Светоизлучающая конструкция для противодействия обрастанию защищаемой поверхности

Изобретение касается защиты погружаемых в жидкость конструкций от биологического обрастания. Предложена светоизлучающая конструкция (100) для противодействия обрастанию поверхности (30), которая содержит оптическую среду (10) и по меньшей мере один источник (20) света для излучения противодействующего обрастанию света. Первая зона (1) конструкции (100), которая находится наиболее близко к источнику (20) света, расположена и выполнена с возможностью преимущественно вызывать зеркальное отражение противодействующего обрастанию света по направлению к излучающей поверхности (12) оптической среды (10) через оптическую среду (10), вторая зона (2) конструкции (100) расположена и выполнена с возможностью преимущественно реализовывать распространение противодействующего обрастанию света через оптическую среду (10) посредством полного внутреннего отражения, и третья зона (3) конструкции (100), которая наиболее удалена в направлении от источника (20) света, расположена и выполнена с возможностью преимущественно вызывать рассеяние противодействующего обрастанию света из оптической среды (10) через излучающую поверхность (12) оптической среды (10). Изобретение раскрывает практичный и несложный способ обеспечения отличного распределения противодействующего обрастанию света от источника света светоизлучающей конструкции для противодействия обрастанию защищаемой поверхности. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к светоизлучающей конструкции, расположенной и выполненной с возможностью обеспечения противодействия обрастанию защищаемой поверхности, подлежащей погружению, по меньшей мере в течение части ее срока службы, в способствующую обрастанию жидкость, содержащую участвующие в биологическом обрастании организмы, причем светоизлучающая конструкция содержит оптическую среду и источник света для излучения противодействующего обрастанию света, причем оптическая среда содержит материал, который выполнен с возможностью распределения по меньшей мере части противодействующего обрастанию света по оптической среде, в которой оптическая среда содержит излучающую поверхность для излучения противодействующего обрастанию света в направлении от защищаемой поверхности, когда светоизлучающая конструкция находится в рабочем положении относительно защищаемой поверхности, и заднюю поверхность, обращенную к защищаемой поверхности.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Биологическое обрастание поверхностей, которые подвержены воздействию вода, в течение по меньшей мере части их срока службы, является широко известным явлением, которое вызывает существенные проблемы во множестве областей. Например, в области судоходства известно, что биологическое обрастание корпусов кораблей вызывает резкое увеличение сопротивления кораблей, и таким образом увеличение потребления топлива кораблями. В связи с этим, согласно оценкам, увеличение потребление топлива до 40% может быть отнесено на биологическое обрастание.

В общем, биологическим обрастанием называют накопление микроорганизмов, растений, водорослей, мелких животных и подобного на поверхностях. Согласно некоторым оценкам, более 1 800 видов, содержащих более 4 000 организмов, ответственны за биологическое обрастание. Следовательно, биологическое обрастание вызвано большим множеством организмов и включает в себя намного больше, чем прикрепление к поверхностям ракушек и морских водорослей. Биологическое обрастание разделяют на микрообрастание, которое включает в себя образование биопленки и бактериальное прилипание, и макрообрастание, которое включает в себя прикрепление более крупных организмов. Вследствие различной химии и биологии, которые определяют то, что предотвращает их отложение, организмы также разделяют на твердые или мягкие. Твердые участвующие в обрастании организмы включают в себя известковые организмы, такие как ракушки, прикрепляющиеся мшанки, моллюски, многощетинковые черви и другие полихеты в трубке, и полосатые мидии. Мягкие участвующие в обрастании организмы включают в себя неизвестковые организмы, такие как морская водоросль, гидроидные полипы, водоросли и биопленки типа «ил». Вместе эти организмы образуют совокупность участвующих в обрастании организмов.

Как указано выше, биологическое обрастание создает существенные проблемы. Биологическое обрастание может приводить к остановке работы оборудования и закупориванию впускных отверстий для воды, если упомянуть только два отрицательных последствия, отличных от вышеупомянутого увеличения сопротивления кораблей. Следовательно, вопрос противодействия обрастанию, то есть процесс удаления или предотвращения биологического обрастания, широко известен.

WO 2014/188347 A1 раскрывает способ противодействия обрастанию поверхности, в то время как упомянутая поверхность по меньшей мере частично погружена в жидкую окружающую среду, в частности водную или масляную окружающую среду. Способ включает в себя обеспечение противодействующего обрастанию света и обеспечение оптической среды в непосредственной близости от защищаемой поверхности, причем оптическая среда имеет по существу плоскую излучающую поверхность. По меньшей мере часть света распределяется по оптической среде в направлении, по существу параллельном защищаемой поверхности, и противодействующий обрастанию свет излучается излучающей поверхностью оптической среды в направлении от защищаемой поверхности. Противодействующий обрастанию свет может быть ультрафиолетовым светом, и оптическая среда может содержать прозрачный для ультрафиолета силикон, то есть силикон, который по существу прозрачен для ультрафиолетового света, и/или плавленый кремний ультрафиолетового типа, в частности кварц.

Используя способ, известный из WO 2014/188347 A1, возможно покрыть защищаемую поверхность, подлежащую поддержанию свободной от биологического обрастания, по меньшей мере в значительной степени слоем, который излучает бактерицидный свет. Защищаемая поверхность может быть корпусом корабля, как указано выше, но способ в равной степени применим и к другим типам поверхностей.

WO 2014/188347 A1 дополнительно раскрывает осветительный модуль, который подходит для осуществления вышеупомянутого способа. Таким образом, осветительный модуль содержит по меньшей мере один источник света для создания противодействующего обрастанию света, и оптическую среду для распределения противодействующего обрастанию света от источника света. По меньшей мере один источник света и/или оптическая среда может быть по меньшей мере частично расположена в, на и/или вблизи защищаемой поверхности, для того чтобы излучать противодействующий обрастанию свет в направлении от защищаемой поверхности. Осветительный модуль может быть обеспечен в виде фольги, которая подходит для нанесения на защищаемую поверхность. В любом случае, осветительный модуль может содержать двумерную решетку источников света для создания противодействующего обрастанию света, и оптическая среда может быть выполнена с возможностью распределения по меньшей мере части противодействующего обрастанию света от двумерной решетки источников света по оптической среде, для того чтобы обеспечить двумерное распределение противодействующего обрастанию света, выходящего из излучающей свет поверхности осветительного модуля.

