CN110100371B - 用于对负载进行供电的负载装置 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于对暴露于液体(10)的海洋结构(50)的表面(30)上的负载进行供电的负载装置。所述负载装置具有载体(100)和导体装置(110)，所述导体装置被布置在所述海洋结构的所述表面上并且被耦合到电源(1)的一个极。另一极被耦合到所述液体。所述载体具有覆盖所述导体装置的部分和所述海洋结构的所述表面(30)的后表面(102)。所述载体中的负载(20)经由被布置用于耦合到所述液体的前电极(130)以及被布置用于耦合到所述导体装置的在所述后表面处的后电极(120)从所述电源接收供应电流。所述负载可以是用于发射防污垢光的UV‑C LED。

Description

用于对负载进行供电的负载装置
技术领域
本发明涉及一种用于对暴露于液体(海水)的海洋结构的表面上的负载进行供电的负载装置。液体构成导电介质。负载被嵌入载体中并且被耦合在第一功率节点与第二功率节点之间以用于从电源接收供应电流。
背景技术
暴露于水的表面的生物污垢在其寿命的至少一部分期间是众所周知的现象，其在许多领域中引起大量问题。例如，在航运的领域中，已知船舶的船体上的生物污垢引起船舶的阻力的严重增加，以及因此船舶的增加的燃料消耗。在这方面，应估计到，燃料消耗中的多达40％的增加可能归因于生物污垢。
一般而言，生物污垢是微生物、植物、藻类、小动物等的微生物在表面上的积聚。根据一些估计，包括超过4000种生物体的超过1800个物种负责生物污垢。因此，生物污垢由各种各样的生物体引起，并且涉及得比藤壶和海藻到表面的附着多得多。生物污垢被分为：微观污垢，其包括生物膜形成和细菌粘附；以及宏观污垢，其包括较大生物体的附着。归因于确定什么防止其沉淀的不同的化学和生物学，生物体还被分类为硬的或软的。硬污垢生物包括钙质生物(诸如藤壶、结垢苔藓动物、软体动物、多毛类和其他管虫和斑马贻贝)。软污垢生物包括非钙质生物(诸如海藻、水螅虫、藻类和生物膜“粘液”)。这些生物体一起形成污垢群落。
如在前述内容中所提到的，生物污垢产生大量问题。仅提到除上文提到的船舶的阻力的增加之外的两个其他负面后果，生物污垢可能使机器停止工作并使进水口变得堵塞。因此，防生物污垢的话题(即，去除或者防止生物污垢的过程)是众所周知的。
WO 2014/188347 A1描述了一种当表面至少部分地被浸没在液体环境(特别是水或油环境)中时对所述表面的防污垢的方法。该方法包含从嵌入暴露表面上的光学介质中的光源提供防污垢光，光学介质具有基本上平面的发射表面。防污垢光在远离暴露表面的方向上从光学介质的发射表面发射，并且防污垢光可以是紫外线光。光源需要被电气供电并且因此构成要在海洋结构的表面上被供电的负载的范例。WO 2014/188347 A1描述了经由嵌入所述光学介质中的线对这样的负载进行供电。
WO2016/193055 A1公开了一种在使用期间至少部分地被浸没在水中的对象，其中，对象选自包括船只和基础设施对象(15)的组，对象还包括包含UV发射元件的防污垢系统，其中，UV发射元件被配置为利用在辐照阶段期间的UV辐射辐照以下各项中的一项或多项：(i)所述对象的外部表面的第一部分和(ii)邻近所述对象的所述外部表面的所述第一部分的水，其中，对象还包括具有被配置在突出元件之间并且被配置为相对于突出元件压低的UV发射元件的突出元件。
WO2007/107722 A1公开了教导一种显著地减少海洋污垢的方法，包含使用水下表面周围的区域中的光来减少浮游动物和樽海鞘。这些海洋生物体通常在夜间以避免光捕食者(诸如鱼)。因此，其将避免明亮的区域。光可以被提供在船等周围的碰垫中，其可以将光引导到船只的水下表面周围的区域。备选地，光可以被定位在水下表面上。另外，可以使水下表面为反射性的以增加船只周围的照明水平。在另一备选方案中，水下表面可以用生物或化学发光涂层来涂层。
EP0468739 A1公开了一种防污垢方法，包括：将导电薄片排列在遭受污垢控制的北极上；将电极构件和参考电极布置在海水中；使用导电薄片作为阳极并且使用电极构件作为阴极施加直流电流；当将参考电极与阳极之间的电势差控制为在某个范围内时，允许弱电流流动；并且向与导电薄片接触的微生物给定电击以便防止其依附。在不生成对于生命有害的物质(诸如归因于海水的电解的氯气)的情况下，可以有效地执行污垢控制。
US2006/065551 A1公开了一种用于测试正被给予到由牺牲阳极或外加电流阴极防护系统或二者防护的金属结构的防护水平的便携式手持自动防护水解读阴极防护计。该计适合于各种环境，包括海水、淡水和土壤。操作者可以选择要测试的金属的类型以及正在使用的参考电极的类型两者。该计基于操作者的选择自动地校准对防护水平的数据解读并且消除存在于参考电极与正受防护的结构之间的任何电压降误差。
