本發(fā)明涉及用于保護暴露于、浸沒于和/或部分地浸沒于水生環(huán)境中的物品和/或結(jié)構(gòu)免于由于具體類型和/或種類的生物有機體的入侵和/或定殖而引起的污染和/或結(jié)垢的改進的裝置、方法和/或系統(tǒng)。更具體地，公開了用于在暴露于水生環(huán)境的延長的時間段內(nèi)保護結(jié)構(gòu)和/或基材免于微觀和/或宏觀結(jié)垢的改進的方法、設(shè)備和/或系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、各種海洋生物在水生環(huán)境中的結(jié)構(gòu)上的生長和附著(被稱為生物結(jié)垢)是許多行業(yè)(包含娛樂和工業(yè)船運和航運業(yè)、石油和天然氣工業(yè)、發(fā)電廠、水處理廠、水管理與控制、灌溉行業(yè)、制造業(yè)、科學(xué)研究、軍事(包含工兵團)和漁業(yè))的重大問題。暴露于沿海、港口或海水(以及與其相對應(yīng)的淡水)的大多數(shù)表面(如與船體、水下系纜、鏈條和地樁、石油鉆機平臺、浮標(biāo)、圍油欄系統(tǒng)、漁網(wǎng)相關(guān)、墩和船塢的那些表面)最終被動物物種(如藤壺、貽貝(以及牡蠣和其它雙殼類動物)、苔蘚動物、水螅類生物、多毛蟲、海鞘和/或其它被囊動物)以及各種植物物種定殖。生物結(jié)垢是由于各種植物物種和/或動物物種與所述植物物種和/或動物物種最終附著的基材的各方面之間相互作用，導(dǎo)致形成了將生物結(jié)垢有機體與基材牢固地結(jié)合的粘合劑，從而導(dǎo)致生物結(jié)垢而引起的。盡管看起來簡單，但生物結(jié)垢的過程還是受到無數(shù)的微生物、大型生物和不斷變化的水生環(huán)境特性的影響的高度復(fù)雜的相互作用網(wǎng)絡(luò)。

2、對于許多行業(yè)而言，生物結(jié)垢的經(jīng)濟影響是至關(guān)重要的。船只上的大量生物結(jié)垢會導(dǎo)致暴露于水生環(huán)境的各種表面腐蝕，從而大大降低船舶運行的效率，并且常常最終導(dǎo)致船只的各部分劣化。微觀和宏觀生物的堆積還會導(dǎo)致船只表面粗糙度的增加，使得船只經(jīng)歷更大的摩擦阻力、速度和操縱性降低以及曳力增加，從而導(dǎo)致油耗增加。由于藤壺和其它動物附著于浸沒在水中的螺旋槳、驅(qū)動系統(tǒng)組件、入口和/或船體組件，因此商業(yè)和娛樂船民都經(jīng)歷了這些增加的成本。

3、生物結(jié)垢的另一個重要經(jīng)濟后果是在許多工業(yè)設(shè)施的熱交換表面和/或其它經(jīng)潤濕表面上形成生物結(jié)垢和/或結(jié)垢引起的水垢。例如，大規(guī)模冷卻水系統(tǒng)用于各種各樣的工業(yè)過程，并且這些系統(tǒng)最基本的依賴于從較熱的流體或氣體到較冷的流體或氣體的熱傳遞，其中這種熱量通常行進通過“熱傳遞表面”，所述熱傳遞表面通常是熱傳遞管的將冷物質(zhì)和熱物質(zhì)分開的金屬壁。通常，冷卻流體將包括水，在許多情況下，水可以是從海灣、大海和/或海洋中抽取的鹽水、從河流、湖泊或井/含水層中抽取的淡水或來自各種來源的廢水。水是許多生命形式的有利環(huán)境，并且這些結(jié)垢生物通常會定殖在熱傳遞管的經(jīng)潤濕表面，這會顯著降低冷卻系統(tǒng)的熱傳遞速率。在許多情況下，即使是在熱傳遞表面上形成的薄生物膜也會顯著隔離此表面，降低其熱傳遞效率并大大增加冷卻系統(tǒng)的整體操作成本。

4、除了增加對結(jié)構(gòu)的腐蝕和其它破壞之外，物體上宏觀結(jié)垢的重量和分布還可以顯著改變物體和/或支撐結(jié)構(gòu)所經(jīng)歷的浮力或應(yīng)力和應(yīng)變，這可能導(dǎo)致結(jié)垢的物體的過早損壞和/或下沉。例如，表面具有大量生物結(jié)垢的導(dǎo)航浮標(biāo)、圍油欄、或墩支柱會因重量增加而經(jīng)受增加的應(yīng)力負載，并且甚至?xí)谶^量的宏觀結(jié)垢下沉沒或下沉。這種增加的應(yīng)力常常導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的使用壽命減少，并且需要連續(xù)清潔和/或替換。類似地，由于海洋生物的入侵和/或定殖，浸沒的傳感器(包含系留傳感器和/或自由浮動傳感器)常常會相對較快地(常常少于30天)發(fā)生故障和/或失靈。

5、生物結(jié)垢還通過在植物和動物物種于結(jié)垢的物體上“沿所述物體行進(ridealong)”時將植物和動物物種分布到非原生環(huán)境而產(chǎn)生大量的生態(tài)問題，并且大量立法和財政資源也被分配以對抗生物結(jié)垢的商業(yè)和生態(tài)影響。

6、已經(jīng)使用了各種方法來試圖阻止和/或減少生物結(jié)垢堆積。更常見的方法之一，尤其是在船運和航運業(yè)中，是通過刮除來去除生物結(jié)垢。然而，刮除是勞動密集型的并且會損壞結(jié)垢的表面，并且由于刮除導(dǎo)致入侵物種的擴散增加以及對當(dāng)?shù)貏游锶旱呢撁姝h(huán)境影響，已經(jīng)引起了環(huán)境問題。因此，需要消除或減少暴露于水生環(huán)境的表面上的生物結(jié)垢量的裝置。

