TWI706895B - 水下船體清洗器、船體清洗系統以及清洗船體的方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供了一種水下船體清洗器，包含了一殼體、一導引機構以及至少一刷件。該殼體包含一底座區，用來面對至少一部分待清洗物的一外表面。該導引機構耦合於該殼體，用來帶動該水下船體清洗器沿著該外表面操作，而該至少一刷件被設置於一伸出位置以及一收回位置之間移動。在該伸出位置，該至少一刷件朝著該底座區向下延伸以接觸至少一部分待清洗物的該外表面，而在該收回位置，該至少一刷件則遠離該底座區向上移動以停止接觸該外表面。

Description

水下船體清洗器、船體清洗系統以及清洗船體的方法
本發明有關水下船體清洗器、船體清洗系統以及清洗船體的方法。
船艦中燃料的成本占了整體營運成本的主要部分，而燃燒越多的燃料也產生了溫室效應的影響。為了降低營運成本以及減少溫室效應，船艦的燃料消耗必須要進行有效率的管理。作為推進船艦前進的動力來源，為了要達到更高效的推進效率，除了燃燒燃料之外，也需要考慮針施加於船體的流體阻力(摩擦力)的最小化。對流體阻力最小化甚至盡可能消除流體阻力的方式，就是透過定期清洗船體，如水下船體清洗工作，使船體的表面保持光滑。
此種水下船體清洗工作更帶來了其他的利益，如疏通受到污染的吸引柵(suction grate)以改善船艦的內部水流，因此定期清洗船體以預防生物污染物的堆積對於造船或海洋工業來說是相當普遍的作法，不僅可以有效維護船體表面的塗裝，更能延長船體壽命。
大部分用來去除生物污染物的方法仰賴刷子或是噴射水柱。
即使在科技的發展下，水下噴射水柱清洗器械越來越廣泛地被使用，以物理刷件為基礎的水下清洗器械仍是目前較高效的選擇。
傳統的刷式水下船體清洗器，不論船體表面是否有備海洋附著物污 染，在刷子與待清洗的船體表面都是固定或持續式的接觸。也就是說，現存的水下船體清洗器是一開始就作用，或是持續運作的形式，這樣就可能讓刷子對船體的塗裝造成不必要的破壞。
尤有甚者，部分傳統的刷式水下船體清洗器必須由潛水人員手動操作，還有部分刷式水下船體清洗器缺少了對環境友善的清洗功能。
因此，就有必要去提供一種水下船體清洗器以及船體清洗系統，可以控制刷件對船體表面的接觸行為，並且解決上述所提到的問題。
本發明的實施例提供了一種水下船體清洗器，包含一殼體、一導引機構以及至少一刷件。該殼體包含一底座區，用來面對至少一部分待清洗物的一外表面。該導引機構耦合於該殼體，用來帶動該水下船體清洗器沿著該外表面操作，而該至少一刷件被設置於一伸出位置以及一收回位置之間移動。在該伸出位置，該至少一刷件朝著該底座區向下延伸以接觸至少一部分待清洗物的該外表面，在該收回位置，該至少一刷件則遠離該底座區向上移動以停止接觸該外表面。
本發明的另一實施例提供了一種船體清洗系統，包含本發明實施例中的水下船體清洗器以及一容槽，該容槽用來接收由該水下船體清洗器所移除的海洋附著物以及/或污染物。
本發明的另一實施例提供了一種清洗船體的方法，該方法包含步驟：將本發明實施例中的水下船體清洗器佈署至一船體的一表面；取得該表面其中一部分的即時影像以判定該表面的該部分是否需要清洗；於判定該表面的該部分需要清洗時，將該水下船體清洗器的至少一刷件降下至一伸出位置，且於該伸出位置，該至少一刷件朝著該底座區向下延伸以接觸至少一部分待清洗 物的該外表面；以及於判定該表面的該部分不需要清洗時，將該水下船體清洗器的該至少一刷件提升至一收回位置，且於該收回位置，該至少一刷件遠離該底座區向上移動以停止接觸該外表面。
100,200,500,600:水下船體清洗器
102,502,602:殼體
104,504,604:底座區
106:導引機構
108,508a,508b,608a-608c:刷件
110:虛線
112:實線
120:船體清洗系統
122:容槽
130:管線
140:方法
142,144,146,148:步驟
260:船體
262:服務平台
264:海平面
280:導管
282:連接套管
284:懸吊繩索
286:陰影區域
288:斜線陰影區域
350,352,450,6000, 6002,6004,6006:方向
360,560:外表面
506,620a,620b,620c:輪
601:支柱
603:蓋板
604a:底板
605:外罩
606:攝影裝置
607:終端連接盒
609c:液壓軟啟動塊
609a:液壓馬達
609b:過濾系統
610a-610d:定向推力器
612a-612d:垂直推力器
614:開孔
616a:控制小盒
616b:推力控制單元
616c:陀螺感應器
618a,618b:台座
621:集裝閥
622:圈尖部
624:吸入口
628a,628b,628c:刷件驅動器
630:迷你補償器
632:幫浦
634:主液壓槽
於附圖中，同樣的元件編號一般指稱不同視角的相同部位。本說明書的附圖不以其尺寸、比例為限制，在後續的說明中，多種不同的實施例係參考下列附圖進行說明，其中：第1A圖依據本發明多個實施例繪示了一種水下船體清洗器的示意圖。
第1B圖依據本發明多個實施例繪示了一種船體清洗系統的示意圖。
第1C圖依據本發明多個實施例繪示了一種清洗船舶或船艦的船體的方法的流程圖。
第2A圖是根據本發明的一個實施例所繪示的一船艦的船體的側面(左舷側)與用來佈署水下船體清洗器的服務平台的示意圖。
第2B圖顯示了根據本發明一個實施例所示的水下船體清洗器，準備好被佈署的一個例子的照片示意圖。
第2C圖顯示了第2B圖中根據本發明一個實施例所示的水下船體清洗器，被佈署到海裡的照片示意圖。
