СВЕТОВОДЫ С ПОКРЫТИЕМ, ПОДЛЕЖАЩИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЮ В ВОДЕ
COATED LIGHT GUIDES FOR USE IN WATER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к световодному элементу. Настоящее изобретение дополнительно относится к системе противодействия биообрастанию, содержащей такой световодный элемент. Настоящее изобретение также относится к объекту, который во время использования может быть по меньшей мере частично погружен в воду, в частности к судну или объекту инфраструктуры, который включает в себя такую систему противодействия биообрастанию. Дополнительно, настоящее изобретение относится к способу обеспечения такой системы противодействия биообрастанию для объекта, в частности судна или объекта инфраструктуры. Еще дополнительно настоящее изобретение также обеспечивает способ предотвращения и/или уменьшения биообрастания на внешней поверхности объекта.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОМУ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Способы противодействия биообрастанию известны в данной области техники. Документ US 2013/0048877, например, описывает систему для противодействия биообрастанию защищаемой поверхности, содержащую источник ультрафиолетового (УФ) света, выполненный с возможностью генерировать УФ свет, и оптическую среду, расположенную вблизи защищаемой поверхности и выполненную с возможностью принимать УФ свет, причем оптическая среда имеет направление толщины, перпендикулярное защищаемой поверхности, причем два ортогональных направления оптической среды, ортогональные направлению толщины, являются параллельными защищаемой поверхности, причем оптическая среда выполнена с возможностью обеспечивать траекторию распространения УФ света таким образом, чтобы УФ свет распространялся внутри оптической среды по меньшей мере в одном из двух ортогональных направлений, ортогональных направлению толщины, и таким образом, чтобы в точках вдоль поверхности оптической среды соответствующие части УФ света выходили из оптической среды.
Документ US 2013/048877 A1 описывает систему, включающую в себя источник УФ света и оптическую среду, выполненную с возможностью принимать УФ свет от источника УФ света. Оптическая среда выполнена с возможностью излучать УФ свет вблизи поверхности, подлежащей защите от биообрастания.
Документ US 2004/022050 A1 описывает, что показателем преломления световода для пропускания света, выходящего из исходного источника света, является ng, и световод имеет торцевую поверхность входа света, поверхность выхода света, из которой пропускаемый свет выходит, и заднюю поверхность, противоположную поверхности выхода света. Модулятор рассеивающихся лучей обеспечен либо для поверхности выхода света, либо для задней поверхности. Модулятор рассеивающихся лучей имеет составной слой, обеспеченный на поверхности выхода света или задней поверхности и составленный из областей с первым показателем преломления, имеющих показатель n1 преломления (ng>n1), и областей со вторым показателем преломления, имеющих показатель n2 преломления (n2>n1), и слой с третьим показателем преломления, обеспеченный на составном слое и имеющий показатель n3 преломления (n3>n1). Отражающая пластина обеспечена смежно с задней поверхностью световода.
Документ WO 2012/125271 A1 (D3) описывает способы и композиции для образования пористых покрытий с малым показателем преломления на подложках. В одном варианте осуществления, обеспечен способ образования пористого покрытия на подложке. Упомянутый способ содержит этап нанесения покрытия на подложку с использованием золь-гель композиции, содержащей по меньшей мере один самособирающийся молекулярный порообразователь, и этап отжига покрытой подложки для удаления упомянутого по меньшей мере одного самособирающегося молекулярного порообразователя для образования пористого покрытия. Использование самособирающихся молекулярных порообразователей приводит к образованию стабильных пор с большим объемом и большим уменьшением показателя преломления покрытия. Дополнительно, размером и взаимосвязанностью пор можно управлять посредством выбора структуры самособирающихся молекулярных порообразователей, общей доли порообразователя, полярности молекулы и растворителя, и других физико-химических свойств гелевой фазы.
Документ WO 2014/188347 A1 описывает способ противодействия биообрастанию поверхности, когда упомянутая поверхность по меньшей мере частично погружена в жидкую среду, содержащий: этап обеспечения противодействующего биообрастанию света; этап распространения по меньшей мере части света через оптическую среду, содержащую силикон и/или плавленый кварц УФ-класса; этап излучения противодействующего биообрастанию света из оптической среды и из упомянутой поверхности.
2
4
Документ US 6418257 B1 описывает жидкий световод для пропускания УФС излучения, образованный из концентрически расположенной внутри оболочки тефлоновой световодной трубки, имеющей внутреннее полностью отражающее покрытие из слоя фторполимера, причем между оболочкой и световодной трубкой расположена вода или другой водный раствор. Световодная трубка содержит водный раствор NaHPO. Также раскрыт способ изготовления такого устройства.
Документ US 2014/0196745 описывает источник УФ света и оптическую среду, выполненную с возможностью принимать УФ свет от источника УФ света. Оптическая среда выполнена с возможностью излучать УФ свет вблизи поверхности, с которой должно быть удалено биообрастание, после образования биообрастания на защищаемой поверхности. В одном варианте осуществления, система включает в себя защищаемую поверхность, имеющую множество слоев, в том числе оптическую среду, имеющую оптическое покрытие (или слой), присоединенную вблизи поверхности конструкции, например, корпуса судна. Оптическое покрытие выполнено с возможностью обеспечивать путь распространения УФ света в одном или нескольких направлениях, параллельных поверхности (а также излучение перпендикулярно поверхности) оптического покрытия. Система может также включать в себя отражающее покрытие (или слой), находящееся под оптическим покрытием, и покрытие (или слой), находящее поверх оптического покрытия, которое является прозрачным или по существу прозрачным для УФ света. УФ свет, показанный стрелкой, может распространяться в оптическом покрытии в любом направлении. В некоторых вариантах осуществления, оптический слой состоит, но не ограничен этим, из уретанакрилата, например, Permacol 387/10 (показатель преломления равен 1,48) или Dymax OP-4-20632 (показатель преломления равен 1,554). В других вариантах осуществления, оптический слой состоит, но не ограничен этим, из аморфного политетрафторэтилена (PTFE или Teflon™), гексафторпропилена и винилиденфторида (Hexafluoropropylene and Vinylidene fluoride - THV), полиэфирэфиркетона (PEEK), фторированного этилен-пропилена (FEP), этилен-тетрафторэтилена (ETFE), или полиметилпентена (PMP).
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Биообрастание или биологическое обрастание (также указанное здесь как «обрастание») является накоплением микроорганизмов, растений, водорослей, и/или животных на поверхностях. Множество создающих биообрастание организмов является очень разнообразным и выходит далеко за пределы прикрепления ракушек и водорослей. По некоторым оценкам, свыше 1700 видов, содержащих свыше 4000 организмов, являются ответственными за биообрастание. Биообрастание подразделяется на микрообрастание, которое включает в себя образование биопленок и бактериальное прилипание, и макрообрастание, которое является прикреплением больших организмов. В зависимости от различных химических и биологических свойств, которые определяют то, чем предотвращается осаждение организмов, эти организмы также классифицируются как организмы твердого или мягкого типов обрастания. Известковые организмы (твердого) обрастания включают в себя ракушки, образующие корку мшанки, моллюски, полихеты и другие трубчатые черви, и полосатые мидии. Примерами не-известковых организмов (мягкого) обрастания являются морские водоросли, гидроидные полипы, водоросли и биопленочная «слизь». Вместе, эти организмы образуют сообщество обрастания.
При некоторых обстоятельствах, биообрастание создает значительные проблемы. Оборудование прекращает работать, водозаборники засоряются, и корпуса судов страдают от возросшего сопротивления. Таким образом, задача противодействия биообрастанию, т.е. процесс устранения или предотвращения обрастания, является хорошо известной. В производственных процессах, для управления биообрастанием могут быть использованы био-диспергаторы. В менее управляемых средах, организмы умерщвляют или отгоняют покрытиями с использованием биоцидов, тепловыми обработками или импульсами энергии. Нетоксичные механические стратегии, которые предотвращают прикрепление организмов, включают в себя выбор материала или покрытия со скользкой поверхностью, или создание наноразмерных топологий поверхностей, подобных коже акул и дельфинов, которые предоставляют только плохие точки закрепления. Биообрастание на корпусах судов обусловливает сильное увеличение сопротивления и, таким образом, увеличенный расход топлива. Оценено, что увеличение расхода топлива вплоть до 40% может быть отнесено на счет биообрастания. Поскольку большие нефтеналивные танкеры или контейнеровозы могут расходовать вплоть до 200000 Евро в день на топливо, значительная экономия возможна в случае эффективного способа противодействия биообрастанию.
2
Неожиданно оказалось, что можно эффективно использовать УФ-излучение, по существу, для предотвращения биообрастания на поверхностях, которые находятся в контакте с морской водой или водой в озерах, реках, каналах, и т.д. В связи с этим, был представлен подход на основе оптических способов, конкретно, с использованием ультрафиолетового (УФ) света или излучения. Оказалось, что большинство микроорганизмов погибают, становятся неактивными или неспособными к размножению при достаточном УФ свете. Этот эффект в основном регулируется общей дозой УФ света. Типичная доза для умерщвления 90% представителей некоторого микроорганизма составляет 10 мВт/ч/м.
В прошлом были предложены осветительные модули для противодействия биообрастанию защищаемой поверхности, содержащие по меньшей мере один источник света для генерирования противодействующего биообрастанию света, оптическую среду для распространения по меньшей мере части противодействующего биообрастанию света через оптическую среду, причем оптическая среда содержит поверхность излучения для излучения распространяемого противодействующего биообрастанию света в направлении от защищаемой поверхности, когда осветительный модуль расположен в, на и/или вблизи защищаемой поверхности, и причем поверхность излучения является по существу плоской поверхностью. В частности, оптическая среда содержит силикон, в частности, силикон, выбираемый из группы, содержащей метилсиликоны, и/или материал на основе диоксида кремния УФ-класса. Общей проблемой в случае световодов является то, что слишком много света может выходить из некоторых частей, и слишком мало света может выходить из других частей, что может привести к неоптимальному распределению выходящего света. Например, в зависимости от положения на поверхности, свет должен либо уходить, либо, например, вблизи светодиода (LED), свет должен удерживаться в слое (силикона), который функционирует в качестве световода. Последнее может быть осуществлено несколькими способами. Например, может быть использовано коллимирование, посредством применения малых отражателей или линз вблизи светодиодов. Однако это может включать в себя дополнительные оптический элементы, что может сделать модуль более дорогостоящим и может сделать производственный процесс более сложным. Дополнительно, размеры модуля могут также существенно возрасти.
Дополнительно, световоды могут разрушаться от контакта с химическими веществами или могут иметь недостаточную прочность при обеспечении в виде относительно тонкого (но прозрачного для УФ) слоя.
Таким образом, одним аспектом настоящего изобретения является обеспечение альтернативной системы или способа для предотвращения или уменьшения биообрастания, которые, предпочтительно, также по меньшей мере частично устраняют один или несколько описанных выше недостатков.
Здесь предложено решение, которое может быть основано в вариантах осуществления на изменении материала, находящегося снаружи световода, такого как силиконовый световод. Световод снабжают одним или несколькими слоями на одной стороне и/или одним или несколькими слоями на другой стороне световода, для обеспечения и/или улучшения свойств, таких как (i) управление УФ-излучением, которое выходит из световода, (ii) управление стороной, где УФ-излучение выходит из световода, (iii) прочность, (iv) химическая стойкость, (v) срок службы, (vi) адгезионная способность, и т.д.
Таким образом, в первом аспекте настоящее изобретение обеспечивает световодный элемент («элемент»), содержащий световод, причем световод содержит первую поверхность световода и вторую поверхность световода, причем проницаемый для УФ-излучения материал световода находится между первой поверхностью световода и второй поверхностью световода, причем световодный элемент дополнительно содержит одно или несколько из: (i) первого слоеного элемента (который может быть также указан как «первый пакет» или «первый пакет слоев»), находящегося в контакте с первой поверхностью световода, причем первый слоеный элемент является проницаемым для УФ-излучения; и (ii) второго слоеного элемента (который может быть также указан как «второй пакет» или «второй пакет слоев»), находящегося в контакте со второй поверхностью световода, причем второй слоеный элемент в конкретных вариантах осуществления имеет одну или несколько функциональностей, выбираемых из группы, состоящей из: (a) способности отражать УФ-излучение, (b) адгезионной способности для сцепления световода с объектом, (c) способности подкреплять световодный элемент, и (d) способности защищать световод.
В случае такого световодного элемента, можно по существу блокировать молекулы, входящие в световод. Такие молекулы, например органические молекулы, могут (с течением времени) приводить к уменьшению способности световода пропускать УФ свет. Дополнительно, в случае такого световодного элемента можно (лучше) распространять УФ-излучение по световоду, поскольку на стороне вывода часть света будет отражаться вследствие полного внутреннего отражения, что приведет к дополнительному распространению УФ-излучения по световоду. Дополнительно, в случае такого световода можно увеличить способность световода пропускать свет, что в вариантах осуществления может предполагать использование механически менее прочного, но более прозрачного для УФ света силикона. Тогда, в случае слоеного элемента, механическая прочность может быть сохранена или даже улучшена. Также может быть уменьшена толщина световода. Дополнительно, в случае такого световода УФ-излучение, которое выходит с нежелательной стороны, может быть отражено назад в световод (например, УФ-излучение, которое может выходить из второй поверхности световода). Еще дополнительно, в случае такого световода можно обеспечить связующий слой. Например, применение силиконового световода может приводить к трудностям, связанным со сцеплением с объектом. Однако эта проблема решается обеспечением дополнительного слоя, который хорошо скрепляется со световодом и имеет связующие свойства. Следует отметить, что один или несколько слоев могут иметь одну или несколько функциональностей. Например, связующий слой может также обеспечивать отражательные свойства (свойство полного внутреннего отражения) световода.