7、用于保護與水接觸的物體并且防止水生生物結(jié)垢的一種策略包含使用物理覆蓋物。這些覆蓋物通過將結(jié)構(gòu)遮蔽以免受水的影響或使結(jié)構(gòu)與水分離而期望地充當(dāng)保護性裝置。例如，美國專利第3,220,374號公開了一種海洋保護性裝置。本發(fā)明涉及一種當(dāng)不使用船只時，保護海洋設(shè)備免于水的腐蝕作用和/或海洋生物生長的獨特手段和方法。

8、美國專利第3,587,508號公開了一種易于附接到船只的舷外掛機保護性設(shè)備。當(dāng)不使用船只時，所述設(shè)備保護舷內(nèi)舷外發(fā)動機的舷外掛機免于海洋生物生長。將包放置在舷外掛機單元的周圍，以便易于以在包與船只的艉板之間以及在舷外掛機單元周圍提供水密密封的方式附接到艉板。

9、美國專利第4,998,496號公開了一種用于船舶推進系統(tǒng)的護罩，所述護罩包含防水護罩主體，所述防水護罩主體可以被緊固到船只的艉板以圍繞推進系統(tǒng)的舷外部分。鎖定和密封機構(gòu)以水密接合的方式將護罩固定到船只艉板，并且潛水泵可操作以從護罩主體中去除水，使得推進系統(tǒng)在不使用時有效地處于“干船塢”內(nèi)。

10、美國專利第5,072,683號公開了一種可排水的保護性船只電動機包設(shè)備，所述可排水的保護船只電動機包設(shè)備包含保護罩，所述保護罩限定了用于安裝在固定在船只的船尾上的電動機的舷外掛機的螺旋槳和船首上方的包。包包含從嘴部延伸到包的封閉端的通道，用于收納端部開口的軟管，使得一旦將包定位在船首上方，就可以插入軟管以從此類包中抽吸殘留物。可以在包的嘴部周圍結(jié)合系繩，以將其綁到船首，并且如果期望，可以包含單獨的保護性袋，用于覆蓋螺旋槳葉片，以保護螺旋槳葉片免于直接暴露于包本身。

11、美國專利第5,315,949號公開了一種用于保護性地覆蓋船只的電動機支柱的設(shè)備。覆蓋物包含可調(diào)整的軸環(huán)、不透明的柔性包和可調(diào)整的軸環(huán)抽拉線。包具有附接到軸環(huán)的開口的頂端。包的封閉的底端與頂端相對，并且具有附接到其的重物。軸環(huán)的可調(diào)整的軸環(huán)抽拉線使得在將包放置在露出物上方的情況下，通過拉動可調(diào)整的軸環(huán)抽拉線可以將包的開口端部圍繞露出物封閉。軸環(huán)包含閉鎖糟，用于將可調(diào)整的軸環(huán)抽拉線適當(dāng)?shù)劓i定在露出物周圍。操縱手柄可拆卸地附接到套環(huán)，以便于將覆蓋物放置在露出物上和從露出物去除。在覆蓋物適當(dāng)?shù)卦诼冻鑫锷戏降那闆r下，期望地防止水和光進入包的內(nèi)部，由此，如濾食性生物等水生生命形式和植物生命期望地不能在覆蓋物內(nèi)繁衍。

12、美國專利第6,152,064號公開了一種保護性螺旋槳覆蓋物。覆蓋物包含柔性套，飄浮材料放置在所述柔性套中以提供漂浮外殼。柔性螺旋槳覆蓋物部分固定到柔性套筒，并且覆蓋物的端部可釋放地固定在螺旋槳周圍。漂浮外殼定位于螺旋槳附近，并且在螺旋槳定位于水線下方時在水線上方延伸。漂浮外殼還用于保護游泳者在船只附近游泳時免于與螺旋槳直接接觸。保護性螺旋槳覆蓋物設(shè)備進一步用于在運輸或儲存期間保護螺旋槳。當(dāng)船只在航行中時，保護性螺旋槳覆蓋物設(shè)備進一步用作錨定器覆蓋物。保護性螺旋槳覆蓋物設(shè)備進一步用作緊急漂浮裝置。

13、美國專利第6,609,938號公開了一種螺旋槳保護器滑塊，所述螺旋槳保護器滑塊用于錨定、漂流、擱淺、停靠、儲存或在運輸途中離水的船只的舷內(nèi)和舷外電動機。螺旋槳保護器滑塊確保保護螺旋槳免于造成對螺旋槳的點蝕和損壞的因素，以及最小化螺旋槳相關(guān)的傷害。保護器螺旋槳滑塊還提供了用于預(yù)測掛船的螺旋槳與后續(xù)車輛的距離的量規(guī)。

14、美國公開第2008/0020657號公開了一種用于保護水運工具的舷外掛機的設(shè)備。設(shè)備包括適合于附接到水運工具的魚鱗板的底側(cè)的定位構(gòu)件和可與定位構(gòu)件接合以提供圍繞舷外掛機的外殼的護罩。護罩是漂浮的，并且可以浮動成與定位構(gòu)件滑動接合。護罩具有開口，在護罩與水運工具的艉板接合時，所述開口被封閉，以期望地防止水進入所述護罩的內(nèi)部。設(shè)置有連接裝置和鎖定裝置，用于將護罩可釋放地連接到定位構(gòu)件。

15、除了使用如上文所展示的物理覆蓋物外，還采用了其它策略來減少生物結(jié)垢。美國公開第2009/0185867號公開了一種用于減少渦流引起的振動和圍繞船用元件的曳力的系統(tǒng)和方法。系統(tǒng)包含但不限于圍繞船用元件可旋轉(zhuǎn)地安裝的殼體，所述殼體具有限定了縱向間隙的相對的邊緣，所述縱向間隙被配置成允許殼體卡扣在船用元件的至少一部分周圍。鰭片可以沿縱向間隙的每個相對邊緣定位，其中每個鰭片可以從殼體向外延伸。鰭片可以定位在殼體上，以期望地減少渦流引起的振動并且最小化對船用元件的曳力。可以將一種或多種防污劑安置在殼體、鰭片或其組合的至少一部分上、之中或周圍。

