CN117508534A - 船舶 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够提高风帆航行时的推进效率的船舶。船舶(1)具备利用风力使船体(11)推进的多个风力推进部(10)。因此，当有风吹来时，船舶(1)能够利用基于风力推进部(10)的推进力进行风帆航行。其中，多个风力推进部(10)具有比其他主帆(10A、10B、10C)(即，第1风力推进部)小的控制帆(10D)(即，第2风力推进部)。由此，船舶(1)能够利用较小的控制帆(10D)来调整力矩从而能够调整与基于其他主帆(10A、10B、10C)的力矩之间的平衡。因此，无需依赖于舵的操作(压舵)即可控制风帆航行时的船体(11)的转弯。由此，能够提高风帆航行时的推进效率。

Description

船舶

本申请主张基于2022年8月3日申请的日本专利申请第2022-123947号的优先权。该日本申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。

技术领域

本发明涉及一种船舶。

背景技术

近年来，已知有一种为了削减CO₂等GHG气体的排放量而使用风力等可再生能源产生推力的船舶。例如，专利文献1中记载的船舶除了具备使用了螺旋桨的推进器之外，在船体上还具备利用风力使船体推进的风力推进部。

专利文献1：日本特开2020-45018号公报

在此，上述的船舶在船体上具备多个具有旋筒帆等的风力推进部。船舶控制各风力推进部，以便在所有风力推进部获得最大的推力。在船舶中，船体有可能会因风速的变化而转弯，针对该转弯，通过进行舵的操作(压舵)来应对该转弯。然而，存在这种压舵的阻力会降低风帆航行的推进效率的问题。

发明内容

本发明是为了解决这种课题而完成的，其目的在于提供一种能够提高风帆航行时的推进效率的船舶。

本发明所涉及的船舶具备：船体；及多个风力推进部，其利用风力使船体推进，多个风力推进部具有比其他第1风力推进部小的第2风力推进部。

本发明所涉及的船舶具备利用风力使船体推进的多个风力推进部。因此，当有风吹来时，船舶能够利用基于风力推进部的推进力进行风帆航行。在此，多个风力推进部具有比其他第1风力推进部小的第2风力推进部。由此，船舶能够利用较小的第2风力推进部来调整力矩从而能够调整与基于其他第1风力推进部的力矩之间的平衡。因此，无需依赖于舵的操作(压舵)即可控制风帆航行时的船体的转弯。由此，能够提高风帆航行时的推进效率。

多个风力推进部可以沿前后方向排列配置于船体，第2风力推进部可以设置于前后方向上的端部侧。此时，第2风力推进部能够在前后方向上的端部侧的位置调整与基于其他第1风力推进部的力矩之间的平衡，因此能够有效地抑制转弯的力矩。

至少第2风力推进部可以通过能量的供给而驱动。若能够实现第2风力推进部的小型化，则能够实现对该第2风力推进部供给能量的能量供给机构的小型化。即，在设置与第1风力推进部相同大小的风力推进部并降低对该风力推进部供给的能量从而调整力矩的情况下，能量供给机构会变得过剩，但通过缩小第2风力推进部，能够抑制能量供给机构变得过剩。

根据本发明，提供一种能够提高风帆航行时的推进效率的船舶。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式所涉及的船舶的一例的示意剖视图。

图2中(a)是用于对旋筒帆的原理进行说明的图，图2中(b)是船舶的平面图。

图3是表示控制系统的框图。

图4是用于说明力矩的示意平面图。

图5是表示变形例的图。

图6是表示变形例的图。

图中：1-船舶，11-船体，10-风力推进部，10A、10B、10C-主帆(第1风力推进部)，10D-控制帆(第2风力推进部)。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明的优选实施方式进行说明。另外，在以下的说明中，“前”“后”对应于连接船体的船头和船尾的方向，“横”对应于船体的左右(宽度)方向，“上”“下”对应于船体的上下方向。

图1是表示本发明的实施方式所涉及的船舶的一例的示意剖视图。船舶1例如是运输原油或液化气等石油系液态货物的船舶，例如油轮。另外，船舶并不只限于油轮，例如，也可以为散装货轮或其他各种船舶。

如图1所示，船舶1具备船体11、推进器12及多个风力推进部10。船体11具有船头部2、船尾部3、轮机舱4及货舱6。在船体11的上部(或者在船内)设置有上甲板19。船头部2位于船体11的前方侧。船尾部3位于船体11的后方侧。

