JP2022501249A - 生物付着に対して表面を保護するための方法及びシステム - Google Patents

Abstract

防汚用照明システムは、表面１６が水中に浸漬されている間に生物付着に対して表面１６を保護するために使用される。水を感知し、それによって光源構成部２６又は光源構成部２６の一部分が水中に浸漬されているか否かを検知するために非接触式水センサ６０が使用される。光源構成部２６又は光源構成部２６の一部分は、水センサ６０の出力に応じて制御される。

Description

本開示は、表面の汚損を防止するための方法、すなわち一般に防汚と呼ばれる方法、及びこれらの方法を実施するためのデバイスに関する。本開示は、具体的には、船の船体の防汚のための方法及びデバイスに関する。

生物付着又は生物的汚損は、表面への微生物、植物、藻類、及び／又は動物の蓄積である。生物付着する生物の多様性は非常に多種多様であり、フジツボや海藻の付着をはるかに超えている。いくつかの推定によると、４０００を超える生物を含む１７００を超える種が生物付着に関与している。生物付着は、生物膜形成及びバクテリアの付着を含むミクロな汚損と、より大きな生物の付着であるマクロな汚損とに分けられる。何が生物の固着を防止するかを決めるための化学及び生物学が互いに異なることから、これらの生物は、ハード汚損タイプ又はソフト汚損タイプとも分類される。

石灰質の（ハード）汚損生物には、フジツボ、堅い外皮を有するコケムシ、軟体動物、多毛類及び他のチューブワーム、並びにゼブラ貝などがある。非石灰質（ソフト）汚損生物の例としては、海藻、ヒドロ虫、藻類、及び生物膜「スライム」がある。合わせて、これらの生物は汚損群落を形成する。

いくつかの環境において、生物付着は、重大な問題を生む。機械が動作を停止し、取水口が詰まり、船の船体は抗力の増加を受ける。従って、防汚という主題、すなわち汚損の形成を除去又は防止するプロセスがよく知られている。

産業界におけるプロセスにおいては、生物付着を抑制するために生物分散剤が使用され得る。抑制が低い環境においては、生物は、殺生物剤を使用した被覆、熱処理又はエネルギーのパルスによって殺され、又は撃退される。生物が付着することを防止する無毒性の機械的方策としては、滑りの良い表面を有する材料又は被覆を選択すること、又は、貧弱な固着ポイントしか提供しないサメ及びイルカの皮膚に似たナノスケール表面トポロジーを作成することなどがある。

例として、船の船体への生物付着は、抗力の深刻な増加をもたらし、故に、燃料消費を増加させる。生物付着に起因して燃料消費において最大で４０％の増加が推定される。大きなオイルタンカー又は荷物輸送船は、一日に最大で２００，０００ユーロ燃料を消費し得るので、生物付着防止の効果的な方法を講じることによって、大幅な節約が可能である。

ＷＯ２０１４／１８８３４７は、生物付着を防止するための方法及びシステムを開示しており、そこでは、汚損されるべきでない（例えば、船の船体）表面の全て又は表面の大部分が、殺菌光、特にはＵＶ光を発する層によって覆われる。このように、特には紫外線光（ＵＶ）を使用した光学的方法を採用することが知られている。大半の微生物は、十分なＵＶ光によって殺され、不活性化され、又は繁殖が不可能になることがよく知られている。この効果は、主にＵＶ光の総線量によって管理される。特定の微生物の９０％を殺す典型的な線量は、平方メートル当たり１０メガワットアワーである。

紫外線（ＵＶ）は、可視スペクトル及びＸ線放射帯域よりも低い波長極値によって境界づけられた電磁光の一部である。ＵＶ光のスペクトル範囲は、定義によると、１００から４００ｎｍの間であり、人間の眼には見えない。ＣＩＥ分類を使用すると、ＵＶスペクトルは、３つの帯域、すなわち、
３１５から４００ｎｍのＵＶＡ（長波）、
２８０から３１５ｎｍのＵＶＢ（中波）、
１００から２８０ｎｍのＵＶＣ（短波）、
に細分される。

低圧水銀放電ランプ、中圧水銀放電ランプ、誘電バリア放電ランプなど、ＵＶを生成するための様々な光源が知られている。

例えばＷＯ２０１４／１８８３４７において提案されたものなど好ましいオプションは、低コストで、より低電力のＵＶ ＬＥＤである。一般に、ＬＥＤは、より小さなパッケージに含まれ得、他のタイプの光源よりも消費電力が小さくなり得る。ＬＥＤは、様々な所望の波長の（ＵＶ）光を射出するように製造され得、それらの動作パラメータ、最も顕著には出力パワーは、高度に制御され得る。既存のＵＶ ＬＥＤによって、適切な殺菌線量は容易に達成され得る。

ほとんどの照明パネルは、常に水位の下にある。しかしながら、水位の近くにある水パネルは部分的に水位の上に光を射出し得る。これは、船の喫水に依存する。（例えば２ｍよりも）近接した空気を通って伝播するＵＶ−Ｃ光強度は、人間への最大暴露のための安全限度を超えてしまう。

ＷＯ２０１６／１９３１１４は、この問題への解決策を開示しており、そこでは、ウォータースイッチが閉じられることで光源への電流の供給が可能となる。ウォータースイッチは、スイッチ端子の間にガルバニック結合を形成するために水の導電率を利用する。

