CN110312955B - 用于防污染的具有散射的uv led波导系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于防污染的具有散射的UV LED波导系统，该系统包括一种波导元件，所述波导元件包括第一面(1001)和第二面(1002)，辐射透射材料(1005)被配置在所述第一面(1001)与所述第二面(1002)之间，其中，所述辐射透射材料(1005)对于UV辐射是能透射的，其中，所述辐射透射材料(1005)是针对除所述辐射透射材料(1005)之外的另一组成的相位(1010)的基体材料，其中，所述相位(1010)在所述基体中可用作区域(1110)，其中，所述区域(1110)具有选自50‑1500nm的范围的平均粒子半径(r1)并且具有选自所述辐射透射材料(1005)的1*104–1.5*108/mm3范围的平均区域浓度。

Description

用于防污染的具有散射的UV LED波导系统
技术领域
本发明涉及一种波导元件，其可以例如被用于防污染，尤其是与光源组合来防污染。本发明涉及一种包括这样的波导并且还包括光源的防污染系统(或防生物污染系统)。本发明还涉及一种包括这样的防污染系统或防生物污染系统的对象。
背景技术
用于防生物污染的系统是本领域中已知的。WO2014/188347例如描述了一种受保护表面的防污染的方法，同时受保护表面至少部分地浸没在液体环境(尤其是水或油环境)中，该方法包括：提供防污染光；提供紧密接近于受保护表面的光学介质，该光学介质具有基本上平发射表面；在基本上平行于受保护表面的方向上通过光学介质分布防污染光的至少一部分；并且在远离受保护表面的方向上从光学介质的发射面发射防污染光。
WO2015/000756描述了一种光导构件，包括光透射固体载体材料，以及分散在所述载体材料中的氮化硼的散射粒子。该光导构件被采用在发光布置中，该发光布置包括被布置为经由光输入表面将光发射到光导构件中的固态发光元件。光可以在光导构件内引导以经由光输出表面的至少一部分出耦合。发光布置为水和其他流体的UV消毒提供简单并且高效的照明设备。
发明内容
生物污染或生物学污染(本文中也称为“污垢”或“生物污垢”)是微生物、植物、藻类和/或动物在表面上的积聚。生物污染生物体的种类是高度多样化的并且远远超出藤壶和海藻的附着。按照一些估计情况，包括4000多种生物体的1700多种物种会产生生物污染。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以及更大生物体的附着的宏观污染。由于确定阻止生物体沉降的物质的化学和生物学原理不同，这些生物体也被分类为硬污染类型或软污染类型。钙质(硬)污染生物体包括藤壶、包壳苔藓虫、软体动物、多毛类环虫和其他管蠕虫以及斑马贻贝。非钙质(软)污染生物体的范例是海藻、水蛭、藻类和生物膜“粘液”。这些生物体共同形成污染群落。
在许多情况下，生物污染会造成严重问题。机械停止工作，水入口堵塞，并且轮船的船体遭受增加的拖曳情况。因此，防污染的主题(即，移除或阻止污染形成的过程)是众所周知的。在工业处理中，生物分散剂能够用于控制生物污染。在较不受控的环境中，利用使用生物杀灭剂的涂层、热处理或能量脉冲可以杀死或驱除生物体。阻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创造类似于鲨鱼或海豚皮肤的、仅仅提供弱锚点的纳米级别表面拓扑结构。在轮船船体上的生物污染会导致拖曳情况严重增加及由此增加的燃料消耗。据估计，高达40％的燃料消耗的增加能够归结于生物污染。由于大油轮或集装箱运输轮船每天能够消耗高达€200.000的燃料，因此利用有效的防生物污染方法有可能实现显著的节约。
令人惊奇地看到，人们可以有效地使用UV辐射以基本上阻止与海水或湖、河流、运河等中的水接触的表面上的生物污染。
据此，提出了一种基于光学方法，特别地使用紫外光或辐射(UV)的方法。能够看到，利用足够的UV光，大部分生物体被杀死，变得无活性或不能够再生。这种效果主要是由UV光的总剂量来支配的。杀死90％的某一生物体的典型剂量是10mW/h/m2。(特别地永久应用的)。
能够看到，现有技术波导在防止或者减少生物污染方面是比然后期望较不有效的。因此，本发明的方面是提供一种备选波导或者包括这样的波导的系统，其优选地还至少部分地减轻上文所描述的缺点中的一个或多个。
(令人惊奇地)看到，如果清澈的(透明的)硅树脂被用作将UV辐射传送到出射表面的介质，则减少或者防止生物污染方面的效率比期望的更低。因此，尽管高度透明波导或光学介质似乎是期望的，但是实际上这看起来是不太有用的。令人惊奇地看到，当在波导中引入粒子时可以增加效率，但是还能够看到该效应特别地利用有限粒子大小范围和有限粒子浓度范围获得。
因此，在第一方面中本发明提供一种包括辐射透射材料(其还可以被指示为“光透射材料”或“材料”)的波导元件(其还可以被指示为“波导”或“光导”或“光学介质”或“元件”)，其中，所述辐射透射材料对于UV辐射是能透射的，其中，所述辐射透射材料是针对除所述辐射透射材料之外的另一组成的相位的基体材料，其中，所述相位在基体中可用为区域(在本文中有时还被指示为“粒子”)，其中，所述区域具有特别地选自50-1500nm的范围的平均粒子半径(r1)并且具有特别地选自所述辐射透射材料的1*104–1.5*108/mm3的范围的平均区域浓度，并且特别地具有选自0.00003-3的体积百分数的范围、特别地选自0.0001-1的体积百分数的范围、甚至更特别地选自0.0005-0.5的体积百分数的范围(诸如0.0005-0.2的体积百分数)的区域的体积分数的实施例中。此外，特别地所述波导元件包括第一面和第二面，其中，所述辐射透射材料被配置在所述第一面与所述第二面之间。所述辐射透射材料特别地被配置为用于所述辐射透射材料的基体。
这样的波导可以允许所述第一面和所述第二面中的一个或多个上的光源的光(尤其是UV辐射)的高效分布。以这种方式，波导可以被用作高效防污染元件。经由一个或两个面，UV辐射可以出耦合，从而导致生物污染的移除或对生物污染或生物污染生长的抑制。
因此，在另一方面中，本发明还提供一种包括被配置为提供UV辐射的光源和如本文所定义的波导元件的防生物污染系统(在本文中还被指示为“系统”或“防生物污染系统”)，其中，所述光源和所述波导元件适于所述UV辐射的至少一部分通过所述辐射透射材料传播以及随后从所述第一面和所述第二面中的至少一个发出。
这样的系统可以被用于对生物污染的防止或者减少。从(一个或多个)面之一(或两者)发出的辐射可以被用于生物污染的移除或者生物污染(生长)的抑制。辐射自身可以例如通过向要清理生物污染或者针对生物污染被保护的表面提供这样的防生物污染辐射来使用。然而，第一面和/或第二面还可以被用作对象的外部表面，从而向对象提供可能较不易于生物污染的备选表面。注意，辐射可以从一个或多个面(还从比在本文中所指示的第一面和第二面更多的面)逃离，这取决于所述波导的形状。UV辐射可以从波导(用于提供防污染辐射)逃离的面或面的一部分在本文中还被指示为“UV辐射出射面”。
