CN110100390A - 用于对液体中的负载进行供电的负载装置 - Google Patents

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Abstract

一种负载装置对海事结构的暴露于污染液体(10)的表面(30)上的负载进行供电，并且具有发射器装置(110)和具有嵌入负载(20)的至少一个载体介质(100)。前电极(130)被布置为被耦合到所述液体，并且后电极(120)具有后导电层，所述后导电层被嵌入在所述载体介质中以结合海事结构5的相对区域和电介质层(4a)形成后电容器，所述后电容器用于在第二功率节点与被耦合到所述海事结构的所述电源的一个极之间以电容方式传输供应电流。所述发射器装置具有供应线(111)和电流地连接到所述供应线的多个发射器(114)。所述多个发射器沿着所述供应线分布以被布置在所述多个前电极附近以形成短导电路径(113)。

Description

用于对液体中的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海事结构的暴露于液体(诸如海水)的表面上的负载进行供电的负载装置。液体构成导电介质。负载被嵌入在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
在其寿命的至少部分期间暴露于水的表面的生物污染是公知的现象，其在许多领域中引起实质性问题。例如，在航运领域中，已知船舶的船体上的生物污染导致船舶的拖曳的严重增加，以及因此船舶的增加的燃料消耗。在这方面，估计燃料消耗的达到40％的增加能够归因于生物污染。
通常，生物污染是微生物、植物、藻类、小动物等在表面上的积累。根据一些估计，包括超过4000种有机体的超过1800种物种是造成生物污染的原因。因此，生物污染是由各种各样的有机体引起的，并且涉及比藤壶和海藻对表面的附着多得多。生物污染被划分为包括生物膜形成和细菌黏附的微观污染和包括较大有机体的附着的宏观污染。由于确定什么阻止有机体沉淀的不同的化学和生物学，有机体也被分类为硬的或软的。硬的污染有机体包括钙质有机体，诸如藤壶、结壳苔藓虫、软体动物、多毛类和其他管蠕虫以及斑马贻贝。软污染有机体包括非钙质有机体，诸如海草、水螅虫、藻类和生物膜“黏液”。这些有机体一起形成污染群体。
如前所述，生物污染产生实质的问题。生物污染能够导致机器停止工作以及进水口阻塞，除了上面提到的船舶的拖曳的增加之外，提到仅两个其他负面后果。因此，防生物污染的课题，即移除或防止生物污染的过程是公知的。
WO 2014/188347 A1公开了一种在表面至少部分地浸没在液体环境(具体地，水性或油性环境)中时对所述表面进行防污染的方法。方法涉及从被嵌入在暴露表面上的光学介质中的光源提供防污染光，所述光学介质具有基本上平面的发射表面。防污染光在远离暴露表面的方向上从光学介质的发射表面发射，并且防污染光可以是紫外光。光源需要供电并且因此构成要在海事结构的表面上供电的负载的范例。WO 2014/188347A1描述了经由被嵌入在所述光学介质中的接线对这样的负载进行供电。
WO2016193114 A1描述了一种在使用期间至少部分地被浸没在水中的对象，所述对象还包括防生物污染系统，其包括UV发射元件，其中，UV发射元件包括一个或多个光源并且被配置为在辐照阶段期间利用UV辐射来辐照以下项中的一项或多项：(i)所述对象的外部表面的部分；以及(ii)在所述外部表面的所述部分附近的水，其中，对象选自包括船舶和基础对象的组，其中，对象还包括水流开关，其中，防生物污染系统被配置为依赖于水流开关与水物理接触向所述部分提供所述UV辐射。
WO2010079401 A1描述了一种具有定义反应室的反应器外壳的光学反应器。在反应室中，在非常高频率处操作的光源被布置为将光辐照到要处置的流体。低压电极被布置为围绕光源。光源由被布置在反应器外壳附近的驱动电路激励。驱动电路具有被连接到光源的高压输入端子的高压输出端子。驱动电路具有被连接到低压电极的低压输出端子。
WO2016193055描述了一种在使用期间至少部分地被浸没在水中的对象，其中，对象选自包括船舶和基础对象的组，所述对象还包括防污染系统，所述防污染系统包括UV发射元件，其中，UV发射元件被配置为在辐照阶段期间利用UV辐射来辐照以下项中的一项或多项：(i)所述对象的外部表面的第一部分；以及(ii)在所述对象的所述外部表面的所述第一部分附近的水，其中，对象还包括具有UV发射元件的突起元件，所述UV发射元件被配置在突起元件之间并且被配置为相对于突起元件压下。
WO2016096770 A1描述了一种被配置用于防止或者减少沿着其外部表面的生物污染的海底线缆设备，其在使用期间至少暂时地暴露于水。根据本发明的海底线缆设备包括：至少一个光源，其被配置为生成防污染光；以及至少一个光学介质，其被配置为接收防污染光的至少部分。光学介质包括：至少一个发射表面，其被配置为在所述外部表面的至少部分上提供所述防污染光的至少部分。
发明内容
从前述内容得出，WO 2014/188347 A1解决在海事结构的表面上提供防污染光的目标。电负载被嵌入在载体中并且经由被嵌入在所述载体中的接线供电。为了将相应载体连接到光源，电流连接必须例如使用功率线和功率连接器完成，其是昂贵并且不可靠的。因此，需要以更方便并且可靠的方式向这样的光源和其他负载提供功率。
本发明具有提供用于对暴露于液体的表面上的负载进行供电的负载装置。
