TW201840906A - 強制電流陰極保護的系統 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種系統，其提供一海洋結構(50)之強制電流陰極保護(ICCP)且對配置於該海洋結構(50)上且與水(10)接觸之一負載配置(100)之一負載供電。電源提供一供應電流以產生該海洋結構之一電位。該負載配置(100)具有經配置以自該負載配置延伸至該水中以經由該水轉移該供應電流之一電極(130)。該負載(20)耦合於該電極(130)與一電源節點(120)之間。該電源連接至該海洋結構及該電源節點。該負載配置經配置以使用該供應電流來對該負載提供電力。此外，供應電壓可具有一高頻處之一AC分量。該負載可為用於發射防污光之一UV-C LED。

Description

強制電流陰極保護的系統
本發明係關於一種用於強制電流陰極保護之系統。該系統包括一電源及配置於與水接觸之一海洋結構上之一負載配置。該電源經配置以相對於水產生該海洋結構之一電位用於該強制電流陰極保護。該負載配置可自該電源接收一供應電流。
在自然水域(諸如海水或湖泊或河流中之淡水)中操作之具有金屬部件之結構(諸如船、抽油裝置以及防波堤、熱交換單元、船上海底門、海上風力渦輪機、潮汐波發電機等等)在本發明中稱為海洋結構。為對抗天然腐蝕，可將此等海洋結構塗料或塗漆。此外，此等海洋結構通常配備有被動或主動陰極保護系統。因此，亦在保護塗料或塗漆局部脫落時保護裸露金屬免受腐蝕。被動陰極保護系統使用隨時間電化學溶解之犧牲鋅、鋁或鐵陽極，而主動陰極保護系統使用由MMO-Ti (塗佈有混合金屬氧化物之鈦)或Pt/Ti (塗鉑鈦)製成之陽極來外加一DC電流。將一DC電流外加至水中以相對於水產生海洋結構之一電位之主動系統稱為強制電流陰極保護或ICCP。 文件US 2006/0065551描述一種用於測試由ICCP保護之金屬結構之保護等級之腐蝕測試器。因而未描述對一ICCP系統供電，但可自一船之電池提供電力。可由一內置電池提供用於操作腐蝕量測計之電力。
需要將各種電負載放置於海洋結構之表面處。例如，此等負載可為感測器或主動元件，其監測或影響水，量測各種參數，及/或主動控制海洋結構之表面處之條件。例如，負載可為用於對抗生物污著之UV光源，如UV LED。負載可嵌入一載體中且需要由一電源供電。 此等負載之一或多者及用於對負載供電之電路及佈線之一總成在本發明中稱為一負載配置。該總成可具有一載體或任何其他類型之封閉體作為實體承載一或多個負載及該電源電路之一機械元件。為將各自負載連接至一電源，須(例如)使用電源線及電源連接器來形成連接，此既昂貴又不可靠。 本發明之一目的係提供能夠依一方便可靠方式對一海洋結構之一表面上之負載提供電力之一ICCP系統。 根據本發明，提供一種用於與水接觸之一海洋結構之強制電流陰極保護(ICCP)的系統。該系統包括：一電源，其經配置以提供一供應電流以相對於該水產生該海洋結構之一電位用於該強制電流陰極保護；及一負載配置，其配置於該海洋結構上且與該水接觸。該負載配置包括：至少一電極，其經配置以自該負載配置延伸至該水中以經由該水轉移該供應電流；至少一電源節點；及至少一負載，其耦合於該電極與該電源節點之間且經配置以得到一負載電流。 該電源具有用於連接至該海洋結構之一第一極及用於連接至該電源節點之一第二極。該負載配置經配置以使用該供應電流來提供該負載電流。該負載配置可包括承載多個電極及互連負載之一載體片。 根據本發明，提供一種用於與水接觸之一海洋結構之強制電流陰極保護(ICCP)的方法， - 一電源配置於該海洋結構處， - 一負載配置配置於該海洋結構上且與該水接觸，該負載配置包括：至少一電極，其經配置以自該負載配置延伸至該水中以經由該水轉移一供應電流；至少一電源節點；及至少一負載，其耦合於該電極與該電源節點之間且經配置以得到一負載電流，該電源之一第一極連接至該海洋結構且一第二極連接至該電源節點。該方法包括：由該電源提供一供應電流以相對於該水產生該海洋結構之一電位用於該強制電流陰極保護；及在該負載配置中使用該供應電流來提供該負載電流。 根據本發明，提供一種用於安裝上文所界定之一系統之方法，該方法包括：將至少一負載配置附接至暴露於水之一海洋結構之一表面；將該電源之該第二極連接至該至少一電源節點；及將該電源之該第一極連接至該海洋結構以由該電源提供一供應電流以相對於該水產生該海洋結構之一電位用於該強制電流陰極保護且在該負載配置中使用該供應電流來提供該負載電流。 當系統安裝於與水接觸之一海洋結構上時，上述特徵具有以下效應。ICCP系統具有一電源及配置於該海洋結構之一表面上之一負載配置。該電源提供一供應電流以相對於該水產生該海洋結構之一電位用於該強制電流陰極保護。此外，該電源具有連接至該海洋結構之一第一極及用於經由一電流連接(例如一電源線或電纜)連接至該負載配置之一電源節點之一第二極。 該負載配置具有經配置以自該負載配置延伸至該水中之至少一電極。該負載配置具有耦合於該電極與該電源節點之間之至少一負載。耦合電路經配置以得到自該電源至該負載之一負載電流。該電極經配置以將該供應電流經由該水轉移至該海洋結構。 來自電源之該供應電流自該第一極傳導至該海洋結構，經由該水而至該電極。隨後，在該負載配置中，該供應電流自該電極經由耦合電路及該負載傳導至該電源節點。