しかしながら、この手法は、船舶からの、及び水からの照明回路の完全なガルバニック絶縁の利点が犠牲にされることを意味する。海水とのガルバニック接触は、水の進入の問題を有するが、電気的な安全絶縁及び電解によるガス形成に起因する照明パネルの腐食についても安全性がより低い。

水中に浸漬されていない光源の作動を防止するように光を制御する改良されたやり方が依然として必要とされている。

本発明は、特許請求の範囲によって定められる。

本発明の態様に従った実施例によると、表面が水中に浸漬されている間に生物付着に対して表面を保護するように表面を覆って取り付けられる防汚用の照明パネルが提供され、照明パネルは、
光源構成部と、
水を感知し、それによって光源構成部又は光源構成部の一部分が水中に浸漬されているか否かを検知するための非接触式水センサと、
水センサの出力に応じて光源構成部又は光源構成部の一部分を制御するためのコントローラと
を備える。

このように、この照明パネルは、光源構成部（又はその一部分）を覆う水が存在するか否かに応じて光出力が制御されるように水センサを内蔵する。このことは、光源出力が必要とされないときに電力を節約し、空気を通じた光出力を防止する。空気によって光出力の減衰はより低くなり、この光出力が、光出力によって照らされるほど表面に近い物体（人間など）に到達することを防止することが望ましい。

「非接触」という語は、センサ、特にはセンサの導電性コンポーネントが、感知されるべき水と接触しないことを意味する。従って、感知は、センサ近傍であるがセンサと接触しない場所における誘電体誘電率、透磁率又は光学的特性の変化に基づく。故に、感知は、非接触による水の遠隔感知に基づく。感知は、水の導電率を利用するのではなく、代わりに、電界、磁界又は光学的照射を使用して遠隔的に調べられる他の属性に依存する。このことは、塩水からセンサコンポーネントを保護する必要性を回避する。代わりに、光源を包囲するのと同一の保護材料が、水センサを保護するために使用されてもよい。

故に、保護外側被覆（これは、感知される水に接触する）は、センサの一部であると見なされるべきではない。故に、照明パネルは、センサと感知されるべき水との間に保護電気絶縁層を備える。この電気絶縁層は、照明パネルを包囲する封入の一方側を構成する。

好ましくは、コントローラは、水中に浸漬されていないときに、光源構成部又は光源構成部の一部分をスイッチオフするように適合される。故に、空気を通じて提供される光出力はない。代替策は、強度を低減するが、光源構成部（又はその一部分）の電源を完全に切りはしないことである。

光源構成部は、複数の行からなる光源を備え、各行は光源構成部の一部分のうちの１つを備え、行ごとに水センサが設けられる。例えば、行は使用時に水平になるように意図され、それによって、船の積み荷及び船の喫水に従って、例えば船の船体の周りの水位によって、浸漬される光源は異なる行になる。故に、光出力は動的に制御される。

水センサは、感知パッドと、接地電極と、容量読み出し回路とを備える容量センサを備える。読み出される容量は、水の存在の影響を受ける。特には、接地電極及び感知パッドは、水の存在又は不在が、接地電極と感知パッドとの間に生じる誘電率に材料差及び測定可能な差を生むように設計される。

代わりに、水センサは、発振器回路と、センサコイルと、水センサが浸漬されているときに水に露出される開口を有する接地シールドと、周波数検知器回路とを備える誘導センサを備えてよい。開口の近傍における水の存在又は不在は、磁気結合を変化させ、従って、振動周波数を変化させる。

代わりに、水センサは、光学的センサを備えてよい。例えば、生成された光出力の反射量は、水の存在又は不在に依存する。例えば、もしも露出した表面が空気に接触していたなら、射出された光の全内反射はセンサを照らす一方、もしも露出した表面が水に接触していたなら、射出された光は水中に伝播する。

照明パネルは、誘導電力送信器の１つ又は複数の一次巻き線と整列する１つ又は複数の巻き線を備える誘導電力受信器を更に備える。故に、照明パネルは、無線誘導エネルギー伝送によって電力供給される。

本発明は、
表面を覆って取り付けられ、１つ又は複数の一次巻き線を備える誘導電力送信器と、
誘導電力送信器を覆って取り付けられ、１つ又は複数の一次巻き線と整列する１つ又は複数の巻き線を備える誘導電力受信器を備える、上記において定められた照明パネルと
を備える防汚用照明システムも提供する。

このシステムは、電力源と照明パネルとの間にガルバニック絶縁されたトランスフォーマを作り出す。

誘導電力送信器は、例えば、表面に対して取り付けられ、照明パネルは、誘導電力送信器を覆って取り付けられる。故に、ガルバニック絶縁された照明パネルは外側層である。

誘導電力送信器は、細長い電力ストリップを備え、照明パネルは、細長い電力ストリップと重なる縁部領域を備え、誘導電力受信器は、縁部領域に形成される。故に、１つ又は複数のコイルが照明パネルに占める面積は比較的小さい。グリッドが、電力ストリップ（例えば、垂直方向に配置される）及び照明パネル（例えば、水平方向に配置される）によって形成される。

例えば、誘導電力送信器は、一次巻き線の下方、つまり、保護されるべき表面と巻き線との間にフェライトシートを備える。故に、システム効率は、例えば５０％近くに、高く保たれ得る。フェライトシートは、表面、例えば船の船体と、誘導トランスフォーマの一次巻き線との間にあり、導電性の船体（又は保護されるべき表面を定める他の導電性層）を通る渦電流を防止する。