因此，在又一方面中，本发明还提供一种对象，包括对象表面和如本文所定义的防生物污染系统，其中，所述防生物污染系统的第一面和第二面中的至少一个被配置为所述对象表面的至少一部分，并且其中，在第一状态中所述防生物污染系统被配置为提供从第一面和第二面中的所述至少一个发出的UV辐射。术语“在第一状态中”指示存在具有基本上固定的条件的至少一个设置。一般而言，这样的第一状态是其中系统在使用中的状态。因此，术语“第一状态”还可以是指“开启状态”。如果系统将是可控制的，那么可以存在不同的“开启状态”。在这样的实施例中，可以存在第一状态、第二状态以及任选地另外的状态。这可以例如是用于可以与(连续地)可变条件一起使用的系统的情况。此处，术语“条件”可以例如是指光源的光的强度。
如上文所指示的，本发明特别地提供波导元件，其可以被用于还如下文进一步描述的系统。所述波导包括第一侧和第二侧。原则上，所述波导可以具有基本上圆形截面。在这样的实例中，第一侧和第二侧还可以定义波导的直径。然而，一般而言，所述波导可以具有板状形状或束状形状(特别地板状形状)，但是所述波导不必是基本上平面的。所述波导可以是弯曲的。例如，所述波导可以包括弯曲的一个或多个侧，或者所述波导可以包括柔性材料并且可以是弯曲的(在操作位置中)，因为所述波导适于弯曲表面等。由于大多数实施例中所述波导可以具有板状或束状形状，因此所述波导被定义为具有第一面和第二面。所述第一面和所述第二面可以定义波导的厚度或者高度。所述波导元件可以具有由选自0.1-500mm(诸如0.5-500mm，如1-200mm，诸如2-100mm，如2-20mm)的范围的第一面与所述第二面之间的距离定义的厚度(h1)。如果应用光纤状波导，则该厚度可以是指所述光纤状波导的直径(或者任选地(还)指长度，如果所述长度小于所述直径)。
如上文所指示的，所述波导包括被配置在所述第一表面与所述第二表面之间的辐射透射材料。实际上，所述辐射透射材料可以提供所述第一面和所述第二面，如例如硅树脂板或另一辐射透射材料板。因此，例如辐射透射材料的板可以将所述第一面和所述第二面定义为相对布置的面。
所述辐射透射材料基本上对于水是不可渗透的，特别地在从一个面到另一面的水的迁移基本上是零的意义上，诸如在大气压力处并且在小于0.01mg/天/m2的室温处，诸如甚至小于1μg/天/m2，如特别地等于或小于所述波导的0.1μg/天/m2。因此，可以选择材料和厚度，使得基本上没有水可以渗透通过所述波导。
相反，光可以透射通过所述材料，因为所述波导可以用作窗口。因此，波导元件包括辐射透射材料。波导特别地对于UV辐射是能透射的。因此，基本上，当UV辐射被提供在所述元件的面之一处时，所述UV辐射的一部分任选地在(多个)散射之后透射通过所述波导，并且从所述波导逃离(例如在另一面处)。因此，所述波导特别地包括辐射透射材料，诸如玻璃、石英、(熔融的)二氧化硅、硅树脂、含氟聚合物等，特别地所述辐射透射材料包括硅树脂和含氟聚合物中的一种或多种，特别地所述辐射透射材料包括硅树脂(例如来自Wacker的Lumisil，特别地Lumisil 400)或者类似材料。因此，所述波导元件包括辐射透射材料，即，对于UV辐射透射的材料)。
所述波导不必对于所有波长是能透射的并且也不必对于所有辐射是完全透射的。因此，所述波导对于UV辐射的至少一部分是能透射的。特别地，所述波导适于传输防污染辐射的至少25％，诸如至少50％，诸如至少75％，如至少90％。换句话说，所述光源相对于所述波导被配置(任选地所述光源被嵌入在所述波导中)(以这样的方式)，并且选择所述波导，使得提供给所述波导的所述辐射的光子的总数的至少25％也从所述波导逃离。透射或者辐射渗透率可以通过向所述材料提供具有第一强度的特定波长处的辐射并且使在透射通过所述材料之后测量的该波长处的辐射的强度与该特定波长处的提供给材料的辐射的第一强度有关来确定(还参见CRC Handbook of Chemistry and Physics(第69版，1088-1989)的E-208和E-406)。
在特定实施例中，当在具有所述辐射的垂直照射下通过所述材料的1mm厚层(特别地甚至通过所述材料的5mm厚层)的波长处或波长范围内(特别地由辐射源生成的辐射的波长处或波长范围内)的辐射的透射是至少大约50％(诸如至少大约75％，诸如甚至至少大约80％)时，材料可以被认为是能透射的。
更进一步地，所述辐射透射材料是针对除所述辐射透射材料之外的另一组成的相位的基体材料，其中，所述相位在所述基体中可用作区域。此处，使用术语“相位”如类似地还使用在如油包水相位的背景下。因此，提供了一种相位中相位，其中，前者相位涉及另一材料，并且后者相位涉及基体材料，诸如硅树脂等。
所述区域中的所述物质的组成可以特别地与周围基体材料不同。所述区域可以包括气体填充腔、液体填充腔或基本上由固体材料构成。所述区域可以是相对小的区域并且还可以被指示为粒子。尽管所述区域可以是不规则形状的，但是最大长宽比(最大到最小尺寸)将(数字)平均小于10和/或最小长宽比将(数字)平均大于0.1。术语尺寸可以是指长度、宽度、高度和直径。在所述区域是完美球形的情况下，长宽比是作为最小和最大尺寸的一个或两者为直径(因为实际上不存在最小或最大尺寸，而是仅直径)。一般而言，粒子可以被认为是(基本上)球形粒子。所述区域(或者粒子)具有选自50-1500nm的范围(特别地选自100-1250nm的范围，诸如选自350-1200nm的范围)的平均粒子半径(r1)。术语“半径”因此基本上是指等效球形半径(类似如等效球形直径(或ESD)的定义)。不规则形状的对象的等效球面半径是等效体积的球体的半径。备选地或者额外地，区域(或者粒子)具有选自所述辐射透射材料的1*104–1.5*108/mm3的范围的(诸如选自5*104–1*107/mm3的范围的，如选自1*105–1.5*106/mm3的范围的)平均区域浓度。因此，以范例的方式，1mm3的辐射透射材料可以包括200nm的1.5*107个粒子，或1mm3的辐射透射材料可以包括1200nm的1.5*105个粒子等。以这种方式，可以在传输与光出耦合之间找到平衡。此外，利用本文所描述的本发明，在所述面之一或两者处耦合出的辐射可以最强烈并且最高效地分布，从而允许更小数目的光源，其节省能量和(其他)资源。
在特定实施例中，所述区域具有平均粒子半径r1(以nm为单位)和由范围c1＝a*(10b)*(xd)定义的平均区域浓度c1(以/mm3为单位)，其中，0.5≤a≤4；7≤b≤15；-3.0≤d≤-1.0；x＝r1；并且50nm≤r1≤1500nm，更特别地100nm≤r1≤1000nm。
在实施例中，区域的体积分数可以选自大约0.00003-3的体积百分数(如大约0.0003-1.5的体积百分数，诸如0.003-0.5的体积百分数，如0.01-0.2的体积百分数)的范围。
在本文中，术语“平均”和“平均值”可以特别地是指数字平均和基于元件(诸如此处区域)的数目的平均值。
在实施例中，一个或多个区域包括体积百分数为至少80％的气体，或者基本上体积百分数为100的气体。因此，小空隙可以填充有气体(特别地完全充满所述气体)，其从而提供一种气体粒子。在特定实施例中，多个区域(诸如所有区域的至少50％)包括体积百分数为至少80％的气体，特别地体积百分数为100的气体，或者甚至所有区域的基本上100％。当小于体积百分数为100的所述气体被包括在小空隙中时，剩余部分可以例如是液体，诸如水。所述气体可以是空气、或氮气、或二氧化碳等等。术语“气体”还可以是指气体混合物，诸如空气等。气体空隙可以在所述波导的产生期间(诸如在硅树脂或其他聚合物的产生期间)引入。
