ПРОТИВООБРАСТАЮЩАЯ СИСТЕМА С ИНДУКТИВНОЙ ПЕРЕДАЧЕЙ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИ ЗАЩИТЕ ПОВЕРХНОСТИ ОТ БИООБРАСТАНИЯ
ANTIFOULING SYSTEM WITH INDUCTIVE ENERGY TRANSMISSION FOR USE IN PROTECTION OF SURFACE FROM BIOFOULING

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к противообрастающим системам, имеющим индуктивные системы для передачи энергии для подачи энергии на нагрузку этой противообрастающей системы. Настоящее изобретение дополнительно относится к объекту, подвергающемуся обрастанию, когда он находится в эксплуатации, и имеющему такую противообрастающую систему.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Биообрастание или биологическое обрастание представляет собой накопление микроорганизмов, растений, водорослей и/или животных на поверхностях и в особенности на тех поверхностях, которые подвергаются воздействию влажной или водной окружающей среды, такой как море, озеро или река. Разнообразие среди биообрастающих организмов в высокой степени обширно и выходит далеко за пределы прикрепления ракушек и морских водорослей. В соответствии с некоторыми оценками за биообрастание ответственны более 1700 видов, содержащих свыше 4000 организмов. Биообрастание делят на микрообрастание, содержащее образование биопленок и бактериальную адгезию, и макрообрастание, которое представляет собой прикрепление более крупных организмов. Вследствие особой химии и биологии, которые определяют, что препятствует оседанию организмов, эти организмы также классифицируются как типы с твердым обрастанием или мягким обрастанием.
Известковые (твердые) обрастающие организмы содержат ракушки, мшанки, моллюсков, полихет и других трубчатых червей, а также полосатые мидии. Примеры неизвестковых (мягких) обрастающих организмов представляют собой водоросли, гидроидные полипы и биопленочную "слизь". Эти организмы вместе образуют сообщество обрастания.
В некоторых случаях биообрастание создает существенные проблемы, например, такие как приведены ниже. Машинное оборудование перестает работать, водозаборники засоряются, а корпуса судов страдают от увеличенного сопротивления движению, и, таким образом, от увеличенного потребления топлива. По оценкам, увеличение потребления топлива до 40% может быть отнесено на счет биообрастания. Поскольку нефтяные танкеры или суда для контейнерной перевозки грузов могут потреблять топлива в сумме до 200000  в день, с помощью эффективного способа противообрастания возможна значительная экономия. Следовательно, хорошо известна проблема противообрастания, то есть процесса удаления обрастания или предупреждения его образования.
Для контроля биообрастания в производственных процессах могут быть использованы биодиспергирующие средства. В менее контролируемых средах организмы уничтожают или отпугивают с помощью покрытий с использованием биоцидов, термообработки или импульсов энергии. Нетоксичные механические стратегии, препятствующие прикреплению организмов, содержат выбор материала или покрытия со скользкой поверхностью или создание наноразмерных поверхностных топологий, аналогичных коже акул и дельфинов, которые имеют только точки слабого прикрепления.
В WO 2014/188347 раскрыта система для предотвращения биообрастания, в которой всю поверхность или существенную ее часть, которую следует поддерживать чистой от обрастания (например, корпус судна), покрывают слоем, излучающим бактерицидное световое излучение, в частности, УФ излучение. Таким образом, известно применение способа на основе светового излучения, в частности, с использованием ультрафиолетового (УФ) излучения для уменьшения обрастания или препятствования ему. Хорошо известно, что при достаточном уровне УФ излучения большинство микроорганизмов погибают, становятся неактивными или неспособными к размножению. Этот эффект в главной степени обусловлен суммарной дозой УФ излучения. Обычная доза для уничтожения 90% определенных микроорганизмов составляет 10 мВт-час на квадратный метр. Особенно эффективным видом светового излучения в этом отношении является УФ-С излучение (ультрафиолетовое излучение спектра С), длины волн которого находятся приблизительно в диапазоне от 100 до 280 нм. В WO 2014/188347 для обеспечения необходимого УФ излучения используют маломощные УФ светодиоды. Как правило, светодиоды могут быть размещены в небольших корпусах и потребляют меньше энергии, чем другие типы источников светового излучения. Светодиоды могут быть изготовлены с возможностью испускания (УФ) излучения с различными требуемыми длинами волн, и можно в высокой степени управлять их рабочими параметрами, в первую очередь, выходной мощностью. С помощью существующих УФ светодиодов можно легко достигать подходящей дозы бактерицидного излучения.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В известной системе необходимо доставлять энергию к источникам светового излучения, расположенным в слое, нанесенном на судно. Это является проблематичным в том смысле, что эта система должна быть сконструирована таким образом, чтобы была обеспечена возможность нанесения ее на большую поверхность неправильной формы объекта (например, корпуса судна), а также возможность работы в условиях, когда она по меньшей мере частично погружена в воду, что создает потенциальный риск поражения электрическим током, а также проблемы коррозии.
Следовательно, существует потребность в улучшенной противообрастающей системе с электрическим подводом энергии.
Задача настоящего изобретения состоит по меньшей мере в частичном предвосхищении упомянутой выше потребности.
Изобретатели поняли, что вышеупомянутые условия, при которых такая система должна применяться и работать, требуют принятия ряда конструктивных решений, чтобы справиться с такими условиями. Предпочтительной будет одноэлементная система с защищенной гальванической схемой снабжения энергией. Но такую систему в реальности будет сложно сконструировать и установить на большом объекте.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предложена противообрастающая система, как определено настоящей формулой изобретения.
Изобретатели обнаружили, что противообрастающая система с модульной конструкцией, содержащая множество противообрастающих панелей для покрытия площади поверхности объекта, по меньшей мере частично будет решать упомянутую выше задачу. В частности, это обеспечит возможность покрытия большой поверхности объекта (например, корпуса судна) посредством накладывания противообрастающих панелей на различные области такой поверхности. Это не только сделает легче установку такой системы, но также сделает систему более гибкой с точки зрения формы (например, изогнутой) и размеров поверхностей, которые могут быть покрыты. Для того, чтобы сделать такую систему надежно работающей, была выбрана стратегия снабжения энергией частично на основе беспроводной передачи энергии с помощью системы для передачи энергии, как определено в настоящей формуле изобретения. Для снабжения энергией множества индуктивных приемников энергии с такой системой для передачи энергии можно использовать центральный индуктивный излучатель энергии. Таким образом, каждая панель может иметь один такой приемник и, таким образом, может снабжаться энергией посредством центрального индуктивного излучателя энергии. Это предоставляет эффективный способ доставки энергии на нагрузку (множество противообрастающих устройств), которая проходит по большой площади. В частности, для покрытия большой площади может быть сформирована решетка, состоящая по меньшей мере из одного и, предпочтительно, большего количества передатчиков для доставки энергии, каждый из которых связан с множеством принимающих энергию панелей. Индуктивные приемники и передатчик (передатчики) энергии могут быть заключены в оболочку в панели таким образом, что они будут защищены от условий окружающей среды (например, воды). Таким образом, могут быть уменьшены проблемы, относящиеся к коррозии, в то время как энергию могут передавать так, как потребуется. Кроме того, центральное снабжение энергией от источника энергии (например, корабельных генераторов или аккумуляторов, или т.п.) индуктивного излучателя (излучателей) энергии может быть установлено над ватерлинией этого объекта таким образом, что для этой цели могут быть использованы гальванические соединения без привнесения, например, проблем, относящихся к коррозии, в то время как передача энергии ниже ватерлинии может происходить беспроводным способом. Использование беспроводной передачи энергии с использованием индуктивных элементов, таких как катушки индуктивности, не только упрощает выполнение водонепроницаемой компоновки посредством заключения в оболочку без каких-либо отверстий, выходящих к окружающей среде, но также упрощает применение этой противообрастающей системы. В конечном итоге, при такой индуктивной конструкции до некоторой степени допускаются незначительные различия в выравнивании элементов излучатели и приемника по в целом неправильной форме объекта, что в ином случае приводило бы к различиям в передаче энергии.
С помощью такой системы для передачи энергии для обеспечения противообрастающего излучения могут снабжаться энергией противообрастающие устройства, подлежащие приведению в действие. Во время использования противообрастающей системы такое приведение в действие не обязательно должно быть непрерывным. Приведение в действие может быть периодическим. В некоторых вариантах осуществления для такого приведения в действие используют всю передаваемую энергию. В других вариантах осуществления для приведения в действие противообрастающих устройств используют только часть этой энергии. Таким образом, в таких случаях могут передавать больше энергии, чем нужно для приведения в действие противообрастающих устройств. Следовательно, с использованием этой избыточной энергии могут приводиться в действие другие устройства, такие как датчики и устройства для передачи данных. В вариациях этих вариантов осуществления энергию могут использовать для дискретного приведения в действие противообрастающих устройств, то есть в течение одного периода времени, в то время как их не приводят в действие (или они находятся на низком уровне мощности) в другой период времени, отличный от указанного одного периода времени. В такой период неприведения в действие передача энергии может быть прекращена, или ее могут использовать для приведения в действие других устройств, таких как датчики и системы для передачи данных. Это может быть удобно, например, когда передают недостаточно энергии для приведения в действие всех требующих энергии устройств в одно и то же время.
Предпочтительно, противообрастающие устройства противообрастающей системы содержат источники УФ излучения и, в частности, содержат источники УФ-С излучения. В таких случаях эти источники УФ или УФ-С излучения обеспечивают противообрастающее излучение.
Противообрастающая система представляет собой модульную систему, выполненную из индуктивных излучателей энергии и индуктивных приемников энергии, физически отделенных друг от друга, в которой множество приемников могут снабжать энергией посредством одного излучателя.
В варианте осуществления противообрастающая система содержит: первую панель (панель снабжения энергией), включающую в себя индуктивный излучатель энергии, и множество вторых панелей (противообрастающих панелей), отделенных от первой панели, причем каждая вторая панель содержит по меньшей мере один из указанного множества индуктивных приемников энергии и по меньшей мере одно из указанного множества противообрастающих устройств. Противообрастающие панели могут покрывать большую часть площади, чем панели снабжения энергией. В частности, каждая противообрастающая панель распределяет энергию, принимаемую от панелей снабжения энергией, на противообрастающие устройства, расположенные в этой противообрастающей панели. Эти устройства в том случае, когда их больше одного, предпочтительно распределены по площади противообрастающей панели.
