此外，船舶船体在一生中受到(严重)损害，例如由于天然磨损，与浮木和其他靠近或接近表面浮动的物体的非故意碰撞，或者由于与其他船舶(例如拖船或相邻的船舶)碰撞而受到更加受控的冲击。因此，除了电源线之外，抗污染负载也很可能受到损害。此外，负载和供电线路可能会受到严重损坏，甚至会被切断，从而产生被导电的海水浸湿的开路。因此，由于外部冲突的损坏，可能会发生不希望的电化学反应。因此，不应将直流电源用作为负载供电的主电源。
但是，为了操作UV-C LED，通常优选DC电流。因此，在抗污染负载中，需要在被馈送AC电力时可生成局部DC电流的装置和方法。更优选地，DC电流源与钢壳体(优选地用作接地端子)隔离。因此，尽管直流电源端子暴露在外时可能会发生电化学反应，但电化学反应会限制在暴露区域。此外，电化学反应的幅度将取决于可以局部流动的DC电流的量以及电极的表面面积暴露。因此，还需要将DC电流限制在UV-C LED所需的值附近(对于小型LED通常为十分之一毫安)，并限制暴露的局部DC电源端子的表面积。
因此，在实践中，抗污染解决方案的大部分区域可能在整个使用寿命期间受到损害。理论上，损坏可能包括一个或多个负载内的一个或多个UV-C LED的局部损坏，甚至大部分负载可能会消失。因此，在一个实施例中提出(无缝)瓦片拼贴负载。在瓦片内可以提供UV-C LED和电源的某种细分，因为一个发生故障的LED(或者通常是负载)不应该使瓦片的功能剩余部分在损坏时变得不可操作。因此，发生故障的LED可能产生开路或短路，并且由于UV-C LED相当昂贵，建议避免串联LED串。
显然，拼贴的负载仍然需要某种电力，无论是有线还是无线。考虑到有线问题的预期问题，离岸工业是粗糙和恶劣的，无线电力解决方案是优选的并且由本发明提出。然而，由于海水和铁壳都是良好的导电体，感应系统以及(RF)无线解决方案中的功率传输损耗可能相当大。除此之外，它们可能相当笨重。因此，提供电力的一种有吸引力的解决方案使用AC电容性耦合。
传统的电容式(无线)电力传输系统使用由AC振荡器驱动的一条或两条(长)电源线。当电源线被介电膜覆盖时，具有两个拾取电极的接收元件可以被放置在沿电线的任何位置之上并且电力被传送。此外，在用于给负载供电的已知电力布置中，所传送的电力可能是电抗限制的。由于环境空气具有很好的绝缘特性，系统可以正常工作。因此，可以在接收元件的两个无源接地电极之间建立高压电场。然而，当周围环境变得导电时，就像海水的情况那样，通过良好导电的环境，沿着两条导线的任何地方的电力传输也变得容易。因此，向目标接收元件传送任何功率是非常困难的。
根据本发明，电容性功率传输的使用已经被修改和优化以用于例如在电力布置中应用，用于将电力传输到安装到通常在水下的船舶船体的部分的光源，即在湿的、导电的和恶劣的周围环境中。此外，电路已经适合于抵抗中等和严重冲击以及在各种水平上的表面切割损伤的鲁棒性，诸如例如形成一个或多个开路或短路连接的UV-C LED。
总体而言，本发明涉及一种具有表面的海用结构。然而，在下文中，船舶应被视为海用结构的示例性实施例，并且船舶船体的外表面应被视为第一导电外部元件的示例性实施例。此外，在一些实施例中，海用结构的元件也被视为负载布置。