根据本发明，提供了一种用于对海事结构的暴露于液体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：
-发射器装置，以及
-至少一个载体介质，其被整形为薄板；
所述载体介质具有：后表面，其要被布置在所述海事结构的所述表面中或所述表面上；以及前表面，其要与所述液体接触，
所述载体介质包括：
-多个负载，其被嵌入在所述载体介质中；
每个负载被耦合在第一功率节点与第二功率节点之间以从电源接收供应电流；
-多个前电极，其在所述前表面处，每个前电极被连接到所述第一功率节点中的一个或多个第一功率节点并且被布置为被耦合到所述导电介质；以及
-一个或多个后电极，其被连接到所述第二功率节点中的一个或多个第二功率节点，每个后电极包括后导电层，所述后导电层在所述后表面附近被嵌入在所述载体介质中，以与所述海事结构的相对区域和电介质层结合形成后电容器，所述后电容器用于在所述第二功率节点与被耦合到所述海事结构的所述电源的一个极之间以电容方式传输所述供应电流；
所述发射器装置具有：供应线，其被布置用于耦合到所述电源的另一极；以及多个发射器，其被电流地连接到所述供应线，所述多个发射器沿着所述供应线分布以被布置为与所述多个前电极附近的所述导电介质接触，相应的发射器被定位在相应的一个或多个前电极附近。
根据本发明的另一方面，提供了一种具有暴露于液体的表面的海事结构，所述液体构成导电介质，所述海事结构包括如上文所定义的至少一个负载装置，其中，
-所述至少一个载体介质被附接到所述海事结构，使所述后表面处于所述海事结构的所述表面中或所述表面上，
-所述至少一个发射器装置被布置在所述多个前电极附近的所述海事结构的所述表面处，
并且其中，所述海事结构包括：
-电源，其被耦合在所述海事结构与所述发射器装置的所述供应线之间以用于将所述供应电流从所述电源传输到所述负载。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于安装如上文所定义的负载装置的方法，所述方法包括：
-将所述至少一个薄板附接到海事结构的要被暴露于所述液体的所述表面；
-将所述发射器装置布置在所述多个前电极附近的所述海事结构的所述表面处；并且
-提供所述电源，所述电源被耦合在所述海事结构与所述发射器装置的所述供应线之间以用于将所述供应电流从所述电源传输到所述负载。
以上特征具有以下效果。所述载体介质是物理地承载所述负载的机械元件。所述载体介质具有与所述液体接触的前表面和要布置在所述海事结构的所述表面中或上的后表面。所述负载被嵌入在所述载体介质中(例如，被嵌入在光学介质中的光源)。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。多个前电极被定位在所述前表面处。每个前电极被连接到所述第一功率节点中的一个或多个，并且被布置为被耦合到所述导电介质。
所述负载装置还具有连接到所述第二功率节点中的一个或多个的一个或多个后电极。每个后电极具有在所述后表面附近被嵌入在所述载体介质中的后导电层。所述层与所述海事结构的相对区域和电介质层结合形成后电容器，所述后电容器用于在所述第二功率节点与耦合到所述电源的一个极的所述海事结构之间以电容方式传输所述供应电流。
所述发射器装置具有被布置用于耦合到所述电源的另一极的供应线。多个发射器被电流地连接到所述供应线并且沿着所述供应线分布。所述发射器要被布置为与所述多个前电极附近的所述导电介质接触。个体发射器被定位在所述前电极的相应子集附近。
在使用中，所述发射器装置可以被安装在所述载体介质附近。例如，具有所述发射器装置的发射器的各种元件可以被安装在所述载体介质之上，而且还可以至少部分地被安装在所述载体介质的薄板或者片块之间的空间中。
有效地，负载电路由各种以上元件形成，以用于将所述供应电流从所述电源连续地经由所述供应线、多个发射器、所述导电介质、多个前电极、所述第一功率节点、所述负载、所述第二功率节点、一个或多个后电容器和所述海事结构传输回到所述电源。有利地，所述发射器装置提供从所述发射器到相应前电极的多个相对短的导电路径。因此，较少电流将泄漏到所述海事结构的与所述液体导电接触的区域，例如，其中漆层损坏的喷漆的船舶的船体的部分。
在所述负载装置的实施例中，所述前电极包括与所述液体电流地接触的所述前表面处的导电部分，以用于在所述第一功率节点与所述导电介质之间传输所述供应电流。有效地，所述前电极与所述导电介质导电接触，并且可以传导任何类型的电流。
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被嵌入在所述载体介质中的导电层，所嵌入的层被布置为与所述液体的相对区域和由所述载体介质的材料构成的电介质层结合形成前电容器，所述前电容器用于在所述第一功率节点与所述导电介质之间以电容方式传输所述供应电流。有效地，电容经由由所述载体材料形成的电介质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的频率的AC电流，同时还在所述负载的短路或者故障的情况下限制电流量。而且，通过被嵌入，所述导电层从所述液体分离何保护，例如防止腐蚀、污染和减少的导电性。
