CN108516063A - 一种现场清除海洋船舶生物污染的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种现场清除海洋船舶生物污染的装置及方法，装置包括具有防护罩的紫外灯；通过传动杆与紫外灯连接的紫外灯控制端；紫外灯控制端包括脉冲宽度调制模块和与脉冲宽度调制模块连接的机械控制模块。该装置通过脉冲宽度调制模块和机械控制模块作为紫外灯控制端通过传动杆对具有防护罩的紫外灯进行控制，对海洋船舶生物污染物高强度脉冲辐照，实现现场、快速、高效清除海洋船舶生物污损。该装置减少了因除污工作对船舶的占用，也缩短了船舶的维护时间，降低运营成本，尤其对于大型远洋船舶具有十分可观的经济效益。该装置对牡蛎的灭杀率为88％；藻类的灭杀率为95％，特别针对初期附着的生物幼体，可以完全抑制其繁殖生长并杀灭。

Description

一种现场清除海洋船舶生物污染的装置及方法

技术领域

本发明涉及海洋生物污染物清除技术领域，尤其涉及一种现场清除海洋船舶生物污染的装置及方法。

背景技术

海洋污损生物又称为海洋附着生物，是指栖息、附着及生长在船底、码头、浮标和各类人工设施上，对人类经济活动产生不利影响的动物、植物、微生物的总称。海洋污损生物会增加船体自重和航行阻力，致使船舰航速下降，燃料消耗增加，据统计，万吨以上的远洋轮，船底污损5％，燃料油消耗将增加10％。海洋附着生物还会发生一系列复杂的物理化学反应，大大加速船体钢板的腐蚀，缩短船舶使用寿命。为避免上述危害，需要花费大量人力进行频繁的周期性维护，造成巨大的经济损失。所以，高效、经济、环保的海洋除污染技术，对于提升船舶性能、降低燃料消耗、延长船舶使用寿命、节约开支等方面具有很大的现实意义。

目前，对于解决海洋生物污染问题，主要方法是在船体上涂覆各种防污涂料，包括仿生防污涂料、导电防污涂料、合金涂料等，效果较为明显，但是技术还不够成熟，其存在的主要问题是：原料合成困难，船体表面积巨大，需求量大，涂覆后的有效期较短，需要反复多次涂覆，增加相关费用，进行防污处理时需停靠在船坞中，影响船只的航行使用等。

因此，开发一种快速、有效、实用、环保并可随时在现场作业的海洋除污的新方法是解决海洋船舶维修保障问题的当务之急。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种现场清除海洋船舶生物污染的装置及方法，该装置能够现场清除海洋船舶生物污染，且具有较高的杀灭率。