图1示出了根据本发明的用于给负载2供电的电力布置100的第一实施例的示意图。电力布置100包括根据本发明的负载布置300的第一实施例。负载布置300包括：具有第一负载端子2a和第二负载端子2b的负载2，电连接到负载2的第一电极3(以下也称为有源电极)，以及电介质层4。负载2，第一电极3和电介质层4形成被配置为要被布置在第一外部导电元件5处的结构。此外，所述第一电极3和所述电介质层4被布置为与第一外部导电元件5组合以形成用于所述第一电极3与所述第一外部元件5之间的电力的电容性传输的电容器6。所述负载2还被连接到与所述第一电极3电绝缘的第二电极7，并且所述第一负载端子2a与所述第二负载端子2b电绝缘。
在该背景下，应该注意的是，所述负载2、所述第一电极3和所述电介质层4优选地形成一结构。应该理解的是，所述结构不仅可以由这些元件形成，而且可以提供额外的元件来形成该结构。在一些实施例中，这些元件本身被配置为形成所述结构(例如，所述负载和所述第一电极电介质层可以被嵌入所述电介质层的介电材料中，从而形成结构)。在其他实施例中，提供一个或多个额外的元件(例如承载体，衬底，粘合层等)以与这三个元件一起形成结构。
电力布置100还包括具有第一AC端子1a和第二AC端子1b的AC电源1(例如振荡器)。第一AC端子1a布置为电连接到所述第一外部元件5，即，在安装之后并且在使用中，所述第一AC端子1a和所述第一外部元件5电连接。所述第二AC端子2b和所述第二负载端子1b电连接到第二电极7(以下也称为无源电极)。因此，电力可以通过电容器6从AC电源1传输到负载。作为第一外部元件5，可以使用环境或基础设施中可用的元件，诸如车辆的壳体，导电地板覆盖物和墙壁覆盖物，建筑物的一部分等。
图2示出了抗污染应用场景中的电力布置200和负载布置400的第一实施例的图。在该实施例中，负载20是UV-C LED，并且第一外部元件50是(至少部分地)导电的(即，整个船舶船体，船舶船体的仅内表面、仅外表面或仅特定区域可被配置为导电的或由导电材料(例如金属)制成)。交流电源1通常布置在船上。第一AC端子1a接触船舶船体50的导电表面，并且第二AC端子1b由连接线1c通过船舶船体50与第二电极7连接。LED 20，电介质层4和第一电极3(任选地还有第二电极7)优选由设置在第一外部导电元件(5、50)处的承载体80承载。
船舶船体50、负载2、第一电极3和电介质层形成根据本发明的海用结构的实施例。在随后描述的附图中描绘了海用结构的其他实施例。
负载布置400被构造成使得电部件被保护免受水10(特别是海水)损害。若干这样的负载布置可以与AC电源1并联耦合，即多个负载布置的第二电极(其可以是分开的电极或普通的大的第二电极)可以耦合到相同的AC电源1，并且被耦合到相同的连接线1c。通过这种方式，即使负载布置的数量很大，交流电源和连接线的数量也可以保持很小。
图3示出了负载布置400的一个实施例的横截面侧视图。承载体80可以是薄板、片或基底，例如由抵抗其使用环境的材料制成(优选满足上述要求)。优选地，承载体80是柔性的，以便能够将其布置到不同的元件5上，例如像船舶船体那样的弯曲表面。电介质层4被提供在承载体80的顶部，并且负载2被嵌入到电介质层4中。此外，第一电极3被提供为嵌入在电介质层4中。电负载端子2b可以嵌入电介质层4中，位于电介质层4之上或者甚至从电介质层4伸出。第二电极7被提供在电介质层4的顶部上。
为了以简单的方式实现被布置在第一外部导电元件5(例如船舶船体50)处的布置，可以在承载体80的一个表面81上提供粘合材料90。粘合材料90可以还被覆盖有在将承载体80施加到元件5之前作为对粘合材料90的保护的可移除膜91。
除了具有用于固定的化学基的粘合剂之外，还可以使用热熔(热塑性材料，当冷却时刚性，一旦例如经由蒸汽加热，在短时间内局部变成流体并确保连接)或机械锚固(两种材料的微钩在绑定期间接合)或者这些的组合。