Каждая из указанного множества вторых панелей предпочтительно включает в себя один или более водостойких материалов, посредством которых заключены в оболочку любой из указанного множества индуктивных приемников энергии и любое из указанного множества противообрастающих устройств, присутствующих в этой конкретной второй панели. Такое заключение в оболочку служит для защиты указанного множества индуктивных приемников энергии и указанного множества противообрастающих устройств по меньшей мере от жидкой воды. Защита влечет за собой по меньшей мере частичное, но предпочтительно полное ограждение от окружающей воды, такой как морская вода. Это может уменьшать коррозию и относящиеся к короткому замыканию проблемы приемников и противообрастающих устройств, когда систему эксплуатируют в водных условиях, поскольку все они представляют собой электрические устройства, восприимчивые к таким повреждениям. Один пример водостойких материалов содержит силиконовые полимеры. Другие примеры содержат фторэтиленовые полимеры (ФЭП). Заключение в оболочку может принимать многие формы, одна из которых содержит устройства, внедренные по меньшей мере в один из этих материалов. Материал может представлять собой один единый тип материала, но также может представлять собой композитный материал в смешанной форме или в слоистой форме или в обеих формах. Таким образом, это может быть система из слоев, например, содержащих силиконовые полимеры или ФЭП полимер. Затем в силиконовые полимеры могут быть внедрены указанные устройства, в то время как ФЭП полимер служит в качестве дополнительного покрывающего слоя поверх силиконового полимера.
В варианте осуществления противообрастающей системы каждый из указанных одного или более индуктивных элементов излучателя содержит катушки индуктивности излучателя энергии или состоит из них, и каждый из указанных одного или более индуктивных элементов приемника содержит катушки индуктивности приемника энергии или состоит из них, причем указанные индуктивный излучатель энергии и индуктивные приемники энергии выполнены таким образом, что каждая из указанной одной или более катушек индуктивности приемника энергии по меньшей мере частично перекрывается по меньшей мере с одной из указанной одной или более катушек индуктивности излучателя энергии при установке системы на объекте. Катушки индуктивности могут служить в качестве эффективных элементов для передачи энергии, обеспечивающих внутреннюю (замкнутую) площадь поперечного сечения, в которой концентрируется поток магнитного поля, подлежащий использованию для осуществления индуктивной связи. Катушка индуктивности может иметь один или более витков, таких как, например, более 2, более 3, более 5 витков. Катушка индуктивности излучателя может иметь меньше или больше витков, чем катушка индуктивности приемника. Катушка индуктивности (излучателя и/или приемника) может иметь сердечник для дополнительной концентрации магнитного потока, но это само по себе не требуется. Катушка индуктивности излучателя и катушка индуктивности приемника могут иметь одинаковую площадь поперечного сечения или различную площадь поперечного сечения. Например, катушка индуктивности излучателя может иметь большую площадь поперечного сечения, чем катушка индуктивности приемника. Преимущественным является, например, когда для извлечения энергии из одной и той же катушки индуктивности излучателя нужны несколько катушек индуктивности приемника.
В варианте осуществления каждый из указанного множества индуктивных приемников энергии выполнен таким образом, что указанный по меньшей мере один элемент излучателя энергии соответствующего индуктивного элемента приемника энергии по меньшей мере частично перекрывается с указанным по меньшей мере одним элементом излучателя энергии при установке системы на объекте, причем каждая из указанного множества вторых панелей содержит один или более кромочных участков, в которых расположен по меньшей мере один ее элемент приемника энергии. Это перекрытие является преимущественным для оптимизации индуктивной связи. Предпочтительно, любые излучающие или принимающие элементы представляют собой катушки индуктивности, как раскрыто в настоящем документе выше или ниже. В случае, если есть вторые панели, содержащие индуктивные приемники энергии, каждая из указанного множества вторых панелей содержит один или более кромочных участков (22), в которых расположен ее по меньшей мере один элемент приемника энергии. Каждая из указанных вторичных панелей, например, предназначена для установки над индуктивным излучателем энергии. Индуктивный излучатель энергии, например, предназначен для установки над поверхностью объекта, а панели с индуктивными приемниками энергии перекрывают индуктивный излучатель энергии. Таким образом, элементы приемника энергии, например, в виде катушек индуктивности занимают относительно небольшую площадь панелей, и чтобы вся система в целом оставалась тонкой, площадь перекрытия панелей с частями индуктивных передатчиков энергии должна быть небольшой. Кроме того, площадь, занимаемая индуктивными передатчиками энергии, например, когда они являются частью первичной панели, может сохраняться небольшой по сравнению с площадью, покрываемой вторичными панелями.
Индуктивный передатчик энергии для электрического соединения с указанным по меньшей мере элементом излучателя энергии может содержать линию подачи энергии и линию возврата энергии. Пара, состоящая из линии подачи энергии и линии возврата энергии, может называться линией передачи энергии. Индуктивный излучатель энергии может быть сконструирован с низким импедансом линии передачи переменного тока, что приводит к низким потерям. Такая линия называется частично или полностью сбалансированной линией передачи. С этой целью линия подачи энергии и линия возврата энергии могут проходить рядом друг с другом на заданном постоянном расстоянии, при этом между линиями расположен изолятор. Они могут быть расположены рядом друг с другом в однослойной многопроводниковой дорожке или одна над другой в многопроводниковой слоистой структуре. Последнее может обеспечивать практически полную балансировку линии передачи энергии.
В преимущественном варианте осуществления противообрастающей системы указанный по меньшей мере один индуктивный элемент излучателя содержит множество индуктивных элементов излучателя, каждый из которых электрически соединен в параллельной конфигурации с линией подачи энергии и с линией возврата энергии и расположен последовательно относительно друг других индуктивных элементов излучателя внутри указанного индуктивного излучателя энергии, причем каждый из указанного множества индуктивных элементов излучателя выполнен с возможностью осуществления индуктивной связи по меньшей мере с одним из указанного по меньшей мере одного индуктивного элемента приемника одного из указанного множества индуктивных приемников энергии. Кроме того, элементы излучателя и приемника предпочтительно представляют собой катушки индуктивности, как указано в настоящем документе выше или ниже. Каждый индуктивный приемник энергии может быть индуктивно связан по меньшей мере с одним и, предпочтительно, одним из указанных элементов излучателя энергии индуктивного излучателя энергии.
Последовательное расположение означает, что элементы распределены в пространстве рядом по отношению друг к другу таким образом, что существует по меньшей мере некоторая неперекрывающаяся часть. Это способ доставки тока до каждого элемента приемника энергии эффективным способом таким образом, что элементы приемника энергии могут быть расположены рядом с оптимальным выравниванием для покрытия большой поверхности объекта. Такая система может быть приведена в действие напряжением. Использование расположенных последовательно элементов излучателя (что будет означать наличие одинакового тока во всех точках) сделает более трудным поддержание полного напряжения в пределах безопасного ограничения напряжения, такого как среднеквадратическое значение напряжения 50 вольт.
Индуктивный излучатель энергии может иметь линию подачи энергии, проходящую от одного конца индуктивного передатчика энергии к указанному по меньшей мере одному индуктивному элементу излучателя, и линию возврата энергии, проходящую от указанного по меньшей мере одного индуктивного элемента излучателя к указанному одному концу индуктивного передатчика энергии, причем линия подачи энергии и линия возврата энергии расположены на одной стороне указанного по меньшей мере одного индуктивного элемента излучателя. Таким образом, для каждого из множества индуктивных элементов излучателя линия подачи энергии и линия возврата энергии расположены на одной стороне такого индуктивного излучателя энергии. Предпочтительно, эти линии проходят по одинаковой стороне указанного множества индуктивных передатчиков энергии. Таким образом, магнитные поля, порождаемые в местоположении индуктивного элемента излучателя линией подачи энергии и линией возврата энергии (причем эти поля имеют различную напряженность по длине этих линий в результате отвода тока расположенными последовательно катушками индуктивности вследствие параллельной электрической конфигурации) по меньшей мере частично или по существу компенсируются таким образом, что достигается более равномерная напряженность магнитного поля при прохождении от одного индуктивного элемента излучателя к другому внутри индуктивного излучателя энергии.
В другой компоновке противообрастающей системы индуктивный излучатель энергии содержит по меньшей мере один индуктивный элемент излучателя для осуществления индуктивной связи с множеством элементов приемника энергии, причем указанное множество элементов приемника энергии состоит из указанного по меньшей мере одного элемента приемника энергии по меньшей мере из двух из указанного множества индуктивных приемников энергии. Предпочтительно, индуктивный излучатель энергии содержит один индуктивный элемент излучателя для осуществления связи со всеми и каждым из элементов приемника энергии указанного множества индуктивных приемников энергии. Таким образом, для индуктивной связи с набором индуктивных приемников энергии используют один элемент излучателя энергии. Таким образом, осуществление индуктивной связи и происходящей посредством нее передачи энергии на каждый индуктивный приемник энергии могут быть одинаковыми или близкими к одинаковым.
В варианте осуществления противообрастающей системы индуктивный излучатель энергии содержит линию подачи энергии и линию возврата энергии, а каждый из указанного по меньшей мере одного индуктивного элемента излучателя содержит секцию линии подачи энергии и секцию линии возврата энергии. Теперь нет никаких действующих катушек индуктивности, а есть просто секции указанных линий, которые расположены вблизи друг друга для обеспечения между ними суммарного поля, которое можно использовать для осуществления индуктивной связи с элементом приемника энергии. Это представляет собой более простую конструкцию.
В варианте осуществления противообрастающей системы эта система дополнительно содержит дополнительный еще один из указанного индуктивного излучателя энергии и по меньшей мере один соединительный элемент, причем линия подачи энергии индуктивного излучателя энергии соединена с линией возврата энергии дополнительного индуктивного излучателя энергии через этот соединительный элемент. В такой компоновке система содержит набор индуктивных излучателей энергии, причем каждый из них связан с соответствующим множеством индуктивных приемников энергии. Каждый из индуктивных передатчиков энергии содержит линию подачи энергии и линию возврата энергии, а линия подачи энергии одного из указанных индуктивных излучателей энергии соединена с линией возврата энергии дополнительного одного из индуктивных передатчиков энергии.
В такой конструкции отдельные индуктивные передатчики энергии не имеют замкнутую линию передачи энергии. Напротив, они задают одну половину одной катушки индуктивности излучателя энергии и одну половину другой катушки индуктивности излучателя энергии. Здесь снова присутствует одна катушка индуктивности излучателя энергии, которая проходит по всей длине этой полосы.
Затем, предпочтительно, между вторыми концами, например, расположенных смежно индуктивных излучателей энергии, предусмотрены соединительные элементы для соединения линии подачи энергии одного передатчика с линией возврата энергии смежного передатчика на одной стороне и для соединения линии возврата энергии указанного одного передатчика с линией подачи энергии смежной полосы на другой стороне.
Индуктивный излучатель энергии может содержать ферритовый материал, например, в виде слоя или листа, расположенного под индуктивными элементами излучателя, следовательно, между поверхностью объекта и этими элементами при установке системы на объекте. Таким образом, эффективность системы может поддерживаться, например, близко к 50% даже в том случае, когда поверхность, на которой должна быть установлена эта система, является электропроводной, как это происходит в случае металлического корпуса судна. Для предотвращения вихревых токов через проводящий слой, который задает поверхность, между поверхностью, например, корпуса судна и первичными обмотками индуктивного трансформатора расположен ферритовый материал. Без такого ферритового материала можно обойтись, когда поверхность выполнена из непроводящего материала, такого как древесина или пластмасса.