Как указано выше, световодный элемент содержит световод. Световод содержит первую поверхность световода и вторую поверхность световода и может, в частности, иметь пластинчатую форму. Дополнительно, световод содержит проницаемый для УФ-излучения материал световода между первой поверхностью световода и второй поверхностью световода. Таким образом, проницаемый для УФ-излучения материал световода может быть, в частности, выполнен в виде пластины, имеющей первую поверхность световода и (противоположную ей) вторую поверхность световода. Таким образом, световод может по существу состоять из проницаемого для УФ-излучения материала. Более подробно световод описан ниже.
Световодный элемент дополнительно содержит один или несколько из первого слоеного элемента и второго слоеного элемента. Каждый слоеный элемент может содержать один или несколько слоев. В вариантах осуществления, число слоев может быть выбрано независимо друг от друга. Световодный элемент может содержать один или оба слоеных элемента. В вариантах осуществления, световодный элемент содержит первый слоеный элемент. В вариантах осуществления, световодный элемент содержит второй слоеный элемент. В частности, световодный элемент может содержать как первый слоеный элемент, так и второй слоеный элемент. Тогда может быть получена особенно полезная комбинация признаков, таких как прочность, оптические свойства, сцепление, барьерная функция, и т.д.
Слои, которые описаны здесь, могут быть непрерывными слоями или могут быть структурированными слоями. Дополнительно, может быть использована комбинация одного или нескольких непрерывных слоев и одного или нескольких структурированных слоев. В частности, слои могут быть непрерывными слоями.
Первый слоеный элемент находится в контакте с первой поверхностью световода. Дополнительно, первый слоеный элемент является проницаемым для УФ-излучения. По определению, в частности, по меньшей мере часть УФ-излучения, которое обеспечивается в световоде, выходит через первую поверхность световода. Таким образом, первый слоеный элемент выполнен с возможностью пропускать по меньшей мере часть УФ-излучения.
Второй слоеный элемент находится в контакте со второй поверхностью световода. В частности, второй слоеный элемент имеет одну или несколько функциональностей, выбираемых из группы, состоящей из: (a) способности отражать УФ-излучение, (b) адгезионной способности (для сцепления световода с объектом), (c) способности подкреплять световодный элемент, и (d) способности защищать световод. Однако не исключаются и другие функциональности.
Ввиду оптических свойств, неожиданно оказалось, что немногие материалы являются особенно уместными в качестве верхнего покрытия или, иначе, в качестве слоя, содержащегося в первом слоеном элементе. В частности, могут быть пригодными силиконы. Альтернативно или дополнительно, могут быть пригодными фторполимеры. Такие материалы могут иметь относительно хороший коэффициент пропускания для УФ-излучения, могут иметь надлежащие показатели преломления, и могут быть использованы в качестве покрытия, например, на силиконовом световоде. Таким образом, в вариантах осуществления, световодный элемент содержит по меньшей мере первый слоеный элемент, причем первый слоеный элемент содержит первый слой, содержащий одно или несколько из (a) силикона и (b) фторполимера, причем первый слой и световод имеют разные составы. Таким образом, световод может содержать силикон, и первый слой может содержать силикон. Однако их составы будут разными. В частности, последний может иметь более высокое содержание сеток или молекул, генерирующих сетки, с органическими боковыми группами, которые могут образовывать поперечные связи. Отличие от молекул силикона в световоде состоит в том, что они содержат значительно меньше органических боковых групп и одновременно обеспечивают большую прозрачность для УФ света и меньшую механическую прочность.
В конкретных вариантах осуществления, первый слой содержит одно или несколько из фторированного этилена, фторированного пропилена, фторированного этилен-пропилена, фторированного пропилен-ацетата, и т.д. В других вариантах осуществления, первый слой может содержать полиэтилентерефталат. Следует отметить, что термин «первый слой» и подобные термины в вариантах осуществления также относятся к множеству слоев. Дополнительно, первый слой может также содержать комбинацию разных полимеров. Еще в других вариантах осуществления, могут быть также использованы сополимеры разных полимеров.
Альтернативно или дополнительно, световод может содержать силикон.
В частности, первый слой может (также) содержать силикон, имеющий большую механическую прочность, чем у световода (который может, таким образом, по существу состоять из силикона, такого как, например, Lumisil L400). Например, как световод, так и первый слой могут содержать силикон. Однако коэффициент пропускания УФ света световодом может быть большим, тогда как коэффициент пропускания УФ света слоем силикона может быть меньшим (чем коэффициент пропускания УФ света световодом).
Первый слоеный элемент будет по меньшей мере пропускать по меньшей мере часть УФ-излучения. Однако первый слоеный элемент может также отражать часть УФ-излучения. Среди прочего, это может быть обеспечено проницаемым для УФ-излучения слоем, имеющим показатель преломления (в УФ-области), меньший, чем показатель преломления материала световода (см. дополнительно также ниже).
Альтернативно или дополнительно, первый слоеный элемент может содержать один или несколько слоев, которые блокируют проникновение молекул в световод. Поскольку может существовать (небольшая) диффузия молекул снаружи в световод, это может привести к уменьшению способности пропускать УФ свет, поскольку, в общем, такие молекулы, как (поглощающие УФ свет) органические молекулы, могут приводить к деградации изделий и/или могут ослаблять структуру материала световода. Таким образом, в вариантах осуществления, первый слоеный элемент выполнен с возможностью препятствовать проникновению органических молекул в световод. Таким образом, первый слоеный элемент может иметь защитную функцию.
Альтернативно или дополнительно, первый слоеный элемент может быть выполнен с возможностью препятствовать проникновению неорганических молекул. Еще дополнительно, альтернативно или дополнительно, первый слоеный элемент может быть выполнен с возможностью препятствовать проникновению ионов. В вариантах осуществления, термин «ион» может также относиться к заряженной органической молекуле (в качестве примера, заряженной органической молекулой является, например, ацетат) или заряженной неорганической молекуле (в качестве примера, заряженной неорганической молекулой является, например, силикат).
В частности, частицами, подлежащими блокированию, являются частицы, которые поглощают УФ-С свет, такие как поглощающая УФ-свет (органическая) молекула. В частности, органические молекулы, подлежащие блокированию, обычно, но не исключительно, содержат по меньшей мере одну двойную связь, будь то эфир, карбонил, винил, алкин, уретан и т.д. Эти молекулы могут как генерироваться морскими организмами, так и присутствовать в море вследствие постороннего влияния (вследствие разливов нефти и другой промышленной деятельности).
Альтернативно или дополнительно, первый слоеный элемент может быть применен для предотвращения проникновения воды в световод и/или в слой первого световодного элемента, например, В случае применения золь-гель оптического слоя (см. также ниже).
В конкретных вариантах осуществления, первый слоеный элемент содержит пакет слоев, содержащий оптический слой (определяемый более подробно в другом месте данного документа) и дополнительно содержащий второй слой, находящийся в контакте по меньшей мере с частью упомянутого оптического слоя, причем второй слой является водонепроницаемым и/или по существу непроницаемым для органических молекул. Дополнительно, такой второй слой (также) содержит проницаемый для УФ-излучения материал слоя.
Дополнительно, альтернативно или дополнительно, первый слоеный элемент может обеспечивать прочность для световодного элемента. Поскольку световод может быть относительно тонким и может быть также относительно непрочным, может быть желательным обеспечить подкрепляющий слой (на стороне первой поверхности световода и/или на стороне второй поверхности световода). Таким образом, в вариантах осуществления, первый слоеный элемент имеет одно или несколько из (i) большей прочности на сжатие, (ii) большего касательного модуля упругости (модуля Юнга), и (iii) большей ударной вязкости, чем у световода. Например, они могут быть больше по меньшей мере на 5%, например, по меньшей мере на 10%, например, по меньшей мере на 20%. Таким образом, световодный элемент может иметь увеличенную прочность.
Таким образом, в конкретных вариантах осуществления, первый слоеный элемент имеет одну или несколько функциональностей, выбираемых из группы, состоящей из (a) способности частично отражать УФ-излучение, (b) способности подкреплять световодный элемент, и (c) способности защищать световод. Такие одна или несколько функциональностей могут быть обеспечены одним или несколькими слоями.
Особенно хорошие результаты были получены с использованием фторполимеров. Слои, содержащие такие полимеры, могут быть использованы в качестве слоя первого слоеного элемента и/или в качестве второго слоеного элемента. Таким образом, в вариантах осуществления, один или несколько из первого слоеного элемента и второго слоеного элемента содержат слой, содержащий одно или несколько из фторированного этилена, фторированного пропилена, фторированного этилен-пропилена, фторированного пропилен-ацетата, и т.д.
В конкретном варианте осуществления, световодный элемент содержит световодный элемент («элемент»), содержащий световод и первый слоеный элемент, причем световод (также указанный здесь как «оптическая среда») содержит первую поверхность световода, и причем первый слоеный элемент содержит оптический слой, причем упомянутый оптический слой находится в контакте по меньшей мере с частью первой поверхности световода, причем оптический слой имеет первый показатель (n1) преломления (показатель преломления указан здесь также как «индекс рефракции»), который в конкретных вариантах осуществления является меньшим, чем 1,36, на (длине волны) 280 нм, причем световод содержит проницаемый для УФ-излучения материал световода («материал световода»). В дополнительном аспекте, настоящее изобретение обеспечивает световодный элемент, содержащий световод и первый слоеный элемент, причем световод содержит первую поверхность световода, и причем первый слоеный элемент содержит оптический слой, причем упомянутый оптический слой находится в контакте по меньшей мере с частью первой поверхностью световода, причем оптический слой имеет первый показатель (n1) преломления, меньший, в частности, по меньшей мере на 2% меньший, чем показатель преломления воды при 25°С (и атмосферном давлении), причем световод содержит проницаемый для УФ-излучения материал световода. Оптический слой содержит материал оптического слоя, который может быть проницаемым для УФ-излучения.
В случае такого световода, вывод излучения, находящегося внутри световода, может быть уменьшен благодаря первому слоеному элементу, находящемуся на световоде (поверхности световода). Дополнительно, посредством обеспечения первого слоеного элемента, например, вблизи источника света, и необеспечения первого слоеного элемента дальше от источника света, вывод излучения может быть настроен, и выводимый свет может быть распределен (более) однородно по световодному элементу. Такой световод может быть, в частности, использован в комбинации с источником УФ-излучения для обеспечения противодействующего биообрастанию света (который может быть также указан как противодействующее биообрастанию излучение). Такой свет, более точно, такое излучение, включает в себя, в частности, УФ-излучение. С использованием настоящего изобретения, можно лучше управлять распределением (выводимого) излучения.
Таким образом, в конкретных вариантах осуществления, первый слоеный элемент содержит оптический слой, причем упомянутый оптический слой находится в контакте по меньшей мере с частью первой поверхности световода, причем оптический слой содержит материал оптического слоя. В частности, оптический слой имеет первый показатель (n1) преломления, меньший, чем 1,36, на 280 нм. Альтернативно или дополнительно, оптический слой является пористым оптическим слоем, имеющим пористость в диапазоне 5-70%. Пористость может быть измерена способами, известными в данной области техники, например, способами, основанными на конкретном весе, или с использованием порометрии, и т.д. В конкретных вариантах осуществления, материал оптического слоя содержит золь-гель материал. Дополнительные подробности могут быть также найдены ниже.
Альтернативно или дополнительно, световодный элемент может содержать второй слоеный элемент. Как указано выше, второй слоеный элемент может обеспечивать одну или несколько функциональностей, выбираемых из группы, состоящей из: (a) способности отражать УФ-излучение, (b) адгезионной способности для сцепления световода с объектом, (c) способности подкреплять световодный элемент, и (d) способности защищать световод. Также возможны другие или дополнительные функциональности.
Способность отражать УФ-излучение может быть обеспечена отражающим слоем, который основан, например, на алюминиевом покрытии. Альтернативно или дополнительно, способность отражать УФ-излучение может быть обеспечена слоем, который обеспечивает полное внутреннее отражение в световоде. Например, слой, имеющий меньший показатель преломления и находящийся на второй поверхности световода, может вынуждать часть света возвращаться назад в световод вследствие полного внутреннего отражения в световоде. Таким образом, при использовании полного внутреннего отражения, показатель преломления слоя, находящегося на второй поверхности световода, может быть значительно меньшим, чем показатель преломления материала световода. Например, показатель преломления материала (оптического) слоя, содержащегося во втором слоеном элементе, в частности, такого слоя, находящегося в физическом контакте со второй поверхностью световода, является по меньшей мере на 0,02, например, по меньшей мере на 0,04 меньшим, чем показатель преломления (материала) световода.
Дополнительно, второй слоеный элемент может быть, в частности, использован для обеспечения адгезионной способности для световодного элемента. Поскольку, например, силиконовые световоды могут плохо сцепляться с объектами, такими как корпус судна, может быть обеспечен связующий слой. Таким образом, в конкретных вариантах осуществления, второй слоеный элемент содержит один или несколько слоев второго слоеного элемента, имеющих одну или несколько функциональностей, выбираемых из группы, состоящей из: (a) способности отражать УФ-излучение, и (b) адгезионной способности для сцепления световода с объектом. В вариантах осуществления, второй слоеный элемент может содержать первый отражающий слой, выполненный в контакте со второй поверхностью световода, и первый связующий слой, выполненный в виде внешнего слоя второго слоеного элемента.