此外，可以使承载体80的尺寸和/或形式与应用区域的形式和/或尺寸相匹配。例如，负载布置可以被配置为一种瓦片或贴片，其被设计为与元件5的形式和/或尺寸相匹配，或者使得这样的贴片或瓦片中的几个可以被组合(放置成彼此相邻)来以容易的方式覆盖元件5的期望区域。
优选地，所述承载体80的表面82和/或与所述承载体的覆盖有所述粘合材料的表面81相对的所述负载布置的外表面92被覆盖有粘合材料93，特别是用于在所述表面中的一个表面上接收光导或抖动表面。
承载体80还可以包括用于安装负载布置的指示器94，特别是用于指示安装位置和/或安装方向和/或重叠可能性。这样的指示器可以简单地是虚线或切割线或者显示如何以及在何处将载体施加到元件5的任何图形。
多个负载布置可以被提供为辊，使得可以从所述辊取出单个负载布置并按期望施加，或者可以同时使用和施加负载布置整个序列。
图4示出了包括根据本发明的负载布置301的第二实施例的电力布置101的第二实施例的示意图，并且图5示出了包括抗污染应用场景中的负载布置401的第二实施例的电力布置201的所述第二实施例的示意图。不同于所述第一实施例，所述第二实施例不使用第二电极，而第二AC端子1b和第二负载端子2b被电连接到与第一外部元件5绝缘的第二外部导电元件11，特别是通过导线1d和2d。在图5中所示的应用场景中，第二外部元件11优选为水10，特别是海水，电流路径通过该水在第二AC端子1b与第二负载端子2b之间闭合，其优点是与第一实施例中不同，不需要额外的线电极7。导线1d和2d只需被引导到水10中。负载布置301/401优选以模块化方式配置。如在第一实施例中一样，负载布置301/401优选地包括承载体(图4和5中未示出)。由于电流是通过水而不是布线传输的，所以将有容易的安装、成本降低和灵活性。此外，模块化还允许放置的自由。
图6示出了包括根据本发明的负载布置302的第三实施例的电力布置102的第三实施例的示意图，并且图7示出了包括抗污染应用场景中的负载布置402的第三实施例的电力布置202的所述第三实施例的示意图。与第二实施例相比，第三实施例还包括布置在第二外部元件11内或附接到第二外部元件11并且在第二AC端子1b与第二负载端子2b之间而不与它们电流接触的导电的电流引导构件12。该电流引导构件12可以例如是布置在水10内的额外电极(例如板或电线)以降低第二AC端子1b与第二负载端子2b之间的电流路径的阻抗。再次，负载布置302优选地以模块化方式配置。引导构件12也可以以线或环的形式位于模块化帖片组件之上，或者甚至可以是线2d的延伸。因此，相邻环路之间的距离通过局部海水桥接(引导构件和海水桥接的交替链)构成。
此外，对于电线1d(通常已经存在的)DC电力线可以被使用。这种DC电力线通常布置在第二外部元件内或附接到第二外部元件，即被引导到水中，以减少或避免船舶船体的自然腐蚀。这个DC电力线1d因此可以被重新使用并且电连接到第二AC端子1b以施加DC电流之外的AC电流。这避免了需要额外的电线和通过船舶船体的额外的孔。
图8示出了在抗污染应用场景中的包括根据本发明的负载布置403的第四实施例的电力布置203的第四实施例的示意图。与第一实施例相比，负载2包括耦合在第一电极3与第二电极7之间的两个反并联耦合的LED 20a、20b。这提供了它们交替地在AC电流波的相应半周期内发光。
图9示出了在抗污染应用场景中的包括根据本发明的负载布置404的第四实施例的电力布置204的第五实施例的示意图。在该实施例中，负载2包括四个肖特基二极管的二极管电桥23(也称为格雷茨电桥或格雷茨电路)以及耦合在二极管电桥的中点23a、23b之间的LED24。二极管电桥23用作整流器，用于对耦合的AC电流进行整流，使得LED24在AC电流的两个半周期中都发光。