本发明提供了一种现场清除海洋船舶生物污染的装置，包括具有防护罩的紫外灯；

通过传动杆与所述紫外灯连接的紫外灯控制端；

所述紫外灯控制端包括脉冲宽度调制模块和与所述脉冲宽度调制模块连接的机械控制模块。

优选地，所述防护罩的一面为透明面，防护罩的其它面为紫外线反射面。

本发明提供了一种现场清除海洋船舶生物污染的方法，包括以下步骤：

采用上述技术方案所述的装置对船舶上的生物污染辐照。

优选地，所述辐照的紫外线波长为200～275nm。

优选地，所述辐照的距离为1～20cm。

优选地，所述辐照的方式为脉冲式的瞬间高强度辐照方式。

优选地，所述脉冲式的瞬间高强度辐照方式的单次脉冲照射剂量大于10000μW·s/cm²。

优选地，所述脉冲式的瞬间高强度辐照方式的脉冲宽度为1μs～1s。

本发明提供了一种现场清除海洋船舶生物污染的装置，包括具有防护罩的紫外灯；通过传动杆与所述紫外灯连接的紫外灯控制端；所述紫外灯控制端包括脉冲宽度调制模块和与所述脉冲宽度调制模块连接的机械控制模块。本发明提供的装置通过脉冲宽度调制模块和机械控制模块作为紫外灯控制端通过传动杆对具有防护罩的紫外灯进行控制，对海洋船舶生物污染物进行高强度脉冲辐照，实现现场、快速、高效清除海洋船舶生物污损。另外，该装置减少了因除污工作对船舶的占用，也缩短了船舶的维护时间，降低运营成本，尤其对于大型远洋舰船具有十分可观的经济效益。实验结果表明：本发明提供的装置对船舶附着生物为牡蛎时的灭杀率约为88％；附着生物为藻类时灭杀率约为95％，特别针对初期附着的生物幼体，可以完全抑制其繁殖生长并杀灭，因此表面洁净的船舶在航行使用中进行定期、定量辐照扫描可以有效抑制船舶生物污损的形成。

附图说明

图1为本发明所使用的紫外灯防护罩的结构示意图；

图2为本发明所使用的紫外灯防护罩的角度观察示意图；

图3为本发明提供的现场清除海洋船舶生物污染的装置的操作示意图；

图4为本发明提供的现场清除海洋船舶生物污染的装置的角度观察示意图；

图5为本发明采用的脉冲式工作与长时工作的时序对比图。

具体实施方式

本发明提供了一种现场清除海洋船舶生物污染的装置，包括具有防护罩的紫外灯；

通过传动杆与所述紫外灯连接的紫外灯控制端；

所述紫外灯控制端包括脉冲宽度调制模块和与所述脉冲宽度调制模块连接的机械控制模块。

本发明提供的装置通过脉冲宽度调制模块和机械控制模块作为紫外灯控制端通过传动杆对具有防护罩的紫外灯进行控制，对海洋船舶生物污染物进行辐照，实现了现场清除海洋船舶生物污染物，且具有较高的杀灭率。另外，该装置减少了因除污工作对船舶的占用，也缩短了船舶的维护时间，降低运营成本，尤其对于大型远洋舰船具有十分可观的经济效益。实验结果表明：本发明提供的装置对船舶附着生物为牡蛎时的灭杀率约为88％；船舶附着生物为藻类时灭杀率约为95％。

本发明提供的现场清除海洋船舶生物污染的装置包括具有防护罩的紫外灯。参见图1和图2，图1为本发明所使用的紫外灯防护罩的结构示意图；图2为本发明所使用的紫外灯防护罩的角度观察示意图；图2中，4为灯芯固定支架，5为紫外线的反射弧面，6为紫外线射出面，7为防水电源接线口。在本发明中，所述具有防护罩的紫外灯内部设有灯芯；所述灯芯的个数可以是单个或多个，所述灯芯通过灯芯固定支架固定。防护罩的一面为透明面，即紫外线射出面；防护罩的其它面为紫外线反射面，作为紫外线的反射弧面；所述防护罩的紫外线反射面选自镀膜玻璃、铁质镜面、铝箔、铝膜或PVC膜。所述紫外线反射面将紫外灯芯向多个方向发射的紫外线全部反射到透光面集中射出，可以提升紫外线的利用率，降低对紫外灯本身的功率需求；还可以大幅提升单位面积的辐照能量。另外，单侧光线射出可以避免目标生物以外的生物被紫外灯直接照射，防止操作人员受到紫外灯的伤害，紫外线的波长为200～275nm。所述防护罩能够为紫外灯芯提供固定支架；所述防护罩优选为防水的防护罩，便于水下作业。

本发明提供的现场清除海洋船舶生物污染的装置包括通过传动杆与所述紫外灯连接的紫外灯控制端；所述紫外灯控制端包括脉冲宽度调制模块和与所述脉冲宽度调制模块连接的机械控制模块。在本发明中，所述脉冲宽度调制模块能够与船舶上的电源相匹配，能够将船舶上的电力进行变压整流，为紫外灯和除污装置的其它器件提供所需的特定的电力驱动；并提供人机交互界面，根据不同的应用场合设定适合的脉冲宽度、辐照脉冲频率和电流强度，从而控制紫外灯发射的紫外线辐照强度；电路中有储能充电装置，能够为高功率的紫外灯提供瞬间高能量脉冲输出，以保证脉冲辐照强度。