WO 2017/109063 A1公开了一种用于使用电源装置并且用于被布置在第一外部导电元件处的负载装置。该负载装置包括具有用于由AC电源供电的第一负载终端和第二负载终端的负载、电气连接到第一负载终端的第一电极、以及介电层。第一电极和介电层被布置为组合表示海洋结构的外部表面的第一外部导电元件形成用于在第一电极与第一外部元件之间对电能的电容性传输的电容器。电容器和第二负载终端中的至少一个被布置用于通过水进行电能传输以经由水在AC电源与电容器和第二负载终端中的相应一个之间形成电气路径。第一负载终端与第二负载终端电绝缘。
发明内容
从前述内容得出，WO 2014/188347 A1解决在海洋结构的表面上提供防污垢染光的主题。电气负载被嵌入载体中并且经被嵌入所述载体中的线被供电。为了将各个载体连接到光源，必须例如使用电源线和电源连接器来进行电流连接，其是昂贵并且不可靠的。因此，需要以更方便且可靠的方式向这样的光源和其他负载提供电力。
本发明具有提供一种用于对暴露表面上的负载进行供电的负载装置的目标。
根据本发明，提供了一种用于对暴露于液体的海洋结构的表面上的负载进行供电的负载装置，所述液体构成导电介质，所述负载装置包括：
导体装置，其要被布置在所述海洋结构的所述表面上并且被构造用于耦合到电源的一个极，所述电源的另一极被耦合到所述导电介质；
载体，其具有与所述液体接触的前表面和覆盖所述导体装置的部分和所述海洋结构的所述表面的后表面，并且所述载体包括：
负载，其被布置在所述载体中并且被耦合在第一功率节点与第二功率节点之间以用于从所述电源接收供应电流，
在所述前表面处的前电极，其被连接到所述第一功率节点并且被布置用于耦合到所述导电介质，以及
在所述后表面处的后电极，其被连接到所述第二功率节点并且被布置用于耦合到所述导体装置。
根据本发明，提供了一种具有暴露于液体的表面的海洋结构，所述液体构成导电介质，所述海洋结构包括至少一个如上文所限定的负载装置，其中，
所述导体装置被布置在所述海洋结构的所述表面上；
所述载体被布置在所述海洋结构的所述表面处并具有覆盖所述导体装置的部分和所述海洋结构的所述表面的所述后表面；
所述后电极被耦合到所述导体装置，并且
所述海洋结构包括：
所述电源，其具有被连接到所述导体装置的一个极和被耦合到所述导电介质的另一极以用于将所述供应电流从所述电源传递到所述负载。
根据本发明，提供了一种用于安装如上文所限定的负载装置的方法，所述方法包括：
将所述导体装置附接到要暴露于所述液体的海洋结构的表面；
布置所述载体的所述后表面以覆盖所述导体装置的部分和所述海洋结构的所述表面，同时将所述后电极耦合到所述导体装置；以及
将所述电源提供为被耦合在所述导电介质与所述导体装置之间以用于将所述供应电流从所述电源传递到所述负载。
以上特征具有以下效果。所述载体是物理地承载所述一个或多个负载(例如，嵌入所述载体中或上的光源)的机械元件。所述载体具有与所述液体接触的前表面和覆盖所述导体装置的至少部分和所述海洋结构的所述表面的后表面。在所述载体中，嵌入一个或多个负载。每个负载被耦合在第一功率节点与第二功率节点之间以用于从所述电源接收供应电流。所述载体具有被定位在所述前表面处的一个或多个前电极，以及在所述后表面处的后电极。所述电源具有两个极，一个极要被连接到所述导体装置，并且所述电源的另一极要被耦合到所述导电介质。相应的前电极被连接到所述第一功率节点并且被布置用于耦合到所述导电介质。在使用中，所述供应电流经由所述导电介质(例如海水)从所述电源的所述另一极被传递到所述前电极。相应的后电极被连接到所述第二功率节点并且被布置用于耦合到所述导体装置。
在使用中，所述导体装置被布置在所述海洋结构的所述表面上并且具有经由电源线被耦合到电源的一个极的结构(例如直接电流连接)。所述电源的另一极被耦合到所述导电介质(例如经由延伸到所述液体中的一个或多个导电介质或者经由海洋结构的裸金属部分)。在要暴露于所述液体的所述海洋结构的所述表面上，首先应用所述导体装置，并且随后地，在所述导体装置的顶部上，所述载体被应用到所述海洋结构的所述表面上。有利地，被构造用于耦合到所述一个或多个后电极的所述导体装置的至少部分在所述载体与所述海洋结构的所述表面之间。因此，所述后电极与所述导体装置之间的连接可以由所述载体(例如成形为瓦片或者薄片)覆盖，并且因此被保护免受所述液体影响。
有效地，具有被布置用于耦合到所述导体装置的所述后表面处的后电极的所述载体被定位在具有用于耦合到所述一个或多个后电极的结构的所述导体装置的顶部上。因此，实现所述后电极到所述导体装置的电耦合以便传递所述供应电流。所述供应电流经由所述导电介质从所述电源的一个极被传递到所述前电极。顺序地，所述供应电流经由所述导电介质、所述第一电极、所述第一功率节点、所述光源、所述第二功率节点、所述第二电极和所述导体装置从所述电源的所述一个极被传递到所述电源的另一极。有利地，所述导体装置仅向所述电源的一个极提供单个导电路径，而两个导体到所述电源的相应两个极的交叉通过使用所述导电介质(即所述液体)作为另一电力传递路径来避免。