图10示出了根据本发明的包括多个负载布置305a、305b、305c的电力布置105的第六实施例的示意图，并且图11示出了处于包括多个负载布置405a、405b、405c的抗污染应用场景中电力布置205的第六实施例。因此，负载2包括多个负载25a、25b、25c(也称为子负载)，其第一负载端子并联耦合到公共第一电极(未示出)或单独的第一电极3a、3b、3c，并且其第二负载端子并联耦合到公共第二电极7(如图11所示)，单独的第二电极7a、7b、7c(即如图10所示的分段的第二电极)或第二外部元件(未示出)。由此，负载25a、25b、25c中的每一个可以如图1至9中的任何一个所示地构造。
与常规解决方案不同，负载25a、25b、25c直接并联地与AC电源1连接，并且以无源接地电极(即第二电极7或7a、7b、7c)端接，而不是使用AC电源1与负载2之间的两个有源传输电极。同样在这种配置中，局部电流由无源电极的表面区域电抗地限制，并且因此局部DC电流可以流过例如短路(LED)。
对于低电阻率电极，有效电流I由I子负载＝U振荡器*2*π*f*C来描述，其中，U是有效(振荡器)电压并且f是驱动频率。局部电容C的值取决于分段无源电极3(或3a、3b、3c)的局部面积，电极3(或3a、3b、3c)与公共电极5之间的电介质层4(或4a、4b、4c)的厚度以及其介电常数。因为电流I取决于所施加的驱动电压U，所以可以理解，即使电功率布置非常有效，功率P传输能力也是电抗受限的，由Peff＝Ueff*Ieff给出。因此为了传输大量的功率，需要高电压和/或大电容。为了安全起见，可能清楚的是，大电容是优选的。由于船舶船体具有较大的表面积，UV-C LED的功率较低，因此这可根据所需的应用场景使用。因此，从LED功率的角度来看，部署由单条(AC)供电线供电的多个本地(DC)电源是有益的。
有利地，介电材料可以用于将LED嵌入UV-C透明的、水和盐不可渗透的壳体内，即，所有元件可以容纳在壳体内并且可以额外地或替代地嵌入在介电材料中，介电材料可以是与针对电介质层4使用的材料相同的材料。合适的UV-C透明嵌入材料是硅树脂。另外，由于局部无源电极(第二电极7)的面积和局部介电材料厚度是设计参数，所以即使是LED和其他需要不同电流和/或电压电平的电子器件仍然可以连接到同一个振荡器。有利的是，使用单条驱动线可以减少电线的麻烦，因为任何电线都可以连接到任何其他电线。这简化了安装，特别是在离岸工业中。
从上面给出的公式可以推断出，在部署更高的驱动频率时无源电极的面积可以最小化，由此可能限制容易受损的电子器件的面积/体积。然而，对于大的有效子负载电流(即，流过多个负载25a、25b、25c中的一个的电流，例如如图10和11所示)，无源电极的表面积仍将具有特定大小。幸运的是，这个区域是否因损坏而被切割并不重要，因为切割几乎不会减少其表面积。这在图12A中图示，示出了在电力布置的实施例中使用的局部切割分段第二电极7b的图，其中，切口70几乎不影响有效无源电极面积。
只有当无源电极的表面积减小时，如图12B所示的损坏的分段第二电极7b、7c的图示，子负载25b、25c中的LED的LED输出才会减小，这是不期望的。因此，对于实质上受损的无源电极区域，该区域受到显著影响。在部署负载共享电阻器时，部分面积损失可由最近的邻居进行补偿，R的值决定邻居能够补偿经历的面积损失的多少以及多大程度(工作、开路或短路)。