第2D圖繪示了根據本發明一實施例的待清洗船體的左舷側面視圖，其中水下船體清洗器被降下至海平面以下的一預定深度到達船體一端的待清洗表面。
第2E圖繪示了船體的左舷側視圖，而水下船體清洗器則移動到表面上相對於第2D圖的另一個位置。
第2F圖繪示了第2A圖、第2D圖、第2E圖的船體的底面視圖。
第2G圖繪示了根據本發明一實施例所示的船體的右側(右舷)視圖，其中的水下船體清洗器可被降下到海平面以下的預定深度以到達船體一端的待清洗表面處。
第3A圖至第3D圖顯示了水下船體清洗器的至少一刷件相對船體的外表面(或一部分)如箭頭所指的向前方向，於不同時間點的運動的動態模擬示意圖。
第3E圖為第3D圖中的實施例的立體視圖。
第4A圖以及第4B圖顯示了至少一刷件相對外表面如箭頭所指的反向方向，於不同時間點的運動的動態模擬側視圖。
第5A圖繪示了根據本發明的一實施例的水下船體清洗器，包含位於伸出位置的兩刷件的側剖面示意圖。
第5B圖繪示了根據本發明的一實施例的第5A圖中的水下船體清洗器，包含位於收回位置的兩刷件的側剖面示意圖。
第5C圖繪示了根據本發明的一實施例的水下船體清洗器，包含位於伸出位置且實質上靠近外表面的兩刷件的側剖面示意圖。
第5D圖繪示了根據本發明的一實施例的第5C圖的水下船體清洗器，包含位於收回位置的兩刷件的側剖面示意圖。
第6A圖根據本發明一實施例繪示了一種具有三個刷件的水下船體清洗器的示意圖。
第6B圖為第6A圖的水下船體清洗器的底視圖。
第6C圖為第6A圖的水下船體清洗器的前視圖。
第6D圖為第6A圖的水下船體清洗器的船尾視角圖。
第6E圖為第6A圖的左舷側視圖。
以下的詳細說明以及附圖揭露了本發明具體的實施例細節。這些充分揭露的實施例使本領域具有通常知識者能據以實施本發明的技術精神。其他在結構上、邏輯上、電路上不偏離本發明的範疇的變化的實施例也可用來說明本發明的精神。這些實施例也可能可以彼此結合而形成合於本發明範疇內的新的實施例。
文中所描述的關於其中一種方法或裝置的實施例也可適用於其他方法或裝置。同樣地，文中所描述關於方法的實施例與關於裝置的實施例彼此也是可互相說明的。
文中某一實施例所描述的的技術特徵也可對應應用到其他實施例相同或類似的技術特徵，即使這樣的應用關係並未明白地在說明書中直接描述到亦然。此外，文中關於一實施例的某一技術特徵的額外組合或變形也可相對應地應用在其他實施例的相同或類似的技術特徵上。
在多個不同實施例的文本中，關於某一個技術特徵或元件所使用到的「一」、「一個」以及「該」代表了一或多個該技術特徵或元件。
在多個不同實施例的文本中，「至少實質上」一詞代表了「相同」或合理範圍內的變化。
在多個不同實施例的文本中，「大約」或「約略」一詞代表了涵蓋一個確切數字的數值以及合理範圍內的變化。
本文中所用到的描述方式「以及/或」包含了一或多個相關元素的任何一種可能的組合。
本文中所用到的描述方式「A或B至少其中之一」包含了A或B或「A與B」。同樣地，描述方式「A或B或C至少其中之一」或更多元素的描述方式，包含了這些相關的元素的一或多個的所有可能組合的任何一種組合。
文中多個實施例揭露了造船工業中與水下船體清洗相關的技術，更 具體來說，本文描述了有關遠端控制水下船體的清洗系統以及設備，以及水下船體清洗的一種方法。
文中多個實施例也提供了利用表面扭矩(torque)控制船體清洗器進行遠端控制回收的相關內容。
文中多個實施例提供了一種水下船體清洗器，可用來清洗船艦、駁船、平底載貨船的船體，鑽井平台以及/或半潛式船體。
第1A圖繪示了一種水下船體清洗器100的實施例的示意圖。在第1A圖中，水下船體清洗器100包含一殼體102，具有一底座區104，用來面對至少一部分待清洗物的一外表面；一導引機構106，耦合於殼體102，導引機構106用來帶動水下船體清洗器100沿著該外表面操作；以及至少一刷件108，被設置於一伸出位置以及一收回位置之間移動。其中於該伸出位置，至少一刷件108朝著底座區104向下延伸以接觸至少一部分待清洗物的該外表面。於該收回位置，至少一刷件108遠離底座區104向上移動以停止接觸該外表面。
至少一刷件108可以相對底座區104延伸至不同的位置，如圖中的虛線110所示。如圖中的實線112所示，導引機構106與至少一刷件108協同合作以進行表面扭矩控制清洗。
在多個實施例的文本中，「至少一刷件朝著底座區向下延伸」表示「至少一刷件朝著底座區的方向向下延伸」，而「至少一刷件遠離底座區向上移動」表示「至少一刷件遠離底座區的方向向上移動」。
換言之，水下船體清洗器100的殼體102用來容納至少一刷件108以及導引機構106。例如，導引機構106可以耦合於殼體102也可以被設置來帶動水下船體清洗器100沿著一待清洗物的外表面移動。導引機構106可以由操作員或使用者進行操作，以帶動水下船體清洗器100沿著待清洗物的外表面移動。至少一刷件108可以升高或降低以調整對待清洗物的外表面的接觸壓力。另一方面，水 下船體清洗器100也可以被操作而控制至少一刷件108施於待清洗物的外表面的接觸壓力。
底座區104可包含一底板，一外罩可耦合於底板的外表面並且向外延伸。換句話說，該外罩的一端或邊緣可以附接於該底板上，而該外罩的另一邊或邊緣(也就是相對於附接的一端)可形成底座區104的周圍端。該外罩可圍繞於該至少一刷件。在多個實施例中，該外罩可以由聚合物，如軟性矽膠或橡膠所製成。外罩可以有利地形成邊界，在進行清洗程序時，讓水下船體清洗器100可以有效地聚集以及收集從外表面所移除的海洋附著物以及/或其他海洋污染物。外罩也可以用來避免殼體102與待清洗的外表面之間直接接觸以及/或提供緩衝的效果，由於殼體102可能由金屬等硬材料所製成，與船體外表面的直接接觸會對船體的外表面以及/或對水下船體清洗器100造成非預期的損傷。