Дополнительно, единственный слой может обеспечивать более одной функциональности. Это может быть применимо как для первого слоеного элемента, так и для второго слоеного элемента.
Например, в конкретных вариантах осуществления настоящее изобретение также обеспечивает связующий слой, в частности, такой слой, находящийся в физическом контакте со второй поверхностью световода, который содержит материал, который является в принципе проницаемым для УФ-излучения, но который имеет меньший показатель преломления, чем у материала световода, в частности, по меньшей мере на 0,02, например, по меньшей мере на 0,04 меньший, чем показатель преломления (материала) световода.
Таким образом, в конкретных вариантах осуществления световодный элемент содержит как первый слоеный элемент, так и второй слоеный элемент, причем оба слоеных элемента содержат слой, имеющий показатель преломления, меньший, чем у световода.
-9
Ультрафиолет (УФ) является той частью спектра электромагнитного излучения, которая ограничена наименьшими крайними длинами волн видимого спектра и спектром рентгеновского излучения. Спектральный диапазон УФ света находится, по определению, между около 100 и 400 нм (1 нм=10 м) и является невидимым для человеческого глаза. С использованием классификации CIE, УФ-спектр подразделяется на три диапазона: УФА (длинноволновый) диапазон от 315 до 400 нм; УФВ (средневолновый) диапазон от 280 до 315 нм; и УФС (коротковолновый) диапазон от 100 до 280 нм. В реальности многие фотобиологи часто говорят о кожных реакциях в результате воздействия УФ света, как о взвешенном эффекте длин волн выше и ниже 320 нм, предлагая, таким образом, альтернативное определение. Термины «видимый», «видимый свет», или «видимое излучение» относятся к свету, имеющему длину волны в диапазоне около 380-780 нм.
Сильное бактерицидное действие обеспечивается светом в коротковолновом УФС-диапазоне. Дополнительно, эритема (покраснение кожи) и конъюнктивит (воспаление слизистых оболочек глаза) могут быть также вызваны этой формой света. Вследствие этого, при использовании бактерицидных УФ-ламп, важно разработать системы, исключающие рассеяние УФС света и, таким образом, предотвращающие эти реакции. В случае погружаемых источников света, поглощение УФ света водой может быть достаточно сильным для того, чтобы рассеяние УФС света не представляло опасности для людей, находящихся выше поверхности жидкости. Таким образом, в одном варианте осуществления УФ-излучение (противодействующий обрастанию свет) содержит УФС свет. Еще в одном варианте осуществления, УФ-излучение содержит излучение, выбираемое из диапазона длин волн от 100 до 300 нм, конкретно, от 200 до 300 нм, например, от 230 до 300 нм. Таким образом, УФ-излучение может быть, в частности, выбрано из УФС и другого УФ-излучения вплоть до длины волны около 300 нм. Хорошие результаты получают с использованием длин волн в диапазоне от 100 до 300 нм, например, от 200 нм до 300 нм.
Световод может быть, в частности, диэлектрическим материалом с высокой диэлектрической проницаемостью для света, и, в общем, высоким показателем преломления. Как дополнительно также описано ниже, световод может, например, включать в себя силикон или плавленый кварц, на также могут применяться и другие материалы. В вариантах осуществления, световод содержит силикон, в частности, силикон, выбираемый из группы, содержащей метилсиликоны, и/или материал на основе диоксида кремния УФ-класса. В частности, могут быть применены материалы и размеры, которые позволяют пропускать УФ-излучение через световод. Таким образом, в вариантах осуществления световод содержит проницаемый для УФ-излучения материал световода, такой как силикон, (плавленый) кварц, кварц, и т.д. Однако также может быть использован другой (твердый) материал или комбинация (твердых) материалов, имеющих коэффициент пропускания УФ света в диапазоне коэффициента пропускания УФ света одного или нескольких из силикона, (плавленого) кварца, кварца. Например, материал световода, имеющий коэффициент пропускания УФ света, составляющий по меньшей мере 50% коэффициента пропускания УФ света кварца, также может быть использован. Таким образом, световод может быть, в частности, прозрачным. Таким образом, в вариантах осуществления источник света может быть встроен в волновод, такой как силиконовый волновод. Волновод, в частности, содержит проницаемый для излучения материал, такой как стекло, кварц, (плавленый) кварц, силикон, фторполимер и т.д.
Световод может, в частности, иметь пластинчатую форму. Пластинчатая форма может быть в вариантах осуществления изогнута в одном или двух направлениях, или может быть изгибаемой в одном или двух направлениях, как это может быть в случае силиконов. В частности, световод может иметь высоту, значительно меньшую, чем длина и ширина, например, по меньшей мере в 5 раз меньшую, даже, более конкретно, по меньшей мере в 10 раз меньшую. По меньшей мере одна из поверхностей (из двух поверхностей, определяющих высоту световода), или по меньшей мере часть такой первой поверхности световода, может быть использована в качестве световыводящей поверхности. Эта поверхность также указана здесь как первая поверхность световода. УФ-излучение может выходить из этой поверхности. Некоторый выход излучения требуется ввиду функции противодействия биообрастанию излучения, но может выходить слишком много излучения, или излучение может выходить в неправильных частях первой поверхности световода.
Для этой цели, настоящее изобретение обеспечивает в вариантах осуществления оптический слой, который находится в контакте по меньшей мере с частью первой поверхности световода. Этот оптический слой имеет показатель преломления, меньший, чем у воды, в частности, для УФ-излучения, используемого источником света, используемым в комбинации со световодом (см. дополнительно также ниже). Оптический слой находится в оптическом и/или физическом контакте по меньшей мере с частью световода. В частности, оптический слой находится в физическом контакте по меньшей мере с частью первой поверхности световода.
В вариантах осуществления, показатель преломления оптического слоя является по меньшей мере на 2% меньшим, например, по меньшей мере на 5% меньшим, чем показатель преломления морской воды. В вариантах осуществления, оптический слой имеет первый показатель (n1) преломления, меньший, чем 1,36, на 280 нм. На 280 нм показатель преломления воды, в том числе морской воды, больше или равен 1,36. Таким образом, показатель преломления оптического слоя должен быть меньшим этого значения, например, по меньшей мере на указанные выше 5%. Таким образом, в более конкретных вариантах осуществления, первый показатель (n1) преломления является меньшим или равным 1,35 на 280 нм, например, меньшим или равным 1,34 на 280 нм, например, меньшим или равным 1,30 на 280 нм, например, в частности, меньшим или равным 1,25 на 280 нм, например, меньшим или равным 1,22 на 280 нм. В частности, первый показатель преломления оптического слоя может составлять по меньшей мере около 1 (на 280 нм), например, по меньшей мере около 1,10 (на 280 нм), например, по меньшей мере около 1,15 (на 280 нм). В конкретных вариантах осуществления, показатель преломления оптического слоя является по меньшей мере на 0,02, например, по меньшей мере на 0,04 меньшим, чем показатель преломления (материала) световода.
Выбор для определения показателя преломления на 280 нм не означает, что источник света, используемый для обеспечения противодействующего биообрастанию света, обязательно обеспечивает излучение на 280 нм или обеспечивает такое излучение, которое имеет преобладающую длину волны, равную 280 нм. Эта длина волны выбрана только для определения. Например, если бы использовались длины волн 200 нм или 300 нм, то показатель преломления оптического слоя на этих длинах волн был бы, в частности, меньшим, чем 1,39 или 1,35, соответственно.
Используемый здесь показатель преломления, в частности, измеряют при атмосферном давлении и температуре, равной 25°С. В отношении справочных значений воды, можно обратиться к работе George M. Hale и др., Applied Optics, 1973, том 12, №3, стр. 555-563, которая включена в данный документ по ссылке.
В частности, оптический слой имеет первый показатель (n1) преломления, меньший, в частности, по меньшей мере на 2% меньший, например, по меньшей мере на 5% меньший, чем показатель преломления воды при 25°С (и атмосферном давлении), например, находящийся в диапазоне около 80-98% показателя преломления воды при 25°С (и атмосферном давлении), например, находящийся в диапазоне около 85-95%. Показатель или показатели преломления воды, указанные здесь, могут, в частности, относиться к деминерализованной воде. Конечно, это безусловно не означает, что настоящее изобретение должно применяться в деминерализованной воде. Только показатель преломления оптического слоя может быть определен относительно деминерализованной воды, например, например, показатель преломления оптического слоя может быть по меньшей мере на 2% меньшим, чем показатель преломления (деминерализованной) воды (при 25°С и атмосферном давлении). Показатель преломления оптического слоя и показатель преломления воды, (таким образом) в частности, оценивают при по существу идентичных условиях (например, при 25°С и атмосферном давлении). Для воды могут быть использованы справочные значения, определяемые, например, в работе Hale и др. (см. выше).
Указанные выше значения для показателя преломления оптического слоя могут предполагать, что материал оптического слоя имеет такой показатель преломления. Однако, как будет разъяснено ниже, при введении пористости в оптический слой, материал оптического слоя может также иметь (немного) больший показатель преломления. Оптический слой по существу имеет показатель преломления, меньший, чем у воды, и/или показатель преломления, меньший, чем 1,36, на 280 нм.
Химический состав проницаемого для УФ-излучения материала оптического слоя и/или морфология оптического слоя являются, в частности, отличными от химического состава материала световода и/или морфологии световода. Таким образом, в частности, существует (ясная) граница раздела между световодом и оптическим слоем.
В частности, оптический слой является проницаемым для УФ-излучения. Таким образом, в частности, материал оптического слоя является проницаемым для УФ-излучения. Таким образом, этот материал здесь также указан как проницаемый для УФ-излучения материал оптического слоя. Например, посредством высоты оптического слоя можно управлять выводом УФ-излучения от источника света (см. также ниже). Здесь термин «проницаемый» может, например, указывать на то, что по меньшей мере 5% УФ-излучения источника света (которое выходит из световода) пропускается через оптический слой, в частности, по меньшей мере 10%, например, даже более конкретно, по меньшей мере 20%, например, по меньшей мере 40%, например, величина в диапазоне 40-95%, или даже больше. Следует отметить, что этот коэффициент пропускания, таким образом, применим к излучению, которое не удерживается в световоде, например, вследствие угла падения. Здесь, значение коэффициента пропускания, в частности, относится к излучению, распространяющемуся перпендикулярно толщине слоя. Коэффициент пропускания или светопроницаемость могут быть определены посредством обеспечения для материала света на конкретной длине волны с первой интенсивностью и вычисления отношения интенсивности света на этой длине волны, измеренной после прохождения света через материал, и первой интенсивности света, обеспеченной для материала на этой конкретной длине волны (см. также E-208 и E-406 в работе CRC Handbook of Chemistry and Physics, 69-тое издание, 1088-1989). В конкретных вариантах осуществления, коэффициент пропускания для одной или нескольких длин волн в УФ-спектре составляет по меньшей мере 1%, например, по меньшей мере 2%, например, по меньшей мере 5%, например, по меньшей мере 10%, по длине световода.
В конкретных вариантах осуществления, материал может считаться проницаемым для УФ-излучения, когда коэффициент пропускания УФ-излучения на длине волны УФ-спектра, в частности, на длине волны или в диапазоне длин волн излучения, генерируемого источником излучения, описываемым здесь, например, на 280 нм, или в диапазоне УФВ и/или УФС излучения, через слой материала (такого как силикон или вода) толщиной 1 мм, в частности, даже через слой материала толщиной 5 мм, при перпендикулярном облучении упомянутым УФ-излучением, составляет по меньшей мере около 80%, например, по меньшей мере около 85%, например, даже по меньшей мере около 90%. Таким образом, в вариантах осуществления, коэффициент пропускания УФ-излучения, в частности, 280 нм, составляет по меньшей мере 80%/мм, даже, более конкретно, по меньшей мере 80%/5мм.
Оптический слой может быть, в частности, использован для расширения диапазона углов падения, при которых свет удерживается в световоде. Следует отметить, что, например, световод, изготовленный из силикона, но без оптического слоя, при погружении в воду может демонстрировать некоторое TIR (полное внутреннее отражение), хотя по существу только при очень малых углах (поскольку разница в показателе преломления между водой и силиконами является настолько малой). Добавление оптического слоя поверх силикона (или другого материала) с показателем преломления, меньшим, чем у воды, увеличит «диапазон углов», при котором будет фактически происходить отражение согласно TIR. Таким образом, больше света будет оставаться внутри световода.
Оптический слой может быть выполнен по всей первой поверхности световода, но может в других вариантах осуществления также быть доступным только на части первой поверхности световода. Дополнительно, оптический слой может быть обеспечен с разными толщинами на разных частях первой поверхности световода. Таким образом, положение (положения), где требуется (большее) отражение УФ-излучения назад в световод, может быть получено посредством обеспечения упомянутого слоя, и положение (положения), где требуется (меньшее) отражение УФ-излучения назад в световод, может быть получено посредством обеспечения отсутствия упомянутого слоя. В этом случае, а также в других случаях, может быть обеспечен структурированный слой, в частности, чтобы он способствовал равномерному распределению света источника света, выходящего из первой поверхности световода. Таким образом, в вариантах осуществления, оптический слой является структурированным оптическим слоем с одной или несколькими первыми областями, содержащими упомянутый материал оптического слоя с первой толщиной (h1) слоя, и одной или несколькими вторыми областями, содержащими упомянутый материал оптического слоя со второй толщиной (h2) слоя, находящейся в диапазоне 0≤h2<h1. В случае, когда h2=0, оптический слой отсутствует. Толщина первого слоя составляет, в частности, по меньшей мере 100 нм, даже, более конкретно, по меньшей мере 200 нм, еще более конкретно, по меньшей мере 300 нм, например, по меньшей мере 400 нм, например, находится в диапазоне 400 нм - 20 мкм, например, 1-15 мкм, например, 2-10 мкм. Однако также возможны более толстые слои, например, даже вплоть до около 2 мм, например, вплоть до около 1 мм (и, в частности, по меньшей мере 200 нм, например, по меньшей мере 300 нм). В случае такой толщины, УФ-излучение может проходить через оптический слой, в частности, при использовании одного или нескольких из упомянутых здесь материалов. Таким образом, оптический слой может быть выбран таким образом, чтобы мог быть получен указанный здесь коэффициент пропускания. Это известно специалистам в данной области техники.
