阅读说明：本技术 船体推进机构 (Ship body propelling mechanism ) 是由 加森纪良 于 2018-07-31 设计创作，主要内容包括：船体推进机构1包括：船体部2；风力叶片部3,其设置在船体部2的顶部,具有用于接受风力的帆,并利用风力获得旋转动力；轴,其用于支承风力叶片部3,并用作传递风力叶片部3的旋转动力的旋转轴；水泵部5,其利用轴的旋转动力使水循环；以及发动机部6,其利用从水泵部5循环的水的水压使螺旋旋转,从而获得船体的推进力。通过此结构,船体推进机构1能够不使用化石燃料而维持对船体的较大推进力。(The hull propulsion mechanism 1 includes: a hull part 2; a wind power blade unit 3 which is provided on the top of the hull 2, has a sail for receiving wind power, and obtains rotational power from the wind power; a shaft that supports the wind blade unit 3 and serves as a rotation shaft that transmits rotational power of the wind blade unit 3; a water pump section 5 that circulates water by using rotational power of a shaft; and an engine unit 6 that obtains propulsion of the hull by rotating the screw using the water pressure of the water circulated from the water pump unit 5. With this structure, the hull propulsion mechanism 1 can maintain a large propulsion force to the hull without using fossil fuel.)

船体推进机构

技术领域

本发明涉及一种船体推进机构，特别是涉及一种不使用化石燃料就能够得到足够的推进力的船体推进机构。

背景技术

以往，作为船体的推进机构，大多是这样的结构：旋转轴上设置有固定螺距方式或可变螺距方式的螺旋，通过使用化石燃料的电动机或内燃机等驱动该旋转轴，从而得到对船体的推进力。用于船的推进能量的化石燃料，热效率也高，主要使用的C重油是极低质且廉价的燃料，具有容易在需要24小时运行的船舶等中利用的优点。

在以往的船体推进机构中，重视推进时的化石燃料的能量效率，以更少的能量有效地获得推进力的机构，则一直处在研究中。作为该示例，例如公开了一种轴流压缩机构，其在上游侧进气口的流入口设有螺旋，在其后段设有对数螺旋形状叶片，进而在其后段设有用以压缩空气的轴流叶轮(例如，参照专利文献1)。此外，还公开了一种各螺旋的涡流互不干涉从而船舶推进力得到提高的船舶推进机构(例如，参照专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开2015-107794号公报

专利文献2：特开2009-67213号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，在以往的船体推进机构中，存在着作为用于产生螺旋的驱动力的能源而使用石油等化石燃料的根本问题。特别是，近年来，由于使用化石燃料而引起的地球变暖等环境问题日益严重。

因此，对于实现能够削减化石燃料的使用、甚至完全不使用化石燃料就能够得到充分的推进力的船体推进机构，今后将具有庞大的需求是毋庸置疑的。

本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供一种，不使用化石燃料就能够获得较大的船体推进力的。

解决课题的手段

为了实现上述目的，本发明提供的船体推进机构，其特征在于，包括：船体部；风力叶片部，其设置在所述船体部的顶部，并具有用于接受风力的帆，利用风力获得旋转动力；轴，其支承所述风力叶片部，并用作传递所述风力叶片部的旋转动力的旋转轴；水泵部，其利用所述轴的旋转动力使水循环；以及发动机部，其利用从所述水泵部循环的水的水压使螺旋旋转，从而获得船体的推进力。

在该船体推进机构中，优选地，还包括：齿轮部，其与所述轴连接，并转换该轴的旋转动力的旋转方向；以及离合器部，其设置在所述齿轮部与所述水泵部之间，并进行用于将所述齿轮部的旋转动力向所述水泵部传递或切断此传递的调节。

