專利名稱：減小船殼上水摩擦的高能效系統(tǒng)和方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種減小船殼上水摩擦的方法，通過一層空氣或其他氣體將船殼若沒有氣體時(shí)會(huì)與水接觸的外表面的至少一個(gè)主要部分和水分開。更具體地說，本發(fā)明涉及一種能效系統(tǒng)和方法，用來在船殼的外表面和航行其中的水之間提供并保持一層空氣。
幾年來的許多這些努力都放棄了儲(chǔ)存在壓縮空氣／氣體中的能量，壓縮空氣／氣體從船尾或船側(cè)排出，以氣泡或氣流的方式到達(dá)水面。過去已經(jīng)公開了大量的系統(tǒng)和方法，利用船殼和水之間的空氣來減小摩擦，進(jìn)而減小在水中推動(dòng)船行走的能量。以下的專利公開了這類系統(tǒng)的幾種形式美國(guó)專利號(hào)發(fā)明人
4340004Kaneil4393802Rizzo4523536Smoot4528931Lantz4926771Hull5031559Bartholomew5054412Reed等人5117882Stanford5176095Burg5476056Tokunaga等人5524568Bobst5575232KatoKaneil、Rizzo，Hull，Reed等人以及Burg的專利揭示出在船殼的外表面上利用通道或槽并向其供應(yīng)空氣或氣體來減小水與船殼的接觸面積。Hull的專利使用軸流風(fēng)扇23來供應(yīng)空氣。Bartholomew，Stanford，Tokunaga等人，Bobst和Kato等人的專利公開了在船殼的外表面上引入空氣泡或空氣膜的各種方法。其余的Smoot和Lantz的專利則涉及其他減小船殼水阻力的方法。
盡管已公布的這些專利揭示出多種給船殼外表面的至少一個(gè)部分提供空氣的方法，來減小船殼與水的接觸面積，但在允許壓縮空氣以可能的氣流或氣泡方式從船殼側(cè)面或船尾漏出到載船的水面這一點(diǎn)上，這些專利都是相同的。為了使空氣或其他氣體占據(jù)船殼和水之間的某些空間，必須在一定壓力下供應(yīng)空氣或其他氣體。如果空氣或氣體不插入水和船殼之間的話，這一壓力至少等于或大于水作用在船殼上的壓力。船殼和水之間的供入氣體的界面在水下越深，需要的壓力就越大。這樣的話，重載航行的深水船，空氣必須以很大的壓力供給到船殼下方。盡管在船殼外表面與水之間提供空氣界面可以減小其間的摩擦，然而船尾流失的壓縮空氣意味著能量的大量流失。在這種情況下盡管船在推進(jìn)其前行的能量性能方面可以改進(jìn)，但提供壓縮空氣所消耗的在船側(cè)或船尾流失的能量會(huì)大大抵消推動(dòng)船的整體能量性能的任何改進(jìn)。因此，如果壓縮空氣的流失得以避免或減到最低程度，就只需相當(dāng)少的能量來供應(yīng)壓縮空氣。
因此，最好提供一種減小船殼上水摩擦的方法和系統(tǒng)，在船殼外表面和水之間以高能效的方式提供氣體通常是空氣的界面。更具體講，最好提供這樣一種方法和系統(tǒng)，其中通常向下流向船尾的壓縮氣體得以回收，從而減小能量流失。這種流失往往是壓縮氣體在船尾泄漏。
發(fā)明簡(jiǎn)述本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種高能效方法和系統(tǒng)，用來減小船殼外表面和水之間的摩擦。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供這樣一個(gè)系統(tǒng)，其中船殼外表面和水之間的摩擦通過在其間提供一氣體或空氣界面來減小。本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供這樣一種能效系統(tǒng)，其中形成界面的壓縮氣體或空氣經(jīng)由分配開口或出口引向船頭，再由位于船尾或船側(cè)壓縮空氣或氣體流路上的收集開口或孔進(jìn)行回收，以便循環(huán)利用。壓縮空氣或氣體由分配口釋放。這樣，儲(chǔ)存于壓縮氣體中的能量得以回收，而不是以壓縮空氣氣泡或氣流的形式離開船側(cè)或船尾到達(dá)水面而發(fā)生流失。
根據(jù)本發(fā)明的減小船殼上水摩擦的一高能效方法和系統(tǒng)包括一壓縮氣體氣源和一分配系統(tǒng)。該分配系統(tǒng)包括將壓縮氣體引向船頭部位船殼外表面上的隔板的導(dǎo)氣裝置。該隔板將壓縮氣體以氣流或氣泡的方式滯留在船殼的外表面上，從而避免其升高至水面。收集裝置包括朝向船尾的孔或開口，用來回收壓縮氣體。由收集裝置回收的氣體進(jìn)行循環(huán)，通過導(dǎo)氣裝置重新流向船殼外表面。本發(fā)明的系統(tǒng)設(shè)計(jì)得不會(huì)對(duì)船的穩(wěn)定性和操作產(chǎn)生不利影響，而且不會(huì)顯著減小船的可靠性或?qū)ω浳锘蛘呷藛T的承載能力。本發(fā)明的高能效方法允許系統(tǒng)以經(jīng)濟(jì)和有效的方式進(jìn)行制造，并安裝在船上。
本發(fā)明可以使用各種產(chǎn)生壓縮氣體的方法。根據(jù)船吃水深淺，按照本發(fā)明，如果需要的話可用不同的壓力來供應(yīng)壓縮氣體。一些將隨后描述的各種隔板可用來在載船的水和船殼外表面之間保持壓縮氣體界面。另外，根據(jù)本發(fā)明，多種裝置可用來把壓縮氣體引向隔板。例如，壓縮氣體可以只引向船頭附近，或者可引向沿船長(zhǎng)度方向的多個(gè)位置。由收集裝置回收的壓縮氣體在再次將其引向隔板之前可進(jìn)行去除夾帶其中的水的處理。
假如，可在船殼上設(shè)有適宜的隔板來滯留船殼外表面和水之間的壓縮氣體界面，本發(fā)明的高能效系統(tǒng)可以應(yīng)用于任何類型的船上，這種船可以自帶動(dòng)力，或者是象駁船一樣由其他船比如拖船推進(jìn)的船。在比如駁船的無動(dòng)力船的情況下，壓縮氣體氣源可位于駁船上，還可以位于拖船上，通過合適的分配系統(tǒng)將壓縮氣體供給一個(gè)或多個(gè)駁船。除了無動(dòng)力船，本發(fā)明的方法和系統(tǒng)還可應(yīng)用在完全位于水下的船比如潛艇上。因?yàn)閴嚎s氣體大體覆蓋從船頭到船尾的整個(gè)長(zhǎng)度，本發(fā)明的方法和系統(tǒng)的效率，以及多數(shù)先前系統(tǒng)，象先前專利曾公開的系統(tǒng)的效率，將隨著船的長(zhǎng)度而增加。這樣，船越大，由本發(fā)明的方法和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的效率增益就越大。
圖3是