在所述负载装置的实施例中，所述前电极包括用于在所述第一功率节点与所述导电介质之间传递所述供应电流的与所述液体电流地接触的所述前表面处的导电部分。有效地，所述前电极与所述导电介质导电接触，并且可以传导AC和DC电流两者。
在所述负载装置的实施例中，所述前电极包括在所述前表面附近嵌入所述载体中的前导电层，所嵌入的层被布置为组合介电层和所述液体形成用于在所述第一功率节点与所述导电介质之间电容性传递所述供应电流的前电容器。有效地，所述电容经由由所述载体材料形成的介电层由所述前导电层和构成导电介质的所述液体形成。有利地，这样的电容可以传导适当频率的AC电流，同时还在负载的短路或者故障的情况下限制电流量。
在所述负载装置的实施例中，所述导体装置包括要以跨所述海洋结构的所述表面分布的模式来布置以用于耦合到一个或多个载体的许多后电极的金属导体。一个或多个后电极被布置用于耦合到所述金属导体。所述金属导体可以例如是可以容易地相互连接以构成跨所述表面分布的所述模式的金属条或棒。实际上，这样的模式可以在应用所述载体之前被应用到所述海洋结构的所述表面。所述金属导体可以被构造用于耦合到一个或多个载体中的许多后电极。例如，所述金属导体可以具有未绝缘以对应于相应载体中的后电极的位置定位的部分。
任选地，在以上负载装置中，所述金属导体和所述后电极中的至少一个后电极被布置用于电流耦合。电流耦合(即，导电连接)将后电极连接到电源并且有利地实现对适合于负载的任何类型的AC和DC电流的传递。后电极可以被布置用于电流耦合到导体装置以用于使得电源能够经由添加到供应电压的DC偏移产生海洋结构的外加电流阴极防护。有效地，当这两个电极经由所述负载传导DC电流时，可以相对于所述海洋结构应用DC偏移，即，具有相对于该海洋结构的金属导体部分的DC电压。
任选地，海洋结构具有负载装置，其中，所述前电极包括用于在所述第一功率节点与所述导电介质之间传递所述供应电流的与所述液体电流地接触的所述前表面处的导电部分，并且所述后电极被布置用于电流耦合到所述导体装置以用于将所述后电极电流地连接到所述电源。所述海洋结构还具有电源，所述电源被布置为通过向所述供应电压添加相对于所述海洋结构的DC偏移来产生所述海洋结构的外加电流阴极防护(ICCP)。有利地，组合在要被保护的表面上操作的其他负载(诸如用于防污垢的UV光源)提供ICCP。此外，当负载和对应的前电极跨所述表面分布时，分布式电极被形成以产生所述ICCP。
任选地，在以上负载装置中，所述后电极中的至少一个后电极包括在所述后表面附近嵌入所述载体中的后导电层，以组合后介电层和所述金属导体的相反区域形成用于在所述第二功率节点与所述金属导体之间电容性传递所述供应电流的后电容器。有效地，所述电容经由由所述载体材料形成的介电层由所述后导电层和所述金属导体区域形成。有利地，这样的电容可以传导适当频率的AC电流，同时还在负载之一的短路或者故障的情况下限制电流量而不影响功能性负载的剩余部分的操作。
在所述负载装置的实施例中，所述导体装置包括多引线线缆，所述多引线线缆被配置为将所述引线连接到所述电源的一个极并且用于将所述引线跨所述海洋结构的所述表面分离和分布以用于耦合到许多后电极。许多引线在被连接到所述一个极的所述电源处开始，并且随后被用于跨所述表面分离和分布。每个引线可以被连接到一个或多个后电极(例如经由协作连接器元件)。有利地，避免在导体的模式内进行相互连接，因为所述相应引线直接将具有相应载体的多个相应区域连接到电源的所述极。
在所述负载装置的实施例中，所述导体装置包括线网，所述线网被构造用于耦合到许多载体中的许多后电极并且跨所述海洋结构的所述表面分布所述线网。有利地，线网是可以容易地跨要被覆盖的表面分布的二维结构，而所述线网的线之间的空间保持打开以用于直接将一个载体或多个载体附接到海洋结构的表面。
在所述负载装置的实施例中，所述载体被成形为瓦片并且包括具有相互连接的第二功率节点的多个所述负载，并且所述负载装置包括用于将邻近瓦片相互连接的与所述瓦片的边缘相对应的连接器元件。有利地，具有与瓦片的边缘相对应的导体和连接器的网格的结构是可以容易地跨要被覆盖的表面分布的二维结构，而所述网格的导体之间的空间保持打开以用于直接将所述瓦片附接到海洋结构的表面。
在所述负载装置的实施例中，所述载体包括与所述负载串联连接的电感器，所述电感器用于组合所述后电容器和前电容器中的至少一个构成在谐振频率处谐振的电路以用于与所述电源协作在所述谐振频率处生成AC供应电压。有效地，通过形成谐振电路，降低如存在于导体装置的导体与液体之间的电路的阻抗。有利地，所述电源处的较低AC电压足以递送负载所需要的供应电流。
在所述负载装置的实施例中，所述载体包括与所述负载串联连接的电容器。有利地，这样的电容可以传导适当频率的AC电流，同时还在负载的短路或者故障的情况下限制电流量。
