生物结垢保护制造技术

公开了用于保护暴露于、浸没和/或部分地浸没在水生环境中的物品和/或结构免于由于具体类型和/或种类的生物有机体和/或植物的入侵和/或定殖而引起的污染和/或结垢(包含在暴露于水生环境的延长的时间段内免于微观和/或宏观结垢的保护)的装置、方法和/或系统。方法和/或系统。方法和/或系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】生物结垢保护
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2019年3月13日提交的题为“生物结垢保护性外壳(BIOFOULING PROTECTIVE ENCLOSURES)”的美国临时专利申请第62/817,873号和2019年11月1日提交的并且题为“持久的生物结垢保护(DURABLE BIOFOULING PROTECTION)”的专利合作条约(PCT)专利申请第PCT/US19/59546号的优先权和其权益，所述专利申请的公开内容各自通过全文引用的方式并入本文。


[0003]本专利技术涉及用于保护暴露于、浸没于和/或部分地浸没于水生环境中的物品和/或结构免于由于具体类型和/或种类的生物有机体的入侵和/或定殖而引起的污染和/或结垢的改进的装置、方法和/或系统。更具体地，公开了用于在暴露于水生环境的延长的时间段内保护结构和/或基材免于微观和/或宏观结垢的改进的方法、设备和/或系统。

技术介绍

[0004]各种海洋生物在水生环境中的结构上的生长和附着(被称为生物结垢)是许多行业(包含娱乐和工业船运和航运业、石油和天然气工业、发电厂、水处理厂、水管理与控制、灌溉行业、制造业、科学研究、军事(包含工兵团)和渔业)的重大问题。暴露于沿海、港口或海水(以及与其相对应的淡水)的大多数表面(如与船体、水下系缆、链条和地桩、石油钻机平台、浮标、围油栏系统、渔网相关、墩和船坞的那些表面)最终被动物物种(如藤壶、贻贝(以及牡蛎和其它双壳类动物)、苔藓动物、水螅类生物、多毛虫、海鞘和/或其它被囊动物)以及各种植物物种定殖。生物结垢是由于各种植物物种和/或动物物种与所述植物物种和/或动物物种最终附着的基材的各方面之间相互作用，导致形成了将生物结垢有机体与基材牢固地结合的粘合剂，从而导致生物结垢而引起的。尽管看起来简单，但生物结垢的过程还是受到无数的微生物、大型生物和不断变化的水生环境特性的影响的高度复杂的相互作用网络。
[0005]对于许多行业而言，生物结垢的经济影响是至关重要的。船只上的大量生物结垢会导致暴露于水生环境的各种表面腐蚀，从而大大降低船舶运行的效率，并且常常最终导致船只的各部分劣化。微观和宏观生物的堆积还会导致船只表面粗糙度的增加，使得船只经历更大的摩擦阻力、速度和操纵性降低以及曳力增加，从而导致油耗增加。由于藤壶和其它动物附着于浸没在水中的螺旋桨、驱动系统组件、入口和/或船体组件，因此商业和娱乐船民都经历了这些增加的成本。
[0006]生物结垢的另一个重要经济后果是在许多工业设施的热交换表面和/或其它经润湿表面上形成生物结垢和/或结垢引起的水垢。例如，大规模冷却水系统用于各种各样的工业过程，并且这些系统最基本的依赖于从较热的流体或气体到较冷的流体或气体的热传递，其中这种热量通常行进通过“热传递表面”，所述热传递表面通常是热传递管的将冷物质和热物质分开的金属壁。通常，冷却流体将包括水，在许多情况下，水可以是从海湾、大海
和/或海洋中抽取的盐水、从河流、湖泊或井/含水层中抽取的淡水或来自各种来源的废水。水是许多生命形式的有利环境，并且这些结垢生物通常会定殖在热传递管的经润湿表面，这会显著降低冷却系统的热传递速率。在许多情况下，即使是在热传递表面上形成的薄生物膜也会显著隔离此表面，降低其热传递效率并大大增加冷却系统的整体操作成本。
[0007]除了增加对结构的腐蚀和其它破坏之外，物体上宏观结垢的重量和分布还可以显著改变物体和/或支撑结构所经历的浮力或应力和应变，这可能导致结垢的物体的过早损坏和/或下沉。例如，表面具有大量生物结垢的导航浮标、围油栏、或墩支柱会因重量增加而经受增加的应力负载，并且甚至会在过量的宏观结垢下沉没或下沉。这种增加的应力常常导致结构的使用寿命减少，并且需要连续清洁和/或替换。类似地，由于海洋生物的入侵和/或定殖，浸没的传感器(包含系留传感器和/或自由浮动传感器)常常会相对较快地(常常少于30天)发生故障和/或失灵。