於伸出位置，至少一刷件108可延伸或突出於底座區104的周邊之外。在水下船體清洗器100運作時，底座區104的周邊是底座區104面向待清洗的外表面的部位，例如，外表面可以是船艦的船體表面、載貨船的船體或船隻的一部分船體。
在收回位置，至少一刷件108可收回到底座區104的周邊上，並可容納於殼體102的外罩內。
水下船體清洗器100也可包含一馬達，用以驅動至少一刷件108在伸出位置與收回位置之間移動。
在多個實施例中，水下船體清洗器100可進一步包含一輪，耦合於底板的外表面，並且在外罩之內。於某些實施例中，可以部署三個輪並且輪與輪之間彼此分離。這些輪可以位於靠近外罩處作為間隔件(spacer)以防止外罩坍塌。這些輪也可沿著多重方向擺動並且其尺寸可設計為主要被包含在底座區104的周邊之內，換句話說，這些輪不會突出周邊之外。當水下船體清洗器100在使 用時，這些輪可與待清洗的外表面接觸，在多個實施例中，這些輪可被馬達驅動以沿著外表面滾動以讓水下船體清洗器100移動或被操作而由外表面的一個位置移動到另一個位置。
在本發明的實施例中，導引機構106包含複數個定向推力器，該複數個定向推力器彼此間隔分開設置以提供水下船體清洗器100沿著一平面在不同方向上的操作性，該平面實質上平行待清洗的外表面。於一實施例中，導引機構106可包含至少4個定向推力器。不同的方向可包含向左、向右、向前、向後或對角等方向。這些定性推力器也可帶動水下船體清洗器100沿著水下船體清洗器100的一縱軸或一橫軸產生傾斜，從而讓水下船體清洗器100作搖擺的運動。實務上，定向推力器可以讓水下船體清洗器100產生360°的轉動。
在多個實施例中，導引機構106可包含一垂直推力器，用來提供水下船體清洗器100向上移動以遠離該外表面或向下移動以朝向該外表面的操作性(manoeuvrability)。於部份實施例中，導引機構106可包含上述的輪或上述至少4個定向推力器，或是這些元件的任何組合，使水下船體清洗器100透過這些推力器以及輪任意移動。
複數個定向推力器以及垂直推力器可提供推力機構(產生推進力)，用來抵抗水下船體清洗器100所承受的浮力，使水下船體清洗器100能在該至少一刷件108處於該收回位置時，仍能沿著該外表面移動。換句話說，當推力機構啟動時，可以在該至少一刷件108在該收回位置時，將水下船體清洗器100維持在實質上靠近該外表面並且透過導引機構106而沿著該外表面移動。複數個輪(例如以三輪形式設置)可以作為間隔件並在水下船體清洗器100與外表面之間形成容許間隙，以避免受到推力機構的推動而讓水下船體清洗器100直接衝撞外表面，這樣就可以進行持續的受控制的清洗流程。另外，複數個推力器可以沿著水下船體清洗器100的周邊佈署。
在多個實施例中，導引機構106可包含一陀螺感應器，用以取得以下至少其中之一：水下船體清洗器100的方位角、水下船體清洗器100相對該外表面的位置、水下船體清洗器100的俯仰角以及水下船體清洗器100的翻滾角。換言之，陀螺感應器(或是陀螺感測機構)可掌握水下船體清洗器100的位置、方位角、俯仰角以及翻滾角，使水下船體清洗器100在被佈署去清洗水下的船體時，讓操作者能得知水下船體清洗器100的確切位置。
在多個實施例中，水下船體清洗器100可進一步包含一擴充刷，用來於該伸出位置以及該收回位置之間移動。於該伸出位置，該擴充刷朝著底座區104向下延伸以接觸該至少一部分待清洗物的該外表面。於該收回位置，該擴充刷則遠離底座區104向上移動以停止接觸該外表面
在某些實施例中，該擴充刷可以被設置在或位於鄰近該至少一刷件108的位置。例如，導引機構106或輪可以被設置在該至少一刷件108與該擴充刷之間。
於一實施例中，該至少一刷件108以及該擴充刷可被設置於該伸出位置以及該收回位置之間彼此同步移動。
於另一實施例中，該至少一刷件108以及該擴充刷也可被設置於該伸出位置以及該收回位置之間彼此非同步移動。換言之，該至少一刷件108與該擴充刷彼此可以各自獨立運作，而在某些實施例中，該至少一刷件108也可額外具有該擴充刷。
於多個實施例中，水下船體清洗器100可另外包含一壓力計，用來量測施加於該外表面的一力量，該力量反映該至少一刷件108的表面扭矩。例如，當該壓力計偵測到該力量大於一預設的水準時，水下船體清洗器100可以調整它的位置以及/或該至少一刷件108可以調整其伸出的位置以及/或轉速以控制施加於表面的扭矩，從而減少了對待清洗物的該外表面的損害的可能性，並且能進 行精確的清洗工作。
在多個實施例中，水下船體清洗器100可另外包含一攝影裝置，用來取得該外表面或該外表面的一部分的即時影像。該攝影裝置可以調整而擷取不同類型的影像，例如以一般視角取得該外表面中離水下船體清洗器100的周邊較遠的某一部份或某一區域的影像，或是以拉近視角取得相距水下船體清洗器100約20公尺以內的近距影像。該攝影裝置也可被調整來取得拉近或拉遠的影像。
這些即時取得的影像可以呈現在一顯示器上。該顯示器可被設置在遠端位置，如一服務平台上。這些即時取得的影像可以提供在遠端操作水下船體清洗器100的操作人員有用的資訊，例如該外表面或是外表面的某個部份是否被海洋附著物所污染。
換句話說，這些即時影像可以將外表面的受污染狀況視覺化，讓遠端操作的操作人員據以去操作該至少一刷件108的上升或下降的動作。例如，當操作人員透過該攝影裝置觀察到該外表面有污染狀況時，該至少一刷件108(例如3個刷件108)就可以被降下並在表面扭矩控制下進行清洗動作。相反地，當操作人員透過該攝影裝置觀察到該外表面沒有污染狀況時，該至少一刷件108(例如3個刷件108)就可以被升起並且不與船體的抗污表面發生接觸，也就不會對這些未受到污染的表面進行清洗的動作。這樣就讓操作人員有能力判斷並決定僅在具有海洋污染物的特定區域去執行清洗工作。藉由表面扭矩控制，操作人員也能就地決定在不會對船體的塗裝造成破壞的前提下，要施加多少的表面接觸壓力以清洗這些表面。