Для нанесения на поверхность может быть предусмотрен покрывающий или окрасочный материал, так что система предназначена для установки поверх слоя этого покрывающего или окрасочного материала, причем указанный покрывающий или окрасочный материал имеет относительную магнитную проницаемость (μr) больше 20, например больше 100, например больше 200. Таким образом, предпочтительно, покрывающий или окрасочный материал расположен между системой и поверхностью.
Цель этого состоит в предотвращении или ослаблении присутствия вихревых токов в корпусе, которые будут приводить к потерям. Чем выше указанное значение, тем выше производительность. Это улучшает коэффициент связи, например, даже если используется корпус из полиэстера или алюминия.
Относительно высокая магнитная проницаемость, например, также может приводить к высокой диэлектрической проницаемости.
Это обеспечивает альтернативный способ уменьшения вихревых токов в металлическом корпусе (приводящих к потерям), а также может устранять потребность в ферритовом материале. Покрывающий или окрасочный материал, например, имеет внедренные ферромагнитные частицы.
Индуктивные приемники энергии, например, имеют толщину меньше 5 мм, например, меньше 4 мм, например, меньше 3 мм. Эта толщина, как правило, содержит печатную плату (ПП).
Толщина вторичных панелей, включающих в себя индуктивные приемники энергии, может быть менее 2 см, например менее 1,5 см или даже менее 1 см. Они могут включать в себя материал для заключения в оболочку, как указано в настоящем документе выше.
Указанное множество противообрастающих устройств, например, содержат один или более источников светового излучения для обеспечения противообрастающего светового излучения, как описано в настоящем документе выше. Таким образом, индуктивная система передачи энергии может представлять собой часть противообрастающей системы на основе светового излучения, подлежащей накладыванию на поверхность. Источники светового излучения могут представлять собой часть компоновки источников светового излучения, например, содержащей решетку из УФ-С светодиодов для излучения УФ излучения с длиной волны от 270 нм до 280 нм.
Противообрастающая система может содержать источник энергии для доставки энергии на индуктивный излучатель энергии. Источник энергии, например, содержит резонансный контур с резонансной частотой 50 кГц-1 МГц, например 50 кГц-200 кГц, например 60 кГц-90 кГц.
Индуктивные приемники энергии и индуктивные передатчики энергии могут быть размещены в соответствующих первой и второй панелях, каждая из которых включает в себя силиконовый материал, имеющий защитную функцию и, необязательно, также оптическую функцию, например канализацию светового излучения.
2
2
Вторая панель может иметь многие формы, такие как треугольная и прямоугольная. Их площадь может составлять 0,5 м или более. Предпочтительно, их площадь составляет 2,5 м или более. Стороны таких панелей могут иметь размеры (длину и ширину) более 0,1 или 0,2 метра, предпочтительно более 0,5 метра. Не все стороны панели или различных панелей в том случае, когда их больше в системе, должны иметь одинаковые размеры.
2
Формы и площади или размеры (длина, ширина) первой панели могут быть любыми до тех пор, пока подходят для использования в противообрастающей системе, чтобы обеспечивать возможность защиты или даже покрытия поверхности. Эти формы и размеры могут быть выбраны в соответствии с формой и размером поверхности, на которую они должны быть наложены. Поскольку поверхность, предпочтительно, представляет собой поверхность одного из морских объектов, такого как судно, корабль и т.д., такие поверхности, в общем, являются довольно большими, то есть составляют больше или намного больше 1 м.
Первая панель, а следовательно, и индуктивный передатчик энергии, может иметь любую форму, но, предпочтительно, является удлиненной и, более предпочтительно, также прямоугольной. Предпочтительно, ее длина больше 0,2 метра или больше 0,5 метра. Более предпочтительно, длина больше 1 метра. Ширина первой панели может быть любой при условии, что в ней могут быть размещены ее электрические компоненты. Ширина ее может составлять 0,1 метра или более, например 0,5 метра или более.
Система, как описана в настоящем документе выше, предназначена для установки на объекте, который при нормальных условиях эксплуатации подвержен обрастанию. В целом, это означает, что система также по меньшей мере частично будет подвергаться воздействию таких условий.
Таким образом, в дополнительном аспекте настоящего изобретения предложен объект, подвергающийся воздействию условий обрастания при нормальной эксплуатации и содержащий противообрастающую систему, как описано в настоящем документе выше, в которой индуктивный излучатель энергии и указанное множество индуктивных приемников энергии устанавливаются на объекте в закрепленной конфигурации по отношению друг к другу для обеспечения возможности индуктивной связи. Закрепленная конфигурация означает, что во время эксплуатации объекта части системы не смещаются. Это не означает, что они не могут быть удалены от объекта, что, например, может происходить во время ремонта или замене частей системы. Закрепление могут выполнять многими способами, такими как, например, закрепление с помощью винтов, зажимов или приклеивания любого типа.
Каждое из указанного множества противообрастающих устройств, предпочтительно, содержит источник УФ излучения для обеспечения УФ излучения в качестве противообрастающего излучения. УФ излучение работает на уровне ДНК микроорганизмов, и, таким образом, система на основе таких источников может работать с широким разнообразием противообрастания.
В варианте осуществления объекта противообрастающая система содержит
- первую панель, включающую в себя индуктивный излучатель (10) энергии и
- множество вторых панелей, отделенных от первой панели, причем каждая вторая панель содержит по меньшей мере один из указанного множества индуктивных приемников (20) энергии и по меньшей мере одно из указанного множества противообрастающих устройств,
причем первая панель и указанное множество вторых панелей установлены на объект таким образом, что различные панели из указанного множества вторых панелей по меньшей мере частично установлены на различные области этого объекта. Модульность системы обеспечивает возможность покрытия площади объекта, на котором устанавливают систему, таким образом, что для покрытия большой площади первые и вторые панели одна за другой закрепляются на объекте, в то время как на множество вторых панелей могут эффективно подавать энергию при помощи первой панели. Предпочтительно, первые панели имеют удлиненную форму с той целью, что для формирования схемы, такой как укладка елочкой, вторые панели проходят сбоку от этой удлиненной формы в направлении по длине.
В варианте осуществления объект предназначен для частичного или полного погружения в воду при нормальной эксплуатации, причем каждая из указанного множества вторых панелей включает в себя один или более водостойких материалов, посредством которых заключен в оболочку любой из указанного множества индуктивных приемников энергии и любое из указанного множества противообрастающих устройств, присутствующих в этой конкретной второй панели, для защиты их от воды. Предпочтительно, объект представляет собой объект, который во время эксплуатации подвергается воздействию воды и, в частности, морской воды. Такие объекты включают в себя, например, сооружения, такие как шлюзы, нефтебуровые платформы, насосные станции или буи и суда, такие как корабли. Морской объект представляет собой любой объект, как описано в настоящем документе выше или ниже, такой как, например, судно или корабль. Предпочтительно, объект представляет собой корабль. Во всех случаях систему устанавливают на наружную поверхность объекта таким образом, что на эту поверхность устанавливают по меньшей мере индуктивные приемники энергии (или вторые панели, частью которых они являются). Предпочтительно, на наружную поверхность также устанавливают индуктивные излучатели энергии (или первые панели, частью которых они являются).
В варианте осуществления объект имеет ватерлинию, и часть первой панели устанавливают таким образом, что она остается над ватерлинией, когда объект находится в эксплуатации, так что к индуктивному передатчику энергии может быть присоединен источник энергии для подачи энергии на индуктивный излучатель энергии через гальваническое соединение, расположенное над ватерлинией. Источник энергии может быть выполнен с возможностью подачи энергии на индуктивный излучатель энергии через гальваническое соединение, расположенное над ватерлинией морского объекта. Индуктивный излучатель энергии, предпочтительно, в форме полосы, как обсуждалось выше, может проходить выше ватерлинии таким образом, что может быть осуществлен гальванический контакт с источником энергии в местоположении вне воды, и система может быть полностью закрыта и заключена в оболочку ниже ватерлинии, когда дело касается снабжения нагрузки энергией.
Таким образом, объект содержит поверхность, и поверх этой поверхности устанавливают противообрастающую систему.
Объект может иметь покрывающий материал, как указано выше, наносимый на его поверхность и между его поверхностью и противообрастающей системой. Это будет преимущественным для объекта, выполненного из проводящих материалов вблизи поверхности, как, например для судов с металлическим корпусом или других конструкций, как указано выше, имеющих металлические части вблизи поверхности, на которой устанавливают систему.
В настоящем изобретении также предложен способ установки на объект противообрастающей системы, как раскрыто в отношении объекта. Для определения такого способа установки могут быть использованы любые из признаков противообрастающей системы и/или объекта. Например, может быть предложен способ установки, в котором по меньшей мере часть системы и, в частности, индуктивный излучатель энергии, устанавливают над ватерлинией объекта. В варианте осуществления между объектом и по меньшей мере индуктивным передатчиком энергии могут наносить ферритовый материал и/или покрывающий материал с диэлектрической проницаемостью выше 20.
Эти и другие аспекты настоящего изобретения будут очевидны из описанных ниже вариантов осуществления и будут пояснены со ссылкой на них.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Для лучшего понимания настоящего изобретения и для того, чтобы более ясно показать, как оно может выполнено, только в качестве примера будет сделана ссылка на сопутствующие схематичные чертежи, на которых:
на фиг. 1 показана противообрастающая система в соответствии с настоящим изобретением, наложенная на судно для защиты его поверхности, находящейся в контакте с водой, то есть поверхности корпуса;
на фиг. 2 показан разрез (выполненный в горизонтальной плоскости) системы по фиг. 1 через индуктивные излучатели энергии, панели и части поверхности судна;
на фиг. 3 более подробно показаны компоновки катушек индуктивности;
на фиг. 4 показан пример конструкции панели;
на фиг. 5 показана одна возможная электрическая конфигурация первичных катушек индуктивности и катушек индуктивности приемника энергии;
на фиг. 6 показан первый способ размещения катушек индуктивности излучателя энергии и линии передачи энергии в индуктивном излучателе энергии;
на фиг. 7 показан второй способ размещения катушек индуктивности излучателя энергии и линии передачи энергии в индуктивном излучателе энергии;
на фиг. 8 показан третий способ размещения катушки индуктивности излучателя энергии, использующей линию подачи энергии и линию возврата энергии, в индуктивном излучателе энергии;
на фиг. 9 показан способ размещения линии возврата энергии одного индуктивного излучателя энергии и линии подачи энергии другого индуктивного излучателя энергии таким образом, что они вместе образуют индуктивный элемент излучателя; и
на фиг. 10 показана компоновка, в которой панели индуктивного излучателя энергии и индуктивного приемника энергии выполнены поверх слоя краски с высокой магнитной проницаемостью.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Со ссылкой на чертежи будут описаны примеры противообрастающей системы, как задано посредством настоящей формулы изобретения.
