用于防止表面结垢的方法和系统技术方案

一种在表面至少部分地浸没于液体环境中时所述表面的抗结垢的方法，包括：提供抗结垢光（9）；通过包括硅树脂材料和/或UV级熔融石英的光学介质（5）分布光（9）的至少部分；从光学介质（5）和从表面发射抗结垢光（9）。

Methods and systems for preventing surface scaling

A method for anti-scaling of the surface when the surface is at least partially immersed in a liquid environment includes: providing anti-scaling light (9); distributing light (9) through an optical medium (5) comprising silicone resin materials and/or UV-grade fused quartz; and emitting anti-scaling light (9) from an optical medium (5) and from a surface.

【技术实现步骤摘要】
用于防止表面结垢的方法和系统
本公开涉及用于防止表面结垢（或者通常称为抗结垢）的方法并且涉及用于执行这些方法的设备。本公开具体地涉及用于船体抗结垢的方法和设备。
技术介绍
生物结垢或生物学结垢是微生物、植物、藻类和/或动物在表面上的累积。生物结垢有机体之中的多样性高度各异并且延伸到远远超出藤壶和海藻的附着。根据一些估计，包括超过4000种有机体的超过1700个物种是生物结垢的成因。生物结垢被划分成包括生物膜形成和细菌粘附的微结垢，以及较大有机体的附着的宏观结垢。由于确定是什么防止有机体沉降的不同的化学和生物学，这些有机体还被分类为硬或软结垢类型。含钙（硬）结垢有机体包括藤壶、皮壳状苔藓虫、软体动物、多毛纲动物和其它管虫以及斑马贝。非含钙（软）结垢有机体的示例有海藻、水螅虫、藻类和生物膜“粘液”。这些有机体一起形成结垢群落。在若干情形中，生物结垢创建大量问题。机器停止工作，进水口堵塞，并且船体遭受增加的拖拽。因而，抗结垢（即去除或防止结垢形成的过程）的话题是众所周知的。在工业过程中，生物分散剂可以用于控制生物结垢。在不太受控的环境中，利用使用生物杀灭剂的涂层、热处理或能量脉冲来杀死或驱逐有机体。防止有机体附着的无毒机械策略包括选择具有光滑表面的材料或涂层，或者创建类似于鲨鱼和海豚皮肤的纳米尺度表面拓扑，其仅提供低劣的锚定点。
技术实现思路
如图1中所图示的船体上的生物结垢导致拖拽方面的严重增加，以及因此增加的燃料消耗。估计燃料消耗方面的高达40%的增加可以归咎于生物结垢。由于大型油轮或集装箱运输船在燃料方面每天可以消耗高达€200.000，因此利用抗生物结垢的有效方法的大量节约是可能的。在此呈现了基于光学方法的方案，其特别地使用紫外光（UV）。众所周知的是，利用“充足”UV光来杀死大多数微生物、致使其无活性或者不能繁殖。该效果主要由UV光的总剂量来掌控。杀死90%的某个微生物的典型剂量是每平方米10mW-小时，细节包含在关于UV光的以下段落以及相关联的附图中。紫外光概述紫外（UV）是由可见光谱的波长下限和X射线辐射带定界的电磁光的部分。UV光的光谱范围按照定义在100与400nm（1nm=10-9m）之间并且对人眼是不可见的。使用CIE分类，将UV光谱子划分成三个带：从315到400nm的UVA（长波）从280到315nm的UVB（中波）从100到280nm的UVC（短波）。在现实中，许多光生物学家通常将UV暴露所引起的皮肤效应说成是320nm以上和以下波长的加权效应，从而提供了可替换的定义。强杀菌效果由短波UVC带中的光提供。此外，红斑（皮肤变红）和结膜炎（眼睛粘膜的炎症）也可以由这种形式的光导致。因此，当使用杀菌UV光灯时，将系统设计成排除UVC泄漏并且因此避免这些效应是重要的。在沉浸式光源的情况下，水对UV光的吸收可能足够强使得UVC泄漏在液体表面上方对人类不构成问题。不言而喻地，人们应当避免暴露于UVC。幸运的是，这相对简单，因为其被大多数产品吸收，并且甚至标准平板玻璃吸收大体全部的UVC。例外是例如石英和PTFE（聚四氟乙烯）。再次幸运的是，UVC大部分被死皮吸收，因此可以限制红斑。此外，UVC不穿透眼睛的晶状体；然而，可能发生结膜炎，并且虽然是暂时性的，但是其极其疼痛；这对于红斑效应同样适用。在发生向UVC光的暴露的情况下，应当小心不超过阈值水平基准。图2示出针对大部分CIEUV光谱的这些值。在实践方面，表1给出针对涉及时间的人类暴露的美国政府工业卫生学家会议（ACGIH）UV阈值限制有效辐照度值。此时值得指出的是，240nm以下的辐射波长从空气中的氧形成臭氧O3。臭氧是有毒的并且具有高度反应性；因而必须采取预防措施以避免暴露给人类和某些材料。表1：根据ACGIH的针对人类的可准许UVC暴露短波UV光的生成和特性用于生成UVC的最高效的源是低压汞放电灯，其中平均35%的输入瓦特被转换成UVC瓦特。几乎排他地在254nm处（即在85%的最大杀菌效果处）生成辐射（图3）。Philips的低压管状荧光紫外（TUV）灯具有特殊玻璃的封套，其滤出臭氧形成辐射，在该情况下是185nm汞线。该玻璃的光谱透射在图4中示出并且在图5中给出这些TUV灯的光谱功率分布。对于各种Philips杀菌TUV灯，电学和机械性质与其用于可见光的照明等同物相同。这允许它们以相同的方式操作，即使用电子或磁性镇流器/启辉器电路。如就所有低压灯而言，存在灯操作温度与输出之间的关系。在低压灯中，254nm处的谐振线在放电管中的某个汞蒸气压力处最强。该压力由操作温度确定并且在40℃的管壁温度（其与大约25℃的环境温度对应）处最优。还应当认识到的是，灯输出受跨过灯的（受力或自然的）气流的影响，即所谓的风寒指数。读者应当注意的是，对于一些灯，增加空气流动和/或降低温度可以增加杀菌输出。这在高输出（HO）灯（即具有比对于其线性维度而言正常的瓦特数更高的瓦特数的灯）中得以满足。第二种类型的UV源是中等压力汞灯，在此较高的压力激发更多的能级，从而产生更多的光谱线和连续区间（重组辐射）（图6）。应当指出的是，石英封套在240nm以下透射，因此臭氧可以从空气形成。中等压力源的优点在于：·高功率密度；·高功率，从而导致比相同应用中所使用的低压类型更少的灯；以及·对环境温度的低敏感度。灯应当操作成使得壁温度处于600和900℃之间并且芯柱（pinch）不超过350℃。可以对这些灯进行调光，如低压灯所能够的那样。另外，可以使用介质阻挡放电（DBD）灯。这些灯可以在各种波长处并且以高的电光功率效率而提供非常有力的UV光。以上所列举的杀菌剂量还可以容易地利用现有低成本、较低功率的UVLED实现。LED可以一般地包括在相对较小的封装中并且消耗比其它类型光源更少的功率。LED可以制造成发射各种期望波长的（UV）光并且可以高度控制其操作参数，最明显的是输出功率。本公开底层的基本想法是利用发射杀菌光（特别是UV光）的层覆盖大量受保护表面以使其保持洁净以防结垢，优选地为整个受保护表面，例如船体。因此，本文提供了根据随附权利要求的受保护表面的抗结垢的方法以及用于受保护表面的抗结垢的照明模块和系统。一种方法包括提供抗结垢光以及在远离受保护表面的方向上发射抗结垢光，其中至少部分的光在被发射于远离受保护表面的方向上之前通过光学介质跨受保护表面的大部分分布。在实施例中，方法包括从光学介质的大体平面发射表面发射抗结垢光。在实施例中，方法使用光导来跨受保护表面的大部分分布光并且包括硅树脂材料和/或UV级硅石材料，特别是石英。方法优选地在受保护表面至少部分地浸没于液体环境中的同时施行。一种用于受保护表面的抗结垢的照明模块包括用于生成抗结垢光的至少一个光源以及用于分布来自光源的抗结垢光的光学介质。至少一个光源和/或光学介质可以至少部分地布置在受保护表面中、受保护表面上和/或靠近受保护表面以便在远离受保护表面的方向上发射抗结垢光。照明模块被适配成优选地在受保护表面至少部分地浸没于液体环境中的同时发射抗结垢光。在实施例中，光学介质是光导，其包括硅树脂材料和/或UV级硅石材料。用于受保护表面的抗结垢的照明模块还可以提供为用于应用到受保护表面的箔，该箔包括用于生成抗结垢光的至少一个光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种受保护表面（27）的抗结垢的方法，包括，当受保护表面（27）至少部分地浸没在液体环境中时：‑ 提供抗结垢光（9），‑ 提供与受保护表面（27）紧密接近的直接点亮的光学介质（5,105（a），105（b），205,302），光学介质（5,105（a），105（b），205,302）具有发射表面（23,304），以及‑ 在远离受保护表面（27）的方向上从光学介质（5,105（a），105（b），205,302）的发射表面（23,304）发射抗结垢光（9）。