在所述负载装置的实施例中，所述供应线具有隔离覆盖物中的供应导体以及一个或多个发射器，其包括从用于接触所述液体的所述隔离覆盖物延伸的导电突起。任选地，一个或多个发射器由局部地不具有用于接触所述液体的所述隔离覆盖物的所述供应导体的裸露区域形成。在使用中，具有所述突起或裸露区域的所述供应线被安装在所述多个前电极附近。通过沿着所述供应线分布，所述发射器容易地被定位在相应的一个或多个前电极附近。
在所述负载装置的实施例中，所述供应线包括隔离覆盖物中的供应导体并且每个发射器包括在其表面附近被嵌入在所述隔离覆盖物中的发射器层，所述发射器层是导电的并且被连接到所述供应导体，以与所述液体的相对区域和由所述隔离覆盖物的材料构成的电介质层结合形成发射器电容器，所述发射器电容器用于在所述供应线与所述液体之间以电容方式传输所述供应电流。有效地，电容经由由所述隔离覆盖物的所述材料形成的电介质层由所述发射器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的频率的AC电流，同时还在所述负载的短路或者故障的情况下限制电流量。而且，通过被嵌入，所述发射器层从所述液体分离并且保护，例如抵抗腐蚀、污染和减少的导电性。
在所述负载装置的实施例中，所述发射器装置包括多导线线缆，所述多导线线缆具有相应的导线处的相应的发射器。所述多导线线缆被配置为将所述导线连接到所述电源的所述另一极以构成所述供应线，并且跨所述海事结构的所述表面分离并且分布所述导线。所述多个导线在被连接到所述一个极的所述电源处开始，并且随后地被用于跨所述表面分离和分布。在使用中，所述多导线线缆提供沿着其中安装各种导线的路径分布的发射器的模式。有利地，不必完成沿着所述电源极与所述发射器之间的所述轨迹的互联。
在所述负载装置的实施例中，所述发射器装置包括具有隔离线的接线网格和相应的接线处的相应的发射器，所述接线网格被配置为连接到所述电源的所述另一极以构成所述供应线，并且跨所述海事结构的所述表面分布所述接线网格。有利地，接线网格是可以容易地跨要覆盖的表面分布的二维结构。在使用中，所述接线网格固有地提供跨由所述接线网格覆盖的所述表面均匀分布的发射器的模式。
在所述负载装置的实施例中，所述载体介质包括电感器，所述电感器与所述负载连接以用于与所述后电容器、所述前电容器和所述发射器电容器中的至少一个结合构成在谐振频率处谐振的电路，所述电路由生成谐振频率处的AC供应电压的所述电源供电。有效地，通过形成谐振电路，降低如存在于所述电源的所述一个极与所述前电极之间的所述电路的所述阻抗。有利地，所述前电极处的较低AC电压足以递送用于所述负载的要求的供应电流。而且，较少电流将通过不期望的路径(诸如涂敷的船舶的船体或者裸露部分(诸如船舵)的损坏区域)泄露。
在所述负载装置的实施例中，所述载体介质包括与所述负载连接的自耦变压器，每个自耦变压器具有连接到所述前电极和后电极的低压连接，以及连接到所述负载的高压连接。所述自耦变压器将到达所述电极上的低压转换为所述负载上的较高电压。有效地，降低如存在于所述电源的所述一个极与所述前电极之间的所述电路的所述阻抗。有利地，所述前电极处的较低AC电压足以递送用于所述负载的要求的供应电流。而且，较少电流将通过不期望的路径(诸如涂敷的船舶的船体或者裸露部件(诸如船舵)的损坏区域)泄露。
任选地，与相应的后电容器、前电容器和发射器电容器结合的不同的电感器或者自耦变压器构成在不同的谐振频率处谐振的相应的电路，所述相应的电路用于选择性地由生成所述不同的谐振频率处的AC供应电压的所述电源供电。有利地，通过在相应的不同的频率处提供所述AC供应电压，具有所述相应频率的相应区域可以分离地供电和控制。
在所述负载装置的实施例中，所述载体介质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的频率的AC电流，同时还在所述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，所述载体介质是光学介质，并且所述负载是UV光源，所述UV光源用于发射防污染光以对与作为包含生物污染有机体的污染液体的所述液体接触的所述海事结构的所述表面进行防污染。在负载装置的实际实施例中，所述负载可以是适于发射紫外光的光源，并且所述载体介质可以是板或者薄板的形式的光学介质，其中，所述前表面是用于发射所述防污染光的发射表面，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。这样的光学介质非常适合于应用到所述海事结构的所述表面。使用用于防生物污染的紫外光的一般优点在于，微生物被防止依附并且扎根在要保持干净的表面上。
当光源适于发射紫外光时，对于光学介质而言有利的是包括紫外透明材料，诸如紫外透明硅树脂。总体而言，光学介质包括被配置为允许防污染光的至少部分通过光学介质分布的材料的事实可以被理解为诸如暗示光学介质包括对防污染光是基本上透明的材料。
包括单个光学介质和多个光源对于根据本发明的负载装置而言是实际可能的。所述介质还可以包括将光反射到所述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，光源(诸如LED)贯穿所述光学介质分布，并且其中，由所述光源中的每一个发射的所述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。