在本发明中，与所述脉冲宽度调制模块连接的机械控制模块能够将除污装置固定在船体上，通过人为控制或自动设定的轨迹对船体进行辐照扫描。紫外灯的辐照强度会因为辐照距离的增大而大幅度降低，所以需要机械控制模块调整辐照光源与目标生物的照射距离，以确保达到相应辐照剂量。在本发明中，所述紫外灯的辐照距离优选为1～20cm；在本发明具体实施例中，所述紫外灯的辐照距离具体为2cm。所述机械控制模块用于驱动和控制传动杆实施除污作业。

参见图3和图4，图3为本发明提供的现场清除海洋船舶生物污染的装置的操作示意图；图4为本发明提供的现场清除海洋船舶生物污染的装置的角度观察示意图，图3中，8为船体甲板，9为船体钢板，10为脉冲宽度调制模块，11为机械控制模块，12为上支撑轮，13为内支撑轮，14为横向运动轮，15为传动杆，16为纵向运动轮，17为紫外灯，18为紫外线。

在本发明中，所述传动杆主要是方便除污装置的实施操作，传动杆的一端与紫外灯连接，紫外灯的电源线固定在传动杆上，传动杆可以由人工控制或者自动控制，可以伸缩，调整辐射角度和沿着船体平行运动。

本发明提供的现场清除海洋船舶生物污染的装置优选还包括与船体钢板9的外侧壁接触的横向运动轮14和纵向运动轮16；所述横向运动轮14用来控制传动杆的横向运动；所述纵向运动轮16用来控制传动轮的纵向运动。

本发明提供的现场清除海洋船舶生物污染的装置优选还包括与船体钢板的上侧壁接触的上支撑轮12；及与船体钢板的内侧壁接触的内支撑轮13。所述上支撑轮12能够支撑传动杆与船体钢板垂直的部分；所述内支撑轮13能够支持位于船体钢板的船体内侧的传动杆段。

本发明提供了一种现场清除海洋船舶生物污染的方法，包括以下步骤：

采用上述技术方案所述的装置对船舶上的生物污染辐照。

在本发明中，所述辐照的方式优选为脉冲式的瞬间高强度辐照方式。所述脉冲式的瞬间高强度辐照方式的单次脉冲照射剂量大于10000μW·s/cm²；在本发明具体实施例中，所述脉冲式的瞬间高强度辐照方式的单次脉冲照射剂量为31000μW·s/cm²或72000μW·s/cm²。所述脉冲式的瞬间高强度辐照方式的脉冲宽度优选为1μs～1s；在本发明具体实施例中，所述脉冲宽度为0.5s或1s。所述脉冲式的瞬间高强度辐照方式的间歇时间优选为2s～3s。申请人通过对比三种辐照方式，最终选择脉冲式的瞬间高强度辐照方式：对于某生物污染物，方式一，以200μw/cm²强度的紫外线照射10分钟，辐照剂量为120000μW·s/cm²，杀灭率为92.52％，消耗电能18000Ws；方式二，以150μw/cm²强度的紫外线照射50分钟，辐照剂量为450000μW·s/cm²，杀灭率为90.88％，消耗电能67500Ws；方式三，以高强度脉冲模式照射，辐照强度15000μW/cm²，脉冲宽度1s，间歇时间30s，单次脉冲辐照剂量15000μW·s/cm²，照射四次，总用时126s，杀灭率为85.32％，仅消耗电能9000Ws。参见图5，图5为本发明采用的脉冲式工作与长时工作时序对比图；其中，1为脉冲工作间歇，2为脉冲照射宽度，3为长时间照射。

在本发明中，所述辐照的紫外线波长优选为200～275nm。

在本发明中，所述辐照的距离优选为1～20cm；在本发明具体实施例中，所述辐照的距离为2cm。

在本发明中，所述生物污染优选包括藻类和/或牡蛎。

为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种现场清除海洋船舶生物污染的装置及方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

