商船船艏浮体波浪能发电装置及方法.pdf

《商船船艏浮体波浪能发电装置及方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《商船船艏浮体波浪能发电装置及方法.pdf（10页完成版）》请在专利查询网上搜索。

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911225882.0 (22)申请日 2019.12.04 (71)申请人 青岛科技大学 地址 266000 山东省青岛市崂山区松岭路 99号 (72)发明人 李博洋杨倩倩李茂忠严彦涛 刘成波张宝收张瑞韩淑洁 张晓荣 (74)专利代理机构 青岛中天汇智知识产权代理 有限公司 37241 代理人 袁晓玲 (51)Int.Cl. F03B 13/20(2006.01) F03B 11/00(2006.01) B63H 21/17(2006.01) B63H 21/00(200。

2、6.01) (54)发明名称 一种商船船艏浮体波浪能发电装置及方法 (57)摘要 本发明提供了一种商船船艏浮体波浪能发 电装置及方法。 此装置安装在船体上， 位于艏部， 水线之上， 主要包括浮体波浪能收集装置， 波浪 能转换装置以及发电装置。 在本发明提到的一种 商船船艏浮体波浪能发电方法中， 浮体作为波浪 能收集装置， 在波浪的作用下， 上下往复运动， 通 过齿轮齿条将其转化为传动轴的转动， 再经过传 动装置的转换， 带动发电机发电向船舶供电， 从 而解决了航行中船舶波浪能直接利用的难题。 在 本发明中浮体的存在不仅仅是作为波浪能收集 装置的一部分， 而且浮体的形状也大幅度减小了 船舶的航行。

3、阻力， 降低了船舶的能耗， 提高了商 船的经济性。 权利要求书1页 说明书4页 附图4页 CN 110821742 A 2020.02.21 CN 110821742 A 1.一种商船船艏浮体波浪能发电装置， 其特征在于： 装置包括浮体(1)、 浮体轨道(2)、 船体轨道(3)、 齿条(4)、 齿轮(5)、 传动机构(6)、 发电机(7)、 止荡弹簧(8)、 止荡底座(9)。 其 中， 所述船体轨道(3)与船体刚性固定， 船体轨道(3)与浮体轨道(2)相互配合， 使得浮体(1) 沿着该路线往复运动； 所述齿条(4)与齿轮(5)相互啮合， 且齿条(4)的长度稍大于浮体(1)上下往复运动的距 离；。

4、 所述齿轮(5)传动机构(6)相连， 传动机构(6)同时与发电机(7)相连； 所述止荡弹簧(8)与止荡底座(9)刚性相连， 止荡底座(9)与船体轨道(3)刚性连接。 2.根据权利要求1中所述的一种商船船艏浮体波浪能发电装置， 其特征在于： 所述浮体 (1)位于艏部， 水线之上， 与浮体轨道(2)刚性固定， 在其中轴线上刚性固定齿条(4)， 使得齿 条(4)能够随着浮体(1)上下往复运动。 3.根据权利要求1中所述的一种商船船艏浮体波浪能发电装置， 其特征在于： 所述浮体 (1)是一个曲面立体， 仅在靠近船体一侧为曲面， 其余皆是平面， 其位于水线之上， 且迎浪的 部位削尖， 为了保证装置有较好。

5、的劈浪效果浮体上平面夹角设计为30 至60 。 4.一种商船船艏浮体波浪能发电方法， 使用权利要求1中所述的发电装置， 其特征在 于： 此装置安装在船体上， 位于艏部位置， 水线之上， 主要包括浮体波浪能收集装置， 波浪能 转换装置以及发电装置。 浮体轨道刚性固定在浮体上， 在浮体中轴线上刚性固定齿条， 船体 轨道与船体相互配合， 使得浮体与船体直接有相对的往复直线运动。 在船舶航行过程中， 由 于风、 浪、 流等因素的作用， 船舶发生横摇、 纵摇、 艏摇、 纵荡、 横荡和垂荡等六个自由度的运 动， 作为波浪能收集装置的浮体会时而进入水中， 时而出水， 所受浮力就会发生变化。 当浮 体所受的浮。