例えば、誘導電力受信器は、プリント回路基板上に又はその中に形成された二次巻き線を備える。ＰＣＢ材料は、典型的には、生成されたＵＶ光の吸収体であるので、できる限り最小の面積でなければならない。また、ＰＣＢ材料は、可撓性を維持するために薄くなければならない。

例えば、照明パネルは、５ｍｍ未満の厚さ、例えば４ｍｍ未満、例えば３ｍｍ未満の厚さを有する。この厚さは、典型的には、プリント回路基板及び保護被覆を含む。

例えば、照明パネルは、シリコーン被覆を備える。この被覆は、例えば光誘導などの光学的機能を実施するとともに、保護機能を実施する。これは、生成されるＵＶ光に対して比較的高い透明度を有するように選択される。

例えば、誘導電力送信器は、５０ｋＨｚから１ＭＨｚの共振周波数、例えば５０ｋＨｚから２００ｋＨｚ、例えば６０ｋＨｚから９０ｋＨｚの共振周波数を有する共振回路を備える。

例えば、光源構成部は、２７０ｎｍから２８０ｎｍの間の波長のＵＶ−Ｃ ＬＥＤのアレイを備える。

防汚用照明システムは、複数の誘導電力送信器と、複数の照明パネルとを備える。１つの誘導電力送信器は、１つ又は複数の照明パネルと関連付けられる。

本発明は、防汚光を生成するように光源構成部を動作させることによって、表面が水中に浸漬されているときに生物付着に対して表面を保護する方法であって、方法は、
非接触式感知によって水を感知し、それによって光源構成部又は光源構成部の一部分が水中に浸漬されているか否かを検知するステップと、
水センサの出力に応じて光源構成部又は光源構成部の一部分を制御するステップと
を有する、方法も提供する。

方法は、水中に浸漬されていないときに、光源構成部又は光源構成部の一部分をスイッチオフするステップを有する。

光源構成部は、複数の行からなる光源を備え、各行は光源構成部の一部分のうちの１つを備え、方法は、各行の近傍において水を感知するステップを有する。

本発明のこれらの及び他の態様は、以下に説明される実施形態から明らかであり、これらを参照して明瞭にされるであろう。

本発明のより良好な理解のために、及び、本発明がどのように実現されるかをより明白に図示するために、添付の図面が例示のみを目的として参照される。

水に接触する船の表面、すなわち船体表面を保護するために船に適用される防汚用照明システムを図示する図である。 誘導電力送信器及び照明パネルを通る断面を（水平平面において）図示する図である。 コイル構成部をより詳細に図示する図である。 照明パネルの構造の実施例を図示する図である。 光射出面から見た照明パネルを図示する図である。 容量感知に基づく非接触式水センサ回路の第１の実施例を図示する図である。 照明パネルに埋め込まれた、図６のコンポーネントを図示する図である。 磁気インダクタンス感知に基づく非接触式水センサ回路の第２の実施例を図示する図である。 光学的感知に基づく非接触式水センサ回路の第３の実施例を図示する図である。

図面を参照して本発明が説明される。

詳細な説明及び具体的な実施例は、装置、システム及び方法の例示的実施形態を示すが、例示のみを目的とするものと意図されており、本発明の範囲を限定すると意図されるものでないことが理解されるべきである。本発明の装置、システム及び方法のこれらの及び他の特徴、態様、及び利点は、以下の説明、添付の特許請求の範囲、及び添付の図面からより良好に理解されよう。図面は単なる概略であり、縮尺通りに描かれていないことが理解されるべきである。また、同一の又は類似の部分を示すために、図面全体を通じて同一の参照番号が使用されていることも理解されるべきである。

本発明は、表面が水中に浸漬されている間に生物付着に対して表面を保護するために使用される防汚用照明システムを提供する。水を感知し、それによって光源構成部又は光源構成部の一部分が水中に浸漬されているか否かを検知するために非接触式水センサが使用される。光源構成部又は光源構成部の一部分は、水センサの出力に応じて制御される。

図１は、本発明に従って適合され、水に接触する船の表面、すなわち船体表面を保護するために船１に適用される防汚用照明システムを図示する。

防汚用システムは、表面を覆って取り付けられた誘導電力送信器１０の組を備える。これらは、船体に対して垂直方向に延在する電力供給ラインの形態をとる。上側端部において、供給ラインは、電力源（不図示）に接続する。誘導電力送信器は各々、１つ又は複数の一次巻き線の組を備える。本文書において、一次巻き線の組は（存在する巻き線が１つであろうと２つ以上であろうと）一次コイルと称される。

照明パネル２０の組も表面を覆って取り付けられる。照明パネルは各々、光源構成部と、一次巻き線の組と整列する１つ又は複数の二次巻き線の組を有する誘導電力受信器とを備える。本文書において、二次巻き線の組は（存在する巻き線が１つであろうと２つ以上であろうと）二次コイルと称される。故に、「コイル」という語は、全体的に、トランスフォーマの一方側を形成する巻き線の組を示すために使用される。

以下の説明から明らかになるように、各電力供給ラインに複数のコイルがあってよく、例えば、各照明パネルの場所において、電力供給ラインに沿って１つ又は複数のコイルがあってよい。