在清洗過程中所清出的殘留物或有害的海洋附著物也可以對環境友善的方式處理而不是如傳統方式直接排放在海中。
例如，水下船體清洗器100可以另外包含一潛入式幫浦，在水下船體清洗器100進行清洗程序以去除海洋附著物後，這些從船體表面移除的海洋附著 物在通過幫浦機構時可被殺除。
於多個實施例中，水下船體清洗器100可另外包含一幫浦，用來將自該外表面移除的具有海洋附著物的懸浮物傳送至一外部過濾系統。例如，該幫浦可以將被移除的海洋附著物送進一外部的容槽內，此容槽可以是位於遠端的服務平台上的過濾槽，並且與該幫浦之間以導管連接。
於某些例子中，該幫浦可包含該潛入式幫浦，於其他例子中，該幫浦與該潛入式幫浦更可形成單一裝置。
第1B圖依據本發明多個實施例繪示了一種船體清洗系統120的示意圖。
在第1B圖中，船體清洗系統120包含了前述多個實施例中的水下船體清洗器100以及一容槽122，用來接收由水下船體清洗器200所移除的海洋附著物以及/或污染物容槽122以及水下船體清洗器100可以藉由管線130彼此連通。
容槽122可以位於水下船體清洗器100的遠端，例如，位於遠端的服務平台上，並且此處的容槽122可以指前述的外部容槽或是過濾槽。控制水下船體清洗器100的操作人員也可以駐紮在服務平台上。
船體清洗系統120另外可包含一過濾系統，用來將海洋附著物、污染物以及/或海水與一懸浮物分離，該懸浮物透過水下船體清洗器100的一幫浦所傳送。從該懸浮物所分離的海水可以流回海洋/大海，而其他的海洋附著物以及/或污染物則由該懸浮物分離後存放在容槽122內。
換句話說，根據多個實施例所示的船體清洗系統120可以提供一種回收型的船體清洗，讓海洋中包括被殺死或回收的海洋生物、由船體所清洗下來的海洋附著物伴隨其他污染物，能透過幫浦回收以及被過濾系統過濾，最後被存放在容槽122內，這是對環境是相當友善的作法。上述污染物的一些例子像是如細菌以及矽藻之類的海洋微生物組織。
過濾系統可以位於水下船體清洗器100的遠端，例如，位於遠端的服務平台上，並且此處的過濾系統可以指前述的外部過濾系統。
第1C圖依據本發明多個實施例繪示了一種清洗船舶或船艦的船體的方法的流程圖。
於第1C圖中清洗船體的方法140包含了下列步驟。在步驟142中，水下船體清洗器100可以被佈署在船體的表面，在步驟144中，透過攝影裝置或閉路電視取得船體表面的一部分的即時影像，以決定該表面是否需要清洗。在步驟146中，若該表面是需要清洗的話，水下船體清洗器100的至少一刷件108可被降下至一伸出位置，而在該伸出位置，該至少一刷件108可朝著底座區104向下延伸以接觸至少一部分的該表面。在步驟148，若該表面被判定不需要清洗的話，水下船體清洗器100的至少一刷件108可被升起至一收回位置，而在該伸出位置，該至少一刷件108可遠離底座區104向上移動以停止接觸該表面。
根據該表面被海洋附著物污染與否或被污染的程度，操作人員可決定該表面的某一部份是否需要清洗或不需要清洗。
在多個實施例中，方法140可另外包含步驟：於該伸出位置啟動該至少一刷件108以清洗並自該船體的該表面的一部分移除海洋附著物以及/或污染物。換句話說，該至少一刷件108可軸向轉動作動以進行清洗的動作。
在多個實施例中，方法140可另外包含步驟：操作水下船體清洗器100由該船體的該表面的一部分移動至該表面的另一部分。
例如，該至少一刷件108可包含兩個或多個刷件，當這些刷件被啟動後，刷件的轉速將高到在中間產生真空狀態，而這真空狀態形成的吸力就讓水下船體清洗器100可以貼附巡行在該表面上，即使在垂直推力器不作動的情況下也是如此。因此，前述垂直推力器可以僅在刷件不使用的時間(當外表面的某一部份不需要清洗時)才需作動，使水下船體清洗器100可以越過這些不需要清 洗的表面再移到另一部份去進行清洗程序。
方法140另包含步驟：蒐集被移除的海洋附著物以及/或污染物並回收，例如可以包含將自船體上清除的海洋附著物以及/或污染物過濾並運送到船體清洗系統120的容槽122進行回收。上述的方法描述了一系列的步驟或事件，特別要說明的是，本發明並不以上述步驟或事件的順序作為實施本發明的限制條件。例如，其中某些步驟可以以不同的順序進行以及/或同時與其他步驟或事件(特別是未在這裡描述到的事件)一起進行。此外，並非所有的步驟都必須直接運用到此處所描述到的實施例的一或多個面向，而這裡所描述的一或多個步驟也可以在一或多個個別的階段以及/或任務中執行。
根據本發明的實施例，清洗船體的方法如下詳述：第2A圖是根據本發明的一個實施例所繪示的一船艦的船體260的側面(左舷側)與用來佈署水下船體清洗器200的服務平台262的示意圖。
於第2A圖中，服務平台262沿著船艦的船體260佈署。服務平台262可以提供如本發明多個實施例所述的船體清洗系統。水下船體清洗器200(為顯示在第2A圖中)可被放置在服務平台262的甲板上以被部署到海平面264以下以進行船體260的清洗工作。
第2B圖顯示了根據本發明一個實施例所示的水下船體清洗器200，準備好被佈署的一個例子的照片示意圖。
水下船體清洗器200與第1A圖以及第1B圖所描述的水下船體清洗器100類似，更具體而言，水下船體清洗器200可以包含與第1A圖所示的水下船體清洗器100相同或類似的元件或部件，據此，水下船體清洗器200以及水下船體清洗器100中同樣尾數的元件編號也代表了相同或類似的元件，因此在此處就不再多加贅述。