为了应对无源电极损坏，负载共享电阻器26a、26b可以被部署为并联连接一个或多个相邻的无源子电极7a、7b、7c，如也如图12B中示出。负载共享电阻器26a、26b的一个好处是，在未损坏的情况下，不存在相邻子电极7a、7b、7c之间的显著差异，因此在负载共享电阻26a、26b中几乎没有任何功率耗散。当存在损坏时，损坏的LED电流的一部分可以由邻近的子电极7a、7b、7c承载。可以共享多少取决于负载共享电阻器26a、26b的值。对于负载共享电阻器26a、26b的低值，允许丢失无源电极区域的相当的部分。但是，如果一个或多个邻居也发生短路，则可能流过过大的短路电流。当负载共享电阻器26a、26b的值太高时，几乎不存在任何丢失电极补偿可能。因此，10-40％的合适的负载共享能力估计是合理的。在20mAUV-C LED电流的情况下，约1-4kΩ的负载共享电阻值是合理的，但该值不限于此范围。
如上所述，如果局部有源电极(即第一电极)的面积被设计为允许具有与UV-C LED的值相等或接近的最大电流，则允许子负载产生短路-电路没有明显影响其功能邻居(有或没有负载共享电阻)。因此，如果局部直流电源的正端子和负端子在损坏时暴露在外，则电化学电流的大小也受到限制，而其位置局限于损坏区域。由于暴露的端子会随时间消失，由于材料溶解，即便没有完全停止，电化学反应的量也会随着时间而减少。
对于范围在0.1和100MHz之间的驱动频率，例如可以获得令人满意的结果。交流电化学发生并且例如当供应线1b被切割时会形成腐蚀。因此需要损害控制。这里存在高振荡器频率(>～20kHz)的另一个好处。如果电源线1b(电源线提供AC功率并因此引起交流电化学反应；在负载内AC被转换为DC，并发生DC电化学反应，但仅在本地)暴露在海水中时，供电线和船舶船体将交替地充当阳极和阴极。对于高频率，这并没有什么不同，但是，对于两个电极，电化学的废物将在每个电极处可用，并且对于对称驱动电压，处于化学计量的量。更重要的是，由于气泡的形成动力学，气泡在极性反转之前仍然是小尺寸的。因此，自燃并且因此发生自我湮没。这个过程会产生热量，但自由废弃产物的量会大大减少。
所提出的解决方案的另一个优点是，电路的闭合是借助于无源电极区域与水线以下的导电良好的海水或水线以上的不导电空气的串联来完成的。因此，水线以上的负载自行变暗。除了导电率之外，水线以上和以下的介电常数也不同，再次，产生的效果在正确的方向上工作。取决于朝向船舶船体和环境海水/空气的耦合比率，因此可以使水线上方的负载被动地变暗，由此节省能量并且同时减少辐射到水线以上的周围环境中的UV-C的量。如果需要，LED甚至可以通过部署有源检测电路完全关闭。不同的实施例描述了实现这一点的不同手段和方法(例如，使用不同的电介质厚度，不同的材料，两级无源电极，朝向可能弄湿或不弄湿的船舶船体的迂回孔等)。
根据本发明的一个方面，所有负载与由无源接地端接的振荡器(AC电源)串联连接。这种设置的一个优点是从无源电极流到地的所有电流也流过子负载的总和。此设置的效率或功率传输由所有子负载消耗的能量与与无源接地电极周围环境消耗(与负载串联)的能量的比率决定。当周围环境良好导电时(低串联电阻率)，对于海水和船舶船体是这种情况，功率损失很低。这是因为船舶船体很厚，具有较大的表面积，并且由电传导良好的钢制成，而海水的电阻损失很小，因为它具有相当高的导电性。事实上，船舶船体漂浮在一个无限的液态3D电阻阵列中。而且，所有接地电阻路径都是并联的，产生非常低的有效电阻。最重要的是，这种阻力是自适应的，因为海水在运动中或静止时沿循船舶船体的轮廓，并且它适应由于载荷(货物/压舱水或两者)的变化而导致的水线差异。因此，在任何情况下，所提出的电力布置的效率都是高和最佳的。