在该船体推进机构中，优选地，所述发动机部，包括：大致圆筒形状的盖体部，其设置在所述船体部的船底；螺旋部，其设置在所述盖体部内；以及配管路径，其用于将由所述水泵部加压后的水向所述螺旋部的外周面喷出，该螺旋部具有：螺旋滚筒部，其呈大致圆筒形状，通过轴承可旋转地被支承于所述盖体部的内壁；以及多个翅片，其一端侧连接固定在所述螺旋滚筒部的内壁上，并能够随着所述螺旋滚筒部的旋转而旋转，所述螺旋滚筒部，优选地，通过在其外周面上设有在与旋转方向正交的方向上并列设置的多个凸形状的分隔壁、而被划分为多个区域，由所述水泵部加压后的水经由所述配管路径向该分隔壁喷出，通过此时产生的旋转力使得所述螺旋滚筒部与所述翅片一体旋转。

在该船体推进机构中，优选地，所述螺旋部，在所述盖体部内多级连续地并列设置。

在该船体推进机构中，优选地，在所述螺旋部的翅片的另一端侧上，插通固定有圆筒形状的气缸，在该气缸的开口部设置有沿船体的推进方向延长的整流部，以将水流集中到所述翅片。

在该船体推进机构中，优选地，所述配管路径至少包括：用于向所述螺旋部向左旋转的方向喷水的左方向配管路径、以及用于向所述螺旋部的向右旋转的方向喷水的右方向配管路径。

在该船体推进机构中，优选地，所述左方向配管路径和右方向配管路径设置成，水的喷出角度相对于所述螺旋滚筒部为锐角。

在该船体推进机构中，优选地，在所述螺旋滚筒部上设有排出口，该排出口用于将喷出到由所述分隔壁形成的区域内的水排出到该区域之外。

在该船体推进机构中，优选地，所述船体推进机构还包括：发电部，其利用所述轴的旋转动力进行发电；蓄电部，其对由所述发电部产生的电力进行蓄电；电动机部，其利用在所述蓄电部中蓄电的电力来驱动所述水泵部；操作部，其具有在利用所述电动机部驱动所述水泵部、还是利用来自所述轴的旋转动力驱动所述水泵部之间进行切换的功能；以及起动电动机部，其在船体起动时，利用在所述蓄电部中蓄电的电力、提供所述风力叶片部起动时的旋转动力。

发明效果

本发明提供的船体推进机构，其包括：船体部；风力叶片部，其具有用于接受风力的帆，并利用风力获得旋转动力；轴，其用作传递风力叶片部的旋转动力的旋转轴；水泵部，其利用轴的旋转动力使水循环；以及发动机部，其利用从水泵部循环的水的水压使螺旋旋转，从而获得船体推进力。通过此结构，本发明提供的船体推进机构，不使用化石燃料就能够获得足够的船体推进力。

附图说明

图1是实施方式提供的船体推进机构的整体结构的示意图。

图2中的(a)和(b)是设置在上述船体推进机构中的船体的骨架结构的一个示例的示意图。

图3中的(a)表示设置在上述船体推进机构中的发动机部向船体部安装时的安装结构的正面立体图；(b)表示上述发动机部向船体部安装时的安装结构的背面立体图。

图4是设置在上述发动机部中的螺旋部的立体图。

图5中的(a)是上述发动机部的侧面透视图；(b)是上述发动机部的正视图。

图6是在上述发动机部中产生的推进力的说明图。

图7是用于说明在上述发动机部中产生的推进力的示意图。

图8示出了上述船体推进机构的整体结构图。

图9是示出了设置在上述船体推进机构中的水泵部的驱动源的选择步骤的流程图。

具体实施方式

将参考说明书附图，对本发明实施方式提供的船体推进机构进行说明。图1所示的船体推进机构1，例如是用作集装箱船、客船的船体，其没有搭载利用化石燃料产生推进力的发动机，而是通过特征性的发动机结构有效地利用风力来得到船体的推进力。

