本公開涉及適用于防止污染（通常稱為防污）的冷卻裝置。本公開具體涉及海箱冷卻器的防污。

背景技術(shù)：

生物污染或生物學(xué)污染是微生物、植物、藻類和/或動物在表面上的積聚。生物污染生物體（organism）之中的種類是高度多樣化的并且遠(yuǎn)超出藤壺和海藻的附著。根據(jù)一些估計，包括超過4000種生物體的超過1800個物種是生物污染的原因。生物污染被分成包括生物膜形成和細(xì)菌粘附的微觀污染以及作為較大生物體的附著的宏觀污染。由于確定什么防止它們沉降（settling）不同的化學(xué)和生物學(xué)的緣故，生物體也被分類為硬或軟污染類型。鈣質(zhì)的（硬）污染生物體包括藤壺、結(jié)殼苔蘚蟲、軟體動物、多毛類環(huán)蟲和其他管狀蠕蟲、以及斑馬貽貝。非鈣質(zhì)的(軟)污染生物體的示例是海藻、水螅、藻類和生物膜“粘液”。這些生物體一起形成污染群落。

在若干情境中，生物污染產(chǎn)生了實質(zhì)性的問題。機器停止工作、進(jìn)水口堵塞、熱交換器遭受性能降低。因此防污的主題、即消除或防止生物污染形成的過程是眾所周知的。在工業(yè)過程中，生物分散劑可以用來控制生物污染。在不那么受控的環(huán)境中，使用滅微生物劑、熱處理或能量脈沖殺死或利用涂層排斥生物體。防止生物體附著的無毒機械策略包括選擇具有光滑的表面的材料或涂層，或者與只提供貧乏的錨點的鯊魚和海豚的皮膚類似的納米級表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的創(chuàng)建。

用于經(jīng)由海水冷卻輪船的引擎流體的冷卻單元的防污布置在本領(lǐng)域中是已知的。de102008029464涉及一種包括借助于可定期重復(fù)過熱的防污系統(tǒng)的海箱冷卻器。熱水被單獨地供應(yīng)到熱交換器管，以便最小化該管上的污染傳播。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

箱冷卻器的內(nèi)側(cè)上的生物污染引起嚴(yán)重問題。主要問題是熱傳遞的能力降低，因為生物污染的厚層是有效的熱絕緣體。作為結(jié)果，由于過熱，船引擎必須以低得多的速度運行，使船自身慢下來，或者甚至達(dá)到完全停止。

存在眾多促成生物污染的生物體。這包括像細(xì)菌和藻類那樣非常小的生物體，而且還包括非常大的生物體，比如甲殼類動物。環(huán)境、水的溫度和系統(tǒng)的目的全都在這里發(fā)揮作用。箱冷卻器的環(huán)境在理想情況下適合于生物污染：要被冷卻的流體加熱至中等溫度并且持續(xù)的水流帶來營養(yǎng)素和新生物體。

相應(yīng)地，用于防污的方法和裝置是必需的。然而，現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)可能在它們的使用中是低效的，需要定期維護(hù)并且在大多數(shù)情況下導(dǎo)致具有可能危險的效應(yīng)的到海水的離子放電。

因此，本發(fā)明的一個方面是提供根據(jù)所附獨立權(quán)利要求的一種用于利用可替換的防污系統(tǒng)冷卻輪船引擎的冷卻裝置。從屬權(quán)利要求定義了有利實施例。

因此，基于光學(xué)方法、特別是使用紫外光（uv）提出了一種方案?？雌饋?，利用“充足的”uv光，大多數(shù)微生物被殺死，致使其不活躍或無法再生。該效應(yīng)主要由uv光的總劑量支配。殺死某種微生物的90%的典型劑量為每平方米10mw-小時。

用于冷卻輪船引擎的冷卻裝置適合于放置在由輪船的船體和隔板限定的封閉箱中。在船體上提供入口和出口，使得海水可以自由進(jìn)入箱容積，流過冷卻裝置，并且經(jīng)由自然流動離開。冷卻裝置包括要被冷卻的流體可以通過其傳導(dǎo)的一束管和至少一個用于生成防污光的光源。本發(fā)明的冷卻裝置進(jìn)一步包括用于改善防污光在淹沒的外部上的分布的至少一個光學(xué)單元。

