JP2020518497A - 負荷に給電するための負荷構成体 - Google Patents

Abstract

液体１０にさらされた海洋構造物５０の表面３０における負荷に給電するための負荷構成体が提供される。負荷構成体は、キャリア１００と海洋構造物の表面に配置され、電源１の一方の極性部に結合された伝導体構成体１１０とを含む。他方の極性部は、液体に結合されている。キャリアは、伝導体構成体の部分をカバーする後面１０２と、海洋構造物の表面３０とを含む。キャリアにおける負荷２０は、液体に結合するために配置された前電極１３０と、伝導体構成体に結合するために配置された後面における後電極１２０とを介して電源から電源電流を受信する。負荷は、防汚光を出射するためのＵＶ−Ｃ ＬＥＤであり得る。

Description

本発明は、海水などの液体にさらされた海洋構造物の表面における負荷に給電するための負荷構成体に関する。液体は、電気伝導媒体を構成する。負荷は、キャリアに埋設されており、電源から電源電流を受信するために第１の給電ノードと第２の給電ノードとの間に結合される。

それらの耐用期間の少なくとも一部にわたって水にさらされた表面の生物汚損は、多くの分野で重大な問題をもたらすよく知られた現象である。例えば、海運の分野では、船の船殻における生物汚損は、船の抗力の深刻な増加、つまりは船の燃料消費量の増加をもたらすことが知られている。この点について、最大４０％の燃料消費量の増加が生物汚損に起因し得ると推定される。

概して、生物汚損は、表面における微生物、植物、藻、小動物などの蓄積である。ある推定によると４，０００を越える生物を含む１，８００を越える種が生物汚損の原因とされる。従って、生物汚損は、幅広い様々な生物によりもたらされ、表面へのフジツボ及び海藻の付着よりもはるかに多くのものが関与する。生物汚損は、生物膜の形成及び細菌付着を含むマイクロ汚損と、より大きな生物の付着を含むマクロ汚損とに分類される。何がそれらの定着を防止するかを特定する個別化された化学及び生物学に基づいて、生物は、さらに硬質又は軟質に分類される。硬質汚損生物は、フジツボ、表面を覆うコケムシ、軟体動物、多毛類の動物及び他の棲管虫、及び、カワホトトギスガイなどの石灰質生物を含む。軟質汚損生物は、海藻、ヒドロ虫、藻、及び生物膜「粘着物」などの非石灰質生物を含む。一緒に、これらの生物は汚損コミュニティを形成する。

ここまでに説明されるように、生物汚損は重大な問題を生み出す。生物汚損は、機械が動作を停止すること、及び水口が詰まることをもたらし、単なる例示であるが、上述の船の抗力の増加の他に２つの他の否定的な結果をもたらし得る。従って、生物防汚の話題、すなわち、生物汚損の除去又は防止の工程はよく知られている。

ＷＯ２０１４／１８８３４７Ａ１は、表面が液体環境、特に、水性環境又は油性環境中に少なくとも部分的に沈められた状態での、表面の防汚の方法について説明している。この方法は、露出された表面において光学媒体に埋設された光源から防汚光を提供することをともない、光学媒体は、実質的に平面の出射面を含む。防汚光は、光学媒体の出射面から、露出された表面から離れる方向に出射され、防汚光は、紫外光である。光源は、給電されることを必要とし、従って、海洋構造物の表面において給電される負荷の一例を構成する。ＷＯ２０１４／１８８３４７Ａ１は、光学媒体に埋設された配線を介してこのような負荷に給電することについて説明する。

以上のことからＷＯ２０１４／１８８３４７Ａ１は、海洋構造物の表面に防汚光を提供するという主題に対処すると言える。電気負荷がキャリアに埋設されており、キャリアに埋設された配線を介して給電される。それぞれのキャリアを電源に接続するために、例えば、高価であり信頼できない電力線及び電力コネクタを使用して、ガルバニック接続が作られる必要がある。従って、より利便性の高い、信頼可能な手法により、このような光源及び他の負荷に電力を供給する必要性が存在する。

本発明は、さらされた表面における負荷に給電するための負荷構成体を提供することを目的とする。

本発明によると、液体にさらされた海洋構造物の表面における負荷に給電するための負荷構成体が提供され、液体が、電気伝導媒体を構成し、負荷構成体が、
− 海洋構造物の表面に配置された、及び、電源の一方の極性部に結合するために構築された伝導体構成体であって、電源の他方の極性部が、電気伝導媒体に結合された、伝導体構成体と、
− 液体に接触する前面と、伝導体構成体と海洋構造物の表面との一部をカバーする後面とを含むキャリアと、
を備え、
キャリアが、
− キャリア内に配置された、及び、電源から電源電流を受信するために第１の給電ノードと第２の給電ノードとの間に結合された負荷と、
− 第１の給電ノードに接続された、及び、電気伝導媒体に結合するために配置された前面における前電極と、
− 第２の給電ノードに接続された、及び、伝導体構成体に結合するために配置された後面における後電極と、
を備える。

本発明によると、液体にさらされる表面を含む海洋構造物が提供され、液体が、電気伝導媒体を構成し、海洋構造物が、ここまでに規定されるように少なくとも１つの負荷構成体を備え、
− 伝導体構成体が、海洋構造物の表面に配置されており、
− キャリアが、伝導体構成体と海洋構造物の表面との一部をカバーする後面を含んで、海洋構造物の表面に配置されており、
− 後電極が、伝導体構成体に結合されており、
海洋構造物が、
− 伝導体構成体に接続された一方の極性部と、電源から負荷に電源電流を伝達するための電気伝導媒体に結合された他方の極性部とを含む電源
を備える。

本発明によると、ここまでに規定されるように負荷構成体を設置するための方法が提供され、本方法は、
− 液体にさらされる海洋構造物の表面に伝導体構成体を装着することと、
− 伝導体構成体と海洋構造物の表面との一部をカバーするキャリアの後面を配置するとともに、伝導体構成体に後電極を結合することと、
− 電源から負荷に電源電流を伝達するための、電気伝導媒体と伝導体構成体との間に結合された電源を提供することと、
を有する。