Как указано выше, материал оптического слоя может, в частности, иметь низкий показатель преломления, например, меньший, чем у воды.
2
Оптический слой может включать в себя поры. Термин «пора» может также относиться к «полости». Такие поры могут содержать газ, например, благородный газ, CO, или воздух. При такой пористой структуре, показатель преломления оптического слоя может быть также относительно низким.
В частности, поры являются порами, которые заключают в себе газ. Например, во время изготовления оптического слоя, газ может быть захвачен в слое, в результате чего обеспечивается оптический слой со своего рода пористой структурой, хотя такие поры могут быть недоступными извне.
Альтернативно или дополнительно, в вариантах осуществления, поры могут быть доступными извне, но этот доступ может быть по существу блокирован некоторым слоем, например, водостойким слоем или водонепроницаемым слоем.
Альтернативно или дополнительно, поры могут быть доступными извне для газа, но поры могут быть такие размеры, возможно, в комбинации с водоотталкивающим материалом, находящимся в порах (или с водоотталкивающим пористым материалом), что вода по существу не сможет проникать в поры.
В вариантах осуществления, оптический слой является пористым оптическим слоем, имеющим пористость в диапазоне 5-70%, например, 10-50%. Пористость может быть, например, определена с использованием объема слоя, объемной массовой плотности, известной для материала оптического слоя, и веса слоя. На этой основе может быть определена пористость, поскольку занимаемый объем является большим, чем теоретический объем на основе веса, если предположить, что пористость отсутствует. В конкретных вариантах осуществления, размеры пор являются меньшими, чем около 300 нм, например, меньшими, чем около 200 нм. В конкретных вариантах осуществления, упомянутые размеры могут быть меньшими, чем преобладающая длина волны излучения источника света, который может быть использован в комбинации со световодным элементом.
В вариантах осуществления, материал оптического слоя содержит золь-гель материал. Способы изготовления золь-гель слоев или пористых слоев известны в данной области техники и описаны, например, в документах WO2012/125271, US2011/0111203, US4,271,210, Guangming Wu и др., Materials Science Engineering B78, 135-139, которые включены в данный документ по ссылке.
Таким образом, в вариантах осуществления, слабопреломляющий материал является микропористым материалом. Материал может быть в вариантах осуществления изготовлен посредством золь-гель переходов на основе, например, MTMS/TEOS (метил-триметоксисилан/тетраэтоксисилан), где микропористость может быть обеспечена посредством использования мыла (например, полиэтиленоксида). Микропоры в золь-гель материале имеют размеры, меньшие, чем длины волн УФ света, что предотвращает большие потери вследствие рассеяния. Слабопреломляющие материалы могут быть применены в виде тонкого слоя. Такой слабопреломляющий слой увеличивает угол полного отражения, и, таким образом, уменьшает вывод излучения. Оптический слой может в вариантах осуществления содержать один или несколько из алюмината и силиката.
Термин «оптический слой» может также относиться к множеству (разных) оптических слоев, выполненных в виде пакета и обеспечивающих пакет оптических слоев (который может быть здесь также указан как «первый пакет оптических слоев» или «первый пакет слоев» или «пакет» или «первый пакет»). Такой пакет оптических слоев указывается здесь просто как «оптический слой». Таким образом, в вариантах осуществления первый слоеный элемент может включать в себя единственный слой или множество слоев, которые пакетированы.
Еще в других вариантах осуществления, первый слоеный элемент может включать в себя оптический слой и один или несколько других слоев, например, водонепроницаемый слой или водоотталкивающий слой. Таким образом, в вариантах осуществления первый слоеный элемент содержит пакет слоев, содержащий упомянутый оптический слой и дополнительно содержащий второй слой, находящийся в контакте по меньшей мере с частью упомянутого оптического слоя, причем второй слой может быть в вариантах осуществления водонепроницаемым (или водоотталкивающим). Аналогично, второй слой содержит проницаемый для УФ-излучения материал оптического слоя. Таким образом, материал и толщина могут быть выбраны таким образом, чтобы могло проходить УФ-излучение. Другим названием для водоотталкивающего слоя является гидрофобный слой. Водоотталкивающий материал может, например, включать в себя политетрафторэтилен.
Альтернативно или дополнительно, второй слой может быть выполнен в виде защитного слоя. Например, второй слой может иметь большую прочность в одном или нескольких отношениях, чем оптический слой. Например, комбинация оптического слоя и второго слоя может иметь одно или несколько из большей прочности на сжатие, большего касательного модуля упругости (модуля Юнга), большей ударной вязкости, большей твердости по Виккерсу, и т.д., чем у оптического слоя самого по себе.
Альтернативно или дополнительно, второй слой может обеспечить более высокую температуру деформации и/или более высокую температуру отжига. Дополнительно, второй слой может обеспечить более плоскую поверхность. Например, второй слой может обеспечить плоскую поверхность с шероховатостью Ra поверхности, меньшей или равной 10 нм, например, меньшей или равной 5 нм, например, меньшей или равной 2 нм. Это может, например, представлять интерес в вариантах осуществления, где оптический слой является структурированным. Термин «второй слой» может также относиться к множеству слоев. В частности, каждый из вторых слоев может быть проницаемым для УФ-излучения.
Таким образом, в вариантах осуществления весь первый пакет слоев проницаем для УФ-излучения. Например, коэффициент пропускания для УФ-излучения, в частности, на 280 нм, составляет по меньшей мере 80%/мм, даже, более конкретно, по меньшей мере 80%/5мм.
Еще в других вариантах осуществления, на другой стороне световода может быть (также) обеспечен слой, указанный здесь как третий слой. Таким образом, в вариантах осуществления световодный элемент дополнительно содержит третий слой, находящийся в контакте по меньшей мере с частью второй поверхности световода.
Расстояние (h3) между первой поверхностью световода и второй поверхностью световода определяет толщину световода. Эта толщина может быть постоянной или может изменяться. В общем, толщина будет по существу постоянной по световоду. Третий слой может быть в вариантах осуществления выполнен в виде одного или нескольких из связующего слоя и отражающего слоя. В качестве связующего слоя, третий слой может быть использован для соединения с поверхностью, для которой световодный элемент может быть выполнен. Например, силикон может быть связующим в недостаточной степени. Таким образом, третий слой может быть использован для сцепления с объектом. Альтернативно или дополнительно, третий слой может быть использован в качестве отражающего слоя. Таким образом, свет может удерживаться в световоде. В вариантах осуществления, когда третий слой является проницаемым для УФ-излучения, показатель преломления третьего слоя является меньшим, чем показатель преломления (материала) световода. В вариантах осуществления, третий слой может быть золь-гель слоем. В (очень) конкретных вариантах осуществления, третий слой и второй слой содержат один и тот же материал.
В вариантах осуществления, термин «третий слой» может также относиться к множеству слоев. Таким образом, в вариантах осуществления световодный элемент может дополнительно содержать второй пакет слоев, выполненный на второй поверхности световода и содержащий один или несколько слоев, причем по меньшей мере один слой находится в контакте по меньшей мере с частью второй поверхности световода. В вариантах осуществления, первый слой во втором пакете, находящийся в контакте со второй поверхностью световода, является отражающим для УФ-излучения, и другой слой во втором пакете, который выполнен в виде внешнего слоя пакета, наиболее удаленного от второй поверхности световода, является связующим слоем.
Выше были описаны некоторые возможные материалы для оптического слоя. Еще в других вариантах осуществления, световод использует воду в качестве материала световода. Материал, окружающий воду, может быть материалом, определенным выше (он должен быть также проницаемым для УФ-излучения и/или иметь световодные свойства). Например, может быть использована закрытая пластина, заполненная водой или другой жидкостью, такой как одно или несколько из метанола, этанола, и диэтилового эфира. Однако может быть также применена другая жидкость или комбинация жидкостей, имеющих коэффициент пропускания УФ-излучения в диапазоне коэффициентов пропускания УФ-излучения одного или нескольких из метанола, этанола, и диэтилового эфира. Например, материал световода, имеющий коэффициент пропускания, составляющий по меньшей мере 50% коэффициента пропускания воды, может быть также использован. В других вариантах осуществления, могут быть применены закрытые каналы. Дополнительно, необязательно, вода может протекать через световод. Это может быть предпочтительным для поддержания чистоты внутренних поверхностей чистыми и/или в целях охлаждения. Дополнительно, необязательно, турбулентность может быть введена в качестве средства для управления выводом света источника света, причем низкая турбулентность обеспечивает меньший вывод, и большая турбулентность обеспечивает больший вывод. Таким образом, в вариантах осуществления световод содержит закрытую полость, заполненную проницаемой для УФ-излучения текучей средой, в частности, жидкостью. Вода может быть, в частности, пресной водой, даже, более конкретно, деминерализованной водой. Таким образом, в конкретных вариантах осуществления, световод содержит первый материал, содержащий силикон, причем первый материал определяет полость, и причем проницаемая для УФ-излучения жидкость содержит воду. Таким образом, вода может быть использована в качестве оптической среды (или световодной среды).
Как указано выше, световод в комбинации с источником света могут быть, в частности, использованы для обеспечения противодействующего биообрастанию света для поверхностей, подверженных биообрастанию, таких как корпуса судов. Даже более конкретно, как будет дополнительно разъяснено ниже, световодный элемент может быть использован в качестве оболочки объекта, такого как судно. В то время как внешняя поверхность («обрастающая поверхность») объекта, такого как корпус судна, может подвергаться биообрастанию, при использовании световодного элемента в качестве оболочки такого объекта, обрастающая поверхность преобразуется в первую поверхность световода (включающую в себя дополнительный слой), обеспечиваемую световодным элементом. Таким образом, по меньшей мере для части объекта, световодный элемент может стать его внешней поверхностью (и, таким образом, потенциально может подвергаться биообрастанию).
Таким образом, еще в другом аспекте настоящее изобретение также обеспечивает систему противодействия биообрастанию («систему»), содержащую световодный элемент, описанный здесь, и источник света, причем источник света выполнен с возможностью обеспечивать упомянутое УФ-излучение для световода, и причем система противодействия биообрастанию выполнена с возможностью обеспечивать по меньшей мере часть упомянутого УФ-излучения ниже по ходу света от первой поверхности световода (и, возможно, ниже по ходу света от оптического слоя). Таким образом, УФ-излучение выводится из световода через по меньшей мере часть первой поверхности световода и, таким образом, обеспечивается ниже по ходу света от первой поверхности световода (и, возможно, ниже по ходу света от оптического слоя). В частности, настоящее изобретение обеспечивает систему противодействия биообрастанию, содержащую световодный элемент, описанный здесь, и источник света, причем система противодействия биообрастанию содержит окно выхода излучения, содержащее упомянутую первую поверхность световода, причем источник света выполнен с возможностью обеспечивать упомянутое УФ-излучение для световода, и причем окно выхода излучения выполнено с возможностью пропускать по меньшей мере часть упомянутого УФ-излучения. Окно выхода излучения может, таким образом, в вариантах осуществления также содержать первый слоеный элемент.
Конкретные варианты осуществления в отношении световодного элемента также определены выше, но ниже некоторые из них повторяются для полноты описания.
В конкретных вариантах осуществления, источник света содержит светоизлучающую поверхность, причем светоизлучающая поверхность расположена внутри световода. Например, твердотельные источники света могут быть встроены в световод. В частности, весь твердотельный источник света может быть встроен в световод (материал световода).
Как указано выше, расстояние (h3) между первой поверхностью световода и второй поверхностью световода определяет толщину световода. В частности, толщина (h3) составляет максимально 5 мм, например, находится в диапазоне 0,5-2,5 мм, например, 1-2 мм.
Как указано выше, световодный элемент может содержать один или несколько из первого слоеного элемента и второго слоеного элемента, в частности, оба слоеных элемента. Дополнительно, как указано выше, один или несколько из первого слоеного элемента и второго слоеного элемента содержат слой, содержащий одно или несколько из фторированного этилена, фторированного пропилена, фторированного этилен-пропилена, фторированного пропилен-ацетата, и т.д. Дополнительно, в вариантах осуществления первый слоеный элемент имеет одно или несколько из большей прочности на сжатие, большего касательного модуля упругости, и большей ударной вязкости, чем у световода. Прочность на сжатие, касательный модуль упругости, и ударная вязкость могут быть измерены способами, известными в данной области техники.
В вариантах осуществления, система дополнительно содержит насос, выполненный с возможностью заставлять жидкость протекать через световод (при использовании световода на основе жидкости; см. также ниже).
Источник света, в частности, содержит твердотельный источник света, такой как светодиод. Комбинация световода и источника света также указана здесь как излучающий УФ-свет элемент.