圖1所示船的船殼底視圖；圖3A是在圖3所示船殼下方用來導(dǎo)入空氣的結(jié)構(gòu)的放大圖；圖3B是在圖3所示船殼下方導(dǎo)入壓縮空氣的各種路徑的放大圖；圖3C是從圖3所示船的船尾處的船殼下方回收壓縮空氣的結(jié)構(gòu)的放大圖；圖4是船殼形狀不同于圖1所示船的底視圖，具有根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的減小船殼上水摩擦的高能效系統(tǒng)；圖4A是圖4所示船船頭的前視圖；圖5是另一個(gè)具有不同形狀船殼的船的底視圖，具有根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的減小船殼上水摩擦的高能效系統(tǒng)；圖5A是圖5所示船船頭的前視圖；圖6是主要針對(duì)潛艇的具有不同形狀船殼的船的底視圖，具有根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的減小船殼上水摩擦的高能效系統(tǒng)；圖6A是圖6所示船船頭的前視圖；圖6B是圖6所示船的側(cè)視圖；圖7A是另一種船的船頭右舷的側(cè)視圖，表示出船殼側(cè)壁具有根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的減小船殼上水摩擦的高能效系統(tǒng)；圖7B是圖7A所示船的局部側(cè)視圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的另一壓縮空氣回收結(jié)構(gòu)的放大圖，壓縮空氣沿船的水下表面流動(dòng)，該船具有根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的減小船殼上水摩擦的高能效系統(tǒng)；圖9是一船的局部剖視圖，表示出一種設(shè)置情況，這種設(shè)置用來建立高能效系統(tǒng)內(nèi)所需的空氣體積，該能效系統(tǒng)根據(jù)本發(fā)明用來減小船殼上的水摩擦；圖10是一船的局部剖視圖，該船設(shè)有另一實(shí)施例的收集器，該收集器具有排出分離腔中多余水的通道，并且回收沿船底部表面流動(dòng)的壓縮空氣，該船具有根據(jù)本發(fā)明的第七實(shí)施例的減小水摩擦的高能效系統(tǒng)；圖11是一船的局部剖視圖，該船設(shè)有另一實(shí)施例的收集器，用來回收沿船底部表面流動(dòng)的壓縮空氣，該船具有根據(jù)本發(fā)明第八實(shí)施例的減小水摩擦的高能效系統(tǒng)；圖12是具有V形底的船的局部剖視圖，表示出另一收集器，用來在壓縮空氣流向船殼兩側(cè)時(shí)從船底部表面處回收壓縮空氣，該船具有根據(jù)本發(fā)明第九實(shí)施例的減小水摩擦的高能效系統(tǒng)；圖13是船側(cè)壁的局部剖視圖，表示出另一收集器，用來回收沿船側(cè)壁上流動(dòng)的壓縮空氣，該船具有根據(jù)本發(fā)明第十實(shí)施例的減小水摩擦的高能效系統(tǒng)；圖14是根據(jù)本發(fā)明收集器的另一實(shí)施例，用來回收沿船底表面流動(dòng)的壓縮空氣，該船具有根據(jù)本發(fā)明第十一實(shí)施例的減小水摩擦的高能效系統(tǒng)；圖15是具有一剖開部分的船的立體圖，表示出另一收集器，用來回收沿船底表面流動(dòng)的壓縮空氣，該船殼具有根據(jù)本發(fā)明第十二實(shí)施例的減小水摩擦的高能效系統(tǒng)；圖15A是圖15所示船的側(cè)視圖，具有一剖開部分，用來表示根據(jù)本發(fā)明的收集器；圖15B是圖15A所示收集器的放大圖；圖15C是圖15A所示收集器的放大的頂部立體圖；圖16是具有另一壓縮空氣回收系統(tǒng)實(shí)施例的船的局部側(cè)視圖，該回收系統(tǒng)用在根據(jù)本發(fā)明的第十三實(shí)施例的減小水摩擦的高能效系統(tǒng)中；圖16A是圖16所示壓縮空氣回收系統(tǒng)的放大的局部剖視側(cè)視圖；圖17是具有根據(jù)本發(fā)明第十四實(shí)施例的另一減小水摩擦的高能效系統(tǒng)的船側(cè)視圖；圖17A是圖17所示船的船頭沿水面的放大剖視圖。
圖1A示出分離腔36和收集孔34。船10下方流動(dòng)的壓縮空氣54流經(jīng)多個(gè)位于分離腔36底部的收集孔34。肋50和隔板52輔助空氣流向收集孔。夾帶在空氣中的絕大部分水滯留在腔36底部的水中，而氣體則穿過水的上表面56，隨后流經(jīng)機(jī)械過濾器或漩渦分離器而將壓縮空氣與更多的水分離，如箭頭58所示，氣體然后到達(dá)靠近腔36頂部的開口60，頂部處有一從氣流中濾去水分的過濾器。傳感器62設(shè)在收集腔內(nèi)的不同高度以便指示腔內(nèi)水面56。傳感器62通過合適的控制系統(tǒng)來控制分別位于流路40和20內(nèi)的閥或調(diào)節(jié)閥42和44以及泵或風(fēng)機(jī)38?？刂崎y調(diào)節(jié)經(jīng)流路20和40流向腔36的空氣的壓力和體積。對(duì)泵或風(fēng)機(jī)38的控制以及對(duì)通過流路20和40的氣流的調(diào)節(jié)就控制了壓縮空氣經(jīng)流路22流向船頭的氣流。通過調(diào)節(jié)閥42和泵或風(fēng)機(jī)38的輸出來調(diào)節(jié)腔36內(nèi)空氣的壓力，從而使水面56保持在需要的范圍。在靠近腔36頂部處設(shè)一安全傳感器64，用來在水面56達(dá)到不需要的高度時(shí)關(guān)閉系統(tǒng)。一個(gè)振動(dòng)導(dǎo)入裝置，比如超聲波發(fā)生器65，可以設(shè)在通道30在船尾處的末端，或者設(shè)在分離腔36上，如標(biāo)號(hào)67所示。
參見圖2，2A，2B和2C下面對(duì)本發(fā)明不同形式的收集器和分離腔進(jìn)行說明。參見圖2中的右側(cè)船殼部分，由多個(gè)肋68在船底上形成多個(gè)通道66。每個(gè)通道66都設(shè)有一個(gè)收集器和一個(gè)收集分離腔36。大多數(shù)收集器和收集分離腔36在圖中示出只與一個(gè)通道接通，但也可以與兩個(gè)或多個(gè)通道接通。圖2A示出收集孔和一分離腔70的放大圖，該分離腔70經(jīng)由一對(duì)開口72和一對(duì)閥74從鄰接的通道接收氣體。這對(duì)閥74可以是調(diào)節(jié)型的。來自分離腔70的壓縮空氣經(jīng)由開口和流路37被送往風(fēng)機(jī)／泵38，風(fēng)機(jī)／泵38通過圖1所示的空氣通道22將空氣向船頭循環(huán)。根據(jù)船的基本設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的具體特征，如圖1A所示的傳感器62和64可以與每個(gè)分離腔70接通，或與一個(gè)或任意多個(gè)分離腔接通。
再參見圖2，2B和2C，根據(jù)本發(fā)明的另一種形式的收集器和收集分離腔被示出。在這種形式中，回收壓縮空氣的開口或收集器以細(xì)長(zhǎng)的控制閥76的形式出現(xiàn)，該閥可以調(diào)節(jié)到允許需要的空氣量進(jìn)入而不允許不需要的水量進(jìn)入。該開口或收集器還無需將氣流引入位于中心的收集孔中，從而減小了阻力和紊流。如前所述，空氣流入腔36中，隨后象前面實(shí)施例中描述的那樣圍繞著隔板流向流路37。圖2C是一底視圖，相對(duì)于圖2B，示出肋68，通道66，隔板78，加寬的收集孔80和氣流82。