最後，該供應電流自該電源節點經由一電流連接傳導至該電源之該第二極。因此，形成一雙功能傳導電路，其將該負載耦合至該電源以提供一負載電流且亦提供該ICCP電位。接著，在該傳導電路中，自該電源之該第一極開始，該供應電流首先流動至該海洋結構。接著，該電流自浸入該水中之該海洋結構流入至該水中。此時，產生用於ICCP之電位。接著，該電流自該水流入至延伸至該水中之該電極中。接著，得到該負載電流且該負載電流自該電極流動至該負載且接著流動至該電源節點。最後，該電流自該電源節點流動至該電源之該第二極。 事實上，該負載配置經配置以使用該供應電流來提供該負載電流。對應地，該電源經配置以對該負載提供額外電力，例如除ICCP所需之電壓之外之一AC分量及/或一額外DC電壓。例如，該供應電流之部分可經由該負載傳導以形成該負載電流，而另一部分經由該耦合電路之其他元件傳導至該電極。 有利地，ICCP所需之電流經由該電流連接及該負載配置傳導向該電極。因此，該電極構成該ICCP系統之陽極，同時形成亦用於對該負載供電之該供應電流之一傳導電路。在該傳導電路中，該水構成至該電極之一導電介質。所提出之ICCP系統僅需要自該電源至該負載配置之一單一電流連接來對定位於該海洋結構上之電負載供電且亦提供ICCP所需之電流。再者，此一單一電流連接易於安裝且不會在安裝期間出現佈線錯誤。 在一實施例中，該負載配置具有與該水接觸之一前表面且該至少一電極係橫跨該前表面分佈之多個電極。有利地，藉由橫跨該表面分佈之各自電極處之相對較低電流來將該ICCP電流局部提供至該水，因此避免一單一陽極處之一集中高電流。 在一實施例中，該至少一負載係耦合至該至少一電極之多個負載，該等負載橫跨該負載配置分佈。有利地，提供分佈式負載以橫跨該負載配置(例如，橫跨由該負載配置覆蓋之一船之一表面)執行其各自功能。再者，當負載及對應電極橫跨該表面分佈時，形成一分佈式電極來產生該ICCP。 在一實施例中，該電源經配置以提供該供應電流，該供應電流具有用於產生該海洋結構之該電位之一DC分量及用於提供該負載電流之至少部分之一交流分量，該交流分量依避免對該至少一電極處之電化學反應之一淨貢獻之一高頻率交變。可相對於該海洋結構施加該DC分量，即，在該水與該海洋結構之金屬導電部件之間具有一DC電壓。事實上，該DC分量提供該ICCP所需之強制電流。該交流分量不促成ICCP且亦藉由依一足夠高頻率來避免對該至少一電極處之電化學反應之一淨貢獻。此外，該電源可經配置以提供具有20 kHz至200 kHz之範圍內且較佳為約100 kHz之一頻率之該交流分量。該電源節點至該電源之該電流耦合有利地實現適合於該負載之任何類型之AC及DC電流之轉移。視情況而定，可藉由調整該交流分量之脈衝之一脈寬來提供該DC分量。 此外或替代地，該DC分量可包括一DC偏移。有利地，ICCP與在受保護表面上操作之負載(諸如用於防污之UV光源)一起提供。再者，當負載及對應電極橫跨該表面分佈時，形成一分佈式電極來產生該ICCP。該電源至該負載配置之連接使該電源能夠經由新增至該供應電壓之該DC偏移產生該海洋結構之強制電流陰極保護。 視情況而定，該電源經配置以在一間隔中停用該DC分量及/或該交流分量且量測該海洋結構之該電位。此外，視情況而定，可在一ICCP間隔中供應ICCP所需之電流，同時可在另一間隔中供應該負載所需之電流，根據需要重複該等間隔以實質上獨立且間歇地具有負載及ICCP功能。可(例如)連續執行該電位之量測且平均化量測或在一或多個特定間隔中執行該電位之量測以減少該DC分量及/或該交流分量對量測之干擾。 在一實施例中，該負載配置包括一供應電路，其在該電極與該電源節點之間轉移該供應電流且經由該負載傳導該供應電流之至少部分以提供該負載電流。事實上，當一負載需要小於該ICCP電流之一電流時，該供應電路可將該ICCP電流之部分自該電源節點直接傳導至該電極。該供應電路視情況包括用於在該電極與該電源節點之間轉移該供應電流之部分之一齊納二極體。 在一實施例中，該負載配置包括承載多個該等電極及互連負載之至少一載體片。有利地，一片狀載體可易於安裝於一海洋結構之一表面上。該負載配置視情況包括多個載體片且各片具有用於連接相鄰片之間之電源節點之至少一連接器元件。有利地，經由該等連接器元件來方便地形成該電流連接。 在一實施例中，該負載包括一UV光源，其用於發射用於防止該負載配置及/或與該水接觸之該海洋結構之一表面受污著之防污光，該水係含有污著生物之污著液體。該負載配置可視情況包括一光學介質。在一實際實施例中，該負載配置可為呈一板或片形式之一光學介質，其中該前表面係用於發射防污光之一發射表面，同時該光學介質之前表面及後表面係實質上平坦的且實質上彼此平行延伸。在此實施例中，該光學介質非常適於應用為該海洋結構之一暴露表面之一保護層。該負載可為經調適以發射紫外光之一光源，諸如一UV LED。使用紫外光來防污之一般優點係：防止微生物黏著且扎根於要保持清潔之表面上。該光源可嵌入該光學介質中或可在相鄰於該光學介質之一位置處配置於該光學介質外。 當該光源經調適以發射紫外光時，使該光學介質包括諸如透射紫外光聚矽氧之一透射紫外光材料係有利的。一般而言，該光學介質包括經組態以允許該防污光之至少部分透過該光學介質分佈之材料的事實可被理解為諸如隱含：該光學介質包括實質上透射該防污光之材料。 使根據本發明之負載配置包括一單一光學介質及作為負載之複數個光源係切實可行的。該介質亦可包括用於將光反射至該發射表面之一或多個反射鏡。在此一情況中，該負載配置之該光學介質可具有任何適合形狀及大小，其中諸如LED之光源分佈於整個該光學介質上，且其中由該等光源之各者發射之光橫跨該光學介質之該發射表面最佳分佈。可通過與各自電極及電源節點之一系列並聯連接配置該等光源。 本發明可應用於各種情境中。例如，根據本發明之負載配置可應用於一海船之情境中。暴露於水之一海洋結構視情況具有包括上述負載配置之一表面，其中該負載配置附接至該暴露表面，例如，負載包括用於防止暴露表面在浸入含有污著生物之一污著液體中時受污著之UV光源。 將自實施例之以下詳細描述明白本發明之上述及其他態樣且參考實施例之以下詳細描述闡明本發明之上述及其他態樣。