В вариантах осуществления, источник света является внешним по отношению к световоду. В таких вариантах осуществления, источник света выполнен с возможностью обеспечивать свет источника света для поверхности световода, в результате чего свет источника света вводится в световод (например, через торцевую поверхность световода). Источник света и световод являются, в частности, радиационно соединенными. Термин «радиационно соединенные», в частности, означает, что источник света и световод связаны друг с другом таким образом, что по меньшей мере часть излучения, излучаемого источником света, принимается световодом (и по меньшей мере частично выходит из световода).
Еще в других вариантах осуществления, источник света содержит светоизлучающую поверхность, причем светоизлучающая поверхность расположена внутри световода. Например, светодиод может быть встроен в силикон. Примеры последнего варианта осуществления описаны, например, в документе WO2014/188347, который включен в данный документ по ссылке. Конечно, разные варианты осуществления могут быть объединены.
Конкретные варианты осуществления, описанные в отношении световода, могут, таким образом, также применяться в отношении световода, содержащегося в системе противодействия биообрастанию. Таким образом, в конкретных вариантах осуществления, оптический слой является структурированным оптическим слоем с одной или несколькими первыми областями, содержащими упомянутый материал оптического слоя с первой толщиной (h1) слоя, и одной или несколькими вторыми областями, содержащими упомянутый материал оптического слоя со второй толщиной (h2) слоя, находящейся в диапазоне 0≤h2<h1, причем, в частности, h2=0 (оптический слой фактически отсутствует в этих вторых областях), причем структурированный оптический слой выполнен с возможностью обеспечивать равномерное распределение УФ-излучения ниже по ходу света от упомянутого окна выхода излучения. В вариантах осуществления, может быть множество первых областей и множество вторых областей. Эти области могут быть в вариантах осуществления расположены регулярно.
Еще в других вариантах осуществления, световод содержит закрытую полость, заполненную проницаемой для УФ-излучения жидкостью, причем световод содержит первый материал, содержащий силикон, причем первый материал определяет полость, причем проницаемая для УФ-излучения жидкость содержит воду, и причем первый показатель (n1) преломления является меньшим или равным 1,25 на 280 нм (см. дополнительно также выше).
Оптический слой может помогать в распределении света источника света по световоду. Дополнительно, также могут быть применены оптические структуры, которые могут содержаться в световоде, например, оптические структуры, полностью окруженные световодом, и/или оптические структуры, находящиеся в или на поверхности (поверхностях) световода, такой как первая поверхность световода или поверхность, противоположная первой поверхности световода. Таким образом, в вариантах осуществления световод дополнительно содержит оптические структуры, выполненные с возможностью обеспечивать равномерное распределение УФ-излучения ниже по ходу света от упомянутого окна выхода излучения.
Поверхность (световода), противоположная первой поверхности световода, может, например, содержать отражающий материал, например, отражающее покрытие. Дополнительно, в частности, одна или несколько поверхностей, определяющих высоту, т.е. одна или несколько граней, могут быть освещены источником (источниками) света. Таким образом, в частности, применяется освещение граней. Если одна или несколько граней не освещаются источником (источниками) света, то такая одна или несколько граней могут содержать отражающий материал, например, отражающее покрытие.
Комбинация световода и источника света может быть здесь также указана как излучающий УФ-свет элемент. Дополнительно, первая поверхность световода может быть также указана как окно выхода излучения. В вариантах осуществления, окно выхода излучения может содержать первую поверхность световода.
Как указано выше, система противодействия биообрастанию содержит излучающий УФ-свет элемент. Термин «излучающий УФ-свет элемент» может также относиться к множеству излучающих УФ-свет элементов. Таким образом, система может включать в себя множество таких элементов. Система может включать в себя источник электроэнергии, но система может быть также (во время использования) функционально соединенной с источником электроэнергии. В вариантах осуществления, каждый излучающий УФ-свет элемент может быть функционально соединен с источником энергии. Это позволяет обеспечить децентрализованное электропитание излучающих УФ-свет элементов. Источник энергии, в частности, используется для питания энергией источника (источников) света.
Здесь, излучающий УФ-свет элемент может быть также указан как «осветительный модуль». Излучающий УФ-свет элемент может быть пластинчатым модулем (здесь также указанным как «оптическая среда» или «световод») с одним или несколькими уместными элементами, по меньшей мере частично или даже полностью встроенными в него. Таким образом, в вариантах осуществления излучающий УФ-свет элемент содержит светопроницаемый (твердый) материал, такой как силикон, и т.д. Однако излучающий УФ-свет элемент может также включать в себя корпус, окружающий, по меньшей мере частично или даже полностью, один или несколько уместных элементов. Упомянутые один или несколько уместных элементов содержат по меньшей мере источник света, который выполнен с возможностью обеспечивать свет источника света, в частности, УФ-излучение. Излучающий УФ-свет элемент может иметь плоское или изогнутое окно выхода излучения. Термин «излучающий УФ-свет элемент» указывает на то, что этот элемент, в частности, выполнен с возможностью обеспечивать УФ-излучение во время использования этого элемента.
Излучающий УФ-свет элемент содержит окно выхода УФ-излучения. Окно выхода УФ-излучения выполнено с возможностью пропускать по меньшей мере часть УФ-излучения источника света. Таким образом, окно выхода является проницаемым для УФ-излучения. В общем, это окно будет также проницаемым для видимого света. Как указано выше, и как будет дополнительно разъяснено ниже, в вариантах осуществления этот элемент может быть проницаемой для излучения пластиной. В таком примере, это окно может быть поверхностью (или плоскостью) этого элемента. Еще в другом варианте осуществления, этот элемент содержит корпус, причем этот корпус содержит такое окно. В таких вариантах осуществления, окно выхода излучения (также) содержит светопроницаемый (твердый) материал, такой как силикон, и т.д. Термин «проницаемый для излучения» относится к проницаемости для излучения, в частности, для УФ-излучения и, возможно, также для видимого излучения.
Окно выхода УФ-излучения содержит верхнюю по ходу света сторону окна и нижнюю по ходу света сторону окна. Термины «верхний по ходу света» и «нижний по ходу света» относятся к расположению элементов или признаков относительно распространения света от генерирующего-свет средства (здесь, в частности, источника света), причем, относительно первого положения в луче света от генерирующего-свет средства, второе положение в луче света, более близкое к генерирующему-свет средству, является «верхним по ходу света», и третье положение в луче света, находящееся дальше от генерирующего-свет средства, является «нижним по ходу света». Таким образом, верхняя по ходу света сторона окна («верхняя по ходу света сторона»), в частности, направлена к внутренней части этого элемента и может принимать, прямо или после внутреннего отражения, свет источника света. Нижняя по ходу света сторона окна («нижняя по ходу света сторона») может быть, в частности, направлена к внешней части этого элемента. Эта сторона окна может находиться, например, (временно) в контакте с водой во время использования системы. Следует отметить, что в пластинчатых вариантах осуществления этого элемента верхняя по ходу света сторона окна и нижняя по ходу света сторона окна обе могут быть сторонами (одной и той же) грани (или плоскости). В вариантах осуществления, где применяется корпус, окно может иметь ненулевую толщину между верхней по ходу света стороной окна и нижней по ходу света стороной окна. Нижняя по ходу света сторона окна может содержать оптический слой. В частности, оптический слой может находиться на нижней по ходу света стороне окна.
В вариантах осуществления, упомянутая система может быть основана на принципе TIR (полного внутреннего отражения). Источник света (являющийся внутренним или внешним по отношению к световоду) может быть выполнен с возможностью обеспечивать УФ-излучение (и/или другой тип излучения; см. ниже) для окна выхода излучения на основе принципа полного внутреннего отражения.
Упомянутый элемент содержит по меньшей мере источник света для УФ-излучения. Это УФ-излучение используется для противодействия биообрастанию. Таким образом, термин «свет» в источнике света и подобные термины могут, таким образом, также относиться к УФ-излучению.
Как указано выше, в дополнительном аспекте настоящее изобретение обеспечивает объект, содержащий внешнюю поверхность и систему противодействия биообрастанию, определенную здесь, связанную с внешней поверхностью. В частности, в одном аспекте настоящее изобретение обеспечивает объект, который во время использования по меньшей мере частично погружен в воду, причем объект содержит систему противодействия биообрастанию, определенную здесь, причем излучающий УФ-свет элемент выполнен с возможностью облучать УФ-излучением во время стадии облучения одно или несколько из (i) части внешней поверхности упомянутого объекта и (ii) воды, смежной с упомянутой частью упомянутой внешней поверхности. Как указано здесь, объект может быть, в частности, выбран из группы, состоящей из судна и объекта инфраструктуры, а также других объектов. Фраза «во время использования по меньшей мере частично погружен в воду» может относиться к пресной воде или морской воде или их смеси (солоноватой воде). Таким образом, настоящее изобретение может быть среди прочего использовано для водных применений, например, морских применений.
В вариантах осуществления, световодный элемент содержит второй слоеный элемент, находящийся в контакте со второй поверхностью световода, причем второй слоеный элемент содержит первый связующий слой, находящийся в контакте с внешней поверхностью (объекта).
Здесь, фраза «объект, который во время использования по меньшей мере частично погружен в воду», в частности, относится к объектам, таким как суда или объекты инфраструктуры, которые имеют водные применения. Таким образом, во время использования такой объект будет находиться, в общем, в контакте с водой, как например, судно в море, озере, канале, реке, или другом водоеме, и т.д.
Термин «судно» может, например, относиться к катеру или кораблю, и т.д., такому как парусная лодка, танкер, круизное судно, яхта, паром, подводная лодка, и т.д.
Термин «объект инфраструктуры» может, в частности, относиться к водным применениям, которые, в общем, расположены по существу стационарно, таким как плотина, шлюз, понтон, буровая платформа, и т.д. Термин «объект инфраструктуры» может также относиться к трубам (например, для выкачивания океанской воды, например, для электростанции) и другим частям (гидроэлектрических) электростанций, таким как системы охлаждения, турбины, и т.д.
Термин «объект» может в вариантах осуществления относиться к опорной конструкции для расположенной в открытом море или морской ветровой турбины, буровой платформы, конструкции для сбора энергии волн/приливов, плавучего устройства, и т.д.
Термин «внешняя поверхность», в частности, относится к поверхности, которая может находиться в физическом контакте с водой. В случае труб, этот термин может применяться к одной или нескольким из внутренней поверхности трубы и внешней поверхности трубы. Таким образом, вместо термина «внешняя поверхность» также может быть применен термин «поверхность обрастания». Дополнительно, в таких вариантах осуществления термин «ватерлиния» может также относиться, например, к уровню заполнения.
В частности, объект является объектом, выполненным для морских применений, т.е. применений в море или океане или вблизи них. Такие объекты находятся во время их использования, по меньшей мере временно или по существу всегда, по меньшей мере частично в контакте с водой. Объект может находиться по меньшей мере частично под водой (ниже ватерлинии) во время использования, или может находиться по существу все время под водой (ниже ватерлинии), например, как в применениях для подводных лодок. Настоящее изобретение может быть, например, применено для противодействия морскому биообрастанию, поддержания чистоты смачиваемых поверхностей, для применений в открытом море, для (подводных) морских применений, для буровых платформ, и т.д.
Вследствие этого контакта с водой может возникать биообрастание с указанными выше недостатками. Биообрастание может возникать на поверхности внешней поверхности («поверхности») такого объекта. Поверхность (элемента) объекта, подлежащая защите, может содержать сталь, но может, но не обязательно, также содержать другой материал, такой как, например, материал, выбираемый из группы, состоящей из древесины, сложного полиэфира, композита, алюминия, резины, хайпалона, PVC, стекловолокна, и т.д. Таким образом, вместо стального корпуса, корпус может быть также PVC-корпусом или корпусом из сложного полиэфира, и т.д. Вместо стали, также может быть использован другой железосодержащий материал, например, (другие) сплавы железа.
Здесь, термин «обрастание» или «биообрастание» или «биологическое обрастание» используются взаимозаменяемо. Выше приведены некоторые примеры обрастания. Биообрастание может возникать на любой поверхности, находящейся в воде или близко к воде и временно подвергающейся воздействию воды (или другой электрически проводящей водосодержащей жидкости). На такой поверхности биообрастание может возникнуть, когда элемент находится в воде или вблизи воды, например, (чуть) выше ватерлинии (как например, вследствие разбрызгивания воды, например, вследствие носовой волны). В тропиках, биообрастание может возникнуть всего за несколько часов. Даже при умеренных температурах, первое обрастание (первые стадии обрастания) возникнет всего за несколько часов; в виде первого (молекулярного) уровня сахаров и бактерий.
Система противодействия биообрастанию содержит по меньшей мере излучающий УФ-свет элемент. Дополнительно, система противодействия биообрастанию может содержать систему управления (см. также ниже), источник электрической энергии, и т.д.
Термин «система противодействия биообрастанию» может также относиться к множеству таких систем, возможно, функционально связанных друг с другом, таких как, например, системы, управляемые через единственную систему управления. Дополнительно, система противодействия биообрастанию может содержать множество таких излучающих УФ-свет элементов. Здесь, термин «излучающий УФ-свет элемент» может (таким образом) относиться к множеству излучающих УФ-свет элементов. Например, в одном варианте осуществления множество излучающих УФ-свет элементов может быть связано с внешней поверхностью объекта, такого как корпус, или может содержаться в такой поверхности (см. также ниже), тогда как, например, система управления может быть расположена где-то в пределах объекта, например, на посту управления или в рулевой рубке судна.