在冷卻裝置的一個實施例中，光源可以是具有管狀結(jié)構(gòu)的燈。對于這些光源，由于相當(dāng)大，來自單個光源的所有光集中于鄰近區(qū)域。相應(yīng)地，有可能利用有限數(shù)量的光源實現(xiàn)防污的期望水平，有限數(shù)量的光源致使該解決方案相當(dāng)成本有效。

用于生成uvc的最高效的源是低壓汞放電燈，其中平均來說輸入瓦特的35%被轉(zhuǎn)換成uvc瓦特。幾乎完全在254nm處、也就是說在最大殺菌效果的85%處生成輻射（圖3）。飛利浦的低壓管狀熒光紫外光（tuv）燈具有過濾掉臭氧形成輻射的特殊玻璃的封套，在此情況下185nm汞線。

對于各種飛利浦殺菌tuv燈，電氣和機械屬性與它們的相當(dāng)于可見光的照明相同。這允許它們以相同方式被操作，即使用電子或磁性鎮(zhèn)流器/啟動器電路。就所有低壓燈來說，在燈操作溫度與輸出之間存在關(guān)系。在低壓燈中，在254nm處的諧振線在放電管中某個汞蒸汽壓力下是最強的。該壓力由操作溫度確定并且在40℃的管壁溫度處（與大約25℃的外界溫度對應(yīng)）優(yōu)化。還應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，燈輸出受到跨越燈的空氣流（強迫的或自然的）、所謂風(fēng)冷因素影響。讀者應(yīng)當(dāng)注意，對于一些燈，增大空氣流和/或降低溫度可以增大殺菌輸出。在高輸出（ho）燈、即在具有與針對它們的線性尺寸的標(biāo)準(zhǔn)相比更高瓦數(shù)的燈中滿足這一點。

第二類型的uv源是中壓汞燈，在這里，更高的壓力激發(fā)更多能量水平，從而產(chǎn)生更多譜線和連續(xù)體（重組輻射）（圖6）。應(yīng)當(dāng)注意，石英封套透射低于240nm，因此臭氧可以從空氣形成。中壓源的優(yōu)點是：

?高功率密度；

?高功率，導(dǎo)致與用在相同應(yīng)用的低壓類型相比更少的燈；以及

?對環(huán)境溫度的較低靈敏度。

所述燈應(yīng)當(dāng)被操作成使得壁溫度介于600℃與900℃之間并且少量（pinch）不超過350℃。這些燈可以被調(diào)光，如低壓燈可以這樣。

而且，可以使用介電阻擋放電（dbd）燈。這些燈可以以各種波長且以高電到光功率效率提供非常強大的uv光。

所需要的殺菌劑量也可以利用現(xiàn)有的低成本、較低功率的uvled容易地實現(xiàn)。與其他類型的光源相比，led一般地可以包括在相對較小的封裝中并且消耗較少的功率。led可以被制造成發(fā)射各種期望波長的（uv）光，并且它們的操作參數(shù)，最顯著的是輸出功率，可以在高程度上被控制。

在根據(jù)本發(fā)明的冷卻裝置的一個實施例中，所述光學(xué)單元至少部分地朝向管之間延伸。相應(yīng)地，防污光在管的外部的整個表面之上的均勻且有效分布得到確保。

在根據(jù)本發(fā)明的冷卻裝置的一個實施例中，光學(xué)單元包括至少一個光學(xué)介質(zhì)，光源生成的光通過該光學(xué)介質(zhì)行進(jìn)。該光學(xué)介質(zhì)將光源所生成的光朝向管的外部的、防污光無法到達(dá)的區(qū)域傳遞，并且因此在這些區(qū)域中的污染也被避免。

在本發(fā)明的一個實施例中，光學(xué)介質(zhì)包括填充有用于借此引導(dǎo)至少部分防污光的氣體和/或清水的空間，例如通道。特別地，光學(xué)介質(zhì)可以是至少部分中空的并且被填充氣體和/或清水。