如第2B圖所示，導管280連接於水下船體清洗器200與服務平台262 之間以將清洗過程中被移除的海洋附著物傳送到服務平台262所提供的容槽內。在水下船體清洗器200與服務平台262之間也可接上連接套管(或繫繩)282以容納電線，以將水下船體清洗器200的電力或電子元件連接到電力源或另一個電子裝置(圖上未顯示)。
例如，電力元件可包括先前描述到的幫浦、刷件或刷件的驅動馬達、輪的驅動馬達、攝影裝置或推力機構等。電子設備可包含例如攝影裝置所連接的監視器、刷件或驅動馬達的控制器、推力機構的控制器或操作輪的驅動馬達的控制器等。電力源可包含直流電源以及/或交流電源。
第2C圖顯示了第2B圖中根據本發明一個實施例所示的水下船體清洗器200，被佈署到海裡的照片示意圖。在第2C圖中，水下船體清洗器200透過懸吊繩索284被降下到海裡。懸吊繩索284可由服務平台262提供並連接到一吊臂或下水回收系統(launch and recovery system,LARS)。
第2D圖繪示了待清洗船體的左舷側面視圖，其中水下船體清洗器200被降下至海平面264以下的一預定深度到達船體260一端的待清洗表面。
當污損或生化污染物在船體260的表面被觀察到後(如第2D圖中的陰影區域286)，水下船體清洗器200的刷件108就可被降下到該伸出位置，以與待清洗的表面接觸，利用此處所描述到的表面扭矩控制方法進行清洗。在清洗過程中，水下船體清洗器200可以利用導引機構106或輪橫向移動到表面的另一個位置。
第2E圖繪示了船體的左舷側視圖，而水下船體清洗器200則移動到表面的另一個位置。
當污損或生化污染物在船體的表面另一個位置沒有被觀察到時(如第2E圖中的斜線陰影區域288)，水下船體清洗器200的刷件108就可被升高到該收回位置，以與沒有污損的表面分離(如第2E圖所示)。這樣就不會在未發生污 損的表面進行清洗的工作。
水下船體清洗器200可以繼續以輪106沿著這個沒有污損的表面進行橫向移動。當表面的再下一個位置被觀察到具有污損時，水下船體清洗器200的刷件108就可以再次被降下到該伸出位置以進行清洗。這樣的動作可以一直重複直到水下船體清洗器200抵達船體200的另一端。接下來，水下船體清洗器200可以被帶到海平面264下更深的位置，並且水下船體清洗器200可以直接從船體260的另一端開始橫向移動，並以表面扭矩控制方法進行清洗。
當船體260的至少一部份被清洗之後，水下船體清洗器200可以被帶到船體260的另一側(右舷)進行清洗工作。於部份實施例中，水下船體清洗器200也可先被收回到服務平台262的甲板上，由服務平台262移動到船體260的右舷側，再於此處佈署水下船體清洗器200以透過表面扭矩控制方法清潔右舷側的表面。這種作法可以讓水下船體清洗器200實質上停留在相對靠近服務平台262的地方，而不需要配置過長的連接套管282以及/或導管280。
當船體260的整個左舷舷側實質上都被選擇性地清洗乾淨後，水下船體清洗器200可以被帶到船體260的底部(平底部)，也藉由表面扭矩控制方法進行清洗。第2F圖繪示了船體260的底面視圖。在第2F圖中，水下船體清洗器200的刷件108可以降下到該伸出位置後，與船體260底部的污損表面(陰影區域286)進行接觸。當到達船體260底部的未污損表面(斜線陰影區域288)時，水下船體清洗器200的刷件108就會被提升到該收回位置。
第2G圖繪示了船體的右舷側，而水下船體清洗器200可被降下至低於海平面264一特定深度以到達船體260一端待清洗的表面的示意圖。船體260的右舷側的清洗程序與前述船體260的左舷側的內容相似。
從船體260的表面移除的海洋附著物可以由水下船體清洗器200的幫浦回收/消滅。這些海洋附著物可以藉由過濾系統(例如由服務平台262所提供) 的導管280傳輸，與海水分離後，儲存在容槽內(也可以由服務平台262所提供)。過濾後的海水則回歸到大海，使得整個作業過程是對環境友善的。
特別要注意的是，清洗作業可以在需要清洗船體260的船艦停泊以進行裝載貨物或卸載貨物或下錨時進行。此外，由於清洗作業不需要潛水員的介入，整個對人員生命的危害風險也就因此不存在了。這種無潛水員的清洗作業有利地為水下船體清洗作業提供了符合要求的安全作業環境。
另外要注意的是，根據本發明的多個實施例，船體清洗系統以及/或水下船體清洗器的概念是包含了一種利用表面扭矩控制以及/或回收/過濾系統來進行選擇性清洗的技術解決方案。
根據多個實施例所揭露的水下船體清洗器100、200以及表面扭矩控制方法的詳細內容描述如下：水下船體清洗器100的底座區104在使用時實質上會接近船體260的外表面，或與該外表面的至少一部分直接接觸。
第3A圖至第3D圖顯示了水下船體清洗器100的至少一刷件108相對船體260的外表面360(或一部分)如方向350所指的向前方向，於不同時間點的運動的動態模擬示意圖。
於第3A圖中，刷件108位於該收回位置並且未與外表面360接觸，此時刷件108不產生變形。接著刷件108沿著方向350向著外表面360移動，直到恰恰碰觸到外表面360，此時刷件108產生大約0.03公尺的變形量，如第3B圖所示。刷件108可再沿著方向350移動而產生約0.04公尺的變形量，如第3C圖所示。而為了產生徹底或深度的清洗能力，刷件108可沿著方向350再移動以對外表面360產生最大接觸並具有約0.05公尺的變形量，如第3D圖所示。換句話說，刷件108可以沿著方向350調整以對外表面360施加不同的接觸壓力，在沿著方向350前進時軸向轉動，以對外表面360進行清洗作業。不同的接觸壓力可以表示清洗的不同 等級或程度。例如，較低的接觸壓力可對輕微的表面污損進行輕量級的清洗作業，而較高的接觸壓力則可對重度污損的表面進行深層或強力的清洗作業。