在所述负载装置的实施例中，所述载体可以包括光学介质，并且所述负载可以包括UV光源，所述UV光源用于发射用于对与所述液体接触的所述载体和/或所述海洋结构的表面的防污垢的防污垢光，所述液体是包含防污垢生物体的污垢液体。在所述负载装置的实际实施例中，所述载体可以是以平板或者薄片的形式的光学介质，其中，所述前表面是用于发射所述防污垢光的发射表面，而所述光学介质的这两个表面是基本上平面的并且基本上平行于彼此延伸。在该实施例中，所述光学介质非常适合于被应用作为所述暴露表面的封盖。所述负载可以是适于发射紫外线光的光源。使用紫外光用于防生物污垢的总体优点在于，防止微生物依附并且扎根在要保持干净的表面上。所述光源可以被嵌入所述光学介质中，或者可以被布置在光学介质外部，在邻近所述光学介质的位置处。
当所述光源适于发射紫外线光时，使所述光学介质包括紫外线透明材料(诸如紫外线透明硅树脂)是有利的。在一般意义上，所述光学介质包括被配置为允许所述防污垢光的至少部分分布通过所述光学介质的材料的事实可以被理解为诸如暗示所述光学介质包括对所述防污垢光基本上透明的材料。
使根据本发明的负载装置包括单个光学介质和多个光源具有实际可能性。所述介质还可以包括将光反射到发射表面的一个或多个反射镜。在这样的情况下，所述负载装置的所述光学介质可以具有任何适合的形状和大小，其中，诸如LED的光源遍及所述光学介质分布，并且其中，由所述光源中的每个发出的光在优化的程度上跨所述光学介质的所述发射表面分布。所述光源可以以网格中的一系列并联连接被布置到相应的前电极和后电极。
本发明适用于各种上下文中。例如，根据本发明的所述负载装置可以被应用在海船的领域中。任选地，要暴露于液体的海洋结构具有包括以上负载装置的表面，其中，所述负载装置被附接到所述暴露表面，例如，所述负载包括用于当被浸没在包含生物污垢生物体的污垢液体中时对所述暴露表面的防污垢的UV光源。而且，在一种用于安装以上负载装置的方法中，所述方法可以包括将所述负载装置附接到海洋结构的暴露表面的步骤中。而且，预见到在负载装置被安装到海洋结构的暴露表面的同时对以上负载装置的使用，例如用于当被浸没在包含生物污垢生物体的污垢液体中时对暴露表面的防污垢。在这样的上下文中，所述负载装置被布置为具有保持例如船只的船体干净免于生物污垢的功能，其不改变许多其他应用可能性也存在于该上下文中的事实。
本发明的上文所描述的和其他方面将从实施例的以下详细描述而显而易见并且参考其得以阐述。
附图说明
本发明的这些和其他方面从以下描述中并且参考附图以范例的方式所描述的实施例变得明显并且进一步参考其得以阐述，在附图中：
图1示出了负载装置的范例；
图2示出了具有电容性前电极的负载装置的第二范例；并且
图3示出了具有电流前电极的负载装置的第三范例。
附图仅是示意性的并且未按比例绘制。在附图中，与已经描述的元件相对应的元件可以具有相同附图标记。
具体实施方式
在下文中，本发明将参考其中负载装置被用于对可以被安装到船体的暴露表面以抵抗生物污垢的UV光源(特别是LED)供电的应用场景进行解释。然而，海洋结构的表面上的任何其他负载可以根据本发明进行供电，例如声纳单元或者其他传感器。在将解释所公开的主题的各种实施例的细节之前，将讨论在这样的应用场景中抵抗生物污垢的一般思想和已知方法。
负载装置中的光源可以被选择用于防污垢以具体地发射C类型的紫外线光(其还被称为UVC光)，并且甚至更具体地，具有粗略地在220nm与300nm之间的波长的光。实际上，在大约265nm附近实现峰值效率，同时朝向更高和更低波长下降。在220nm处并且在300nm处，其已经下降到～10％效率。
已经发现，大多数污垢生物体通过使他们暴露于特定剂量的紫外光被杀死、使得不活动或者使得不能够再生。看起来适用于实现防生物污垢的典型的强度是10mW每平方米。可以连续地或者以适当的频率应用光，无论什么在给定情况下(特别是在给定光强度处)是适当的。LED是可以被应用作为负载装置的光源的一种类型的UVC灯。事实上，LED可以通常被包括在相对小的封装中并且比其他类型的光源消耗更少电力。而且，LED可以非常好地被嵌入材料的平板中。LED可以被制造为发射各种期望的波长的(紫外)光，并且其操作参数(最显著地是输出功率)可以在很高的程度上被控制。LED可以是所谓的侧发光LED，并且可以被布置在光学介质中以便在沿着薄片的平面的方向上发射防污垢光。
防污垢光可以通过包括硅树脂材料和/或UV等级(融合)硅的光学介质分布，并且从光学介质并且从海洋结构的表面发射防污垢光。UV-C辐照防止微观和宏观生物体例如在船体上的(初始)沉淀。关于生物膜的问题在于，当其厚度由于生物体的生长而随时间增加时，其表面变粗糙。因此，阻力增加，这要求引擎消耗更多燃料以维持船舶的巡航速度，并且因此操作成本增加。生物污垢的另一影响可能是管道散热器的冷却能力的降低或者盐水进口过滤器和管道的流动能力降低。因此，服务和维护成本增加。
抵抗船体的生物污垢的潜在方案可以是利用例如具有(一个或多个)嵌入式UV-CLED的UV-C透明材料的平板对外部船体的覆盖。这些平板或者一般地任何负载装置(即，消耗用于生成光的电能的元件或者装置)被定位在水线下面。这是因为浸没的表面主要对生物污垢敏感，并且因此，负责阻力的增加。因此，电能需要在水线下面朝向负载递送。