參照?qǐng)D3，3A，3B和3C，下面對(duì)本發(fā)明的壓縮空氣分配和收集系統(tǒng)進(jìn)行更詳細(xì)的說明。圖3船的底視圖中示出了槽或通道83，槽或通道83形成于從船頭到船尾延伸的多個(gè)肋84之間。在船頭處，標(biāo)號(hào)86表示的是壓縮空氣導(dǎo)入通道的開口。由圖3A中可以看到，壓縮空氣通過多個(gè)開口或噴嘴86進(jìn)入通道中。可用流體動(dòng)力結(jié)構(gòu)88來增加加寬的開口周圍的強(qiáng)度。開口或噴嘴86的位置必須使壓縮空氣捕集入槽或通道83中，而不應(yīng)該從船頭的外輪廓漏出?？稍O(shè)置附加口90來保持空氣層的均勻一致并消除由波浪作用和振動(dòng)引起的氣流內(nèi)的不規(guī)則因素，這些不規(guī)則因素由任選傳感器92來探測(cè)。如圖3B中所示，關(guān)于開口的多種選擇由本發(fā)明的系統(tǒng)所應(yīng)用，比如用于氣泡或氣流的流體動(dòng)力開口94，和用于氣泡的小孔96或多孔材料98。開口100可拆卸使用。出口86，94，96和98可以單獨(dú)使用或彼此聯(lián)合使用。根據(jù)本發(fā)明，收集器設(shè)在船尾，用來在壓力下收集與在開口86和90處導(dǎo)入的空氣一樣多的空氣。如圖3C所示，船殼右側(cè)的槽向形成于中心處并位于槽頂部的收集孔34傾斜。隔板78將空氣輔助導(dǎo)向收集孔34。在圖3船左側(cè)的船尾處示出的另一結(jié)構(gòu)形式中，壓縮空氣通過貫穿通道寬度延伸的細(xì)長(zhǎng)槽102來收集。
參見圖4和4A，根據(jù)本發(fā)明的減小船殼上水摩擦的高能效系統(tǒng)和方法用在一只具有不同類型船殼的船上。在此實(shí)施例中，船殼底部沒有形成多個(gè)槽的彼此隔開的肋，而只有一條突起狀的肋104沿著船殼基本垂直的側(cè)壁下緣和船尾形成。壓縮空氣從船頭導(dǎo)入，如前所述通過開口106沿著船脊如圖4和4A中箭頭108所示向后流向船的兩側(cè)。如虛線110所示，收集孔或槽沿突起狀肋104的內(nèi)側(cè)設(shè)置，用來回收壓縮空氣。
在圖5和5A所示的本發(fā)明的實(shí)施例中，船殼具有中凹的底部表面112。氣體入口114設(shè)在船頭，在下凹表面以下以空氣或氣泡116的層流或流束的形式引入壓縮空氣。捕集在下凹底面112下方的空氣如箭頭118所示流向船尾。如前面說明的實(shí)施例一樣，壓縮空氣通過位于船尾的收集孔120來收集。如前所述的系統(tǒng)用來循環(huán)壓縮空氣，使之重新在船的下凹底面112下方流動(dòng)。與前面所列的本發(fā)明先前描述的實(shí)施例一樣，隔板122協(xié)助氣流導(dǎo)向，防止其從船的側(cè)面溢出。
圖6，6A和6B示出本發(fā)明的方法和系統(tǒng)應(yīng)用于比如潛艇的水下船上的情況。在船底上設(shè)置帶肋126的較平整的表面124，形成通道或槽128，經(jīng)由開口130把空氣導(dǎo)入槽128，并使空氣以層流、流束或氣泡132的形式按箭頭134的方向流向船尾。如前所述，壓縮空氣在船尾通過收集孔136收集以便循環(huán)利用。
圖7A和7B示出本發(fā)明的方法和系統(tǒng)的另一實(shí)施例，應(yīng)用于船的側(cè)壁138接近垂直的場(chǎng)臺(tái)。根據(jù)側(cè)壁的垂直高度，多個(gè)類似系統(tǒng)140一個(gè)撂一個(gè)地設(shè)置，以使用氣流覆蓋側(cè)壁。如圖7A所示，設(shè)有兩個(gè)類似系統(tǒng)140。每個(gè)系統(tǒng)140包括一個(gè)開口142和位于其下方并相互隔開的收集器144。收集在收集器144中的空氣流經(jīng)收集分離系統(tǒng)146，這在前已作了描述。從系統(tǒng)146回收的空氣由風(fēng)機(jī)148循環(huán)，并通過供給線150返回到開口142。普通或分離壓縮機(jī)，高壓儲(chǔ)存單元和有閥導(dǎo)管152用空氣對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)置，并且由于流失而需要用空氣對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)充。壓縮空氣按管頭154所示沿著船側(cè)從開口142流向收集器144。預(yù)置和補(bǔ)償所需的空氣由大氣通過進(jìn)氣裝置156來提供。應(yīng)該注意到，每個(gè)系統(tǒng)140都以不同的壓力提供氣體，這取決于開口142在水面以下的深度。
圖8是本發(fā)明另一壓縮空氣收集和分離系統(tǒng)的放大圖。壓縮空氣在水面下的船殼表面上流動(dòng)，通過壁160上的收集孔158收集，如箭頭162所示通過通道164流到收集分離腔166內(nèi)。回收的壓縮空氣通過腔166內(nèi)的出口168來循環(huán)。
圖9描繪出船170的局部剖視圖，表示出建立空氣體積的裝置172，這一裝置用在本發(fā)明的減小船殼上水摩擦的高能效系統(tǒng)中。如箭頭178所示，通過收集孔174回收的壓縮空氣流入收集分離腔176內(nèi)。壓力腔180由柔性囊182分成兩個(gè)部分。第一部分184通過開口186用支承船的水填滿。第二部分188由通道190與腔176聯(lián)通。這樣，第一部分184內(nèi)的水壓作用在柔性囊182上，該囊根據(jù)兩個(gè)部分184和188的相對(duì)壓力而伸縮，從而建立起壓縮空氣在第二部分188和腔體176內(nèi)可調(diào)節(jié)的體積。水從第二部分188出入情況如簡(jiǎn)明頭192所示。
圖10描繪出船194的局部剖視圖，表示了另一個(gè)用于本發(fā)明減小船殼上水摩擦的高能效系統(tǒng)中的分離器196。船的底部198上設(shè)有如前面實(shí)施例中描述的槽或通道200。船殼底部的船尾部分202比另一部分204低，并且設(shè)有可調(diào)節(jié)的導(dǎo)引邊緣206，用來將槽200內(nèi)流動(dòng)的壓縮空氣與槽下方的水分開。由導(dǎo)引邊緣206分離的壓縮空氣208經(jīng)由收集口210和調(diào)節(jié)閥212流到收集腔214。調(diào)節(jié)閥212調(diào)節(jié)成只接收通過槽200的空氣。通過調(diào)節(jié)氣流的體積，使之與空氣體積相當(dāng)，多余的水被禁止進(jìn)入腔214中。腔214內(nèi)設(shè)有隔板216，以防止夾帶在壓縮空氣中的水越過水面直接進(jìn)入壓縮空氣的空間中。為了輔助調(diào)節(jié)腔214內(nèi)的水面高度，腔底部的出口218與船底船尾部的排泄口222通過一流量調(diào)節(jié)器220相連。為了保持腔214內(nèi)需要的氣壓，多余的水224可從口222排出。系統(tǒng)218，220和222可以應(yīng)用于在此描述的本發(fā)明的其他實(shí)施例中。