Двумерная решетка источников света может быть выполнена в виде мелкоячеистой структуры, плотноупакованной структуры, строковой/столбчатой структуры или любой другой подходящей регулярной или нерегулярной структуры. Одно из преимуществ обеспечения двумерной решетки источников света состоит в увеличении однородности распределения света по излучающей поверхности. Дело в том, что, увеличивая однородность распределения света по излучающей поверхности, наличие недостаточно освещенных областей может быть уменьшено или даже предотвращено, где в противном случае может иметь место биологическое обрастание, в то же время потеря энергии может быть также уменьшена или предотвращена, которая в противном случае может возникнуть в чрезмерно освещенных областях, принимающих больше света, чем требуется для противодействия обрастанию. WO 2014/188347 A1 также раскрывает то, что распределение света по излучающей поверхности может быть дополнительно улучшено посредством наличия набора рассеивателей в соответствующих местах в оптической среде. В общем смысле, отмечено, что идеи и решения для достижения лучшей равномерности в относительно тонкой оптической конструкции включают в себя введение рассеивателей и/или отражателей или других распределителей света непосредственно перед одним или более источниками света.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Из вышеизложенного следует, что WO 2014/188347 A1 рассматривает вопрос улучшения однородности распределения света по излучающей поверхности противодействующего обрастанию осветительного модуля. Очевидно, что без принятия каких-либо мер свет, излученный излучающей поверхностью, ослабевает с расстоянием от источника света, который излучил свет. Изобретение рассматривает тот же вопрос, и задачей изобретения является обеспечение практичного и несложного способа обеспечения отличного распределения противодействующего обрастанию света от источника света светоизлучающей конструкции для противодействия обрастанию защищаемой поверхности.

Согласно изобретению, обеспечена светоизлучающая конструкция, которая расположена и выполнена с возможностью обеспечения противодействия обрастанию защищаемой поверхности, подлежащей погружению, по меньшей мере в течение части ее срока службы, в способствующую обрастанию жидкость, содержащую участвующие в биологическом обрастании организмы, и которая содержит оптическую среду и источник света для излучения противодействующего обрастанию света, причем оптическая среда содержит материал, который выполнен с возможностью распределения по меньшей мере части противодействующего обрастанию света по оптической среде, в которой оптическая среда содержит излучающую поверхность для излучения противодействующего обрастанию света в направлении от защищаемой поверхности, когда светоизлучающая конструкция находится в рабочем положении относительно защищаемой поверхности, и заднюю поверхность, обращенную к защищаемой поверхности, и в которой светоизлучающая конструкция содержит группу из трех зон, охватываемых противодействующим обрастанию светом от источника света, а именно первую зону, которая расположена и выполнена с возможностью преимущественно вызывать зеркальное отражение противодействующего обрастанию света по направлению к излучающей поверхности оптической среды, через оптическую среду, вторую зону, которая расположена и выполнена с возможностью преимущественно реализовывать распространение противодействующего обрастанию света через оптическую среду посредством полного внутреннего отражения, и третью зону, которая расположена и выполнена с возможностью преимущественно вызывать рассеяние противодействующего обрастанию света из оптической среды через излучающую поверхность оптической среды, причем первая зона расположена ближе к источнику света, чем вторая зона, и вторая зона расположена ближе к источнику света, чем третья зона.

Из вышеприведенного раскрытия сущности изобретения ясно, что, когда изобретение используется на практике, обеспечивается противодействующая обрастанию света излучающая конструкция, содержащая оптическую среду и источник света, и что в этой конструкции три зоны связаны с источником света в определенном порядке. Первая зона, которая расположена наиболее близко к источнику света, используется преимущественно для зеркального, то есть подобного зеркалу, отражения противодействующего обрастанию света по направлению к излучающей поверхности оптической среды через оптическую среду. Вторая зона, которая расположена дальше в направлении от источника света, чем первая зона, подходит для обеспечения распространения противодействующего обрастанию света через оптическую среду посредством полного внутреннего отражения. Третья зона, которая наиболее удалена от источника света, используется преимущественно для рассеяния противодействующего обрастанию света, то есть диффузного отражения противодействующего обрастанию света, из оптической среды через излучающую поверхность оптической среды. Наличием указанных зон достигается отличное распределение противодействующего обрастанию света по излучающей поверхности оптической среды. На основе ее свойств зеркального отражения, первая зона выполнена с возможностью перенаправления части излученного противодействующего обрастанию света в правильном направлении, то есть, в направлении второй зоны и третьей зоны. Вторая зона является промежуточной зоной, которая позволяет свету распространяться в направлении третьей зоны. Как в первой зоне, так и во второй зоне, часть света излучается излучающей поверхностью оптической среды, в особенности там, где свет падает на излучающую поверхность под углом, который позволяет свету выйти из оптической среды через излучающую поверхность. На основе ее свойств рассеяния света, третья зона выполнена с возможностью направления практически всего света, который достиг этой зоны, из оптической среды через излучающую поверхность.

Указание на зону, расположенную и выполненную с возможностью выполнения преимущественно некоторого действия с противодействующим обрастанию светом, то есть зеркального отражения по направлению к излучающей поверхности оптической среды в первой зоне, распространения через оптическую среду посредством полного внутреннего отражения во второй зоне, и рассеяния из оптической среды в третьей зоне, следует понимать как означающее, что действие осуществляется с большей частью света в этой зоне. Например, рассеяние света происходит не только в третьей зоне, но также может происходить в некоторой степени в первой зоне и второй зоне соответственно. Однако в первой зоне и второй зоне другие действия являются преобладающими, тогда как третья зона может быть выделена среди этих двух других зон на основе того, что только в третьей зоне действие по рассеянию света является преобладающим и осуществляется со значительно большей частью света, чем в двух других зонах. Аналогично, действие полного внутреннего отражения также в некоторой малой степени может иметь место в первой зоне и третьей зоне соответственно, но определенно преобладает, то есть осуществляется с большей частью света, во второй зоне, и зеркальное отражение по направлению к излучающей поверхности оптической среды также в некоторой малой степени может иметь место во второй зоне и третьей зоне соответственно, но однозначно является действием, которое наиболее имеет место в первой зоне.