在更进一步的实施例中，一个或多个区域包括体积百分数为至少80％的液体(诸如水)，或者甚至基本上100的体积百分数。在特定实施例中，多个区域(诸如所有区域的至少50％)包括体积百分数为至少80％的液体，甚至更特别地100的体积百分数(诸如水)，或者甚至所有区域的基本上100％。当小于体积百分数为100的液体被包括在小空隙中时，剩余部分可以例如是气体，诸如空气。术语“液体”还可以是指液体的混合物，诸如水和乙醇等。液体粒子可以在所述波导的产生期间(诸如在硅树脂或其他聚合物的产生期间)引入。
在其他实施例中，一个或多个区域包括固体粒子。特别地，所述固体粒子包括辐射反射材料，诸如特别地对于UV辐射反射的材料。在特定实施例中，所述一个或多个区域包括选自包括以下项的组的固体粒子：二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氮化硼、氧化镁、硫酸钡、碳酸钙、二氧化锆和氧化锌。在特定实施例中，多个区域(诸如所有区域的至少50％)包括这样的粒子，或者甚至所有区域的基本上100％。区域可以完全地填充有固体材料，或者还可以包括液体和气体中的一个或多个。特别地，区域完全地填充有固体材料。换句话说，粒子定义区域。术语“固体粒子”可以是指全部包括相同材料的粒子，或者包括不同材料的粒子。此外，所述粒子还可以包括以上材料中的两个或更多个的混合物。因此，在实施例中，所述区域是固体粒子。
由于另一相位的存在(诸如包括另一材料的另一相位)，传播通过辐射透射材料的UV辐射散射，从而导致更好的分布和/或出耦合。然而，如上文所指示的，选择区域的数目和尺寸，使得可以在高效的出耦合与所述表面之一或两者上的好的分布之间找到折中。
特别地，所述区域具有与所述基体材料不同的折射率(或者当应用用于相位的不同的材料时的折射率)。这可以增强散射。因此，在特定实施例中，辐射透射材料和相位具有大于零的折射率的(平均)绝对差，特别地选自0.04-0.8的范围(如选自0.06-0.7的范围)。
任选地，在(其他)实施例中，辐射透射材料和相位可以是基本上相同材料，但是具有不同的结构(如不同的结晶度、或晶体和非晶等)。
此外，能够看到，当波导元件具有选自0.2-30(特别地0.2-15mm，诸如0.5-12mm)的范围的亨耶-格林斯坦(Henyey Greenstein)平均自由程并且具有选自0.8-0.95的范围的亨耶-格林斯坦各向异性因子时，可以获得好的结果。除其他之外，参考L.G.Henyey,J.L.Greenstein,Diffuse radiation in the galaxy,Astrophysical Journal 93:70-83,1941，通过引用将其并入本文。
如上文所指示的，本发明还提供一种包括被配置为提供UV辐射的光源和如本文所定义的波导元件的防生物污染系统，其中，所述光源和所述波导元件适于所述UV辐射的至少一部分通过所述辐射透射材料传播以及随后从第一面和第二面中的至少一个发出。波导元件和被配置为提供UV辐射的光源的组合还可以被指示为“UV发射元件”。代替于短语“后续发出”，而且术语“后续”发射或逃离作为所述辐射从所述元件逃离。
在实施例中，光源从波导元件外部被配置。在另外的实施例中，光源可以至少部分地在波导元件内配置。在前者实施例中，发光表面(诸如LED芯片)在波导元件外部，而在后者实施例中，特别地所述发光表面(诸如LED芯片)被配置在所述波导元件内。因此，在这样的实施例中，在实施例中发光表面可以与辐射透射材料物理接触。因此，在特定实施例中，所述光源至少部分地嵌入在所述波导元件内，或甚至可以完全嵌入在所述波导元件中。
特别地，所述光源具有光轴(O)(即，由所述光源生成的光束具有这样的光轴)，其中，所述光源被配置有垂直于所述第一面和所述第二面中的一个或多个的光轴(O)。这可以提供接收所述光源光的表面之一处的最大斑点并且可以因此潜在地减少生物污染或者防止生物污染。在实施例中，斑点可以是基本上圆的。在另外的施例中，所述光源被配置有平行于所述第一面和所述第二面中的一个或多个的光轴(O)。这可能实现偏离圆形的斑点。该斑点在本文中还被指示为“干净直径”，但是斑点不必是完美圆形的。
在特定实施例中，光源被配置为提供UVC辐射。在另外的实施例中，提供UVA、UVB和UVC中的一个或多个的组合。下文描述了一些另外的特定实施例。
在另外的实施例中，所述防生物污染系统包括多个光源，其中，每个光源具有发光表面，并且其中，所述光源具有选自0.5-100(诸如1-100mm，如1-50mm，诸如5-50mm，如5-25mm)的范围的近邻发光表面之间的最短距离。利用特别地选择的散射，光源之间的距离可以是相对大的。
当应用多个光源时，这样的光源可以特别地利用相互连接的光源(还参见下文)被配置在网格中，特别地并联配置的。在特定实施例中，所有一个或多个光源被配置有基本上垂直于一个或两个面的光轴。然而在其他实施例中，所有一个或多个光源被配置有基本上平行于一个或两个面的光轴。在另外的实施例中，可以存在光源的两个或两个以上子集，其子集内的每(一个或多个)光源具有平行对齐的光轴，但是具有非平行(包括反平行)配置的不同的子集的光源的光轴。例如，多个光源可以被配置有基本上平行于一个或两个面的光轴，并且多个光源可以被配置有基本上垂直于一个或两个面的光轴。例如，这样的光源可以在2D阵列中被配置有交替配置的不同的光源。
还如上文所指示的，本发明还提供一种对象，包括对象表面和如本文所定义的防生物污染系统，其中，所述防生物污染系统的第一面和第二面中的至少一个被配置为所述对象表面的至少一部分，并且其中，在第一状态中所述防生物污染系统被配置为提供从所述第一面和第二面中的所述至少一个发出的UV辐射。
如上文所指示的，在另一方面中，本发明提供一种在使用期间可以至少部分地浸没在水中的对象，所述对象包括如本文所定义的防生物污染系统，其中，所述防生物污染系统被配置为在辐照阶段期间利用UV辐射辐照以下中的一项或多项：(i)所述对象的表面的一部分以及(ii)所述表面的所述部分附近的水。如上文所指示的，所述对象可以特别地选自包括以下项的组：轮船和基础对象等。因此，在实施例中，所述对象选自包括以下项的组：固定海洋对象、移动海洋对象，如(机动化)海洋对象，诸如(机动化)船体、基础设施元件和风车。
本文中，短语“在使用期间被至少部分浸入水中的对象”特别是指诸如船舶和具有水应用的基础设施对象的对象。因此，在使用期间，这种对象(如在海、湖、运河、河流或其他水道等中的船舶)通常将与水接触。术语“船舶”例如可以指例如小艇或轮船等，例如，帆船、油轮、游轮、游艇、轮渡、潜水艇等。术语“基础设施对象”可以特别是指通常基本上静态布置的水应用，例如，水坝、水闸、趸船、钻井平台等。术语“基础设施对象”也可以指(用于例如将海洋水泵送到例如发电厂的)管道和(水电)发电厂的其他部分，例如，冷却系统、涡轮等。术语“表面”特别是指可以与水物理接触的表面。在管道的情况下，这可以应用于管道内表面和管道外表面中的一个或多个。因此，代替使用术语“表面”，也可以使用术语“污染表面”。另外，在这样的实施例中，术语“水线”也可以指例如填充水平。特别地，该对象是被配置用于海上应用(即，在海或海洋中或靠近海或海洋的应用)的对象。这样的对象在它们的使用期间至少暂时或基本上总是至少部分与水接触。该对象在使用期间可以至少部分低于水(线)，或者可以基本上始终低于水(线)，例如对于潜水艇应用的情况就是如此。本发明可以例如应用于船舶防污染，保持潮湿表面干净，应用于离岸应用，应用于海(下)应用，应用于钻井平台等。