上述の特徴は、以下の効果をもつ。キャリアは、１つ又は複数の負荷、例えば、キャリア内に埋設された、又は、キャリア上に位置する光源を物理的に支持する機械的要素である。キャリアは、液体に接触した前面と、伝導体構成体と海洋構造物の表面との少なくとも一部をカバーする後面とを含む。キャリアに、１つ又は複数の負荷が埋設されている。各負荷は、電源から電源電流を受信するために第１の給電ノードと第２の給電ノードとの間に結合されている。キャリアは、前面に位置する１つ又は複数の前電極と、後面における後電極とを含む。電源は、２つの極性部を含み、一方の極性部が、伝導体構成体に接続され、電源の他方の極性部が、電気伝導媒体に結合される。それぞれの前電極は、第１の給電ノードに接続されており、電気伝導媒体に結合するために配置されている。使用中、電源電流は、電気伝導媒体、例えば、海水を介して電源の他方の極性部から前電極に伝達される。それぞれの後電極は、第２の給電ノードに接続されており、伝導体構成体に結合するために配置されている。

使用中、伝導体構成体は、海洋構造物の表面に配置され、電源の一方の極性部に結合された構造物、例えば、電力線を介した直接的なガルバニック接続体を含む。電源の他方の極性部は、例えば、液体中に延びた１つ又は複数の伝導送信器を介して、又は、海洋構造物のむき出しの金属部品を介して電気伝導媒体に結合される。液体にさらされる海洋構造物の表面において、まず、伝導体構成体が付与され、続いて、伝導体構成体の上において、キャリアが海洋構造物の表面に付与される。有益なことに、少なくとも、１つ又は複数の後電極に結合するために構築された伝導体構成体の部分が、キャリアと海洋構造物の表面との間にある。従って、後電極と伝導体構成体との間における接続体は、キャリアによりカバーされ、例えば、タイル又はシートとして形作られ、従って、液体から保護される。

効果的に、伝導体構成体に結合するために配置された後面における後電極を含むキャリアは、１つ又は複数の後電極に結合するための構造物を含む伝導体構成体の上に位置する。従って、電源電流を伝達するために、後電極から伝導体構成体への電気的結合が達成される。電源電流は、伝導媒体を介して電源の一方の極性部から前電極に伝達される。連続して、電源電流は、電源の一方の極性部から、電気伝導媒体、第１の電極、第１の給電ノード、光源、第２の給電ノード、第２の電極、及び、伝導体構成体を介して、電源の他方の極性部に戻るように伝達される。有益なことに、他の電力伝達経路として伝導媒体、すなわち、液体を使用することにより、電源のそれぞれの２つの極性部への２つの伝導体の交差が避けられた状態で、伝導体構成体は、電源の一方の極性部に単一の伝導路を提供するのみとなる。

負荷構成体の一実施形態において、前電極は、第１の給電ノードと電気伝導媒体との間における電源電流の伝達のための、液体にガルバニック的に接触した前面における伝導部を備える。効果的に、前電極が電気伝導媒体と伝導状態で接触し、ＡＣ電流及びＤＣ電流の両方を伝導する。

負荷構成体の一実施形態において、前電極は、前面付近においてキャリアに埋設された前電気伝導層を備え、埋設された層は、誘電体層及び液体と組み合わされて、第１の給電ノードと電気伝導媒体との間における電源電流の容量性の伝達のための前コンデンサを形成するように配置される。効果的に、キャリア材料により形成された誘電体層を介して、前電気伝導層と電気伝導媒体を構成する液体とによりキャパシタンスが形成される。有益なことに、このようなキャパシタンスは、適切な周波数のＡＣ電流を伝導するとともに、さらに、負荷の短絡又は異常が発生した場合に電流量を制限する。

負荷構成体の一実施形態において、伝導体構成体は、１つ又は複数のキャリアの多数の後電極に結合するための、海洋構造物の表面にわたって分布したパターンで配置される金属伝導体を備える。１つ又は複数の後電極は、金属伝導体に結合するために配置されている。金属伝導体は、例えば、表面にわたって分布したパターンを構成するように簡単に相互接続され得る金属ストリップ又は棒である。実際には、このようなパターンは、キャリアを付与する前に海洋構造物の表面に付与される。金属伝導体は、１つ又は複数のキャリアにおける多数の後電極に結合するために構築される。例えば、金属伝導体は、それぞれの１つ又は複数のキャリアにおいて後電極の位置に対応して位置する絶縁されていない部分を含む。

任意選択的に、上述の負荷構成体において、金属伝導体、及び、後電極のうちの少なくとも１つがガルバニック結合のために配置される。ガルバニック結合、すなわち、電気伝導接続体は、後電極を電源に接続し、有益なことに、負荷にとって適切な任意の種類のＡＣ電流及びＤＣ電流の伝達を可能にする。後電極は、電源電圧に追加されたＤＣオフセットを介した海洋構造物の印加電流カソード保護を電源がもたらすことを可能にするために、伝導体構成体に対するガルバニック結合のために配置される。効果的に、両方の電極が負荷を介してＤＣ電流を伝導するので、ＤＣオフセットは、海洋構造物を基準として、すなわち、その海洋構造物の金属伝導部を基準としたＤＣ電圧をもつように印加される。

任意選択的に、海洋構造物は、負荷構成体を含み、前電極は、第１の給電ノードと電気伝導媒体との間における電源電流の伝達のための、液体にガルバニック的に接触した前面における伝導部を備え、後電極は、後電極を電源にガルバニック的に接続するために、伝導体構成体に対するガルバニック結合のために配置される。海洋構造物は、海洋構造物を基準としたＤＣオフセットを電源電圧に追加することにより、海洋構造物の印加電流カソード保護（ＩＣＣＰ）をもたらすように配置された電源をさらに含む。有益なことに、保護される表面において動作する他の負荷、例えば、防汚のためのＵＶ光源と組み合わされて、ＩＣＣＰが提供される。さらに、負荷及び対応する前電極が表面にわたって分布しているとき、分布した電極は、ＩＣＣＰをもたらすように形成される。