圖11是一船226的局部剖視圖，該船具有另一結(jié)構(gòu)形式的收集器／分離器228，用來回收沿船底流動(dòng)的壓縮空氣。這一實(shí)施例也用于本發(fā)明的減小水摩擦的高能效系統(tǒng)中。在船殼234底部表面的槽232中流動(dòng)的空氣230通過開口236進(jìn)入收集腔228。通過開口236的氣體積由滑閥238調(diào)節(jié)。通過調(diào)節(jié)滑閥238，開口236可以具有足夠的開度，從而允許過量的水進(jìn)入腔228中，并從開口的船尾部流出，如箭頭240所示。盡管大量壓縮空氣可被回收，但仍可將一開口242通過流路244與腔228相連，這個(gè)開口242可以是下凹的V，貫穿形成于船底。流過開口236或者夾帶在水中與開口236的船尾部脫離的壓縮空氣將被收集在開口242，開口242可設(shè)一控制閥246。這種空氣回收系統(tǒng)可用于本發(fā)明的任意或全部實(shí)施例中。
圖12是具有V形船殼248的船的局部剖視圖，與圖4和4A中示出的相似。為了收集由隔板或脊250約束的氣體，如圖所示可制成管狀的進(jìn)氣通道252與一主流路或主管254相連，該主管如前所述為收集器／分離器提供回收的壓縮空氣。如圖10中示出的排泄口222可用來從與主管254連接的分離腔中排出多余的水，從而避免了管254和252內(nèi)的回流擾動(dòng)。
圖13是與圖7A和7B所示的船相似的船側(cè)壁256的局部剖視圖。為了收集由下凸的脊258約束的氣體，設(shè)置了進(jìn)氣通道260和主流路262，與圖12中所述的相同。
圖14是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的收集器264，用來回收沿船底表面流動(dòng)的壓縮代氣。這一收集器與圖11中所示的相似，其中設(shè)有一輔助流路用來回收壓縮空氣，而不是用主開口266來回收。輔助或回收開口268設(shè)在主開口266的尾部邊緣。該回收開口268由流路270與收集器／分離器相連?；厥臻_口268可以設(shè)一閥，考慮到安全問題，用來關(guān)閉系統(tǒng)。
圖15，15A，15B和15C示出船272。該船具有與收集腔276做成整體的漩渦分離器274。圖15B示出放大截面，而圖15C示出立體圖。進(jìn)入漩渦分離器274的壓縮空氣和夾帶的水被分離，壓縮空氣從頂部280送走，水則在底部282排走。船272圖中示出是淺水船，因此只使用一個(gè)風(fēng)機(jī)／泵284，既用來從分離器274通過流路286循環(huán)空氣，也用來壓縮從帶閥入口288流過的空氣。通過開口294流向船殼292底部表面流動(dòng)的壓縮空氣流由例如閥296的流量控制裝置來調(diào)節(jié)。同樣，從分離器274到風(fēng)機(jī)／泵284循環(huán)的氣流由例如閥298等調(diào)節(jié)器來控制。傳感器300用來控制閥290，296，298和風(fēng)機(jī)284，從而保證腔內(nèi)需要的水面高度。在此實(shí)施例中，以淺水船為例，收集器可以很容易地與船殼制成一體，可以用復(fù)合材料制造。這類整體的收集分離器可以制造并且加裝在各種形狀的船殼上，無論是淺水船還是深水船，而且可以用復(fù)合材料，鋼鐵或其他材料制造。在具有最小的氣體再分配深度的條件下，這些裝置的效率最高，而且由于其長(zhǎng)度的原因，更適合于用在高速的場(chǎng)合。整體型收集器／分離器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，是許多類船所需要的。
圖16和16A表示出深水船302。該船使用了具有機(jī)械分離器306的整體收集／分離器。最初的高壓空氣由如圖1所示出(這些圖中未表示)的高壓壓縮機(jī)提供，并由風(fēng)機(jī)／泵308來循環(huán)。該系統(tǒng)設(shè)有傳感器310來控制水面高度312。箭頭314表示空氣流動(dòng)情況。從整體收集／分離器經(jīng)由管318到達(dá)風(fēng)機(jī)／泵的氣流由控制閥320來調(diào)節(jié)。
圖17和17A示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中在淺水船322的船頭下方流動(dòng)的空氣在船殼下被截留并壓縮，然后如前所述進(jìn)行循環(huán)。如圖17A所示，緊靠水面326上方的空氣324截留在船殼下并約束在通道328中。被截留的空氣由鄰近船尾的收集／分離器330收集，然后經(jīng)由流路332循環(huán)到靠近船頭位于水面326以下的開口334。例如，收集器可位于水面326以下9英尺，開口334則位于水面326以下1或2英尺。如前面描述的實(shí)施例那樣，可設(shè)置包括傳感器和閥的調(diào)節(jié)系統(tǒng)336來控制收集器330內(nèi)的水面和流路332中的氣流。在這種情況下，船殼成為壓縮機(jī)，而空氣由流動(dòng)的水推向船尾，由于船尾比船頭更深，因而流向船尾的空氣被驅(qū)致水下更深的地方，并且被壓縮。
回顧以上所述，根據(jù)本發(fā)明的減小船殼上水摩擦的高能效系統(tǒng)主要包括壓縮空氣／氣體循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括設(shè)有過濾器的空氣／氣體入口，在需要的時(shí)候?qū)嚎s空氣引入高壓壓縮機(jī)／泵。壓縮空氣／氣體從多個(gè)點(diǎn)引入系統(tǒng)中來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)置。閥用來控制供應(yīng)線路內(nèi)的空氣／氣體流。高壓空氣／氣體引至靠近船頭水面以下處于關(guān)鍵位置的各種類型的開口處，然后經(jīng)過各種槽或通道，或者在半平整的船底下方，沿船底流向船尾，隨后在船尾處升出水面以前由開口或收集孔來回收。仍然受壓的空氣穿過收集／分離腔，而收集／分離腔按照需要，允許進(jìn)入空氣／氣體的體積發(fā)生改變。傳感器按需要驅(qū)動(dòng)用來調(diào)節(jié)收集／分離腔內(nèi)的水面的控制元件。水面的高低通過增減此處安裝的循環(huán)風(fēng)機(jī)的速度來調(diào)節(jié)，還通過打開供給閥向腔體增加新的空氣／氣體，將空氣／氣體轉(zhuǎn)送到需要的區(qū)域，或者通過開關(guān)調(diào)節(jié)閥來進(jìn)行調(diào)節(jié)。收集并分離后的壓縮空氣需要的話通過使用一高效泵／風(fēng)機(jī)來循環(huán)，這種泵／風(fēng)機(jī)產(chǎn)生足夠的正壓來迫使空氣／氣體經(jīng)由管路回到船頭穿過開口，這樣便完成了一個(gè)循環(huán)。船底與水面成一夾角、向船尾下傾的船，可在空氣向后流動(dòng)時(shí)將空氣壓縮，從而提供迫使空氣通過開口流回到船頭的需要的正壓力。