16、美國專利第7,390,560號公開了一種用于對基材進行除污的涂層系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包含長時間浸沒在水或海水中的船體。所述系統(tǒng)包括導(dǎo)電層、防污層和用于向?qū)щ妼犹峁┠芰棵}沖的裝置。導(dǎo)電層包括導(dǎo)電的聚合物，如碳填充的聚乙烯。防污層包括具有低表面自由能量的聚合物，如聚二甲基硅氧烷。所述層被設(shè)計成使得當(dāng)導(dǎo)電層暴露于電、聲或微波能量或其組合的脈沖時，所述導(dǎo)電層與所述防污層分離。

17、美國專利第6,303,078號公開了一種用于保護與海水接觸的物體的防污結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)可以包含透水性纖維材料，所述透水性纖維材料結(jié)合了含有大量的防污劑的模制的熱塑性樹脂或機織織物，其中所述防污劑從結(jié)構(gòu)中滲入海水中。根據(jù)此參考文獻，重要的是浸出劑在物體附近維持高濃度的防污劑，以防止水生生物的附著。另外，通過此參考文獻公開的外殼實施例中的許多外殼實施例產(chǎn)生的環(huán)境具有極低的溶解氧水平(即，8.3％或更低)，這往往是高度缺氧的并且促進了過度的微生物腐蝕和被保護物體的降解。

18、為了直接屏蔽和/或隔離這些物體免于生物結(jié)垢的影響，在本領(lǐng)域中還已知多種表面涂層、油漆和/或其它材料可用于水下物體的外表面。這些涂層和/或其它材料中的許多涂層和材料依賴于殺菌添加劑和/或金屬添加劑(即，銅)，所述添加劑期望隨時間滲入周圍的水性環(huán)境中并且干擾生物結(jié)垢生物的各個方面。例如，二價cu2干擾細胞膜上的酶并且阻止各種生物結(jié)垢生物的細胞分裂，而三丁基錫(tbt)殺生物劑(在許多發(fā)達國家現(xiàn)已被禁止用作海洋殺生物劑)和/或其它有機錫化合物則殺死或減緩許多海洋生物的生長，并且這些物質(zhì)中的許多物質(zhì)也可以充當(dāng)內(nèi)分泌干擾物。然而，制備物體的一個或多個水下表面，并且然后將此類油漆/涂層直接施加和/或結(jié)合到一個或多個此類表面的過程常常是昂貴且費時的過程(這甚至可能需要從水性環(huán)境中去除物體和/或甚至使船舶干船塢)，并且所有這些涂層都具有有限的持續(xù)時間，通常會隨時間失去效力，并且常常對周圍水性環(huán)境中的生物產(chǎn)生有害的(和不需要的)影響。對于依賴于燒蝕和/或表面特性，如疏水性、超疏水性和/或非粘性(即，不粘和/或超纖毛)表面的系統(tǒng)，存在類似的困難。

19、最近，為了試圖減少和/或防止生物結(jié)垢，特別是在用于大型工業(yè)設(shè)施的冷卻和/或過濾水系統(tǒng)中，已經(jīng)使用了依賴于活性腐蝕劑如釋放到水性環(huán)境中的氯的釋放或產(chǎn)生的系統(tǒng)(即，從海水中產(chǎn)生次氯酸鹽化合物的電氯化系統(tǒng))。除了購買和/或操作此類系統(tǒng)的高昂成本外，此類腐蝕性物質(zhì)(在氯的情況下可以是強氧化劑)會造成遠遠超出其預(yù)期使用環(huán)境的有害影響(即，一旦釋放，所述腐蝕性物質(zhì)可能會損壞周圍的水生環(huán)境中的生物)，并且這些物質(zhì)中的許多物質(zhì)都會增強本來要保護的物品或相關(guān)系統(tǒng)組件的腐蝕和/或降解。

20、在本領(lǐng)域中還進行了各種嘗試以將物體與水性環(huán)境中的生物結(jié)垢元素完全隔離，如通過在要保護免于生物結(jié)垢的物體周圍形成完全密封的環(huán)境。然而，在這些情況下，密封環(huán)境內(nèi)含有的液體(其也與受保護物體直接接觸)通常會很快變得停滯和/或缺氧，從而導(dǎo)致各種材料的高水平厭氧腐蝕，并且尤其是富含缺氧硫酸鹽的環(huán)境(如缺氧海水)中的高水平的腐蝕。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本文公開的各種發(fā)明包含對改進的方法、裝置和/或系統(tǒng)的需求的實現(xiàn)，所述改進的方法、設(shè)備和/或系統(tǒng)用于在暴露于水生環(huán)境的延長的時間段內(nèi)保護結(jié)構(gòu)和/或基材免于微觀和/或宏觀結(jié)垢，包含在連續(xù)基礎(chǔ)上在暴露的基材結(jié)構(gòu)周圍利用完全密封的“外殼”或其它類型的外部覆蓋物可能不可行、不可能和/或不方便的情況。這可能包含其中基材或其它物體非常大和/或可能具有廣泛的水下支撐結(jié)構(gòu)，其中基材或其它物體正移動穿過水性環(huán)境或提供某種形式的推進功率(即，船只螺旋槳和/或船體)的情況，其中水性環(huán)境中的周圍水正在循環(huán)、消耗和/或正被利用(即，用于冷卻水和/或被蒸餾用于淡水)和/或正利用傳感器或其它裝置來記錄和/或采樣周圍水性環(huán)境的情況。

2、本文公開的各種發(fā)明進一步包含以下實現(xiàn)：將基材與周圍水性環(huán)境完全隔離的完全密封的外殼可能不足以保護基材免于水性環(huán)境的各種負面影響，因為“受保護的”基材可能會遭受腐蝕或由于缺氧、酸性和/或可能會在完全密封的外殼內(nèi)和/或靠近基材發(fā)展的其它條件(和/或與此類環(huán)境相關(guān)的其它條件，如微生物誘導(dǎo)的腐蝕的作用)而產(chǎn)生的其它影響。因此，可以通過至少部分(但不完全)將基材與周圍的水性環(huán)境的各種特征和/或方面分離的外殼來提供對基材的最佳保護。