Следует понимать, что подробное описание и конкретные примеры, хотя и указывают на примерные варианты осуществления устройств, систем и способов, предназначены только для целей иллюстрации и не предназначены для ограничения объема настоящего изобретения. Эти и другие признаки, аспекты и преимущества устройств, систем и способов настоящего изобретения станут лучше понятны из последующего описания, прилагаемой формулы изобретения и сопутствующих чертежей. Следует понимать, что чертежи являются только схематичными и не выполнены в масштабе. Также следует понимать, что на всех чертежах для указания на одинаковые или аналогичные части используются одинаковые ссылочные обозначения.
На фиг. 1 показана такая противообрастающая система, установленная на объекте в виде судна 1. Эта система предназначена для защиты объекта от обрастания, когда судно находится в эксплуатации. Это означает, что система выполнена с возможностью по меньшей мере частичного уменьшения обрастания по сравнению с судном без такой системы. В этом случае поверхность представляет собой наружную поверхность частей корпуса судна, которая ниже ватерлинии 30 судна может погружаться в воду при его эксплуатации, благодаря чему подвергается обрастанию.
В целом, ватерлиния представляет собой линию, где поверхность объекта, такого, как, например, корпус судна, соприкасается с поверхностью воды, когда объект находится в нормальной эксплуатации.
Противообрастающая система содержит набор (множество) первых панелей 10, каждая из которых включает в себя (или в простейшем варианте осуществления представляет собой) индуктивный излучатель энергии. Первые панели (и, следовательно, индуктивные передатчики энергии) в этом случае имеют удлиненную прямоугольную форму, в которой длина больше ширины. Они устанавливаются над поверхностью таким образом, что их направление по длине составляет ненулевой угол относительно ватерлинии 30 судна. На фиг. 1 этот угол равен приблизительно 90 градусам таким образом, что первые панели проходят в вертикальном направлении по высоте судна. Они распределены в пространстве вдоль направления по длине (параллельно ватерлинии судна) судна.
Индуктивные излучатели энергии и, таким образом, также панели включают в себя линии передачи энергии, такие как линии подачи энергии и линии возврата энергии. Они проходят по меньшей мере частично от одних из дистальных концов панелей к другим дистальным концам панелей. На верхних дистальных концах панелей 10, которые в этом случае расположены над ватерлинией 30, линии передачи энергии соединены с одним или более источников электрической энергии (не показаны). Такие источники могут представлять собой генераторы любого типа или аккумуляторные батареи и т.д.
Каждый из излучателей энергии содержит один или более наборов индуктивных элементов излучателя, с помощью которых можно передавать электрическую энергию посредством электромагнитной индукции. В этом случае такие индуктивные элементы излучателя выполнены в виде катушек индуктивности излучателя энергии, каждая из которых имеет от 1 до 5 витков. Однако могут быть использованы и другие катушки индуктивности.
В целом, подразумевается, что индуктивные элементы излучателя и индуктивные элементы приемника содержат любой проводящий элемент, выполненный с возможностью переноса переменного тока таким образом, чтобы создавать магнитное поле или захватывать магнитное поле, посредством которого может быть передана энергия. Связь между двумя проводами может быть увеличена посредством наматывания таких проводников на катушки индуктивности и помещения их близко друг к другу на общей оси таким образом, что магнитное поле одной катушки индуктивности проходит через другую катушку индуктивности. Связь также может быть увеличена при помощи магнитного сердечника из ферромагнитного материала, подобного железу или ферриту, помещенного в эти катушки индуктивности, что увеличивает магнитный поток. Две катушки индуктивности могут физически быть размещены в одном блоке, как в первичной и вторичной обмотках трансформатора, или могут быть разделены. Набор первичных обмоток может иметь один или более витков провода. В настоящем документе набор первичных обмоток называется катушкой индуктивности излучателя энергии. Таким образом, индуктивный излучатель энергии включает в себя одну или более катушек индуктивности излучателя энергии.
Противообрастающая система также включает в себя набор (множество) вторых панелей 20, которые могут называться противообрастающими панелями. Их устанавливают над поверхностью с распределением в пространстве таким образом, что каждая покрывает различную область поверхности корпуса судна. В этом случае все из них устанавливают под ватерлинией 30, но, кроме того, некоторые из них могут быть установлены над ватерлинией с учетом волн, возникающих во время эксплуатации объекта. В этом случае панели 20 имеют удлиненную прямоугольную форму, причем направление по длине проходит параллельно ватерлинии, а направление по ширине проходит перпендикулярно ей. Их устанавливают на поверхность таким образом, что различные панели покрывают по меньшей мере частично различные области этой поверхности. В этом случае они не перекрывают друг друга вообще. Они имеют первую поверхность панели, обращенную к судну, с помощью которой они прикрепляются к поверхности судна, и противоположную ей вторую поверхность панели, обращенную к воде.
Каждая из вторых панелей содержит по меньшей мере один индуктивный приемник энергии для приема энергии от одной или более первых панелей 10, с которыми они связаны. Каждая из панелей 20 содержит множество источников УФ излучения для обеспечения противообрастающего излучения, посредством приведения их в действие энергией, принимаемой указанным одним или более индуктивными приемниками энергии и передаваемой одним или более индуктивными излучателями энергии, с которыми связана панель 20. Противообрастающее излучение в этом примере направлено по меньшей мере к поверхности панели, обращенной к воде, таким образом, что на этой поверхности, которая во время эксплуатации судна подвергается обрастанию, это обрастание может быть уменьшено или предотвращено. Источники светового излучения расположены в компоновке источников светового излучения таким образом, что они распределены в пространстве по площади панели 20, покрывающей часть поверхности судна. С помощью такой противообрастающей системы поверхность судна по существу по меньшей мере частично составлена из поверхностей панелей 20. Поскольку последние защищены от обрастания, то поверхность корпуса судна также опосредовано защищена. Следует отметить, что эти панели и источники могут быть выполнены таким образом, что противообрастающее излучение также может поступать на поверхность судна, например, посредством выхода из панелей 20 на их поверхности, обращенные к поверхности корпуса судна. Таким образом, световое излучение предусмотрено таким образом, что для уменьшения или предотвращения обрастания освещаются поверхность судна, на которую наложена панель, и/или поверхность второй панели, подвергающаяся обрастанию (поскольку она теперь является той поверхностью панели, которая подвергается воздействию воды).
Дополнительные подробности того, как такая противообрастающая панель 20 может быть сконструирована, и как для обеспечения противообрастающего излучения могут быть использованы источники светового излучения, известны из предшествующего уровня техники и, например, описаны в WO 2014/188347. В этом документе раскрыты способы и системы для предотвращения биообрастания, в которых всю поверхность или существенную ее часть, которую следует поддерживать чистой от обрастания (например, корпус судна), покрывают панелью, имеющей слой, излучающий бактерицидное световое излучение, в частности, УФ излучение, такое как УФ-С излучение. Хорошо известно, что при достаточном уровне УФ излучения большинство микроорганизмов погибают, становятся неактивными или неспособными к размножению. Таким образом, источники светового излучения могут быть выполнены с возможностью обеспечения ультрафиолетового (УФ) противообрастающего излучения. УФ излучение представляет собой ту часть электромагнитного светового излучения, которая ограничена нижней дальней длиной волны видимого спектра и диапазона рентгеновского излучения. По определению, спектральный диапазон УФ излучения составляет 100 нм-400 нм и невидим для человеческого глаза. По классификации МКО УФ спектр подразделяется на три диапазона:
УФ-А (длинноволновой) 315 нм-400 нм;
УФ-В (средневолновой) 280 нм-315 нм;
УФ-С (коротковолновой) 100 нм-280 нм.
Известны различные источники светового излучения для генерации УФ излучения, такие как ртутные газоразрядные лампы низкого давления, ртутные газоразрядные лампы среднего давления и газоразрядные лампы с диэлектрическим барьером. Предпочтительной опцией, как, например, предложено в WO 2014/188347, являются низкозатратные маломощные УФ светодиоды. Как правило, светодиоды могут быть размещены в небольших корпусах и потребляют меньше энергии, чем другие типы источников светового излучения. Светодиоды могут быть изготовлены с возможностью испускания (УФ) излучения с различными требуемыми длинами волн, и можно в высокой степени управлять их рабочими параметрами, в первую очередь, выходной мощностью. С помощью существующих УФ светодиодов можно легко достигать подходящей дозы бактерицидного излучения.
Каждый из индуктивных приемников энергии панелей 20 включает в себя один или более индуктивных элементов приемника энергии для приема энергии от катушек индуктивности индуктивных излучателей энергии. В этом случае такие индуктивные элементы приемника выполнены в виде катушек индуктивности приемника энергии, каждая из которых имеет, например, от 1 до 5 витков.
Эти катушки индуктивности приемника энергии расположены в панелях 20 таким образом, что они выровнены с одной или более из катушек индуктивности излучателя энергии одной или более из первых панелей таким образом, что между ними могут передавать энергию индуктивным способом. Таким образом, катушка индуктивности излучателя энергии может рассматриваться как одна сторона трансформатора, в то время как выровненная катушка индуктивности приемника энергии образует другую сторону этого трансформатора. Или, другими словами, пара из выровненных первичной катушки индуктивности и катушки индуктивности приемника энергии могут образовывать трансформатор для передачи энергии.
Система по фиг. 1 является преимущественной, поскольку обеспечивает модульную систему, включающую в себя одну или более панелей 10 и множество (противообрастающих) панелей 20, с помощью которых может быть покрыта поверхность судна в многообразии форм и размеров поверхности судна. В то же время может быть обеспечена эффективная и надежная передача энергии беспроводным способом от квазицентральной панели снабжения энергией к множеству противообрастающих панелей, связанных с такой панелью снабжения энергией. Система и устройство снабжения энергией сохраняют или обеспечивают возможность модульной структуры и в то же время предотвращают или снижают эффекты коррозии и последующее возможное короткое замыкание из-за открытых электрических соединений между панелями. Модульность также обеспечивает требуемую надежность системы, поскольку каждая панель 20 получает энергию по схеме параллельного соединения с панелью снабжения энергией. Кроме того, конструкция и устройство системы обеспечивает возможность прохождения панелей 10 энергии над ватерлинией таким образом, что квазицентральные панели 10 энергии могут быть соединены с источником энергии через сильноточные гальванические соединения, расположенные над ватерлинией.