Поверхность или область, на которой может образоваться обрастание, здесь также указана как поверхность обрастания. Она может быть, например, корпусом судна и/или поверхностью излучения оптической среды (см. также ниже). С этой целью, излучающий УФ-свет элемент обеспечивает УФ-излучение (противодействующий обрастанию свет), которое применяется для предотвращения биообрастания и/или для удаления биообрастания. Это УФ-излучение (противодействующий обрастанию свет), в частности, содержит по меньшей мере УФ-излучение (также указанное как «УФ свет»). Таким образом, излучающий УФ-свет элемент, в частности, выполнен с возможностью обеспечивать УФ-излучение. Кроме того, излучающий УФ-свет элемент содержит источник света. Термин «источник света» может также относиться к множеству источников света, например, к множеству из 2-200 (твердотельных) источников света, таких как светодиоды, хотя может быть также применено значительно большее число источников света. Таким образом, термин «светодиод» (LED) может также относиться к множеству светодиодов. В частности, излучающий УФ-свет элемент может содержать множество источников света. Таким образом, как указано выше, излучающий УФ-свет элемент содержит один или несколько (твердотельных) источников света. Светодиоды могут быть (OLED или) твердотельными светодиодами (или комбинацией этих светодиодов). В частности, источник света содержит твердотельные светодиоды. Таким образом, в частности, источник света содержит УФ-светодиод, выполненный с возможностью обеспечения одного или нескольких из УФА-света и УФС-света (см. также ниже). УФА-свет может быть использован для повреждения клеточных оболочек, тогда как УФС-свет может быть использован для повреждения ДНК. Таким образом, источник света, в частности, выполнен с возможностью обеспечивать УФ-излучение. Здесь, термин «источник света», в частности, относится к твердотельному источнику света. Источник (источники) света может также включать в себя твердотельный лазер (лазеры).
В частности, источник света или источники света являются светодиодами. Таким образом, в вариантах осуществления система противодействия биообрастанию содержит множество источников света, причем источники света содержат светодиоды. Альтернативно или дополнительно, источники света содержат твердотельные лазеры.
Как указано выше, излучающий УФ-свет элемент, в частности, выполнен с возможностью облучать упомянутым УФ-излучением (во время стадии облучения) одно или несколько из (i) упомянутой части упомянутой внешней поверхности и (ii) воды, смежной с упомянутой частью упомянутой внешней поверхности. Термин «часть» относится к части внешней поверхности объекта, такого как, например, корпус или шлюз (ворота шлюза). Однако термин «часть» может также относиться по существу ко всей внешней поверхности, например, к внешней поверхности корпуса или шлюза. В частности, внешняя поверхность может содержать множество частей, которые могут облучаться УФ светом одного или нескольких источников света, или которые могут облучаться УФ-излучением одного или нескольких излучающих УФ-свет элементов. Каждый излучающий УФ-свет элемент может облучать одну или несколько частей. Дополнительно, могут существовать, но не обязательно, части, которые принимают УФ-излучение от двух или более излучающих УФ-свет элементов.
В общем, можно различить два главных варианта осуществления. Один из этих вариантов осуществления включает в себя часть внешней поверхности, облучаемую УФ-излучением, причем между ней и источником света и излучающим УФ элементом находится вода (или воздух, при нахождении выше ватерлинии), такая как морская вода, по меньшей мере во время стадии облучения. В таком варианте осуществления, эта часть, в частности, содержится в «исходной» внешней поверхности объекта. Однако еще в одном варианте осуществления, «исходная» внешняя поверхность может быть продолжена модулем, в частности, относительно плоским модулем, который прикреплен к «исходной» внешней поверхности объекта (такого как корпус судна), в результате чего сам модуль фактически образует внешнюю поверхность. Например, такой модуль может быть связан с корпусом судна, в результате чего модуль образует внешнюю поверхность (по меньшей мере ее часть). В обоих вариантах осуществления излучающий УФ-свет элемент, в частности, содержит поверхность выхода излучения (см. дополнительно также ниже). Однако, в частности, в последнем варианте осуществления, в котором излучающий УФ-свет элемент может обеспечивать часть упомянутой внешней поверхности, такое окно выхода излучения может обеспечить эту часть (поскольку первая часть и окно выхода излучения могут по существу совпадать; в частности, могут быть одной и той же поверхностью).
Таким образом, в одном варианте осуществления излучающий УФ-свет элемент прикреплен к упомянутой внешней поверхности. Еще в одном дополнительном конкретном варианте осуществления, окно выхода излучения системы противодействия биообрастанию выполнено в виде части упомянутой внешней поверхности. Таким образом, в некоторых из вариантов осуществления объект может содержать судно, содержащее корпус, и излучающий УФ-свет элемент прикреплен к упомянутому корпусу. Термин «окно выхода излучения» может также относиться к множеству окон выхода излучения (см. также ниже).
В обоих общих вариантах осуществления, излучающий УФ-свет элемент выполнен с возможностью облучать упомянутым УФ-излучением (во время стадии облучения) воду, смежную с упомянутой частью упомянутой внешней поверхности. В вариантах осуществления, в которых сам модуль фактически образует внешнюю поверхность, излучающий УФ-свет элемент выполнен с возможностью по меньшей мере облучать упомянутым УФ-излучением (во время стадии облучения) упомянутую часть упомянутой внешней поверхности, поскольку он является фактически частью упомянутой внешней поверхности, и, возможно, также воду, смежную с упомянутой частью упомянутой внешней поверхности. Таким образом, биообрастание может быть предотвращено и/или уменьшено.
В одном варианте осуществления, значительная часть защищаемой поверхности, которая должна поддерживаться чистой от обрастания, предпочтительно, вся защищаемая поверхность, например, корпус судна, может быть покрыта слоем, который излучает бактерицидный свет («противодействующий обрастанию свет»), в частности, УФ свет.
Еще в одном варианте осуществления, УФ-излучение (противодействующий обрастанию свет) может быть обеспечено для поверхности, подлежащей защите, через волновод, такой как волокно.
Таким образом, в одном варианте осуществления осветительная система противодействия обрастанию может содержать оптическую среду, причем оптическая среда содержит волновод, такой как оптическое волокно, выполненный с возможностью обеспечивать упомянутое УФ-излучение (противодействующий обрастанию свет) для поверхности обрастания. Поверхность, например, волновода, из которой выходит УФ-излучение (противодействующий обрастанию свет), указана здесь также как поверхность излучения. В общем, эта часть волновода может быть по меньшей мере временно погруженной. Вследствие выхода УФ-излучения (противодействующего обрастанию света) из поверхности излучения, элемент объекта, который во время использования по меньшей мере временно подвергается воздействию жидкости (такой как морская вода), может быть облучен и в результате этого очищен от обрастаний. Однако поверхность излучения сама по себе может быть также очищена от обрастаний. Этот эффект используется в некоторых из вариантов осуществления излучающего УФ-свет элемента, содержащего оптическую среду, описанную ниже.
Варианты осуществления с оптическими средами также описаны в документе WO2014188347. Варианты осуществления, описанные в документе WO2014188347, также включены в данный документ по ссылке, поскольку они могут быть скомбинированы с блоком управления и/или водяным переключателем и другими вариантами осуществления, описанными здесь.
Как указано выше, излучающий УФ-свет элемент может, в частности, содержать окно выхода УФ-излучения. Таким образом, в конкретном варианте осуществления излучающий УФ-свет элемент содержит окно выхода УФ-излучения, причем излучающий УФ-свет элемент, в частности, выполнен с возможностью обеспечивать упомянутое УФ-излучение ниже по ходу света от упомянутого окна выхода УФ-излучения упомянутого излучающего УФ-свет элемента. Такое окно выхода УФ-излучения может быть оптическим окном, через которое излучение выходит из излучающего УФ-свет элемента. Альтернативно или дополнительно, окно выхода УФ-излучения может быть поверхностью волновода. Таким образом, УФ-излучение может быть введено в излучающем УФ элементе в волновод, и может выйти из этого элемента через поверхность (часть поверхности) волновода. Как также указано выше, в вариантах осуществления окно выхода излучения может быть, но не обязательно, выполнено в виде части внешней поверхности объекта.
Как указано выше, объект или система противодействия биообрастанию может содержать множество окон выхода излучения. В вариантах осуществления это может относиться к множеству систем противодействия биообрастанию. Однако, альтернативно или дополнительно, в вариантах осуществления это может относиться к системе противодействия биообрастанию, содержащей множество излучающих УФ-свет элементов. Такая система противодействия биообрастанию может, таким образом, в частности, включать в себя множество источников света для обеспечения УФ-излучения. Однако, альтернативно или дополнительно, в вариантах осуществления это может (также) относиться к излучающему УФ-свет элементу, содержащему множество источников света, выполненных с возможностью обеспечивать УФ-излучение. Следует отметить, что излучающий УФ-свет элемент с единственным окном выхода УФ-излучения может (все же) включать в себя множество источников света.
Система противодействия биообрастанию, в частности, может быть выполнена с возможностью обеспечивать УФ-излучение для части объекта или для воды, смежной с этой частью. Это, в частности, предполагает, что во время стадии облучения применяется УФ-излучение. Таким образом, могут, но не обязательно, также существовать периоды времени, в течение которых УФ-излучение совсем не применяется. Это может быть (таким образом) не только вследствие, например, того, что система управления переключает один или несколько излучающих УФ-свет элементов, но и может быть также, например, вследствие предопределенных установочных параметров, таких как день и ночь или температура воды, и т.д. Например, в одном варианте осуществления УФ-излучение применяется в импульсном режиме.
Таким образом, в конкретном варианте осуществления или аспекте, система противодействия биообрастанию выполнена с возможностью предотвращать или уменьшать биообрастание на поверхности обрастания объекта, который во время использования по меньшей мере временно подвергается воздействию воды, посредством обеспечения противодействующего обрастанию света (т.е. УФ-излучения) для упомянутой поверхности обрастания или воды, смежной с ней. В частности, система противодействия биообрастанию может быть выполнена с возможностью обеспечивать упомянутый противодействующий биообрастанию свет через оптическую среду для упомянутой поверхности обрастания, причем излучающий УФ-свет элемент дополнительно содержит (ii) упомянутую оптическую среду, выполненную с возможностью принимать по меньшей мере часть УФ-излучения (противодействующий биообрастанию свет), причем оптическая среда содержит поверхность излучения, выполненную с возможностью обеспечивать по меньшей мере часть упомянутого УФ-излучения (противодействующий биообрастанию свет). Дополнительно, в частности, оптическая среда содержит одно или несколько из волновода и оптического волокна, и причем УФ-излучение (противодействующий обрастанию свет), в частности, содержит одно или несколько из УФВ света и УФС света. Эти волноводы и оптические среды здесь дополнительно подробно не обсуждаются.
Оптическая среда может быть также обеспечена в виде (силиконовой) фольги для наложения на защищаемую поверхность, причем фольга содержит по меньшей мере один источник света для генерирования противодействующего обрастанию света и листообразную оптическую среду для распределения УФ-излучения по фольге. В вариантах осуществления фольга имеет толщину, приблизительно составляющую от пары миллиметров до нескольких сантиметров, например, 0,1-5 см, например, 0,2-2 см. В вариантах осуществления фольга по существу не ограничена ни в одном направлении, перпендикулярном направлению толщины, для обеспечения по существу большой фольги, имеющей размеры, приблизительно составляющие десятки или сотни квадратных метров. Фольга может быть по существу ограниченной по размеру в двух ортогональных направлениях, перпендикулярных направлению толщины фольги, для обеспечения противодействующей обрастанию плитки; в другом варианте осуществления, фольга является по существу ограниченной по размеру только в одном направлении, перпендикулярном направлению толщины фольги, для обеспечения удлиненной полосы противодействующей обрастанию фольги. Таким образом, оптическая среда и даже излучающий УФ-свет элемент могут быть обеспечены в виде плитки или в виде полосы. Плитка или полоса могут содержать (силиконовую) фольгу.
В одном варианте осуществления, излучающий УФ-свет элемент содержит двумерную сетку источников света для генерирования УФ-излучения, и оптическая среда выполнена с возможностью распределять по меньшей мере часть УФ-излучения от двумерной сетки источников света по всей оптической среде для обеспечения двумерного распределения УФ-излучения, выходящего из светоизлучающей поверхности осветительного модуля. Двумерная сетка источников света может быть расположена в мелкоячеистой структуре, плотноупакованной структуре, структуре со строками/столбцами, или любой другой подходящей регулярной или нерегулярной структуре. Физическое расстояние между соседними источниками света в сетке может быть фиксированным по всей сетке или может изменяться, например, в зависимости от выходной энергии света, требуемой для обеспечения эффекта противодействия биообрастанию, или в зависимости от местоположения излучающего УФ-свет элемента на защищаемой поверхности (например, местоположения на корпусе судна). Преимущества обеспечения двумерной сетки источников света включают в себя то, что УФ-излучение может быть сгенерировано вблизи областей, подлежащих защите с использованием освещения УФ-излучением, а также то, что это уменьшает потери в оптической среде или световоде, а также то, что это увеличивает однородность распределения света. Предпочтительно, УФ-излучение является, в общем, однородно распределенным по всей поверхности излучения; это уменьшает или даже предотвращает появление недостаточно освещенных областей, где иначе обрастание могло бы иметь место, и в то же время уменьшает или предотвращает потери энергии из-за чрезмерного освещения других областей большей световой энергией, чем необходимо для противодействия биообрастанию. В одном варианте осуществления, сетка содержится в оптической среде. Еще в одном другом варианте осуществления, сетка может содержаться в (силиконовой) фольге.