本发明适用于各种背景下。例如，根据本发明的负载装置可以被应用在海船的背景下。任选地，要暴露于液体的海事结构具有包括所述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，所述负载包括用于所述暴露表面当被浸没在包含生物污染有机体的污染液体中时的防污染的UV光源。而且，在用于安装所述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事结构的暴露表面的步骤。而且，预见以上负载装置的使用，而所述负载装置被安装到海事结构的暴露表面，例如以用于所述暴露表面当被浸没在包含生物污染有机体的污染液体中时的防污染。在这样的背景下，所述负载装置被布置从而具有保持例如船舶的船体干净而免于生物污染的功能，其不改变许多其他应用可能性也存在于该背景下的事实。
本发明的上文所描述的和其他方面将参考实施例的以下详细描述而显而易见并且得到阐述。
附图说明
本发明的这些和其他方面还将参考在以下描述中通过范例描述的实施例并且参考附图而显而易见并得到阐述，其中：
图1示出了负载装置的范例；
图2示出了具有电流前电极的负载装置的第二范例；
图3示出了具有电容性发射器的负载装置的第三范例；并且
图4示出了具有电容性发射器的负载装置的另外的范例。
附图仅仅是示意性的而不必比例绘制。在附图中，对应于已经描述的元件的元件可以具有相同附图标记。
具体实施方式
在以下中，本发明将参考一应用情形解释，其中，负载装置被用于对UV光源(尤其是LED)进行供电，所述UV光源可以被安装到船体的暴露表面以抵抗生物污染。然而，海事结构的表面上的任何其他负载可以根据本发明来供电，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，将讨论抵抗这样的应用情形中的生物污染的总体思想和已知方法。负载装置中的光源可以被选择用于防污染以具体地发射C类型的紫外光(其还被称为UVC光)，并且甚至更具体地，具有大致上在220nm与300nm之间的波长的光。实际上，在265nm周围实现峰值效率，具有朝向较高和较低波长的减少。在220nm和300nm处，已经下降到～10％效率。
已经发现，通过将其暴露于特定剂量的紫外光，大多数污染有机体被杀死、使得不活动或者使得不能够再生。表现为适用于实现防生物污染的典型的强度是10mW每平方米。可以连续地或者以适合的频率应用光，无论什么在给定情况下(尤其是在给定光强度处)是适当的。LED是可以被应用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包装中并且比其他类型的光源消耗更少功率。而且，LED可以非常好地被嵌入在材料的板中。此外，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(最显著地输出功率)可以被控制到高的程度。LED可以是所谓的侧发光LED，并且可以被布置在光学介质中从而在沿着薄板的平面的方向上发射防污染光。
防污染光可以通过包括硅酮材料和/或UV等级(融合)硅的光学介质分布，并且从光学介质并从海事结构的表面发射防污染光。UV-C辐照防止例如船体上的微观和宏观有机体的(初始)沉降。关于生物膜的问题在于，当其厚度由于有机体的生长随时间增加时，其表面变粗糙。因此，拖曳增加，从而需要引擎消耗更多燃料来维持船舶的巡航速度，并且因此操作成本增加。生物污染的另一影响可能是管道散热器的冷却能力的降低或者盐水进口滤油器和管道的流通能力降低。因此，服务和维护成本增加。
抵抗船体的生物污染的潜在方案可以是具有例如UV-C透明材料的板的外部船体的覆盖，其具有(一个或多个)嵌入式UV-C LED。这些板或者通常地任何负载装置(即，消耗电能以生成光的元件或者装置)被定位在水线下面。这是因为浸没表面主要对生物污染敏感，并且因此，负责拖曳中的增加。因此，电能需要在水线下朝向负载递送。
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。此外，水在电流的影响下分解。在海水的情况下，其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的问题在于，氯气能够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)的其他材料的劣化。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，大多数船舶涂敷或者喷漆并且此外常常装备有无源或有源阴极保护系统，使得船体当保护层或者油漆局部失效时保持防止自然腐蚀。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)涂敷钛或Pt/Ti(铂涂敷钛)制成的阳极中外加DC电流。对于将DC电流(外加电流阴极防护ICCP)外加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由于过度氢气形成的铁脆化，而太大的小电流可能引起在保护下允许铁船体仍然缓慢地溶解。明显地，防污染方案不应当致使阴极保护系统失效。
各种负载(诸如生物污染预防系统的UV LED)需要电源。UV LED是两个加铅的极性敏感光源，其需要DC电流来操作。在常规方法中，有线导体可以被用于借助于电流接触提供供应电流。然而，常规完全有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。
现在描述了使用海水作为被连接到电源的一个极的多个发射器附近的多个前电极之间的公共导电介质的方法。电源的另一极的连接由海事结构自身的导电部分(例如，金属船舶的船体(的部分))形成。