[0008]生物结垢还通过在植物和动物物种于结垢的物体上“沿所述物体行进(ride along)”时将植物和动物物种分布到非原生环境而产生大量的生态问题，并且大量立法和财政资源也被分配以对抗生物结垢的商业和生态影响。
[0009]已经使用了各种方法来试图阻止和/或减少生物结垢堆积。更常见的方法之一，尤其是在船运和航运业中，是通过刮除来去除生物结垢。然而，刮除是劳动密集型的并且会损坏结垢的表面，并且由于刮除导致入侵物种的扩散增加以及对当地动物群的负面环境影响，已经引起了环境问题。因此，需要消除或减少暴露于水生环境的表面上的生物结垢量的装置。
[0010]用于保护与水接触的物体并且防止水生生物结垢的一种策略包含使用物理覆盖物。这些覆盖物通过将结构遮蔽以免受水的影响或使结构与水分离而期望地充当保护性装置。例如，美国专利第3,220,374号公开了一种海洋保护性装置。本专利技术涉及一种当不使用船只时，保护海洋设备免于水的腐蚀作用和/或海洋生物生长的独特手段和方法。
[0011]美国专利第3,587,508号公开了一种易于附接到船只的舷外挂机保护性设备。当不使用船只时，所述设备保护舷内舷外发动机的舷外挂机免于海洋生物生长。将包放置在舷外挂机单元的周围，以便易于以在包与船只的艉板之间以及在舷外挂机单元周围提供水密密封的方式附接到艉板。
[0012]美国专利第4,998,496号公开了一种用于船舶推进系统的护罩，所述护罩包含防水护罩主体，所述防水护罩主体可以被紧固到船只的艉板以围绕推进系统的舷外部分。锁定和密封机构以水密接合的方式将护罩固定到船只艉板，并且潜水泵可操作以从护罩主体中去除水，使得推进系统在不使用时有效地处于“干船坞”内。
[0013]美国专利第5,072,683号公开了一种可排水的保护性船只电动机包设备，所述可排水的保护船只电动机包设备包含保护罩，所述保护罩限定了用于安装在固定在船只的船尾上的电动机的舷外挂机的螺旋桨和船首上方的包。包包含从嘴部延伸到包的封闭端的通道，用于收纳端部开口的软管，使得一旦将包定位在船首上方，就可以插入软管以从此类包中抽吸残留物。可以在包的嘴部周围结合系绳，以将其绑到船首，并且如果期望，可以包含单独的保护性袋，用于覆盖螺旋桨叶片，以保护螺旋桨叶片免于直接暴露于包本身。
[0014]美国专利第5,315,949号公开了一种用于保护性地覆盖船只的电动机支柱的设备。覆盖物包含可调整的轴环、不透明的柔性包和可调整的轴环抽拉线。包具有附接到轴环
的开口的顶端。包的封闭的底端与顶端相对，并且具有附接到其的重物。轴环的可调整的轴环抽拉线使得在将包放置在露出物上方的情况下，通过拉动可调整的轴环抽拉线可以将包的开口端部围绕露出物封闭。轴环包含闭锁糟，用于将可调整的轴环抽拉线适当地锁定在露出物周围。操纵手柄可拆卸地附接到套环，以便于将覆盖物放置在露出物上和从露出物去除。在覆盖物适当地在露出物上方的情况下，期望地防止水和光进入包的内部，由此，如滤食性生物等水生生命形式和植物生命期望地不能在覆盖物内繁衍本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于减少至少部分地浸没在水性环境中的基材上的生物结垢的装置，所述装置包括：结构，所述结构包括在使用期间是水可渗透的或变得水可渗透的至少一个竖直延伸的柔性片材层，所述至少一个竖直延伸的柔性片材层在所述水性环境中基本上围绕所述基材的外围的至少一部分，所述至少一个竖直延伸的柔性片材层具有在所述水性环境的表面处或附近的上端和向下延伸到所述水性环境中至第一深度的下端；所述结构具有至少部分地对所述水性环境开放的底表面。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述结构将所述水性环境分为局部水性环境和开放水性环境，其中所述局部水性环境从所述基材的表面延伸到所述至少一个竖直延伸的柔性片材层的至少一个内表面，其中所述结构提供每小时在所述局部水性环境与所述开放水性环境之间的所述局部水性环境中的水体积的约0.1％到500％的平均水交换。