CN108910001A - 一种风光推进的风帆船 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风光推进的风帆船，它包括船体、风帆、桅杆和太阳能电池板，风帆设置在桅杆上，桅杆的下端与船体连接。所述风帆船还包括用于调节桅杆倾斜角度调节机构和桅杆旋转角度调节机构，所述太阳能电池板附着在风帆面上。本发明采用光伏发电‑风帆助航集成一体设计方案，通过桅杆角度控制装置和桅杆收放装置调节风帆的状态，为船舶保持光能、风力高效、稳定的利用，实现两种能量的高效互补推进。

Description

一种风光推进的风帆船

技术领域

本发明涉及风帆船，特别是风光推进的风帆船。

背景技术

船舶污染主要是指船舶在航行、停泊港口、装卸货物的过程中对周围水环境和大气环境产生的污染，主要污染物有含油污水、生活污水、船舶垃圾有三类。其中含油污水对环境的破坏尤为严重。随着全球气候变暖和CO₂温室气体排放的增加，《国际防止船舶造成污染公约》 (MARPOL公约)附则VI缔约国于2011年7月15日在海洋环境保护委员会第62次会议上一致通过，标志着世界首部行业性的具有强制实施效力的全球温室气体减排规定诞生了。航运业面临越来越大的节能减排压力，如何采取合理的措施提高船舶能效、降低排放是航运业亟待解决的问题。

而对于航行时间短，航行线路固定的工作船舶利用丰富的风力资源作为辅助动力，以太阳能光电转换技术为游船供电，可有效减少船舶排放。目前，船用风帆系统是一个方兴未艾的航海技术，其是利用风能驱动，达到减少温室气体排放和减少燃油消耗的一种技术。但是，船舶常见风帆角度单一，无法长时间进行有效工作，很难捕捉到最佳工作角度。同时，太阳能发电是目前常见的一种节能方式，如何将太阳能发电和风帆风力推进有效地相结合，是本发明研究的重点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种风光推进的风帆船，该风帆船可实现风光互补推进。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种风光推进的风帆船，它包括船体、风帆、桅杆和太阳能电池板，风帆设置在桅杆上，桅杆的下端与船体连接，所述风帆船还包括用于调节桅杆倾斜角度调节机构和桅杆旋转角度调节机构，所述太阳能电池板附着在风帆面上。

上述方案中，所述桅杆倾斜角度调节机构和桅杆旋转角度调节机构均由电机驱动，所述电机由控制器控制。

上述方案中，风帆船还包括风速风向仪与阳光辐照感受器，风速风向仪与阳光辐照感受器的输出信号输入所述控制器。

上述方案中，所述风速风向仪与阳光辐照感受器设置在所述船体上部。

上述方案中，风帆船还包括底座，所述桅杆下端通过底座与所述船体连接，底座包括所述桅杆倾斜角度调节机构和所述桅杆旋转角度调节机构。

上述方案中，风帆船还包括电力推进系统和蓄电池，所述太阳能电池板的输出端分别与电力推进系统和蓄电池连接。

本发明的有益效果是：

1、采用光伏发电-风帆助航集成一体设计方案，实现两种能量的利用。

2、通过桅杆角度控制装置和桅杆收放装置调节风帆的状态，为船舶保持光能、风力高效、稳定的利用，实现两种能量的高效互补推进。

3、通过风速风向仪实时采集风速、风向、攻角并调取数据库中的航向进行计算不同方位时风力产生的推进力；同时，通过阳光辐照感受器对太阳入射角和辐照强度的实时采集，以及数据库中相关数据进行计算得到该位置光能产生的推进力，组合计算后选择产生最大推进力的位置进行调节，可有效提高能源利用率，极大的降低了船舶的排放所造成的污染，并具有良好的经济性。

附图说明

图1为本发明风帆船实施例系统框图。

图2为本发明风帆船实施例结构示意图。

图3为本发明风帆船实施例光能推进状态图。

图4为本发明风帆船实施例收帆时的状态图。

图5为底座结构示意图。

图6为控制器流程图。

图中，1-船体、2-风帆、3-桅杆、4-太阳能电池板、5-底座、6-传感器、7-桅杆倾斜角度调节机构、8-桅杆旋转角度调节机构。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述：