第3E圖為第3D圖中的實施例的立體視圖。
當清洗器的刷件108位於該伸出位置(如第3B圖至第3D圖任一圖所示)時，刷件108也可如方向352所示進行橫向的移動，以清洗外表面360的另一部位，其中刷件108的側向運動可由清洗器的導引機構106來帶動。
當刷件108側向移動時，刷件108可以維持在固定的伸出位置，或調整至不同的伸出程度。
第4A圖以及第4B圖顯示了至少一刷件108相對外表面360如方向450所指的反向方向，於不同時間點的運動的動態模擬側視圖。
當外表面360的某一部份不需要清洗時，刷件108可以由該伸出位置(如第4A圖所示)移動至該收回位置(如第4B圖所示)。在該收回位置，刷件108不會進行任何清洗作業，且由清洗器的導引機構帶動進行側向移動以到達外表面360下一個待清洗的部位。
刷件108的側向移動也可被控制沿方向352相反的方向移動，這樣，刷件108就可以循原清洗路徑移動。
第5A圖繪示了根據本發明的一實施例的水下船體清洗器500，包含位於伸出位置的兩刷件508a、508b的側剖面示意圖。第5B圖繪示了根據本發明的一實施例的第5A圖中的水下船體清洗器500，包含位於收回位置的兩刷件508a、508b的側剖面示意圖。
水下船體清洗器500可包含殼體502以容納或存放刷件508a、508b以及輪506。
水下船體清洗器500可包含與第1A圖中的水下船體清洗器100、第2B圖至第2G圖中的水下船體清洗器200相同或類似的元件，因此，與第1A圖中的 水下船體清洗器100以及第2B圖至第2G圖中的水下船體清洗器200中同樣尾數的元件編號也代表了相同或類似的元件，在此處就不再多加贅述。
於第5A圖中，水下船體清洗器500的刷件508a、508b朝著水下船體清洗器500的底座區504向下降下以接觸一外表面560(例如具有抗污塗裝的船體的一部分)，在外表面560受到海洋附著物所造成污損時以清洗外表面560。在這個例子中，刷件508a、508b位於該伸出位置。水下船體清洗器500的推力機構(未繪示於第5A圖中)以及輪506可以帶動水下船體清洗器500沿著外表面560移動到待清洗船體的所有部位。
當水下船體清洗器500抵達外表面560沒有污損的部位(如第5B圖所示)，刷件508a、508b就會被提升遠離底座區504以停止與外表面560沒有污損的部位接觸，在這個例子中，刷件508a、508b位於該收回位置。
於某些實施例中，刷件508a、508b可以各自獨立控制，而在其他實施例中，刷件508a、508b可以整組一起被控制。
在第5A圖以及第5B圖中，底座區504可與外表面560的至少一部份發生接觸。特別說明的是，在其他實施例中，底座區504也可被設定為實質上靠近外表面560或其一部份而不使殼體502與外表面560直接產生接觸。
第5C圖繪示了根據本發明的一實施例的水下船體清洗器500，包含位於伸出位置且實質上靠近外表面560的兩刷件508a,508b的側剖面示意圖。第5D圖繪示了根據本發明的一實施例的第5C圖的水下船體清洗器500，包含位於收回位置的兩刷件508a,508b的側剖面示意圖。
如第5D圖所示，水下船體清洗器500藉由輪506可抵達船體的不同部位，即使刷件508a、508b被設置在收回位置時也可如此。此處所描述的推力機構可被用來維持以及提供水下船體清洗器500持續巡航的能力。
於第5C圖中，刷件508a、508b可以延伸至底座區504的週邊邊界處或 延伸出去以抵達外表面560(或一部分)以進行清洗作業。換句話說，在伸出位置的刷件508a、508b可以從底座區504的邊界處再突出去。
如同第3A圖至第3D圖的描述文本一樣，施加於外表面560的表面壓力的等級係由被降下的刷件508a、508b的位置所決定。隨著不同的表面施加壓力的程度，也因此可控制選擇所欲進行的清洗類型。例如，隨著刷件508a、508b的變形量增加以進行更強力的清洗作業。同時，隨著刷件508a、508b的變形量減少以進行更輕量的清洗作業。至於清洗作業類型的選擇則是根據外表面560的生化污損的程度而定。值得注意的是，施加於外表面560的表面壓力的不同程度的控制可以推力機構去控制水下船體清洗器500(以及刷件508a、508b)與外表面560之間的相對距離來達成。
第6A圖根據本發明一實施例繪示了一種具有三個刷件的水下船體清洗器600的示意圖。第6B圖至第6E圖為第6A圖的水下船體清洗器600的底視圖(沿方向6000的視角)、前視圖(沿方向6002的視角)、船尾視角圖(沿方向6004的視角)以及左舷側視圖(沿方向6006的視角)。
水下船體清洗器600與第1A圖的水下船體清洗器100類似。於第6A圖至第6E圖中，水下船體清洗器600具有殼體602以及對著水下船體清洗器600的底座區604以三角形的三個頂點配置的三個刷件608a、608b、608c。底座區604可包含一外罩605，由底座區604的底板604a的外表面向外延伸。外罩605可以用來攔住髒污(如在清洗船體的過程中所移除的海洋附著物以及/或污染物)避免髒污進入海裡。這些髒污可以透過吸入口624連接到濾水幫浦632或導管收集起來。於第6A圖至第6E圖中，三個刷件608a、608b、608c設置在收回位置且被包負在外罩605所形成的邊界內。在作業過程中，三個刷件608a、608b、608c可以移動到伸出位置以高過外罩605的高度而到達待清洗的外表面(圖未示)。每一個刷件608a、608b、608c都可以獨立被控制伸出或收回，增加了任何時刻處理待清洗 區域的彈性。刷件608a、608b、608c可以分別藕合於刷件驅動器628a、628b、628c，當刷件608a、608b、608c被啟動時，在刷件608a、608b、608c所形成的三角形區域內可形成真空狀態。