6、力大于自身重力时， 浮体与船体之间存在相对运动， 浮体会沿着轨道斜向上运 动， 这样与浮体刚性连接的齿条同样做直线运动， 从而带动与齿条相啮合的齿轮转动， 齿轮 经传动装置的转换， 带动发电机发电。 同理， 当浮体浸没水中的体积较小时， 浮体所受浮力 小于自身的重力， 浮体会沿着轨道斜向下运动， 带动齿条的运动， 从而带动齿轮的旋转， 经 传动装置的转换带动发电机发电。 权利要求书 1/1 页 2 CN 110821742 A 2 一种商船船艏浮体波浪能发电装置及方法 技术领域 0001 本发明属于船舶技术领域， 涉及一种商船船艏浮体波浪能发电装置及方法。 背景技术 0002 21世纪是海洋的。

7、世纪， 人类开始将目光逐渐投向海洋， 开发海洋已经称为必然趋 势。 0003 据初步计算， 海洋能的理论储量是目前全世界各国每年耗能量的几百倍甚至几千 倍， 开发潜力巨大。 目前， 人类日常所需的能量是电能， 如何将海洋能转化为电能， 成为国内 外学者主要研究的课题。 海洋能中包含多种能量， 其中， 波浪能的能量不仅密度较高， 蕴含 的能量十分丰富， 而且波浪能的能量分布和能量强度都具有很强的规律性和可循性。 0004 在这种优势下 ， 近年来已 经相继出现了多种波浪能转换装置 ， 如 ： 专利 CN208252262U涉及一种往复式海浮子发电装置； 专利CN106337773B是一种浮子势能。

8、动能之 间相互转换获取海浪能的方法和装置， 涉及一种震荡浮子式海浪能获取方法及装置； 专利 CN 105370489B也公开一种波浪能直线发电装置， 利用浮子来捕获波浪能， 类似的发明专利 还有很多。 0005 上述发明装置都是比较典型的浮子发电装置， 都能很好地利用波浪能， 产生较好 的发电效果， 是非常不错的发明， 但是这些发电装置都是海岸附近固定式的或是在海中漂 浮发电， 不能移动。 虽然这些发电装置都是非常不错的发明， 但是却不能应用在航行中的船 舶上， 若是将其应用在船舶上， 将会大大增加船舶的航行阻力， 装置所产生的能量远远还不 能够弥补船舶克服额外阻力所消耗的船舶能量， 得不偿失。

9、。 0006 商船在海上航行， 普遍航线长， 海上航行时间长， 商船航行中遭遇的风浪天数也 多， 船舶周围有很好的波浪能资源， 如果在航行中的商船上能够开发波浪发电装置直接提 供给船舶作为部分动力， 从而降低船舶的能耗， 那么这种波浪能装置会有更好的实际意义。 加之全球的商船的船舶数量巨大， 有更好的应用市场。 0007 综上所述， 开发与设计商船波浪能发电装置有更大的现实意义。 发明内容 0008 本发明的主要目的就是可实现在船舶航行时波浪能的回收利用， 可为航行中的船 舶供电， 作为船舶航行的部分动力。 0009 本发明采用如下的技术方案： 0010 本发明的第一个目的是提供一种商船船艏浮。

10、体波浪能发电装置。 0011 一种商船船艏浮体波浪能发电装置， 包括： 浮体(1)、 浮体轨道(2)、 船体轨道(3)、 齿条(4)、 齿轮(5)、 传动机构(6)、 发电机(7)、 止荡弹簧(8)、 止荡底座(9)。 其中， 所述浮体 (1)位于船舶艏部， 水线之上， 浮体轨道(2)刚性固定在浮体(1)上， 在浮体(1)中轴线上刚性 固定齿条(4)， 这样浮体(1)可以带动齿条(4)上下往复直线运动。 0012 所述船体轨道(3)与船体刚性固定， 船体轨道(3)与浮体轨道(2)相互配合， 使得浮 说明书 1/4 页 3 CN 110821742 A 3 体(1)与船体直接有相对的往复直线运动。