将除污装置固定与船体钢板9上，通过机械控制模块11调节纵向运动轮16、传动杆15的长度和紫外灯17的角度，紫外线18的照射角度与照射距离，通过脉冲宽度调节模块10设定除污装置的脉冲工作模式，使用上支撑轮12和内支撑轮13，纵向运动轮16固定除污装置，当前位置辐照结束后使用上支撑轮12，内支撑轮13横向运动轮14移动到下一个位置作业，直到绕船体一周，污染部位全部完毕；其中紫外灯防护罩的反射弧面5采用PVC膜，采用的紫外灯17的总额定功率为1000w，辐射的紫外线18的波长为253.7nm，驱动电压250V，照射距离为2cm，脉冲式的瞬间高强度辐照方式的单次脉冲照射剂量约为31000μW·s/cm²，脉冲宽度设置为1秒，间歇时间为3秒，船体表面单位面积平均被照射10次。

目标污染物为藻类，扫描结束后，看到不断有目标生物随着海水冲击拍打而脱落，达到在海洋现场完成海洋船舶除生物污染的目的，经测试，24小时内目标污染物藻类的杀灭率约为95％。

实施例2

将实施例1中的使用的紫外灯17总额定功率提升到3000w，辐射紫外线18的波长、驱动电压和照射距离不变，脉冲式的瞬间高强度辐照方式的单次脉冲照射剂量约为72000μW·s/cm²，脉冲宽度设置为0.5秒，间歇时间2秒，船体表面单位面积平均被照射20次，目标污染物为牡蛎，扫描结束后，不断有目标生物随着海水冲击拍打而脱落，达到在海洋现场完成海洋船舶除生物污染的目的，经测试，48小时内目标生物目标牡蛎的杀灭率约为88％。

对比例1

将实施例1中照射距离调整为30cm，单次脉冲照射剂量约为6200μW·s/cm²，其余参数和目标污染物不变，扫描结束后24小时内，仅有5％藻类污染物被杀灭。

对比例2

将实施例2中的照射距离调整为40cm，单次脉冲照射剂量约为9300μW·s/cm²，其余参数和目标污染物不变，照射扫描结束后48小时内，只有约3％的污染物幼体被杀灭。

由以上实施例可知，本发明提供了一种现场清除海洋船舶生物污染的装置，包括具有防护罩的紫外灯；通过传动杆与所述紫外灯连接的紫外灯控制端；所述紫外灯控制端包括脉冲宽度调制模块和与所述脉冲宽度调制模块连接的机械控制模块。本发明提供的装置通过脉冲宽度调制模块和机械控制模块作为紫外灯控制端通过传动杆对具有防护罩的紫外灯进行控制，对海洋船舶生物污染物进行辐照，实现了现场清除海洋船舶生物污染物，且具有较高的杀灭率。另外，该装置减少了因除污工作对船舶的占用，也缩短了船舶的维护时间，降低运营成本，尤其对于大型远洋舰船具有十分可观的经济效益。实验结果表明：本发明提供的装置对船舶附着生物为牡蛎时的灭杀率约为88％；附着生物为藻类时灭杀率约为95％，特别是对初期附着的生物幼体，可以完全抑制其生长并杀灭。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种现场清除海洋船舶生物污染的装置，包括具有防护罩的紫外灯；

通过传动杆与所述紫外灯连接的紫外灯控制端；

所述紫外灯控制端包括脉冲宽度调制模块和与所述脉冲宽度调制模块连接的机械控制模块。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，防护罩的一面为透明面，防护罩的其它面为紫外线反射面。

3.一种现场清除海洋船舶生物污染的方法，包括以下步骤：

采用权利要求1～2任意一项所述的装置对船舶上的生物污染辐照。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述辐照的紫外线波长为200～275nm。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述辐照的距离为1～20cm。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述辐照的方式为脉冲式的瞬间高强度辐照方式。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述脉冲式的瞬间高强度辐照方式的单次脉冲照射剂量大于10000μW·s/cm²。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述脉冲式的瞬间高强度辐照方式的脉冲宽度为1μs～1s。