3.根据权利要求1所述的装置，其中所述基材的最低点延伸到所述水性环境中的第二深度，并且所述第一深度大于所述第二深度。4.根据权利要求1所述的装置，其中所述基材延伸到所述水性环境中的第二深度，并且所述第一深度是所述第二深度的至少两倍。5.根据权利要求1所述的装置，其中所述水性环境包含以第二深度定位于所述基材下方的底表面，并且所述第一深度小于或等于所述第二深度。6.根据权利要求1所述的装置，其中所述基材的浸没船体延伸到所述水性环境中的第二深度，并且所述第一深度大于所述第二深度。7.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个竖直延伸的柔性片材层包括水可渗透织物。8.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个竖直延伸的柔性片材层包括三维柔性材料，所述三维柔性材料选自由以下组成的组：天然和合成织物、天然和合成膜、天然和合成片材以及由天然和合成材料的组合制成的织物、膜、薄膜和片材。9.根据权利要求1所述的装置，其中所述结构将所述局部水性环境内液体的溶解氧含量维持至少平均为10％或更高。10.根据权利要求1所述的装置，其中所述局部水性环境内的水化学不同于所述开放水性环境内的水化学。11.根据权利要求1所述的装置，其中所述结构的表面积至少等于或大于所述基材的表面积。12.根据权利要求1所述的装置，其中所述结构的表面积小于所述基材的表面积。13.根据权利要求1所述的装置，其中在将所述结构围绕所述基材定位时，所述结构的表面积与所述局部水性环境内的水体积的比率为约0.4英尺
‑1到约800英尺
‑1。14.根据权利要求1所述的装置，其中所述结构的表面积与所述局部水性环境内的水体积的比率大于350英尺
‑1。15.根据权利要求1所述的装置，其中所述结构的表面积与所述局部水性环境内的水体积的比率小于350英尺
‑1。16.根据权利要求1所述的装置，其中所述结构的表面积与所述基材的表面积的比率为
约100比1或更小。17.根据权利要求15所述的装置，其中所述结构的所述表面积与所述基材的所述表面积的所述比率为约2比1或更小。18.根据权利要求11所述的装置，其中所述结构的所述表面积与所述基材的所述表面积的所述比率为约1比2或更大。19.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个竖直延伸的柔性片材层不结合杀生物剂。20.根据权利要求1所述的装置，其中所述至少一个竖直延伸的柔性片材层包括杀生物剂。21.根据权利要求1所述的装置，其中所述结构具有至少部分地开放的顶表面。22.一种用于减少至少部分地浸没在水性环境中的基材上的生物结垢的装置，所述装置包括：结构，所述结构包括多个竖直延伸的柔性片材，所述多个竖直延伸的柔性片材在所述水性环境中围绕所述基材的外围，所述多个竖直延伸的柔性片材中的每个竖直延伸的柔性片材具有在所述水性环境的表面处或附近的上端和向下延伸到所述水性环境中的下端；其中所述结构在所述结构的底端处对所述水性环境开放。23.根据权利要求22所述的装置，其中所述结构将所述水性环境分为局部水性环境和开放水性环境，其中所述局部水性环境从所述基材的表面延伸到所述至少一个竖直延伸的柔性片材层的至少一个内表面，其中所述结构提供每小时在所述局部水性环境与所述开放水性环境之间的所述局部水性环境中的水体积的约0.1％到500％的平均水交换。24.根据权利要求22所述的装置，其中所述基材的最低点延伸到所述水性环境中的第二深度，并且所述第一深度大于所述第二深度。25.根据权利要求22所述的装置，其中所述基材延伸到所述水性环境中的第二深度，并且所述第一深度是所述第二深度的至少两倍。26.根据权利要求22所述的装置，其中所述水性环境包含以第二深度定位于所述基材下方的底表面，并且所述第一深度小于或等于所述第二深度。27.根据权利要求22所述的装置，其中所述基材的浸没船体延伸到所述水性环境中的第二深度，并且所述第一深度大于所述第二深度。