鉴于船舶船体和海水预期的低损耗贡献，因此分段无源电极顶部的电介质层的介电性质是最重要的。例如使用硅胶时，与该层相关的损耗可能非常低。有机硅的使用是进一步有利的，因为它是UV-C透明的并且阻挡水和盐。
本发明的另一方面涉及公共电力线(即供电线1b)的潜在切割以及随后暴露于海水。虽然这种切割会使连接在下游的负载不能工作，但是注入到海水中的功率的量和这种注入发生的时间可以被最小化。这可以通过优化其物理尺寸以及其在暴露时的侵蚀速率来完成。因此，公共电力线优选作为薄且宽的带来执行，而不是将其作为粗圆线执行。另外，可以使用延展性材料，例如可以容易地切割和撕裂的金、银、铜和铝。在这些材料中，铝是最优选的材料，因为铝也会在酸性和碱性环境中溶解。因此，当电化学反应发生时，铝比其他大多数材料溶解得快得多，而其仍然是良好的电导体。另外，氯气和离子都加速了铝的自然溶解。因此，暴露的条带的表面积或横截面将快速减小，从而迅速减少向环境海水注入的功率量。
此外，铝具有低熔点，允许将一个或多个熔断器集成到电力线本身中。有利的是，铝也是UV-C非常好的反射体。因此，电力线和无源电极优选以(片层)铝来执行。此外，铝允许电子元件的(导线)结合而不需要焊料，并且它可以被激光焊接。因此，将所有电子元件完全集成到也具有无源分段电极的UV-C LED带中是可能的。此外，LED条可以很容易地粘贴到曲面和轮廓表面上，并且可以制成很长的长度。因此在实施例中可以使用LED条或LED贴片。此外，贴片承载体的厚度可以在很大的面积和长度上容易地控制，因此可以很轻松地设定到船舶船体的电容(电极3和7的直接在承载体上方的图样的区域)。
如果使用仅具有单条电源线的LED条或LED贴片，则抗污染瓦片(即负载布置)的其余部分可以包括“被动”瓦片，其仅包括UV-C光导，光学地连接到LED灯条。这可以是瓦片上的搭扣(光导在LED条带上方)，或者是填充相邻LED条带之间的间隙的光导材料的厚层，或者包括填充LED条带之间的空间的多个更小的瓦片。优点是可以切割光导以测量以填充间隙而不损坏LED条。导光构件与LED条之间的光学耦合可以作为空气、(海)水或硅树脂来执行。
通常，连接线1c可以直接(电流地)连接到第二电极7或可以终止于水中，使得连接线1c与第二电极7之间的连接通过水形成，这在使用负载布置的贴片型解决方案的情况下是特别有用的。这些不同的解决方案将通过连接线3的末端与第二电极7(特别是图8和9)之间的虚线来指示。此外，第二电极7优选地直接连接到负载2，即负载端子2b与第二电极7之间通常没有(长的)连接。
在下面将描述另外的实施例。
图13示出了根据本发明的抗污染应用场景中的电力布置106的实际实施方式的侧视图(图13A)和俯视图(图13B)，其类似于图10和11描绘的第六实施例。在该实施例中，提供在一个或多个电介质(粘合剂)基底40(其一部分表示电介质层4)之上承载的单一的薄而宽的导电电源线3(表示第一电极)，单电源导线3(直接连接到AC端子1b或通过外部构件11(海水)连接)，优选地在片层铝中执行并且由高频AC振荡器(未示出)进行电压调制。单电源线3电连接到并联连接的多个负载25a、25b、25c，包括例如以格雷茨电桥23形式执行的本地DC电源和LED 24，如图9或12所示。每个负载25a、25b、25c由限流无源接地电极7a、7b、7c端接。
在每个负载25a、25b、25c的格雷茨电桥23上，可以存在一个或多个连接的电子部件，例如(UV-C)LED，IC和/或其它电子电路和模块。优选地，整个组件被封装在例如由硅树脂制成的UV-C透明的水和盐不可渗透的壳体41中。
供电线3(表示第一电极)可以提供有一个或多个集成熔断器26(例如以铝板执行)和电源线的不透水绝缘附件。保险丝在电线损坏的情况下提供安全保护。这在图14中示出，示出了抗污染应用场景中的根据本发明的电力布置107的另一实际实施方式的俯视图。
在另一个实施例中，无源电极区域7a、7b、7c也可以在铝板中执行。此外，可以执行无源电极区域，使得取决于周围环境的电和电介质特性可以获得多个电容值。例如，在无源电极的顶部与底部的电介质的不同厚度，或者两种不同的介电材料(例如一个良好地粘接，另一个具有较好的UV透明度)，或者可以是湿海水的形状为孔的上部的局部的薄的介电材料，可以会被部署。另一个示例是分为两个或更多个连接的子部件的无源电极，其中一个或多个部分与靠近载体衬底的另一部分相比在平面内升高。此外，可以使用上述这些选项的相反方式。又一个实施例可以包括可充气或扑动无源电极或在无源电极之下或之上的空腔，允许局部高度和/或介电材料调节。这些仅仅是可用于调节无源接地电极的上半部分和下半部分的个体贡献的选项的示例，目的是根据周围环境的电介质和电特性来自动调暗局部LED。
在又一个实施例中，LED条带25a、25b可以通过附加光导在视觉上可延伸，例如作为辊27a、瓦片27b或任何其他形状的可延伸但被动UV-C光导体来执行，如图15所示。这样的瓦片在碰撞时可能会损坏和/或丢失，并可根据需要而容易地更换。
除在船舶船体外表面使用外，其他应用包括水下或靠近水的建筑物或建筑物的部分，例如，码头，桥梁或风力发电站等。

Claims (5)

1.一种海用结构，包括：
用于浸没在水下的外表面(50)，
AC电源(1)，其具有第一AC端子(1a)和第二AC端子(1b)，所述第一AC端子被电连接到所述外表面(50)，以及
被安装到所述外表面的负载，其包括光源，所述负载具有第一负载端子(2a)和第二负载端子(2b)，其中，所述负载适于由所述AC电源(1)供电，
第一电极(3)，其被电连接到所述第一负载端子(2a)，以及
承载体(80)和在所述承载体的顶部上的电介质层(4)，
其中，所述第一电极(3)和所述负载被嵌入到所述电介质层中，并且所述第一电极和所述电介质层(4)被布置为与所述外表面(50)组合形成用于在所述第一电极(3)与所述外表面(50)之间进行电功率的电容性传输的电容器(6)，
其中，所述第二AC端子(1b)和所述第二负载端子(2b)被布置为通过所述外表面(50)浸没的所述水进行电连接，所述水由此用作与所述外表面(50)绝缘的外部导电元件(10、11)，并且
其中，所述第一负载端子(2a)与所述第二负载端子(2b)电绝缘。
2.根据权利要求1所述的海用结构，
其中，所述外表面(50)是船舶船体的外表面的至少部分。
3.根据权利要求2所述的海用结构，
其中，在所述承载体(80)上承载所述负载和所述第一电极(3)，其中，所述承载体被配置为布置在所述船舶船体(50)处。
4.根据权利要求1所述的海用结构，
还包括壳体(8)，所述壳体容纳所述负载、所述第一电极(3)和所述电介质层(4)。
5.根据权利要求1所述的海用结构，其中，所述负载包括LED或UV-LED。
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