3、在各個實施例中，描述了一種抗生物結(jié)垢的“外殼”或“屏障”，所述外殼或屏障可以圍繞、抵靠和/或以其它方式定位在基材或其它物體的附近以過濾、隔離、分離、隔絕、保護和/或屏蔽基材免于周圍的水性環(huán)境的一個或多個特征或特性，包含采用于2019年3月13日提交的并且題為“生物結(jié)垢保護性外殼(biofouling?protective?enclosures)”的共同未決的美國專利申請序列號62/817,873和于2019年11月1日提交的并且題為“持久的生物結(jié)垢保護(durable?biofouling?protection)”的共同未決的專利合作條約(pct)專利申請第pct/us19/59546號中描述的實施例中的各個實施例，所述申請的公開內(nèi)容各自通過全文引用的方式并入本文。更具體地，外殼的各個實施例將期望地在緊鄰基材附近產(chǎn)生“有界的”、至少部分地封閉的和/或差異化的水性環(huán)境，所述環(huán)境可以用于過濾或篩選基材免于被一些種類的微觀和/或宏觀試劑直接生物結(jié)垢，以及至少在一些情況下，促進在基材和/或外殼壁上形成相對持久耐用的表面生物膜、涂層或?qū)樱@可能即使在沒有封閉環(huán)境的情況下，這可能會在延長的時間段內(nèi)(即使在不存在外殼的情況下)潛在地抑制、阻礙、避免和/或防止不希望類型的生物結(jié)垢生物對基材表面的沉降、募集和/或定殖。在許多情況下，外殼壁的開口、空隙和/或開窗可以允許外殼內(nèi)的水性環(huán)境與外殼外的水性環(huán)境之間進行受控量的水交換，并且甚至可能改變外殼內(nèi)含有的液體的水化學(xué)和/或濁度，與周圍的開放水性環(huán)境相比-其水平可能以各種方式導(dǎo)致外殼內(nèi)含有的基材結(jié)垢和/或腐蝕(或沒有結(jié)垢和/或腐蝕)，這可能導(dǎo)致不同水平的粘土、淤泥、細分的無機和有機物、藻類、可溶性有色有機化合物、化學(xué)品和化合物、浮游生物和/或懸浮在分化液體中的其它微觀生物。

4、在各個實施例中，本文描述的外殼用于產(chǎn)生與要保護的基材或表面的浸沒和/或部分地浸沒的部分相鄰的至少部分地“封閉的”、“局部的”、“內(nèi)含的”和/或“差異化的”水生環(huán)境，所述水生環(huán)境對造成各種類型的生物結(jié)垢的水生生物的沉降和/或募集不利或變得不利(所述水生環(huán)境可以包含產(chǎn)生“負”沉降線索的表面，以及可能缺乏和/或存在減少一種或多種類型的生物結(jié)垢生物的“正”沉降線索水平的表面)。各個實施例中的外殼和/或其它構(gòu)造還可以期望地過濾、減少和/或防止有助于生物結(jié)垢的海洋生物進入外殼和/或接觸基材的浸沒和/或部分地浸沒的表面。

5、在各個實施例中，外殼可以包含可滲透的可成形的基質(zhì)和/或織物材料，在至少一個示例性實施例中，所述可滲透的可成形的基質(zhì)和/或織物材料可以包括由紡制聚酯紗線制成的機織聚酯織物。在至少一個另外的實施例中，采用紡制聚酯紗線可以期望地以微小和/或微觀的尺度增加織物材料的有效表面積和/或原纖化，這可以期望地(1)導(dǎo)致延伸穿過織物的天然和/或人工開口的“有效”或平均大小顯著減少，(2)減小穿過織物和/或織物內(nèi)的開口內(nèi)的“自由空間”的數(shù)量和/或?qū)挾龋瑥亩鴿撛诘販p小(流入/流出的液體內(nèi)的)微生物與織物表面之間的分離距離和/或(3)以各種方式改變和/或引起外殼內(nèi)水質(zhì)的變化。減小的織物平均開口大小將期望地增加液體的“過濾”，以減少和/或防止各種生物有機體和/或其它材料進入封閉或有界的環(huán)境，同時一個或多個開口內(nèi)的減小的“自由空間”將期望地減少有機體自由穿過織物的機會和/或降低封閉或有界的環(huán)境與開放水性環(huán)境之間的“總水交換”的速度和/或數(shù)量。這些因素將期望地導(dǎo)致進入/離開外殼的壁的微官生物和宏觀生物(以及各種有機和/或無機結(jié)垢和/或其它化合物)的大小和/或生存力的顯著減小或計量。此外，這些方面還將期望地減少可能在外殼材料本身上和/或其中的一個或多個開口內(nèi)發(fā)生的生物結(jié)垢或其它降解的數(shù)量、程度和/或速度，從而在延長的時間段內(nèi)期望地保持外殼的織物的柔性、滲透率和/或其它性質(zhì)。

6、在一些實施例中，外殼的織物壁的至少一部分可以被開窗和/或穿孔到足夠的程度，以允許一定量的液體和/或一種或多種其它物質(zhì)以相對受控和/或計量的方式(即，從外部或“開放的”水性環(huán)境到差異化的水性環(huán)境和/或從差異化的水性環(huán)境到外部或開放水性環(huán)境)穿過和/或“過濾”穿過外殼的壁，這期望地提供通過差異化的環(huán)境(外殼內(nèi))與周圍的開放水性環(huán)境(外殼外)之間的外殼壁發(fā)生一定水平、數(shù)量和/或百分比的“大量液體流動”和/或“總液體交換”，以及各種材料和/或組合物擴散或以其它方式穿過外殼壁和/或其孔的可能性。液體和/或其它組合物的這些移動，與各種天然和/或人工過程組合，期望地在外殼內(nèi)引起、促進和/或產(chǎn)生相對“不同”或動態(tài)的“人工”環(huán)境，特別是與周圍的水性環(huán)境的動態(tài)特性在許多方面具有不同的特性，這期望地使差異化的環(huán)境對于許多生物結(jié)垢生物“不期望”，并且從而減少和/或消除生物結(jié)垢在外殼內(nèi)和/或緊鄰?fù)獠堪l(fā)生。另外，在外殼的壁中存在許多小的穿孔可以期望地提供了對引入和/或交換液體的各種水平的過濾，這可能潛在地減少通過壁孔進入外殼的生物的數(shù)量和/或生存力以及對外殼內(nèi)部和/或外部的可能在外殼壁附近通過的生物產(chǎn)生負面影響。

7、在各個實施例中，外殼和貫穿其中的任何任選的開口和/或穿孔的存在可以產(chǎn)生“封閉”或“部分地封閉”的水性環(huán)境，所述封閉或部分地封閉的水性環(huán)境可以比周圍的水性環(huán)境更不利于基材的微觀和/或宏觀結(jié)垢，這可以包含生存和/或存在(existence?and/orpresence)比周圍的水性環(huán)境的生物膜局部沉降線索的陽性水平低的封閉的環(huán)境內(nèi)生物膜局部沉降線索。期望地，與周圍的開放水性環(huán)境內(nèi)的類似因素和/或化合物相比，外殼將在封閉的水性環(huán)境內(nèi)的各種環(huán)境因素和/或化合物的組成和分布中產(chǎn)生“差異”，其中這些“差異”抑制和/或防止大量生物結(jié)垢的發(fā)生(1)在受保護基材的表面上，(2)在外殼的內(nèi)壁表面上，(3)在外殼壁上的開口和/或穿孔的空隙內(nèi)和/或(4)在外殼的外壁表面上。在一些實施例中，外殼可以在外殼內(nèi)產(chǎn)生沉降線索梯度，從而引起和/或推動一些和/或全部微觀和/或宏觀結(jié)垢生物定位于基材的某個遠端，而在其它實施例中，外殼可以產(chǎn)生靠近基材的不利于基材的生物結(jié)垢和/或其它降解的微環(huán)境。在仍其它實施例中，外殼可以被定位成鄰近于基材和/或與基材直接接觸，如被直接包裹在基材周圍，并且仍然提供本文所描述的各種保護。

8、在各個實施例中，所述結(jié)構(gòu)可以包括織物中的多個較小的開口、穿孔和/或孔，以及一個或多個較大的開口，如開放底部和/或頂部(或其部分)以及外殼的側(cè)面上的各個開口。在各個實施例中，“大”開口可以定義為外殼中的開口，所述開口包括外殼壁的外表面積的至少10％或更大的表面積，而在其它實施例中，大開口可以包括比外殼壁的外表面積的表面積大2％或更大、5％或更大、15％或更大、20％或更大、25％或更大、30％或更大、35％或更大和/或40％或更大的面積。在各個其它實施例中，多個相對較小的開口(即，外殼壁的外表面積的表面積的0.25％到2％)在功能和/或結(jié)構(gòu)上可以在某種程度上等同于本文所描述的較大的開口中的一個或多個較大的開口。

9、作為一個實例，外殼內(nèi)的液體中的溶解氧量將期望地在很大程度上與外部水性環(huán)境中的液體中的溶解氧量不同，其中差異化的液體中溶解氧的變化(在變化量上)可能反映、落后和/或“滯后”外部水性環(huán)境中的溶解氧水平。期望地，差異化的液體中的此溶解氧水平通常小于周圍水性環(huán)境的溶解氧水平(盡管在各個實施例中，所述溶解氧水平可以等于和/或大于周圍環(huán)境的溶解氧水平，包含在周期性和/或連續(xù)的基礎(chǔ)上)，并且在各個實施例中，溶解氧水平可能會在高于有助于減少硫酸鹽的細菌或類似細菌活性的水平(即，微生物引起的腐蝕-“mic”)和/或其它缺氧降解/腐蝕的水平的值處波動，其中波動本身期望地有助于抑制和/或控制外殼或其各個區(qū)段或部分內(nèi)的任何單一不期望的類型或群組的微生物和/或大微生物的優(yōu)勢。

10、在各個實施例中，在外殼的內(nèi)壁與受保護的基材的外表面之間的外殼的液體內(nèi)可能會形成溶解氧和/或其它水化學(xué)組分的梯度，其中此梯度可能產(chǎn)生靠近外殼的內(nèi)壁的“更適宜區(qū)域”和/或靠近基材的一個或多個表面的“較不適宜區(qū)域”，這在一些實施例中可能會引起各種微生物向外殼內(nèi)壁和/或遠離基材的一個或多個表面行進(作為一個實例，這可能是由于可能存在更靠近外殼壁的溶解氧百分比的增加)，以及潛在地促使一些微生物無法在基材的一個或多個表面上定殖、沉降、繁衍和/或生長。在各個實施例中，此梯度可能至少部分地是由于水流入穿過和/或進入外殼，和/或可能至少部分地是由于水流出穿過和/或流出離開外殼產(chǎn)生的。水進出外殼和/或離開外殼的所得“交換”以及其中包含的各種濃度的化學(xué)品和/或化合物將期望地減少在其天然(即，未受保護的)狀態(tài)下基材可能發(fā)生的生物結(jié)垢或其它降解的數(shù)量、程度和/或速度。

11、在各個實施例中，進入和/或離開外殼的水或其它水性介質(zhì)將期望地主要以“整體”方式完成此流通，其中將使外殼內(nèi)的水速度和/或“水流”的局部變化最小化。外殼內(nèi)的水的所得相對靜態(tài)的性質(zhì)將期望地減少和/或抑制外殼內(nèi)水的顯著“混合”，期望地導(dǎo)致外殼內(nèi)更大水平的分層和/或分化，所述分層和/或分化可以包含基于氧合水平(即，化變層)和/或其它性質(zhì)(即，鹽度、密度、溫度)的分層，從而可能導(dǎo)致在外殼內(nèi)產(chǎn)生局部缺氧和/或靜海區(qū)域(所述區(qū)域可以懸浮在外殼內(nèi)和/或通過外殼內(nèi)的其它水區(qū)域與基材的表面分離)。此外，離開外殼的水(其可以包括各種代謝廢棄物和/或有害化合物(包含各種已知和/或未知的微生物“毒素”)和/或在差異化的環(huán)境內(nèi)產(chǎn)生的其它抑制性化合物)將期望地在不同的時間長度內(nèi)以此類“廢棄物”/化合物的“云狀(cloud)”在外殼的孔內(nèi)和/或在外殼的外壁附近“徘徊(linger)”，這將期望地減少和/或阻止結(jié)垢生物對外殼壁(包含朝外的壁)的定殖。

12、在一個示例性實施例中，可以在基材附近利用外殼，以在外殼內(nèi)產(chǎn)生氧耗竭的區(qū)域，其中氧耗竭的區(qū)域的至少一部分與基材靠近或接觸，其中在一些實施例中，氧耗竭的區(qū)域可以包括整個差異化的水性環(huán)境(即，外殼內(nèi))，而在其它實施例中，氧耗竭的區(qū)域可以僅包括差異化的水性環(huán)境的一部分。期望地，外殼的獨特設(shè)計和布置的各個方面將允許一個或多個自然過程最初產(chǎn)生氧耗竭區(qū)域，盡管在一些實施例中，可以采取另外的動作和/或活動來啟動、加速、維持、延遲、減少和/或補充一個或多個自然過程，所述過程可能影響由此產(chǎn)生的氧耗竭區(qū)域。

13、期望地，外殼將在水性環(huán)境中提供獨特的保護環(huán)境，其中外殼內(nèi)的細菌和/或其它微生物的數(shù)量和/或多樣性可以不同于定位于外殼外部的那些細菌和/或其它微生物。此外，外殼可以在外殼內(nèi)產(chǎn)生多個差異化的環(huán)境，所述多個差異化的環(huán)境可以包含可以被量化為“鄰近外殼的內(nèi)壁”(即，例如在外殼的內(nèi)壁的幾毫米內(nèi))的第一分化“環(huán)境”和可以被量化為鄰近基材的外表面(即，在基材的外表面的幾毫米內(nèi))的至少一個第二分化“環(huán)境”。在各個示例性實施例中，給定的差異化的環(huán)境可以引起或促進外殼內(nèi)形成一個或多個生物膜，這可以包含在基材的表面上形成生物膜，所述生物膜在各個方面可能與在沒有外殼和/或外殼壁的內(nèi)表面上或的孔內(nèi)的不同生物膜的情況下可以在水性環(huán)境內(nèi)的基材上形成的生物膜不同。例如，在“封閉”或差異化的環(huán)境中的基材生物膜可以結(jié)合較低/較少的細菌或其它微生物多樣性，或者可以包括比通常在未受保護的等效基材的表面上形成的生物膜“更薄”的層(其可以以期望的方式促進通過薄膜和/或相鄰表面的熱傳遞)。在各種情況下，此分化生物膜對于防止和/或減少基材的微觀和/或宏觀結(jié)垢或?qū)τ趯ΨN其它原因可能是有利的。

14、在一些實施例中，水性環(huán)境內(nèi)的獨特的受保護環(huán)境可以在外殼內(nèi)引起細菌和/或其它微生物的獨特數(shù)量和/或多樣性，這可以引起或促進外殼內(nèi)一個或多個生物膜的形成，其中此類生物膜與未受保護的環(huán)境中通常遇到的生物膜相比，可能“不太牢固地附接”到基材。此類生物膜可以促進從基材和/或從中間生物膜層去除和/或“刮除”結(jié)垢生物。在此類情況下，微生物區(qū)系和/或微動物區(qū)系可以包括與定位于外殼外部的那些門不同的門(即，不同的細菌和/或藍細菌和/或硅藻)。

15、在各個實施例中，外殼和貫穿其中的各種穿孔的存在可以產(chǎn)生“差異化的”水性環(huán)境，所述差異化的水性環(huán)境可以比周圍的水性環(huán)境更不利于基材的微觀和/或宏觀結(jié)垢，這可以包含生存和/或存在(existence?and/or?presence)比周圍的水性環(huán)境的生物膜局部沉降線索的陽性水平低的差異化的環(huán)境內(nèi)生物膜局部沉降線索。期望地，與周圍的開放水性環(huán)境內(nèi)的類似因素和/或化合物相比，外殼將在差異化的水性環(huán)境內(nèi)的各種環(huán)境因素和/或化合物的組成和分布中產(chǎn)生“差異”，其中這些“差異”抑制和/或防止大量生物結(jié)垢的發(fā)生(1)在受保護基材的表面上，(2)在外殼的內(nèi)壁表面上，(3)在外殼壁上的開口和/或穿孔的空隙內(nèi)和/或(4)在外殼的外壁表面上。在一些實施例中，外殼將在外殼內(nèi)產(chǎn)生沉降線索梯度，從而引起和/或推動一些和/或全部微觀和/或宏觀結(jié)垢生物定位于基材的某個遠端，而在其它實施例中，外殼可以產(chǎn)生靠近基材的不利于基材的生物結(jié)垢和/或其它降解的微環(huán)境。在仍其它實施例中，外殼可以被定位成鄰近于基材和/或與基材直接接觸，如被直接包裹在基材周圍，并且仍然提供本文所描述的各種保護。

16、在各個其它實施例中，與周圍的水性環(huán)境相比，穿孔的外殼壁的存在可以類似地影響各種水化學(xué)因子和/或差異化的環(huán)境和/或其部分內(nèi)的營養(yǎng)物和/或廢棄物的存在/不存在。例如，ph、總?cè)芙獾@、硝酸鹽、亞硝酸鹽、正磷酸鹽、總?cè)芙饬姿猁}和/或二氧化硅可以在差異化的環(huán)境和周圍的開放水性環(huán)境之間變化，并且甚至在差異化的環(huán)境內(nèi)，此類營養(yǎng)物的水平也可以跨封閉或有界的水性區(qū)域變化。通常，在靠近外殼壁的至少一部分(即，基于大量水流動的方向的“上游部分”)的位置處，外殼內(nèi)的液體中的水化學(xué)、營養(yǎng)水平和/或廢棄物代謝產(chǎn)物的水平可能更接近外殼外部的液位的水平，其中通常在外殼內(nèi)和/或靠近基材表面會進一步看見更大的變化。

17、在各個實施例中，如本文所描述的外殼的存在可能改變水化學(xué)，使得可能落在基材上的結(jié)垢生物由于差異化的環(huán)境內(nèi)的各種“不適宜的”條件而可能不會沉降或附著到基材和/或可能無法繁衍和/或定殖于基材，所述不適宜的條件使生物無法生長(包含無法像位于外殼外部的可比較的生物那樣迅速生長)、繁衍和/或穿過這些生物經(jīng)歷以變成功能全面的大結(jié)垢生物的所需的自然過程和/或階段中的一個或多個過程或階段。例如，外殼內(nèi)可能發(fā)生各種化學(xué)變化(與周圍的開放水性環(huán)境相比)，包含外殼內(nèi)較低的溶解氧水平、改變的ph、不同的營養(yǎng)水平和/或濃度、廢棄品水平和/或缺乏移動的水等。在許多情況下，當(dāng)將基材放置在本文所描述的各種外殼內(nèi)時，結(jié)垢生物甚至可能會從已經(jīng)結(jié)垢的表面斷開連接和/或“相繼死亡(die?off)”，這可能會停止和/或減少基材的結(jié)垢，以及可能會從一個或多個結(jié)垢的表面上松動和/或脫離一些現(xiàn)有的生物結(jié)垢生物和/或骨骼殘留物，如貝殼、骨骼、外骨骼和/或相關(guān)的支撐結(jié)構(gòu)。

18、在各個實施例中，外殼壁的穿孔的布置、小的大小和/或分布以及其中定位的各種線條和/或線條部分(即，纖齒)的存在會限制、防止和/或調(diào)節(jié)外殼或其各個部分內(nèi)的陽光或其它光/熱能(包含人造的和/或生物發(fā)光的能源)的存在和/或可用性，包含限制和/或防止各種能源(例如用于光合作用的陽光)可容易地被各種微生物和/或其它降解過程所利用，特別是在更接近水性環(huán)境的表面或靠近此類其它能源而利用外殼的情況下。如果需要的話，靠近外殼壁(即，穿過穿孔)的此類能源的可用性或存在性可能會引起一些活動生物聚集和/或匯集在外殼的內(nèi)壁附近，從而期望地減少其在要保護的基材表面附近的存在。在各個替代性實施例中，光源或其它能量源可以定位于外殼附近的周圍的水性環(huán)境中和/或可以定位于各個位置中的外殼內(nèi)，包含靠近受保護的基材，從而增加此類能量源在外殼附近和/或外殼內(nèi)的可用性。此類實施例在限制對添加的能量源敏感的生物結(jié)垢生物的存在和/或生長方面可能是特別有用的(即，如提供抑制斑馬貽貝的光源，所述斑馬貽貝通常更喜歡更黑暗的環(huán)境)。

19、在各個實施例中，外殼壁的穿孔的布置、小的大小和/或分布以及其中各種線條和/或線條部分的存在可以限制、防止和/或調(diào)節(jié)可能在外殼或其各個部分內(nèi)出現(xiàn)的一種或多種較高速度質(zhì)量的水流動的位置和/或數(shù)量，包含限制和/或防止外殼內(nèi)和/或靠近基材的液體的各種類型的層流和/或湍流(即，局部水流或“射流”)。在一些實施例中，可以在外殼內(nèi)獲得的水的相對“緩慢”但略小于完全“靜止”的性質(zhì)可以防止大量非固著微生物與基材或與其相鄰的邊界層接觸。此外，外殼內(nèi)有限的液體流動可以允許較薄/較厚的水性液體邊界層靠近受保護的基材和/或外殼壁存在，這可以進一步限制微生物或者說與受保護的基材接觸以及引起或允許在基材上形成比通常在開放水性環(huán)境的一種或多種更活躍的流動情況中存在的更薄/更厚的生物膜。

20、在至少一個替代性實施例中，本發(fā)明的各種優(yōu)點可以通過結(jié)合補充和/或人工水交換結(jié)構(gòu)(如動力泵或“止回閥”布置、螺旋槳系統(tǒng)和/或花瓣系統(tǒng))的非滲透率外殼(包含塑料、木材和/或金屬壁片材或板等)來提供，所述人工水交換結(jié)構(gòu)提供了分化水性環(huán)境與周圍的開放水性環(huán)境之間的期望水平的水交換。

21、在本發(fā)明的一些實施例中，本文所描述的用于受保護的基材的一些或全部生物結(jié)垢保護和/或有效性可以期望地由外殼和其可滲透的可成形的基質(zhì)、纖維基質(zhì)和/或織物壁材料提供，而不需使用各種補充性抗生物結(jié)垢劑，而在其它實施例中，外殼可以包括可滲透的可成形的纖維基質(zhì)和/或織物壁材料，所述可滲透的可成形的纖維基質(zhì)和/或織物壁材料將一種或多種殺菌劑和/或防污劑結(jié)合到壁結(jié)構(gòu)和/或其涂層的某個或一些部分中。在一些實施例中，一種或多種殺菌劑和/或防污劑可以為外殼壁和/或組件提供生物結(jié)垢保護(其中外殼本身為基材提供一定水平的生物結(jié)垢保護)，而在其它實施例中，一種或多種殺菌劑和/或防污劑可以為基材本身提供某種水平的生物結(jié)垢保護，而在仍其它實施例中，一種或多種殺菌劑和/或防污劑可以為外殼和基材兩者和/或其各種組合提供生物結(jié)垢保護。