還可設(shè)置傳感器來控制關(guān)閉系統(tǒng)的安全裝置。為了安全安裝響應(yīng)來自傳感器信號(hào)而工作的閥，以調(diào)節(jié)或關(guān)閉系統(tǒng)，防止水進(jìn)入系統(tǒng)或進(jìn)入船中，而只允許氣流進(jìn)入。
可用調(diào)整囊系統(tǒng)來更有效地調(diào)節(jié)回收空氣／氣體。囊受與其處于同一高度的包圍船殼的水的壓力作用，并且在波濤洶涌的海面上船殼傾斜的時(shí)候也有助于保持需要的空氣體積。本發(fā)明適用于各種船殼結(jié)構(gòu)，包括其他平整的和半平整的船殼結(jié)構(gòu)。稍稍下凹的底部適用于多體型船殼的設(shè)計(jì)，例如雙體型船殼。
盡管已對(duì)本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例進(jìn)行了說明，多個(gè)實(shí)施例的特征的各種結(jié)合還可以形成另外的實(shí)施例。因此，列出本發(fā)明的特征的以下變化方式，將其應(yīng)用于本發(fā)明的減小船殼上水摩擦的高能效系統(tǒng)的不同形式中是很容易理解的1．循環(huán)壓縮空氣可以采用不同于前述的方式來使用。上述實(shí)施例采用了在回收壓縮空氣或氣體內(nèi)蓄能的某些方式。
2．如果需要的話可使用其他氣體而不是空氣。由于本發(fā)明的回收系統(tǒng)，氣體流失很少?？諝庖酝獾钠渌麣怏w效果可能更好，易于與水分離，或者具有防污和／或防蝕性能。
3．本系統(tǒng)可以獨(dú)立設(shè)計(jì)以適應(yīng)不同類型、不同形狀和不同尺寸船的需要。
4．本系統(tǒng)可以采用一個(gè)或多個(gè)不同長(zhǎng)度的槽或通道。
5．壓縮空氣／氣體的分配口可以在尺寸、型式和位置等方面發(fā)生改變，以便產(chǎn)生氣泡、氣流和空氣／氣體層，為每個(gè)具體船提供需要的效果。開口可以是孔眼，下凹的細(xì)長(zhǎng)孔眼、鉆孔、槽、多孔材料、薄膜或各種其他形式。也可以做成可拆卸的，以便維護(hù)和更換。
6．空氣／氣體的收集孔或開口可以在尺寸、型式、形狀和位置等方面根據(jù)系統(tǒng)本身而變化，也可以做成可拆卸的，以便維護(hù)和更換。
7．空氣／氣體的位于船下方或沿著船側(cè)的流路可以是通孔、通道、槽、過半平表面或者其他具有限制性的結(jié)構(gòu)。形成流路的隔板根據(jù)船殼的形狀而改變。
8．各種水面?zhèn)鞲衅骱蜌鈮?、水壓傳感器可以?yīng)用于本發(fā)明的具體應(yīng)用場(chǎng)合。
9．壓縮機(jī)、泵、風(fēng)機(jī)、風(fēng)扇和自動(dòng)閥門的動(dòng)力源根據(jù)可用情況和需要而改變。
10．空氣／氣體的輔助開口可設(shè)在船下或沿船側(cè)的空氣／氣體流路長(zhǎng)度方向的各種位置，以便更好地調(diào)節(jié)水和空氣／氣體的界面。
11．可在收集腔或界面區(qū)域之間設(shè)置受控流路，以便在多流路系統(tǒng)中重新分配或平衡氣流。
12．可用傳感器來監(jiān)測(cè)沿著船下、船側(cè)或船尾流路流動(dòng)的氣流。
13．單個(gè)的高壓壓縮機(jī)和／或循環(huán)風(fēng)機(jī)、泵或風(fēng)扇可用在船下或船側(cè)的多流路系統(tǒng)中。一個(gè)壓縮機(jī)或風(fēng)機(jī)可供給一個(gè)、多個(gè)或全部獨(dú)立的流路，或者每個(gè)流路可具備其自己的壓縮機(jī)或風(fēng)機(jī)。
14．收集腔內(nèi)的分離器或過濾器可協(xié)助分離水和空氣／氣體，并且在腔內(nèi)使水的運(yùn)動(dòng)最小。而且，可加入氣體或溶液形式的可降解化學(xué)物質(zhì)，輔助氣／水分離。漩渦式分離器可以位于腔體內(nèi)或腔體上，或者位于腔體和循環(huán)風(fēng)機(jī)之間，用來進(jìn)行分離。緊接收集腔之前或在收集腔內(nèi)可以引入例如由超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的振動(dòng)，以輔助均勻化氣體使之成為單一的氣團(tuán)。
15．傳感器、閥門和高壓注入裝置可用于整個(gè)系統(tǒng)中，輔助操縱空氣／氣體和預(yù)置、關(guān)閉系統(tǒng)。
16．空氣／氣體可以沿著位于船中心的脊分配，在船具有稍呈V形的船殼時(shí)，在沿船側(cè)稍稍向后的位置和船尾回收氣體，或者，在船具有呈倒V形船殼時(shí)，氣體沿兩側(cè)分配，在中心處收集。
17．有的船其側(cè)壁和船尾幾乎垂直以減小船側(cè)面或尾部的水阻力，這種情況下空氣／氣體的分配和收集可以在不同深度沿著船側(cè)或船尾來進(jìn)行。一個(gè)或多個(gè)在不同壓力下工作的系統(tǒng)彼此撂放在一起。
18．在壓縮機(jī)／泵和開口之間可設(shè)置高壓儲(chǔ)存箱，用來儲(chǔ)存和回收來自壓縮機(jī)／泵或流路的多余的空氣／氣體。
19．完全位于水下的船，比如潛艇也可使用本發(fā)明的系統(tǒng)。船在水面上工作時(shí)，任何空氣流失都會(huì)得到補(bǔ)充并儲(chǔ)存起來。
20．當(dāng)船在產(chǎn)生鹽份、銹片和碎屑的水中作業(yè)時(shí)，可設(shè)內(nèi)置維護(hù)凈化系統(tǒng)。這些系統(tǒng)可以是機(jī)械式或是高壓水或凈化液。
21．駁船類的無動(dòng)力船，壓縮空氣／氣體可從拖船上轉(zhuǎn)送過來。壓縮空氣可以回收起來以便再分配給另一艘無動(dòng)力淺水船，或者返回氣源進(jìn)行再壓縮。
22．系統(tǒng)內(nèi)氣體的體積可響應(yīng)船殼上的水壓而進(jìn)行調(diào)節(jié)。例如，使用一個(gè)柔性囊使其一端暴露在船外殼的水壓中，另一端形成儲(chǔ)存壓縮空氣／氣體的部件。
23．各種空氣壓縮機(jī)比如柱塞壓縮機(jī)、回轉(zhuǎn)壓縮機(jī)、回轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)、離心風(fēng)機(jī)、風(fēng)扇，以及船殼和其他裝置，都可根據(jù)壓力和體積的具體需要在本發(fā)明的系統(tǒng)中使用。
24．在多路系統(tǒng)中，可以設(shè)一安全系統(tǒng)，這樣船脊一側(cè)的一路關(guān)閉時(shí)，另一側(cè)與之相同的一路也將關(guān)閉，因而不會(huì)影響船的操縱。
以下將對(duì)本發(fā)明系統(tǒng)的能量效率進(jìn)行闡述。系統(tǒng)工作所需的能量取決于循環(huán)風(fēng)機(jī)、泵／壓縮機(jī)、風(fēng)扇和其他動(dòng)力裝置的需要。然而，深度每增加1英尺同時(shí)保持氣體供給的穩(wěn)定所需的能量應(yīng)使壓力增加1磅／英寸2來克服深度每降1英尺所帶來的影響。