任意選択的に、上述の負荷構成体において、後電極のうちの少なくとも１つは、後誘電体層及び金属伝導体の反対側エリアと組み合わされて、第２の給電ノードと金属伝導体との間に電源電流の容量性の伝達のための後コンデンサを形成するように、後面付近においてキャリアに埋設された後電気伝導層を備える。効果的に、キャリア材料により形成された誘電体層を介して、後電気伝導層と金属伝導体エリアとによりキャパシタンスが形成される。有益なことに、このようなキャパシタンスは、適切な周波数のＡＣ電流を伝導するとともに、さらに、負荷のうちの１つの短絡又は異常が発生した場合に、機能的負荷の残部の動作に影響を与えることなく電流量を制限する。

負荷構成体の一実施形態において、伝導体構成体は、リード線を電源の一方の極性部に接続するように構成された、及び、多数の後電極に結合するための、海洋構造物の表面にわたってリード線を分離するための、及び分布させるための多リード線ケーブルを備える。多数のリード線は、一方の極性部に接続された電源から始まり、続いて、表面にわたって分離されるように、及び分布するように使用される。各リード線は、例えば、連携したコネクタ要素を介して、１つ又は複数の後電極に接続される。有益なことに、それぞれのリード線が、それぞれのキャリアを含む複数のそれぞれのエリアを電源の極性部に直接接続するので、伝導体のパターン内に相互接続部を作ることが避けられる。

負荷構成体の一実施形態において、伝導体構成体は、多数のキャリアにおける多数の後電極に結合するために、及び、海洋構造物の表面にわたって配線メッシュを分布させるために構築された配線メッシュを備える。有益なことに、配線メッシュは、カバーされる表面にわたって簡単に分布させられ得る二次元構造物であるとともに、１つ又は複数のキャリアを海洋構造物の表面に直接装着するために、配線メッシュの配線間の空間が開いたまま留まる。

負荷構成体の一実施形態において、キャリアは、タイルとして形作られ、相互接続された第２の給電ノードを含む複数の負荷を備え、負荷構成体が、隣接したタイルを相互接続するためのタイルの縁部に対応したコネクタ要素を備える。有益なことに、伝導体の格子及びタイルの縁部に対応したコネクタを含む構造物は、カバーされる表面にわたって簡単に分布させられ得る二次元構造物であるとともに、格子の伝導体間の空間は、海洋構造物の表面にタイルを直接装着するために開いたまま留まる。

負荷構成体の一実施形態において、キャリアは、後コンデンサ及び前コンデンサのうちの少なくとも１つと組み合わされて、共振周波数でＡＣ電源電圧を生成する電源と協力して、共振周波数で共振する回路を構成するための、負荷に直列に接続されたインダクタを備える。効果的に、共振回路を形成することにより、伝導体構成体の伝導体と液体との間に存在する回路のインピーダンスは、低くされる。有益なことに、電源において、より低いＡＣ電圧が、負荷のための必要な電源電流を送達するためには十分である。

負荷構成体の一実施形態において、キャリアは、負荷に直列に接続されたコンデンサを備える。有益なことに、このようなキャパシタンスは、適切な周波数のＡＣ電流を伝導するとともに、さらに、負荷の短絡又は異常が発生した場合に電流量を制限する。

負荷構成体の一実施形態において、キャリアは、光学媒体を備え、負荷は、キャリア及び／又は液体に接触した海洋構造物の表面の防汚のための防汚光を出射するためのＵＶ光源を備え、液体は、汚損生物を含有する汚損液体である。負荷構成体の実用的な実施形態では、キャリアは、スラブ又はシートの形態の光学媒体であり、前面は、防汚光を出射するための出射面であるとともに、光学媒体の両面が、実質的に平面であり、互いに実質的に平行に広がっている。その実施形態において、光学媒体は、露出された表面に対するカバーとして適用されることに非常に適している。負荷は、紫外光を出射するように適応される光源である。生物防汚のための紫外光を使用することの概括的な利点は、きれいに維持される表面に微生物が接着すること、及び根を下ろすことが防止されることである。光源は、光学媒体に埋設されるか、又は、光学媒体に隣接した位置において光学媒体の外側に配置される。

光源が紫外光を出射するように適応されるとき、光学媒体が紫外線透過シリコーンなどの紫外線透過材料を含むことが有益である。概括的な意味で、防汚光の少なくとも一部が光学媒体を通して配光されることを可能にするように構成された材料を、光学媒体が含むということは、例えば、光学媒体が防汚光に対して実質的に透過性の材料を含むことを意味すると理解される。

本発明による負荷構成体が単一の光学媒体と複数の光源とを備えることが実際に実現可能である。媒体は、出射面に光を反射する１つ又は複数のミラーをさらに備える。このような場合において、負荷構成体の光学媒体は、任意の適切な形状及び寸法であり得、ＬＥＤなどの光源は、光学媒体にわたって分布し、光源の各々により出射された光は、最適化された程度で光学媒体の出射面にわたって配光される。光源は、それぞれの前電極及び後電極に対して、グリッド内の一連の並列接続として配置され得る。

本発明は、様々な例に適用可能である。例えば、本発明による負荷構成体は、船舶の例に適用される。任意選択的に、液体にさらされる海洋構造物は、上述の負荷構成体を備える表面を含み、負荷構成体は、露出された表面に装着され、例えば負荷は、汚損生物を含有する汚損液体に浸されたときの露出された表面の防汚のためのＵＶ光源を備える。さらに、上述の負荷構成体を設置する方法において、方法は、海洋構造物の露出された表面に負荷構成体を装着するステップを有する。さらに、上述の負荷構成体の使用が予見されるとともに、負荷構成体は、例えば、汚損生物を含有する汚損液体に浸されたときの露出された表面の防汚のために、海洋構造物の露出された表面に設置される。このような事例において、負荷構成体は、例えば、船舶の船殻を生物汚損を防いできれいに維持する役割を果たすように配置されるが、このことが、そのような例において多くの他の適用可能性がさらに存在するという事実を変えるわけではない。