使用海水作为一个导体的无线概念可以在不需要负载之间的电流连接的构建的情况下向负载供电。然而，电源可能在外部遭受损伤的情况下出故障，或者当其他寄生并联电流路径可用时，例如到非屏蔽接地船舵或者螺旋桨。例如，在船上，船体油漆能够损坏太严重以致于深刮伤从载体的表面一直向下到钢船体，使得海水遗憾地使公共接地端子变湿。局部短路可能发生。如果与通过LED的路径相比较，则不想要的短路可能引起较低电阻电流路径。因此，大多数AC电源将不再流动通过UV-C LED(即，概念由于外部遭受损伤而严重地折中)。所提出的系统旨在避免其他负载的电源严重地被影响。
图1示出了负载装置的范例。在范例中，负载是用于海事结构50的表面30的防污染的光源20，所述表面暴露于构成导电介质的液体10，例如，污染液体，如包含生物污染有机体的海水。负载装置包括如由虚线所指示的载体介质100和被示出为被定位在载体100之上的发射器装置110和海事结构的表面30。在使用中，海事结构和负载装置被浸没在液体(例如，海水)中。
载体介质具有面向液体的前表面102和至少部分地覆盖表面30和发射器装置的后表面101。负载20被嵌入在载体介质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102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101处。在附图中仅示出一个负载，但是载体介质具有多个这样的嵌入式负载和相应电极。
电源的一个极被耦合到如由功率连接1a所指示的海事结构。每个后电极120具有被嵌入在所述后表面附近的所述载体介质中的后导电层。所述层结合海事结构的相对区域和电介质层(4a)形成后电容器。后电容器使能经由海事结构在第二功率节点22与电源的一个极之间以电容方式传输供应电流。
附图还示出了具有供应线111的发射器装置110，供应线111被耦合到电源的另一极，如由功率连接1d所指示的。发射器装置110具有多个发射器114，其电流地连接到供应线。供应线具有在隔离覆盖物中的供应导体。一个或多个发射器可以由从用于接触液体的隔离覆盖物延伸的导电突起形成。而且，一个或多个发射器可以由局部地不具有用于接触液体的隔离覆盖物的供应导体的裸露区域形成。发射器沿着供应线分布并且与导电介质接触。相应的发射器被定位在一个或多个前电极附近，使得在相应的发射器与前电极中的相应一个之间形成相对短的路径113。
发射器装置110经由供应线的隔离部分被连接到电源1的极。供应线可以连接到跨海事结构的表面安装的发射器装置的另外的隔离部分，所述表面由具有要供电的负载的载体介质覆盖。例如，发射器装置可以具有隔离线或者金属条、光栅或者网格或者跨海事结构的表面分布的另一形式的隔离导体。从隔离部分，发射器延伸是跨要经由前电极供电的表面分布的模式。在相应的发射器与这样的发射器附近的相应前电极之间形成如此多的短距离路径。
前电极具有与用于在第一功率节点与导电介质之间传输供应电流的液体电流地接触的前表面处的导电部分。还可以考虑前电极到发射器的备选连接，例如，经由由被嵌入在前表面102附近的前导电层形成的电容器耦合到流体。前电极然后具有被嵌入在前表面附近的载体介质中的导电层。嵌入层被布置为被布置为结合液体的相对区域和由载体介质的材料构成的电介质层形成用于在第一功率节点与导电介质之间以电容方式传输供应电流的电容器。
载体可以包括光学介质4并且整形为薄板形式，负载是光源。光学介质的前表面可以构成发射表面，并且可以是与载体的后表面基本上平面的，表面基本上平行于彼此延伸。附图图解地示出了光学介质4、构成被嵌入在光学介质中的负载20的LED和可以存在于光学介质的后表面附近的反射镜40的部分的部分视图。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明的UV-C LED。光学介质允许光的至少部分通过光学介质分布，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导线2a电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被布置为结合电介质层4a以及与后电极相对的海事结构的表面的区域形成电容器。电容器实现后电极与在经由电容器实现足够的电源的频率处操作的电源1之间的功率的电容传输。可以考虑后电极到电源的备选连接(例如电流连接)。
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，前电极和/或后电极可以由多个负载共享。
图2示出了具有电流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染光的UV-C LED的集合225。负载装置包括如由虚线所指示的载体200，并且发射器装置210具有隔离材料212中的供应线211，供应线211被耦合到电源201的第一极202。从隔离材料发射器214延伸到液体中，反射器与液体电流接触。发射器被布置在相应前电极204附近，从而经由液体形成相对短的导电路径213。
在实际的实施例中，发射器装置具有被布置在跨具有载体的海事结构的区域分布的模式中的隔离导体，其用于将每个发射器耦合到一个或多个前电极。后电极205被布置用于电容耦合到海事结构250。负载装置可以类似于图1中所示的范例。