Дополнительно, в одном варианте осуществления оптическая среда может быть расположена вблизи (в том числе, необязательно, может быть прикреплена к) защищаемой поверхности и выполнена с возможностью принимать ультрафиолетовый свет, причем оптическая среда имеет направление толщины, перпендикулярное защищаемой поверхности, причем два ортогональных направления оптической среды, ортогональные направлению толщины, параллельны защищаемой поверхности, причем оптическая среда выполнена с возможностью обеспечивать путь распространения ультрафиолетового света таким образом, чтобы ультрафиолетовый свет проходил в пределах оптической среды по меньшей мере в одном из упомянутых двух ортогональных направлений, ортогональных направлению толщины, и таким образом, чтобы в точках вдоль поверхности оптической среды, соответствующие части ультрафиолетового света выходили из оптической среды.
В дополнительном аспекте, настоящее изобретение также обеспечивает способ противодействия (био)обрастанию (части) внешней поверхности объекта, который во время использования по меньшей мере временно подвергается воздействию воды, причем способ содержит: этап обеспечения системы противодействия биообрастанию, определяемой здесь, для объекта, этап генерирования УФ-излучения (во время использования объекта), необязательно, в зависимости от одного или нескольких из (i) сигнала обратной связи, и (ii) таймера для (периодического) изменения интенсивности УФ-излучения (противодействующего обрастанию света), и этап обеспечения упомянутого УФ-излучения (во время стадии облучения) для (части) внешней поверхности. Такой сигнал обратной связи может быть обеспечен датчиком.
Еще в одном дополнительном аспекте, настоящее изобретение также обеспечивает способ обеспечения системы противодействия биообрастанию для объекта, который во время использования по меньшей мере временно подвергается воздействию воды, причем способ содержит этап обеспечения, например, встраивания в объект и/или прикрепления к внешней поверхности системы противодействия биообрастанию, для объекта, такого как судно, с излучающим УФ-свет элементом, выполненным с возможностью обеспечивать упомянутое УФ-излучение для одного или нескольких из части внешней поверхности объекта и воды, смежной (находящейся рядом) с упомянутой частью (во время использования). В частности, излучающий УФ-свет элемент может быть прикреплен к внешней поверхности или может быть даже выполнен в виде (первой) части внешней поверхности.
С использованием описанного здесь изобретения, поверхность может быть обработана противодействующим биообрастанию излучением таким образом, что биообрастание будет уменьшено или предотвращено. Таким образом, еще в одном дополнительном аспекте настоящее изобретение также обеспечивает способ предотвращения и/или уменьшения биообрастания на поверхности световодного элемента, связанного с внешней поверхностью объекта, определенного здесь, причем способ содержит этап генерирования УФ-излучения и этап обеспечения упомянутого УФ-излучения для поверхности, в то время как по меньшей мере часть УФ-излучения выходит из световодного элемента через эту поверхность. Еще в одном дополнительном аспекте, настоящее изобретение обеспечивает способ предотвращения и/или уменьшения биообрастания на внешней поверхности объекта, причем внешняя поверхность во время использования объекта по меньшей мере временно подвергается воздействию воды, причем способ содержит этап генерирования УФ-излучения системой противодействия биообрастанию (такой как система, описанная здесь) и этап обеспечения упомянутого УФ-излучения для внешней поверхности объекта и воды, смежной с внешней поверхностью, причем система противодействия биообрастанию содержит световодный элемент, описанный здесь. Световодный элемент может быть использован для обеспечения УФ-излучения для поверхности объекта, или световодный элемент может обеспечивать поверхность объекта.
Термин «связывать» и подобные термины могут относиться к функциональной связи элементов. Например, световодный элемент может быть нанесен на объект или может быть прикреплен к объекту, например, одним или несколькими механическими средствами, клеем, связующим веществом, и т.д. Термин «связывать» и подобные термины в контексте источника света может также относиться, например, к радиационной связи, в том смысле, что элемент и источник света могут быть связаны таким образом, что элемент принимает по меньшей мере часть излучения источника света.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Варианты осуществления настоящего изобретения будут теперь описаны, только в качестве примера, со ссылкой на сопутствующие схематичные чертежи, в которых соответствующие ссылочные позиции указывают на соответствующие части, и в которых:
Фиг. 1a-1h схематично показывают некоторые общие аспекты;
Фиг. 2a-2f схематично показывают некоторые варианты осуществления; и
Фиг. 3 схематично показывает некоторые варианты, которые могут быть применены, возможно, в комбинации;
Чертежи не обязательно приведены в масштабе.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Фиг. 1a схематично показывает вариант осуществления системы 200 противодействия биообрастанию, которая содержит излучающий УФ-свет элемент 210. Излучающий УФ-свет элемент 210 содержит окно 230 выхода УФ-излучения. Излучающий УФ-свет элемент 210 по меньшей мере частично окружает источник 220 света, выполненный с возможностью обеспечивать УФ-излучение 221 (противодействующий биообрастанию свет). Здесь в качестве примера показаны три источника 220 света. Здесь излучающий УФ-свет элемент 210 выполнен в виде волновода или световода с элементами, встроенными в него. Здесь источники 220 света - в этом схематично показанном варианте осуществления - встроены в волновод. Окно 230 выхода УФ-излучения выполнено с возможностью пропускать по меньшей мере часть УФ-излучения 221 источника 220 света. Окно 230 выхода УФ-излучения содержит верхнюю по ходу света сторону 231 окна, направленную здесь к источнику (источникам) света, и нижнюю по ходу света сторону 232 окна. На фиг. 1а схематично показан световодный элемент 1300, содержащий световод 300 или оптическую среду и первый слоеный элемент 30. Световод 300 содержит первую поверхность 301 световода, которая содержит окно 230 выхода излучения. Световод 300 может быть, в частности, пластиной с первой поверхностью 301 световода и противоположной ей поверхностью, указанной как вторая поверхность 302 световода. Расстояние между этими поверхностями может определять толщину или высоту световода 300, указанную ссылкой h3 (длина и ширина (см. фиг. 2е) могут быть значительно большими, чем высота). Вторая поверхность 302 может включать в себя отражающий слой.
Первый слоеный элемент 30 содержит оптический слой 310. Оптический слой 310 находится в контакте по меньшей мере с частью первой поверхности 301 световода. Оптический слой находится в физическом контакте по меньшей мере с частью первой поверхности световода. В частности, оптический слой 310 имеет первый показатель n1 преломления, меньший, чем 1,36, на 280 нм. Дополнительно, световод 300 содержит проницаемый для УФ-излучения материал 305 световода (такой как силикон). Оптический слой 310 содержит материал 315 оптического слоя. Этот материал 315 оптического слоя является, в частности, проницаемым для УФ-излучения, но имеет показатель преломления, меньший, чем у воды. Таким образом, этот слой уменьшает вывод УФ-излучения, когда световодный элемент 1300 применяется в водных средах, и может увеличить вывод излучения на других частях первой поверхности световода. Оптический слой 310 выполнен на нижней по ходу света стороне 232 окна. Здесь в качестве примера световод 300 содержит оптические структуры 7. Они могут находиться внутри световода или на поверхностях световода 300. Оптические структуры 7 могут быть выполнены с возможностью обеспечивать равномерное распределение УФ-излучения 221, выходящего из излучающего УФ-свет элемента 210. Здесь показано, что источники 220 света содержатся в световодном элементе 1300; однако это не обязательно так (см. также фиг. 2с).
Световодный элемент 1300 в комбинации с источником (источниками) 220 света может быть, например, использован в качестве осветительного модуля для противодействия биообрастанию (защищаемой) поверхности. Такой модуль может содержать (таким образом) по меньшей мере один источник света для генерирования противодействующего биообрастанию света, оптическую среду для распространения по меньшей мере части противодействующего биообрастанию света через оптическую среду, причем оптическая среда содержит поверхность излучения для излучения распространяемого противодействующего биообрастанию света в направлении от защищаемой поверхности, когда осветительный модуль расположен в, на и/или вблизи защищаемой поверхности. Поверхность излучения может быть по существу плоской поверхностью. Поверхность излучения является окном 230 выхода УФ-излучения, включающим в себя первый слоеный элемент 30/является первой поверхностью 301 световода, включающей в себя первый слоеный элемент 30.
Фиг. 1b-1d схематично показывают варианты осуществления объекта 10, который во время использования по меньшей мере частично погружен в воду 2, см. ватерлинию 13. Объект 10, такой как судно или шлюз, см. также ниже, дополнительно содержит систему 200 противодействия биообрастанию, содержащую излучающий УФ-свет элемент 210, в частности, для применения УФ-излучения 221 к части 111 внешней поверхности 11 объекта 10, такого как корпус или часть корпуса. Здесь показаны два варианта осуществления, где система 200 противодействия биообрастанию, или, более конкретно, излучающий УФ-свет элемент 210, является частью внешней поверхности, и, таким образом, образует фактически часть внешней поверхности (фиг. 1а), или где излучающий УФ-свет элемент 210 выполнен с возможностью облучать внешнюю поверхность и не обязательно образует часть внешней поверхности, такой как корпус судна (фиг. 1с). Например, объект 10 может быть выбран из группы, состоящей из судна 1 и объекта 15 инфраструктуры (см. также ниже). Ссылочная позиция 400, среди прочего, на фиг. 1b, относится к системе управления, которая может в вариантах осуществления управлять источником (источниками) 220 света системы 200 противодействия биообрастанию.
Излучающий УФ-свет элемент 210 содержит один или несколько источников 220 света и может быть, таким образом, в частности, выполнен с возможностью облучать упомянутым УФ-излучением 221 во время стадии облучения одну или несколько из (i) упомянутой части 111 упомянутой внешней поверхности 11 и (ii) воды, смежной с упомянутой частью 111 упомянутой внешней поверхности 11. Предшествующий вариант применим, в частности, к варианту осуществления фиг. 1с, а последний вариант осуществления, в частности, применим к обоим вариантам осуществления фиг. 1b-1с. Следует однако отметить, что когда внешняя поверхность излучающего УФ-свет элемента 210 выполнена в виде внешней поверхности объекта 10, конечно, часть 111 облучается сама по себе УФ-излучением 21.
Таким образом, излучающий УФ-свет элемент 210 содержит окно 230 выхода УФ-излучения, и излучающий УФ-свет элемент 210 выполнен с возможностью обеспечивать упомянутое УФ-излучение 221 ниже по ходу света от упомянутого окна 230 выхода УФ-излучения упомянутого излучающего УФ-свет элемента 210.
Как указано выше, термин «судно», указанный ссылочной позицией 1, может, например, относиться к катеру или кораблю (ссылочная позиция 10а на фиг. 1d), и т.д., такому как парусная лодка, танкер, круизное судно, яхта, паром, подводная лодка (ссылочная позиция 10d на фиг. 1d), и т.д., как схематично показано на фиг. 1d. Термин «объект инфраструктуры», указанный ссылочной позицией 15, может, в частности, относиться к водным применениям, которые, в общем, расположены по существу стационарно, таким как плотина/шлюз (ссылочные позиции 10е/10f на фиг. 1d), понтон (ссылочная позиция 10с на фиг. 1d), буровая платформа (ссылочная позиция 10b на фиг. 1d), и т.д.
Фиг. 1е схематично показывает более подробно вариант осуществления системы 200 противодействия биообрастанию, включающей в себя здесь в качестве примера встроенную систему 300 управления и встроенный датчик 310.
Фиг. 1f схематично показывает внешнюю поверхность 11 объекта 10, такого как стенка судна или стенка объекта инфраструктуры, в качестве примера, с множеством излучающих УФ-свет элементов 210 (здесь, связанных с корпусом 21 судна 1). Альтернативно или дополнительно, может быть применено множество функционально связанных или функционирующих независимо систем 200 противодействия биообрастанию.
Фиг. 1f также схематично показывает вариант осуществления, в котором система 200 противодействия биообрастанию содержит множество излучающих УФ-свет элементов 210 (с множеством источников света), множество окон 230 выхода излучения, и множество упомянутых частей 111, причем множество источников 220 света выполнено с возможностью обеспечивать упомянутое УФ-излучение 221 через упомянутое множество окон 230 выхода излучения для упомянутого множества частей 111, и причем упомянутое множество частей 111 расположено на разных высотах объекта 10, и причем система 300 управления выполнена с возможностью управлять источниками 220 света отдельно в зависимости от упомянутой входной информации. Например, в одном варианте осуществления система 300 управления может быть выполнена с возможностью управлять источниками 220 света отдельно в зависимости от положений частей 111 внешней поверхности 11 относительно воды.
Фиг. 1g схематично показывает вариант осуществления, в котором судно 1, как вариант осуществления объекта 10, содержит множество систем 200 противодействия биообрастанию и/или одну или несколько таких систем 200 противодействия биообрастанию, содержащих множество излучающих УФ-свет элементов 210. В зависимости от высоты конкретной такой системы 200 противодействия биообрастанию и/или высоты излучающих УФ-свет элементов 210, например, относительно воды (ватерлинии), могут быть включены соответствующие излучающие УФ-свет элементы 210.