如图1和图2所示，船体推进机构1包括：具有不沉结构的船体部2、风力叶片部3、轴部4、水泵部5和发动机部6。

船体部2，实际上是通过在图2所示的金属制(铁制)骨架的表面上安装钢板而构成的。风力叶片部3，设置在船体部2的顶部(在本图中为两个位置)，并具有用于接受风力的多个帆3a，利用该风力来获得旋转动力。轴部4是旋转轴，其支承风力叶片部3并且传递风力叶片部3的旋转动力。水泵部5，是利用轴部4的旋转动力而使水循环的动力部。发动机部6，通过从水泵部5循环的水的水压(高压水流)使螺旋部旋转来获得船体推进力。另外，水泵部5所使用的加压流体不限于水，也可以是其他流体。

发动机部6，通常设置在船体部2的底部。作为设置的位置，通常是船体部2的行进方向的后方侧，但也可以设置在前方侧。特别是，在船体规模较大的大型船的情况下，就提高船的操作性这一点而言，将发动机部6设置在前方更为有效。在图2中，船体部2的船底配置有4个发动机部6。

另外，本实施方式提供的船体推进机构1，也可以考虑利用GPS(GlobalPositioning System)、使用红外线等的障碍物检测传感器、海底声纳等各类传感器，通过无导航(pilot)、自动操舵系统来实现航行。

船体推进机构1，不需要装备化石燃料用的燃料箱(压载)和非常大型且有重量的化石燃料系发动机，能够实现相当明显的轻量化。具体地，船体部2可以是，尺寸例如为L70m×W35m、Max(Height)13m、排水量7000t、最大载荷7500t、无发动机、无驾驶员的全自动操舵。对于船体部2的推进力，在发动机部6的直径为2000mm的情况下，通过使用20台发动机部6，实现速度为20knot的航行。另外，用于确定船体推进力的发动机设计和船体设计多种多样，并不限定于此。

接着，将参照图3至图5，对设置在船体推进机构1中的发动机部6的详细结构进行说明。

如图3所示，发动机部6包括：大致圆筒形状的盖体部61，其以不能旋转的方式设置在船体部2的船底；螺旋部62，其设置在盖体部61内；以及配管路径(在图3中未图示)，其用于将由水泵部5加压后的水向螺旋部62的外周面喷出。换言之，发动机部6，在大致圆筒形状的盖体部61的内侧收纳有多个螺旋部62，并通过托架21等安装于船底。盖体部61的前面和后面开口以允许海水透过，使来自水泵部5的水发生循环的配管路径连通至盖体部61的内部。

图4是设置在发动机部6中的螺旋部62的细节的立体示意图。螺旋部62，包括螺旋滚筒部62a和翅片62b。螺旋滚筒部62a，是通过轴承可旋转地被支承在盖体部61的内壁的、大致圆筒形状的构件。更详细地，螺旋滚筒部62a，具有中心侧的圆筒和位于该圆筒的外周面的两个圆环状构件，在这两个圆环状构件之间的槽部设有分隔壁62e。翅片62b是，其一端侧(外侧端)连接固定在螺旋滚筒部62a的内壁上、能够随着螺旋滚筒部62a的旋转而旋转的多个翅片。另外，翅片62b的形状是多种多样的，不限于本图中所示的形状。

更详细地，螺旋部62具有多个翅片62b，在本实施方式中为8片，并且该翅片62b设置在螺旋滚筒部62a的圆环的内侧。例如，如图4所示，翅片62b的外侧的端部插入固定部62c中而一体固定，该固定部62c是与设置在螺旋滚筒部62a的内周侧的翅片62b的形状相配合而形成的凹部。另外，优选将螺旋滚筒部62a与翅片62b一体成型。

此外，在螺旋部62的翅片62b的另一端侧(旋转中心侧)，插通固定有圆筒形状的气缸62d，在该气缸62d的开口部设置沿船体的推进方向延长的整流部7，以将水流集中到翅片62b。