如图1、2所示的本发明风光推进风帆船实施例，它包括船体1、风帆2、桅杆3和太阳能电池板4、底座5、传感器6、电力推进系统、蓄电池。风帆设置在桅杆上，太阳能电池板附着在风帆面上，桅杆的下端通过底座与船体连接。风帆2和太阳能电池板4组成太阳能硬质风帆。

如图5所示，底座5包括所述桅杆倾斜角度调节机构7和所述桅杆旋转角度调节机构8。桅杆倾斜角度调节机构7和桅杆旋转角度调节机构8均由电机驱动，所述电机由控制器控制。

传感器6包括风速风向仪与阳光辐照感受器，风速风向仪与阳光辐照感受器的输出信号输入所述控制器。所述传感器6设置在所述船体上部。

上述本发明实施例为智能风光互补推进风帆船，主要由风帆主体，游船电力系统，风光利用转换装置和自动化控制装置组成，其使用光伏板制成的船用风帆，装在经优化船体设计的船体上。

如图6所示，在船舶行驶过程中经由传感器收集风力、风向与太阳总辐射并对风力大小进行初步判断，当检测到风力过强，并对船舶的稳性产生影响时，直接转换为光伏发电模式。在安全性范围内，智能风光互补推进风帆船将根据传感器收集的风力、光能的数据自动启动太阳能风帆装置，选择合适的起始工作状态，并开始实时监测与反馈工作。

传感器进行数据采集的过程中，首先判断当前风力情况，当风向不稳定时，若会影响到船体稳性问题，船帆可收起呈收帆状态。如果风力情况正常，进行风能光能收益比较，通过伺服电机执行响应(计算组合推进力，系统实时采集风速、风向、攻角并调取数据库中的航向进行计算不同方位时风力产生的推进力；同时，通过系统对太阳入射角和辐照强度的实时采集，以及数据库中相关数据进行计算得到该位置光能产生的推进力；组合计算后选择产生最大推进力的位置进行响应)。

如图1所示，船舶电力一部分由光伏发电提供，另一部分由蓄电池提供。当太阳辐射较强，光伏发电在直接供给电动机供电驱动螺旋桨的同时，将剩余电量储存在蓄电池中；若辐射较弱、光伏发电不足时，蓄电池放电，维持电动机的正常运行。此外，蓄电池联接逆变器，可为船上其他交流负载供电。

智能风光互补推进风帆船通过对航行中风能、光能情况的自主判断对风帆状态进行调节，使其始终处于一种最佳的供能位置上。

如图2所示，当有风到来时，风力远大于光能时的极端情况，控制器通过控制电机转动桅杆倾斜角度调节机构7使风帆从平帆状态旋转至竖直状态；当风向发生变化后，通过电机控制桅杆旋转角度调节机构8，使风帆状态达到一个较合适的位置。

如图3所示，无风时，光能占船舶主要推进力，风帆尽量面向太阳光，增大风帆的感光面积，图3所示状态为光能远大于风力时的极端情况或风力影响船舶稳性的情况。

如图4所示为风力具有破坏性或船舶停靠时风帆的状态。

Claims (6)

1.一种风光推进的风帆船，它包括船体、风帆、桅杆和太阳能电池板，风帆设置在桅杆上，桅杆的下端与船体连接，其特征在于：所述风帆船还包括用于调节桅杆倾斜角度调节机构和桅杆旋转角度调节机构，所述太阳能电池板附着在风帆面上。

2.如权利要求1所述的风帆船，其特征在于：所述桅杆倾斜角度调节机构和桅杆旋转角度调节机构均由电机驱动，所述电机由控制器控制。

3.如权利要求2所述的风帆船，其特征在于：它还包括风速风向仪与阳光辐照感受器，风速风向仪与阳光辐照感受器的输出信号输入所述控制器。

4.如权利要求3所述的风帆船，其特征在于：所述风速风向仪与阳光辐照感受器设置在所述船体上部。

5.如权利要求1所述的风帆船，其特征在于：它还包括底座，所述桅杆下端通过底座与所述船体连接，底座包括所述桅杆倾斜角度调节机构和所述桅杆旋转角度调节机构。

6.如权利要求1所述的风帆船，其特征在于：它还包括电力推进系统和蓄电池，所述太阳能电池板的输出端分别与电力推进系统和蓄电池连接。