Фиг. 1h показывает мелкоячеистый вариант осуществления, где источники 221 света, такие как УФ-светодиоды, расположены в сетке и соединены в последовательность параллельных соединений. Светодиоды могут быть установлены в узлах, либо посредством пайки, приклеивания, либо посредством любой другой известной технологии электрического соединения для соединения светодиодов с мелкоячеистыми проводными сетками. Один или несколько светодиодов могут быть расположены в каждом узле. Может быть реализовано возбуждение постоянным или переменным током. Если используется переменный ток, то тогда может быть использована пара светодиодов во встречной конфигурации. Специалист в данной области техники знает, что в каждом узле можно использовать более одной пары светодиодов во встречной конфигурации. Фактический размер мелкоячеистой проводной сетки и расстояние между УФ-светодиодами в сетке могут быть настроены посредством растяжения структуры как «гармошки». Мелкоячеистая проводная сетка может быть встроена в оптическую среду. Выше описаны конкретные применения активного предотвращения, в которых система 200 противодействия биообрастанию выключается, или выключает конкретные излучающие УФ-свет элементы 210 или конкретные источники 220 света, в зависимости от контакта с водой, сигнала датчика, и т.д. Однако, альтернативно или дополнительно, также предупредительные сигналы или сообщения могут быть использованы для предупреждения человека об опасности.
Фиг. 2а схематично показывает вариант осуществления, в котором оптический слой 310 является структурированным оптическим слоем 310. Одна или несколько первых областей 311 могут содержать упомянутый материал 315 оптического слоя с первой толщиной h1 слоя. Одна или несколько вторых областей 312 могут содержать упомянутый материал 315 оптического слоя со второй толщиной h2 слоя в диапазоне 0≤h2<h1. Здесь h2≠0. Следует отметить, что разные области могут содержать разные материалы 315 оптического слоя или одинаковые материалы оптического слоя. В частности, когда вся первая поверхность световода находится в физическом контакте с оптическим слоем 310, оптический слой 310 содержит проницаемый для УФ-излучения материал 315 оптического слоя. Толщина (h1, или h1 и h2) слоя может зависеть от расстояния до ближайшего источника света; в частности, ближе к источнику света h1≠0, и дальше от источника света в вариантах осуществления h2=0. Коэффициент пропускания УФ-излучения через оптический слой (т.е. через высоту h1 (и/или h2)) составляет, в частности, по меньшей мере 10%, например, даже более конкретно, по меньшей мере 20%, например, по меньшей мере 40%, например, находится в диапазоне 40-95%, или даже выше (т.е. для УФ-излучения, которое не направляется назад в световод 300). Это, в частности, применимо к УФ-излучению, распространяющемуся в направлении, по существу перпендикулярному первой поверхности 301 световода (в направлении от световода и, таким образом, через оптический слой с указанной высотой h1 (или h2; при наличии) слоя).
Дополнительно, здесь в качестве примера указаны первая область и вторая область. Также может применяться более двух разных областей.
Фиг. 2b схематично показывает комбинацию вариантов осуществления. Среди прочего, этот чертеж схематично показывает пористый оптический слой 310. Оптический слой включает в себя поры или полости, указанные ссылочной позицией 313. Они могут быть заполнены газом, таким как благородный газ или воздух. Дополнительно, первый слоеный элемент 30 содержит пакет 3 слоев, содержащий упомянутый оптический слой 310 и дополнительно содержащий второй слой 320, находящийся в контакте по меньшей мере с частью упомянутого оптического слоя 310. В вариантах осуществления, второй слой 320 является водонепроницаемым. В частности, когда второй слой покрывает по существу всю первую поверхность световода, второй слой 320 содержит проницаемый для УФ-излучения материал 325 оптического слоя. Как указано выше, оптический слой может быть выполнен поверх всей первой поверхности световода, как на фиг. 2b, но может быть в других вариантах осуществления доступным только на части первой поверхности световода, как на фиг. 1а.
Фиг. 2с схематично показывает варианты, в которых источник 220 света является внешним по отношению к световоду 300 (слева) и находится по меньшей мере частично внутри световода 300. Источник 220 света содержит светоизлучающую поверхность 227. В последнем варианте, светоизлучающая поверхность 227 находится внутри световода 300.
Фиг. 2d схематично показывает вариант осуществления, в котором световод 300 содержит закрытую полость 350, заполненную проницаемой для УФ-излучения жидкостью 305а. Световод 300 может в этом варианте осуществления содержать первый материал 305b, в частности, содержащий силикон. Первый материал 305b может определять полость 350. Здесь, фактически, оптический слой 310 может определять полость 350. Проницаемая для УФ-излучения жидкость 305а может, например, содержать деминерализованную воду. При использовании такого световодного элемента 1300 в системе противодействия биообрастанию, система может включать в себя насос для перемещения, например, для обеспечения циркуляции, жидкости 305а. Таким насосом может управлять упомянутая здесь система управления.
Фиг. 2e и 2f очень схематично показывают два варианта световода 300, в виде удлиненной пластинчатой системы, такой как силиконовая пластина (которая фактически может быть покрытием на объекте), или в виде каналоподобной системы. Диаметр последней определен как d1. Величина диаметра может быть по существу такой же, как величина, определенная здесь для высоты h3 световода 300. В отношении предшествующего варианта, световод может иметь высоту, значительно меньшую, чем длина и ширина, например, по меньшей мере в 5 раз меньшую. На фиг. 2е, длина пластины указана ссылкой l1, и ширина указана ссылкой w1. В частности, w1/h3≥5 and l1/h3≥5. Верхняя поверхность, здесь первая поверхность 301 световода (оптический слой не показан), может быть использована в качестве поверхности вывода. Поверхность, противоположная первой поверхности 301 световода, указана ссылочной позицией 302 и является здесь нижней поверхностью. Эта поверхность может включать в себя отражатель. Грань (грани) 303 может быть использована для ввода света УФ-излучения в световод 300, при условии того, что источники света являются внешними по отношению к световоду 300. Если грани не используются, и/или в вариантах осуществления, в которых светоизлучающие поверхности источников света находятся внутри световода 300, грань (грани) 303 могут включать в себя отражающий материал. Длина световода 300 на фиг. 2f является перпендикулярной диаметру и измеряется вдоль оси удлинения световода. Здесь, световод может быть в вариантах осуществления волокном.
Фиг. 3 схематично показывает дополнительный вариант осуществления световодного элемента 1300 и системы 200 противодействия биообрастанию, в который включено множество вариантов, которые могут быть использованы независимо или в комбинации.
Например, в этот схематично показанном варианте осуществления источники 220 света являются по меньшей мере частично, здесь по существу полностью, встроенными в световод 300. Таким образом, источник (источники) света содержит светоизлучающую поверхность 227, причем светоизлучающая поверхность 227 расположена внутри световода 300. В частности, светоизлучающая поверхность является гранью кристалла твердотельного источника (220) света.
Дополнительно, световодный элемент 1300 содержит первый пакет 30, содержащий по меньшей мере один слой, здесь в качестве примера содержащий два слоя, причем первый слой является оптическим слоем 310, и причем второй слой 320 может быть, например, использован в качестве защитного слоя. Оптический слой 310 находится в контакте с первой поверхностью 301 световода. Материал 315 оптического слоя и материал второго слоя, указанный ссылочной позицией 325, являются проницаемыми для УФ-излучения.
Альтернативно или дополнительно, может быть доступным второй пакет 130, содержащий по меньшей мере один слой, здесь в качестве примера содержащий единственный слой, указанный как третий слой 330. Пакет слоев, здесь третий слой 130, находится в контакте со второй поверхностью 301 световода. Третий слой может содержать материал 335 третьего слоя, который в вариантах осуществления может быть идентичным материалу 315 оптического слоя, но который в других вариантах осуществления может быть по существу отражающим, и/или который в других вариантах осуществления может быть связующим. Например, третий слой 330 может быть нанесен для расположения световодного элемента 1300, более точно, световодного слоя 300, на внешней поверхности 11 объекта.
Световод 300 имеет первую поверхность 301 световода. Когда первый слоеный элемент 30 является доступным, внешняя поверхность световодного элемента 1300 является теперь, фактически, поверхностью внешнего слоя, указанной здесь ссылочной позицией 1301. Таким образом, ссылочная позиция 1301 указывает на внешний слой световодного элемента 1300. Окно выхода излучения может считаться слоем (пакетом) между первой поверхностью 301 световода и внешним слоем 1301.
Таким образом, может существовать верхний слой или верхняя фольга, и/или может существовать нижний слой или верхняя фольга. Предшествующий вариант может быть указан, в общем, как оптический слой, или может, в общем, содержаться в пакете слоев. Последний вариант может быть указан, в общем, как третий слой, или может, в общем, содержаться во втором пакете слоев.
Верхняя фольга/ слой может быть, в частности, применена для защиты носителя света от механических повреждений. Дополнительно, она может быть достаточно прозрачной для УФС-света.
Оптический слой, или (первый) пакет слоев, может обеспечивать защиту от химического проникновения нежелательных молекул, которые могут нарушить прозрачность носителя света.
Второй слой может, в частности, иметь хорошую стойкость к задирам. Второй слой может иметь меньший показатель преломления по сравнению с силиконом для распространения УФ света дальше через силикон перед его излучением через поверхность. Это становится более важным, когда слой силикона является очень тонким (≤2 мм) или когда силикон является очень прозрачным. Этот эффект может быть также получен посредством добавления золь-гель слоя как варианта осуществления оптического слоя, между носителем света и верхней фольгой (см. также ниже).
Нижняя фольга может быть, в частности, применена для отражения света назад к поверхности в световод. Третий слой может быть химической границей раздела, позволяющей нам присоединять к нему другие слои с нижней стороны, например, выводные рамки, несущие провода и электронику.
Также третий слой может иметь меньший показатель преломления по сравнению с силиконом для распространения УФС света дальше через силикон перед его излучением через поверхность. Этот эффект может быть также получен посредством добавления золь-гель слоя (см. также выше) как варианта осуществления оптического слоя, между носителем света и третьим слоем.
Подходящие материалы для второго слоя или для третьего слоя или как для второго слоя, так и для третьего слоя могут быть выбраны из группы, состоящей из PET (полиэтилентерефталат) и FEP (фторированный этилен-пропилен). Также возможны другие материалы, например, один или несколько из фторированного этилена, фторированного пропилена, фторированного этилен-пропилена, фторированного пропилен-ацетата. Альтернативно или дополнительно, подходящие материалы для второго слоя или для третьего слоя или как для второго слоя, так и для третьего слоя могут быть выбраны из силиконов (но отличных от материала световода в вариантах осуществления, в которых материал световода может также содержать силикон). Материалы второго слоя и третьего слоя могут быть разными.
Термин «множество», в частности, относится к двум или более элементам.
Термин «по существу», используемый здесь, например, «по существу весь свет» или «состоит по существу из», будет понятен специалистам в данной области техники. Термин «по существу» может также включать в себя варианты осуществления с терминами «целиком», «полностью», «все», и т.д. Таким образом, в вариантах осуществления этот термин по существу может быть также удален. Там, где это применимо, термин «по существу» может также относиться к 90% или больше, например, 95% или больше, в частности, 99% или больше, даже, более конкретно, 99,5% или больше, в том числе 100%. Термин «содержать» включает в себя также варианты осуществления, в которых термин «содержать» означает «состоит из». Термин «и/или», в частности, относится к одному или нескольким из элементов, упомянутых перед и после «и/или». Например, фраза «элемент 1 и/или элемент 2» и подобные фразы могут относиться к одному или нескольким из элемента 1 и элемента 2. Термин «содержащий» может в одном варианте осуществления относиться к термину «состоящий из», но в другом варианте осуществления может также относиться к фразе «содержащий по меньшей мере определенные компоненты и, необязательно, один или несколько других компонентов».
Кроме того, термины «первый», «второй», «третий» и т.п. в описании и в формуле изобретения используются для различения подобных элементов и, необязательно, для описания последовательного или хронологического порядка. Следует понимать, что термины, используемые таким образом, являются взаимозаменяемыми при соответствующих обстоятельствах, и что варианты осуществления настоящего изобретения, описанные здесь, способны работать в последовательностях, отличных от последовательностей, описанных или показанных здесь.
Здесь, устройства, среди прочего, описаны во время эксплуатации. Как будет ясно специалистам в данной области техники, настоящее изобретение не ограничено способами эксплуатации или эксплуатируемыми устройствами.
Следует отметить, что вышеупомянутые варианты осуществления иллюстрируют, а не ограничивают настоящее изобретение, и что специалисты в данной области техники смогут разработать многие альтернативные варианты осуществления, не выходя за рамки объема прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения, любые ссылочные позиции, заключенные в скобки, не должны толковаться как ограничение формулы изобретения. Использование глагола «содержать» и его спряжений не исключает наличия элементов или этапов, отличных от элементов или этапов, заявленных в пункте формулы изобретения. Элемент в единственном числе не исключает наличия множества таких элементов. Настоящее изобретение может быть реализовано посредством аппаратного средства, содержащего несколько отдельных элементов, и посредством соответствующим образом запрограммированного компьютера. В пункте формулы изобретения на устройство, перечисляющем несколько средств, некоторые из этих средств могут быть реализованы одним и тем же аппаратным элементом. Тот факт, что некоторые меры перечислены во взаимно отличающихся зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что комбинация этих мер не может быть использована для получения преимущества.
Настоящее изобретение дополнительно применимо к устройству, содержащему один или несколько из характерных признаков, описанных в настоящем описании и/или показанных в прилагаемых чертежах. Настоящее изобретение дополнительно относится к способу или процессу, содержащему один или несколько из характерных признаков, описанных в настоящем описании и/или показанных в прилагаемых чертежах.
Различные аспекты, обсуждаемые в этом патенте, могут быть объединены для обеспечения дополнительных преимуществ. Кроме того, некоторые из признаков могут образовать основу для одной или нескольких выделенных заявок.