本発明の上述の態様及び他の態様が、以下の実施形態の詳細な説明から明確にされ、その詳細な説明を参照しながら説明される。

本発明のこれらの態様及び他の態様は、以下の説明において例示として添付図面を参照しながら説明される実施形態から明確にされ、さらに、その実施形態を参照しながら説明される。

負荷構成体の一例を示す図である。 容量性前電極を含む負荷構成体の第２の例を示す図である。 ガルバニック前電極を含む負荷構成体の第３の例を示す図である。

図は概略的なものに過ぎず、一定の縮尺で描かれない。図中、既に説明されている要素に対応した要素は、同じ参照符号をもつ。

以下、本発明が適用シナリオを参照しながら説明され、この説明において、負荷構成体は、生物汚損に対処するために、船の船殻の露出された表面に搭載されたＵＶ光源（特にＬＥＤ）に給電するために使用される。しかし、海洋構造物の表面における任意の他の負荷は、本発明により給電され、例えば、ソナーユニット又は他のセンサーである。開示される主題の様々な実施形態の詳細が説明される前に、このような適用例において生物汚損に対処する一般的なアイデア及び知られたアプローチが説明される。

負荷構成体における光源は、防汚のために、特に、ＵＶＣ光としても知られるＣ型の紫外光、さらには、より具体的には、おおよそ２２０ｎｍから３００ｎｍの間の波長の光を出射するように、選択される。実際には、ピーク効率が約２６５ｎｍにおいて達成され、より高い波長及びより低い波長に向かって低下する。２２０ｎｍにおいて、及び、３００ｎｍにおいて、効率は約１０％の効率まで低下する。

最も多くの汚損生物が、特定の線量の紫外光にそれらをさらすことにより、殺されるか、不活性にされるか、又は繁殖することが不可能とされることが見出された。生物防汚を実現するために適していると考えられる典型的な強度は、１０ｍＷ毎平方メートルである。光は、連続的に、又は適切な頻度で、所与の状況において適切でありさえすれば、特に、所与の光の強さで適用される。ＬＥＤは、負荷構成体の光源として適用されるＵＶＣランプの一種である。ＬＥＤは、概して、比較的小さなパッケージに含まれ、他の種類の光源より少ない電力を消費し得ると言える。さらに、ＬＥＤは、材料のスラブに非常に適切に埋設され得る。さらに、ＬＥＤは、様々な所望の波長の光（紫外線）を出射するように製造され得、それらの動作パラメータ、とりわけ出力パワーが大幅に制御され得る。ＬＥＤは、いわゆる側面発光ＬＥＤであり、シートの平面に沿った方向に防汚光を出射するように光学媒体内に配置される。

防汚光は、シリコーン材料及び／又はＵＶグレード（溶融）シリカを含む光学媒体を通して分布させられ、光学媒体から、及び海洋構造物の表面から防汚光を出射する。ＵＶ−Ｃの照射は、例えば、船の船殻における、微生物及びマクロ生物の（初期）定着を防ぐ。生物膜に付随する問題は、生物の成長に起因してそれらの厚さが経時的に増加するにつれてその表面が粗くなることである。従って、抗力が増加し、エンジンが船の巡航速度を維持するためにより多くの燃料を消費することを必要とするので、運航コストが増加する。生物汚損の別の影響は、パイプ放熱器の冷却容量の低下、又は、食塩水吸入フィルタ及びパイプの流量容量の低下であり得る。従って、サービス及び保守コストが増加する。

船の船殻の生物汚損に対処するための考えられる解決策は、例えば、埋設されたＵＶ−Ｃ ＬＥＤを含むＵＶ−Ｃ透過性材料のスラブによる、外部船殻のカバーであり得る。これらのスラブ、又は、概して、任意の負荷構成体（すなわち、光を生成するために電気エネルギーを消費する要素又は構成体）が、水線より下方に位置する。これは、沈んだ表面は圧倒的に生物汚損を受けやすく、従って、抗力の増加の原因となるからである。従って、電力は、負荷に向けて水線より下方に送達される必要がある。

電力、水、及び海洋産業の荒れた厳しい環境の組み合わせが、現実の課題を提起する。これは、（海）水が良い電気伝導体であり、従って、短絡が簡単に発生するからである。さらに、水は、電流の影響を受けて分解する。海水の場合、海水がＤＣ電流のもとで塩素と水素ガスとに分解する。ＡＣ電流のもとで、両方のガスが各電極において交互に形成される。形成されたガスに付随する追加的な問題は、塩素が既に自然界で発生している鋼船の船殻の腐食を進め得、密閉封止されていない場合にはＵＶ−Ｃ ＬＥＤを含む他の物質の劣化を加速する。その一方で、水素ガスは、鉄の脆化を引き起こし得、最終的に鉄バルク内の深刻な亀裂の形成をもたらす。

鋼の船殻の自然腐食に対処するために、ほとんどの船はコーティング又は塗装されており、加えて、多くの場合、保護コーティング又は塗装が局所的に劣化したときに、船の船殻が自然腐食から保護されたまま留まるように、受動的な、又は能動的なカソード防食システムを備える。受動システムが、経時的に電気化学的に分解する犠牲となる亜鉛、アルミニウム、又は鉄のアノードを使用するのに対し、能動システムは、ＭＭＯ−Ｔｉ（混合金属酸化物）によりコーティングされたチタン又はＰｔ／Ｔｉ（白金によりコーティングされたチタン）から作られたアノードを使用してＤＣ電流を印加する。海水中にＤＣ電流を印加する能動システム（印加電流カソード保護、ＩＣＣＰ：ｉｍｐｒｅｓｓｅｄ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃａｔｈｏｄｉｃ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）の場合、注意深い監視が必要とされる。過大な電流は、過剰な水素の形成に起因して鉄の脆化をもたらすのに対し、大きすぎる小さな電流は、保護のもとで、鉄の船殻が静かにゆっくりと溶解することを可能にすることをもたらす。当然に、防汚解決策は、カソード防食システムを機能しない状態にしてはならない。