根據(jù)本發(fā)明提供的能效系統(tǒng)，舉例說明，保證10000立方英尺／分的氣體，深度每降1英尺，需要的能量為150馬力(HP)。如下所示所需氣體量 深度 馬力+3磅／英寸2所需馬力 占10000馬(立方英尺／分)(英尺)(HP) (HP)(HP)力的百分比10000位于 1 150 450 600 6．010000位于 2 300 450 750 7．510000位于 4 750 450 120012．010000位于 8 1200 450 165016．510000位于 162400 450 285028．510000位于 324800 450 525052．510000位于 649600 450 10050 100．5每個(gè)深度所需的額外的450馬力提供另外3磅／英寸2正壓，用來克服外船殼表面上的水壓和補(bǔ)償空氣散失。所需額外馬力的多少根據(jù)具體使用系統(tǒng)而變化。
大型船需要大于等于10000立方英尺／分的空氣／氣體來產(chǎn)生沿船側(cè)或船殼下方流動(dòng)的所需氣流。如果空氣／氣體內(nèi)的能量在船側(cè)和船尾散失的話，落入水下32英尺深的船所需功率如上所示為5250馬力，以便產(chǎn)生和分配所需的10000立方英尺／分氣體。然而在工作中，使用本發(fā)明的循環(huán)系統(tǒng)，只需要將空氣／氣體下壓約2英尺深度的功率。也就是從水下30英尺的高度，即分離腔內(nèi)的水面高度返回到位于32英尺深處的開口。這樣的話，在這個(gè)例子中，所需功率僅為750馬力，除此之外，如果不設(shè)空氣隔板，還需額外的功率來補(bǔ)償船尾處的空氣／氣體的微量流失。該額外功率在沒有本發(fā)明的能效系統(tǒng)時(shí)小于所需總功率的10％。
舉例來說，設(shè)想有一只船，吃水32英尺，有10000馬力的可用功率，需要10000立方英尺／分的空氣／氣體。在沒有本發(fā)明的空氣／氣體循環(huán)措施的情況下，如果在19．25％或1925馬力儲(chǔ)存在系統(tǒng)中時(shí)有效增益大于10％，且需52．5％的功率或5250馬力的功率來在32磅／英寸2壓力下供給氣體，就會(huì)有33．25％或者3325馬力的名義功率損失，儲(chǔ)存的功率小于提供空氣所需的功率。然而在具有本發(fā)明的循環(huán)措施時(shí)，在17．5％或1750馬力下效率損失為10％，只有7．5％或750馬力用來再壓縮氣體，這樣名義節(jié)省值為10％或1000馬力。在這一例子中，根據(jù)本發(fā)明的氣體循環(huán)節(jié)省功率將在大約2．2英尺的深度或再分配深度小于10％時(shí)開始發(fā)揮作用。無本發(fā)明系統(tǒng)的船在較大水深的情況下很快就變得效率低下，降了位于9．83英尺以上的單個(gè)位置，否則會(huì)產(chǎn)生效率損失而不是效率增益。使用本發(fā)明的系統(tǒng)節(jié)能的多少取決于循環(huán)系統(tǒng)迫使空氣／氣體通過開口到達(dá)船表面對(duì)其進(jìn)行再分配的水下深度。前述的例子中再分配深度為2英尺。
當(dāng)然使用本發(fā)明的系統(tǒng)所節(jié)省的能量隨每種應(yīng)用場(chǎng)合而改變，下面是使用本發(fā)明的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)能量節(jié)省的一個(gè)示意無循環(huán)系統(tǒng) 有循環(huán)系統(tǒng)馬力儲(chǔ)存 1925馬力1750馬力減去系統(tǒng)能耗-5250馬力 -750馬力等于凈節(jié)省或損耗-3325馬力 +1000馬力占10000馬力的百分?jǐn)?shù)33．25％損耗10％節(jié)省由本發(fā)明的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的總能量節(jié)省根據(jù)船殼結(jié)構(gòu)的不同而使每個(gè)應(yīng)用場(chǎng)合的結(jié)果都不同，船身越長(zhǎng)吃水越深的船獲益最大。有些船可實(shí)現(xiàn)節(jié)能25％以上。前面的便子只用來說明潛在的能量節(jié)省，實(shí)際的能量節(jié)省隨具體應(yīng)用而改變。本發(fā)明的系統(tǒng)通過使用較小的再分配深度可用在底部吃水只有幾英尺的輕型半規(guī)劃(semi-planning)船上，優(yōu)勢(shì)明顯。使用圖15A，15B，15C，16A和17所示的收集／分離系統(tǒng)，這一度可以小到幾個(gè)英寸。
盡管對(duì)本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例進(jìn)行了說明，但對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說應(yīng)該清楚，前面說明的只應(yīng)看作是根據(jù)本發(fā)明的減小船殼上水阻力的高能效系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例。根據(jù)本發(fā)明減小船殼上的水阻力是通過在船殼和水之間設(shè)置空氣或其他氣體的氣流來實(shí)現(xiàn)的，通過收集和循環(huán)船殼下流動(dòng)的壓縮空氣或氣體避免了儲(chǔ)存在其中的能量的流失，從而提高了效率。在此使用的氣休包括空氣或其他混合氣體。盡管在此列出的是空氣，但應(yīng)該理解如果在某些場(chǎng)合有特別的需要，其他任何氣體都可取而代之。依照專利法，在不脫離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和范圍的條件下，可以對(duì)減小船殼水阻力高能效的本方法和系統(tǒng)進(jìn)行改變。所附權(quán)利要求意欲含蓋所有落入本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)的這些改變或修改。
權(quán)利要求
1．一種減小船在水中行進(jìn)時(shí)船殼和水之間摩擦的系統(tǒng)，包括A．壓縮氣體的氣源，B．分配系統(tǒng)，所述分配系統(tǒng)從所述壓縮氣體的氣源接收壓縮空氣，并且將其分配到船殼的外表面，從而在船殼的外表面和水之間提供一氣體界面，C．壓縮氣體回收裝置，用來在壓縮氣體流過船殼的外表面后將其回收，D．循環(huán)裝置，用來將回收的壓縮氣體返送回分配系統(tǒng)，這樣船殼外表面和水之間的摩擦減小了，壓縮氣體中的能量也得以回收。
2．如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征為，壓縮氣體被分配到靠近船頭的船殼外表面。
3．如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征為，壓縮氣體回收裝置靠近船尾設(shè)置。