在图2中，电源201是AC电源(例如在100-440kHz区域中或者在7.56或13.56MHz处)，其一个极202通过发射器装置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)。另一极203通过由导电部分和后层形成的所述电容器被连接到用于进行第二功率连接的海事结构的导电部分。
应注意到，泄露电流可以发生，因为海水可以形成到海事结构250的无保护的金属区域的不期望的导电路径，例如海事结构(例如，首推力器管隧)的海水浸没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，由于发射器与前电极之间的导电路径213短路并且具有相对低阻抗，因而来自电源的大多数电流将流过负载。
接下来为了避免不期望的泄露电流的出现(这潜在地导致(电化学)腐蚀现象)，电容耦合的发射器还可以用作用于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对应的发射器的电容值。因此，备选于平面电容性发射器，可以使用更紧凑的分立(陶瓷)电容器，其装备有海水承受Pt/Ti接线以向海水提供电连接。另一选项是应用较高的驱动频率(例如>2MHz)。
在概念中，供应线在接近于相应接收器的位置处馈送延伸到海水中的各电极。实际的接线可以以各种形状(诸如以网格、导电网格或者以类似鱼骨的形状)出现。其可以被定位在片块(组)中或者被叠加在片块之上。该概念的优点在于，到LED的海水中的无线路径是短距离的，并且因此，获得朝向寄生电流路径的好的竞争。现在，在短路刮伤或者其他损坏的情况下，仅对于损坏的立即附近中的片块的供电受影响。
图3示出了具有电容性发射器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染光的UV-C LED的集合225。载体介质200类似于图2中所示的范例，其具有与液体电流接触的前电极204。发射器装置310具有隔离材料312中的供应线311，供应线311被耦合到AC电源201的第一极202。因此，供应线具有隔离覆盖物中的供应导体，并且每个发射器314包括被嵌入在隔离覆盖物中在其表面附近的发射器层。发射器层是导电的并且被连接到供应导体以结合液体的相对区域313和由隔离覆盖物的材料构成的电介质层形成用于在供应线与液体之间以电容方式传输供应电流的发射器电容器。每个电容器由与液体的部分相对的导电发射器层和通过隔离材料形成的电介质层形成。发射器被布置在相应前电极204附近，从而经由液体形成相对短的导电路径。
发射器装置现在具有隔离接线，其具有朝向海水的局部电容性相互连接。在船舶的船体的近刮伤的短路的情况下或者在片块损坏的情况下，这些电容性相互连接用作限流器。作为结果，将几乎不影响针对其他片块的电源。
在实施例中，发射器装置具有多导线线缆。在相应的导线处形成相应的发射器。多导线线缆被配置为将导线连接到电源的所述另一极以用于构成供应线并且分离并且跨海事结构的表面分布导线以用于将发射器布置在前电极附近。任选地，作为接线网格的发射器装置具有隔离接线和相应的接线处的相应的发射器。接线网格被配置为连接到电源的所述另一极以用于构成供应线并且跨海事结构的表面分布接线网格。
在实施例中，载体介质包括与负载连接的电感器，以结合后、前和发射器电容器中的至少一个构成在正由生成谐振频率处的AC供应电压的电源供电的谐振频率处谐振的电路。
电路可以在谐振频率处谐振以用于与在谐振频率处生成AC供应电压的电源协作。有效地，通过形成谐振电路，降低如存在于发射器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。这样的电容还可以贡献于实现期望的谐振频率。对电感器和电容器确定尺寸可以基于以下分析。
AC电容板发射器的电容由以下等式给出：
C＝ε0εr A/d
并且，A是表面，d是从极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酮而言)。对于0.1mm之间的间隙和50x50mm2的极板表面而言，耦合电容器的值是C＝6.10-10F。对于f＝100kHz的频率而言，ac电阻由以下等式给出：
Z＝1/iωC
因此，针对该电容器的|Z|的典型值是|Z|＝2.6kOhm。这大于UVC LED的典型电阻，所述典型电阻是大约6V/15mA＝400Ohm。因此，如果使用LED的单个集合，则这导致归因于电容耦合器的电阻的相当大的功率损耗。在较高频率处(例如>2MHz)，耦合器的电阻是较小的，并且因此功率损耗减少。
可以通过使感应线圈L与耦合电容器串联放置来防止功率损耗。电容器和电感器的总电阻由以下等式给出：
Z＝iωL+1/iωC
以及
|Z|＝(1-ω2LC)/ωC
|Z|的值在以下等式的谐振频率处减少到零
在该谐振频率处，电容器损耗由电感器补偿。
对于C＝6.10-10F和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，可以通过选择针对C和L的专用值使谐振频率针对船舶的不同的部分不同。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由相应的不同的AC电源或者可控制的AC电源选择性地供电。经由该方法，无线AC供应可以被引导朝向海事结构的表面的选择性区域中的负载。例如，功率可以选择性地被引导到距短路位置特定距离处的LED的区域。