В показанном примере поверхность 18 судна по существу полностью покрыта противообрастающими панелями по меньшей мере под ватерлинией. Противообрастающие панели не перекрывают друг друга, но если потребуется, соседние панели могут перекрываться. В этом случае панели устанавливают на поверхности таким образом, что между этими панелями и поверхностью судна не может присутствовать вода. Для этой цели их приклеивают с помощью водостойкого клея к поверхности. Таким образом, поверхность 18 непосредственно защищена панелями, тогда как поверхность панелей, подвергаемая обрастанию, теперь защищена благодаря противообрастающему излучению, направляемому на эту поверхность. Таким образом, противообрастающее излучение, обеспечиваемое панелями, способствует предотвращению образования обрастающих организмов на поверхности панелей, подвергающихся обрастанию. Это все еще следует понимать как формирование системы для защиты поверхности корпуса от биообрастания (в том смысле, что без противообрастающей системы поверхность корпуса будет страдать от биообрастания). Альтернативно или дополнительно, могут быть использованы панели, установленные таким образом, что между этой поверхностью и панелью вода может достигать поверхности судна. В таким случаях панели могут быть выполнены с возможностью обеспечения противообрастающего излучения также на поверхность судна и поверхность панели, обращенную к поверхности судна.
Как будет понятно из приведенного ниже описания, может быть множество катушек индуктивности, соединенных с линией передачи энергии. Могут быть использованы многие конфигурации объединенных катушек индуктивности излучателя энергии и катушек индуктивности приемника энергии, каждая их которых имеет свои конкретные преимущества. Например, может присутствовать одна катушка индуктивности излучателя энергии на одну панель или множество катушек индуктивности излучателя энергии на одну панель. В каждом случае каждая панель может иметь одну или множество катушек индуктивности приемника энергии, подлежащих выравниванию с катушками индуктивности излучателя энергии, доступных в их местоположении рядом с панелью 10.
На фиг. 2 показан разрез, выполненный в горизонтальной плоскости через часть корпуса 16 судна и часть системы, включающей в себя две из первых панелей 10 и две из вторых панелей 20. Поверхность 18 корпуса представляет собой поверхность, подлежащую защите от обрастания, и для этой цели на этой поверхности установлены первые панели 10 и вторые панели 20. Как указано выше, это означает, что поверхности 23 панелей 20 теперь стали поверхностью, открытой для противообрастания. Здесь игнорируем воду, расположенную между системой и поверхностью, поскольку в этом примере панели 20 прикрепляются к поверхности по существу водонепроницаемым способом.
Каждая из первых панелей 10 имеет индуктивный излучатель 10 энергии, который в свою очередь содержит по меньшей мере одну катушку 12 индуктивности излучателя энергии, витки которой проходят в плоскости, расположенной вертикально к плоскости чертежа. Линии передачи энергии индуктивных излучателей энергии, расположенных в панелях 10, к которым присоединены катушки 12 индуктивности излучателя энергии, на этом чертеже не показаны, но в этом случае будут проходить вертикально к плоскости чертежа.
Каждая из панелей 20 содержит индуктивный приемник 20 энергии, который в свою очередь содержит катушку индуктивности приемника энергии, витки которой также проходят в плоскости, расположенной вертикально к плоскости чертежа. Катушки индуктивности приемника энергии расположены в кромочных участках 22 панелей 20, а первые и вторые панели устанавливают на поверхности таким образом, что краевые участки 22 вторых частей 20 перекрываются со вторыми частями 10 так, что катушки 12 индуктивности излучателя энергии перекрываются с катушками 24 индуктивности приемника энергии. Это может обеспечивать хорошую индуктивную передачу энергии между первой катушкой индуктивности и катушкой индуктивности приемника энергии и, вследствие этого, между передатчиком и приемником энергии.
В этом случае, если считать от поверхности судна, панели 20 перекрывают панели 10 в кромочных участках. Это также может быть и наоборот.
Каждая из панелей 20 имеет один или более источников светового излучения, расположенных в компоновке 26 источников светового излучения, которая расположена таким образом, чтобы направлять противообрастающее световое излучение по меньшей мере на поверхности 23. Энергия, передаваемая беспроводным способом панелями 10, используется панелями 20 для снабжения энергией источников светового излучения, расположенных в компоновках 26.
В текущем примере корпус судна выполнен из стали, в которой во время передачи энергии в местоположениях катушек индуктивности могут возникать вихревые токи. Такие вихревые токи могут понижать эффективность передачи энергии. Для уменьшения или предотвращения такой потери эффективности вторые панели 10 имеют ферритовый материал в виде ферритового листа 14, помещенного между катушкой индуктивности излучателя энергии и металлом корпуса 16 судна. Ферритовый материал уменьшает вихревые токи в металле корпуса 16 судна или даже предотвращает их возникновение, благодаря чему повышает эффективность передачи энергии. Для этой цели также могут быть использованы материалы с высокой диэлектрической проницаемостью. Следует понимать, что когда вихревые токи в значительной степени не возникают, тогда такой ферритовый материал или другие решения не являются необходимыми. Например, когда корпус выполнен из непроводящего материала, такого как древесина или пластмасса.
Катушки индуктивности излучателя энергии могут быть сформированы на печатной плате (ПП) или в ней, которая в свою очередь может представлять собой часть индуктивного излучателя энергии и/или линий передачи энергии. Аналогично, на ПП индуктивного приемника энергии или в ней могут быть сформированы катушки индуктивности передатчика энергии. Компоновка источников светового излучения также может быть сформирована на ПП, которая может быть разделена от ПП катушек индуктивности приемника энергии или может являться одной и той же. Для простоты показанной конструкции на чертежах эти ПП не показаны. Таким образом, ПП также представляют собой части соответствующих панелей.
Это может быть одна совместно используемая гибкая ПП, расположенная в панели и, например, имеющая катушки индуктивности и источники светового излучения, а также и другие части электронной схемы снабжения энергией, находящиеся в панели. Такие гибкие панели выполнены с возможностью приспосабливания к контуру поверхности, на которую их устанавливают. Напротив, они могут представлять собой раздельные ПП, расположенные в панели, и электрические соединения между ними.
Электрические схемы, выполненные в виде ПП, являются удобными, но сами по себе не обязательно должны быть использованы. Также могут быть использованы другие способы выполнения электрических схем.
Части схем панелей могут быть выполнены с использованием ПП, тогда как другие части могут быть выполнены с помощью различных способов. Например, компоновка источников светового излучения может быть образована в виде проволочной сетчатой структуры вместо ПП, имеющей распределенные источники светового излучения. Это уменьшает площадь ПП, поскольку ПП нужны только для катушек индуктивности приемника энергии. В дополнительных вариантах все схемы панели выполнены без ПП с помощью других технологий.
Катушки индуктивности излучателя энергии индуктивных излучателей 10 энергии во время работы системы, например, могут снабжаться питанием переменного тока (синусоидальный сигнал) с частотой 100 кГц-150 кГц. Для компенсации емкостного тока утечки в корпус 16 в положении линий передачи энергии для реализации фильтра нижних частот они (и, следовательно, индуктивный излучатель энергии) могут быть дополнительно снабжены конденсатором. Это, например, представляет интерес в том случае, когда для генерации питания переменного тока используются высокоэффективные коммутируемые усилители. В таком случае для отфильтровывания остаточных гармоник высоких частот усилителя используют фильтр нижних частот.
Для генерации питания переменного тока альтернативой является использование резонансного контура. Например, каждая линия передачи энергии (индуктивный излучатель энергии) может содержать резонансный контур на основе емкостного резонансного контура, резонансная частота которого находится в диапазоне 60 кГц-90 кГц.
Как правило, частота работы (резонансная или приводная) может находится в диапазоне 50 кГц-1 МГц, например 50 кГц-200 кГц, например 60 кГц-90 кГц.
На фиг. 3 показаны примерные расположения панелей и их перекрывания.
В примере на фиг. 2 показаны панели 10, перекрывающие связанную панель 10 на одном боковом краю. На фиг. 3 панели 20 перекрывают панели 10 на обоих боковых краях, и каждая панель 10 имеет пару катушек 12а и 12b индуктивности излучателя энергии, например, расположенных по своей длине по соседству по горизонтали (длина проходит вертикально по отношению к плоскости чертежа). Одна катушка индуктивности из пары, например, 12а, предназначена для снабжения энергией второй панели 20 с одной стороны, а другая катушка индуктивности из пары, например, 12b предназначена для снабжения энергией второй панели 20 с другой стороны. Таким образом, каждая панель 20 снабжается энергией с двух сторон и, таким образом, от двух различных первых панелей. Этот принцип может быть продолжен до более чем двух сторон, когда вместо набора из первых панелей, проходящих более или менее параллельно, используют решетку из первых панелей. Это может обеспечивать системе большое резервирование относительно повреждений первых панелей 10 или вторых панелей 20.
Все катушки индуктивности излучателя энергии первых панелей 10 могут иметь одинаковую фазу, что вносит вклад в электрическое резервирование системы. Компоновки 26 источников светового излучения могут полностью функционировать в том случае, когда будет повреждена линия передачи энергии в индуктивном излучателе энергии первой панели. В этом отношении, индуктивные излучатели энергии и линии передачи энергии могут быть выполнены с возможностью доставки электрической энергии на уровне, повышенном в два раза по сравнению с нормальным уровнем.
Таким образом, может присутствовать один узел катушки индуктивности (то есть катушка индуктивности излучателя энергии и катушка индуктивности приемника энергии) на одну панель (фиг. 2) или два узла катушки индуктивности на одну панель (фиг. 3). Также может присутствовать более двух таких узлов, расположенных на дополнительных сторонах панелей (не показано).
Первая панель и вторые панели противообрастающей системы содержат материал оболочки для защиты частей и, в частности электрических частей системы, участвующих в снабжении энергией этой системы. Иными словами, все части системы, которые при нормальных условиях подвергаются воздействию воды, когда система находится в эксплуатации, имеют такое заключение в оболочку. Таким образом, в описанном выше примере панель включает в себя такое заключение в оболочку, которое обеспечивает нахождение в оболочке электрических схем, ответственных за прием энергии и приведение в действие источников светового излучения. В этом случае заключение в оболочку предусмотрено для всех электрических частей, содержащих, например, катушки индуктивности, электропроводные линии и печатные платы. Возможно, исключением может быть сенсорное устройство, расположенное на панели, или по меньшей мере те части сенсорного устройства, которые нуждаются в гальваническом контакте с водой для того, чтобы обеспечивать возможность сенсорной функции. Однако предпочтительно, в системе применяются сенсоры, которые работают на сенсорном принципе, не требующем гальванического электрического контакта (например, емкостного или другого). Такое заключение в оболочку препятствует тому, чтобы вода достигала этих электрических частей снабжения энергией и приводных схем системы, или по меньшей мере уменьшает это. Заключение в оболочку может иметь форму материала, в который внедряют все электрические компоненты. Этот материал может называться водонепроницаемым материалом, имеющим по меньшей мере уменьшенные характеристики проникновения воды. Таким образом, панель может называться водонепроницаемой панелью. Подходящие для этой цели материалы будут описаны ниже, но один из этих типов выполнен на основе силиконовых полимеров.
Панели 10 системы также содержат материал оболочки для заключения в оболочку индуктивного излучателя энергии, включающего в себя катушки индуктивности, линии передачи энергии и ПП или другое. Однако для соединения с источником энергии, который должен находится снаружи панели 10, может присутствовать гальванический соединитель. Такой соединитель или соединение, предпочтительно, расположено в местоположении такой панели 10, которая размещена на части поверхности, не погружаемой в воду во время эксплуатации судна, таким образом, например, над ватерлинией.