由于与水的接触，因此可能发生生物污染，这会带来上文所指出的缺点。生物污染将发生在这样的对象的表面的表面。待保护对象(的元件)的表面可以包括钢，但是也可以任选地包括另一材料，例如选自包括木材、聚酯、复合材料、铝、橡胶、海帕伦、PVC、玻璃纤维等的组。因此，代替钢船体，船体也可以是PVC船体或聚酯船体等。代替钢，也可以使用诸如(其他)铁合金的另一铁质材料。
在本文中，可互换地使用术语“污染”或“生物污染”或“生物学污染”。在上文中，提供了污染的一些范例。生物污染可以发生在处于水中或靠近水并且正在暂时暴露于水(或另一导电水基液体)的任何表面。当元件处于水中或靠近水(例如(恰好)在水线上(例如由于溅水，例如由于船首浪))时，生物污染会发生在这样的表面上。在回归线之间，生物污染会在几小时内发生。即使在中等温度，第一(阶段的)污染将在几小时内发生；作为糖类和细菌的第一(分子)水平。
防生物污染系统至少包括UV发射元件。另外，防生物污染系统可以包括控制系统(也见下文)、电能源等。
术语“防生物污染系统”也可以指多个这样的系统，任选地，所述多个这样的系统彼此功能性地耦合，例如由单个控制系统进行控制。另外，防生物污染系统可以包括多个这样的UV发射元件。本文中，术语“UV发射元件”可以(由此)指的是多个UV发射元件。例如，在实施例中，多个UV发射元件可以被关联到对象的表面(例如，船体)或者可以被包括在这样的表面中(也见下文)，然而例如控制系统可以配置在对象内某处，例如在船舶的控制室或驾驶室。
其上会产生污染的表面或区在本文中也被指示为污染表面。它可以例如是轮船的船体和/或光学介质的发射表面(也见下文)。为此，UV发射元件提供UV辐射(防污染光)，其被应用以阻止生物污染的形成和/或移除生物污染。该UV辐射(防污染光)特别地至少包括UV辐射(也被指示为“UV光”)。因此，UV发射元件特别地被配置为提供UV辐射。为此，UV发射元件包括光源。术语“光源”也可以涉及多个光源，例如，2-20个(固态)LED光源，但是也可以应用更多的光源。因此，术语LED也可以指多个LED。特别地，UV发射元件可以包括多个光源。因此，如上所述，UV发射元件包括一个或多个(固态)光源。LED可以是(OLED或)固态LED(或这些LED的组合)。特别地，光源包括固态LED。因此，特别地，光源包括被配置为提供UV-A和UVC光中的一个或多个的UV LED(也见下文)。UV-A可以用于损害细胞壁，而UVC可以用于损害DNA。因此，光源特别地被配置为提供UV辐射。在本文中，术语“光源”特别指固态光源。(一个或多个)光源也可以包括(一个或多个)固态激光器。
特别地，一个或多个光源是LED。因此，在实施例中，防生物污染系统包括多个光源，其中，所述光源包括LED。备选地或额外地，所述光源包括固态激光器。
紫外光(UV)是由可见光谱的波长下限和X射线辐射带所界定的电磁光的那部分。按照定义，UV光的光谱范围在约100nm至400nm(1nm＝10-9m)之间，并且对人眼不可见。使用CIE分类，UV光谱被细分为三个带：从315nm至400nm的UVA(长波长)；从280nm至315nm的UVB(中波长)；和从100nm至280nm的UVC(短波长)。在实际中，许多光生物学家经常将由UV暴露引起的皮肤效应说成高于和低于320nm的波长的加权效应，这因此提供了备选的定义。
在短波UVC带中的光提供强杀菌效果。另外，这种形式的光也能够造成红斑(皮肤变红)和结膜炎(眼睛粘膜的炎症)。因为这个原因，当使用杀菌UV光灯时，重要的是将系统设计为排除UVC泄露并因此避免这些效应。在沉浸式光源的情况下，水对UV光得吸收会足够强，使得UVC泄露对于在液体表面上的人类来说不是问题。因此，在实施例中，UV辐射(防污染光)包括UVC光。在又一实施例中，UV辐射包括选自100-300nm(特别是200-300nm，例如，230-300nm)的波长范围的辐射。因此，UV辐射可以特别地选自UVC以及高达约300nm的波长的其他UV辐射。利用在100-300nm(例如，200-300nm)范围内的波长能够获得良好结果。特别地，所述光源可以是具有选自255-290nm的范围(诸如260-280nm)的峰值波长的光源。
如上所述，UV发射元件可以被配置为(在辐照阶段期间)利用所述UV辐射来辐照以下中的一个或多个：(i)所述表面的所述部分和(ii)邻近所述表面的所述部分的水。术语“部分”指对象的表面(例如，船体或水闸(门))的部分。然而，术语“部分”也可以指基本上整个表面，例如，船体或水闸的表面。特别地，表面可以包括多个部分，可以利用一个或多个光源的UV光来辐照所述多个部分，或者可以利用一个或多个UV发射元件的UV辐射来辐照所述多个部分。每个UV发射元件可以辐照一个或多个部分。另外，可以任选地存在这样的部分：其接收两个或更多个UV发射元件的UV辐射。
通常，可以区分两个主要实施例。这些实施例中的一个实施例包括至少在辐照阶段期间利用UV辐射辐照的表面的位于光源与UV发射元件水(例如，海水)(或当在水线上时为空气)之间的部分。在这种实施例中，该部分特别地被包括在对象的“原始”表面中。然而，在又一实施例中，“原始”表面可以利用模块(特别是相对平坦的模块)来扩展，该模块被附着到对象的“原始”表面(例如，船舶的船体)，借此模块本身实际形成表面。例如，这种模块可以被关联到船舶的船体，借此该模块形成表面(的至少部分)。在两种实施例中，UV发射元件特别地包括辐射出射表面(也进一步见下文)。然而，特别是在其中UV发射元件可以提供所述表面的部分的后一种实施例中，这种辐射出射面可以提供该部分(由于第一部分和辐射出射面可以实质上重合；特别地可以是同一表面)。
因此，在实施例中，UV发射元件被附着到所述表面。在又一另外的特定实施例中，防生物污染系统的辐射出射面被配置为所述表面的部分。因此，在这些实施例中的一些实施例中，所述对象可以包括船舶，所述船舶包括船体，并且UV发射元件被附着到所述船体。术语“辐射出射面”也可以指多个辐射出射面(也见下文)。
在两种一般的实施例中，UV发射元件被配置为(在辐照阶段期间)利用所述UV辐射来辐照邻近所述表面的所述部分的水。在其中模块本身实际形成表面的实施例中，UV发射元件至少被配置为(在辐照阶段期间)利用所述UV辐射来辐照所述表面的所述部分，这是因为实际上它是所述表面的部分，并且任选地也辐照邻近所述表面的所述部分的水。因此，可以阻止和/或降低生物污染。
在实施例中，可以利用发射杀菌光(“防污染光”)(特别是UV光)的层来覆盖要保持清洁而免受污染的受保护表面的显著量(优选为整个受保护表面，例如，轮船的船体)。
在又一实施例中，可以经由诸如纤维的波导将UV辐射(防污染光)提供到要保护的表面。
因此，在实施例中，防污染光照系统可以包括光学介质，其中，光学介质包括诸如光纤的波导，该光学介质被配置为将所述UV辐射(防污染光)提供到污染表面。例如UV辐射(防污染光)从其逃离的波导的表面在本文中也被指示为发射表面。通常，波导的这个部分可以至少暂时浸入水中。由于从发射表面逃离的UV辐射(防污染光)，在使用期间至少暂时暴露于液体(例如，海水)的对象的元件可以被辐照，并且由此得到防污染。然而，发射表面本身也可以得到防污染。在下文描述的包括光学介质的UV发射元件的一些实施例中使用了这个效应。