图4示出了具有电容性发射器的负载装置的另一范例。在范例中，负载425是被耦合在被示出为黑点第一功率节点与第二功率节点之间的用于发射防污染光的UV-C LED。载体介质200类似于图2中所示的范例，其具有与液体电流接触的前电极204。发射器装置310具有隔离材料312中的供应线311，供应线311被耦合到AC电源201的第一极202。已经参考图3描述了发射器装置。
在范例中，载体介质包括与负载连接的自耦变压器435。自耦变压器具有经由功率节点连接到前和后电极的低压连接，以及连接到负载的高压连接。自耦变压器可以是升压变压器，其例如具有两个嵌套线圈(一个低电阻高电流初级线圈和电压升压低电流次级线圈)之间的绕组比N＝1:7。首先，驱动能量被存储在初级线圈中。在AC信号通过零时，该能量被释放并且升压到足以操作UV-LED的较高电压。该概念的关键优点在于，谐振中的自耦变压器电路可以具有非常低的阻抗。因此，与由于一定距离处的刮伤的短路的竞争是更好的。此外，输入电压向上变换，从而允许低电压高电流生成器操作。不同的电容器和电感器值可以被选择以允许船体的特定部分的选择性驱动，如上文所描述的。
任选地，使用分布式电容性节点的嵌套线。例如，光栅或者网格或者另一形式的隔离功率接线跨船体分布。在开放区域之间，电容耦合的自耦变压器的片块根据期望分布。每区域的电流可以因此沿着由发射器装置覆盖的表面分布。因此，供应线的全部长度的总电流与经由对应的表面积的电流相同。从发射器装置，总电流的部分在沿着线的给定位置处是可用的，并且每长度仅这么多电流在短距离处是可用的。因此，从几何观点改进朝向短路的竞争。
本领域技术人员将清楚，本发明不限于前面讨论的范例，而是能够对其进行若干修改和变化。尽管已经在附图和说明书中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述仅被认为是说明性或示范性的，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，能够已经省略对理解本发明而言不需要的细节，并且不一定按比例。
通过研究附图、说明书和权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现对所公开实施例的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他步骤或元件，并且词语“一”或“一个”不排除多个。本领域技术人员将本文中使用的术语“包括”理解为覆盖术语“由...组成”。因此，术语“包括”可以关于一个实施例指“由...组成”，但可以在另一个实施例中指“至少包含/包括所定义的种类和任选地一种或多种其他种类”。权利要求中的任何附图标记不应被解释为对本发明的范围的限制。
除非另有明确说明，否则针对具体实施例或与具体实施例相关联讨论的元件和方面可以适当地与其他实施例的元件和方面组合。因此，尽管在互相不同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。
最后，预见以上负载装置的使用，尤其是被安装到海事结构的暴露表面的负载装置的使用，其用于当浸没在包含生物污染有机体的污染液体中时的暴露表面的防污染。使用要求照明布置由具有足够高的频率以经由电容器将所要求的功率传递到光源的AC电源供电。因此，根据本发明的负载装置100也可以被应用在船舶的船体上。暴露表面30的其他范例包括箱式冷却器的外部表面、海底近海装备的表面、如船舶的压载舱的储水器的内壁以及淡化装置中的过滤系统的过滤表面。
总之，负载装置被提供以对海事结构的暴露于污染液体的表面上的负载进行供电，并且具有发射器装置和具有嵌入式负载的至少一个载体介质。前电极被布置为被耦合到液体，并且后电极具有后导电层，其被嵌入在载体介质中以结合海事结构的相对区域和电介质层形成用于在第二功率节点与被耦合到海事结构的电源的一个极之间以电容方式传输供应电流的后电容器。发射器装置具有供应线和多个发射器，其电流地连接到供应线。多个发射器沿着供应线分布以被布置在多个前电极附近以形成短导电路径。

Claims (15)

1.一种用于对海事结构的被暴露于液体(10)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：
-发射器装置(110)，以及
-至少一个载体介质(100)，其被整形为薄板；
所述载体介质具有：后表面(101)，其要被布置在所述海事结构的所述表面(30)中或所述表面(30)上；以及前表面(102)，其要与所述液体接触，
所述载体介质包括：
-多个负载(20)，其被嵌入在所述载体介质中；
每个负载(20)被耦合在第一功率节点(21)与第二功率节点(22)之间以接收来自电源(1)的供应电流；
-多个前电极(130)，其在所述前表面处，每个前电极被连接到所述第一功率节点中的一个或多个第一功率节点并且被布置为被耦合到所述导电介质；以及
-一个或多个后电极(120)，其被连接到所述第二功率节点中的一个或多个第二功率节点，每个后电极包括后导电层，所述后导电层在所述后表面附近被嵌入在所述载体介质中，以与所述海事结构的相对区域和电介质层(4a)结合形成后电容器，所述后电容器用于在所述第二功率节点与被耦合到所述海事结构的所述电源的一个极之间以电容方式传输所述供应电流；