船头部2例如具有能够降低满载吃水状态下的兴波阻力的形状。推进器12机械性地产生船体11的推力，推进器12例如使用螺旋轴。在进行推进时，推进器12设置于船尾部3的比吃水线(海水W的水面)更靠下方的位置。并且，在船尾部3的比吃水线更靠下方的位置还设置有用于调整推进方向的舵15。

轮机舱4设置于与船尾部3的船头侧相邻的位置。轮机舱4是用于配置对推进器12赋予驱动力的主发动机16的区段。在上甲板19上的轮机舱4的上方设置有居住区22及排气用的烟囱23。货舱6设置于船头部2与轮机舱4之间。货舱6是用于容纳货物的区段。货舱6采用外板20与内底板21的双重船壳结构，从而区划为多个货舱26和多个压载舱27。压载舱27容纳与船舶的大小等相对应的量的压载水。

风力推进部10为利用风力使船体11推进的机构。在本实施方式中，作为风力推进部10，采用了旋筒式的风力推进机构。在船体11的上甲板19上沿前后方向排列设置有多个(在此为四个)风力推进部10。如图2中(a)所示，风力推进部10具备沿上下方向延伸的圆柱状的旋筒帆31和使旋筒帆31旋转的电动机32。若风WD横向吹入旋筒帆31，则在旋筒帆31的后侧，旋筒帆31的旋转方向与风WD的方向成为彼此相反，而在前侧，旋筒帆31的旋转方向与风WD的方向成为一致。由此，在旋筒帆31的前后产生压力差，从而产生朝向前侧的推力PF(马格努斯效应)。如图2中(b)所示，若风WD横向吹向船体11，则通过各风力推进部10的推力PF，船体11向前方推进。另外，在以后的说明中，有时将多个风力推进部10从前方依次称为“主帆10A”、“主帆10B”、“主帆10C”、“控制帆10D”。

参考图3对具备控制装置50的控制系统100进行说明。控制装置50是控制上述的具有多个风力推进部10的船舶1的装置。控制装置50通过控制多个风力推进部10来控制使船体11转弯的力矩。

具体而言，控制系统100具备上述的多个主帆10A、10B、10C(第1风力推进部)、控制帆10D(第2风力推进部)、推进器12以及舵15。并且，控制系统100还具备控制这些设备的控制装置50和信息检测部51。

控制装置50具备处理器、存储器、存储设备(storage)及通信接口，其构成为通常的计算机。处理器为CPU(Central Processing Unit：中央处理器)等运算器。存储器为ROM(Read Only Memory：只读存储器)或RAM(Random Access Memory：随机存储器)等存储介质。存储设备为HDD(Hard Disk Driv e：硬盘驱动器)等存储介质。通信接口为实现数据通信的通信设备。处理器集中控制存储器、存储设备及通信接口，实现后述的控制部30的功能。在控制部30中，例如将存储在ROM中的程序加载到RAM并由CPU来执行加载到RAM中的程序来实现各种功能。控制部30也可以由多个计算机构成。

控制装置50向主帆10A、10B、10C的电动机32A、32B、32C以及控制帆10D的电动机32D输出控制信号，从而使旋筒帆31以所期望的转速进行旋转。控制装置50向推进器12的驱动部(主发动机16等)输出控制信号，从而使推进器12进行动作。控制装置50向舵15的驱动部输出控制信号，从而使舵成为所期望的角度。

信息检测部51检测控制装置50的运算中所需的各种信息。信息检测部51具有能够检测风向及风速等与风相关的信息的风向风速计52(参考图1)。信息检测部51具有检测舵15的角度的舵角仪53(参考图1)。并且，信息检测部51具备测量船体11的姿势及摇摆等船体的运动或方位的测量仪54(参考图1)。此外，信息检测部51具备能够预先掌握风的状态(例如，天气预报等)的信息接收部。信息检测部51具备能够检测船体11的位置的测量仪(例如，GPS等)。信息检测部51将检测到的信息发送至控制装置50。

接着，参考图4中(a)，对主帆10A、10B、10C及控制帆10D进行详细说明。控制帆10D是比其他主帆10A、10B、10C小的帆。

如上所述，具有旋筒帆31的风力推进部10通过对电动机32的能量供给而驱动。由于控制帆10D比其他主帆10A、10B、10C小，因此能量的供给量也可以较少，而且与此相应地，也能够使电源或液压容量、鼓风机容量、马达尺寸等能量供给机构小型化。因此，控制帆10D的电动机32D可以比其他主帆10A、10B、10C的电动机32A、32B、32C小。此外，可以将与控制帆10D的能量供给机构相关的设备及功能整体设为比其他主帆10A、10B、10C小。