近海产业的电、水和粗野环境的组合提出了真正的挑战。这是因为(海)水是好的电导体，并且因此，短路可能容易发生。而且，水在电流的影响下分解。在海水的情况下，其在DC电流下分解为氯气和氢气。在AC电流下，这两种气体在每个电极处交替地形成。关于形成的气体的额外问题在于，氯气可能增强钢船体的已经自然发生的腐蚀并且加速包括UV-CLED(如果未密封的话)的其他材料的降解。另一方面氢气可能引起铁脆化，最终导致铁块内的严重的裂纹形成。
为了抵抗钢船体的自然腐蚀，大多数船舶被涂层或者喷涂并且另外常常装备有无源或有源阴极保护系统，使得船体当保护涂层或者喷涂局部失效时保持免受自然腐蚀。无源系统使用随时间电化学溶解的牺牲锌、铝或铁阳极，而有源系统在使用由MMO-Ti(混合金属氧化物)涂层的钛或Pt/Ti(铂涂层的钛)制成的阳极中给予DC电流。对于将DC电流(外加电流阴极防护ICCP)给予到海水中的有源系统而言，要求仔细的监测。太大的电流可能引起归因于过度氢气形成的铁脆化，而太大的小电流可能引起允许铁船体仍然缓慢地溶解的保护不足。明显地，防污垢方案不应当致使阴极保护系统失效。
生物污垢预防系统的各种负载(诸如UV LED)要求电能。UV LED是两个加铅的极性敏感的光源，其要求DC电流来操作。在常规方法中，接线导体可以被用于借助于电流接触来提供供应电流。然而，传统的完全接线方法要求复杂的接线和连接器方案以便将电源与负载连接。现在描述使用海水作为浸没在海水中的功率发射器的共同导电介质(例如，连接到电源的一个极的金属船舶的船体(的部分))的单线方法。所述单线由如下面所描述的导体装置提供，所述导体装置与所述导电介质绝缘。
图1示出了负载装置的范例。在范例中，负载是用于对暴露于构成导电介质的液体10(例如，类似包含生物污垢生物体的海水的污垢液体)的海洋结构50的表面30的防污垢的光源20。负载装置包括如由虚线所指示的载体100和被示出为被定位在载体100与海洋结构的表面30之间的发射器装置110。载体具有面向污垢液体的前表面102和至少部分地覆盖表面30和发射器装置的后表面101。负荷20被嵌入载体中并且被耦合在第一功率节点21与第二功率节点22之间以用于从电源1接收供应电流。前电极130被定位在前表面101处，并且经由导体2c被连接到第一功率节点21。前电极130被布置用于耦合到导电介质10。在范例中，前电极延伸到液体中以进行电流接触。后电极120被定位在后表面102处，并且经由导体2a被连接到第二功率节点22。后电极被布置用于耦合到导体装置，如下面所阐述的。
导体装置110经由电源线1a被连接到电源1的一个极。例如，导体装置可以具有金属条、光栅或者网格或者跨海洋结构的表面分布并且连接到电源的另一形式的绝缘导体。电源的另一极被耦合到发射器1d。在范例中，发射器1d延伸到液体中以与液体进行电流接触，用于经由导电介质将供应电流传递到前电极130。备选地，功率发射器可以由具有浸没在液体中的导电部分的海洋结构自身(例如，连接到电源的一个极的金属船舶的船体(的部分))形成。还可以考虑前电极到电源的备选连接(例如，经由如下面所讨论的电容器耦合到液体)。
载体可以包括光学介质4并且被成形为薄片形式。光学介质的前表面构成发射表面，并且可以与载体的后表面基本上是平面的，这些表面基本上平行于彼此延伸。附图图解地示出了光学介质、构成嵌入光学介质中的负载的LED和可以存在于光学介质的后表面附近的反射镜40的一部分的剖视图。借助于箭头图解地指示光束的可能路径。光源可以适于发射紫外光，例如如在以上章节中阐述的UV-C LED。光学介质允许光的至少一部分分布通过光学介质，如由从光源发出的箭头所示，在光学介质的层中传播和内部地反射。在范例中，示出并且解释了一个光源。实际上，负载装置可以包括单个光学介质和多个光源，以及对应的相关联的多个反射镜。反射镜中的每个可以电气耦合到光源中的一个或多个。
反射镜可以构成后电极，其是导电的并且通过引线2a电气耦合到第二功率节点22处的光源。例如，反射镜是反射性导电金属的薄金属层。反射镜的至少一部分可以是散射层。在如图1中所示的实施例中，后电极120被布置为组合介电层4a和导体装置的区域(例如，被定位在后电极对面的金属部分)形成电容器。电容器实现在前电极与导体装置之间对电能的传递，电源1是在经由电容器实现足够的供应功率的频率处操作的AC电源。可以考虑后电极到导体装置的备选连接(例如如下面所讨论的电流连接)。
实际上，负载装置可以具有多个负载，例如多个光源和相关联的反射镜的模式以覆盖延伸区域，同时基本上提供来自发射表面的均匀光发射。在这样的装置中，电流连接或者电容性连接可以由多个负载共享。