Светоизлучающая конструкция может быть размещена в любом подходящем положении относительно защищаемой поверхности, для того чтобы находиться в рабочем положении относительно защищаемой поверхности, включая в себя положение, в котором светоизлучающая конструкция расположена в защищаемой поверхности, положение, в котором светоизлучающая конструкция расположена на защищаемой поверхности, и положение, в котором светоизлучающая конструкция расположена вблизи защищаемой поверхности, и любую возможную комбинацию этих положений.

Первым существенным преимуществом изобретения является увеличенный мощностный КПД, ведущий к большей чистой площади защищаемой поверхности и/или меньшему потреблению энергии. Вторым существенным преимуществом изобретения является защита защищаемой поверхности от высокой интенсивности излучения вблизи источника света. Возможно даже такое, что выход света из оптической среды на ее задней поверхности в первой зоне и третьей зоне заблокирован, например посредством зеркального отражающего слоя и рассеивающего слоя соответственно, которые могут быть расположены на задней поверхности оптической среды, и что свет не может выйти из оптической среды на ее задней стороне также во второй зоне, в зависимости от возможных углов, под которыми свет падает на заднюю поверхность во второй зоне, где углы могут удерживаться внутри некоторых границ на основе конструктивных деталей светоизлучающей конструкции. Более того, при осуществлении изобретения возможно наличие светоизлучающей конструкции, которая прозрачна в некоторой области за пределами источника света, а именно по меньшей мере во второй зоне, что обеспечивает видимость защищаемой поверхности.

Предпочтительно, в рамках объема изобретения возможно, что в первой зоне излучающая поверхность оптической среды по меньшей мере частично покрыта зеркалом, причем отражающая сторона зеркала обращена к излучающей поверхности. В этом случае, зеркало как указано служит для уменьшения излучения противодействующего обрастанию света на излучающей поверхности оптической среды в непосредственной близости от источника света, таким образом способствуя требуемой однородности распределения света по излучающей поверхности. Предпочтительно, такое зеркало является полупрозрачным для противодействующего обрастанию света. Зеркало может быть наборным зеркалом, например. Ввиду требуемой однородности распределения света по излучающей поверхности, предпочтительной возможностью является наличие конструкции полупрозрачного зеркала, в которой степень, в которой зеркало прозрачно для противодействующего обрастанию света, увеличивается в направлении от источника света, для того чтобы позволить большему количеству света пройти на большем расстоянии от источника света.

В любом случае, для того чтобы позволить первой зоне зеркально отражать противодействующий обрастанию свет по направлению к излучающей поверхности оптической среды, через оптическую среду, в частности позволить противодействующему обрастанию свету отразиться на задней поверхности оптической среды, практично, если в первой зоне задняя поверхность оптической среды по меньшей мере частично покрыта зеркалом, причем отражающая сторона зеркала обращена к задней поверхности. Способствовать полному внутреннему отражению света во второй зоне можно путем обеспечения на задней поверхности оптической среды слоя с низким показателем преломления в этой зоне, что не изменяет того, что при необходимости задняя поверхность оптической среды не имеет какого-либо слоя или других средств для уменьшения показателя преломления в этой зоне. Если слой с низким показателем преломления нанесен, практично, чтобы показатель преломления этого слоя был меньше показателя преломления способствующей обрастанию жидкости, в которую защищаемая поверхность подлежит погружению. В противном случае, добавление слоя не поможет в способствовании полному внутреннему отражению, по сравнению с ситуацией, в которой только показатели преломления материала оптической среды и способствующей обрастанию жидкости являются решающими факторами. Наконец, для того чтобы позволить третьей зоне рассеивать противодействующий обрастанию свет из оптической среды, через излучающую поверхность оптической среды, в частности позволить рассеивать противодействующий обрастанию свет на задней поверхности оптической среды, практично, если в третьей зоне задняя поверхность оптической среды по меньшей мере частично покрыта рассеивающим слоем, причем рассеивающая сторона рассеивающего слоя обращена к задней поверхности.

В предпочтительном варианте выполнения светоизлучающей конструкции согласно изобретению, источник света расположен ближе к уровню излучающей поверхности оптической среды, чем к уровню задней поверхности оптической среды, для того чтобы иметь увеличенную площадь излучающей поверхности, где удельная мощность света выше заданного порогового значения, которое, как известно, является значимым, когда стоит вопрос достижения противодействующего обрастанию действия. Более того, для того чтобы улучшить эффективность исполнения светоизлучающей конструкции согласно изобретению, источник света может быть расположен и выполнен так, чтобы излучать более 50% противодействующего обрастанию света непосредственно по направлению к задней поверхности оптической среды в первой зоне. Таким образом, может быть достигнуто то, что в первой зоне, большая часть света зеркально отражается и имеет возможность достичь второй зоны, а не быть излученной непосредственно из оптической среды на излучающей поверхности.