控制帆10D配置于前后方向上的端部侧。控制帆10D配置于船体1的后端部侧。在本实施方式中，控制帆10D配置于比居住区22更靠后侧。因此，主帆10C与控制帆10D之间的间隔距离大于主帆10B与主帆10C之间的间隔距离以及主帆10A与主帆10C之间的间隔距离。如此，通过将最后端的控制帆10D配置于居住区22的后侧，居住区22跟前的主帆10C与操作室之间的距离变宽，在视觉方面有优点。然而，也可以将控制帆10D配置于比居住区22更靠前侧。

在此，对控制帆10D比主帆10A、10B、10C小多少进行说明。控制帆10D的大小取决于船体的设计条件，在此，假设例如8万吨的油轮具有四个旋筒帆31。此时，若基于本发明的观点划分主帆10A、10B、10C与控制帆10D的作用，则设置于最远离重心的位置的船体后方的控制帆10D相比其他主帆10A、10B、10C在最大升力上能够减小约20％左右。作为减小升力的方法，可以采用如下措施：减小旋筒帆31的物理尺寸(直径、高度、面积等)、使物理尺寸相同而减小运行条件(旋筒帆31的情况下为最大转速)等、或者均衡地采用该两者等。通过采用这样的控制帆10D，造船厂不仅可以享受帆的装置主体的材料数量的减少，还能够享受使发电机的小型化、使船体的加固变得容易化或配置的灵活性等优点。船舶经营人能够削减实际上很少以最大输出运行的帆的多余规格部分的初始成本、应用成本、维护成本。

接着，为了对作用于本实施方式所涉及的船舶1的船体11的力矩进行说明，参考图4中(b)对作用于比较例所涉及的船舶200的船体11的力矩进行说明。在比较例所涉及的船舶200的最后端的风力推进部10中，代替较小的控制帆10D而设置有与其他主帆10A、10B、10C相同大小的主帆10E。在此，对作用于主帆10A、10B、10C这三个帆的合力中心P1的力矩与作用于最后端的主帆10E的着力点P2的力矩之间的关系进行说明。若风WD横向吹向船舶1，则在主帆10E产生升力及阻力。因此，升力和阻力的合力F_aft作用于主帆10E的着力点P2。该合力F1的前方的成分成为推进力Fx_aft，船宽方向的成分成为横向力Fy_aft。若风WD横向吹向船舶1，则主帆10A、10B、10C的量的推进力Fx_fore朝向前方作用于这三个帆的合力中心P1，主帆10A、10B、10C的量的横向力Fy_{for e}朝向船宽方向作用于这三个帆的合力中心P1。

接着，对此时以重心P3为中心的转弯力矩进行说明。重心P3与最后端的主帆10E的着力点P2之间的前后方向上的距离为“距离x_aft”，因此作用于着力点P2的力矩成为“x_aft·Fy_aft”。重心P3与三个帆的合力中心P1之间的前后方向的距离为“距离x_fore”，因此作用于合力中心P1的力矩成为“x_fore·Fy_{for e}”。在比较例中，由于最后端的主帆10E的力矩过剩，因此“x_aft·Fy_aft＞x_{for e}·Fy_fore”的关系成立。因此，左转弯的转弯力矩MT作用于船体11。若为了抵消这样的转弯力矩MT从而避免船体11进行转弯而转动舵15(参考图4中(b)的虚线的舵15)，则会导致基于舵15产生的阻力增加，船舶1会被减速。

接着，参考图4中(a)，对作用于本实施方式所涉及的船舶1的船体11的力矩进行说明。本实施方式所涉及的船舶1的最后端的风力推进部10为较小的控制帆10D。此时，作用于控制帆10D的着力点P2的横向力Fy_aft变小。因此，作用于着力点P2的“x_aft·Fy_aft”的力矩也变小。因此，“x_aft·Fy_aft＝x_{for e}·Fy_fore”的关系成立。因此，基于力矩平衡，转弯力矩MT得到抑制，直行的推力PF作用于船体11。因此，不需要为了抵消转弯力矩MT而基于舵15进行压舵。通过将控制帆10D设置在从主帆10A、10B、10C的力的中心位置尽量远离的位置，即使很小的力也能够确保足够的力矩。