11、。 0013 所述齿条(4)与齿轮(5)模数相同， 能够相互啮合， 且齿条(4)的长度稍大于浮体 (1)上下往复运动的距离， 以防齿条(4)与齿轮(5)脱离啮合 0014 所述齿轮(5)传动机构(6)相连， 传动机构(6)同时与发电机(7)相连。 0015 所述止荡弹簧(8)与止荡底座(9)刚性相连， 止荡底座(9)与船体轨道(3)刚性连 接。 0016 所述发电机(10)固定于艏楼甲板之上， 用来将回收的能量转化为电能。 0017 本发明的第二个目的就是基于上述一种商船船艏浮体波浪能发电装置， 提供了一 种商船船艏浮体波浪能发电方法， 其改进之处在于： 0018 此装置安装在船体上， 位于艏。

12、部， 水线之上， 主要包括浮体波浪能收集装置， 波浪 能转换装置以及发电装置。 0019 浮体轨道刚性固定在浮体上， 在浮体中轴线上刚性固定齿条， 船体轨道与船体相 互配合， 使得浮体与船体直接有相对的往复直线运动。 0020 在船舶航行过程中， 由于风、 浪、 流等因素的作用， 船舶发生横摇、 纵摇、 艏摇、 纵 荡、 横荡和垂荡等六个自由度的运动， 作为波浪能收集装置的浮体会时而进入水中， 时而出 水， 造成所受浮力发生变化。 0021 当浮体所受的浮力大于自身重力时， 浮体与船体之间存在相对运动， 浮体会沿着 轨道斜向上运动， 这样与浮体刚性连接的齿条也同样做直线运动， 从而带动与齿条相。

13、啮合 的齿轮转动， 齿轮经传动装置的转换， 带动发电机发电。 0022 同理， 当浮体浸没水中的体积较小时， 浮体所受浮力小于自身的重力， 浮体会沿着 轨道斜向下运动， 带动齿条的运动， 从而带动齿轮的旋转， 经传动装置的转换带动发电机发 电。 0023 进一步的， 浮体是一个曲面立体， 仅在靠近船体一侧为曲面， 其余皆是平面， 其位 于水线之上， 且迎浪的部位削尖， 但若是浮体上平面夹角过小， 会在船艏形成漩涡， 夹角过 大， 会造成迎水面太大， 减小阻力的作用不明显。 考虑到这一影响， 一般浮体夹角设为30 至 60 ， 此时装置的劈浪作用比较明显， 对船体阻力的减小幅度较大。 0024 。

14、进一步的， 止荡弹簧与止荡底座刚性相连， 止荡底座与船体轨道刚性连接， 不仅保 证浮体始终位于水线之上， 而且止荡弹簧的存在还能将浮体在下降过程中， 对止荡底座的 刚性冲击转化为柔性冲击。 0025 本发明的有益效果是： 0026 1、 本发明实现了船舶航行过程中波浪能的回收和利用， 将其转化电能， 为正在航 行中的船舶提供部分动力， 解决了航行中船舶利用波浪能的难题。 0027 2、 本发明中， 浮体位于水线之上， 船舶航行过程中不会增加额外的航行阻力， 相 反， 迎浪部位削尖， 削尖部位还能起到劈浪作用， 大大减小船舶的航行阻力， 降低了船舶的 能耗， 提升船舶的经济效益。 0028 3、。

15、 船舶航行过程中， 由于浮体较大， 加上波浪能较为丰富， 产生较大的推力， 波浪 能回收效果相当可观。 说明书 2/4 页 4 CN 110821742 A 4 附图说明 0029 图1是本发明装置示意图 0030 图2是本发明装置的轴测装配示意图 0031 图3是本发明装置浮体位于最低位置的示意图 0032 图4是本发明装置浮体位于最高位置的示意图 0033 图5是本发明装置局部放大图 0034 图6是本发明装置浮体示意图 0035 1.浮体 2.浮体轨道 3.船体轨道 4.齿条 5.齿轮 6.传动机构 7.发电机 8.止荡 弹簧 9.止荡底座 具体实施方式 0036 下面结合附图对本发明的。