本發明係關於一種用於防止與水(例如海水)接觸之金屬結構腐蝕之系統。當使兩種不同金屬(例如具有一青銅螺旋槳之一鐵船)彼此電接觸(例如，藉由不同鐵之螺旋槳軸承或錨)且使兩種金屬之部分或全部與(海)水接觸時，一材料(船體)會比另一材料(青銅螺旋槳)更容易溶解。再者，更易溶解金屬將在另一金屬開始溶解之前消失，通常稱為鏽爛。在(海)水中，鐵會緩慢且穩定地溶解。因此，若不進行足夠保護，則一鐵船會緩慢且穩定地溶解且最終甚至因船體穿孔而沉沒。 保護一鐵船之一方式係對其塗漆。然而，只要第一油漆貼片脫落，則鐵會在此點處即時開始溶解。更糟的是，甚至一新鮮塗漆會有孔且與船體接觸之螺旋槳及方向舵會頻繁掉漆或因使用中之孔蝕而使其漆層剝落。因此，防腐蝕係必要的。 為保護一船免受溶解，可應用不同保護方法。一熟知方法(被動陰極保護)需要將一甚至更易溶解金屬(諸如一鋅塊或鋁塊)螺接至海洋結構。方法歸因於將電子自鋅或鋁供予鐵製海洋結構而操作，且海洋結構藉此獲取一抑制腐蝕化學電位，即，只要存在鋅或鋁，則確保及維持海洋結構之保護。 用於獲取一抑制腐蝕化學電位之另一方法稱為強制電流陰極保護(ICCP)，其由一DC電源供應器供應所需電子。ICCP之目標係藉由在受保護金屬上產生一電位來停止腐蝕；所需電位係相對於一參考電位所量測之0.8 V至0.9 V。電子作為一DC電流自強制電流陽極發送向海洋結構。選擇不會在(海)水中溶解之陽極材料，例如鉑或塗鉑鈦。在被動系統中，電子之流動基本上係自控的。在ICCP中，必須控制電流之流動，例如，可暫時中斷電流以量測鐵是否已獲取抑制腐蝕電位。因為發送至鐵之諸多電子導致水分解，所以需要控制。否則，會形成氫氣，其繼而會溶解於鐵中以使其變脆。必須避免由一過高電位所致之所謂「過保護」。此外，當施加過小電流時，無法完全防止腐蝕。因而，基於量測該電位來控制來自電源之電流在ICCP系統中係熟知的。可在參考文件[1]及[2]中進一步找到關於ICCP系統之一般背景。 電與水之組合(尤其是離岸產業之惡劣環境)面臨一現實挑戰。水在一電流之影響下分解。就海水而言，其在DC電流下分解成氯氣及氫氣。在AC電流下，兩種氣體交替形成於各電極處。此等氣體會增強鋼船體之已天然發生之腐蝕且加速其他材料之降解。 所提出之系統達成ICCP保護及對新增於陽極與電源供應器之間之一串聯負載供電。儘管電力消耗因使用部分電力之負載而增加，但可在用或不用負載產生相同強制電流時獲得相同等級之腐蝕保護。由於基於量測電位來控制一DC電流，所以海洋結構獲取適合於ICCP之電位。使用供應電流之至少部分(例如一高頻處之一額外AC電流)來對負載供電以避免形成該等氣體，如下文將進一步闡明。 在下文中，將參考一應用案例來解釋本發明，其中負載配置用於對可安裝至一船體之暴露表面以對抗生物污著之UV光源(特定言之，LED)供電。然而，可根據本發明來對一海洋結構之表面上之任何其他負載(例如一聲納單元或其他感測器)供電。將在解釋本發明之各種實施例之細節之前討論此一應用案例中用於對抗生物污著之一般理念及已知方法。 暴露於水之表面之生物污著在其使用期限之至少一部分期間係一熟知現象，此在諸多領域中引發實質性問題。例如，在海運領域中，吾人已知船之船體上之生物污著會引起船之阻力猛增且因此增加船之燃料消耗。就此估計燃料消耗之高達40%增加可歸因於生物污著。 一般而言，生物污著係微生物、植物、海藻、小動物等等在表面上之累積。根據一些估計，包括超過4,000種生物之超過1,800個物種係造成生物污著之原因。因此，生物污著由各種生物引起且不僅涉及藤壺及海草附著至表面。生物污著被劃分成微生物污著(其包含生物膜形成及細菌黏著)及大型生物污著(其包含較大生物之附著)。歸因於判定防止生物沉積之不同化學及生物特性，生物亦被分類為硬或軟的。硬污著生物包含鈣質生物，諸如藤壺、硬殼苔蘚蟲、軟體動物、多毛動物及其他管蠕蟲及斑馬貽貝。軟污著生物包含非鈣質生物，諸如海草、水螅蟲、海藻及生物膜「黏質物」。此等生物一起形成一污著群集。 如上文所提及，生物污著造成實質性問題。僅舉除上述增大船之阻力之外之兩個其他負面結果：生物污著會引起機器停止運作及入水口阻塞。因此，防生物污著之課題(即，移除或防止生物污著之程序)已廣為人知。 用於防污之負載配置中之一光源可經選擇以特別發射C型紫外光(其亦稱為UVC光)且甚至更具體地發射具有大致在220 nm至300 nm之間之一波長之光。實際上，在約265 nm處達到峰值效率，且朝向更高及更低波長下降。在220 nm及300 nm處，效率下降至約10%。 