如图4所示，螺旋滚筒部62a，其外周面上具有在与旋转方向正交的方向上以预定间隔并列设置的多个凸形状的分隔壁62e，从而被划分为多个区域。并且，如图5所示，水经由配管路径51喷出到该分隔壁62e，该配管路径51用于将由水泵部5加压后的水向螺旋滚筒部62a的外周面喷出。另外，通过此时产生的旋转力，螺旋滚筒部62a与翅片62b一体旋转(即，螺旋部62旋转)，从而得到船体推进力。通过这种结构，可以不使用化石燃料、或者通过基于较以往的船舶而极少的化石燃料的电能，来获得较大的船体推进力。

另外，将螺旋部62可旋转地保持在盖体部61的内部的结构有很多。作为一个示例，如图5中的(a)所示，在盖体部61的内壁形成圆环状的槽部，嵌入螺旋滚筒部62a的外侧面，并且在螺旋滚筒部62a与盖体部61的槽部之间夹设轴承63。通过这种构造，螺旋滚筒部62a可旋转地支承于盖体部61。轴承63例如以约0.5mm的单位设置在其与螺旋滚筒部62a之间的前面侧和后面侧这两面上。

用于将由水泵部5加压后的水向螺旋滚筒部62a的外周面喷出的配管路径51，如图5中的(b)所示，包括左方向配管路径51a和右方向配管路径51b。左方向配管路径51a被设置成，喷水以使得螺旋部62相对于船体1的行进方向而向左侧旋转。并且，右方向配管路径51b被设置成，喷水以使螺旋部62相对于船体1的行进方向而向右侧旋转。在本实施方式中，成对的左方向配管路径51a和右方向配管路径51b配置在间隔180度的相对位置上，左方向配管路径51a、右方向配管路径51b的喷出口设置成彼此朝向相反方向。

此外，左方向配管路径51a和右方向配管路径51b设置成相对于螺旋滚筒部62a，加压流体喷出的角度为锐角，更优选为切线方向。这里所谓的锐角是指，以构成圆环形状的螺旋滚筒部62a的周壁的切线为基准，切线与从配管路径51喷出的水的喷出方向之间的角度为90度以下。当水垂直地喷到螺旋滚筒部62a时，由于在螺旋滚筒部62a上难以产生旋转力，因此通过这样调节角度，螺旋滚筒部62a容易通过水而获得旋转力。

从配管路径51喷出的水，喷向靠近配管路径51的喷出孔的螺旋滚筒部62a的一个区域，喷出的水对分隔壁62e施加旋转力。由此，螺旋滚筒部62a和固定至螺旋滚筒部62a的翅片62b向任一方向旋转，船体1则前进或后退。

当螺旋滚筒部62a旋转时，从配管路径51喷出的水则喷向下一个区间内，这样会依次对螺旋滚筒部62a施加旋转力。而且，当螺旋滚筒部62a旋转而到达相对的配管路径51的位置时，通过配管路径51向螺旋滚筒部62a内的各区域喷出的水就循环到螺旋滚筒部62a外。

另外，作为发动机部6和螺旋部62的材料可以考虑使用被称为聚氧乙烯(PolyOxyMethylene)的热塑性塑料树脂。该树脂的耐冲击性和耐磨损性优异，也适于批量生产，特别是比重为1.1左右，因此与常规相比，能够非常轻量地构成发动机部6。

发动机部6，如图6和图7所示，尤其是在盖体部61的内侧，多级连续地并列设置有螺旋部62。从水泵部5经由配管路径51对螺旋部62的外周面施加相同的水压。但是，在该结构中，螺旋部62的转速越靠近水流的后段位置越快。例如，在图7所示的4个螺旋部62的情况下，位于水流的后段侧的螺旋部62的转速，以每次约30～50％左右的幅度依次变快，如200rpm、300rpm、450rpm、680rpm。而且，船体推进力本身主要由最后一级的螺旋部62的转速来确定，因此通过多级连续地并列设置螺旋部62，其结果，可获得非常大的船体推进力。另外，螺旋部62的级数并不限定于图5～图7所示的4级，也可以并列设置用于得到更大推进力的更多级数。在这种情况下，能够在不使推进机构(发动机)大型化、重量化的情况下提高推进力。