図２は、電力供給ライン（誘導電力送信器１０）及び照明パネル２０を通る断面を（水平平面において）図示する。誘導電力送信器は、一次コイル１２と、一次コイルの巻き線と船の船体１６の金属との間のフェライトシート１４とを備える。船体の表面１８が、汚損から保護されるべき表面である。フェライトシートは、船の船体１６の金属における渦電流を防止し、それによってエネルギー伝送の効率を向上させる。

図示された実施例において、表面１８は、実質的には、照明パネルによって完全に覆われている。故に、表面１８は照明パネルによって保護されており、汚損を受けやすいのは照明パネルの露出した表面である。故に、照明パネルによって提供される照明は、照明パネルの表面上への汚損生物の形成を防止することを目的としている。

しかしながら、このことは依然として、（照明システムがないと、船体表面が生物付着を受けることになるので）生物付着に対して船体表面を保護するためのシステムを形成することとして理解される。

例えば、代替的な構成は、保護されるべき表面の僅かな部分のみを覆う照明パネルを有し、保護されるべき表面に向かって光が方向付けられ、又は誘導される。このような場合、船体表面の大部分が実際に水に露出し、従って、生物付着を被りやすい。

図２に図示される実施例において、誘導電力送信器１０は、船体表面１８に対して取り付けられ、照明パネル２０は、誘導電力送信器を覆って取り付けられる。

特には、各照明パネル２０の縁部領域２２は供給ラインと重なる。照明パネル２０は各々、この縁部領域に位置する二次コイル２４と、光源構成部２６とを有する。

二次巻き線は一次巻き線と整列し、誘導電力伝送を提供する。無線で送信された電力は、光源構成部２６に電力供給するために照明パネル２０によって使用される。

一次コイルは、供給ラインのプリント回路基板上に又はその中に形成され、二次コイルも照明パネルのプリント回路基板上に又はその中に形成される。光源構成部もプリント回路基板上に形成され、このプリント回路基板は二次コイルのプリント回路基板とは別であっても同一であってもよい。例えば、共有される可撓性プリント回路基板は、下に設けられた供給ラインの輪郭に照明パネルが適合することを可能とする。代わりに、照明パネルに個別のプリント回路基板があり、それらの間に電気接続があってもよい。

代替的に、光源構成部は、ワイヤグリッド構造として形成される。これは、ＰＣＢが二次コイルのためにのみ必要となるので、ＰＣＢ面積を減少させる。

図示される構造を単純に保つために、プリント回路基板は図面には図示されていない。

例えば、誘導電力送信器１０の一次コイルは、光射出システムの動作中に、１００ｋＨｚから１５０ｋＨｚの正弦波を供給される。供給ラインの位置における船体１６への容量性漏洩電流を補償するために、供給ラインは、ローパスフィルタを実現するためのキャパシタを更に具備する。例えば、これは、ＡＣ電力供給を生成するために高効率スイッチ増幅器が使用される場合に対象となる。このような場合、ローパスフィルタは、増幅器の、残余の、より高い周波数の高調波のために使用される。

代替策は、ＡＣ電力供給を生成するために共振回路を使用することである。例えば、各供給ラインは、容量性共振回路に基づく、６０ｋＨｚから９０ｋＨｚの範囲の共振を有する共振回路を備える。

概して、動作（共振又は駆動）の周波数は、５０ｋＨｚから１ＭＨｚの範囲であり、例えば５０ｋＨｚから２００ｋＨｚ、例えば６０ｋＨｚから９０ｋＨｚの範囲である。

図３は、コイル構成部を図示する。

図２の実施例は、関連する供給ラインに一方の縁部において重なる照明パネルを有する。図３において、照明パネル２０は、供給ライン１０に横方向の両縁部において重なり、各供給ライン１０は、その長さに沿って配置された一次コイルの対を有する。対のうちの１つのコイルは照明パネルの一方側に電力供給するためのものであり、対のうちの他方のコイルは、照明パネルの他方側に電力供給するためのものである。このようにして、各照明パネルは両側から電力を供給される。

供給ラインの全てのコイルは、同一の位相を有し得、このことは、光射出システム４０の電気的冗長性に寄与する。もしも供給ラインが破損したとしても、光源構成部２６は依然として全体的に機能し得る。この点に関して、供給ラインは、通常レベルの２倍に増加したレベルで電力を送達するように設計される。

故に、照明パネルごとに１つのコイルアセンブリ（すなわち、一次コイル及び二次コイル）があり（図２）、又は、照明パネルごとに２つのコイルアセンブリがある（図３）。

例えば、供給ラインごとに２個から５０個の間の照明パネルがあり、例えば、２０行の個々のタイルが供給ラインに接続される。

図示された実施例において、供給ラインは、船の側部に沿って実質的に垂直な向きに延在する。しかしながら、供給ラインの任意の適切な配置が可能である。例えば、供給ラインは、溶接継目及び／又は船の船体の表面の他の凹凸を覆う。

図４は、照明パネル２０の構造の実施例を図示し、これは、この実施例においては側方射出式ＵＶ−Ｃ ＬＥＤである複数の光源４０を有し、光は、主にＬＥＤの側方から、おおよそ表面に平行に射出される。光源４０は、液密な光学的媒体４２内に封入され、光学的媒体を通る全内反射を介して、光源４０から射出された光４４の少なくとも一部を誘導する。