16、具体实施方式进行描述， 以便能够更好的了解本发明。 0037 如图1所示， 一种商船船艏波浪能发电装置， 包括浮体(1)、 浮体轨道(2)、 船体轨道 (3)、 齿条(4)、 齿轮(5)、 传动机构(6)、 发电机(7)、 止荡弹簧(8)、 止荡底座(9)。 0038 所述浮体(1)位于艏部， 水线之上， 与浮体轨道(2)刚性固定， 在其中轴线上刚性固 定齿条(4)， 使得齿条(4)能够随着浮体(1)上下往复直线运动。 0039 所述船体轨道(3)与船体刚性固定， 船体轨道(3)与浮体轨道(2)相互配合， 使得浮 体(1)沿着该路线往复直线运动。 0040 所述齿条(4)与齿轮(5)模数相同，。

17、 能够相互啮合， 且齿条(4)的长度稍大于浮体 (1)上下往复运动的距离， 以防齿条(4)与齿轮(5)脱离啮合 0041 所述齿轮(5)传动机构(6)相连， 传动机构(6)同时与发电机(7)相连。 0042 船舶在无风浪中航行时， 本发明装置中的浮体(1)位于水线之上， 不会接触到水， 本发电装置浮体(1)不会往复运动， 不会发电。 0043 船舶在大风浪中航行时， 波浪的冲击和船艏上下振荡就会造成浮体(1)时而进入 水中， 时而出水， 所受浮力忽大忽小。 0044 本发明装置中的浮体(1)部分进入水中， 当浮体(1)的浮力大于其自身的重力时， 由于浮体(1)与浮体轨道(2)刚性连接， 船体轨。

18、道(3)与船体刚性连接， 加之浮体轨道(2)与 船体轨道(3)相配合， 浮体(1)沿着轨道斜向上运动， 带动与之刚性相连的齿条(4)也做运 动， 从而带动与之相啮合的齿轮(5)的转动。 齿轮(5)的转动带动传动装置(6)工作， 传动装 置(6)带动发电机(7)发电。 0045 同理， 当浮体(1)中浸没水中的部分较少时， 所受浮力小于自身的重力， 浮体(1)会 沿着轨道斜向下运动， 带动齿条(5)的运动， 从而通过传动装置(6)带动发电机(7)发电。 0046 另外， 本实施例也公开了一种商船船艏浮体波浪能发电方法， 使用上述装置： 0047 在船舶航行过程中， 由于风、 浪、 流等因素的作用。

19、， 船舶发生横摇、 纵摇、 艏摇、 纵 荡、 横荡和垂荡等六个自由度的运动， 作为波浪能收集装置的浮体， 会在波浪的作用下， 时 而进入水中， 时而出水， 上下往复直线运动， 通过齿轮齿条将其转化为传动轴的转动， 再经 过传动装置的转换， 带动发电机发电。 0048 进一步的， 如图6所示， 浮体是一个曲面立体， 仅在靠近船体一侧为曲面， 其余皆是 平面， 其位于水线之上， 且迎浪的部位削尖， 考虑到浮体上平面夹角 的影响： 若是夹角 过 说明书 3/4 页 5 CN 110821742 A 5 小， 会在船艏形成漩涡， 在迎风浪航行时阻力较大； 夹角 过大， 会造成迎水面太大， 减小阻 力的。

20、作用并不明显。 一般设计浮体上平面的夹角 为30 至60 ， 此时装置的劈浪作用比较明 显， 对船体阻力的减小幅度较大。 0049 进一步的， 止荡弹簧与止荡底座刚性相连， 止荡底座与船体轨道刚性连接， 不仅保 证浮体始终位于水线之上， 而且止荡弹簧的存在还能将浮体在下降过程中， 对止荡底座的 刚性冲击转化为柔性冲击。 0050 以上所述仅是本发明的优先实施方式， 但实现时不受上述实施例限制， 应当指出: 对于本技术领域的普通技术人员来说， 在不脱离本发明原理的前提下， 还可以做出若干改 进和润饰， 这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。 说明书 4/4 页 6 CN 110821742 A 6 图1 图2 说明书附图 1/4 页 7 CN 110821742 A 7 图3 说明书附图 2/4 页 8 CN 110821742 A 8 图4 说明书附图 3/4 页 9 CN 110821742 A 9 图5 图6 说明书附图 4/4 页 10 CN 110821742 A 10 。