Согласно идее, лежащей в основе изобретения, предпочтительно, если первая зона имеет по существу изогнутую по кругу внешнюю границу, и третья зона имеет по существу изогнутую по кругу внутреннюю границу, причем источник света расположен в центре круглых форм, так чтобы границы находились на постоянном расстоянии от источника света, если смотреть вдоль направления, в котором противодействующий обрастанию свет может распространяться от источника света. Для того чтобы достичь того, что в первой зоне по меньшей мере большая часть света зеркально отражается по направлению к излучающей поверхности оптической среды, что во второй зоне по меньшей мере большая часть света распространяется через оптическую среду посредством полного внутреннего отражения, и что в третьей зоне по меньшей мере большая часть света рассеивается из оптической среды через излучающую поверхность оптической среды, предпочтительно установить взаимосвязь радиального расстояния между внешней границей первой зоны и источником света с позиционными характеристиками источника света в оптической среде и критическим углом для полного внутреннего отражения в оптической среде и/или установить взаимосвязь радиального расстояния между внутренней границей третьей зоны и источником света с размерными характеристиками в оптической среде, позиционными характеристиками источника света в оптической среде и критическим углом для полного внутреннего отражения в оптической среде. В частности, радиальное расстояние между по существу изогнутой по кругу внешней границей первой зоны и источником света может быть выбрано равным или превышающим h_l/tan(90°-θ), и/или радиальное расстояние между по существу изогнутой по кругу внутренней границей третьей зоны и источником света может быть выбрано равным или превышающим (h_e+(h_e-h_l))/tan(90°-θ), где h_l представляет собой высоту источника света относительно задней поверхности оптической среды, h_e представляет собой высоту излучающей поверхности оптической среды относительно задней поверхности оптической среды, и θ представляет собой критический угол для полного внутреннего отражения в оптической среде, который определяется как arcsin(n₂/n₁), где n₁ представляет собой показатель преломления материала оптической среды, и n₂ представляет собой показатель преломления способствующей обрастанию жидкости, в которую защищаемая поверхность подлежит погружению. Таким образом, может быть достигнуто то, что исполнение светоизлучающей конструкции оптимизировано путем учета поведения противодействующего обрастанию света в окружающей среде, образованной оптической средой и смежной способствующей обрастанию жидкостью, в частности поведения, основанного на диапазоне углов падения на излучающую поверхность, в котором свет способен выйти из оптической среды, и диапазоне углов падения на излучающую поверхность, связанном с полным внутренним отражением света в оптической среде.

В практическом варианте выполнения светоизлучающей конструкции согласно изобретению, оптическая среда имеет форму пластины, в которой излучающая поверхность оптической среды и задняя поверхность оптической среды являются по существу плоскими и продолжаются по существу параллельно друг другу. В этом варианте выполнения, оптическая среда очень хорошо подходит для использования в качестве покрытия для защищаемой поверхности.

Практично, если источник света выполнен с возможностью излучения ультрафиолетового света. Главным преимуществом использования ультрафиолетового света для противодействия обрастанию является то, что предотвращается прикрепление и укоренение микроорганизмов на поверхности, подлежащей поддерживанию в чистоте, без каких-либо вредных побочных эффектов или побочных эффектов, которым нет возможности легко противодействовать. Источник света может быть встроен в оптическую среду или может быть расположен снаружи оптической среды в положении, смежном с оптической средой.

Для цели полноты, в отношении противодействия биологическому обрастанию с использованием ультрафиолетового света следует отметить следующее. Источник противодействующего обрастанию света может быть выбран, чтобы излучать ультрафиолетовый свет конкретного спектра C, который также называется УФС светом (ультрафиолетовые лучи спектра С), и еще более конкретно, светом с длиной волны приблизительно между 250 нм и 300 нм. Оказалось, что большая часть участвующих в обрастании организмов погибает, становится неактивными или неспособными к репродукции посредством освещения их некоторым количеством ультрафиолетового света. Обычная интенсивность, которая оказывается подходящей для противодействия обрастанию, составляет 10 МВт на квадратный метр. Свет может использоваться непрерывно или с подходящей частотой, в зависимости от того, что подходит в данной ситуации, в особенности при заданной интенсивности излучения. Светодиод является одним типом УФС лампы, который может быть использован в качестве источника света светоизлучающей конструкции. Известно, что светодиоды могут быть в общем заключены в относительно малые объемы и потреблять меньшую мощность, чем другие типы источников света. Также светодиоды могут быть очень удобно встроены в пластину из материала. Более того, светодиоды могут быть изготовлены для излучения (ультрафиолетового) света различных требуемых длин волн, и их рабочие параметры, особенно выходная мощность, могут регулироваться в высокой степени. Светодиод может являться так называемым светодиодом бокового излучения, и может быть расположен в оптической среде, для того чтобы излучать противодействующий обрастанию свет в направлении, где последовательно расположены первая зона, вторая зона и третья зона.

Когда источник света выполнен с возможностью излучения ультрафиолетового света, предпочтительно, если оптическая среда содержит прозрачный для ультрафиолета материал, такой как прозрачный для ультрафиолета силикон. В общем смысле, то, что оптическая среда содержит материал, который выполнен с возможностью распределения по меньшей мере части противодействующего обрастанию света по оптической среде, может быть понято так, что оптическая среда содержит материал, который по существу прозрачен для противодействующего обрастанию света.

На практике светоизлучающая конструкция согласно изобретению может содержать одну оптическую среду и множество источников света, встроенных в оптическую среду, где светоизлучающая конструкция содержит множество групп из первой зоны, второй зоны и третьей зоны, и где каждый из источников света связан с одной из групп. В этом случае, оптическая среда светоизлучающей конструкции может иметь любую подходящую форму и размер, в которой источники света, такие как светодиоды, распределены по оптической среде, и в которой свет, излученный каждым из источников света, распределяется по излучающей поверхности оптической среды оптимальным образом. Источники света могут быть в виде последовательности параллельных соединений в решетке, при необходимости в решетке, имеющей мелкоячеистую структуру.

Изобретение применимо в различных контекстах. Например, светоизлучающая конструкция согласно изобретению может быть использована в контексте морского судна. В частности, в этом контексте светоизлучающая конструкция может быть расположена так, чтобы выполнять функцию поддерживания корпуса судна свободным от биологического обрастания, что не изменяет того, что в этом контексте также существует множество других возможностей применения.