在這個實施例中，殼體602實質上是由支柱601所形成的矩形結構，支柱601夾在彼此相對的底板604a與蓋板603之間。殼體602在四個角落具有向內的導圓角，每一個導圓角可以分別容納垂直推力器612a-612d。當任何一個刷件608a、608b、608c收回到收回位置時，這些垂直推力器612a-612d可提供抵銷水下船體清洗器600所承受的浮力的力量。每一個垂直推力器612a-612d可個別操作或聯合操作以提供更精確的推力。垂直推力器612a-612d位於面對蓋板603的地方，在蓋板614上具有一開孔614可供導管以及連接套管或繫繩穿過。換言之，開孔614為一種存取孔。導管以及連接套管相似於第2B、2C圖中所描述的導管280以及連接套管282。在蓋板603的表面，台座618a、618b可承托水下船體清洗器600使其與導管以及連接套管之間具有空隙。同時於底板604a的表面上，圈尖部622讓水下船體清洗器600可由懸吊繩索(如第2B圖以及第2C圖的懸吊繩索284)吊掛起來。圈尖部622較佳地位於水下船體清洗器600的重心位置，這樣就可進行單點吊掛同時在吊掛過程中維持水下船體清洗器600的相對穩定。水下船體清洗器600另外包含終端連接盒607，內有電纜的連接部。此終端連接盒607由上方表面的控制室接收電力供應，並將所接收到的電力(以及資訊)分配至一控制小盒616a，控制小盒616a再將訊號傳送至一集裝閥621以控制清洗器的元件，如刷件，進行如俯仰/傾斜、表面扭矩運動向上/向下、陀螺感應器616c以及推力控制單元616b等元件的控制。這些元件可以由液壓軟啟動塊609c(hydraulic soft start block)、液壓馬達609a以及液壓補償器或迷你補償器630所帶動。主液壓槽634用來儲存以及提供液壓流體。水下船體清洗器600另包含過濾系統609b，以上的元件均設置在殼體602的各個不同的位置。攝影裝置606以朝向前端方向 6002的方式安裝，另一個未繪示出來的攝影裝置則以面向船尾方向6004的方式安裝。這兩個攝影裝置可以連接於底板604的內部表面，並且可以被控制而轉動以及/或傾斜以提供360度的視角以及拉近拉遠的能力。
在這個實施例中，4個定向推力器610a-610d向著或靠近底板604a的內表面設置，並且朝向殼體602的導圓角。定向推力器610a-610d可以直接附接在底板604a的內表面，每一個定向推力器610a-610d與垂直推力器612a-612d之間可稍微分開設置。換言之，定向推力器610a-610d並未設置在垂直推力器612a-612d各自的推力軌跡上。
在真空所造成的維持力量不足的情況下，垂直推力器612a-612d可讓水下船體清洗器600持續沿著待清洗的外表面移動，尤其是當三個具有俯仰/翻滾功能的刷件608a、608b、608c被設置在收回位置時。定向推力器610a-610d可讓水下船體清洗器600進行向左/向右、前進/後退以及沿著橫向軸向左/向右等操作。每一個推力器可產生約100公斤的單位力量輸出，並且由上方的逆變器產生約600直流伏特的動力。三個輪620a、620b、620c(前面與後面)可以連接於底板604a的外表面上，靠近外罩605處並且彼此隔開設置。如上所述，輪620a、620b、620c作為間隔件以防止外罩605發生坍塌，同時輪620a、620b、620c是可軸向轉動的，使得水下船體清洗器600可以透過定向推力器610a-610d以及垂直推力器612a-612d進行自由的操作。
在水下船體清洗器600工作時，透過液壓系統以增加或減少對表面接觸的壓力。例如，液壓系統可以設置在水下船體清洗器100、200、500、600的殼體102、502、602內。在其他實施例中，液壓系統也可由船體清洗系統120所提供，一部分的液壓系統設置在佈署水下船體清洗器100、200、500、600的服務平台262上。
水下船體清洗器100、200、500、600可以被遠端操作以沿著船體的 表面進行清洗作業。如上所述，水下船體清洗器100、200、500、600可以僅在需要清洗的區域執行清洗作業，換言之，水下船體清洗器100、200、500、600具有選擇性清洗的能力。更具體地，刷件108、508a、508b、608a-608c可遠離底座區104、504、604被升起並且不碰觸到船體260或其外表面360、560，從而避免了非必要的表面接觸。另外，刷件108、508a、508b、608a-608c可朝向底板區104、504、604被降下並且以一預設的水準(如預設的表面接觸壓力)接觸船體260或其外表面360、560，以在不破懷船體的塗層(如抗污塗裝)的前提下進行清洗作業。
這些受到控制的表面接觸壓力的施用，伴隨著刷件108、508a、508b、608a-608c的轉速設定統稱為表面扭矩控制。
特別說明的是，與傳統的清洗器不同，本發明多個實施例中的水下船體清洗器能夠升起或降下刷件，並具有表面扭矩控制，因此得以進行選擇性的清洗作業。
另外，在水下船體清洗器可進行受控的清洗作業，在不會對昂貴的船體抗污塗裝造成破壞的優勢下，也可節省船艦上的操作人員的人力，不會對沒有海洋附著物的部位進行非必要的操作而破壞了良好的塗層。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
600:水下船體清洗器
601:支柱
602:殼體
604:底座區
604a:底板