在根據(jù)本發(fā)明的冷卻裝置的一個實施例中，光學(xué)介質(zhì)是布置在光源前面的光散布器，以用于在具有基本平行于管的外部的分量的方向上散布由光源發(fā)射的防污光的至少部分。該光學(xué)介質(zhì)被布置在所述至少一個光源前面以用于在具有基本平行于管的外部的分量的方向上散布由所述至少一個光源發(fā)射的防污光的至少部分。光散布器的一個示例可以是布置在光學(xué)介質(zhì)中且位置與所述至少一個光源相對的“相對”錐體，其中該相對錐體具有與管的外部的垂線成45°的表面區(qū)域，以用于在基本平行于所述表面的方向上反射由光源發(fā)射的垂直于所述表面的光。

在根據(jù)本發(fā)明的冷卻裝置的一個實施例中，光學(xué)介質(zhì)是光導(dǎo)。在所述實施例的優(yōu)選版本中，光學(xué)介質(zhì)被布置在所述至少一個光源前面，光導(dǎo)具有用于向內(nèi)耦合來自所述至少一個光源的防污光的光內(nèi)耦合表面和用于在朝向管的外部的方向上向外耦合防污光的光外耦合表面。換言之，光學(xué)介質(zhì)的特定部段被刻意布置以便朝向管的外部泄漏光。

上述實施例中的光學(xué)介質(zhì)使光跨越管的外部的實質(zhì)性部分分布，并且包括硅樹脂材料和/或uv級二氧化硅材料，特別是石英。uv級二氧化硅對uv光具有非常低的吸收，并且因而非常適合用作光學(xué)介質(zhì)材料。相對大的物體可以使用復(fù)數(shù)個相對小的uv級二氧化硅片或部分一起制成或使用所謂的“熔融石英”制成，同時保留也針對較大物體的uv透射屬性。硅樹脂材料中嵌入的二氧化硅部分保護(hù)二氧化硅材料。在這樣的組合中，二氧化硅部分可以在另外的硅樹脂材料光學(xué)介質(zhì)中提供uv透明散射器，以用于光通過光學(xué)介質(zhì)的（重）分布且/或用于促進(jìn)光從光導(dǎo)向外耦合。再者，二氧化硅顆粒和/或其他硬uv半透明材料的顆?？梢约訌姡╢ortify）硅樹脂材料。特別地，片狀二氧化硅顆?？梢允褂?，也在高密度中，硅樹脂材料中高達(dá)50%,70%或者甚至更高百分比的二氧化硅可以提供可以抵御沖擊的強層。據(jù)認(rèn)為，光學(xué)介質(zhì)或光導(dǎo)的至少部分可以被提供有至少部分嵌入在硅樹脂材料中的uv級二氧化硅顆粒（特別是片）的空間變化密度，例如以便改變光學(xué)和/或結(jié)構(gòu)屬性。這里，“片”標(biāo)示在三個笛卡爾方向上具有尺寸的物體，其中這三個尺寸中的兩個可能相互不同，然而，每一個明顯大于第三尺寸，例如10、20倍大或明顯更大、例如100倍大。

在本發(fā)明的一個實施例中，光導(dǎo)包括具有比液體環(huán)境的折射率更高的折射率的光導(dǎo)材料，使得防污光的至少部分在被在外耦合表面處向外耦合之前通過光導(dǎo)經(jīng)由全內(nèi)反射在基本上平行于管的外部的方向上傳播。一些實施例可以包括將光散布器和光導(dǎo)組合的光學(xué)介質(zhì)，或者具有到光學(xué)介質(zhì)中的光導(dǎo)特征的集成的光散布特征。

所述至少一個光源和/或光學(xué)介質(zhì)可以至少部分地布置在管的外部中、上和/或附近，以便在背離管的外部的方向上發(fā)射防污光。光源適于優(yōu)選地發(fā)射防污光，同時管的外部至少部分地淹沒在液體環(huán)境中。