4．如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征為，船殼的外表面上設(shè)有隔板，防止壓縮氣體流到行船的水體的上表面。
5．如權(quán)利要求4的系統(tǒng)，其特征為，所述隔板形成通道，用來將壓縮氣體的氣流從船頭導(dǎo)向船尾。
6．如權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其特征為，所述回收裝置包括一個(gè)控制閥，該閥位于每個(gè)所述通道的船尾端，用來調(diào)節(jié)回收的壓縮氣體的氣流。
7．如權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其特征為，每個(gè)所述控制閥提供的氣流流路的寬度基本上與對(duì)應(yīng)的所述通道的寬度相同。
8．如權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其特征為，所述壓縮氣體的氣源是船頭通道內(nèi)的截留空氣部分。
9．如權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其特征為，設(shè)置滑閥來調(diào)節(jié)從所述通道到所述壓縮氣體回收裝置的壓縮氣體的氣流。
10．如權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其特征為，每個(gè)所述通道都設(shè)有一回收裝置。
11．如權(quán)利要求4的系統(tǒng)，其特征為，所述隔板用來將來自船頭的壓縮氣體的氣流導(dǎo)向船尾。
12．如權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其特征為，所述壓縮氣體回收裝置包括位于船尾處的船殼的第一部分，該部分在所述通道下方延伸，形成隔板，將壓縮氣體導(dǎo)向位于每個(gè)通道船尾端的收集孔。
13．如權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其特征為，所述船殼的第一部分包括位于可調(diào)節(jié)部分的引導(dǎo)邊，該引導(dǎo)邊可進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而將槽內(nèi)的壓縮氣體與位于槽下的水分離。
14．如權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其特征為，設(shè)置滑閥來調(diào)節(jié)從所述通道到所述壓縮氣體回收裝置的壓縮氣體的氣流。
15．如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征為，所述壓縮氣體通過船頭處船殼內(nèi)的多個(gè)孔來分配到船殼的外表面。
16．如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征為，所述壓縮氣體回收裝置包括分離裝置，用來將夾帶的水與回收的壓縮氣體分離。
17．如權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其特征為，設(shè)置隔板來防止夾帶在回收的壓縮氣體中的水直接進(jìn)入位于分離腔頂部的壓縮氣體中。
18．如權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其特征為，設(shè)置有一流路來從靠近船尾的所述分離腔將水排出，所述回收的壓縮氣體不通過該流路進(jìn)入所述壓縮氣體回收裝置。
19．如權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其特征為，所述壓縮氣體回收裝置包括一分離腔，在該腔內(nèi)回收的壓縮氣體與夾帶的水分離。
20．如權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其特征為，一過濾器設(shè)在從所述分離腔到所述回收裝置的流路上。
21．如權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其特征為，一壓力腔內(nèi)設(shè)有一柔性囊，將壓力腔分成第一和第二兩部分，所述第一部分受在壓力腔高度的船殼上的水壓作用，而所述第二部分與所述分離腔聯(lián)接，根據(jù)所述第一部分內(nèi)的水壓來調(diào)節(jié)所述第二部分和所述分離腔內(nèi)氣體的合成體積。
22．如權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其特征為，設(shè)有氣流控制裝置來調(diào)節(jié)回收的壓縮氣體進(jìn)入所述腔的氣流。
23．如權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其特征為，所述腔內(nèi)的水面高度響應(yīng)所述腔內(nèi)的水面?zhèn)鞲衅鱽碚{(diào)節(jié)。
24．如權(quán)利要求19的系統(tǒng)，其特征為，在所述壓縮氣體氣源和所述腔之間設(shè)有一流路，以保持所述腔內(nèi)所需的氣體體積和壓力。
25．如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征為，所述循環(huán)裝置包括一壓力平衡裝置，在所述壓縮氣體返送回所述分配系統(tǒng)時(shí)，平衡所述回收的壓縮氣體和所述氣源之間的壓力。
26．如權(quán)利要求25的系統(tǒng)，其特征為，所述壓力平衡裝置是風(fēng)機(jī)／泵。
27．如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征為，將氣流控制裝置設(shè)在所述分配系統(tǒng)中。
28．如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征為，船殼具有一基本平整的底部，該底部上設(shè)有所述分配系統(tǒng)，將壓縮氣體分配到船頭處平整底部的外表面，從而在水和平整底部之間提供一氣體界面，所述壓縮氣體回收裝置在船尾回收壓縮氣體。
29．如權(quán)利要求28的系統(tǒng)，其特征為，船是潛艇類船。
30．如權(quán)利要求28的系統(tǒng)，其特征為，船尾處船殼的一個(gè)部分比所述平整底部的外表面低，所述氣體回收裝置通過一些孔來回收壓縮氣體，這些孔位于所述平整底部的船尾端和船尾處船殼的所述部分之間，該船尾處的船殼部分比平整底部的外表面低。
31．如權(quán)利要求28的系統(tǒng)，其特征為，所述分配系統(tǒng)還在船頭和船尾之間的一個(gè)或多個(gè)額外位置上將壓縮氣體分配到平整底部的外表面。