光学的構造４６は、全内反射及び散乱光を途絶させ、次いで、光学的媒体４２から出た散乱光４８を光の目標に向かって誘導するために提供される。この目標は、生物付着する生物が存在するエリアである。

表面５２上の生物付着する生物は、散乱光４８の光が水に進入する前に、これを直接的に受ける。

更に、水に進入しなかった内部散乱光４８のうちのいくらかは、外部散乱する場所に遭遇する。このことは水中に照射５０を生み、そのうちのいくらかも反射されて、生物付着が防止されるべき照明パネル２０の表面５２に戻る。

照射は、表面５２における単細胞バイオメカニズムが成長及び分裂を止め、従ってＵＶ−Ｃ光の影響によって死滅することを意味する。

光学的媒体は比較的薄く、そのため、照明パネルは２次元的構造であると見なされる。光を散乱させる光学的構造４６は、光学的媒体材料の１つ又は複数の部分に、可能であるならその全体にわたって広げられ、光出力は、全体的に一様であるか、さもなければ局所化される。

摩耗及び／又は衝撃に対する耐性などの光学的及び構造的特性を提供するために、異なる構造的属性を有する内部散乱中心が組み合わされる。適切な散乱体は、不透明な物体を含むが、小気泡、ガラス及び／又はシリカなどほとんど透明な物体も同様に使用され得る。要件は単に、使用される波長について屈折率の変化が生じることだけである。

光を誘導し、光を表面上に広げる原理はよく知られており、様々な分野で広く適用されている。ここで、この原理が、防汚の目的でＵＶ光に適用される。

全内反射の条件を維持するために、光誘導材料の屈折率は、周囲の媒体の屈折率よりも高くなくてはならない。しかしながら、光誘導における（部分的な）反射被覆の使用、及び／又は保護される表面自体の、例えば船の船体自体の反射属性の使用も、光学的媒体を通って光を誘導するための条件を確立するために使用可能である。

上記の実施例において、照明パネルは、保護されるべき表面を覆って新たな表面を形成し、光は、保護されるべき表面から外側に向かって方向付けられる。しかしながら、代替策では、照明パネルは保護されるべき表面の上に間隔を空けて配置され、保護されるべき表面に向かって戻るように光を方向付ける。

次いで、照明パネルの光源構成部と保護されるべき表面との間に小さな空隙が作られる。ＵＶ光は、空気中では光学的媒体中よりも吸収が少なく良好に進み、これは、この光学的媒体が光誘導材料として設計された場合でも当てはまる。

大半の材料は、ＵＶ光に対して（非常に）限定的な透過率を有するので、光学的媒体の設計において注意が払われなければならない。結果として、光学的媒体を通って光が進まなければならない距離を最小化するために、低電力ＬＥＤの比較的細かいピッチが選択され得る。

１つの実施例において、光学的媒体４２はシリコーンであって、良好なＵＶ−Ｃ透明度を有するように設計されたものから成る。

図４に図示されるように、固体封入が使用される。しかしながら、保護される表面から小距離だけ離間した状態に保つスペーサを有するシリコーンマットなどの中空構造が代わりに使用されてよい。これは、空気経路を作り出し、これを通ってＵＶ光はより高効率で伝播し得る。このような構造によって提供される気体が充満された経路の使用は、そうでない場合には防汚に役立つにはＵＶ光を強く吸収しすぎてしまうような材料の光学的媒体においても、かなりの距離にわたってＵＶ光を分配することを可能とする。同様に、個別のポケットが形成される。

図５は、前方から見た照明パネル２０を図示する。照明パネルは、ＬＥＤ４０の２次元的アレイと、縁部領域２２における一次コイル２４とを備える。

ＬＥＤ４０は、複数の行として配置される。本発明に従うと、パネル又はより好ましくはパネル内のＬＥＤの各行は、水センサ６０を有する。ＬＥＤ４０は、プリント回路基板上に設けられ、プリント回路基板の配線が二次コイル２４の巻き線も定める。水センサはＰＣＢ上に設けられ、取り付けられたコンポーネント及び／又はＰＣＢ配線によって形成されたコンポーネントを利用する。

水センサの出力は、光源構成部、特には光源構成部の光源の関連する行を、水センサの出力に応じて制御するために使用される。

例えば、水センサの出力は、中断スイッチを直接的に制御し、この場合、スイッチはコントローラとして機能する。代替的に、ＩＣなどの個別のコントローラがあってよく、このコントローラにセンサの出力が提供される。次いで、コントローラＩＣは、絶縁スイッチに対して制御信号を提供し、又は、光出力のアナログ制御を提供する。

最も単純な実施態様において、単純なＭＯＳＦＥＴ回路がスイッチとして使用され、水センサの出力がＭＯＳＦＥＴ回路のゲートを制御する。従って、ＭＯＳＦＥＴ回路はコントローラであると見なされる。

コントローラ（スイッチであろうとコントローラＩＣであろうと）は、好ましくは、水中に浸漬されていないときに、光源構成部又は光源構成部の一部分をスイッチオフするように適合される。しかしながら、代替策では、例えば行における光源４０に直列に存在する直列インピーダンスを増加させることによって、光出力強度が低減される。

水センサは、水との物理的接触に依存しないので、水の導電率を利用しない。代わりに、これは、センサの近傍における水の存在又は不在に依存する電界、磁界又は光学的特性の変化に依存する非接触式センサである。

可能な水センサの第１の実施例は、容量センサである。図６において実施例が図示され、これは感知パッド７０と、接地電極７２と、容量読み出し回路７４とを備える。このような読み出し回路は、例えばタッチパッド感知としてよく知られている。

入力電圧は、電圧レギュレータ７６によって規制され、基準キャパシタＣ１に送達される。感知されるべき容量Ｃｓの両端の電圧は、読み出し回路７４の感知端子に提供される。

感知パッドは、水に接触している必要はない。代わりに、水の存在又は不在が感知パッド７０と接地電極７２との間の容量に影響を与える限り、水の存在が検知され得る。

図７は、照明パネルにおけるコンポーネントの配置を図示する。感知パッド７０は、パネルの光学的材料に埋め込まれているが、表面における水の存在が感知パッド７０と接地電極７２との間の誘電性結合に影響を与える。

可能な水センサの第２の実施例は、誘導センサである。図８において実施例が図示される。センサは、発振器回路８０と、センサコイル８２とを備える。センサコイルは、開口８４を有する（ファラデーシールドを形成する）導電性接地シールド８３によって覆われる。この開口８４は、水センサが浸漬されているときに水に露出される。しかしながら、センサループは、水との直接的な接触のためには露出されない。コイルと水との間に絶縁保護層、すなわち、照明パネルが中に封入された光学的材料が存在する。故に、水と、センサコイルなどのセンサの任意の導電性部品との間の直接的な接触が回避される。センサループは、ループアンテナとして機能する。例えば、発振器は、５０ＭＨｚから５００ＭＨｚの間で動作する。ギャップの近傍における透磁率における変化が周波数のシフトをもたらし、これは周波数検知器回路８６によって検知される。

センサ機能は、集積回路に組み込まれてよく、又は、ＰＣＢのトラックを使用して形成されてよい。

異なる技術分野におけるこの感知手法の更なる詳細が、ＷＯ２０１８／２０２４８６において見出される。周波数シフトは、渦電流によって誘引された磁界の結果である。これらの渦電流は、開口８４の近傍の材料の透磁率（すなわち、磁気インピーダンス）に依存する。故に、センサは、磁気インピーダンスセンサであると見なされる。

可能な水センサの第３の実施例は、光学的センサである。図９において実施例が図示される。

センサは、センサ光源４０と光学的検知器９０とを備える。光源４０はＵＶ−Ｃ光源のうちの１つであってよく、又は、光学的感知機能のために特別に選択された専用の光源であってよい。

光学的検知器９０は、水若しくは空気から、又は水若しくは空気に対する屈折率境界から反射された光を受信するためのものである。光検知器は、封入の一部分によって覆われる。

例えば、特定の角度で射出された光は、水中に伝播し、又は、空気が存在するときには、屈折率界面によって反射される。故に、全内反射の検知は、空気界面の存在を検知するために使用され、それによって、照明パネルが浸漬されていないとき、このことを検知する。水の薄層が（たとえセンサが浸漬していなくても）センサを覆って存在したとしても、全内反射は最も外側の水−空気界面から依然として検知される。故に、空気を感知するためにセンサが完全に乾燥している必要はない。

方向フィルタ９２は、必要とされる感知方向の光だけが検知されることを保証する。同様に、色フィルタが、光学的センサの専用の光源４０に対応する特定の波長の光をフィルタリングするために使用される。

代わりに、光学的センサは、（屈折率境界からの反射ではなく）後方散乱を検知してもよい。水からの後方散乱は、空気からの後方散乱よりも光強度の高い信号を生む。

このように、異なる光学的感知手法が可能である。

故に、船に隣接した水位を判定し、その結果として光源をスイッチオフするために３つの主な非接触的方法があることが分かる。これらは、容量感知、誘導性感知及び光学的感知（これは、ＵＶ−Ｃ光又は光学的感知専用の他の光を使用する）に基づく。

典型的な二次側電流は０．１Ａであり、典型的な所望の二次側電圧は４０Ｖ前後である。安全のためには、最大電圧は（単なる例であるが）５０Ｖｒｍｓであると考えられる。システムは、誘導結合及び電流の広がりの全ての特性を考慮して、最大電圧よりも低く設計され、又は動作する。所与の動作電圧について、必要とされる電流は必要とされる電力に依存する。電圧がより高いと、電流をより低くすることが可能であり、その逆も当てはまる。

例えば、供給ラインは、１ｍｍ未満、例えば０．５ｍｍの厚さを有するＰＣＢを利用し、３ｍｍ前後の成形構造の厚さを生む。

例えば、照明パネルは、０．８ｍｍのＰＣＢの厚さを有し、シリコーンを伴う総厚は５ｍｍよりも小さく、例えば、２ｍｍから４ｍｍの範囲である。

本発明は、海洋物体を特に関心対象としているが、海水における使用のための物体に限定されるものではなく、生物付着する生物を含むことが知られている任意のタイプの水における使用のための物体も関心対象とする。海洋物体の例としては、船及び他の船舶、海洋ステーション、海上のオイル又はガス設備、浮力デバイス、海上の風力タービンのための支持構造、波／潮汐エネルギーを取り入れるための構造、海水箱、水中ツールなどがある。

好ましい実施例において、上に説明されたように、光源はＵＶ ＬＥＤである。ＵＶ ＬＥＤのグリッドは、液密な封入内に封入され、シリコーンは単なる一例である。ＵＶ ＬＥＤは、直列配置及び／又は並列配置で電気的に接続される。例えば、ＵＶ ＬＥＤはパッケージ化されて表面に取り付けられたＬＥＤであり、この場合、それらは、ＬＥＤパッケージから射出された光を広い射出角度にわたって分配するための光学的要素を既に含む。他の実施形態において、ＵＶ ＬＥＤはＬＥＤダイであり、典型的には、光学的要素を備えないが、パッケージ化されたＬＥＤよりも著しく薄い。例として、ＬＥＤダイが、ピックされて光学的媒体の表面上に置かれる。

他の材料と比べて損失の少ないＵＶ光の光学的透過を提供するために、シリコーン材料が選択され得る。このことは特に、より短い波長の光、例えば３００ｎｍより短い波長を有するＵＶ光の場合に当てはまる。シリコーン材料の特に効率的な群は、いわゆるメチルシリコーンであり、又は少なくともこれを含み、これは一般化学式によるとＣＨ_３［Ｓｉ（ＣＨ_３）_２Ｏ］_ｎＳｉ（ＣＨ_３）_３であり、「ｎ」は任意の適切な整数である。

シリコーン材料は、可撓性及び弾性も有し、従って、それらは堅牢、高耐久であり、表面への物体の衝突及び激突、例えば、埠頭に対する船の衝突などに起因する圧縮に耐えることが可能である。更には、温度変動、波による打撃、うねりによる船の屈曲などに起因する変形が対処される。

１つ又は複数の光源によって射出された光のうちの少なくとも一部は、保護されるべき表面に実質的に平行な成分を有する方向に広がる。このことは、保護される表面又はフォイルの適用表面に沿って長い距離にわたる光の分配を促進し、防汚光の適切な強度分布を得ることを助ける。

光学的媒体には波長変換材料が含まれ、防汚光の少なくとも一部は、波長変換材料に別の波長の防汚光を射出させる第１の波長を有する光によって波長変換材料を光励起することによって生成される。波長変換材料は、アップコンバージョン蛍光体、量子ドット、１つ若しくは複数のフォトニック結晶ファイバーなどの非線形媒体などとして提供される。ＵＶ光とは異なる波長、大半はより長い波長、の光の光学的媒体における吸収及び／又は散乱損失は、光学的媒体においてより目立たない傾向があるので、非ＵＶ光を生成してこれを光学的媒体を通して送信し、ＵＶ防汚光が使用される（すなわち、表面から液体環境内へ射出される）所望の場所又はその近くにおいてＵＶ防汚光を生成すると、よりエネルギー効率が良い。

上に説明された１つの実施例は、側方射出式ＬＥＤ及び光学的散乱箇所を利用している。しかしながら、側方方向の光を生むために光拡散配置が使用されてよい。例えば、光学的媒体内にコーンが配置され、光源に対向するように位置付けられる。ここでは、保護される表面に対して垂直に光源から射出される光をこの表面に実質的に平行な方向に反射するために、対向するコーンは保護される表面に垂直な方向に対して４５°の角度の表面エリアを有する。

ＬＥＤは、ＤＣ駆動される。しかしながら、背中合わせに平行な一対のＬＥＤがＡＣ駆動信号によって駆動されてもよい。

上述されたように、ＬＥＤは、好ましくは、ＰＣＢに取り付けられ、ＰＣＢトラック（ＰＣＢの表面上又はＰＣＢの層の内部にある）が、受信器コイルを形成する。しかしながら、代わりに、ＬＥＤを独立したワイヤ構造の接続ノードに、半田付け、接着、又は任意の他の知られた電気的接続技術によって接続することによって、ＬＥＤグリッドが形成されてもよい。これは、より小さなＰＣＢ上の二次コイルと組み合わされる。

本発明は、様々な分野に広く適用され得る。自然水に接触するほとんどいかなる物体も、時間とともに生物付着を被る。これは、例えば、脱塩工場の取水口を妨害したり、ポンプステーションのパイプを塞いだりすることがあり、又は、屋外プールの壁や底を覆うことさえもある。これらの用途の全てが、ここに提供される方法、照明モジュール及び／又はシステム、すなわち、全体的な表面エリアへの生物付着を防止する効果的な薄い追加的表面層から利益を得るであろう。

ＵＶ光が好ましい解決策であるが、他の波長も同様に想定される。非ＵＶ光（可視光）も生物付着に対して効果的である。典型的な微生物は非ＵＶ光に対してはＵＶ光に対するよりも鈍感であるが、可視スペクトルにおいては、光源に対する単位入力電力あたり、より高い線量が生成され得る。

ＵＶ ＬＥＤは、薄型の光射出面として理想的な光源である。しかしながら、低圧水銀蒸気ランプなどのＬＥＤ以外のＵＶ光源も使用され得る。これらの光源のフォームファクタは全く異なり、主に光源がより一層大型になる。このことは、結果として、１つの光源からの全ての光を広いエリアにわたって分配するために異なる光学的設計をもたらす。更に、所望の波長及び／又は波長の組み合わせの光の多大な寄与が生まれる。生物付着を回避するために保護される表面から離れる方向に外側に向かってＵＶ光を射出する薄層を使用する代わりに、上に説明されたように、生物付着は、潜在的には、保護される表面の方向に外側からＵＶ光を適用することによっても除去される。代わりに、照明パネルは、保護されるべき表面に向かう方向及びこれから離れる方向の両方向に防汚光を射出してもよい。