在WO2014188347中描述了具有光学媒介的实施例。当该实施例能够与本文中描述的控制单元和/或水压开关以及其他实施例进行组合时，通过引用将WO2014188347中的实施例并入本文。
如上所述，该UV发射元件可以特别地包括UV辐射出射面。因此，在特定实施例中，UV发射元件包括UV辐射出射面，其中，UV发射元件特别地被配置为在所述UV发射元件的所述UV辐射出射面的下游提供所述UV辐射。UV辐射出射面可以是波导的表面。因此，UV辐射可以在UV发射元件中被耦合到波导中，并且经由波导的面(的部分)从该元件逃离。也如上所述，在实施例中，辐射出射面可以任选地被配置为对象的表面的部分。
特别地，(固态)光源至少在第一UV辐射水平与第二UV辐射水平之间是可控的，其中，第一UV辐射水平大于第二UV辐射水平(并且其中，第二UV辐射水平小于第一辐射水平或者甚至可以为零)。因此，在实施例中，光源能够被切断并且能够(在辐射阶段期间)被接通。另外，任选地，UV辐射的强度也可以在这两个阶段之间得到控制，例如，步进的或持续的UV辐射的强度控制。因此，光源特别地是可控的(并且因此光源的UV辐射的强度是可控的)。
如上所述，对象或防生物污染系统可以包括多个辐射出射面。在实施例中，这可以指多个防生物污染系统。然而，备选地或额外地，在实施例中，这可以指包括多个UV辐射发射元件的防生物污染系统。这样的防生物污染系统因此可以特别地包括多个用于提供UV辐射的光源。然而，备选地或额外地，在实施例中，这(也)可以指UV发射元件，其包括被配置为提供UV辐射的多个光源。注意，具有单个UV辐射出射面的UV发射元件可以(仍然)包括多个光源。
特别地，当UV发射元件包括多个光源和多个UV辐射出射面时(其中特别地由一个或多个光源来寻找这种表面中的每个表面)并且/或者当生物污染系统包括多个UV发射元件时，通过控制光源，可以独立地寻找表面的不同部分。因此，通过在对象的不同高度处布置不同的UV辐射出射面(其中，高度特别是在对象的使用期间定义的)，可以实质上仅利用UV辐射仅辐照仅这样的部分：该部分和UV辐射出射面中的一个或多个低于水(线)。
因此，在特定实施例中，防生物污染系统包括多个光源、多个辐射出射面和多个所述部分，其中，所述多个光源被配置为经由所述多个辐射出射面将所述UV辐射提供到所述多个部分，并且其中，所述多个部分被配置在所述对象的不同高度处。特别地，控制系统可以被配置为根据所述输入信息来独立地控制(固态)光源。例如，在特定实施例中，控制系统可以被配置为根据表面的部分相对于水(即，水线)的位置来独立地控制光源。
防生物污染系统特别地被配置为将UV辐射提供到对象的该部分或者提供到邻近该部分的水。这特别地意味着在辐照阶段期间UV应用辐射。因此，任选地，也可以存在其中完全没有应用UV辐射的时段。这(因此)可以不仅是由于例如控制系统对UV发射元件中的一个或多个的切换，而且也可以例如是由于诸如白天和黑夜或水温等的预定义环境。例如，在实施例中，以脉冲方式应用UV辐射。
因此，在特定实施例或方面中，防生物污染系统被配置为通过将防污染光(即，UV辐射)提供到所述污染表面或邻近所述污染表面的水来阻止或降低在对象的污染表面上的生物污染，该对象在使用期间至少暂时暴露于水。特别地，防生物污染系统可以被配置为经由光学介质将所述防污染光提供到所述污染表面，其中，该UV发射元件还包括(ii)被配置为接收UV辐射(防污染光)的至少部分的所述光学介质，所述光学介质包括被配置为提供所述UV辐射(防污染光)的至少部分的发射表面。另外，特别地，所述光学介质包括波导和光纤的一种或多种，并且其中，UV辐射(防污染光)特别地包括UVB光和UVC光的一种或多种。在本文中不对这些波导和光学媒介进行进一步的详细讨论。
光学介质也可以被提供为用于应用于受保护表面的(硅树脂)箔，所述箔包括用于生成防污染光的至少一个光源和用于跨过所述箔分布UV辐射的片状光学介质。在实施例中，所述箔具有在几毫米至几厘米的量级(例如，0.1-5cm，如0.2-2cm)的厚度。在实施例中，所述箔在垂直于厚度方向的任何方向上基本上不受限制，以便提供相当大的箔，其具有在几十或几百平方米的量级的尺寸。所述箔在垂直于所述箔的厚度方向的两个正交方向上可以在尺寸上相当受限，以便提供防污染片；在另一实施例中，所述箔在垂直于箔的厚度方向的仅一个方向上在尺寸上相当受限，以便提供防污染箔的细长带。因此，光学介质并且甚至UV发射元件可以被提供为片或带。片或带可以包括(硅树脂)箔。片或带是束或平板的实施例(还参见上文)。
在实施例中，UV发射元件包括用于生成UV辐射的光源的二维网格，并且光学介质被布置为将来自光源的二维网格的UV辐射的至少部分跨光学介质进行分布，以便提供从光模块的发光表面出射的UV辐射的二维分布。光源的二维网格可以被布置为铁丝网结构、密堆结构、行/列结构，或任何其他合适的规则或不规则结构。网格中的相邻的光源之间的物理距离跨网格可以是固定的或者可以改变，例如作为提供防污染效果所需要的光输出功率的函数或作为UV发射元件在受保护表面上的位置(例如，在轮船的船体上的位置)的函数。提供光源的二维网格的优点包括可以靠近要利用UV辐射照射保护的区生成UV辐射，并且这会降低在光学介质或光导中的损失，并且这会提高光分布的均匀性。优选地，UV辐射跨发射表面通常基本上均匀地分布；这会降低或者甚至阻止否则会发生污染的欠照射区，同时会降低或阻止由利用比防污染所需的更多的光对其他区过度照射所造成的能量浪费。在实施例中，网格被包括在光学介质中。在又一实施例中，网格可以被包括在(硅树脂)箔中。
另外，在实施例中，光学介质可以被设置为接近(包括任选地附着到)受保护表面并且被耦合以接收紫外光，其中，光学介质具有垂直于受保护表面的厚度方向，其中，光学介质的正交于厚度方向的两个正交方向平行于受保护表面，其中，光学介质被配置为提供紫外光的传播路径，使得紫外光在光学介质内在正交于厚度方向的两个正交方向中的至少一个上行进，并且使得在沿着光学介质的表面的各个点处，紫外光的各自的部分逃离光学介质。
在另外的方面中，本发明还提供了一种对在使用期间至少暂时暴露于水的对象的表面(的部分)进行抗(生物)污染的方法，所述方法包括：向对象提供在本文中定义的防生物污染系统；任选地(在对象使用期间)根据以下中的一个或多个来生成UV辐射：(i)反馈信号和(ii)用于(周期性地)改变UV辐射(防污染光)的强度的计时器；并且(在辐照阶段期间)向所述表面(的所述部分)提供所述UV辐射。这种反馈信号可以由传感器来提供。
在又一方面中，本发明还提供一种向在使用期间可以至少暂时地暴露于水的对象提供如本文所定义的防生物污染系统的方法，所述方法包括向所述对象提供(诸如集成在所述对象中和/或附接到对象表面)防生物污染系统，所述防生物污染系统被配置为向所述对象的对象表面的一部分和所述部分附近的水中的一个或多个提供所述UV辐射。
术语“上游”和“下游”涉及项或特征相对于来自光生成模块(此处特别地光源)的光的传播的布置，其中，相对于来自所述光生成模块的光束内的第一位置，更接近于光生成模块的光束中的第二位置是“上游”，并且更远离光生成模块的光束内的第三位置是“下游”。