图2示出了具有电容性前电极的负载装置的第二范例。在范例中，负载是被耦合在被示出为黑点的第一功率节点与第二功率节点之间的用于发射防污垢光的UV-C LED的集合225。负载装置包括如由虚线所指示的载体200和被示出为耦合到后电极220的导体的导体装置210。在实际的实施例中，导体装置具有以跨海洋结构的表面分布的模式来布置的金属导体以用于耦合到一个或多个载体的许多后电极。后电极被布置用于耦合到金属导体。在范例中，金属导体和后电极中的至少一个后电极被布置用于电流耦合。负载装置可以类似于图1中所示的范例。前电极230具有在载体的前表面附近嵌入载体中的前导电层。所嵌入的层组合介电层204和液体10形成用于在第一功率节点与导电介质之间电容性传递供应电流的前电容器。
在图2中，AC电源201(例如在100-440kHz区域中或者在7.56或13.56MHz处)通过构成单线连接的导体装置210被连接到LED(此处以反并联对示出，使得这两个半相位被用于UV生成)。通过被耦合到海水的所述电容器完成第二电源连接。海水提供到海洋结构250的无保护金属区域的共同导电路径(例如海洋结构(例如，首推力器管隧)的海水浸没的金属区域中的船舶的船体、螺旋桨或者船舵或者其他的部分)。有效地，电流如何从发射器向船体、刮伤、抛锚、螺旋桨和其他短缺处流动回来无所谓。
接下来为了避免不期望的DC分量在电流中的出现，这潜在地导致(电化学)腐蚀现象，电容性耦合的发射器还可以用作针对LED的限流器。为了在大约100kHz处驱动单对反并联UV-LED，要求与可以比要由来自这些LED的UVC保持干净的区域更大的发射器区域相对应的发射器的电容值。因此，取代平面电容性发射器，可以使用装备有海水承受的Pt/Ti线以向海水提供电气连接的更紧凑的分立(陶瓷)电容器。另一选项是应用更高的驱动频率(例如>2 MHz)。
任选地，载体可以被成形为瓦片并且包括多个所述负载。负载可以具有相互连接的第二功率节点。在多个载体(例如，防污垢层的平铺)的情况下，导体装置可以具有逐瓦片连接的另外的线。出于该目的，在瓦片层下面，导体装置可以具有局部地电容、电阻或者电流耦合到形成在该层顶部上的防污垢瓦片的后电极的引线的线网、鱼骨或者类似模式的分离层。
备选地，在瓦片下面的层中的局部相互连接贴片的网格可以被用于与瓦片中的补充部分连接。例如，负载装置可以具有用于将邻近瓦片相互连接的与瓦片的边缘相对应的连接器元件。载体可以被提供有边缘上的连接器元件，而导体装置具有与边缘相对应的位置上的补充连接器元件。可以使耦合为电容性的或者电流的。如在图1中所图示的电容性耦合可以是更可行的，因为供应链中串联的类似电容器将具有类似电势降，其可以当选择AC电源时被考虑。
图3示出了具有电流前电极的负载装置的第三范例。在范例中，负载是被耦合在被示出为黑点的第一功率节点与第二功率节点之间的用于发射防污垢光的UV-C LED的集合325。负载装置包括如由虚线所指示的载体300和被示出为耦合到后电极320的导体的导体装置310。在实际的实施例中，导体装置可以具有以跨海洋结构的表面分布的模式来布置的金属导体以用于耦合到一个或多个载体的许多后电极。导体装置可以具有多引线线缆，所述多引线线缆被配置为将引线连接到电源的一个极并且用于将引线跨海洋结构的表面分离和分布以用于耦合到许多后电极。备选地，导体装置可以具有线网，所述线网被构造用于耦合到许多载体中的许多后电极并且将线网跨海洋结构的表面分布。后电极可以被布置用于耦合到金属导体。在范例中，金属导体和后电极中的至少一个后电极被布置用于电流耦合。
负载可以类似于图2中所示的范例，但是具有由延伸到液体10中的线电极(例如由PT/Ti制成)构成的前电极330。以这种方式，电流前电极经由海水构成到电源301的DC或者低频率电气连接。
任选地，对负载进行供电与ICCP腐蚀预防系统组合，其可以存在于海洋结构上并且可以独立地使用来自电源301或分离的ICCP电源的DC电流进行供电。为了避免过电流情况和电化学，负载装置可以使用相对高频率处的AC操作，而ICCP相关部分使用DC或者整流的AC操作。因此，关于负载装置和ICCP的独立控制是可能的，同时仍然使用相同接线的基础设施，其减少成本。针对LED的供电选择的高频率避免电化学通过到LED的AC电流发生。另一方面，ICCP系统仅要求低电流，其可以经由LED流动。因此，ICCP电流未显著地影响用于防污垢的UVC LED输出。有益地，ICCP结构现在被提供有由延伸到海水中的发射器330构成的分布式阳极集合，其改进腐蚀保护的可靠性。而且，不是传导高浓度的ICCP电流的几个分立发射器阳极，传导低ICCP电流的所述多个阳极跨船体分布，从而减少船只的电和磁特征。
对于当损坏时的电安全和继续操作而言，可以使导体装置中的共同供电线冗余、很好地隔离并且融合。在电源线损坏的情况下，一个或多个非限流短路可能向海水并且因此向CP、船舵和/或螺旋桨(轴)或者直接地向船体发生。冗余和/或融合电源线可以然后禁用(例如，与导体装置的电源线断开连接)。例如，具有多个负载的载体还可以具有经由后电极到导体装置的不同部分的多个连接。当这样的部分中的一些禁用时，电力可以仍然经由导体装置的其他部分或经由其他载体的一个或多个通路连接提供。通路可以提供用于当其他瓦片内或向其他瓦片的一些连接被打断时维持到大多数瓦片的电气连接的方法。类似冗余度在支持层中的网格线的部分被打断的情况下发生。然而，损坏还可能导致主电源引线与海水或船体之间的直接电气连接。针对该情况，提出电流限制或者融合方法。