Вышеописанные и другие аспекты изобретения будут видны из и пояснены со ссылкой на следующее подробное описание двух вариантов выполнения светоизлучающей конструкции, содержащей оптическую среду и множество источников света, встроенных в оптическую среду, причем источники света служат для излучения противодействующего обрастанию света, так что светоизлучающая конструкция подходит для использования при противодействии обрастанию защищаемой поверхности.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Теперь изобретение будет описано более подробно со ссылкой на фигуры, на которых одинаковые или подобные части обозначены одинаковыми ссылочными позициями, и на которых:

Фиг. 1 относится к первому варианту выполнения светоизлучающей конструкции согласно изобретению, и схематично показывает вид в сечении участка оптической среды, который является частью светоизлучающей конструкции, светодиода, встроенного в оптическую среду, и зеркала и рассеивающего слоя, которые присутствуют на задней поверхности оптической среды, в которой возможные траектории пучков света схематично обозначены стрелками;

Фиг. 2 схематично показывает вид сверху участка светоизлучающей конструкции согласно первому варианту выполнения;

Фиг. 3 схематично показывает вид в перспективе сверху участка светоизлучающей конструкции согласно первому варианту выполнения; и

Фиг. 4 относится ко второму варианту выполнения светоизлучающей конструкции согласно изобретению, и схематично показывает вид в сечении участка оптической среды, который является частью светоизлучающей конструкции, светодиода, встроенного в оптическую среду, и зеркала и рассеивающего слоя, которые присутствуют на задней поверхности оптической среды, и зеркала, которое присутствует на излучающей поверхности оптической среды, в которой возможные траектории пучков света схематично обозначены стрелками.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг. 1-3 относятся к первому варианту выполнения светоизлучающей конструкции 100 согласно изобретению. Светоизлучающая конструкция 100 содержит оптическую среду в виде пластины 10 из прозрачного для ультрафиолета силикона, и кроме того содержит множество источников света в виде ультрафиолетовых светодиодов 20 бокового излучения, встроенных в пластину 10. На Фиг. 2 и 3 можно видеть, что в показанном примере источники 20 света расположены в виде последовательности параллельных соединений в решетке 21, в частности в решетке 21, имеющей мелкоячеистую структуру. Это не изменяет того, что другие конструкции источников 20 света возможны в рамках объема изобретения.

Пластина 10 имеет заднюю поверхность 11, обращенную к защищаемой поверхности 30, то есть поверхности, которая должна поддерживаться свободной от биологического обрастания в окружающей среде, в которой поверхность подвержена воздействию способствующей обрастанию жидкости, по меньшей мере в течение части ее срока службы, и излучающую поверхность 12 для излучения ультрафиолетового света, излученного светодиодами 20 в направлении от защищаемой поверхности 30. Помимо функции вмещения светодиодов 20, пластина 10 имеет функцию распределения по меньшей мере части ультрафиолетового света каждого из светодиодов 20 по участку защищаемой поверхности 30 до его излучения в направлении от защищаемой поверхности 30.

Фиг. 1-3 обеспечивают наглядное понимание того, что участки задней поверхности 11 пластины 10 покрыты. В частности, набор зеркал 13 для отражения ультрафиолетового света и рассеивающих слоев 14 для рассеивания ультрафиолетового света присутствует для того, чтобы покрыть участки задней поверхности 11 пластины 10. Зеркала 13 имеют по существу изогнутую по кругу внешнюю границу 15, и каждое из зеркал 13 связано с одним из светодиодов 20, как наилучшим образом видно на Фиг. 2, где светодиоды 20 расположены в центре по существу изогнутой по кругу формы внешней границы 15 зеркал 13. Для цели полноты отметим, что отражающая сторона зеркал 13 обращена к задней поверхности 11 пластины 10. Рассеивающие слои 14 содержат ряды соединенных участков 16 рассеивающего слоя, имеющих по существу изогнутую по кругу внутреннюю границу 17, причем внутренняя граница 17 каждого из участков 16 рассеивающего слоя имеет концентричное расположение относительно внешней границы 15 одного из зеркал 13.

В каждой из комбинаций 1) светодиода 20, 2) зеркала 13, связанного со светодиодом 20, в котором светодиод 20 занимает по существу центральное положение относительно внешней границы 15 этого зеркала 13, и 3) участка 16 рассеивающего слоя, чья внутренняя граница 17 имеет по существу концентричное расположение относительно внешней границы этого зеркала 13, внутренняя граница 17 участка 16 рассеивающего слоя продолжается на расстоянии от внешней границы 15 этого зеркала 13. На основе этого, группы из трех зон 1, 2, 3, охватываемые ультрафиолетовым противодействующим обрастанию светом от светодиода 20, могут быть выделены в светоизлучающей конструкции 100, а именно первая зона 1 в положении зеркала 13, связанного со светодиодом 20, третья зона 3 в положении участка 16 рассеивающего слоя, связанного как со светодиодом 20, так и этим зеркалом 13, и вторая зона 2, которая присутствует между первой зоной 1 и третьей зоной 3.

Применение зеркал 13 и рассеивающих слоев 14 нацелено на улучшение распределения ультрафиолетового света, излученного светодиодами 20, по излучающей поверхности 12 пластины 10, таким образом достижения более эффективного использования ультрафиолетового света, что включает в себя снижение потребления энергии светоизлучающей конструкцией 100, например, и/или позволяет одному светодиоду 20 охватывать больший участок излучающей поверхности 12, так что может поддерживаться минимальное количество светодиодов 20.

Из вышеизложенного следует, что группа из трех зон 1, 2, 3 связана с каждым из светодиодов 20. На Фиг. 1 схематично показаны один светодиод 20 и связанная группа из зон 1, 2, 3, причем возможные траектории пучков света схематично показаны стрелками. Первая зона 1 расположена наиболее близко к светодиодам 20. Ввиду этого, эта зона 1 выполнена так, чтобы обеспечить распространение большей части света в направлении второй зоны 2 и третьей зоны 3. Только пучки света, падающие на излучающую поверхность 12 пластины 10 в первой зоне 1 под относительно малым углом относительно нормали к излучающей поверхности 12, имеют возможность (частично) выйти из пластины 10. Как широко известно в области оптики, значение критического угла, как указано, определяется показателями преломления двух материалов на границе раздела, которые являются материалом пластины 10 и средой снаружи пластины 10 в случае светоизлучающей конструкции 100, где стоит отметить, что предполагается, что среда снаружи пластины 10 является способствующей обрастанию жидкостью. Другие пучки света, падающие на излучающую поверхность 12 пластины 10 в первой зоне 1, распространяются в направлении второй зоны 2 и третьей зоны 3. В частности, эти другие пучки света не имеют возможности выйти из пластины 10, а взамен отражаются на излучающей поверхности 12, так что они отклоняются в направлении задней поверхности 11 пластины 10, и выходят из первой зоны 1 по мере своего распространения. Более того, все пучки света, падающие на заднюю поверхность 11 в первой зоне 1, не имеют возможности выйти из пластины 10, а взамен отражаются на задней поверхности 11 и/или зеркале 13, что вызывает распространение существенного количества света в направлении второй зоны 2 и третьей зоны 3.