在特定实施例中，所述光源包括固态光源(诸如LED或激光二极管)。术语“光源”还可以涉及多个光源，诸如2-200个(固态)LED光源。因此，术语LED还可以是指多个LED。此外，在实施例中术语“光源”还可以是指所谓的板载芯片(COB)光源。术语“COB”特别地是指既不包装也不连接而是直接地安装到衬底(诸如PCB)上的半导体芯片的形式的LED芯片。因此，可以在相同衬底上配置多个半导体光源。在实施例中，COB是一起被配置为单个照明模块的多LED芯片。
元件或者系统可以包括(另外的)光学器件，如反射器、光学滤波器、额外的光源等等。例如，一个或多个反射器可以被用于将辐射重引导回到所述波导中，其从未被配置为光逃离面或光出射面的面逃离。在本文中，特别地所述第一面作为范例被用作(单个)光出射面。
附图说明
现在将仅通过范例参考其中对应的附图标记指示对应的部分的附图描述本发明的实施例，并且其中：
图1a-1f示意性地描绘了本发明的一些方面；
图2a示意性地描绘了没有散射(左)的直下光(direct lit)和没有散射(右)的侧光(side lit)(还参见图2)；
图2b示出了对于小硅树脂厚度(大约4mm)，防污染直径针对直下和侧光配置仅在15mm与20mm之间(阈值10-8W/mm2)；
图2c示意性地描绘了具有散射(左)的直下光和具有散射(右)的侧光；
图2d示出了直下光和侧光系统的清洁直径vs.光导厚度；针对不同的散射平均自由程(mfp:3和30mm)完成模拟。各向异性因子g＝0.85；
图2e示出了直下光和侧光系统的模拟清洁直径vs.分别针对直下和侧光系统的7和5mm的光导厚度的mfp；现在利用具有各向异性因子g＝0.85的亨耶-格林斯坦模型完成模拟。可以找到最佳mfp参数。注意，mfp参数与散射粒子浓度成反比。两个模拟每系统示出清洁直径针对0.991的g因子减小(密集正向散射)；
图2f示出了3mm厚度和mfp＝3mm的侧光系统的清洁直径vs.g因子；针对两个不同的透射(85％和68.5％per cm)完成模拟；
图2g示出了其中粒子半径和浓度变化的侧光系统的模拟清洁区域；对于每个给定粒子半径，可以找到最佳浓度。利用米氏散射模型完成模拟。在该范例中，粒子包括空气，并且介质是硅树脂。已经使用水和氮化硼作为粒子获得类似曲线；阈值是10-8W/mm2，并且光导厚度是8mm；内部透射是大约68％/cm；并且
图3a-3b示意性地描绘了一些模拟结果。
示意图不必按比例。
具体实施方式
图1a(并且另外)示意性地描绘了波导元件1000的实施例，波导元件1000包括第一面1001和第二面1002，其中，辐射透射材料1005被配置在第一面1001与第二面1002之间。如上文所指示的，辐射透射材料1005对于UV辐射是能透射的。辐射透射材料1005是针对除辐射透射材料1005之外的另一组成的相位1010的基体材料，其中，相位1010在基体中可用作区域1110，其中，区域1110具有选自50-1500nm的范围的平均粒子半径r1。粒子的直径可以利用2*r1指示。透射材料可以具有选自辐射透射材料1005的1*104–1.5*108/mm3的范围的平均区域浓度。参考h1指示波导元件1000的高度或者厚度。有时，波导元件在本文中还被指示为平板，并且高度被指示为平板高度。
图1b示意性地描绘了防生物污染系统200的实施例，防生物污染系统200包括被配置为提供UV辐射11的光源10(诸如固态光源)和如本文所定义的波导元件1000。光源10和波导元件1000适于UV辐射11的至少一部分通过辐射透射材料1005传播以及随后从第一面1001和第二面1002中的至少一个发出。通过范例，一个或多个反射镜1031可以被配置为将从波导逃离的辐射反射回到波导中，特别地当这样的辐射从其中不期望辐射逃离的部分逃离时。可以在光源10与波导之间使用半透明光学滤波器。利用这样的配置，可以能够使辐射基本上仅从一个或多个期望面(此处第一面1001)从波导1000逃离。
从波导逃离的辐射被指示为设备辐射201。该设备辐射还可以被指示为防污染辐射或防生物污染辐射或系统辐射。设备辐射201包括UV辐射的至少一部分，但是由于波导1000内的散射和一些吸收，光谱分布可以与直接地从光源10逃离的辐射(稍微)不同。(UV)辐射从其逃离的光源的面利用发光面12指示。
此外，通过范例，示意性地描绘了光源的不同的配置。光源10可以从波导1000外部配置。然而，光源还可以部分地被嵌入在如中间所示的波导中，并且光源10可以基本上整体地被嵌入在如图1b的左边所示的波导1000中。此外，光源10的光轴可以被配置为垂直于光逃离表面和/或光入射表面或者平行于光逃离表面和/或光入射表面。此处，在诸如在图1b(和1c)中示意性地描绘的实施例中，第一表面1001是光逃离表面或者防生物污染表面，并且第二表面1002可以被配置为光入射表面(图1b，右侧光源10)。参考O指示(一个或多个)光源10的光轴。如上文所指示的，所述波导对于UV辐射的至少一部分是能透射的。取决于(一个或多个)光源10的配置，这可以对波导材料和区域浓度和区域粒子大小施加条件。因此，UV辐射11的至少一部分透过辐射透射材料1005并且从第一面1001(或任选地第二面1002)发出。
图1c示意性地描绘了对象2000的实施例，对象2000包括对象表面2110和如本文所描述的防生物污染系统200。所述防生物污染系统200的第一面1001和第二面1002中的至少一个被配置为所述对象表面2110的至少一部分，并且其中，在第一状态中，防生物污染系统200被配置为提供从第一面1001和第二面1002中的所述至少一个发出的UV辐射11。此处，再次第一表面1001被选择为波导1000的辐射逃离表面。
注意，备选配置也可以是可能的。例如，防生物污染系统还可以被配置有对象表面2110的某个距离处的波导1000，并且利用防污染辐射辐照对象表面2110(针对图1c中的较低防生物污染系统200所示)。
图1d示意性地描绘了在使用期间可以至少部分地被浸没在水2中(参见水线13)的对象2000的实施例，但是本发明不限于这样的实施例。还参见下文，对象2000(诸如轮船或水闸)还包括防生物污染系统200，防生物污染系统200包括UV发射元件(此处波导1000)，特别地用于将UV辐射11施加到对象2000(诸如船体或者船体的一部分)的(外)表面2110的一部分。参考图1c，示出了两个实施例，其中，防生物污染系统200(更特别地波导1000)可以是外表面的一部分，并且从而实际上形成外表面的一部分(图1c，上选项)，或者其中，防生物污染系统200(更特别地波导1000)被配置为辐照外表面并且不一定形成外表面的一部分(诸如轮船的船体)。例如，对象2000选自包括以下项的组：轮船2015和基础对象。利用附图标记2015指示的术语“轮船”可以例如是指例如船或轮船(图1d中的附图标记2000a)等，诸如帆船、油船、游轮、游艇、渡船、潜水艇(图1d中的附图标记2000d)等等，如图1d中示意性地指示的。术语“基础对象”可以特别地是指通常被布置为基本上固定的水上应用，诸如水坝/水闸(图1d中的附图标记2000e/2000f)、浮筒(图1d中的附图标记2000c)、钻井平台(图1d中的附图标记2000b)等等。