另外，如图6所示，当使多个螺旋部62向同一方向旋转时、有时会施加偏压力，因此也可以考虑使相邻的螺旋部62向相反方向交替旋转。

接着，将参考图8，对本发明实施方式提供的船体推进机1的整体结构(two waydrive)进行说明。船体推进机构1，除上述结构以外，还包括：齿轮部8，其与轴4连接，并转换轴4的旋转动力的旋转方向；以及离合器部9，其设置在齿轮部8与水泵部5之间，并进行用于将齿轮部8的旋转动力向水泵部5传递或切断此传递的调节。

此外，船体推进机构1包括：发电部10、蓄电部11、电动机部12、操作部13和起动电动机部14。发电部10，利用轴4的旋转动力进行发电。蓄电部11，对由锂离子电池等发电部10发电的电力进行蓄电。电动机部12，使用蓄电部11中所蓄的电力来驱动水泵部5。操作部13，具有在利用电动机部12来驱动水泵部5、还是利用来自轴4的旋转动力来驱动水泵部5之间切换的功能。起动电动机部14，在船体起动时，使用蓄电部11所蓄的电力来提供风力叶片部3的旋转动力。例如，在船体推进机构1中，发电部10使用2台150Kw发电机，蓄电部11使用2台DC蓄电器且容量为3,000Kw。

接着，将参考图8，对操作部13的功能结构进行说明。操作部13例如包括输入部13a、显示部13b、运算部13c、收发部13d以及存储部13e。输入部13a，受理来自用户的指令(例如船体的速度和方向、发动机动力源的切换等)。显示部13b，是用于供用户通过操作部13a进行操作输入的液晶等显示屏。运算部13c是CPU等运算电路，并且根据预定程序、基于管道通路内的水压和风速信息来判断水泵部5的动力源的切换。收发部13d，进行与离合器部9、电动机部12之间的控制信号的通信。存储部13e，是ROM等非易失性存储器，存储用于发动机驱动用动力源的判断控制的程序等。

接着，参考图9所示的流程图，对设置在船体推进机构1中的水泵部5的驱动源的选择步骤进行说明。

首先，在船体推进机构1的操作部13中，判断是否为船体2的起动时(S101)。为起动时的情况下(S101中为是)，操作部13驱动起动电动机部14以开始风力叶片部3的旋转(S102)。另一方面，为非起动时的情况下(S101中为否)，操作部13判断从轴4获得的旋转动力是否为阈值以上(S103)。

然后，当旋转动力为阈值以上时(S103中为是)，通过使用轴4的旋转动力作为水泵部5的驱动源来控制离合器部9，从而监视从水泵部5循环到发动机部6的水的水压(S104)。其中，在判断从轴4获得的旋转动力是否为阈值以上时，例如在配管路径51内设置水压检测部，可以通过水的压力值来确定。另一方面，如果小于阈值(S103中为否)，则操作部13使用电动机部12作为水泵部5的驱动源来调节从水泵部5向发动机部6循环的水的水压(S105)。最后，操作部13判断船体推进机构1的航行是否继续(S106)，如果继续(S106为是)，则重复S103以后的处理。另一方面，如果不继续(S106中为否)，则结束针对船体推进的控制。另外，在图9中，虽然对操作部13使用轴4的旋转动力或电动机部12中的任一个作为水泵部5的驱动源的情况进行了说明，但也可以将两者并用作为驱动源。