上記の実施例において、照明パネルは供給ラインと重なる。これにより、電源と水に露出した構造との間にガルバニック絶縁が提供される。照明パネルは、供給ラインも保護する。代わりに、供給ラインが照明パネルを覆って設けられてもよい。個別の電気的絶縁が（例えば、供給ラインの上部に）設けられ得る。すると、供給ラインの表面は生物付着を被りやすくなるので、供給ラインを通った送信又は照明パネル内の反射若しくは導波管送信によって、供給ラインの表面まで光が到達することが保証されなければならない。故に、誘導電力送信器及び照明パネルの両方がどちらかの順序で表面を覆って取り付けられる。

例えば、照明パネルは、１ｍから５ｍの範囲の（水平な行方向に沿った）長さと、５０ｃｍから１５０ｃｍの範囲の（垂直な列方向に沿った）高さとを有する。例えば、小さなパネルの寸法は６００ｍｍ×１２００ｍｍであり、大きなパネルの寸法は１ｍ×４ｍである。覆われるべき例示的な面積、例えば船の船体の片側は、長さが１００ｍ、高さが１０ｍ程度である。

特許請求された発明を実践するにあたって、図面、本開示、及び添付の特許請求の範囲を検討することから、開示された実施形態に対する変形例が、当業者によって理解及び実行され得る。特許請求の範囲において、「備える、有する」という語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、単数形は複数を排除するものではない。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単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用され得ないことを示すものではない。「〜ように適合される」という語が請求項又は説明において使用されている場合、「〜ように適合される」という語は「〜ように構成される」という語と同等であると意図されることが留意される。請求項におけるいかなる参照符号も、その範囲を限定するものと解釈されるべきではない。

Claims (15)

1. 表面が水中に浸漬されている間に生物付着に対して前記表面を保護するように前記表面を覆って取り付けられる防汚用の照明パネルであって、前記照明パネルは、
   光源構成部と、
   水を感知し、前記感知によって前記光源構成部又は前記光源構成部の一部分が水中に浸漬されているか否かを検知するための非接触式水センサと、
   前記水センサの出力に応じて前記光源構成部又は前記光源構成部の前記一部分を制御するためのコントローラと
   を備える、照明パネル。
2. 前記コントローラは、前記光源構成部又は前記光源構成部の一部分が水中に浸漬されていないときに、前記光源構成部又は前記光源構成部の前記一部分をスイッチオフする、請求項１に記載の照明パネル。
3. 前記光源構成部は、複数の行からなる光源を備え、各行は前記光源構成部の前記一部分のうちの１つを備え、行ごとに水センサが設けられている、請求項１又は２に記載の照明パネル。
4. 前記水センサは、感知パッドと、接地電極と、容量読み出し回路とを備える容量センサを備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の照明パネル。
5. 前記水センサは、発振器回路と、センサコイルと、前記水センサが浸漬されているときに水に露出される開口を有する接地シールドと、周波数検知器回路とを備える誘導センサを備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の照明パネル。
6. 前記水センサは、光学的センサを備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の照明パネル。
7. 誘導電力送信器の１つ又は複数の一次巻き線と整列する１つ又は複数の巻き線を備える誘導電力受信器を更に備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の照明パネル。
8. 表面を覆って取り付けられ、１つ又は複数の一次巻き線を備える誘導電力送信器と、
   前記誘導電力送信器を覆って取り付けられ、前記１つ又は複数の一次巻き線と整列する１つ又は複数の巻き線を備える誘導電力受信器を備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の照明パネルと
   を備える、防汚用照明システム。
9. 前記誘導電力送信器は、細長い電力ストリップを備え、前記照明パネルは、前記細長い電力ストリップと重なる縁部領域を備え、前記誘導電力受信器は、前記縁部領域に形成される、請求項８に記載の防汚用照明システム。
10. 前記誘導電力送信器は、前記巻き線の下方にフェライトシートを備える、請求項８又は９に記載の防汚用照明システム。
11. 前記照明パネルは、少なくとも１つ又は複数の二次巻き線のためのプリント回路基板と、シリコーン被覆とを備える、請求項８から１０のいずれか一項に記載の防汚用照明システム。
12. 複数の誘導電力送信器と、複数の照明パネルとを備える、請求項８から１１のいずれか一項に記載の防汚用照明システム。
13. 防汚光を生成するように光源構成部を動作させることによって、表面が水中に浸漬されているときに生物付着に対して前記表面を保護する方法であって、前記方法は、
    非接触式感知によって水を感知し、前記感知によって前記光源構成部又は前記光源構成部の一部分が水中に浸漬されているか否かを検知するステップと、
    水センサの出力に応じて前記光源構成部又は前記光源構成部の前記一部分を制御するステップと
    を有する、方法。
14. 前記光源構成部又は前記光源構成部の一部分が水中に浸漬されていないときに、前記光源構成部又は前記光源構成部の前記一部分をスイッチオフするステップを有する、請求項１３に記載の方法。
15. 前記光源構成部は、複数の行からなる光源を備え、各行は前記光源構成部の前記一部分のうちの１つを備え、前記方法は、各行の近傍において水を感知するステップを有する、請求項１３又は１４に記載の方法。

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