在负载装置的实施例中，载体包括与负载串联连接的电感器，所述电感器用于组合后电容器和前电容器中的至少一个构成在谐振频率处谐振的电路以用于与电源协作在谐振频率处生成AC供应电压。有效地，通过形成谐振电路，降低如存在于导体装置的导体与液体之间的电路的阻抗。任选地，载体包括与负载串联连接的电容器。这样的电容还可以有助于达到期望的谐振频率。对电感器和电容器的尺寸设计可以基于以下分析。
AC电容板发射器的电容由下式给出：
C＝ε0εrA/d
并且A是表面，d是从板到海水的间隙的厚度，ε0＝8.854.10-12F/m，εr＝2.75(对于作为载体的材料的硅树脂而言)。对于0.1mm的间隙，以及50x50mm2的板表面，耦合电容器的值是C＝6.10-10F。对于f＝100kHz的频率，交流电阻由下式给出：
Z＝1/iωC
因此，用于该电容器的|Z|的典型值是|Z|＝2.6kOhm。这大于UVC LED的典型电阻，其是大约6V/15mA＝400Ohm。因此，如果使用LED的单个集合，则这导致归因于电容性耦合器的电阻的相当大的功率损耗。在更高频率处(例如>2MHz)，耦合器的电阻是更小的，并且因此功率损耗被减少。
可以通过使感应线圈L与耦合电容器串联来防止功率损耗。电容器和电感器的总电阻由下式给出：
Z＝iωL+1/iωC
并且
|Z|＝(1-ω2LC)/ωC
|Z|的值在下式的谐振频率处减少到零
Figure GDA0002101219580000151
在该谐振频率处，电容损耗由电感器补偿。
对于C＝6.10-10F并且ωr＝2π.1.105＝6.105Hz而言，所要求的电感值由L＝5mH给出。
在实施例中，可以通过选择用于C和L的专用值使谐振频率对于船舶的不同部分而不同。这些部分可以然后通过调谐/调节频率以与其特定谐振频率匹配来由相应的不同AC电源或者可控制的AC电源选择性地供电。
对于本领域技术人员而言将清楚的是，本发明不限于在前述内容中所讨论的范例，但是其若干修正和修改是可能的。虽然已经在附图和前述描述中详细说明和描述本发明，但是这样的说明和描述将被认为是说明性或者示范性而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。附图是示意性的，其中，理解本发明不需要的细节可能已经被省略，并且不一定是按比例的。
通过研究附图、说明书和权利要求书，本领域的技术人员在实践所主张的本发明时可以理解和实现所公开的实施例的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他步骤或者元件，并且词语“一”、“一个”不排除多个。如在该文本中使用的术语“包括(comprise)”将由本领域的技术人员理解为涵盖术语“包括(consist of)”。因此，术语“包括(comprise)”可以关于实施例意指“包括(consist of)”，但是可以在另一实施例中意指“包含/包括至少定义的物种并且任选地一个或多个其他物种”。权利要求中的任何附图标记不应当被解释为对本发明的范围的限制。
除非另外明确说明，否则对于或者关于特定实施例所讨论的元件和方面可以与其他实施例的元件和方面适合地组合。互不相同的从属权利要求中记载了特定措施的仅有事实并不指示不能有利地使用这些措施的组合。
最后，预见到对以上负载装置的使用(特别是对被安装到海洋结构的暴露表面的负载装置用于当浸没在包含生物污垢生物体的污垢液体中时对暴露表面的防污垢的使用)。该使用要求照明装置由具有足够高的频率以经由电容器将所要求的电力传递到光源的AC电源供电。因此，根据本发明的负载装置也可以被应用在船只的船体上。暴露表面的其他范例包括箱式冷却器的外部表面、海底近海设备的表面、类似船只的压载舱的水库的内壁以及海水淡化装置中的过滤系统的过滤表面。
总之，提供了一种用于对暴露于液体的海洋结构的表面上的负载进行供电的负载装置。负载装置具有载体和导体装置，所述导体装置被布置在海洋结构的表面上并且被耦合到电源的一个极。另一极被耦合到液体。载体具有覆盖导体装置的部分和海洋结构的表面的后表面。载体中的负载经由被布置用于耦合到液体的前电极以及被布置用于耦合到导体装置的后表面处的后电极从电源接收供应电流。

Claims (15)

1.一种用于对暴露于液体(10)的海洋结构(50)的表面(30)上的负载进行供电的负载装置，所述液体构成导电介质，所述负载装置包括：
导体装置(110)，其要被布置在所述海洋结构的所述表面上并且被构造用于耦合到电源(1)的一个极，所述电源的另一极被耦合到所述导电介质；