32．如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征為，所述船殼具有一下凹的船底，所述分配系統(tǒng)在船頭將壓縮氣體分配在下凹底部的外表面上，從而在其與水之間提供氣體界面，所述壓縮氣體回收裝置在船尾回收壓縮氣體。
33．如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征為，一部分船殼由基本垂直的側(cè)壁形成，分配系統(tǒng)接收來自所述氣源的壓縮氣體，并將其通過側(cè)壁上的孔分配到垂直側(cè)壁的外表面上，所述壓縮氣體回收裝置用來回收側(cè)壁上位于分配壓縮氣體的孔上方的壓縮氣體。
34．如權(quán)利要求33的系統(tǒng)，其特征為，所述孔沿側(cè)壁從船頭到船尾基本水平成排延伸，所述氣體回收裝置也基本從船頭到船尾水平延伸。
35．如權(quán)利要求33的系統(tǒng)，其特征為，分配氣體的多排水平延伸的孔在船側(cè)壁上彼此垂直隔開，除了最高那一排氣體回收裝置，多排氣體回收裝置位于每排孔的上方并且恰好位于更高一排氣體分配孔的下方。
36．如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征為，所述壓縮氣體回收裝置包括船尾處船殼的第一部分，該部分在船殼外表面的前部之下延伸，氣體界面便設(shè)在此船殼外表面上，壓縮氣體通過至少一個(gè)孔回收，該孔緊鄰所述第一部分的船頭側(cè)。
37．如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征為，所述壓縮氣體回收裝置包括一漩渦分離器，把回收的壓縮氣體與夾帶的水分離。
38．如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征為，所述壓縮氣體氣源還接收所述回收的壓縮空氣。
39．如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征為，設(shè)置有氣流控制裝置來調(diào)節(jié)通過所述分配系統(tǒng)的壓縮氣體氣流。
40．如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征為，所述壓縮氣體回收裝置包括一振動(dòng)引入裝置，促使壓縮氣體的氣泡均勻一致。
41．在具有船殼的船中，所述船殼用來將船支承在具有上表面的一水體中，至少船殼外表面的第一部分位于水體上表面以下，一種用來減小該第一部分上水摩擦的系統(tǒng)包括一壓縮氣體氣源，一分配系統(tǒng)，所述分配系統(tǒng)接收來自所述氣源的壓縮氣體，并且將其在水體的上表面以下船尾以前鄰近所述船殼外表面的第一部分放出，設(shè)在所述船殼外表面的所述至少第一部分上的一隔板，用來滯留緊挨船殼外表面的壓縮氣體，一收集裝置，靠近船尾布置，而不是緊鄰船殼外表面的所述第一部分放出壓縮氣體的地方布置，以便在壓縮氣體流向船尾時(shí)收集由所述隔板滯留的壓縮氣體，一管路系統(tǒng)，用來將收集的壓縮氣體返送回所述分配系統(tǒng)以便循環(huán)利用，船殼外表面和水之間的摩擦減小了，壓縮氣體中的能量也得以回收。
42．如權(quán)利要求41的系統(tǒng)，其特征為，所述隔板形成多個(gè)從船殼外表面的所述至少第一部分突出的脊，并且這些脊在船頭和船尾之間延伸。
43．在具有船殼的船中通常與水接觸的船殼的外表面，包括一壓縮氣體的氣源，用來在壓力下向通常與水接觸的船殼外表面提供氣體，一隔板，在壓縮氣體從船頭向船尾流動(dòng)時(shí)，用來滯留與船殼外表面接觸的壓縮空氣，一朝向船尾的氣體收集裝置，用來收集壓縮氣體，該壓縮氣體來自所述氣源，由所述隔板滯留，并且流向船尾，一管路系統(tǒng)，用來把收集的壓縮氣體返送回船頭，與氣源提供的壓縮空氣相結(jié)合，再一次供給通常與水接觸的船殼外表面。
44．一個(gè)船殼，其外表面通常與水接觸，并且設(shè)有隔板，用來限制壓縮氣體的氣流，該壓縮氣體氣流沿著船殼的至少一個(gè)位于水下部分的外表面流動(dòng)，隔板還用來防止所述壓縮氣體泄漏到水面以上，該船殼包括一壓縮氣體氣源，用來在壓力下向船頭給所述隔板提供氣體，一朝向船殼尾部的壓縮氣體收集裝置，用來收集壓縮氣體，該壓縮氣體來自所述氣源，通過所述隔板流向船殼尾部，一管路系統(tǒng)，用來把收集的壓縮空氣返送回船殼頭部，與氣源提供的壓縮氣體一起供給所述隔板。
45．一種減小船殼上水摩擦的高能效方法，包括以下步驟A．產(chǎn)生壓縮氣體的供給量，并將其提供給一分配系統(tǒng)，B．從分配系統(tǒng)中將壓縮氣體釋放到船下的船頭處，C．釋放出的壓縮氣體緊貼船殼的外表面流向船尾，從而在船殼外表面和水之間提供一氣體界面，D．在船尾處回收壓縮氣體，E．由分配系統(tǒng)循環(huán)回收的壓縮氣體。
46．如權(quán)利要求45的方法，其特征為，所述回收壓縮氣體的步驟包括將夾帶的水與回收的壓縮氣體進(jìn)行分離的步驟。
47．如權(quán)利要求45的方法，其特征為，所述壓縮氣體的釋放步驟包括調(diào)節(jié)壓縮氣體氣流的步驟，該調(diào)節(jié)步驟提供一優(yōu)化的氣體必需量，從而在船殼的外表面和水之間提供需要的氣體界面。
48．如權(quán)利要求45的方法，其特征為，所述產(chǎn)生壓縮氣體供給量的步驟包括在必需的壓力下供給壓縮氣體的步驟，從而將其在船頭以下釋放。
49．如權(quán)利要求45的方法，其特征為，所述循環(huán)回收后的壓縮氣體的步驟包括進(jìn)一步壓縮回收的壓縮氣體的步驟，使其壓力達(dá)到從供給源提供給分配系統(tǒng)的壓縮氣體的壓力。
50．如權(quán)利要求45的方法，其特征為，所述循環(huán)回收氣體的步驟包括儲(chǔ)存大量回收的壓縮氣體的步驟，以便將夾帶的水從中分離。
51．如權(quán)利要求45的方法，其特征為，通過形成在船殼外表面上的通道而將釋放的氣體導(dǎo)向船尾。
全文摘要
一種減小船(10)的船殼上水摩擦的高能效系統(tǒng)。船(10)的通常與水接合的外表面與水的接觸通過關(guān)鍵性地將壓縮空氣或氣體引入并覆蓋到該外表面上而減弱。壓縮空氣田各種槽(30)、通道(66)或半平整表面(124)滯留在外表面上,這些槽、通道或半平整表面沿船底長(zhǎng)度,有些應(yīng)用場(chǎng)合下是沿垂直側(cè)壁的長(zhǎng)度延伸,從而防止氣流到達(dá)水面。壓縮氣體或空氣在流出船尾或船側(cè)以前被回收,并通過能效循環(huán)系統(tǒng)(34,36,37,38)的裝置循環(huán)到船頭,從而回收了從船頭流向船尾的壓縮空氣或氣體內(nèi)的能量。船殼越大,吃水越深,通過壓縮空氣或其他氣體的循環(huán)所實(shí)現(xiàn)的效率就越高。
文檔編號(hào)B63B1/38GK1280540SQ98811727
公開日2001年1月17日 申請(qǐng)日期1998年12月2日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月2日
發(fā)明者丹尼爾·J·瑋珀 申請(qǐng)人:丹尼爾·J·瑋珀