图1e示意性地描绘了其中作为对象2000的实施例轮船2015包括多个防生物污染系统200和/或包括多个波导1000的这样的防生物污染系统200中的一个或多个的实施例。取决于特定这样的防生物污染系统200的高度和/或波导1000的高度(诸如相对于水(线))，可以接通相应的防生物污染系统200。图1e示意性地描绘了被配置为控制(一个或多个)防生物污染系统的控制系统300。然而，控制系统的应用不限于图1e的示意性描绘的实施例。术语“控制”特别地是指确定行为或者监督光源的运行，特别地因此强度和光谱分布中的一个或多个(特别地至少强度)。
图1f示出了其中光源10(诸如UV LED)被布置在网格中并且以一系列并联连接来连接的铁丝网实施例。LED可以通过焊接、粘合或者用于将LED连接到铁丝网的任何其他已知电连接技术被安装在节点处。一个或多个LED可以放置在每个节点处。可以实施DC或AC驱动。如果使用AC，那么可以使用反并联配置中的一对LED。本领域的技术人员知道，在每个节点处，可以使用反并联配置的超过一对LED。铁丝网网格的实际大小和网格中的UV LED之间的距离可以通过拉伸谐波结构来调节。铁丝网网格可以被嵌入在光学介质中(诸如在本文中所描述的波导)。光源的光轴可以全部在相同的方向上引导，但是一个或多个光轴还可以被配置为正交于一个或多个其他光轴；另外的配置也可以是可能的。
防污染系统可以装备有嵌入在硅树脂光导中的UV LED。光导的功能是朝向符合污染表面的光导的出射面更远离LED源运送UV辐射。除其他之外，区每UV LED保持清洁免于污染取决于光导内的UV LED的取向：垂直于出射表面的UV LED的直下光光轴，或者平行于出射表面的侧光光轴。
能够看到，“清洁区”对于直下光系统对称并且对于侧光系统非对称。术语“清洁直径”是用于“清洁区”的另一术语并且用于在LED的z轴的方向上被测量的侧光系统。由于在LED光轴的z轴的方向上被测量的清洁直径(在本文中还被指示为清洁区，因为区不一定是完美圆形的)稍微比在垂直方向上更小，指定第一个(较不最优情况)。
此外，能够看到，清洁直径取决于散射量。如果散射量太低，则大部分(下游)辐射有效地贡献于大清洁区。将是最小的。如果散射量太大，则大部分辐射离开LED附近的光导，并且清洁直径也将是小的。在本文中定义用于最大可能清洁直径的最优散射参数。
如果清洁(透明)硅树脂作为介质以将UV辐射运送到出射表面，则吸收主导行进距离。这意指大多数UV辐射在其到达光导的(出射)表面之前由硅树脂吸收。
如果硅树脂介质包含适当的散射参数，则出射面处的清洁直径通过逐渐出耦合的(重定向的)UV辐射增加(因此，较大直径处的局部辐照增加)。
图2a示出了在基本上没有散射元件的故意引入的情况下的硅树脂中的直下光(左图)vs.侧光(右图)构造。利用D指示的清洁直径或者清洁区由光导和硅树脂的吸收限制。比临界角更大的角处的射线全内反射并且可以根本不离开光导。出射表面处的清洁直径(假定10-8W/mm2的阈值)取决于平板厚度，并且针对直下和侧光系统在图2a中示出。由于人们期望直下光系统要求比侧光系统更厚的硅树脂介质以达到足够的防污染区，因而用于直下光系统的模拟比用于侧光系统(参见图2a，右边)的更大的平板厚度(h1)4-10mm完成。
图2b示出了具有散射的直下光(DL)相应地侧光(SL)系统。硅树脂内的额外的散射粒子使得辐射能够在由硅树脂吸收之前到达光导的出射表面。此外，重定向射线防止射线在出射表面处全内反射。因此，辐照度水平将在光导的出射表面处增加，并且清洁直径将比在没有散射的情况下大得多(将图2a的出射表面处的清洁直径D与2c进行比较(模拟10-8W/mm2中的阈值))。此处其足以通过具有单个mfp和g的HG散射函数描述散射。在图2b中，假定用于10mm的材料厚度的68.5％的(内部)透射。防污染直径针对直下和侧光配置在15mm与20mm之间(阈值10-8W/mm2)，其中，出于参考目的，在没有粒子的情况下评价硅树脂；
参考图2c，当将使用多个光源10时，光轴O可以全部平行配置，但是其他选项也可以是可能的。在左实施例中，将使用多个光源，通常所有光源10可以与垂直于面的光轴O类似配置。在右实施例中，所有光源10可以诸如与引导到左边的光轴类似配置，但是任选地一个或多个还可以引导到左边(即，反并联配置)。此外，可以使用不同地配置的光源10的组合，诸如多个具有被配置有垂直于面之一的光轴的子集以及具有基本上正交于另一子集的光源的光轴配置的光轴的子集。
图2d示出了对于3mm的平均自由程，清洁直径针对具有4mm的硅树脂光导厚度的直下和侧光系统两者增加到>45mm(与图2b进行比较)。在图2d中，假定68.5％的内部透射。虚线再次是指侧光(SL)系统；实线是指直下光(DL)系统。在模拟中，已经选择mfp＝3(上面两条曲线)和mfp＝3(下面两条曲线)。在模拟中使用亨耶-格林斯坦体积散射模型，mfp和g因子两者可以优化以实现对于某个平板厚度的最大可能清洁直径。图2e示出了分别具有侧光系统(虚线)和直下光系统(实线)的7和5mm的平板厚度(h1)的清洁直径与平均自由程(mm)。图2e示出了可以在2-10mm(mfp)之间找到最佳值。g因子是0.85并且对于较大的g因子，清洁直径减小(红色曲线)。图2f示出了可以在0.85与0.95之间找到最佳g因子。图2f示出了具有3mm的平板高度h1和平均自由程mfp＝3mm的侧光(SL)系统。硅树脂的透射针对上曲线被选择85％/1cm并且针对下曲线被选择68.5％/1cm。图2g示出了硅树脂中的H2O的清洁区vs.粒子密度(粒子中的浓度/mm3)。
除其他之外，本发明的应用包括海洋防污染、保持干净湿表面、离岸、海(底)、钻井平台；要求或多或少一致的出耦合的任何光导(甚至在可见光中)等。
因此，在实施例中，本发明提供一种防污染/抗菌系统，包括具有被嵌入在具有散射性质的用于实现防污染/抗菌动作的散射光导介质中的UV辐射的LED系统。特别地，从而实现散射介质的散射参数被优化以在光导的出射表面处实现更大的防污染区。本发明还提供其中散射介质是硅树脂或含氟聚合物的这样的防污染/抗菌系统。更另外，本发明提供这样的防污染/抗菌系统，其中，散射粒子是具有获得介质的散射参数所选择的粒子大小和浓度的类型氮化硼(BN)或硫酸钡(BaSO4)。
图3a示出了(MIE)最佳浓度vs粒子半径，其中，在x轴(对数标度)上，半径以nm为单位，并且在y轴(对数标度)上，粒子浓度以每mm3的粒子为单位。曲线A是指硅树脂中的水区域，曲线B是指硅树脂中的空气区域，并且曲线C是指硅树脂中的BN粒子(区域)。曲线A+10％A和曲线C-10％C分别定义可以特别适合的范围。而且，每个曲线+/-10％可以分别定义可以特别适合的特定材料的范围。如+/-10％A的指示和类似指示可以是指可以是10％更大或更小的y值。
图3b示意性地描绘了体积分数(VF)与粒子大小(以nm为单位)，其中，x轴具有从0-1200nm变化的半径，以及100-1000nm之间的数据。使用与在图3a中相同的材料，并且在图3b中指示相同的指示A-C。能够看到，低于600nm(诸如低于400nm)的(平均)粒子大小具有特定兴趣，因为需要相对少的粒子来实现最佳结果。
