[发明专利]一种利用船舶横摇的舷侧外板压电发电装置

说明书

本发明提出了一种利用船舶横摇的舷侧外板压电发电装置，该装置包括：固定铰支座、弹性材料、压板、垫块、压电材料和复位弹簧。本发明装置是在船舶设计之初，就将压电材料嵌入船体干舷部分的舷侧外板内，在船舶航行过程中发生横摇运动时，利用水压对压电材料进行挤压发电，产生的电能经处理后并入船舶电网，为船舶动力设备供电，实现了船舶节能减排。此外，由于船舶水线以上干舷部分沿船长方向的长度非常长，这样可以在干舷凹槽中设置非常多的本发明装置，当船舶发生横摇运动时，干舷部分浸入海水的面积非常大，造成海水对干舷部分的舷侧外板压力很大，所以，本发明可回收的能量是十分巨大的，发电效果好。

技术领域

本发明属于船舶技术领域，具体涉及一种利用船舶横摇的舷侧外板压电发电装置。

背景技术

当前，船舶数量逐渐增多，这些船舶在航行过程中，需要燃烧燃油为航行提供动力，燃烧燃油排放的二氧化碳等废气加剧了对环境的污染。因此，降低能耗和寻找新型能源成为船舶业亟待解决的问题。一些学者开始对太阳能、风能等可再生能源应用在航行船舶上进行研究，并设计出能量回收装置，这些装置均取得一定的应用效果。而波浪能作为一种在海洋中储量丰富的可再生能源，其在航行船舶上应用有着得天独厚的优势。

船舶在海洋中航行时，受波浪等因素的影响，会发生横摇、纵摇、艏摇、纵荡、横荡和垂荡六个自由度的运动，船舶的运动实质上就是这六个自由度运动的耦合，其中，船舶的横摇运动最为剧烈。

此外，随着科技进步，压电材料越来越受到重视，这种材料即使受到较小程度的机械挤压，也会在两端面间出现电压，能够将机械能转化成电能。

基于此，专利号为CN 204304833 U的中国专利公开了一种船舶用风浪压电发电装置，该专利将悬臂梁外挂在船沿上，在悬臂梁表面贴合压电片，利用波浪能和风能的作用，使得压电片发电。该专利虽然实现了对风能和波浪能的回收利用，但在船沿外挂悬臂梁进行能量回收的这种方式会造成船体严重的表面不规则，使得船体凹凸不平，破坏了船体原有的流线型，在船舶航行过程中发生横摇运动时，船沿下端的悬臂梁会增大船体与水面的接触面积，这样装有该装置的船舶航行时会产生非常大的额外阻力，导致发电装置产生的能量不足以弥补船舶因额外阻力所消耗的能量，得不偿失，因此该专利没有实施价值和创新性。

当船舶在风浪天航行发生横摇运动时，船体两侧干舷交替浸入水中，海水对两侧干舷的压力交替变化，此外，由于船舶水线以上干舷部分沿船长方向的长度很长，干舷接触的海水面积非常大，因此，海水对干舷的压力很大。

基于此，若是采取压电方式将这部分压力进行回收利用，那么这种设计将具有非常大的实际应用价值，意义巨大。

发明内容

本发明的目的是针对上述提到的问题，提出一种利用船舶横摇的舷侧外板压电发电装置，该装置是在船舶设计之初将压电材料嵌入船体两侧干舷部分的舷侧外板内，在船舶航行过程中发生横摇运动时，船舶左右两侧干舷部分会交替浸入水中，浸入水中的干舷可利用水压对压电材料进行挤压发电，产生的电能经处理后并入船舶电网，为船舶动力设备供电，实现了船舶节能减排。

本发明装置包括：固定铰支座、弹性材料、压板、垫块、压电材料和复位弹簧。

在船舶设计之初将船体两侧干舷位置开设凹槽，凹槽下边缘位于吃水线上，所述凹槽是将干舷部分的舷侧外板向内变形所得，凹槽内的舷侧外板实际为船体钢板，开设的凹槽不会对船体的整体结构强度造成破坏。所述压电材料贴合在凹槽内的船体钢板上。

所述固定铰支座设有两个，分别固定在凹槽顶部。

所述压板设于凹槽内，在压板上设有转轴，压板的转轴两端分别与两个固定铰支座配合。

所述垫块设于压板与压电材料之间，固定在压板中间位置。

所述复位弹簧位于凹槽底部位置，复位弹簧两端分别固定在压电材料与压板上。