Пучки света, достигающие второй зоны 2 и падающие на одну из задней поверхности 11 и излучающей поверхности 12 пластины 10, имеют возможность выйти из пластины 10 только во второй зоне 2, в случае если угол падения света на поверхность 11, 12 меньше критического угла относительно нормали к поверхности 11, 12. Конфигурация пластины 10, вмещающей светодиод 20, выбрана в качестве преимущественной на основе полного внутреннего отражения во второй зоне 2, так что только относительно небольшое количество света, принятое из первой зоны 1, имеет возможность выйти из пластины 10 на излучающей поверхности 12 пластины 10, тогда как относительно большое количество света распространяется в направлении третьей зоны 3. Для того чтобы улучшить светоотражающую способность во второй зоне 2, слой с низким показателем преломления (не показан), такой как золь-гелевое покрытие, в особенности слой, имеющий меньший показатель преломления, чем способствующая обрастанию жидкость, может быть нанесен на заднюю поверхность 11 пластины 10 во второй зоне 2. Также возможно наличие подходящего зеркала (не показано) для покрытия по меньшей мере участка задней поверхности 11 пластины 10 во второй зоне 2, причем отражающая сторона зеркала обращена к задней поверхности 11.

Третья зона 3 является наиболее удаленной от светодиода 20. Ввиду этого, участок 16 рассеивающего слоя нанесен в третьей зоне 3, так что обеспечен то, что практически все пучки света, достигают третьей зоны 3, направляются к излучающей поверхности 12 пластины 10 так, чтобы быть ориентированными под относительно малым углом относительно нормали к излучающей поверхности 12. Следовательно, третья зона 3 выполнена так, чтобы направлять практически весь свет, оставшийся после прохождения первой зоны 1 и второй зоны 2, из пластины10.

Далее приведен пример возможных значений размеров и других параметров, относящихся к светоизлучающей конструкции 100. Предполагается, что светодиоды 20 являются светодиодами, которые выполнены с возможностью излучения ультрафиолетового света типа С (УФС), и что пластина 10 является прозрачной пропускающей свет пластиной, имеющей толщину, то есть высоту h_e излучающей поверхности 12 пластины 10 относительно задней поверхности 11 пластины 10, величиной 10 мм. Более того, предполагается, что светодиоды 20 установлены для излучения света в боковом направлении, на высоте h_l, равной 5 мм, относительно задней поверхности 11 пластины 10. Показатели преломления для УФС длины волны 275 нм морской воды и силикона равны 1,38 и 1,46 соответственно, что приводит к критическому углу θ для полного внутреннего отражения, равному θ=arcsin (1,38/1,46)=70,9°. Для того чтобы иметь очень предпочтительное распределение света по излучающей поверхности 12 пластины 10, предпочтительно, чтобы радиус r₁ внешней границы 15 первой зоны 1 был равен или превышал r₁=h_l/tan(90°-θ)=14,5 мм. Более того, предпочтительно, чтобы радиус r₃ внутренней границы 17 третьей зоны 3 был равен или превышал r₃=(h_e+(h_e-h_l))/tan(90°-θ)=43,5 мм. Отметим, что h_e, h_l, r₁ и r₃ обозначены на Фиг. 1.

Степень, в которой светоизлучающая конструкция 100 может быть эффективна в обеспечении распределения света по излучающей поверхности 12 пластины 10, может быть еще дополнительно увеличена путем увеличения h_l. Например, может быть практичным расположить светодиоды 20 на высоте h_l 8 мм относительно задней поверхности 11 пластины 10. Более того, может быть благоприятным наличие наклонной ориентации светодиодов 20, в частности ориентации, в которой светодиоды 20 выполнены с возможностью излучения света в большем направлении вниз, в частности для излучения более 50% света непосредственно по направлению к задней поверхности 11 пластины 10 в первой зоне 1.

Фиг. 4 относится ко второму варианту выполнения светоизлучающей конструкции 100 согласно изобретению, и в частности изображает возможность использования дополнительного зеркала 18 в первой зоне 1, а именно зеркала 18 для по меньшей мере частичного покрытия излучающей поверхности 12 пластины 10 в первой зоне 1, причем отражающая сторона зеркала 18 обращена к излучающей поверхности 12. Практично, если такое дополнительное зеркало 18 является полупрозрачным для света, излученного светодиодом 20. Ввиду этого, зеркало 18 может быть наборным зеркалом, как схематично показано на Фиг. 4. Наличие дополнительного зеркала 18 позволяет обеспечить то, что еще больше света распространяется из первой зоны 1 по направлению ко второй зоне 2 и третьей зоне 3, и позволяет иметь еще более оптимизированное распределение света по излучающей поверхности 12 пластины 10. В этом отношении, предпочтительной возможностью является выполнение дополнительного зеркала 18 таким образом, что его прозрачность увеличивается в направлении от светодиода 20 к внешней границе 15 первой зоны 1.

Специалистам в данной области техники будет понятно, что объем изобретения не ограничен примерами, описанными выше, но что несколько их изменений и модификаций возможны без отклонения от объема изобретения, определенного в прилагаемой формуле изобретения. Предполагается, что изобретение включает в себя все такие изменения и модификации, в той мере, пока они лежат в пределах объема формулы изобретения или его эквивалентов. Несмотря на то, что изобретение было показано и описано подробно на фигурах и в описании, такие изображения и описания являются только пояснительными или служат в качестве примера, и не являются ограничивающими. Изобретение не ограничено раскрытыми вариантами выполнения. Чертежи являются схематичными, на которых детали, которые не требуются для понимания изобретения, могли быть не показаны, и необязательно выполнены в масштабе.