Благодаря такой заключенной в оболочку модульной системе для обеспечения энергии от полосы на панели и наоборот (если потребуется) или между панелями нет никаких гальванических контактов. Следовательно, хотя заключение в оболочку может снижать или предотвращать коррозию, энергию могут удобно поставлять на различные водонепроницаемые части этой модульной системы. В то же время сохраняется модульность системы для обеспечения выгодной установки для эффективного покрытия областей поверхности, подлежащих защите, таких как корпус судна.
Как показано, например, на фиг. 1, противообрастающая система имеет множество первых панелей 10 и панелей 20 для покрытия поверхности судна. Например, может присутствовать более 2, более 5, более 10, более 20 и даже более 50 панелей 20, связанных с индуктивным излучателем энергии первой панели 10. В простейшей компоновке для покрытия поверхности есть только одна первая панель 10 и множество вторых панелей 20, каждая из которых связана с одной первой панелью 10 для снабжения энергией посредством этой панели. Однако в примере на фиг. 1 показаны множество первых панелей 10 и множество вторых панелей 20, связанных с каждой из этого множества первых панелей 10.
Благодаря такой модульной системе наложение этой системы на поверхность может быть облегчено или выполнено более удобным по отношению к системе с одним элементом. Также более легко могут быть покрыты неправильные поверхности или поверхности с неплоскими формами, такие как изогнутые поверхности (что может быть в отношении корпуса судна). В этом отношении будет преимущественной свобода выравнивания катушек индуктивности трансформатора (выравнивание первичной катушки индуктивности и катушки индуктивности приемника энергии). Однако следует отметить, что такая свобода нужна только во время наложения системы на поверхность или объект, поскольку после этого она должна будет остаться в закрепленном положении или конфигурации (кроме случаев ремонта). Количество вторых панелей 20 на одну первую панель 10 и/или количество панелей 10 и 29 на площадь поверхности могут выбирать как описано на основании, с одной стороны, формы, площади и размеров панелей и, с другой стороны, на основании площадей и размеров поверхности, подлежащей покрытию. С помощью такой системы может быть реализован гибкий вариант конструкции для противообрастающей системы.
В показанном примере первые панели 10 и, таким образом, индуктивные излучатели 10 энергии и содержащиеся в них линии передачи энергии проходят по существу в вертикальной ориентации по борту судна. Вторые панели 20 расположены последовательно в направлении по длине такой первой панели 10 и проходят по существу латерально по отношению к этому направлению по длине. Однако возможно любое подходящее расположение панелей. Первые панели могут быть расположены параллельно друг другу, но это необязательно должно иметь место. Они могут составлять угол менее 90 градусов с ватерлинией судна. Они даже могут быть расположены параллельно ватерлинии судна. Они необязательно должны быть прямыми, но могут иметь один или более изгибов или искривлений. Это может быть преимущественным для наложения на поверхности, не являющиеся по существу плоскими. В таком случае панели также могут иметь форму, приспособленную к удовлетворению цели покрытия по существу неплоских поверхностей. Панели 10, например, могут покрывать сварные швы и/или другие поверхностные неровности корпуса судна. Во всех случаях может быть преимущественным наличие первой панели, проходящей над ватерлинией для обеспечения возможности контакта с главным источником энергии, таким как корабельные генераторы, расположенные в непогружаемой области, когда судно находится в эксплуатации.
На фиг. 4 показано поперечное сечение примера конструкции второй панели 20, имеющей множество источников 40 светового излучения, которые в этом примере представляют собой УФ-С светодиоды с боковым излучением, в которых световое излучение излучается в основном из стороны этого светодиода и проходит более или менее параллельно поверхности 52. Также могут работать другие конфигурации. Источники 40 светового излучения заключены в оболочку и в этом случае, хотя само по себе это не является необходимым, внедрены в оптическую среду или материал 42 для направления по меньшей мере части светового излучения 44, излучаемого от источников 40 светового излучения, с помощью полного внутреннего отражения через эту оптическую среду или материал. Световое излучение направляют по меньшей мере к поверхности 52 панелей, подвергающихся воздействию воды, но также могут направлять на другие поверхности или части, такие как поверхность, противоположная поверхности 52. Эта среда или материал может являться и, предпочтительно, является таким же, что и водонепроницаемый материал для заключения в оболочку, упомянутый выше. Подходящие материалы также будут описаны ниже.
Предусмотрены оптические структуры 46 для нарушения полного внутреннего отражения и рассеивания светового излучения и последующего направления рассеянного светового излучения 48 из оптической среды 42 к его цели, представляющей собой область, где присутствует биообрастающий организм. Сами по себе эти оптические структуры не являются обязательными.
Биообрастающий организм, находящийся на поверхности 52, будет напрямую принимать рассеянное световое излучение 48 до его входа в воду таким образом, что это световое излучение может вызывать противообрастающий эффект посредством разрушения важных биохимических механизмов роста этих организмов, как описано в данной области техники. Было обнаружено, что в этом отношении эффективно УФ-С излучение.
Оптическая среда является относительно тонкой таким образом, что панель может рассматриваться в качестве двумерной конструкции, толщина которой составляет, например, менее 3 см или, предпочтительно менее 2 см или даже менее 1 см. Оптические структуры 46 для рассеивания светового излучения могут быть распределены в одной или более частях материала оптической среды, возможно, на всем ее протяжении, и световой выход может быть в целом однородным или, в ином случае, локализованным.
Для обеспечения оптических и структурных характеристик, таких как устойчивость к износу и/или ударам, могут быть объединены внутренние рассеивающие центры с различными структурными свойствами. Подходящие рассеиватели содержат непрозрачные объекты, но также могут применяться в значительной степени полупрозрачные объекты, например небольшие пузырьки воздуха, стекло и/или кварц; требование состоит лишь в том, чтобы изменение коэффициента преломления происходило для используемой длины (длин) волн.
Принцип канализации светового излучения и рассеивания светового излучения по поверхности хорошо известен и широко применяется в различных областях. Здесь этот принцип применяется к УФ излучению в целях противообрастания.
Для поддержания условий полного внутреннего отражения показатель преломления канализирующего световое излучение материала должен быть выше, чем у окружающей среды. Однако использование (частично) отражающих покрытий на канализирующем световое излучение материале и/или использование отражающих свойств защищаемой поверхности, например, корпуса судна, само по себе также может использоваться для создания условий для направления светового излучения через оптическую среду.
В приведенном выше примере панели образуют новую поверхность над поверхностью, подлежащей защите (поверхностью объекта, которая в этом случае является наружной поверхностью корпуса судна), и световое излучение направляют наружу от поверхности, подлежащей защите. Однако альтернатива состоит в расположении панели на расстоянии над поверхностью, подлежащей защите, и направлении светового излучения обратно к этой поверхности. Комбинация этих двух способов также возможна и заключается в том, что панели могут направлять свое излучаемое световое излучение на свои противоположные поверхности, одна из которых будет обращена к воде, и одна из которых будет обращена к поверхности корпуса.
Между компоновкой источников светового излучения панели и поверхностью, подлежащей защите, затем может быть выполнен небольшой воздушный зазор. УФ излучение может лучше проходить в воздухе с меньшим поглощением, чем в оптической среде, даже если эта оптическая среда выполнена как канализирующий световое излучение материал.
Поскольку большинство материалов имеют (очень) ограниченную пропускаемость для УФ излучения, при конструировании оптической среды нужно соблюдать осторожность. В результате, для минимизации расстояния, которое должно проходить световое излучение через оптическую среду, могут выбирать относительно мелкий шаг расположения маломощных светодиодов.
В одном примере оптическая среда 42 содержит материал на основе силикона, выполненный с возможностью обеспечения хорошей прозрачности для УФ-С излучения.
Может быть использовано цельное заключение в оболочку, в котором части панели внедряют в заключающий в оболочку материал, как показано на фиг. 4. Однако вместо этого могут использовать полую структуру, такую как силиконовая подложка с разделителями, удерживающими ее на небольшом расстоянии от защищаемой поверхности. Это создает воздушные каналы, через которые УФ излучение может распространяться с более высокой эффективностью. Использование наполненных газом каналов, предусматриваемых такими структурами, обеспечивает возможность распределения УФ излучения на существенные расстояния в оптической среде материала, который в ином случае поглощал бы УФ излучение в слишком большой степени, чтобы это было полезно для противообрастания. Аналогично, могут быть образованы раздельные углубления.
На фиг. 5 показана электрическая конфигурация противообрастающей системы, например, системы по фиг. 1.
Система содержит источник энергии для доставки энергии на индуктивный излучатель энергии. Источник энергии содержит электропривод 60 переменного тока, настроечную катушку 62 индуктивности и настроечный конденсатор 64. Источник энергии соединяется с индуктивным излучателем 10 энергии системы посредством кабеля 66. В частности, кабельные выводы соединяются с линией 70 подачи энергии и линией возврата 72 энергии линии передачи энергии. Такое соединение между передатчиками энергии и источником энергии теперь может быть выполнено гальваническим и расположено над ватерлинией судна, где такие гальванические соединения менее подвержены коррозии в водных условиях. В показанной компоновке индуктивный излучатель 10 энергии содержит набор катушек 12 индуктивности излучателя энергии (показаны 5), расположенных физически по линии вдоль линии передачи энергии, но электрически соединенных параллельно.
Панель (для ясности показана только одна из них) включает в себя катушку 24 индуктивности приемника энергии, выровненную с одной (в верхней части показана одна) из катушек 12 индуктивности излучателя энергии и, следовательно, магнитным образом связанную с ней. На чертеже показано, что катушки индуктивности расположены друг за другом, хотя на практике это может быть реальной ситуацией, предпочтительно, катушки индуктивности спроектированы и расположены таким образом, что они находятся друг над другом, как описано выше.
Для длинных линий передачи энергии для приведения в действие многих вторых панелей, таких как, например, больше 10, линия передачи энергии, предпочтительно, по меньшей мере частично сбалансирована и, более предпочтительно, полностью сбалансирована. Сбалансированная линия передачи может представлять собой линию передачи, состоящую из двух проводников одинакового типа, каждый из которых имеет равные импедансы по своей длине и равные импедансы относительно земли и других схем. Линия передачи энергии ведет себя как сбалансированная линия передачи и может приводиться в действие сбалансированным приводом, таким как H-мост (мостовая схема управления). Это имеет преимущества для электромагнитной совместимости (ЭМС) и для привода, например, поскольку оба вывода ПП, то есть вывод линии подачи энергии и вывод линии возврата энергии линии передачи энергии, могут иметь одинаковый импеданс (например, одинаковую емкость) по отношению к корпусу судна и к воде. В сбалансированной ситуации будут уравновешены поля рассеяния ЭМС, которые ухудшают характеристики излучения на частоте возбуждения. Это улучшает эффективность антенны.