载体(100)，其具有要与所述液体接触的前表面(102)和覆盖所述导体装置的部分和所述海洋结构的所述表面(30)的后表面(101)，并且所述载体包括：
负载(20)，其被布置在所述载体中并且被耦合在第一功率节点(21)与第二功率节点之间(22)以用于从所述电源接收供应电流，
在所述前表面处的前电极(130)，其被连接到所述第一功率节点并且被布置用于耦合到所述导电介质，以及
在所述后表面处的后电极(120)，其被连接到所述第二功率节点并且被布置用于耦合到所述导体装置。
2.根据权利要求1所述的负载装置，其中，所述前电极(130、330)包括用于在所述第一功率节点与所述导电介质之间传递所述供应电流的与所述液体电流地接触的所述前表面处的导电部分。
3.根据权利要求1所述的负载装置，其中，所述前电极包括在所述前表面附近嵌入所述载体中的前导电层(230)，所嵌入的层被布置为组合介电层(204)和所述液体形成用于在所述第一功率节点与所述导电介质之间电容性传递所述供应电流的前电容器。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的负载装置，其中，所述导体装置(110、210、310)包括要以跨所述海洋结构的所述表面分布的模式来布置以用于耦合到一个或多个载体的许多后电极的金属导体；并且
所述后电极被布置用于耦合到所述金属导体。
5.根据权利要求4所述的负载装置，其中，所述金属导体和所述后电极中的至少一个后电极被布置用于电流耦合。
6.根据权利要求5所述的负载装置，其中，所述后电极(120)中的至少一个后电极包括在所述后表面附近嵌入所述载体中的后导电层，以组合后介电层(4a)和所述金属导体的相反区域形成用于在所述第二功率节点与所述金属导体之间电容性传递所述供应电流的后电容器。
7.根据权利要求1-3中的任一项所述的负载装置，其中，所述导体装置(110、210、310)包括多引线线缆，所述多引线线缆被配置为将所述引线连接到所述电源的一个极并且用于将所述引线跨所述海洋结构的所述表面分离和分布以用于耦合到许多后电极。
8.根据权利要求1-3中的任一项所述的负载装置，其中，所述导体装置(110、210、310)包括线网，所述线网被构造用于耦合到许多载体中的许多后电极并且将所述线网跨所述海洋结构的所述表面分布。
9.根据权利要求1-3中的任一项所述的负载装置，其中，所述载体(100、200、300)被成形为瓦片并且包括具有相互连接的第二功率节点的多个所述负载，并且所述负载装置包括用于将邻近瓦片相互连接的与所述瓦片的边缘相对应的连接器元件。
10.根据权利要求3所述的负载装置，其中，所述载体(100、200、300)包括与所述负载串联连接的电感器，所述电感器用于组合后电容器和所述前电容器中的至少一个构成在谐振频率处谐振的电路以用于与所述电源协作在所述谐振频率处生成(1、201、301)AC供应电压。
11.根据权利要求1或2所述的负载装置，其中，所述载体包括与所述负载串联连接的电容器。
12.根据权利要求1-3中的任一项所述的负载装置，其中，所述载体包括光学介质，并且所述负载包括UV光源，所述UV光源用于发射用于对与所述液体接触的所述载体或者所述海洋结构的表面的防污垢的防污垢光，所述液体是包含防污垢生物体的污垢液体。
13.一种具有要暴露于液体的表面(30)的海洋结构(50)，所述液体构成导电介质，所述海洋结构包括至少一个根据权利要求1至12中的任一项所述的负载装置，其中，
所述导体装置(110、210、310)被布置在所述海洋结构的所述表面上；
所述载体(100、200、300)被布置在所述海洋结构的所述表面处并具有覆盖所述导体装置的部分和所述海洋结构的所述表面(30)的所述后表面(102)；
所述后电极(120、220、230)被耦合到所述导体装置，并且
所述海洋结构包括：
所述电源(1)，其具有被连接到所述导体装置的一个极和被耦合到所述导电介质的另一极以用于将所述供应电流从所述电源传递到所述负载。
14.根据权利要求13所述的海洋结构，其中，所述前电极包括用于在所述第一功率节点与所述导电介质之间传递所述供应电流的与所述液体电流接触的所述前表面处的导电部分，并且所述后电极被布置用于电流耦合到所述导体装置以用于将所述后电极电流地连接到所述电源，并且其中，所述电源被布置为通过向AC供应电压添加相对于所述海洋结构的DC偏移来产生所述海洋结构的外加电流阴极防护。
15.一种用于安装根据权利要求1至12中的任一项所述的负载装置的方法，所述方法包括：
将所述导体装置附接到要暴露于所述液体的海洋结构的表面；
布置所述载体的所述后表面以覆盖所述导体装置的部分和所述海洋结构的所述表面，同时将所述后电极耦合到所述导体装置；并且
将所述电源提供为被耦合在所述导电介质与所述导体装置之间以用于将所述供应电流从所述电源传递到所述负载。
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