所述发射器装置具有：供应线(111)，其被布置用于耦合到所述电源的另一极；以及多个发射器(114)，其被电流地连接到所述供应线，所述多个发射器沿着所述供应线分布以被布置为与所述多个前电极附近的所述导电介质接触，相应的发射器被定位在相应的一个或多个前电极附近。
2.根据权利要求1所述的负载装置，其中，所述前电极(204)包括与所述液体(10)电流地接触的所述前表面处的导电部分，以用于在所述第一功率节点与所述导电介质之间传输所述供应电流。
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被嵌入在所述载体介质中的导电层，所嵌入的层被布置为与所述液体的相对区域和由所述载体介质的材料构成的电介质层结合形成前电容器，所述前电容器用于在所述第一功率节点与所述导电介质之间以电容方式传输所述供应电流。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的负载装置，其中，所述供应线包括：
-隔离覆盖物(212)中的供应导体(211)，以及以下项中的一项：
-包括从用于接触所述液体的所述隔离覆盖物延伸的导电突起的一个或多个发射器(214)，以及由所述供应导体的局部地不具有用于接触所述液体的所述隔离覆盖物的裸露区域形成的一个或多个发射器，以及
-由所述供应导体的局部地不具有用于接触所述液体的所述隔离覆盖物的裸露区域形成的一个或多个发射器。
5.根据前述权利要求1-3中的任一项所述的负载装置，其中，所述供应线包括隔离覆盖物(312)中的供应导体(311)，并且每个发射器(314)包括在所述隔离覆盖物的表面附近被嵌入在所述隔离覆盖物中的发射器层，所述发射器层是导电的并且被连接到所述供应导体，以与所述液体的相对区域(313)和由所述隔离覆盖物的材料构成的电介质层结合形成发射器电容器，所述发射器电容器用于在所述供应线与所述液体之间以电容方式传输所述供应电流。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的负载装置，其中，所述发射器装置包括多导线线缆，所述多导线线缆具有相应的导线处的相应的发射器，所述多导线线缆被配置为将所述导线连接到所述电源的所述另一极以构成所述供应线，并且跨所述海事结构的所述表面分离并且分布所述导线。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的负载装置，其中，所述发射器装置包括具有隔离线的接线网格和相应的接线处的相应的发射器，所述接线网格被配置为连接到所述电源的所述另一极以构成所述供应线，并且跨所述海事结构的所述表面分布所述接线网格。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的负载装置，其中，所述载体介质包括电感器，所述电感器与所述负载连接以用于与所述后电容器、所述前电容器和所述发射器电容器中的至少一个结合构成在谐振频率处谐振的电路，所述电路由生成所述谐振频率处的AC供应电压的所述电源供电。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的负载装置，其中，所述载体介质包括与所述负载连接的自耦变压器，每个自耦变压器具有被连接到所述前电极和所述后电极的低压连接以及被连接到所述负载的高压连接。
10.根据权利要求8或9所述的负载装置，其中，与相应的后电容器、前电容器和发射器电容器结合的不同的电感器或者自耦变压器构成在不同的谐振频率处谐振的相应的电路，所述相应的电路用于选择性地由生成所述不同的谐振频率处的AC供应电压的所述电源供电。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的负载装置，其中，所述载体介质包括与所述负载串联连接的电容器。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的负载装置，其中，所述载体介质是光学介质，并且所述负载是UV光源，所述UV光源用于发射防污染光以对与作为包含生物污染有机体的污染液体的所述液体接触的所述海事结构的所述表面进行防污染。
13.一种具有要被暴露于液体的表面的海事结构，所述液体构成导电介质，所述海事结构(50)包括根据权利要求1至13中的任一项所述的至少一个负载装置，其中，
-所述至少一个载体介质被附接到所述海事结构，使所述后表面(101)处于所述海事结构的所述表面中或所述表面上，
-所述至少一个发射器装置(111)被布置在所述多个前电极(130)附近的所述海事结构的所述表面处，
并且其中，所述海事结构包括：
-电源(1)，其被耦合在所述海事结构与所述发射器装置的所述供应线之间以用于将所述供应电流从所述电源传输到所述负载。
14.根据权利要求13所述的海事结构，其中，所述至少一个发射器装置的发射器的总数量小于所述至少一个载体介质的前电极的总数量。
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：
-将所述至少一个薄板附接到海事结构的要被暴露于所述液体的所述表面；
-将所述发射器装置(111)布置在所述多个前电极附近的所述海事结构的所述表面处；并且
-提供所述电源(1)，所述电源被耦合在所述海事结构与所述发射器装置的所述供应线之间以用于将所述供应电流从所述电源传输到所述负载。
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