Сбалансированная линия передачи энергии может быть выполнена в виде двухпроводной линии с двумя полосами проводников, удерживаемыми на точном постоянном взаимном расстоянии вдоль этой линии передачи, причем между полосами проводников расположен изолятор. Это обеспечивает возможность использования одного металлического слоя ПП, а также может обеспечивать тонкое решение для этой системы. Альтернативно или дополнительно, линия передачи энергии может представлять собой двухпроводную линию, содержащую два металлических проводника, расположенных друг над другом, между которыми помещен слой изолятора. Снова по длине этих проводников расстояние между ними поддерживается постоянным. В таком случае линия подачи энергии может быть расположена над линией возврата энергии линии передачи энергии, или наоборот, относительно поверхности системы, прикрепленной к поверхности объекта во время эксплуатации.
Двухслойная конструкция ПП также может использоваться для обеспечения пересечений проводников, например, рядом с катушками индуктивности, поскольку обмотки будут присоединены к линии передачи энергии.
COIL
COIL
COIL
На фиг. 6 показана компоновка, к которой линия 70 подачи энергии проходит вниз с одной стороны катушек индуктивности излучателя энергии, а линия 72 возврата энергии проходит вниз на противоположной стороне катушек индуктивности излучателя энергии. Для соединений может быть нужно меньшее количество пересечений. Однако магнитное поле в катушках индуктивности теперь зависит от тока, протекающего через линии подачи энергии, поскольку ток, протекающий через обе из линии подачи энергии и линии возврата энергии, создает магнитное поле, суммирующееся с полями во внутренних областях катушек индуктивности, то есть добавляется к магнитному потоку этих катушек индуктивности. Поскольку ток проходит по линии подачи энергии, он отводится каждой катушкой индуктивности по очереди (таким образом, катушка С1 индуктивности отводит ток до катушки С2 индуктивности) и, в результате, полный ток зависит от положения вдоль линии подачи энергии. Например, в одном местоположении ток равен NI, где I - это ток, протекающий через каждую катушку индуктивности излучателя энергии, а N - количество катушек индуктивности, все еще подлежащих снабжению током. После следующей катушки индуктивности ток составляет (N-1) I. Таким образом, ток, создающий магнитное поле в конкретной катушке индуктивности, зависит от положения этой катушки индуктивности. В результате, передача энергии в конкретной катушке индуктивности зависит от положения этой конкретной катушки индуктивности вдоль индуктивного излучателя энергии (или панели, часть которой он составляет). Это означает, что различные катушки индуктивности приемника энергии, приводимые различными катушками индуктивности излучателя энергии, могут приводится различными напряжениями или токами. В некоторых случаях это является преимуществом, но в других может быть недостатком.
На фиг. 7 показан первый подход, направленный на устранение этого недостатка. Индуктивный излучатель 10 энергии снова содержит множество катушек 12 индуктивности излучателя энергии (показаны С1 и С2), электрически соединенных параллельно, но расположенных физически последовательно по длине линии передачи энергии. Линия 70 подачи энергии проходит от одного конца подающей линии к указанному множеству катушек индуктивности излучателя энергии, а линия 72 возврата энергии проходит от указанного множества катушек индуктивности излучателя энергии к указанному одному концу подающей линии. В этом случае линия подачи энергии и линия возврата энергии расположены рядом и, в этом случае, на одной стороне катушки индуктивности излучателя энергии. Причем в этом случае они расположены даже на одинаковой стороне множества катушек индуктивности излучателя энергии, но это не является обязательным само по себе. Таким образом, магнитные поля, вызываемые линией подачи энергии и линией возврата энергии (которые имеют различные напряженности по своей длине в результате отвода тока на катушки индуктивности), по существу компенсируются в местоположении катушки индуктивности излучателя энергии. Следовательно, внутри катушек индуктивности излучателя энергии достигается равномерная напряженность магнитного поля.
Эта компоновка, например, может приводиться в действие с помощью управляемого напряжением привода для обеспечения того, чтобы это напряжение не превышало безопасных уровней.
На фиг. 8 показан второй подход, направленный на неравномерную передачу энергии по фиг. 6. Индуктивный излучатель 10 энергии содержит одну катушку индуктивности, проходящую по длине передатчика или панели. Похоже, что эта катушка индуктивности также выполняет функцию подающей линии. Затем, одна катушка индуктивности предназначена для магнитной связи с катушками индуктивности приемника энергии указанного множества панелей индуктивного приемника энергии, которые должны быть связаны с этим индуктивным излучателем энергии или приводиться в действие посредством него. Таким образом, для магнитной связи с набором катушек индуктивности приемника энергии используется одна катушка индуктивности излучателя энергии, образованная из линии 70 подачи энергии и линии 72 возврата энергии с помощью соединительного моста 74 на конце подающей линии. Таким образом, связь магнитного поля с каждой катушкой приемника энергии является одинаковой или близка к одинаковой.
Использование одной катушки индуктивности снижает вертикальную и/или угловую точность, с которой катушки индуктивности приемника энергии должны быть выровнены с катушками индуктивности излучателя энергии. Эта компоновка, например, может приводиться в действие с помощью управляемого напряжением и током привода или управляемого током привода. Использование только одной катушки индуктивности излучателя энергии означает, что напряжением более легко управлять, так что привод током также является опцией. Катушка индуктивности излучателя энергии снова может иметь множество витков, например от 1 до 5.
На фиг. 9 показан третий подход, направленный на устранение недостатка, относящегося к неравномерному приведению в действие, упомянутому выше в отношении фиг. 6. При третьем подходе индуктивный излучатель энергии содержит набор проводящих элементов в виде линий 10а, 10b передачи энергии. Каждая подающая линия связана с соответствующим множеством панелей индуктивных приемников энергии, каждая из которых проходит сбоку от соответствующего положения по этой подающей линии. Подающая линия 10а связана с панелью 20а (и снабжает ее энергией), а также с другими панелями, образующими другие ряды (не показаны). Подающая линия 10b связана с панелью 20b (и снабжает ее энергией), а также с другими панелями, образующими другие ряды (не показаны).
Каждая подающая линия 10а, 10b содержит линию 70а, 70b подачи энергии и линию 72а, 72b возврата энергии. Каждая из линий подачи энергии и линий возврата энергии проходит от первого конца подающей линии (верхняя часть на фиг. 9) ко второму концу подающей линии (нижняя часть на фиг. 9). Линия подачи энергии и линия возврата энергии любой данной линии передачи энергии образуют части проводящего элемента, выполненного с возможностью передачи энергии. В итоге, их соседние части между собой создают магнитные поля, которые также могут суммироваться с другими полями.
Таким образом, в этой реализации отдельные подающие линии не имеют катушек индуктивности. Напротив, они задают одну половину (например, часть подачи) одной катушки индуктивности излучателя энергии и одну половину (например, часть возврата) другой катушки индуктивности излучателя энергии. Здесь снова присутствует одна квазикатушка индуктивности излучателя энергии (нет фактических витков), которая проходит по всей длине пары подающих линий.
Между вторыми концами смежных подающих линий предусмотрены соединительные элементы 76 для соединения линии подачи энергии, например, линии 70а, одной подающей линии 10а с линией 72b возврата энергии смежной подающей линии 10b на одной стороне (правая часть на фиг. 9) и для соединения линии 72а возврата энергии указанной одной подающей линии 10а с линией подачи энергии смежной подающей линии на другой стороне (левая часть на фиг. 9, не показана). Соединительные элементы находятся вдали от панелей. Индуктивность рассеяния, вызываемая соединительными элементами 76, может быть настроена с помощью конденсатора, расположенного на первом (верхнем) конце подающей линии, для того, чтобы сделать всю компоновку функционирующей в качестве резистивной нагрузки, тем самым повышая эффективность благодаря компенсации реактивных токов.
Первый ток I1 протекает вниз по линии 70а подачи энергии и возвращается обратно по линии 72b возврата энергии. Катушка 24 индуктивности приемника энергии перекрывает пару смежных линий подачи и возврата энергии в местоположении, где добавляется магнитное поле этих линий. Таким образом, ток протекает по большому контуру, но магнитная связь с катушками 24 индуктивности приемника энергии осуществляется посредством локальных протекающих в противоположном направлении токов.
Для обеспечения возможности протекания в противоположном направлении локальных токов (например, I0 и I1) для того, чтобы магнитные поля линий подачи и возврата энергии добавлялись в требуемых местоположениях, смежные большие контуры приводят в противофазе друг с другом.
Эта третья опциональная компоновка может быть более легко установлена на поверхность.
В приведенных выше примерах вторые панели 20 перекрывают первую панель 10 для того, чтобы катушки индуктивности приемника энергии перекрывались с катушками индуктивности излучателя энергии. Это обеспечивает гальваническую изоляцию между источником энергии и этой структурой, подвергающейся воздействию воды. Панель также защищает расположенную под ней подающую линию. Вместо этого или в дополнение, поверх вторых панелей могут быть предусмотрены первые панели. Может быть предусмотрена раздельная электрическая изоляция (например, в верхней части подающих линий). Поверхность полос может быть восприимчива к биообрастанию, так что следует обеспечивать, чтобы световое излучение достигало поверхности подающих линий либо посредством передачи через подающие линии, либо посредством отражения или передачи через волновод внутри панелей, либо посредством добавления источников светового излучения к первым частям.
Таким образом, в приведенных выше примерах индуктивный излучатель энергии и панель предназначены для установки поверх поверхности, но в любом порядке.
Альтернативно, над поверхностью могут устанавливать только панели. Полосы все еще накладываются на объект таким образом, что катушки индуктивности излучателя энергии выравниваются с катушками индуктивности приемника энергии, но не на одну и ту же поверхность. Например, полосы накладываются на внутреннюю часть корпуса судна, и затем через корпус судна передают энергию. Таким образом мог бы работать деревянный или пластмассовый корпус. Альтернативно, корпус мог бы иметь отверстия для размещения в них катушек индуктивности излучателя энергии.
Как было упомянуто, в некоторых из приведенных выше примеров для уменьшения вихревых токов используются ферритовые листы 14, расположенные под этими обмотками. Альтернативный вариант, показанный на фиг. 10, заключается в том, что излучатель 10 энергии и индуктивный приемник 20 энергии помещают над окрасочным материалом 100, расположенным на поверхности. Окрасочный материал включает в себя ферромагнитные частицы или другие частицы с высокой магнитной проницаемостью таким образом, что имеет относительную магнитную проницаемость более 20, например более 100 или даже более 200. Также может быть опущен дополнительный слой для предотвращения вихревых токов. Например, когда корпус судна меньше подвержен появлению таких токов. Это может происходить в случае деревянных или пластмассовых корпусов.
Краска с высокой магнитной проницаемостью может функционировать в качестве замены ферритового слоя. Она имеет хорошие изоляционные свойства, но проводит магнитное поле. Таким образом, она функционирует с возможностью создания магнитного поля, но препятствует индуцированию токов в лежащем ниже проводящем слое, таком как корпус судна.