在本發(fā)明的可替換實施例中，光學(xué)介質(zhì)由玻璃、玻璃纖維、硅樹脂或諸如pmma之類的透明塑料中任一種制成。

在本發(fā)明的一個實施例中，光學(xué)介質(zhì)的形式是從光源朝向管延伸的棒或纖維，使得光學(xué)介質(zhì)的至少部分位于兩個相鄰管之間。

在本發(fā)明的一個實施例中，光學(xué)單元的形式是限制器，其限制光波遠(yuǎn)離光源阻止其上的污染的管的外部的傳播，并且朝向該管外部反射光。

在冷卻裝置的一個實施例中，管至少部分地涂覆有防污光反射涂層。相應(yīng)地，防污光將以漫射方式反射并且因此光在管之上更有效地分布。

本發(fā)明還提供一種包括如上所述的用于冷卻輪船的引擎的冷卻單元的輪船。在這樣的實施例中，冷卻單元放置于其中的箱的內(nèi)表面可以至少部分地涂覆有防污光反射涂層。類似于上面的實施例，作為此特定實施例的結(jié)果，防污光將以漫射方式反射并且因此光在管之上更有效地分布。

當(dāng)前提供的解決方案的一個優(yōu)點是，微生物在粘附并根植于污染表面上之后未被殺死，正如已知的毒藥分散涂層的情況那樣，但是微生物在污染表面上的根植被防止。更高效的是，與去除大微生物結(jié)構(gòu)的污染的光處理相比，剛好在微生物接觸污染表面之前或恰好在其之后主動殺死微生物。該效果可能類似于通過使用微生物不能粘附于它的光滑的納米表面產(chǎn)生的效果。

因為在初始根植階段中殺死微生物所需的低量的光能量，系統(tǒng)可以被操作以連續(xù)提供跨越大表面的防污光，而沒有極端的功率要求。

術(shù)語“基本上”在本文中將被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解。術(shù)語“基本上”也可以包括具有“完全地”、“全部地”、“所有”等的實施例。因此，在實施例中，形容詞基本上也可以被移除。在適用的情況下，術(shù)語“基本上”也可以涉及90%或更高，比如95%或更高，特別地99%或更高，甚至更特別地99.5%或更高，包括100%。術(shù)語“包括”也包括其中術(shù)語“包括”意指“由...構(gòu)成”的實施例。在一個實施例中，術(shù)語“包括”可以指代“由...構(gòu)成”，但是在另一個實施例中也可以指代“包含至少所限定的物種和可選地一個或多個其他物種”。

應(yīng)當(dāng)理解，如此使用的術(shù)語在適當(dāng)?shù)那闆r下是可互換的，并且本文描述的本發(fā)明的實施例能夠以不同于本文描述或圖示的其他順序操作。

應(yīng)當(dāng)注意，上述實施例說明而非限制本發(fā)明，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠在不脫離所附權(quán)利要求的范圍的情況下設(shè)計出許多可替換實施例。在權(quán)利要求中，置于括號之間的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)當(dāng)解釋為限制權(quán)利要求。元件之前的冠詞“一”不排除多個這樣的元件的存在。在相互不同的從屬權(quán)利要求中敘述某些措施的起碼事實并不指示這些措施的組合不能用于獲益。