【技术特征摘要】
2013.11.06 EP 13191713.0;2013.05.22 US 61/8261481.一种受保护表面（27）的抗结垢的方法，包括，当受保护表面（27）至少部分地浸没在液体环境中时：-提供抗结垢光（9），-提供与受保护表面（27）紧密接近的直接点亮的光学介质（5,105（a），105（b），205,302），光学介质（5,105（a），105（b），205,302）具有发射表面（23,304），以及-在远离受保护表面（27）的方向上从光学介质（5,105（a），105（b），205,302）的发射表面（23,304）发射抗结垢光（9）。2.根据权利要求1所述的方法，其中抗结垢光（9）在没有让抗结垢光（9）大体平行于发射表面（23,304）以大距离行进穿过光学介质（5,105（a），105（b），205,302）的情况下从直接点亮的光学介质（5,105（a），105（b），205,302）的发射表面（23,304）发射。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中在受保护表面（27）上提供和布置包括用于生成抗结垢光（9）的至少一个光源（3）和直接点亮的光学介质（5,105（a），105（b），205,302）的模块（101（a），101（b））。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述至少一个光源（3）被布置到受保护表面（27）上或紧密接近于受保护表面（27）。5.一种用于受保护表面（27）的抗结垢的模块（101（a），101（b）），包括：-直接点亮的光学介质（5,105（a），105（b），205,302），所述直接点亮的光学介质（5,105（a），105（b），205,302）具有当所述模块（101（a），101（b））布置在受保护表面（27）上时用于在远离受保护表面（27）的方向上发射抗结垢光（9）的发射表面（23,304）。6.根据权利要求5所述的模块（101（a），101（b）），其中所述模块包括用于生成抗结垢光的光源。7.根据权利要求6所述的模块，其中直接点亮的光学介质包括所述光源。8.根据权利要求5-7中任一项所述的模块，其中所述模块配置成在没有让抗结垢光（9）大体平行于发射表面（23,304）以大距离通过其行进的情况下从发射表面（23,304）发射抗结垢光（9）。9.根据权利要求5-8中任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：BA萨特斯，RB希伊特布林克，IWJM鲁特坦，H范豪坦，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL