[發明專利]用于船舶航行的可收放的充氣型風能傘帆裝置

有效

• 申請號: 201010131058.1
• 申請日: 2010-03-19
• 公開（公告）號: CN101786498A
• 公開（公告）日: 2010-07-28
• 發明（設計）人: 曾攀
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B63H9/04
• 分類號: B63H9/04;B63H9/06
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

技術領域

本發明涉及一種利用海洋風能作為船舶航行動力的傘帆結構及裝置，屬于船舶動力及風 能利用技術領域。

背景技術

當今的大部分能源來源是化石燃料：煤、石油以及天然氣，以現在的使用速度，已知的 剩余煤礦礦藏將在約200年后被用完，而石油和天然氣將在不到100年內使用殆盡。化石燃 料在使用時會造成大量的環境污染，其中包括導致全球變暖的溫室氣體。

當太陽能輻射到地球表面上時，由于受熱不均，將引起大氣的流動，加上季節的不同以 及地球的自轉，在海洋上將形成有規律的季風，這些風為船舶的航行提供了無盡的能源。早 在5000多年前，就出現了大型的帆船，開始穿越于地中海之間；為適應各種類型的自然風， 帆船的帆、桅桿以及船體逐漸向著精細化、專業化方向發展。在“大航海時代”的15世紀到 19世紀中期，快速帆船、縱帆船、戰艦以及各種各樣的多帆帆船遍及了全球的海洋，人們充 分利用帆船及風能探索海洋、發現新大陸，為推動人類的文明發展做出了重要的貢獻。

風能是可再生或可持續的能源，在各種風能資源中，海上的風能具有較強的規律性，當 然在風力大小以及風向上也具有一定的隨機性，因此，可以將風能作為現有船舶動力的一個 重要補充，可以節約大量的燃油。在現代船舶中，也出現了帶動力的帆船，其結構都是在船 體上安裝固定桅桿及布帆，并根據風向及航向來控制帆布展開的方向。如1980年下水的“新 愛德丸號”貨輪，該船在甲板上樹立著高高的桅桿，桅上的支架撐起布帆，采用計算機分析 風力和天氣的情況，并計算出帆和發動機的最佳使用方案，當風力較大以及風向合適時，就 可以完全依靠風能來拉動船舶進行航行，當風力及方向不適時，可以綜合利用船舶上的內燃 機動力以及風力來進行航行，即使將風力僅作為燃油發動機的“額外”補充，就能夠節省至 少20％的燃料。

目前，國際上的貨物流通主要通過海上運輸來完成的，每年由于海上運輸所消耗的燃油 能源占到相當大的比重，如何充分利用海上的風能來驅動船舶、或作為現有燃油船舶的動力 補充，是目前所應當考慮的問題。

對于固定桅桿的帆船，一般都有較高的桅桿，當風力較大時，會產生較大的傾翻力矩， 固定的桅桿及布帆將在船舶甲板上占據較大的空間。對于風速來說，隨著高度的變化將有明 顯的不同，該現象稱為風切變；一般情況下，因風切變現象產生的風速為高度的冪函數關系； 因此，較高位置的風速大，具有較高的風能利用率。因此，具有固定桅桿的帆船因施放布帆 的空間較低，造成受風效率較低；若增加固定桅桿的高度以及布帆的面積，也將帶來一系列 的安全隱患，并且，在船舶進出港口時會由于較高的桅桿帶來較大的問題。

海上風能為可再生的一次能源，若能夠直接利用作為動力，無需能量的轉換(如發電就需 要進行多次的轉換)，這本身就可以提高風能利用的效率，若能夠利用較高位置的風能，則還 能進一步提高利用率，因此，將海上的風能作為現有動力船舶的補充將是一個重要發展的方 向，關鍵是需要設計并制造出安全可靠、使用方便、成本較低的風能利用裝置。

近年來，出現了一些利用風能的發明設想，如“傘狀風帆船”(200810036632.8)(公開 號CN101565100)，它包括風帆、鈦合金圓環、液氫罐等復雜裝置，但沒有放收裝置，其穩定 性、傘狀風帆的可實施性存在較大問題。另一專利文獻“在具有風力驅動裝置的船舶中用于 飛出的箏帆式迎風部件的張開系統”(200580020233.7)(公開號CN1968850)中，采用垂直 固定裝置進行施放，施放平臺不能同時進行仰角及自旋轉的調整，該裝置不具有箏帆回收的 功能，箏帆回收僅通過主拉索的回收來完成，在遇到風力較小或無風的情況下，若拉索回收 不及時，施放后的傘帆將會掉入水中，況且，風力具有一定隨機性，也不能頻繁地采用主拉 索的回收來進行操作。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于船舶航行的充氣型風能傘帆裝置，使其具有傘帆位置穩 定、傘帆形狀固定、風能利用率高、放收操作簡便等特點，因而既可以作為船舶航行的風力 裝置，也可以作為現有燃油動力船舶航行時的一個風力補充動力裝置。

本發明的技術方案如下：