22、在一些實施例中，即使不存在可以整合到外殼結(jié)構(gòu)中和/或補充性地提供道外殼結(jié)構(gòu)的補充殺生物劑或其它結(jié)垢保護性物質(zhì)、抑制劑和/或毒素的情況下，外殼也可以在不同程度上為基材和外殼壁提兩者供生物結(jié)垢保護。例如，當(dāng)如本文所描述的外殼圍繞基材放置并產(chǎn)生一種或多種所公開的差異化的環(huán)境時，所述一種或多種環(huán)境還可以使各種代謝廢棄物的濃度增加，并且外殼內(nèi)發(fā)生的各種過程和/或代謝活動可以產(chǎn)生對結(jié)垢生物具有有害、傷害、有毒和/或其它負面影響的一種或多種物質(zhì)(例如，硫化氫或nh3-n–氨態(tài)氮)。例如，nh3-n是氨的未離解形式，也被稱為游離氨態(tài)氮(fan)或氨態(tài)氮，由于其可以滲透細胞膜，因此被發(fā)現(xiàn)對微生物有害和/或有毒。在一些實施例中，此類有害化合物(包含各種已知和/或未知的微生物“毒素”)和/或抑制性化合物的期望的濃度可能在外殼內(nèi)發(fā)展(并且然后可以通過外殼內(nèi)發(fā)生的各種過程不斷地“補充”這些濃度)，其中所述化合物可以駐留在外殼內(nèi)的差異化的水性區(qū)域中和/或通過外殼的壁洗脫，從而潛在地產(chǎn)生有害化學(xué)品的在某種程度上保護外殼的外壁免于結(jié)垢生物的局部“云”。然而，一旦這些化合物離開外殼，這些有害和/或抑制性化合物可能因各種自然過程而迅速被稀釋和/或分解，從而避免了對這些物質(zhì)在距外殼一定距離處對環(huán)境的長期影響的重大擔(dān)憂。另外，因為在外殼內(nèi)產(chǎn)生這些化合物的過程是連續(xù)的和/或周期性的，所以外殼可以在不確定的基礎(chǔ)上以相對恒定的水平不斷地產(chǎn)生和/或洗脫這些抑制性化合物，而無需洗脫液儲集器和/或外部補充或外部電源。

23、在至少一個示例性實施例中，外殼可以包括由紡制聚酯紗線制成的聚酯織物的可滲透的可成形纖維基質(zhì)，所述可滲透的可成形纖維基質(zhì)可以在至少一側(cè)(例如外殼的面向外的表面)上涂覆有殺菌化合物或含有殺菌劑的涂層或油漆，其中至少一些殺生物劑化合物至少部分地滲透到織物的主體中。在至少一個另外的實施例中，采用環(huán)紡制聚酯紗線可以期望地以微小和/或微觀的尺度增加織物材料的有效表面積和/或原纖化，這可以期望地(1)導(dǎo)致延伸穿過織物的天然開口的平均大小顯著減少和/或(2)減小穿過織物和/或織物內(nèi)的開口內(nèi)的“自由空間”的數(shù)量和/或?qū)挾龋瑥亩鴿撛诘販p小(流入/流出的液體內(nèi)的)微生物與織物上駐留的一個或多個殺生物劑涂層之間的分離距離。在此類實施例中，減小的織物平均開口大小將期望地增加液體的“過濾”，以減少和/或防止各種生物有機體和/或其它材料進入封閉或有界的環(huán)境，同時一個或多個開口內(nèi)的減小的“自由空間”將期望地增加或放大殺生物劑對穿過外殼的生物的影響(包含殺生物劑與各種生物之間發(fā)生的直接接觸的可能性增加)，因為所述生物非常靠近殺菌涂層。這些因素將期望地導(dǎo)致進入外殼的微生物和大生物(以及各種有機和/或無機結(jié)垢)的大小和/或生存力的顯著減小。此外，一種或多種殺生物劑涂層和/或一種或多種油漆和/或一種或多種添加劑在外殼的織物上和/或中的存在將期望地顯著減少可能在外殼材料本身上和/或其中的一個或多個開口內(nèi)發(fā)生的生物結(jié)垢或其它降解的數(shù)量、程度和/或速度，從而在延長的時間段內(nèi)期望地保持外殼的織物的柔性、滲透率和/或其它性質(zhì)。

24、在一些實施例和/或一些水性環(huán)境中，任選的殺生物劑涂層至少在柔性外殼材料的外表面上的存在將期望地減少在外殼本身內(nèi)的開口上和/或內(nèi)經(jīng)歷的生物結(jié)垢和/或其它降解的厚度、密度、重量和/或程度，這將最佳地維持外殼與周圍環(huán)境之間的水交換的期望水平和/或延長外殼在基材周圍的其期望的位置中的使用壽命。在許多情況下，外殼的生物結(jié)垢會顯著增加外殼的重量和/或剛度，這會損壞外殼和/或附接到外殼的結(jié)構(gòu)(包含基材本身)，以及不利地影響外殼和/或附接在其上的任何物體的浮力。另外，外殼本身的生物結(jié)垢會降低各種織物組件的柔韌性和/或延展性，這會在動態(tài)水性環(huán)境中引起和/或促成織物和/或相關(guān)附接機構(gòu)的過早撕裂和/或失效。此外，外殼上/內(nèi)的生物結(jié)垢形成可能潛在地“堵塞”或減小穿過外殼織物和/或在外殼織物內(nèi)的開口的大小和/或封閉的開口，這可能潛在地改變差異化的環(huán)境與周圍的動態(tài)和/或開放水性環(huán)境之間的滲透率和/或液體交換速率，可能會導(dǎo)致不期望的狀況(即，低溶解氧水平和/或缺氧)和/或腐蝕或外殼內(nèi)發(fā)生的其它問題。

25、在至少一個實施例中，外殼可以包含初始殺生物劑處理，所述初始殺生物劑處理在部署外殼之后在有限的時間段內(nèi)洗脫和/或以其它方式分配，其中此時間段足以使外殼的其它特征發(fā)展差異化的環(huán)境，其中差異化的環(huán)境可以產(chǎn)生各種抑制性物質(zhì)，以在初始殺生物劑洗脫降低到較低和/或無效水平和/或已經(jīng)停止洗脫或分配之后，為基材和/或外殼提供后續(xù)的生物結(jié)垢保護。