接着，对本实施方式所涉及的船舶1的作用效果进行说明。

本实施方式所涉及的船舶1具备利用风力使船体11推进的多个风力推进部10。因此，当有风吹来时，船舶1能够利用基于风力推进部10的推进力进行风帆航行。在此，多个风力推进部10具有比其他主帆10A、10B、10C(第1风力推进部)小的控制帆10D(第2风力推进部)。由此，船舶1能够利用较小的控制帆10D来调整力矩从而能够调整与基于其他主帆10A、10B、10C的力矩之间的平衡。因此，无需依赖于舵的操作(压舵)即可控制风帆航行时的船体11的转弯。由此，能够提高风帆航行时的推进效率。

多个风力推进部10可以沿前后方向排列配置于船体11，控制帆10D可以配置于前后方向上的端部侧。此时，控制帆10D能够在前后方向上的端部侧的位置调整与基于其他主帆10A、10B、10C的力矩之间的平衡，因此能够有效地抑制转弯的力矩。

至少控制帆10D可以通过能量的供给来驱动。若能够实现控制帆10D的小型化，则能够实现对该控制帆10D供给能量的能量供给机构的小型化。例如，在设置与主帆10A、10B、10C相同大小的风力推进部10并降低对该风力推进部10供给的能量从而调整力矩的情况下，能量供给机构会变得过剩。在能够根据能量的供给量来调整推进力的帆中，若搭载了大型帆，则与其成正比地，电源或液压容量、鼓风机容量、马达尺寸等也会大型化。即，如果搭载了大型帆却不以最大推进力使用，则会成为没有充分利用装置能力的使用方法，还会成为多余的规格。相对于此，通过减小控制帆10D，能够抑制能量供给机构过剩。如此，通过将控制帆10D的作用明确为航向的控制，能够使以最大推力运行的机会较少的端部的帆小型化。另外，在具有旋筒帆31的风力推进部10的情况下，小型帆的惯性力矩也相应较小，因此还能够应对控制帆10D的精细控制。

本发明并不只限于上述的实施方式。

例如，风力推进部的数量或配置等、如何设置于船体等并不受特别限定。例如，也可以设置沿横向偏移的风力推进部。

并且，使推力增减的风力推进部10的数量并不只限于一个。例如，如图5中(a)所示，可以具有五个风力推进部10，也可以具有其以上数量的风力推进部10。并且，也可以存在多个控制帆。在图5中(a)中，设置有两个控制帆10D、10F。并且，如图5中(a)所示，控制帆10F可以存在于船头侧。另外，最远离重心的帆并非一定是控制帆。最远的帆也可以为主帆，并且，例如从远到近的顺序的第2及3个帆可以为控制帆。另外，控制帆的尺寸不需要按照与重心之间的距离的顺利来排列。在图5中(a)的情况下，由于还具备控制帆10F，因此与只有一个控制帆10D的情况相比，能够更加容易进行转弯力矩的抑制控制。进而，与图4中(a)的情况相比，由于控制帆10F的存在，能够实现控制帆10D的进一步小型化。另外，在图5中(a)中，介绍了控制帆10F和控制帆10D的实施例，但只要主帆10A～10C与控制帆之间的距离较远，就能够消除转弯力矩，因此也可以在船头侧仅配置控制帆10F。

控制帆10D无需一定要将与主帆10A、10B、10C相同类型的帆小型化，例如，如图5中(b)所示，也可以使用三角帆那样的不同类型的帆。而且，主帆及控制帆也可以不设置于船体中心线上。并且，帆也可以不排列成一列。如图5中(c)所示，一对三角帆类型的控制帆10D设置在从船体中心线偏移的位置。另外，如图6所示，图5中(a)的船尾侧的控制帆10D也可以构成为在从船体中心偏移的位置设置有一对。在船尾侧设置有居住区22，但若在船舶的中心线上配置控制帆10D，则居住区22后方的视野可能会被控制帆10D遮挡。因此，通过在从船体中心偏移的位置设置一对控制帆10D，还能够确保居住区22的视野。并且，在存在多个控制帆时，各个帆的尺寸或类型也可以不同。并且，实施方式所涉及的风力推进部10通过对电动机32的能量供给而驱动。然而，驱动方式并不一定只限定于电动。

船体11的结构也并不只限于图1所示的结构，可以根据用途等而适当变更。

Claims (3)

1.一种船舶，其特征在于，具备：

船体；及

多个风力推进部，其利用风力使所述船体推进，

所述多个风力推进部具有比其他第1风力推进部小的第2风力推进部。

2.根据权利要求1所述的船舶，其特征在于，

所述多个风力推进部沿前后方向排列配置于所述船体，

所述第2风力推进部配置于所述前后方向上的端部侧。

3.根据权利要求1或2所述的船舶，其特征在于，

至少所述第2风力推进部通过能量的供给而驱动。