生物汚損防止システムの、ＵＶ ＬＥＤなどの様々な負荷が、電力を必要とする。ＵＶ ＬＥＤは、動作するためにＤＣ電流を必要とする、２本のリード線が延びた、極性に敏感な光源である。従来のアプローチでは、有線接続された伝導体が、ガルバニック接触により電源電流を提供するために使用され得る。しかし、従来の完全に有線接続されたアプローチは、電源を負荷に接続するために、複雑な配線及びコネクタスキームを必要とする。例えば、電源の一方の極性部に接続された金属の船の船殻（の部分）といった、海水中に浸された電力送信器への共通の伝導媒体として海水を使用する単線アプローチがここで説明される。単線は、伝導媒体から絶縁された、後述の伝導体構成体により提供される。

図１は、負荷構成体の一例を示す。本例において、負荷は、電気伝導媒体を構成する液体１０、例えば、汚損生物を含有する海水などの汚損液体にさらされた海洋構造物５０の表面３０の防汚のための光源２０である。負荷構成体は、破線により示されるようなキャリア１００と、キャリア１００及び海洋構造物の表面３０の間に位置するように示される伝導体構成体１１０とを備える。キャリアは、汚損液体を向いた前面１０２と、表面３０と伝導体構成体とを少なくとも部分的にカバーする後面１０１とを含む。負荷２０は、キャリアに埋設されており、電源１から電源電流を受信するために第１の給電ノード２１と第２の給電ノード２２との間に結合されている。前電極１３０は前面１０１に位置し、伝導体２ｃを介して第１の給電ノード２１に接続されている。前電極１３０は、電気伝導媒体１０に結合するために配置されている。本例において、前電極は、液体中に延びてガルバニック接触している。後電極１２０は、後面１０２に位置し、伝導体２ａを介して第２の給電ノード２２に接続されている。後電極は、以下で説明されるように、伝導体構成体に結合するために配置されている。

伝導体構成体１１０は、電源線１ａを介して電源１の極性部に接続されている。例えば、伝導体構成体は、金属ストリップ、格子又はメッシュ、又は、海洋構造物の表面にわたって分布して電源に接続された別の形態の絶縁された伝導体を含む。電源の他方の極性部は、送信器１ｄに結合されている。本例において、送信器１ｄは、電気伝導媒体を介して前電極１３０に電源電流を伝達するために、液体中に延びて液体とガルバニック接触している。代替的に、電力送信器は、例えば、電源の一方の極性部に接続された金属の船の船殻（の部分）といった、液体中に浸された伝導部を含む海洋構造物自体により形成される。例えば、後述のようにコンデンサを介して液体に結合することといった、電源への前電極の代替的な接続も検討される。

キャリアは、光学媒体４を備え、シート形態に形作られる。光学媒体の前面は、出射面を構成し、キャリアの後面に対して実質的に平面であり、表面は、互いに実質的に平行に広がっている。本図は、光学媒体の一部、光学媒体に埋設された負荷を構成するＬＥＤ、及び、光学媒体の後面付近に存在するミラー４０の断面図を概略的に示す。光ビームの取る経路は、矢印により概略的に示される。光源は、紫外光を出射するように適応され、例えば、ここまでのセクションにおいて説明されるようなＵＶ−Ｃ ＬＥＤである。光学媒体は、光源から出る矢印により示されるように、光学媒体の層において内部で伝搬及び反射しながら、光の少なくとも一部が光学媒体を通して配光することを可能にする。本例において１つの光源が示され、及び説明される。実際には、負荷構成体は、単一の光学媒体、複数の光源、及び、対応する関係する複数のミラーを備える。ミラーの各々は、１つ又は複数の光源に電気的に結合される。

ミラーは、導電性の、及び、リード線２ａにより第２の給電ノード２２において光源に電気的に結合された後電極を構成する。例えば、ミラーは、反射性であり伝導性の金属の薄い金属層である。ミラーの少なくとも一部は、散乱層である。図１に示される実施形態において、後電極１２０は、誘電体層４ａ及び伝導体構成体のエリア、例えば、後電極に対向して位置する金属部品と組み合わされて、コンデンサを形成するように配置されている。コンデンサは、前電極と伝導体構成体との間における電力の容量性の伝達を可能にし、電源１はコンデンサを介した十分な給電を可能にする周波数で動作するＡＣ電源である。後述のように、伝導体構成体への後電極の代替的な接続、例えば、ガルバニック接続が検討される。

実際には、負荷構成体は、複数の負荷、例えば、複数の光源と、関係するミラーとのパターンを含んで、出射面から一様な光の出射を実質的に提供しながら、より広いエリアをカバーする。このような構成体において、ガルバニック又は容量性接続体は、複数の負荷により共有される。

図２は、容量性前電極を含む負荷構成体の第２の例を示す。本例において、負荷は、黒色のドットとして示される第１の給電ノードと第２の給電ノードとの間に結合された、防汚光を出射するためのＵＶ−Ｃ ＬＥＤの集合２２５である。負荷構成体は、破線により示されるようなキャリア２００及び後電極２２０に結合された伝導体として示される伝導体構成体２１０を備える。実用的な実施形態では、伝導体構成体は、１つ又は複数のキャリアの多数の後電極に結合するための、海洋構造物の表面にわたって分布したパターンで配置された金属伝導体を含む。後電極は、金属伝導体に結合するために配置されている。本例において、金属伝導体と後電極のうちの少なくとも１つとが、ガルバニック結合のために配置されている。負荷構成体は、図１に示される例と同様である。前電極２３０は、キャリアの前面付近においてキャリアに埋設された前電気伝導層を含む。埋設された層は、誘電体層２０４及び液体１０と組み合わされて、第１の給電ノードと電気伝導媒体との間における電源電流の容量性の伝達のための前コンデンサを形成している。

図２において、（例えば１００ｋＨｚ〜４４０ｋＨｚの領域における又は７．５６ＭＨｚ又は１３．５６ＭＨｚにおける）ＡＣ電源２０１は、単線接続体を構成する伝導体構成体２１０を通して（本例において、逆平行ペアとして示され、従って、位相の半分の両方がＵＶ生成のために使用される）ＬＥＤに接続されている。第２の電力接続体は、海水に結合されたコンデンサを通して作られている。海水は、例えば、船の船殻の部分、プロペラ若しくはかじ、又は、海洋構造物の海水中に沈められた他の金属領域（例えば、バウスラスタートンネル）といった、海洋構造物２５０の非保護金属エリアに共通の電気伝導路を提供する。効果的に、送信器から船殻、かき傷、アンカー、プロペラ、及び、他の短絡部に向けてどのように電流が戻るように流れるかは問題とならない。

（電気化学的な）腐食現象につながる可能性のある、望ましくない回路内のＤＣ部品、漏れ電流の発生を避けることに加えて、容量結合した送信器が、ＬＥＤに対する電流制限器としても機能し得る。逆平行ＵＶ−ＬＥＤの単一のペアを約１００ｋＨｚにおいて駆動するために、これらのＬＥＤからのＵＶＣによりきれいに維持されるエリアより大きなエリアである送信器エリアに対応した送信器に対する容量値が必要とされる。従って、平面の容量性送信器に代えて、海水に対する電気接続を提供する、海水にむき出しのＰｔ／Ｔｉ配線を備える、より小型のディスクリート型（セラミックス）コンデンサが使用され得る。別の選択肢は、より高い駆動周波数（例えば＞２ＭＨｚ）を印加することである。

任意選択的に、キャリアは、タイルとして形作られ、及び、複数の負荷を備える。負荷は、相互接続された第２の給電ノードを含む。複数のキャリア、例えば、防汚層をタイル状に並べたものの場合、伝導体構成体は、タイル間に接続されるさらなる配線を含む。この目的において、タイルの層の下方において、伝導体構成体は、この層の上において防汚タイルの後電極を形成する、リード線に局所的に容量的に、抵抗的に、又は、ガルバニック的に結合された配線メッシュ、魚の骨状、又は、同様のパターンの独立した層を含む。

代替的に、タイルの下方の層における局所相互接続パッチの格子は、タイルにおける相補的部分と接続するために使用され得る。例えば、負荷構成体は、隣接したタイルを相互接続するためのタイルの縁部に対応したコネクタ要素を含む。キャリアが縁部にコネクタ要素を備えるとともに、伝導体構成体は、縁部に対応した位置に相補的コネクタ要素を含む。結合は、容量的に、又はガルバニック的に作られる。図１に示されるように、電源チェーンにおいて直列な同様のコンデンサは同様の電位降下を示すので、容量結合はより実施可能性が高いものであり、これは、ＡＣ電源を選択するときに考慮され得る。

図３は、ガルバニック前電極を含む負荷構成体の第３の例を示す。本例において、負荷は、黒色のドットとして示される第１の給電ノードと第２の給電ノードとの間に結合された、防汚光を出射するためのＵＶ−Ｃ ＬＥＤの集合３２５である。負荷構成体は、破線により示されるようなキャリア３００と、後電極３２０に結合された伝導体として示される伝導体構成体３１０とを備える。実用的な実施形態では、伝導体構成体は、１つ又は複数のキャリアの多数の後電極に結合するための海洋構造物の表面にわたって分布したパターンで配置された金属伝導体を含む。伝導体構成体は、リード線を電源の一方の極性部に接続するように構成された、及び、多数の後電極に結合するために海洋構造物の表面にわたってリード線を分離するための、及び分布させるための、多リード線ケーブルを含む。代替的に、伝導体構成体は、多数のキャリアにおける多数の後電極に結合するために、及び、海洋構造物の表面にわたって配線メッシュを分布させるために構築された配線メッシュを含む。後電極は、金属伝導体に結合するために配置される。本例において、金属伝導体と後電極のうちの少なくとも１つとが、ガルバニック結合のために配置されている。

負荷構成体は、図２に示される例と同様であるが、液体１０中に延びた、例えばＰｔ／Ｔｉから作られた配線電極により構成された前電極３３０を含む。このように、ガルバニック前電極は、海水を介して電源３０１へのＤＣ又は低周波電気接続体を構成する。

任意選択的に、負荷に給電することは、ＩＣＣＰ腐食防止システムと組み合わされ、ＩＣＣＰ腐食防止システムは、海洋構造物に存在し、電源３０１又は独立したＩＣＣＰ電源からＤＣ電流を使用して独立して給電される。過電流状況及び電気化学的状態を避けるために、負荷構成体は、比較的高い周波数におけるＡＣを使用して動作させられるのに対し、ＩＣＣＰに関係した部分は、ＤＣ、又は整流されたＡＣにより動作する。従って、同じ配線接続されたインフラストラクチャーを依然として使用しながら、負荷構成体及びＩＣＣＰにわたる独立した制御が可能であり、このことがコストを下げる。ＬＥＤの給電のために選択された高周波は、ＬＥＤに対するＡＣ電流により電気化学的状態が発生することを避ける。その一方で、ＩＣＣＰシステムは小さな電流を必要とするだけであり、この小さな電流は、ＬＥＤを介して流れる。従って、ＩＣＣＰ電流は、防汚のためのＵＶＣ ＬＥＤ出力に大幅に影響を与えることはない。有益なことに、ＩＣＣＰ構造物は、この場合、海水中に延びた送信器３３０により構成されたアノードの分布した集合を含み、この集合が防食の信頼性を改善する。さらに、非常に高密度のＩＣＣＰ電流を伝導するいくつかの独立した送信器アノードではなく、小さなＩＣＣＰ電流を伝導する複数のアノードが、船殻にわたって分布していることにより、船舶の電気的な、及び磁気的なシグネチャを減らす。

損傷を受けたときの電気的な安全性及び継続した動作のために、伝導体構成体における共通電源線は、冗長で、十分に絶縁されており、ヒューズ付きとされる。電源線の損傷の場合、１つ又は複数の電流に制限のない短絡が、海水に向かって、従って、ＣＰ、かじ、及び／又は、プロペラ（シャフト）に、又は直接船殻に発生する。続いて、冗長な、及び／又はヒューズ付きの電源線が、無効化され、例えば、伝導体構成体の電源線から接続解除される。例えば、複数の負荷を含むキャリアは、後電極を介した伝導体構成体の異なる部分への複数の接続体をさらに含む。このような部分のうちのいくつかが無効化されたとき、給電は、伝導体構成体の他の部分を介して、又は、他のキャリアへの１つ又は複数のループスルー接続体を介して、依然として提供される。ループスルーは、内側の、又は、他のタイルに向かういくつかの接続体が壊れた状態で、タイルのうちの大部分への電気接続体を維持するための方法を提供する。サポート層におけるメッシュ配線の部分が壊れた場合、同様の冗長性が発生する。しかし、損傷は、さらに、主給電リード線と海水又は船殻との間における直接的な電気接続をもたらす。この場合、電流制限又はヒューズアプローチが提案される。