吾人已發現，大多數污著生物在被暴露於一定劑量之紫外光時會被殺死，表現不活躍，或無法繁殖。表現為適合於實現防生物污著之一典型強度係每平方米10 mW。只要適合於一給定情形(尤其是一給定光強度)，則可連續或依一適合頻率施加光。一LED係可應用為負載配置之光源之一UVC燈類型。事實上，LED一般可包含於相對較小封裝中且比其他類型之光源消耗更少電力。此外，LED可很好嵌入於一材料板中。此外，LED可經製造以發射各種所要波長之(紫外)光，且可高度控制其操作參數(尤其是輸出功率)。LED可為一所謂之側射LED，且可配置於光學介質中以沿片之平面在各方向上發射防污光。 防污光可透過包括聚矽氧材料及/或UV級(熔凝)矽石之一光學介質分佈，且自該光學介質及一海洋結構之表面發射防污光。UV-C照射防止微生物及大型生物(最初)沉積於(例如)一船體上。生物膜之問題在於：隨著其厚度歸因於生物生長而隨時間增大，其表面變粗糙。因此，阻力增大以需要引擎消耗更多燃料來維持船之航行速度，且因此增加操作成本。生物污著之另一影響可為散熱管之冷卻能力下降或海水進口過濾器及管道之流量下降。因此，服務及維護成本增加。 對抗船體之生物污著之一可能解決方案可為使用(例如)具有(若干)嵌入式UV-C LED之UV-C透明材料之板來覆蓋外船體。此等板或一般任何負載配置(即，消耗電能來產生光之元件或配置)定位於吃水線下方。此主要係因為浸沒表面對生物污著敏感且因此是造成阻力增大之原因。因此，需要在吃水線下方朝向負載輸送電力。顯而易見，防污解決方案不應使ICCP系統失效。 各種負載(諸如一防生物污著系統之UV LED)需要電力。UV LED係需要一DC電流來操作之雙引線極性敏感光源。在習知方法中，有線導體可用於藉由電流接觸來提供供應電流。然而，傳統全有線方法需要複雜佈線及連接器方案來將電源與負載連接。現描述一單導線方法，其將海水用作浸入海水中之一電力傳輸器(例如連接至一電源之一極之金屬船體(之部分))之一共同導電介質。該單一導線由下文將描述之一導體配置提供，該導體配置與該導電介質隔離。 圖1展示一ICCP系統之一實例。系統具有一電源1及一負載配置100。電源經配置以提供一供應電流以相對於水10產生一海洋結構50之一電位用於強制電流陰極保護。負載配置100配置於海洋結構上且與水10接觸。負載配置具有自負載配置延伸至水中之一電極130、一電源節點120及一負載20。負載耦合於電極130與電源節點120之間且經配置以自電源得到一負載電流。 電源具有連接至海洋結構之一第一極1b及用於經由一導體配置110 (例如一電源線)連接至電源節點之一第二極1a。在各種實施例中，來自電源之供應電流自第一極傳導至海洋結構且自結構之表面經由水傳導至電極。隨後，在負載配置中，供應電流自電極經由耦合電路及負載傳導至電源節點。最後，供應電流自電源節點經由一電流連接傳導至電源之第二極。電流連接可由任何隔離導體(例如一電源線、一接線板、一電纜或任何其他導體配置)構成。在圖1之實例中，負載至電極及電源節點之耦合經展示為直接有線連接2a、2c。負載配置中之耦合經配置以使用供應電流來提供負載電流。稍後將設想及討論各種其他耦合電路。電源經配置以提供用於產生ICCP之強制電流之一供應電壓及用於對負載供電之一負載電流。例如，供應電壓可具有用於產生強制電流之一DC偏移及用於對負載供電之一AC分量，如下文將參考圖4討論。實際上，電源可具有用於產生AC及/或DC分量之分離單元(例如與一AC電源分離以提供一DC分量之一整流器)，且可進一步具有用於控制總功率及/或量測之電子元件。 在實例中，負載係一光源20，其用於防止暴露於構成一導電介質之水10 (例如含有污著生物之海水)之一海洋結構50之一表面30受污著。負載配置100可包括由虛線指示之一載體4。一導體配置110經展示成將電源節點120連接至電源之第二極1a。載體可具有面向水之一前表面102及至少部分覆蓋海洋結構之一表面30之一後表面101。負載20經展示為嵌入載體中且耦合於電源節點120與電極130之間以自電源1接收供應電流。電極130定位於前表面101處且經由一導體2c連接至負載。前電極130延伸至形成一導電介質之水10中。電源節點120定位於後表面處且經由一導體2a連接至負載。 導體配置110經由一供電線1a連接至電源1之一極。例如，導體配置可具有橫跨海洋結構之表面分佈且連接至電源供應器之金屬條、一光柵或一網格或另一形式之隔離導體。電源之另一極耦合至具有浸入液體中之導電部件(例如金屬船體(之部分))之海洋結構本身。 載體可包括一光學介質且塑形為片形式。光學介質之前表面可構成一發射表面且可實質上相對於載體之後表面呈平坦狀，表面實質上彼此平行延伸。圖式圖解地展示以下各者之一截面圖：一光學介質之一部分、構成嵌入光學介質中之負載之一LED及可存在於光學介質之後表面附近之一反射鏡40。由箭頭圖解指示光束之可能路徑。光源可經調適以發射紫外光，例如上述段落中所闡明之一UV-C LED。光學介質允許光之至少部分透過光學介質分佈，如由自光源發出、在光學介質之層中傳播及內部反射之箭頭所展示。實例中展示及解釋一個光源。實際上，負載配置可包括一單一光學介質及複數個光源及複數個對應相關聯反射鏡。各反射鏡可電耦合至一或多個光源。 反射鏡可構成電源節點，其係導電的且藉由引線2a電耦合至負載。例如，反射鏡係一反射導電金屬之一薄金屬層。