本领域技术人员将理解在本文中例如在“基本上所有光”中或在“基本上由……组成”中使用的术语“基本上”。术语“基本上”也可以包括具有“整个地”、“完全地”、“所有”等的实施例。因此，在实施例中，形容词“基本上”也可以被移除。在适当情况下，术语“基本上”也可以指90％或更高，例如，95％者更高，特别地，99％或更高，甚至更特别地，99.5％或更高，包括100％。术语“包括”也包括其中术语“包括”意指“由……组成”的实施例。术语“和/或”特别指在“和/或”之前和之后提及的项目中的一个或多个项目。例如，短语“项目1和/或项目2”和相似的短语可以指项目1和项目2中的一个或多个。术语“包括”在实施例中可以指“由……组成”，但是在另一实施例中也可以指“至少含有所定义的种类以及任选地含有一个或多个其他种类”。
此外，在说明书和权利要求书中的术语第一、第二、第二以及类似物被用于在相似元件之间进行区分，并不一定用于描述顺序或时间的次序。应当理解，这样使用的术语在适当环境下是可互换的，并且本文中描述的本发明的实施例能够以与本文中描述或图示的顺序不同的顺序来工作。
除其他外，本文中的设备的是在工作期间描述。本领域技术人员将清洁的是，本发明不限于工作的方法或工作中的设备。
应当指出，上文提及的实施例阐述而非限制本发明，并且本领域技术人员将能够设计许多备选实施例，而不偏离权利要求的范围。在权利要求中，置于括号内的任何附图标记均不应被解读为对权利要求的限制。动词“包括”及其词性变化的使用不排除权利要求中记载的那些以外的其他元件或步骤的存在。除非上下文另外清洁要求，否则贯穿说明书和附图，与专有或详尽的意义相反，词语“包括”、“包含”等将以包括性意义解释；也就是说，以“包括但不限于”的意义。元件前的词语“一”或“一个”不排除多个这样的元件的存在。本发明可以借助于包括若干不同元件的硬件，以及借助于被适当编程的计算机来实施。在列举了若干单元的装置型权利要求中，这些单元中的若干可以由同一项硬件来实施。某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中的事实并不指示不能有利地使用这些措施的组合。
本发明还适用于包括在说明书中描述的和/或在附图中示出的表征特征中的一个或多个表征特征的设备。本发明还涉及包括在说明书中描述的和/或在附图中示出的表征特征的一个或多个表征特征的方法或过程。
本专利中讨论的各个方面能够被组合以便提供额外的优点。此外，本领域的技术人员将理解，可以组合实施例，并且还可以组合超过两个实施例。此外，这些特征的一些特征可以形成一个或多个分案申请的基础。

Claims (15)

1.一种防生物污染系统(200)，包括波导元件(1000)和被配置为提供UV辐射(11)的光源(10)，其中，所述波导元件(1000)包括辐射透射材料(1005)，其中，所述辐射透射材料(1005)对于所述UV辐射是能透射的，其中，所述辐射透射材料(1005)是针对除了所述辐射透射材料(1005)之外的另一组成的相位(1010)的基体材料，其中，所述相位(1010)在所述基体中能够用作区域(1110)，其中，所述区域(1110)具有从350-1200nm的范围中选择的平均粒子半径(r1)，具有选自所述辐射透射材料(1005)的1*104–1.5*108/mm3范围的平均区域浓度，并且具有从0.01-0.2的体积百分数的范围中选择的所述区域(1110)的体积分数，其中，所述波导元件(1000)具有板状形状，其中，所述光源(10)至少部分地被嵌入在所述波导元件(1000)中，并且其中，所述光源(10)和所述波导元件(1000)适于所述UV辐射(11)的至少部分通过所述辐射透射材料(1005)传播以及随后从第一面(1001)和第二面(1002)中的至少一个面发出。
2.根据权利要求1所述的防生物污染系统(200)，其中，所述辐射透射材料(1005)包括以下中的一种或多种：硅树脂和含氟聚合物。
3.根据权利要求1或2所述的防生物污染系统(200)，其中，一个或多个区域(1110)包括体积百分数为至少80％的气体。
4.根据权利要求1或2所述的防生物污染系统(200)，其中，一个或多个区域(1110)包括体积百分数为至少80％的水。
5.根据权利要求1或2所述的防生物污染系统(200)，其中，一个或多个区域(1110)包括从包含以下项的组中选择的固体粒子：二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氮化硼、氧化镁、硫酸钡、碳酸钙、二氧化锆和氧化锌。
6.根据权利要求1或2所述的防生物污染系统(200)，其中，所述辐射透射材料(1005)和所述相位(1010)具有从0.04-0.8的范围中选择的折射率的绝对差，其中，所述波导元件(1000)具有由从0.5-200mm的范围中选择的第一面(1001)与第二面(1002)之间的距离定义的厚度(h1)，其中，所述辐射透射材料(1005)被配置在所述第一面(1001)与所述第二面(1002)之间，并且其中，所述辐射透射材料(1005)包括硅树脂。
7.根据权利要求1或2所述的防生物污染系统(200)，其中，所述区域(1110)具有以nm为单位的平均粒子半径(r1)和由范围c1＝a*(10b)*(xd)定义的以/mm3为单位的平均区域浓度(c1)，其中，0.5≤a≤4；7≤b≤15；-3.0≤d≤-1.0；x＝r1；并且100nm≤r1≤1000nm。
8.根据权利要求1或2所述的防生物污染系统(200)，其中，所述光源(10)具有光轴(O)，其中，所述光源(10)被配置有垂直于所述第一面(1001)和所述第二面(1002)中的一个或多个面的所述光轴(O)。
9.根据权利要求1或2所述的防生物污染系统(200)，其中，所述光源(10)具有光轴(O)，其中，所述光源(10)被配置有平行于所述第一面(1001)和所述第二面(1002)中的一个或多个面的所述光轴(O)。
10.根据权利要求1或2所述的防生物污染系统(200)，其中，所述光源(10)被配置为提供UVC辐射。
11.根据权利要求1或2所述的防生物污染系统(200)，包括多个光源(10)，其中，每个光源(10)具有发光表面(12)，并且其中，所述光源(10)具有从1-50mm的范围中选择的近邻发光表面(12)之间的最短距离(d1)。
12.根据权利要求1或2所述的防生物污染系统(200)，其中，所述波导元件(1000)中的所述UV辐射(11)具有从2-10mm的范围中选择的平均自由程。
13.一种对象(2000)，包括对象表面(2110)和根据前述权利要求1-12中的任一项所述的防生物污染系统(200)，其中，所述防生物污染系统(200)的第一面(1001)和第二面(1002)中的至少一个面被配置为所述对象表面(2110)的至少部分，并且其中，在第一状态中，所述防生物污染系统(200)被配置为提供从第一面(1001)和第二面(1002)中的所述至少一个面发出的UV辐射(11)。
14.根据权利要求13所述的对象(2000)，其中，所述对象(2000)是从包括以下项的组中选择的：固定海洋对象、移动海洋对象、基础设施元件和风车。
15.一种向对象(2000)提供根据权利要求1-12中的任一项所述的防生物污染系统(200)的方法，所述对象在使用期间至少暂时地暴露于水，所述方法包括向所述对象(2000)提供所述防生物污染系统(200)，其中，所述防生物污染系统(200)被配置为向以下中的一个或多个提供所述UV辐射(11)：所述对象(2000)的对象表面(2110)的部分(2111)；以及邻近于所述部分(2111)的水。
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