605:外罩
607:終端連接盒
608a-608c:刷件
609a:液壓馬達
609b:過濾系統
609c:液壓軟啟動塊
610a-610c:定向推力器
612a-612c:垂直推力器
618a,618b:台座
620a,620b,620c:輪
622:圈尖部
624:吸入口
628a,628b,628c:刷件驅動器
6000,6002,6004,6006:方向

Claims (20)

  1. 一種水下船體清洗器，包含：一殼體，包含一底座區，用來面對至少一部分待清洗物的一外表面；一導引機構，耦合於該殼體，該導引機構用來帶動該水下船體清洗器沿著該外表面操作；以及至少一刷件，被設置於一伸出位置以及一收回位置之間移動以進行選擇性的清洗作業；其中於該伸出位置，該至少一刷件朝著該底座區向下延伸以接觸至少一部分待清洗物的該外表面以清洗該外表面有污損的部份；其中於該收回位置，該至少一刷件遠離該底座區向上移動以停止接觸該外表面以避免清洗該外表面沒有污損的部份；其中該導引機構包含有複數個推力器，以提供一推力機構，從而抵抗該水下船體清洗器所承受的浮力，以使該水下船體清洗器在該至少一刷件處於該收回位置時，仍能沿著該外表面移動；其中該複數個推力器沿著該水下船體清洗器的周邊佈署。
  2. 如請求項1所述的水下船體清洗器，其中該複數個推力器包含複數個定向推力器，該複數個定向推力器彼此間隔分開設置以提供該水下船體清洗器沿著一平面在不同方向上的操作性，該平面實質上平行該外表面。
  3. 如請求項2所述的水下船體清洗器，其中該複數個定向推力器包含至少4個定向推力器。
  4. 如請求項1至3任一項所述的水下船體清洗器，其中該複數個推力器 包含一垂直推力器，用來提供該水下船體清洗器向上移動以遠離該外表面或向下移動以朝向該外表面的操作性。
  5. 如請求項1至3任一項所述的水下船體清洗器，其中該導引機構包含一陀螺感應器，用以確定(ascertain)以下至少其中之一：該水下船體清洗器的方位角、該水下船體清洗器相對該外表面的位置、該水下船體清洗器的俯仰角以及該水下船體清洗器的翻滾角。
  6. 如請求項1至3任一項所述的水下船體清洗器，其中該底座區包含一底板，該水下船體清洗器另包含一輪，耦合於該底板的一外表面。
  7. 如請求項6所述的水下船體清洗器，另包含一外罩，耦合於該底板的該外表面，其中該外罩圍繞該至少一刷件。
  8. 如請求項1至3任一項所述的水下船體清洗器，另包含一擴充刷，用來於該伸出位置以及該收回位置之間移動以進行選擇性的清洗作業；其中於該伸出位置，該擴充刷朝著該底座區向下延伸以接觸該至少一部分待清洗物的該外表面以清洗該外表面有污損的部份；其中於該收回位置，該擴充刷遠離該底座區向上移動以停止接觸該外表面以避免清洗該外表面沒有污損的部份。
  9. 如請求項8所述的水下船體清洗器，其中該至少一刷件以及該擴充刷被設置於該伸出位置以及該收回位置之間彼此同步移動。
  10. 如請求項8所述的水下船體清洗器，其中該至少一刷件以及該擴充刷被設置於該伸出位置以及該收回位置之間彼此非同步移動。
  11. 如請求項1至3任一項所述的水下船體清洗器，另包含一壓力計，用來量測施加於該外表面的一力量，該力量反映該至少一刷件的表面扭矩。
  12. 如請求項1至3任一項所述的水下船體清洗器，另包含一攝影裝置，用來取得該外表面或該外表面的一部分的即時影像。
  13. 如請求項1至3任一項所述的水下船體清洗器，另包含一幫浦，用來將自該外表面移除的具有海洋附著物的懸浮物傳送至一外部過濾系統。
  14. 一種船體清洗系統，包含：如請求項1到13任一項所述的水下船體清洗器；以及一容槽，用來接收由該水下船體清洗器所移除的海洋附著物或污染物。
  15. 如請求項14所述的船體清洗系統，另包含一過濾系統，用來將海洋附著物、污染物或海水與一懸浮物分離，該懸浮物透過該水下船體清洗器的一幫浦所傳送。
  16. 一種清洗船體的方法，該方法包含步驟：將請求項1至13中任一項所述的水下船體清洗器佈署至一船體的一表面；取得該表面其中一部分的即時影像以判定該表面的該部分是否需要清洗；於判定該表面的該部分需要清洗時，將該水下船體清洗器的至少一刷件降下 至一伸出位置，且於該伸出位置，該至少一刷件朝著該底座區向下延伸以接觸至少一部分待清洗物的該外表面以清洗該外表面有污損的部份；以及於判定該表面的該部分不需要清洗時，將該水下船體清洗器的該至少一刷件提升至一收回位置，且於該收回位置，該至少一刷件遠離該底座區向上移動以停止接觸該外表面以避免清洗該外表面沒有污損的部份；利用沿著該水下船體清洗器的周邊佈署的複數個推力器，以提供一推力機構，從而抵抗該水下船體清洗器所承受的浮力，以使該水下船體清洗器在該至少一刷件處於該收回位置時，仍能沿著該外表面移動。
  17. 如請求項16所述的清洗船體的方法，另包含步驟：於該伸出位置啟動該至少一刷件以清洗並自該船體的該外表面的一部分移除海洋附著物或污染物。
  18. 如請求項16所述的清洗船體的方法，另包含步驟：量測施加於該外表面的一力量，該力量反映被啟動的該至少一刷件的表面扭矩；以及依據所量測到的該力量，調整該至少一刷件與該外表面的接觸數量或被啟動的該至少一刷件的轉速，從而提供表面扭矩控制。
  19. 如請求項16至18任一項所述的清洗船體的方法，另包含步驟：操作該水下船體清洗器由該船體的該外表面的一部分移動至該外表面的另一部分。
  20. 如請求項17或18所述的清洗船體的方法，另包含步驟：蒐集被移除的海洋附著物或污染物並回收。
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