反射鏡之至少部分可為一散射層。 實際上，負載配置可具有多個負載，例如多個光源及相關聯電極之一圖案。多個反射鏡可覆蓋一延伸區域，同時實質上提供來自發射表面之均質光發射。在此配置中，電極可由多個負載共用。 圖2展示亦對一負載供電之一ICCP系統之一第二實施例。系統具有一電源201及一負載配置200。電源可包含一AC波形產生器且經配置以提供一供應電流以相對於水10產生一海洋結構50之一電位用於強制電流陰極保護。例如，海洋結構可包含一船之外殼、一螺旋槳、一方向舵、一錨等等。負載配置200配置於海洋結構上且與水10接觸。負載配置具有一電源節點220、一負載225及至少一電極230 (例如，由Pt製成)。電極構成自負載配置延伸至水中之陽極。一共同(海)水傳導路徑形成於電極與海洋結構50之間。負載耦合於電極230與電源節點220之間且經配置以自電源經由一整流器電路235 (在實例中係一格里茨(Graetz)型橋接整流器)得到一負載電流。 電源具有連接至海洋結構50之一第一極202及用於經由一導體配置210 (例如經由連接器元件連接至負載配置中之電源節點之隔離金屬條之一接線板配置)連接至電源節點之一第二極203。實際上，導體配置可能需要穿過海洋結構之外部，例如，經由亦稱為堰艙之一船體饋通。 來自電源之供應電流自第一極傳導至海洋結構且自結構之表面經由水傳導至電極230。隨後，在負載配置中，供應電流自電極經由整流器電路及負載傳導至電源節點220。最後，供應電流自電源節點經由導體配置傳導至電源之第二極203。 圖2中之實例展示安裝或黏著於一船之外殼處之兩個LED條或區段，其可經塗漆或可部分不受保護。各組LED或條具有形成一共同海水回路及一共同電源供應節點之至少一海水接觸陽極。海水提供至海洋結構50之無保護金屬區域(例如一船體之部分、一螺旋槳或一方向舵或海洋結構之浸入海水金屬區域中之其他(例如艏側推力器管道))之一共同導電路徑。事實上，電流如何自傳輸器朝向船體、刻線、錨、螺旋槳及其他短路回流係不重要的。元件可嵌入一載體(例如聚矽氧封閉體)中。更多海水陽極及橫跨一較大表面之分佈提供一更均勻腐蝕保護及一更低船電子異常特徵。 在圖2中，負載配置中之耦合經配置以按照如下操作使用供應電流來提供負載電流。整流供應電流之任何DC或AC分量且接著將其傳導至負載(在實例中為一LED)。DC分量提供用於ICCP保護之電流且可經控制以產生ICCP所需之約0.8伏特至0.9伏特DC之一電位(相對於一參考電極)。為量測船體電位，需要基於一參考來量測該電位。此電極係所謂之參考電極。參考電極之電位由化學組成及不同化學物之各種反應固定且存在電極材料。由於海水係咸的，含有氯，且具有非常恆定組成，所以銀/銀-氯參考電極係最適合的。關於進一步細節，請參閱https://www.corrosionpedia.com/an-overview-of-cathodic-protection-potential-measurement/2/2494.1。 AC分量經整流且因此提供負載電流。在實例中，總負載電流係DC分量及經整流AC分量之總和。為避免對電化學反應之一淨貢獻，可使用20 kHz至200 kHz之一相對較高頻率處之AC來操作負載配置。下限取決於水電解形成氣體之速度，因此實際上為至少20 kHz以上且較佳為約100 kHz。 關於干擾，可基於受保護之船或結構之長度來判定上限。為防止無線電傳輸，發電機信號之波長應小於船之長度之約1/10。例如，100 kHz轉化為空氣中3000 m之波長。負載配置可嵌入具有約2之介電常數之聚矽氧中。因此，事實上，波長適合於高達150 m長度之一船。一艉部及一艏側堰艙可跨越300米。若船係75 m長，則可使用200 kHz。由於發電機成本會隨功率位準及頻率增加，所以優先部署較低頻率，例如100 kHz。此外，可選擇不留作廣播或其他傳輸目的之頻率，即，可自由使用之頻率。 事實上，電化學反應亦發生於高頻處，但當頻率足夠高且波形係對稱時，歸因於高頻而不存在對發生於電極處之電化學反應之淨貢獻；淨貢獻意謂一剩餘化學效應。當引入任何不對稱(例如由一DC偏壓或不對稱波形所致之一淨DC偏移)時，淨電化學反應發生於兩個電極處。因此，電化學反應本身不意謂存在氣體形成或沈積。針對DC，存在一剩餘效應；一電極可展示氣體形成，而另一電極可展示固體沈積。在鹽海之一海洋環境中，沈積物可為鈣質的。此沈積物因高頻AC而不會形成，但其可因ICCP之DC分量而形成。例如，可在描述與電化學反應相關之頻率及脈衝形狀之文件[3]中找到避免對電化學反應之一淨貢獻之進一步描述。 事實上，經由AC分量驅動LED能夠獨立控制ICCP及LED。例如，當LED之波形係對稱時，不存在對ICCP之淨電流貢獻，且可對ICCP提供一單獨DC偏移電流。替代地，當使用非對稱AC波形來驅動LED時，可省略一單獨DC偏移。 在一實施例中，負載所需之電流可約等於或小於ICCP所需之電流。此外，負載配置可用於在電極與電源節點之間轉移任何過量供應電力之一供應電路。過量電力意指負載不需要之供應電流之一部分，而供應電流之一有用部分則經由負載傳導以提供負載電流。因此，供應電路具有過電流保護功能。例如，供應電路可具有在電極與電源節點之間直接轉移供應電流之一實質部分之一可控旁通電路，例如一受控FET半導體開關。