[發明專利]一種在商船上綜合利用風能的裝置及方法

有效

• 申請號: 202011109309.6
• 申請日: 2020-10-16
• 公開（公告）號: CN112193394B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 李博洋;郭超;鄧芳;韓淑潔;張瑞;呂競澤;楊倩倩
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: B63H9/02
• 分類號: B63H9/02;B63H9/067
• 代理公司: 青島中天匯智知識產權代理有限公司 37241
• 代理人: 袁曉玲

本發明提出了一種在商船上綜合利用風能的裝置及方法，該裝置包括：A旋柱、B旋柱、C旋柱、D旋柱、E旋柱、F旋柱、G旋柱、H旋柱、底座、變形風帆、平臺、平臺支柱、軌道，本發明的變形風帆將八根旋柱圍起，從而形成尺寸較大且橫截面近似圓形的旋筒風帆，相對于傳統馬格努斯旋筒風帆而言，本發明的變形風帆在單位質量內產生的推力大，對風能的利用率高。此外，本發明的變形風帆還可以根據不同風向進行變形，在船舶迎風航行時，可以減小變形風帆的迎風面積，解決了傳統的旋筒風帆在迎風航行時風阻較大的問題，在船舶左舷來風或右舷來風時，其直徑接近于2/3船寬，可以產生較大的馬格努斯推力，降低了船舶油耗，實現了船舶節能減排。

技術領域

本發明屬于船舶技術領域，具體涉及一種在商船上綜合利用風能的裝置及方法。

背景技術

隨著貿易全球化的發展，世界各國的貨物交易愈發的頻繁，各國之間運輸的貨物，尤其是大宗貨物或散裝貨物，多采用船舶進行海上運輸，但船舶在運輸過程中不僅要消耗大量的燃油，而且燃燒燃油排放的廢氣對環境造成污染，所以尋找新的可替代能源和節能減排成為船舶亟待解決的問題。

近年來，已經有研究人員和學者在航行商船上安裝應用風能的裝置，將風能轉化為船舶航行的助推力，降低了船舶燃油消耗，實現了船舶節能減排。風能作為一種可再生能源，其具有蘊量大、分布廣、無污染等優點，此外，由于海面比較空曠，風阻小，所以海上風力普遍比陸地上大，船舶在海洋中航行，風能對于船舶而言具有得天獨厚的優勢。

基于此，有學者提出利用馬格努斯效應轉化利用風能為船舶提供助推力。當船舶在海上航行時，將一根繞軸線旋轉的圓柱體垂直安裝在船舶上，由于圓柱體的旋轉可以帶動周圍流體旋轉，若船舶左舷來風或右舷來風，那么圓柱體一側的流體速度會增加，另一側流體速度會減小，這樣就會使圓柱體在水平面沿船長方向形成壓力差，產生與船舶航行方向相同的助推力，這就是馬格努斯效應力。

專利號為CN109159879A的中國專利公開了一種具有風能推進裝置的游輪，該專利中的旋筒利用馬格努斯效應產生沿船舶前進方向的助推力，降低了船舶能耗。雖然類似專利方案很多，但存在下述共同問題：第一，當船舶迎風航行時，由于旋筒風帆的存在，所以會給船舶航行帶來較大的額外風阻，增加船舶油耗；第二，由于旋筒風帆需安裝在船舶甲板上，所以考慮到甲板空間、船舶穩性、旋筒高度等因素的限制，通常旋筒風帆的尺寸較小，直徑不能太大，高度不能過高，在船舶航行過程中左舷來風或右舷來風時受風面積較小，導致產生沿船舶航行方向的馬格努斯效應助推力較小。

針對上述問題，若是能夠在船舶上發明出一種不僅有足夠大的受風面積，還能在船舶迎風航行時自動降低風阻的變形風帆，將具有更大的實際應用價值。

發明內容

本發明的目的是針對上述提到的問題，提出一種在商船上綜合利用風能的裝置及方法，該裝置不僅有足夠大的受風面積，還能根據不同風向進行變形，實現對不同風向條件下風能的充分利用。

本發明的第一個目的是提出一種在商船上綜合利用風能的裝置。

該裝置包括：A旋柱、B旋柱、C旋柱、D旋柱、E旋柱、F旋柱、G旋柱、H旋柱、底座、變形風帆、平臺、平臺支柱、軌道，其中A旋柱、B旋柱、C旋柱、D旋柱、E旋柱、F旋柱、G旋柱、H旋柱的大小和形狀相同，在各旋柱上設置旋柱導軌和旋柱外齒。

所述底座包括：底座凹槽、液壓馬達、電動機、電動機齒輪、同步齒輪、環形導軌。

所述平臺支柱靠近船舶艏樓，剛性固定在船舶的甲板上，其高度為2m到3m，上方剛性固定著圓形平臺，所述圓形平臺的直徑與船寬相等，平臺上設有軌道。

所述A旋柱、B旋柱、C旋柱、D旋柱、E旋柱、F旋柱、G旋柱、H旋柱上分別設置旋柱導軌和旋柱外齒，所述旋柱導軌共有三條，分別固定在旋柱外表面上、中、下位置，所述旋柱外齒固定在旋柱底部，在靠近旋柱外齒的位置上設有環形凹槽。所述變形風帆將八根旋柱圍起，其內側設有上、中、下三層凹槽，分別與各旋柱上、中、下三條導軌配合。