При применении заявленного изобретения специалистом в данной области техники могут быть поняты и реализованы изменения раскрытых вариантов выполнения на основании изучения чертежей, описания и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает другие этапы или элементы, и использование единственного числа не исключает множественное число. Термин «содержит», используемый в этом тексте, толкуется специалистом в данной области техники как охватывающий термин «состоит из». Следовательно, термин «содержит» может в отношении варианта выполнения означать «состоит из», но в другом варианте выполнения может означать «содержит/включает в себя по меньшей мере определенные признаки и, возможно, один или более других признаков». Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не ограничивают объем изобретения.

Элементы и аспекты, описанные в связи с конкретным вариантом выполнения или в отношении него, могут надлежащим образом объединяться с элементами и аспектами других вариантов выполнения, если в явном виде не указано иное. Таким образом, само по себе то, что некоторые средства приведены в отличных друг от друга зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что сочетание этих средств не может быть использовано с достижением преимущества.

В общем смысле, основной функцией светоизлучающей конструкции 100 согласно изобретению является поддержание защищаемой поверхности 30 свободной от биологического обрастания. Следовательно, изобретение применимо во всех ситуациях, включающих в себя риск обрастания и в которых защищаемая поверхность подлежит погружению, по меньшей мере в течение части ее срока службы, в способствующую обрастанию жидкость, содержащую участвующие в биологическом обрастании организмы. Морская вода является широко известным примером такой способствующей обрастанию жидкости. Как указано ранее, светоизлучающая конструкция 100 согласно изобретению может быть использована на корпусе судна. Другие примеры защищаемой поверхности 30 включают в себя наружную поверхность коробчатых охладителей, поверхности подводного морского оборудования, внутренние стенки резервуаров с водой, таких как балластные резервуары судна, и фильтрующие поверхности систем фильтрования в опреснительных установках.

Оптическая среда 10, которая является частью светоизлучающей конструкции 100 согласно изобретению, может иметь любую подходящую форму в зависимости от предполагаемого применения светоизлучающей конструкции 100. Может быть практичным, если оптическая среда 10 содержит пластину из материала, как указано ранее, где материал может быть материалом любого типа, который подходит для распространения противодействующего обрастанию света через оптическую среду 10. Более того, материал может быть гибким, например, для того чтобы позволить изгиб пластины в случае необходимости следования контуру защищаемой поверхности 30. Возможно, что излучающая поверхность 12 и задняя поверхность 11 оптической среды 10 являются по существу плоскими и продолжаются по существу параллельно друг другу, в этом случае оптическая среда 10 имеет в общем плоскую конструкцию, но это не изменяет того, что другие конструкции оптической среды 10 возможны в рамках объема изобретения. В случае, если оптическая среда 10 имеет в общем плоскую конструкцию, практично, если три зоны 1, 2, 3 имеют последовательное расположение в оптической среде 10 в направлении, в котором продолжается оптическая среда 10, то есть в направлении, которое по существу параллельно излучающей поверхности 12 и задней поверхности 11 оптической среды 10.

Изобретение никоим образом не ограничено каким-либо конкретным размещением по меньшей мере одного источника 20 света, который является частью светоизлучающей конструкции 100, относительно оптической среды 10. По меньшей мере один источник 20 света может быть расположен внутри или снаружи оптической среды 10, в зависимости от того, что подходит для некоторого применения изобретения и исполнения светоизлучающей конструкции 100, оптимизированной для этого применения.

В общем рассеивающее свет поведение третьей зоны 3 может быть достигнуто различными способами, включающими в себя показанный и описанный способ, который включает в себя использование рассеивающих слоев 14 на задней поверхности 11 оптической среды 10. Другие возможные варианты включают в себя наличие царапин на задней поверхности 11 оптической среды 10, или периодических структур, линий, гребней или углублений в(на) поверхности 11.

Изобретение относится к светоизлучающей конструкции 100, имеющей детали, как описано выше, и более того относится к светоизлучающей конструкции 100 и защищаемой поверхности 30 в сборе, как показано на Фиг. 1 и 4, причем светоизлучающая конструкция 100 находится в рабочем положении относительно защищаемой поверхности 30, в частности будучи расположенной в, на и/или вблизи защищаемой поверхности 30.

Таким образом, светоизлучающая конструкция 100 предусмотрена для противодействия обрастанию защищаемой поверхности 30, подлежащей погружению по меньшей мере в течение части ее срока службы в способствующую обрастанию жидкость, содержащую участвующие в биологическом обрастании организмы. Светоизлучающая конструкция 100 содержит оптическую среду 10 и по меньшей мере один источник 20 света для излучения противодействующего обрастанию света. По меньшей мере одна группа из трех последовательных зон 1, 2, 3, связанных с источником 20 света, может быть выделена в светоизлучающей конструкции 100, в которой первая зона 1, которая находится наиболее близко к источнику 20 света, расположена и выполнена с возможностью преимущественно вызывать зеркальное отражение противодействующего обрастанию света по направлению к излучающей поверхности 12 оптической среды 10, через оптическую среду 10, вторая зона 2 расположена и выполнена с возможностью преимущественно реализовывать распространение противодействующего обрастанию света через оптическую среду 10 посредством полного внутреннего отражения, и третья зона 3, которая наиболее удалена от источника 20 света, расположена и выполнена с возможностью преимущественно вызывать рассеяние противодействующего обрастанию света из оптической среды 10 через излучающую поверхность 12 оптической среды 10.