28.根据权利要求22所述的装置，其中所述至少一个竖直延伸的柔性片材层包括水可渗透织物。29.根据权利要求22所述的装置，其中所述至少一个竖直延伸的柔性片材层包括三维柔性材料，所述三维柔性材料选自由以下组成的组：天然和合成织物、天然和合成膜、天然和合成片材以及由天然和合成材料的组合制成的织物、膜、薄膜和片材。30.根据权利要求22所述的装置，其中所述结构将所述局部水性环境内液体的溶解氧含量维持至少平均为10％或更高。31.根据权利要求22所述的装置，其中所述局部水性环境内的水化学不同于所述开放水性环境内的水化学。32.根据权利要求22所述的装置，其中所述结构的表面积至少等于或大于所述基材的
表面积。33.根据权利要求22所述的装置，其中所述结构的表面积小于所述基材的表面积。34.根据权利要求22所述的装置，其中在将所述结构围绕所述基材定位时，所述结构的表面积与所述局部水性环境内的水体积的比率为约0.4英尺
‑1到约800英尺
‑1。35.根据权利要求22所述的装置，其中所述结构的表面积与所述局部水性环境内的水体积的比率大于350英尺
‑1。36.根据权利要求22所述的装置，其中所述结构的表面积与所述局部水性环境内的水体积的比率小于350英尺
‑1。37.根据权利要求22所述的装置，其中所述结构的表面积与所述基材的表面积的比率为约100比1或更小。38.根据权利要求36所述的装置，其中所述结构的所述表面积与所述基材的所述表面积的所述比率为约2比1或更小。39.根据权利要求32所述的装置，其中所述结构的所述表面积与所述基材的所述表面积的所述比率为约1比2或更大。40.根据权利要求22所述的装置，其中所述至少一个竖直延伸的柔性片材层不结合杀生物剂。41.根据权利要求22所述的装置，其中所述至少一个竖直延伸的柔性片材层包括杀生物剂。42.根据权利要求22所述的装置，其中所述结构具有至少部分地开放的顶表面。43.一种用于减少至少部分地浸没在水性环境中的基材上的生物结垢的装置，所述装置包括：结构，所述结构适于收纳所述基材，其中所述结构将水性环境分为局部水性环境和开放水性环境，其中局部水性环境从所述基材的表面延伸到所述结构的至少一个内表面，所述结构在所述结构中具有至少一个大开口，所述大开口占所述结构的表面积的至少10％；水性流动机构，所述水性流动机构包括至少一个水性流动腔，其中所述水性流动腔的至少一部分定位于所述局部水性环境内，其中所述水性流动腔提供足够的水性介质流动速率，以每小时将所述局部水性环境中的水体积的平均约0.1％到500％与来自所述开放水性环境中的水体积交换。44.根据权利要求43所述的装置，其中所述水性流动机构包括泵。45.根据权利要求43所述的装置，其中所述水性流动机构包括螺旋桨。46.根据权利要求43所述的装置，其中所述结构是水可渗透的。47.根据权利要求43所述的装置，其中所述结构是水不可渗透的。48.根据权利要求43所述的装置，其中所述水性流动机构提供每小时所述局部水性环境中的所述水体积的约0.1％到200％与来自所述开放水性环境的水体积的平均水交换。49.根据权利要求48所述的装置，其中所述水性流动机构提供每小时所述局部水性环境中的所述水体积的约0.2％到120％与来自所述开放水性环境的水体积的平均水交换。50.根据权利要求49所述的装置，其中所述水性流动机构提供每小时所述局部水性环境中的所述水体积的约0.2％到20％与来自所述开放水性环境的水体积的平均水交换。51.根据权利要求49所述的装置，其中所述水性流动机构提供每小时所述局部水性环
境中的所述水体积的约20％到50％与来自所述开放水性环境的水体积的平均水交换。52.根据权利要求43所述的装置，其中所述结构包括三维柔性材料，所述三维柔性材料选自由以下组成的组：天然和合成织物、天然和合成膜、天然和合成片材以及由天然和合成材料的组合制成的织物、膜、薄膜和片材。53.根据权利要求43所述的装置，其中所述结构将所述局部水性环境内的溶解氧含量维持至少平均为10％或更高。54.根据权利要求43所述的装置，其中所述局部水性环境内的水化学不同于所述开放水性环境内的水化学。55.根据权利要求43所述的装置，其中所述结构的表面积至少等于或大于所述基材的表面积。56.根据权利要求43所述的装置，其中所述结构的表面积小于所述基材的表面积。57.根据权利要求43所述的装置，其中在将所述结构围绕所述基材定位时，所述结构的表面积与所述局部水性环境内的水体积的比率为约0.4英尺