負荷構成体の一実施形態において、キャリアは、後コンデンサ、前コンデンサのうちの少なくとも１つと組み合わされて、共振周波数でＡＣ電源電圧を生成する電源と協力して、共振周波数で共振する回路を構成するために、負荷に直列に接続されたインダクタを備える。効果的に、共振回路を形成することにより、伝導体構成体の伝導体と液体との間に存在する回路のインピーダンスが下げられる。任意選択的に、キャリアは、負荷に直列に接続されたコンデンサを備える。このようなキャパシタンスは、所望の共振周波数を達成することにさらに寄与する。インダクタ及びコンデンサを寸法決定することは、以下の分析に基づく。

ＡＣ容量性プレート送信器の容量は、
Ｃ＝ε_０ε_ｒＡ／ｄ
により与えられ、ここで、Ａは表面であり、ｄはプレートから海水までのギャップの厚さであり、（キャリアの材料としてのシリコーンの場合）ε_０＝８．８５４×１０^−１２Ｆ／ｍであり、ε_ｒ＝２．７５である。ギャップが０．１ｍｍの間であり、プレート表面が５０×５０ｍｍ^２である場合、カップリングコンデンサの値がＣ＝６×１０^−１０Ｆである。ｆ＝１００ｋＨｚの周波数の場合、ＡＣ抵抗は
Ｚ＝１／ｉωＣ
により与えられる。従って、このコンデンサに対する｜Ｚ｜の典型的な値は、｜Ｚ｜＝２．６ｋＯｈｍである。これは、約６Ｖ／１５ｍＡ＝４００ＯｈｍであるＵＶＣ ＬＥＤの典型的な抵抗より大きい。従って、ＬＥＤの単一の集合が使用される場合、これは、容量性結合器の抵抗に起因して大幅な電力損失につながる。より高い振動数（例えば＞２ＭＨｚ）において、結合器の抵抗はより小さいので、電力損失が小さくなる。

カップリングコンデンサに直列に誘導コイルＬを置くことにより、電力損失が防止される。コンデンサ及びインダクタの総抵抗は、
Ｚ＝ｉωＬ＋１／ｉωＣ
により与えられ、
｜Ｚ｜＝（１−ω^２ＬＣ）／ωＣ
となる。｜Ｚ｜の値は

の共振周波数においてゼロまで低下する。この共振周波数において、コンデンサの損失はインダクタにより補償される。Ｃ＝６×１０^−１０Ｆ及びω_ｒ＝２π×１×１０^５＝６×１０^５Ｈｚである場合、要求されるインダクタンス値は、Ｌ＝５ｍＨにより与えられる。

一実施形態において、共振周波数は、Ｃ及びＬに対して特別な値を選択することにより、船の異なるセクションに対して異なるようにされる。従って、これらのセクションは、それぞれの異なるＡＣ電源により、又は、それらの特定の共振周波数にマッチングするように周波数を調整／調節することにより制御可能なＡＣ電源により、選択的に給電され得る。

本発明がここまでに説明される例に限定されず、そのいくつかの修正例及び変形例が考えられることが当業者に明らかとなる。本発明が図及び説明において詳細に例示及び説明されるが、このような例示及び説明は単なる例示又は一例とみなされ限定とはみなされない。本発明は、開示される実施形態に限定されない。図面は概略図であり、本発明を理解するために必要とされない詳細は省略される場合があり、一定の縮尺とは限らない。

図面、説明、及び添付の特許請求の範囲の考察により、請求項に記載された発明を実施するときに、開示される実施形態の変形例が当業者により理解及び実施され得る。特許請求の範囲において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は他のステップも要素も排除せず、英語の「ａ」又は「ａｎ」という不定冠詞に対応した表現は複数を排除しない。本明細書において使用される「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という用語は、「からなる」という用語を内包すると当業者により理解される。従って、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という用語は、一実施形態に関連して「からなる」を意味する場合があるが、別の一実施形態において「少なくとも規定の種及び任意選択的に１つ又は複数の他の種を含有／を含む」ことを意味する場合がある。特許請求の範囲における参照符号は、いずれも本発明の範囲を限定するように解釈されてはならない。

特定の実施形態に対して、又は特定の実施形態に関係して説明される要素及び態様は、明示的に別段の記載がない限り、他の実施形態の要素及び態様と適切に組み合わされる。従って、単に特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているということが、利点を得るためにこれらの手段の組み合わせが使用不可能なことを示すわけではない。

最後に、上述の負荷構成体の使用、特に、汚損生物を含有する汚損液体に浸されたときの露出された表面の防汚のために海洋構造物の露出された表面に設置された負荷構成体の使用が予見される。この使用は、ライティング構成体が、コンデンサを介して必要な電力を光源に渡すための十分に高い周波数をもつＡＣ電源により給電されることを必要とする。従って、本発明による負荷構成体は、船舶の船殻に設けられる。露出された表面の他の例として、箱形冷却器の外面、海中海洋機器の表面、船舶のバラストタンクなどの貯水容器の内壁、及び、淡水化プラントにおけるフィルタシステムのフィルタ面が挙げられる。

要約すると、液体にさらされた海洋構造物の表面における負荷に給電するための負荷構成体が提供される。負荷構成体は、キャリアと、海洋構造物の表面に配置された、及び、電源の一方の極性部に結合された伝導体構成体とを含む。他方の極性部は、液体に結合されている。キャリアは、伝導体構成体と海洋構造物の表面との一部をカバーする後面を含む。キャリアにおける負荷は、液体に結合するために配置された前電極と、伝導体構成体に結合するために配置された後面における後電極とを介して電源から電源電流を受信する。