Для применения настоящего изобретения к системам для предотвращения биообрастания обычный ток вторичной обмотки составляет 0,1 А, а обычное требуемое напряжение вторичной обмотки приблизительно равно 40 В. Для безопасности может рассматриваться максимальное среднеквадратическое значение напряжения 50 вольт (только в качестве примера). Система сконструирована или работает при напряжении ниже максимального напряжения, учитывая все характеристики индуктивной связи и распределения токов. Для заданного рабочего напряжения требуемые токи зависят от требуемой энергии. Более высокое напряжение обеспечивает более низкий ток и наоборот.
Подающие линии, например, используют ПП с толщиной менее 1 мм, например 0,5 мм, и создают формованную структуру толщиной приблизительно 3 мм.
Панели, например, имеют ПП толщиной 0,8 мм, а общая толщина вместе с силиконом будет меньше 5 мм, например в диапазоне 2 мм-4 мм.
2
2
Панель может иметь многие формы, такие как треугольная и прямоугольная. Их площадь может составлять 0,5 м или более. Предпочтительно, их площадь составляет 2,5 м или более. Стороны таких панелей могут иметь размеры (длину и ширину) более 0,1 или 0,2 метра, предпочтительно более 0,5 метра. Не все стороны панели или различных панелей в том случае, когда их больше в системе, должны иметь одинаковые размеры. Например, панели имеют длину (по направлению горизонтального ряда) в диапазоне 1 м-5 м и высоту (по направлению вертикального столбца) в диапазоне 50 см-150 см. Например, размер небольшой панели может составлять 600 мм×1200 мм, а размер большой панели может быть 1 м×4 м. Примерная площадь, подлежащая покрытию, например, одна сторона корпуса судна, может составлять порядка 100 м в длину на 10 м в высоту. Но это все может зависеть от размера поверхности, подлежащей покрытию и, таким образом, размера объекта.
2
Формы и площади или размеры (длина, ширина) полосы и панелей могут быть любыми до тех пор, пока подходят для использования в противообрастающей системе, чтобы обеспечивать возможность защиты или даже покрытия поверхности. Эти формы и размеры могут быть выбраны в соответствии с формой и размером поверхности, на которую они должны быть наложены. Поскольку поверхность, предпочтительно, представляет собой поверхность объекта, такого как судно, корабль и т.д., такие поверхности в общем являются довольно большими, то есть больше или намного больше 1 м.
Первая панель10 может иметь любую форму, но, предпочтительно, является удлиненной и, более предпочтительно, также прямоугольной. Предпочтительно, ее длина больше 0,2 метра или больше 0,5 метра. Более предпочтительно, длина больше 1 метра или больше 5 метров. Ширина первой панели может быть любой при условии, что в ней могут быть размещены ее электрические компоненты, такие как, например, катушки индуктивности и/или линии передачи энергии. Ширина ее может составлять более любого из следующих значений: 0,1 м, 0,2 м, 0,3 м, 0,4 м, 0,5 м или более.
Реализация противообрастания представляет интерес для объектов, подлежащих по меньшей мере частичному погружению в воду, где вода означает любой тип воды, известной как носитель организмов биообрастания, такие как речная, озерная или морская вода. Примеры морских объектов включают в себя корабли и другие суда, морские станции, морские нефтяные или газовые установки, плавучие устройства, опорные конструкции для ветряных двигателей на море, конструкции для сбора волновой/приливной энергии, кингстонные коробки, инструменты для подводных работ и т.д. и части всех из них. Для предотвращения биообрастания система может быть наложена на запорные двери, силосные бункеры в пищевой промышленности и сосуды с питьевой водой.
Противообрастание с использованием настоящего изобретения может применяться в широком разнообразии областей. Почти все объекты, контактирующие с природной водой, с течением времени будут подвергаться биообрастанию. Это может служить препятствием, например, для водозаборов опреснительных установок, засорять трубы насосных станций или даже покрывать стены и дно уличного бассейна. Все эти применения будут иметь преимущество по сравнению с предлагаемым в настоящее время способом, световыми модулями и/или системой, то есть эффективный тонкий дополнительный поверхностный слой, который препятствует биообрастанию на всей площади поверхности.
В предпочтительных примерах источники светового излучения представляют собой УФ светодиоды, как было указано выше. Решетка из УФ светодиодов может быть заключена в оболочку, непроницаемую для жидкости и, в качестве только одного примера, выполненную из силикона. УФ светодиоды могут быть электрически соединены в последовательном и/или параллельном расположении. УФ светодиоды представляют собой, например, корпусные светодиоды для установки на поверхность, и в этом случае они уже могут включать в себя оптический элемент для распределения по широкому углу излучения светового излучения, излучаемого из корпусного светодиода. В других вариантах осуществления УФ светодиоды могут представлять собой светодиодные кристаллы, которые обычно не содержат оптические элементы, но при этом существенно тоньше корпусных светодиодов. В качестве примера, светодиодные кристаллы можно размещать на поверхности оптической среды.
3
3
2
n
3
3
Силиконовый материал, который может быть использован в качестве материала для заключения в оболочку и/или оптического материала, может быть выбран с возможностью обеспечения оптической передачи для УФ излучения с небольшими потерями по сравнению с другими материалами. Это, в частности, относится к более коротковолновому световому излучению, например УФ излучению с длинами волн менее 300 нм. Особенно эффективная группа силиконовых материалов представляет собой или по меньшей мере содержит так называемые полиметилсилоксаны в соответствии с общей химической формулой CH[Si(CH)O]Si(CH), где "n" обозначает любое подходящее целое число.
Силиконовые материалы также являются гибкими и эластичными, так что они являются прочными, долговечными и способны выдерживать сжатие, такое как, например, из-за ударов, столкновений и т.д. объектов с поверхностью, например столкновения судна с пристанью. Кроме того, могут приспосабливаться к деформации вследствие колебаний температуры, ударов волн, изгибу судна вследствие волн и т.д.
Заключение в оболочку может быть выполнено множеством материалов, которые могут быть расположены слоями, как это известно из современного уровня техники в этой новой области противообрастающих систем на основе светового излучения.
По меньшей мере часть светового излучения, излучаемого указанным одним или более источниками светового излучения, может распространяться в направлении, имеющем компонент, по существу параллельный поверхности, подлежащей защите. Это способствует распределению светового излучения на значительные расстояния вдоль защищаемой поверхности или поверхности нанесения фольги, что помогает в получении подходящего распределения интенсивности противообрастающего светового излучения.
Материал для преобразования длины волны может содержаться в оптической среде, и по меньшей мере часть противообрастающего светового излучения может генерироваться посредством фото-возбуждения материала для преобразования длины волны с помощью светового излучения, имеющего первую длину волны, вызывая излучение противообрастающего светового излучения с другой длиной волны материалом для преобразования длины волны. Материал для преобразования длины волны может быть представлен в виде люминофора с преобразованием с повышением частоты, квантовых точек, нелинейных сред, таких как одно или более фотонных кристаллических волокон и т.д. Поскольку потери на поглощение и/или рассеяние в оптической среде для светового излучения с различными, в основном более длинными длинами волн, чем УФ излучение, преимущественно менее выражены в оптических средах, может быть более энергоэффективно генерировать не УФ излучение и передавать его через эту оптическую среду и генерировать противообрастающее УФ излучение в требуемом местоположении его использования или рядом с ним (то есть излучение с поверхности в жидкую среду).
В одном из описанных выше примеров используются светодиоды с боковым излучением и участки оптического рассеяния. Однако для создания бокового светового излучения можно использовать устройства для рассеивания светового излучения. Например, в оптической среде напротив источника светового излучения может быть расположен конус, причем расположенный напротив конус имеет площадь поверхности с углом 45°, перпендикулярным защищаемой поверхности, для отражения светового излучения, излучаемого источником светового излучения, перпендикулярно указанной поверхности в направлении, по существу параллельном указанной поверхности.
Светодиоды могут приводиться постоянным током. Однако пара параллельных встречно-включенных светодиодов может приводиться приводным сигналом переменного тока.
Как упомянуто выше, светодиоды предпочтительно устанавливают на ПП, а дорожки ПП (расположенные на поверхности ПП или внутри в слоях этой ПП) образуют катушку индуктивности приемника. Однако вместо этого может быть образована решетка из светодиодов посредством соединения светодиодов с соединительными узлами отдельной проволочной структуры при помощи пайки, приклеивания или другой известной техники электрического соединения. Это может быть объединено с катушкой индуктивности приемника на меньшей ПП.
Хотя УФ излучение является предпочтительным решением, также предусмотрены другие длины волн. Против биообрастания также эффективно не УФ излучение (видимый свет). Типичные микроорганизмы менее чувствительны к не УФ излучению, чем к УФ излучению, но в видимом спектре излучения можно генерировать намного более высокую дозу на единицу входной энергии источников светового излучения.
УФ светодиоды представляют собой идеальный источник для тонких светоизлучающих поверхностей. Однако также могут быть использованы источники УФ излучения, отличные от светодиодов, такие как ртутные лампы низкого давления. Форм-фактор этих источников светового излучения довольно различен; большей частью этот источник светового излучения намного более крупный. Это приводит к различным оптическим схемам для распределения всего светового излучения от одного источника по большой площади. Кроме того, можно получать значительный вклад светового излучения с требуемыми длинами волн и/или комбинациями длин волн. Вместо использования тонкого слоя, излучающего УФ излучение наружу в направлении от защищаемой поверхности, чтобы избежать биообрастания, биообрастание потенциально также можно удалять посредством направления УФ снаружи в направлении защищаемой поверхности, как объяснено выше. Напротив, панель может излучать необрастающее световое излучение как в направлении к защищаемой поверхности, так и от нее.
Приведенная в качестве примера противообрастающая система основана на обеспечении противообрастающего светового излучения, используемого для защиты поверхности от биообрастания, когда эта поверхность погружена в воду. Хотя это предпочтительная область применения, в которой система может иметь свои сильные преимущества, использование указанной системы не обязательно ограничивается такими обстоятельствами, как погружение в воду, поскольку биообрастание также может происходить на поверхностях, подверженных воздействию атмосферной среды.
Вариации раскрытых вариантов осуществления могут быть поняты и осуществлены специалистами в данной области техники при практическом применении заявленного изобретения на основе изучения сопутствующих чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения слово "содержащий" не исключает наличия других элементов или этапов, и неопределенный артикль "a" или "an" не исключает множества элементов. Простой факт, что определенные меры изложены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что комбинация этих мер не может быть использована для преимущества. Если термин "приспособлен для" используется в формуле изобретения или описании, то следует отметить, что термин "приспособлен для" предназначен для эквивалентного обозначения термина "выполнен с возможностью". Любые ссылочные обозначения в формуле изобретения не следует рассматривать как ограничение ее объема.