在圖中，供應電路由一保護二極體250形成，若負載兩端之電壓超過一預定最大值，則保護二極體250傳導部分供應電流。特定言之，供應電路可包括用於在電極與電源節點之間轉移部分供應電流之一齊納二極體。此外，若LED失效，則ICCP保護仍可由提供一旁路之供應電路維持。實際上，此失效安全功能可為一重要特徵。 在一實際實施例中，亦可應用上述供應電路，但正常操作ICCP電流小於負載電流。例如，當一船之塗層實質上受損時，ICCP電流需求會猛增。ICCP控制單元現其實可增大ICCP電流，此係因為供應電路將充當負載之一過電流保護。 諸多類型之負載所需之電流可實質上大於ICCP之電流。可經由該AC分量提供此負載電流，同時負載能夠直接或藉由新增一整流器來使用AC電流。電源可藉由一脈衝序列(例如正負脈衝序列)來產生AC分量。一DC分量可由一DC偏移及一對稱AC波或脈衝序列產生。此外，可藉由脈衝調變(例如高度、寬度、時間控制、週期或其等之任何組合)來達成一DC分量。 在一實施例中，ICCP之DC分量由供應電壓之正負脈衝之一不對稱性提供。藉由調變各自脈衝之脈寬及/或脈形來達成不對稱性。因此，海洋結構經充電及放電以具有歸因於不對稱性之一淨所得電荷。 在另一實施例中，電源經配置以在一間隔中停用DC分量及/或交流分量且量測海洋結構之電位。可僅在船體本身提供電位時進行一船體電位之量測。可將船視為必須一直充電至一所要電位之一浮充電池。若電位低於目標值，則可增大DC分量，且反之亦然。 在另一實施例中，可在一ICCP間隔中供應ICCP所需之電流，同時在一負載間隔中供應負載所需之電流。可根據需要重複ICCP及負載間隔以實質上獨立且間歇地控制負載功能及ICCP功能兩者。例如，在短間隔中暫時切斷UV光源不會妨礙防污。 在另一實施例中，可在固定時點依此一序列插入量測間隔以偵測DC分量是否改變。此外，可在特定間隔期間執行量測以減少DC分量及/或交流分量對量測之干擾。應注意，DC分量可由基於此等量測(例如，在該等固定時點)來間歇地調整之一實質上恆定DC電流分量構成。實際上，大型海洋結構在某種程度上表現得像在充電及放電(其係一相對緩慢現象)之一大型電池。替代地，可連續執行電位之量測，(例如)同時平均化量測。 載體可視情況塑形為一塊且包括多個負載。負載可具有互連電源節點。就多個載體(例如一防污層之一拼接)而言，導體配置可具有用於塊間連接之其他導線。為此，在塊層下方，一導體配置可具有一導線網、魚刺或類似圖案之一單獨層，其局部電流耦合至除此導體層之外之防污塊之電源節點。 替代地，塊下方之一層中之局部互連貼片之一格柵可用於與塊中之互補部分連接。例如，負載配置可具有用於使相鄰塊互連之對應於塊之邊緣之連接器元件。載體可具有邊緣上之連接器元件，同時導體配置具有對應於邊緣之位置上之互補連接器元件。 圖3展示具有一電流前電極之一負載配置之一第三實例。在實例中，負載係耦合於電極與展示為黑點之電源節點之間之用於發射防污光之一組反平行UV-C LED 325。負載配置包括由虛線指示之一載體300及展示為耦合至一連接器320之一導體之一導體配置310。在一實際實施例中，導體配置可具有配置成橫跨海洋結構之表面分佈之一圖案之金屬導體，其用於耦合至一或多個載體之多個連接器元件。連接器元件可定位於負載配置之背面及/或邊緣處。導體配置可具有一多引線電纜，其經組態以將引線連接至電源之一極且用於使引線分離及橫跨海洋結構之表面分佈以耦合至多個連接器元件。替代地，導體配置可具有一導線網，其經結構化以耦合至多個載體中之多個連接器元件且使導線網橫跨海洋結構之表面分佈。連接器元件可經配置以電流耦合至金屬導體。 負載配置可類似於圖2中所展示之實例且具有由延伸至液體10中之導線電極(例如，由Pt/Ti製成)構成之電極330。依此方式，電極構成經由海水而至一電源301之一導電連接。 在可安裝於海洋結構上之ICCP系統中組合對負載供電。可使用來自電源301或一單獨ICCP電源之DC電流來對ICCP獨立供電。為避免過電流情形及電化學反應，可使用一相對較高頻率處之AC來操作負載配置，而使用DC來操作ICCP相關部分。因此，可獨立控制負載配置及ICCP，同時仍使用相同有線基礎架構，其降低成本。為了對LED供電所選擇之高頻避免因至LED AC電流而發生電化學反應。另一方面，ICCP系統僅需要可流經LED之低電流。因此，ICCP電流不會顯著影響用於防污之UVC LED輸出。有益地，ICCP結構可具有由延伸至海水中之傳輸器(電極330)構成之一組分佈式陽極，此提高腐蝕保護之可靠性。此外，不是少數離散陽極傳導高度集中ICCP電流，而是傳導低ICCP電流之該多個陽極橫跨船體分佈，藉此減少一船之電磁異常特徵。 為了用電安全及在受損時繼續操作，可使導體配置中之共同供應佈線冗餘、良好隔離及熔融。若供應導線損壞，則可產生朝向海水且因此至方向舵及/或螺旋槳(軸)或直接至船體之一或多個無限流短路。接著，可停用冗餘及/或熔融供應線，例如，與導體配置之供應線斷接。例如，具有多個負載之載體亦可具有經由後電極而至導體配置之不同部件之多個連接。當停用此等部件之若干者時，仍可經由導體配置之其他部件或經由一或多個環通連接對其他載體提供電力。環通可提供用於在一些塊內或朝向一些塊之一些連接中斷時維持至其他大多數塊之電連接之一方法。類似冗餘發生於支撐層中之一網線之部分中斷時。然而，一損壞亦可導致一主電源引線與海水或船體之間的一直接電連接。