‑1到约800英尺
‑1。58.根据权利要求43所述的装置，其中所述结构的表面积与所述局部水性环境内的水体积的比率大于350英尺
‑1。59.根据权利要求43所述的装置，其中所述结构的表面积与所述局部水性环境内的水体积的比率小于350英尺
‑1。60.根据权利要求43所述的装置，其中所述结构的表面积与所述基材的表面积的比率为约100比1或更小。61.根据权利要求60所述的装置，其中所述结构的表面积与所述基材的表面积的所述比率为约2比1或更小。62.根据权利要求43所述的装置，其中所述结构的表面积与所述基材的表面积的所述比率为约1比2或更大。63.根据权利要求43所述的装置，其中所述结构不结合杀生物剂。64.根据权利要求43所述的装置，其中所述结构包括杀生物剂。65.一种用于减少至少部分地浸没在水性环境中的基材上的生物结垢的装置，所述装置包括：在使用期间是水可渗透的或变得水可渗透的结构，所述结构具有完全开放的底部并且适于收纳所述基材，其中所述结构将水性环境分为局部水性环境和开放水性环境，其中局部水性环境从所述基材的表面延伸到所述结构的至少一个内表面，其中所述结构调节从所述开放水性环境进入到所述局部水性环境中的溶解氧含量。66.根据权利要求65所述的装置，其中所述结构通过在24小时时段内将所述溶解氧维持在平均10％溶解氧处或以上来调节所述局部水性环境中的溶解氧水平。67.根据权利要求66所述的装置，其中所述结构通过在所述24小时时段内将所述溶解氧维持在平均40％溶解氧处或以上来调节所述局部水性环境中的溶解氧水平。68.根据权利要求66所述的装置，其中所述结构通过在24小时时段内将所述溶解氧维持在20％到120％溶解氧的范围内来调节所述局部水性环境中的溶解氧水平。69.根据权利要求65所述的装置，其中所述局部水性环境包括第一溶解氧含量，并且开
放水性环境包括第二溶解氧含量，其中所述第一溶解氧含量不同于所述第二溶解氧含量。70.根据权利要求65所述的装置，其中所述局部水性环境包括第一溶解氧含量，并且开放水性环境包括第二溶解氧含量，其中所述第一溶解氧含量小于所述第二溶解氧含量。71.根据权利要求65所述的装置，其中所述局部水性环境包括第一溶解氧含量，并且开放水性环境包括第二溶解氧含量，其中平均地，所述第一溶解氧含量小于所述第二溶解氧含量。72.根据权利要求65所述的装置，其中所述局部水性环境包括第一溶解氧含量，并且开放水性环境包括第二溶解氧含量，其中第一溶解氧含量包括第一变化速率，并且第二溶解氧含量包括第二变化速率，其中第一变化速率与第二变化速率相同。73.根据权利要求65所述的装置，其中所述局部水性环境包括第一溶解氧含量，并且开放水性环境包括第二溶解氧含量，其中第一溶解氧含量包括第一变化速率，并且第二溶解氧含量包括第二变化速率，其中第一变化速率慢于或小于第二变化速率。74.根据权利要求65所述的装置，其中所述局部水性环境具有靠近所述结构的内壁的第一溶解氧含量和靠近所述基材的外壁的第二溶解氧含量，其中第一溶解氧含量和第二溶解氧含量不同。75.根据权利要求73所述的装置，其中所述第二溶解氧含量小于所述第一溶解氧含量。76.根据权利要求69所述的装置，其中所述差异是所述第一溶解氧含量与所述第二溶解氧含量之间的至少0.1％的差异。77.根据权利要求69所述的装置，其中所述差异是所述第一溶解氧含量与所述第二溶解氧含量之间的至少5％的差异。78.根据权利要求65所述的装置，其中所述结构提供每小时在所述局部水性环境与所述开放水性环境之间的所述局部水性环境中的水体积的约0.1％到500％的平均水交换。79.根据权利要求65所述的装置，其中所述结构包含水可渗透表面，所述水可渗透表面的渗...

【专利技术属性】
技术研发人员：B，
申请(专利权)人：百福灵科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：