本發(fā)明進(jìn)一步適用于包括說明書中描述的和/或附圖中示出的表征特征中的一個或多個的設(shè)備。

本專利中討論的各種方面可以進(jìn)行組合以便提供附加優(yōu)點。而且，特征中的一些可以形成一個或多個分案申請的基礎(chǔ)。

附圖說明

現(xiàn)在將僅通過示例方式參照隨附的示意圖描述本發(fā)明的實施例，在隨附的示意圖中對應(yīng)的參考符號指示對應(yīng)的部分，并且在附圖中：

圖1是冷卻裝置的一個實施例的示意性表示；

圖2是冷卻裝置的一個實施例的示意性水平截面圖；

圖3是冷卻裝置的另一個實施例的示意性豎直截面圖；并且

這些圖不一定按照比例。

具體實施方式

盡管本公開已經(jīng)在附圖和前面的描述中進(jìn)行了詳細(xì)圖示和描述，但是這樣的圖示和描述被認(rèn)為是說明性的或示范性的，而非限制性的；本公開不限于所公開的實施例。進(jìn)一步注意到，附圖是示意性的，并一定按照比例，并且對理解本發(fā)明而言不需要的細(xì)節(jié)可能已被省略。術(shù)語“內(nèi)部”、“外部”、“沿著”等涉及如圖中取向的實施例，除非另外指定。而且，至少基本相同或執(zhí)行至少基本相同的功能的元件由相同的數(shù)字標(biāo)示。

作為基本實施例，圖1示出用于冷卻輪船的引擎的冷卻裝置（1）的示意圖，該冷卻裝置被放置在封閉箱中，該封閉箱由輪船的船體（3）和隔板（4,5）限定以使得入口和出口（6,7）被提供在船體上，從而海水可以自由進(jìn)入箱容積，流過冷卻裝置并且經(jīng)由自然流動離開，該冷卻裝置包括要被冷卻的流體可以通過其傳導(dǎo)的一束管（8）、用于生成防污光的至少一個光源（9），所述光源通過管（8）布置以便在管（8）上發(fā)射防污光。熱流體從上面進(jìn)入管（8）且一路傳導(dǎo)并且再一次離開，現(xiàn)在從頂側(cè)冷卻。同時，海水從入口（6）進(jìn)入箱，流過管（8）并且從管（8）以及因而從其內(nèi)傳導(dǎo)的流體接收熱量。從管（8）取得熱量，海水變暖并上升。然后，該海水從位于船體（3）的較高點處的出口（7）離開箱。在此冷卻過程期間，海水中存在的任何生物有機體傾向于附著到管（8），管（8）是溫暖的并且為生物體提供適當(dāng)?shù)纳瞽h(huán)境，該現(xiàn)象被稱為污染。為了避免這樣的附著，至少一個光源（9）通過管（8）布置，并且至少一個光學(xué)單元（2）通過光源（9）布置以用于朝向管（8）的淹沒的外部引導(dǎo)防污光。如圖1中所圖示，一個或多個管狀燈可以用作光源（9）以實現(xiàn)本發(fā)明的目標(biāo)。

圖2示出冷卻裝置（1），其中光單元（1）包括光源（9）所生成的光通過其行進(jìn)的多個光學(xué)介質(zhì)（10），并且其中所述光學(xué)單元（2）至少部分地位于兩個相鄰管（8）之間。在此實施例中，光學(xué)介質(zhì)（10）是光導(dǎo)。在此實施例中，光學(xué)介質(zhì)（10）的形式是具有分支的棒，所述分支從光源（9）朝向管（8）延伸。

圖3示出一個實施例，其中布置在管（8）束的內(nèi)側(cè)上的光源（9）被提供有光導(dǎo)形式的光學(xué)介質(zhì)（10），而布置在管（8）束的外側(cè)上的光源（9）被提供有在光源（9）與管（8）之間的光散布器，以用于在具有基本上垂直于管（8）的外部的分量的在一個或多個方向上散布光源（9）所發(fā)射的防污光的至少部分。在此實施例中，冷卻裝置（1）進(jìn)一步被提供有反射器（11），其限制光波遠(yuǎn)離光源（9）阻止其上的污染的管（8）的外部的傳播并且朝向該管的外部反射該光。

針對或關(guān)于特定實施例討論的元素和方面可以與其他實施例的元素和方面適當(dāng)?shù)亟M合，除非另外明確聲明。本發(fā)明已經(jīng)參照優(yōu)選實施例進(jìn)行了描述。在閱讀并理解前面的詳細(xì)描述之后，其他人可以想到修改和變更。預(yù)期的是，本發(fā)明被解釋為將所有這樣的修改和變更在它們到達(dá)的程度上包括在所附權(quán)利要求或其等價物的范圍內(nèi)。由于污染也可能發(fā)生在河或湖中，因此本發(fā)明一般地適用于借助于任何種類的表層水進(jìn)行冷卻。