針對此情形提出一限流或熔融方法。 圖4展示一電源之輸出電壓。在示意圖400中，在沿Y軸之垂直方向上展示供應電壓，且沿X軸水平展示時間。輸出電壓可由圖1、圖2或圖3之電源1、201、301產生。圖4將一AC分量410展示為一對稱正弦波且將一DC分量420展示為一恆定電壓DC偏移以產生ICCP。正弦波之頻率可為約100 kHz。 熟習技術者將明白，本發明不受限於上文中所討論之實例，而是可對其進行若干修正及修改。儘管已在圖式及描述中詳細繪示及描述本發明，但此等繪示及描述應被視為僅具繪示性或例示性，而非限制性。本發明不受限於所揭示之實施例。圖式係示意性的(其中已省略不是理解本發明所需之細節)且未必按比例繪製。 熟習技術者可在實踐本發明時自研究圖式、[實施方式]及隨附申請專利範圍理解及實現揭示實施例之變動。在申請專利範圍中，用語「包括」不排除其他步驟或元件，且不定冠詞「一」不排除複數個。熟習技術者應將本發明中所使用之術語「包括」理解為涵蓋術語「由...組成」。因此，術語「包括」可在一實施例中意謂「由...組成」，但可在另一實施例中意謂「至少含有/包含界定種類且視情況含有/包含一或多個其他種類」。申請專利範圍中之任何元件符號不應被解釋為限制本發明之範疇。 除非另外明確說明，否則針對或相對於一特定實施例所討論之元件及態樣可與其他實施例之元件及態樣適當組合。因此，在互相不同之獨立請求項中敘述某些措施之純粹事實並非指示不可有利地使用此等措施之一組合。 最後，使用上述系統係可預見的，特定言之，使用安裝至一海洋結構之一暴露表面之負載配置以防止暴露表面在浸入含有污著生物之一污著液體中時受污著。因此，根據本發明之負載配置可應用於一船體上。暴露表面之其他實例包含箱式冷卻器之外表面、海底離岸設備之表面、水箱(如船之壓載艙)之內壁及海水淡化裝置中之過濾系統之過濾表面。 總言之，一種ICCP系統提供一海洋結構之強制電流陰極保護且對配置於該海洋結構上且與水接觸之一負載配置中之一負載供電。電源提供一供應電流以產生該海洋結構之一電位。該負載配置具有經配置以自該負載配置延伸至該水中以經由該水轉移該供應電流之一電極。該負載耦合於該電極與一電源節點之間。該電源連接至該海洋結構及該電源節點。該負載配置經配置以使用該供應電流來對該負載提供電力。此外，該供應電壓可具有一高頻處之一AC分量。該負載可為用於發射防污光之一UV-C LED。 參考文件： [1] David Moran，Corrintec有限公司之「The 10 most frequently asked questions about corrosion」(在關於豪華遊艇之建造、管理及操作之國際研討會上公開之論文；Project 2002 – Amsterdam – Holland 2002) [2] Barry Torrance, Aish Technologies有限公司，Poole UK之「Low Signature Impressed Current Cathodic Protection - New Developments - Future Concepts」(在「Underwater Defence Technology Europe」(Amsterdam，2005年6月)及「Recent Advances in Cathodic Protection」(Manchester大學，2006年2月)公開之論文) [3] Vitaly B Svetovoy、Remco G P Sanders及Miko C Elwenspoek之「Transient nanobubbles in short-time electrolysis」；Journal of Physics: Condensed Matter 25 (2013年4月18日)
1‧‧‧電源
1a‧‧‧第二極/供應線
1b‧‧‧第一極
2a‧‧‧直接有線連接/導體/引線
2c‧‧‧直接有線連接/導體
4‧‧‧載體/載體片
10‧‧‧水/液體
20‧‧‧負載/光源
30‧‧‧表面
40‧‧‧反射鏡
50‧‧‧海洋結構
100‧‧‧負載配置
101‧‧‧後表面
102‧‧‧前表面
110‧‧‧導體配置
120‧‧‧電源節點
130‧‧‧電極
200‧‧‧負載配置
201‧‧‧電源
202‧‧‧第一極
203‧‧‧第二極
210‧‧‧導體配置
220‧‧‧電源節點
225‧‧‧負載
230‧‧‧電極
235‧‧‧整流器電路
250‧‧‧保護二極體/供應電路
300‧‧‧載體/負載配置
301‧‧‧電源
310‧‧‧導體配置
320‧‧‧連接器/連接器元件/電源節點
325‧‧‧反平行UV-C LED組
330‧‧‧電極
400‧‧‧示意圖
410‧‧‧AC分量
420‧‧‧DC分量
將自依舉例方式描述於以下描述中及參考附圖所描述之實施例明白本發明之此等及其他態樣且參考該等實施例來進一步闡明本發明之此等及其他態樣，其中： 圖1展示一負載電路之一實例； 圖2展示具有一電容前電極之一負載配置之一第二實例；及 圖3展示具有一電流前電極之一負載配置之一第三實例。 圖4展示一電源之輸出電壓。 圖式僅為圖解且未按比例繪製。在圖中，對應於已描述元件之元件可具有相同元件符號。

Claims (15)