1. Светоизлучающая конструкция (100), расположенная и выполненная с возможностью обеспечения противодействия обрастанию защищаемой поверхности (30), подлежащей погружению, по меньшей мере в течение части ее срока службы, в способствующую обрастанию жидкость, содержащую участвующие в биологическом обрастании организмы, причем светоизлучающая конструкция (100) содержит:

- оптическую среду (10) и источник (20) света для излучения противодействующего обрастанию света, причем оптическая среда (10) содержит материал, который выполнен с возможностью позволять по меньшей мере части противодействующего обрастанию света распределяться по оптической среде (10),

- причём оптическая среда (10) содержит излучающую поверхность (12) для излучения противодействующего обрастанию света в направлении от защищаемой поверхности (30), когда светоизлучающая конструкция (100) находится в рабочем положении относительно защищаемой поверхности (30), и заднюю поверхность (11), обращенную к защищаемой поверхности (30), и

- причём светоизлучающая конструкция (100) содержит группу из трех зон (1, 2, 3), охватываемых противодействующим обрастанию светом от источника (20) света, а именно первую зону (1), которая расположена и выполнена с возможностью преимущественно вызывать зеркальное отражение противодействующего обрастанию света по направлению к излучающей поверхности (12) оптической среды (10) через оптическую среду (10), вторую зону (2), которая расположена и выполнена с возможностью преимущественно реализовывать распространение противодействующего обрастанию света через оптическую среду (10) посредством полного внутреннего отражения, и третью зону (3), которая расположена и выполнена с возможностью преимущественно вызывать рассеяние противодействующего обрастанию света из оптической среды через излучающую поверхность (12) оптической среды (10), причем первая зона (1) ближе к источнику (20) света, чем вторая зона (2), и вторая зона (2) ближе к источнику (20) света, чем третья зона (3).

2. Светоизлучающая конструкция (100) по п. 1, в которой в первой зоне (1) излучающая поверхность (12) оптической среды (10) по меньшей мере частично покрыта зеркалом (18), причем отражающая сторона зеркала (18) обращена к излучающей поверхности (12).

3. Светоизлучающая конструкция (100) по п. 2, в которой зеркало (18) является полупрозрачным для противодействующего обрастанию света, и при этом при необходимости степень, в которой зеркало (18) прозрачно для противодействующего обрастанию света, увеличивается в направлении от источника (20) света.

4. Светоизлучающая конструкция (100) по любому из пп. 1-3, в которой в первой зоне (1) задняя поверхность (11) оптической среды (10) по меньшей мере частично покрыта зеркалом (13), причем отражающая сторона зеркала (13) обращена к задней поверхности (11).

5. Светоизлучающая конструкция (100) по любому из пп. 1-4, в которой во второй зоне (2) задняя поверхность (11) оптической среды (10) снабжена слоем с низким показателем преломления, и при этом при необходимости показатель преломления слоя с низким показателем преломления меньше показателя преломления способствующей обрастанию жидкости, в которую защищаемая поверхность (30) подлежит погружению.

6. Светоизлучающая конструкция (100) по любому из пп. 1-5, в которой в третьей зоне (3) задняя поверхность (11) оптической среды (10) по меньшей мере частично покрыта рассеивающим слоем (14, 16), причем рассеивающая сторона рассеивающего слоя (14, 16) обращена к задней поверхности (11).

7. Светоизлучающая конструкция (100) по любому из пп. 1-6, в которой оптическая среда (10) имеет в общем плоскую конструкцию, и при этом три зоны (1, 2, 3) имеют последовательное расположение в оптической среде (10) в направлении, в котором продолжается оптическая среда (10).

8. Светоизлучающая конструкция (100) по любому из пп. 1-7, в которой источник (20) света расположен ближе к уровню излучающей поверхности (12) оптической среды (10), чем к уровню задней поверхности (11) оптической среды (10).

9. Светоизлучающая конструкция (100) по любому из пп. 1-8, в которой источник (20) света расположен и выполнен с возможностью излучения более 50% противодействующего обрастанию света непосредственно по направлению к задней поверхности (11) оптической среды (10) в первой зоне (1).

10. Светоизлучающая конструкция (100) по любому из пп. 1-9, в которой первая зона (1) имеет по существу изогнутую по кругу внешнюю границу (15), причем радиальное расстояние между внешней границей (15) и источником (20) света равно или превышает h_l/tan(90°-θ), где h_l представляет собой высоту источника (20) света относительно задней поверхности (11) оптической среды (10), и θ представляет собой критический угол для полного внутреннего отражения в оптической среде (10), который определяется как arcsin(n₂/n₁), где n₁ представляет собой показатель преломления материала оптической среды (10), и n₂ представляет собой показатель преломления пресной воды или морской воды, в которую защищаемая поверхность (30) подлежит погружению.

11. Светоизлучающая конструкция (100) по любому из пп. 1-10, в которой третья зона (3) имеет по существу изогнутую по кругу внутреннюю границу (17), причем радиальное расстояние между внутренней границей (17) и источником (20) света равно или превышает (h_e+(h_e-h_l))/tan(90°-θ), где h_e представляет собой высоту излучающей поверхности (12) оптической среды (10) относительно задней поверхности (11) оптической среды (10), h_l представляет собой высоту источника (20) света относительно задней поверхности (11) оптической среды (10), и θ представляет собой критический угол для полного внутреннего отражения в оптической среде (10), который определяется как arcsin(n₂/n₁), где n₁ представляет собой показатель преломления материала оптической среды (10), и n₂ представляет собой показатель преломления пресной воды или морской воды, в которую защищаемая поверхность (30) подлежит погружению.

12. Светоизлучающая конструкция (100) по любому из пп. 1-11, в которой оптическая среда имеет форму пластины (10), и при этом излучающая поверхность (12) оптической среды (10) и задняя поверхность (11) оптической среды (10) являются по существу плоскими и продолжаются по существу параллельно друг другу.

13. Светоизлучающая конструкция (100) по любому из пп. 1-12, в которой источник (20) света выполнен с возможностью излучения ультрафиолетового света, и в которой при необходимости оптическая среда (10) содержит прозрачный для ультрафиолета силикон.

14. Светоизлучающая конструкция (100) по любому из пп. 1-13, содержащая одну оптическую среду (10) и множество источников (20) света, встроенных в оптическую среду (10), причём светоизлучающая конструкция (100) содержит множество групп из первой зоны (1), второй зоны (2) и третьей зоны (3), и при этом каждый из источников (20) света связан с одной из групп.

15. Светоизлучающая конструкция (100) по п. 14, в которой источники (20) света расположены в виде последовательности параллельных соединений в решетке (21), при необходимости в решетке (21), имеющей мелкоячеистую структуру.

16. Судно, содержащее светоизлучающую конструкцию по любому из пп. 1-15.