Claims (15)

1. 液体にさらされた海洋構造物の表面における負荷に給電するための負荷構成体であって、前記液体が、電気伝導媒体を構成し、前記負荷構成体が、
   前記海洋構造物の前記表面に配置された、及び、電源の一方の極性部に結合するために構築された伝導体構成体であって、前記電源の他方の極性部が、前記電気伝導媒体に結合された、前記伝導体構成体と、
   前記液体に接触する前面と、前記伝導体構成体と前記海洋構造物の前記表面との一部をカバーする後面とを含むキャリアと、
   を備え、
   前記キャリアが、
   前記キャリア内に配置された、及び、前記電源から電源電流を受信するために第１の給電ノードと第２の給電ノードとの間に結合された負荷と、
   前記第１の給電ノードに接続された、及び、前記電気伝導媒体に結合するために配置された前記前面における前電極と、
   前記第２の給電ノードに接続された、及び、前記伝導体構成体に結合するために配置された前記後面における後電極と、
   を備える、負荷構成体。
2. 前記前電極は、前記第１の給電ノードと前記電気伝導媒体との間における電源電流の伝達のための、前記液体にガルバニック的に接触した前記前面における伝導部を備える、請求項１に記載の負荷構成体。
3. 前記前電極は、前記前面付近において前記キャリアに埋設された前電気伝導層を備え、埋設された前記前電気伝導層は、誘電体層及び前記液体と組み合わされて、前記第１の給電ノードと前記電気伝導媒体との間における電源電流の容量性の伝達のための前コンデンサを形成する、請求項１に記載の負荷構成体。
4. 前記伝導体構成体は、１つ又は複数のキャリアの多数の後電極に結合するための、前記海洋構造物の前記表面にわたって分布したパターンで配置される金属伝導体を備え、
   前記後電極は、前記金属伝導体と結合する、請求項１乃至３の何れか一項に記載の負荷構成体。
5. 前記金属伝導体と前記後電極のうちの少なくとも１つとがガルバニック結合される、請求項４に記載の負荷構成体。
6. 前記後電極のうちの少なくとも１つは、後誘電体層及び前記金属伝導体の反対側エリアと組み合わされて、前記第２の給電ノードと前記金属伝導体との間に電源電流の容量性の伝達のための後コンデンサを形成するように、前記後面付近において前記キャリアに埋設された後電気伝導層を備える、請求項５に記載の負荷構成体。
7. 前記伝導体構成体は、リード線を前記電源の一方の極性部に接続する多リード線ケーブルであって、多数の後電極に結合するため、前記海洋構造物の前記表面にわたって前記リード線を分離し分布させるための当該多リード線ケーブルを備える、請求項１乃至６の何れか一項に記載の負荷構成体。
8. 前記伝導体構成体は、多数のキャリアにおける多数の後電極に結合するための配線メッシュであって、前記海洋構造物の前記表面にわたって分布する当該配線メッシュを備える、請求項１乃至７の何れか一項に記載の負荷構成体。
9. 前記キャリアは、タイルとして形作られ、相互接続された第２の給電ノードを含む複数の前記負荷を備え、前記負荷構成体が、隣接したタイルを相互接続するための当該タイルの縁部に対応したコネクタ要素を備える、請求項１乃至８の何れか一項に記載の負荷構成体。
10. 前記キャリアは、後コンデンサ及び前コンデンサのうちの少なくとも１つと組み合わされて、共振周波数でＡＣ電源電圧を生成する前記電源と協力して、前記共振周波数で共振する回路を構成するための、前記負荷に直列に接続されたインダクタを備える、請求項３又は６に記載の負荷構成体。
11. 前記キャリアは、前記負荷に直列に接続されたコンデンサを備える、請求項１、２、４、５、又は請求項７乃至９の何れか一項に記載の負荷構成体。
12. 前記キャリアは、光学媒体を備え、前記負荷は、前記キャリア又は前記液体に接触した前記海洋構造物の表面の防汚のための防汚光を出射するためのＵＶ光源を備え、前記液体は、汚損生物を含有する汚損液体である、請求項１乃至１１の何れか一項に記載の負荷構成体。
13. 液体にさらされる表面を含む海洋構造物であって、前記液体が、電気伝導媒体を構成し、前記海洋構造物が、少なくとも１つの請求項１乃至１２の何れか一項に記載の負荷構成体を備え、
    前記伝導体構成体が、前記海洋構造物の前記表面に配置されており、
    前記キャリアが、前記伝導体構成体と前記海洋構造物の前記表面との一部をカバーする前記後面を含んで、前記海洋構造物の前記表面に配置されており、
    前記後電極が、前記伝導体構成体に結合されており、
    前記海洋構造物が、
    前記伝導体構成体に接続された一方の極性部と、前記電源から前記負荷に電源電流を伝達するための前記電気伝導媒体に結合された他方の極性部とを含む前記電源
    を備える、海洋構造物。
14. 前記前電極は、前記第１の給電ノードと前記電気伝導媒体との間における電源電流の伝達のための、前記液体にガルバニック的に接触した前記前面における伝導部を備え、前記後電極は、当該後電極を前記電源にガルバニック的に接続するために、前記伝導体構成体とガルバニック結合され、前記電源は、前記海洋構造物を基準としたＤＣオフセットを電源電圧に追加することにより、前記海洋構造物の印加電流カソード保護をもたらす、請求項１３に記載の海洋構造物。
15. 請求項１乃至１２の何れか一項に記載の負荷構成体を設置するための方法であって、前記方法は、
    前記液体にさらされる前記海洋構造物の表面に前記伝導体構成体を装着するステップと、
    前記伝導体構成体と前記海洋構造物の前記表面との一部をカバーする前記キャリアの前記後面を配置するとともに、前記伝導体構成体に前記後電極を結合するステップと、
    前記電源から前記負荷に電源電流を伝達するための、前記電気伝導媒体と前記伝導体構成体との間に結合された前記電源を提供するステップと、
    を有する、方法。
    
    

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