  1. 一種用於與水(10)接觸之一海洋結構(50)之強制電流陰極保護(ICCP)的系統，該系統包括： 一電源(1、201、301)，其經配置以提供一供應電流以相對於該水產生該海洋結構之一電位用於該強制電流陰極保護；及 一負載配置(100)，其配置於該海洋結構(50)上且與該水(10)接觸，該負載配置包括 至少一電極(130)，其經配置以自該負載配置延伸至該水中以經由該水轉移該供應電流， 至少一電源節點(120)，及 至少一負載(20)，其耦合於該電極與該電源節點之間且經配置以得到一負載電流， 該電源具有用於連接至該海洋結構之一第一極(1b)及用於連接至該電源節點之一第二極(1a)； 其中該負載配置經配置以使用該供應電流來提供該負載電流。
  2. 如請求項1之系統，其中該負載配置(100)具有與該水接觸之一前表面(102)，且該至少一電極係橫跨該前表面分佈之多個電極。
  3. 如請求項1或2之系統，其中該至少一負載(20)係耦合至該至少一電極之多個負載，該等負載橫跨該負載配置分佈。
  4. 如前述請求項中任一項之系統，其中該電源(1、201、301)經配置以提供具有以下各者之該供應電流： 一DC分量(420)，其用於產生該海洋結構之該電位；及 一交流分量(410)，其用於提供該負載電流之至少部分，該交流分量依避免對該至少一電極處之電化學反應之一淨貢獻之一高頻來交變。
  5. 如請求項4之系統，其中該DC分量包括一DC偏移及/或藉由調整該交流分量之脈衝之一脈寬來提供該DC分量。
  6. 如請求項4至5中任一項之系統，其中該電源經配置以提供具有20 kHz至200 kHz之範圍內且較佳為約100 kHz之一頻率之該交流分量。
  7. 如請求項4至6中任一項之系統，其中該電源經配置以在一間隔中停用該DC分量及/或該交流分量以能夠量測該海洋結構之該電位。
  8. 如前述請求項中任一項之系統，其中該負載配置包括一供應電路(250)，該供應電路使該供應電流轉移於該電極與該電源節點之間且傳導該供應電流之至少部分通過該負載以提供該負載電流。
  9. 如請求項8之系統，其中該供應電路(250)包括用於在該電極與該電源節點之間轉移該供應電流之部分之一齊納二極體。
  10. 如前述請求項中任一項之系統，其中該負載包括一UV光源，該UV光源用於發射防止與該水接觸之該負載配置及/或該海洋結構之一表面受污著之防污光，該水係含有污著生物之一污著液體。
  11. 一種用於與水(10)接觸之一海洋結構(50)之強制電流陰極保護(ICCP)之一系統中之負載配置，該系統進一步包括： 一電源(1、201、301)，其經配置以提供一供應電流以相對於該水產生該海洋結構之一電位用於該強制電流陰極保護，該電源具有用於連接至該海洋結構之一第一極(1b)及用於連接至該負載配置之一電源節點之一第二極(1a)，該負載配置配置於該海洋結構(50)上且與該水(10)接觸； 其中該負載配置包括 至少一電極(130)，其經配置以自該負載配置延伸至該水中以經由該水轉移該供應電流， 至少一電源節點(120)，及 至少一負載(20)，其耦合於該電極與該電源節點之間且經配置以得到一負載電流，其中該負載配置經配置以使用該供應電流來提供該負載電流且該負載配置(100、200、300)包括承載多個電極及互連負載之一載體片(4)。
  12. 如請求項11之負載配置，其中該負載配置包括多個載體片且各片具有用於連接相鄰片之該等電源節點之至少一連接器元件(320)。
  13. 一種海洋結構(50)，其具有暴露於水之一表面(30)，該海洋結構包括如請求項1至10中任一項之系統，其中 該負載配置(100、200、300)配置於該海洋結構之該表面上； 該電源(1、201、301)之該第一極連接至該海洋結構以將該供應電流自該電源轉移至該負載配置以相對於該水產生該海洋結構之該電位用於該強制電流陰極保護，及 該電源之該第二極電流連接至該至少一電源節點(120、220、320)。
  14. 一種用於與水(10)接觸之一海洋結構(50)之強制電流陰極保護(ICCP)之方法， 一電源(1、201、301)配置於該海洋結構處， 一負載配置(100、200、300)配置於該海洋結構(50)上且與該水(10)接觸，該負載配置包括 至少一電極(130、230、330)，其經配置以自該負載配置延伸至該水中以經由該水轉移一供應電流， 至少一電源節點(120、220、320)，及 至少一負載(20)，其耦合於該電極與該電源節點之間且經配置以得到一負載電流， 該電源之一第一極連接至該海洋結構且一第二極連接至該電源節點； 該方法包括： 由該電源提供一供應電流以相對於該水產生該海洋結構之一電位用於該強制電流陰極保護；及 在該負載配置中使用該供應電流來提供該負載電流。
  15. 一種安裝如請求項1至10中任一項之系統之方法，該方法包括： 將至少一負載配置(100、200、300)附接至暴露於水(10)之一海洋結構(50)之一表面； 將該電源之該第二極連接至該至少一電源節點(120、220、320)；及 將該電源之該第一極連接至該海洋結構以由該電源提供一供應電流以相對於該水產生該海洋結構之一電位用於該強制電流陰極保護且在該負載配置中使用該供應電流來提供該負載電流。
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