如上所述，在本实施方式的船体推进机构1中，使通过与风力叶片部3连接的轴4的旋转动力而产生的高压力的水，向螺旋部62的外周面上并列设置的多个分隔壁62e喷出。其结果，能够对螺旋部62施加旋转力，从而得到船体1的推进力。在这样的结构中，由于不需要内燃机来驱动螺旋部62，因此所需的能量仅是与流体的喷出相关的能量，能够不使用化石燃料而赋予船体1足够的推进力。因此，船体推进机构1，不会产生使用化石燃料的发动机的燃烧热，也不会产生由活塞引起的振动，噪音也小，因此能够减轻环境负荷，尤其是能够成为实现脱碳化社会所不可或缺的技术。

此外，在发动机部6中，螺旋部62多级连续地并列设置在盖体部61的内侧。通过该构造，能够有效地在后级螺旋部62中逐渐提高螺旋部62的转速，能够得到对船体1的足够的推进力。

此外，由于船体推进机构1不需要内燃机和燃料箱(压载)，因此船体变得非常轻，剩余空间得以改善，能够增加货物等的承载量。此外，通过使用聚甲醛等树脂作为发动机部6的材料，从而能够以低价格批量生产，成为经济性优异的船体结构。

此外，由于无需用于传递内燃机的驱动力的驱动轴，因此在船底的任何位置都可以安装螺旋部62，并且可以随着船的结构而安装在最佳场所，也可以是安装多个较小螺旋的船体结构。另外，特别是大型旅客船舶的情况下，内燃机的噪音和振动会对客室造成负面因素，但通过改变为该方法，能够降低噪音和振动。

并且，在船体1的前进与后退的切换中，由于采用了仅通过从左右任意一侧选择并控制从配管路径51喷出的水的方向就能够实现的简单结构，因此仅通过喷出方向的切换就能够容易地控制船体的行进。

此外，由于采用将水等加压流体直接喷射到螺旋部62的外周面的方式，因此能够防止因被压缩的空气覆盖螺旋部62的翅片62b的表面而产生的气穴效应，并能够实现有效的推进机构。

并且，通过船体推进机构1，可以实现从陆地卡车到海上运输等的物流革命，并且能够解决现在陆地运输中存在的许多问题，例如不需要化石燃料、减轻交通阻塞、减少货物延迟、自动驾驶可解决驾驶员人手不足、以及降低成本等。

(变形例)

对本实施方式的变形例进行说明。另外，由于本变形例的船体推进机构1的功能结构，与上述实施方式相同，因此省略其详细的说明。在本变形例中，船体推进机构1是电力供给专用船。即，船体部2自动获取海上的气候数据等，利用GPS、声纳、障碍物传感器等通过自动操舵到达风力较大的海域。接着，利用风力叶片部3和发电部10发电，并在蓄电部11中蓄电。然后，在蓄电部11中完成了足够蓄电的船体推进机构1自动地返航到港口，将所蓄的电力作为电动汽车、家庭用电源进行供给。如上述实施方式所示，由于船体推进机构1与以往相比能够以廉价的成本批量生产，因此能够成为非常廉价的电力供给源。

另外，本发明不限于上述实施方式的结构，可以进行各种变形。能够在不改变发明主旨的范围内进行各种变形。例如，在螺旋滚筒部62a的隔壁上可以设有排出口，该排出口用于将喷出到由分隔壁62e形成的区域内的水排出到该区域之外。通过设置该排出口，能够将水更高效地从排出口排出到盖体部61和螺旋滚筒部62a外。

附图标记说明

1 船体推进机构

2 船体部

3 风力叶片部

3a 帆

4 轴

5 水泵部

6 发动机部

7 整流部

8 齿轮部

9 离合器部

10 发电部

11 蓄电部

12 电动机部

13 操作部

14 起动电动机部

51 配管路径

51a 左方向配管路径

51b 右方向配管路径

61 盖体部

62 螺旋部

62a 螺旋滚筒部

62b 翅片

62c 固定部

62d 气缸

62e 分隔壁