一种船舶减阻系统及船舶的制作方法

本申请涉及领域船用设备和船舶，尤其涉及一种船舶减阻系统及船舶。

背景技术：

1、近年来，国际国内航运领域对环保的要求日益提高。由于水运的“吨公里”(或吨海里，下同)运费和“吨公里”碳排放的优势，承担了越来越多的国际国内贸易运输。

2、同时，强制执行的国际公约性质的新法规的生效也对航运领域的环保技术提出了新的要求。例如国际海事组织(imo)将于2023年1月1日生效的现有船舶能效指数(eexi)、碳强度指标等级(cii)等航运业减排短期措施。届时不满足最新规定的船舶，就不能获得国际航行的资格。据imo统计，现有国际航行且总吨大于等于400总吨的船舶中，至少有40％不满足上述要求。这些不满足的船舶，要采取相应的节能减排措施才能继续得到船旗国政府授权颁发的证书。

3、另外，船舶燃料价格仍在高位徘徊。据专业统计，全球国际贸易的90％以上的货运都是通过海运来实现的；全球大部分航运企业，60～70％的远洋运输成本是燃料费用。因此在船舶燃料上实现的节约，将非常显著地提高航运企业的经济效益。而区域性的乃至全球性的征收“碳税”也在未来可期。未来，满足imo要求的船舶，节约碳税和在碳排放交易中的收益可能是节能减排环保措施得当的航运企业的新的利润增长点。

4、因此在新生产的船舶以及现有船舶上，用于提高能源效率、实现节能减排的措施具有重要的经济和战略意义。由于水的阻力远比空气阻力以及道路的摩擦阻力要大，因此船舶能源消耗的重要组成部分是用于克服水的阻力。现有技术中的船舶减阻系统虽然可以实现一定程度的减小阻力、提高船舶能源效率的作用，但是这些系统相对独立，并未综合利用船舶本身现有的资源，其本身需要较高的能量消耗，因而实际对船舶综合能耗的降低作用较小。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的以上不足之处，本申请的目的在于提供一种更好地利用船舶本身现有的资源，显著降低船舶综合能耗的船舶减阻系统，以及基于该船舶减阻系统的船舶。

2、为了实现上述目的，本申请提供了以下技术方案。

3、一种船舶减阻系统，用于船舶，包括：混合气产生系统，用于获得包括船舶动力系统的废气的混合气；混合气减阻系统，包括设置于所述船舶的船体内的混合气管路，所述混合气管路连接至所述混合气产生系统，所述混合气管路包括设置于所述船舶的排水表面上的多个排气口，所述排气口用于排出所述混合气实现气泡减阻；控制系统，用于控制所述混合气产生系统和所述混合气减阻系统。

4、在一些实施方式中，所述混合气产生系统包括废气收集装置、蒸汽产生装置和混合气存储装置；所述废气收集装置用于收集船舶动力系统的废气；所述蒸汽产生装置用于利用所述废气的余热将水汽化为水蒸气；所述混合气存储装置用于暂存包括所述废气和所述水蒸气的混合气；所述蒸汽产生装置和所述混合气存储装置均连接至所述混合气管路。

5、在一些实施方式中，所述废气为包含超标污染物的废气；所述蒸汽产生装置还包括水泵，所述蒸汽产生装置用于将所述水泵提供的水汽化为水蒸气，并在汽化过程中对所述废气进行净化。

6、在一些实施方式中，所述控制系统包括温度传感器，用于感测所述排水表面的水温；所述混合气产生系统和所述混合气减阻系统均设置有保温结构，使所述排气口排出的混合气的温度高于所述水温。

7、在一些实施方式中，所述混合气管路包括混合气总管和舷侧混合气支管；所述舷侧混合气支管连通至所述混合气总管，且沿所述船舶的纵向设置于左右舷侧，并通过排气支管连通至位于舷侧的排气口。

8、在一些实施方式中，所述混合气管路还包括：船底横向支管，沿所述船舶的横向设置于船底，并通过排气支管连通至位于船底的排气口；和/或，甲板横向支管，在具有潜航能力的船舶中横向设置于甲板内侧，并通过排气支管连通至位于甲板的排气口；所述排气支管上设置有第一电磁阀，所述控制系统还用于控制所述第一电磁阀。

9、在一些实施方式中，包括多个设置于不同高度的舷侧混合气支管，每个舷侧混合气支管和所述混合气总管之间设置有第二电磁阀；所述第二电磁阀为可调减压阀，所述控制系统还用于控制所述第二电磁阀。

10、在一些实施方式中，所述控制系统还包括多个压力传感器，所述压力传感器用于感知所述排水表面的水压；当排气口未在水面以下时，连通这些排气口的排气支管上的第一电磁阀关闭；当排气口在水面以下时，所述控制系统控制其中至少部分排气口的对应的第一电磁阀开启；所述控制系统根据所述压力传感器的测量数据控制所述第二电磁阀的输出压力。

11、在一些实施方式中，针对所述船舶的具体参数，所述船舶减阻系统的待优化参数通过cfd数值计算和船模试验数据进行优化，优化目标为船舶综合能耗，所述待优化参数包括排气口的数量、每个排气口的位置、每个排气口的直径、每个舷侧混合气支管的压力中的至少一种。

12、在一些实施方式中，所述待优化参数还包括所述船舶减阻系统的能耗，和/或，所述待优化参数还包括所述排气口的混合气温度。

13、本申请还提供了一种船舶，包括船体和前述的任一种船舶减阻系统；所述船体的排水表面设有排气口，所述船舶减阻系统的混合气管路与所述排气口连接。

14、本申请的各个实施例具有以下技术效果中的至少一种：

15、1.通过利用船舶动力系统的废气将水汽化，并将废气和水蒸气混合构成混合气用于船舶气泡减阻，可利用船舶本身的资源来提高船舶减阻系统的综合效率；

16、2.通过利用水蒸气产生过程对废气进行净化，可在利用低成本燃料的船舶中省去如脱硫塔等净化设备，节省新建船舶的生产成本，或者对现有船舶实现节能减排改造；利用废气的余热还可以提高相关净化反应的速度、相比脱硫塔提高净化过程的效率；

17、3.通过从排气口排出温度较高的混合气，从而提高边界层的温度、降低边界层的粘度、减小船舶阻力；

18、4.通过第一电磁阀控制每个排气口的开闭，通过第三电磁阀控制混合气的供气方式，提高混合气减阻系统的控制灵活性，易于通过参数优化实现最优控制；

19、5.通过第二电磁阀控制每个舷侧混合气支管的混合气压力，使混合气减阻系统可适应各种船舶载重工况，同时提高混合气减阻系统的控制灵活性，为不同深度的排气口提供不同的混合气压力和流量；

20、6.通过对混合气减阻系统的参数进行优化，可保证并进一步提高船舶减阻系统的减阻效果；

21、7.通过将船舶减阻系统消耗的能源及排气口的混合气温度纳入待优化参数参与优化，可对船舶减阻系统进行更加精确的优化，进一步降低船舶综合能耗。

技术特征：

1.一种船舶减阻系统，用于船舶，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的船舶减阻系统，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的船舶减阻系统，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的船舶减阻系统，其特征在于，

5.根据权利要求1至4中任一项所述的船舶减阻系统，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的船舶减阻系统，其特征在于，

7.根据权利要求6所述的船舶减阻系统，其特征在于，

8.根据权利要求7所述的船舶减阻系统，其特征在于，

9.根据权利要求5所述的船舶减阻系统，其特征在于，

10.根据权利要求9所述的船舶减阻系统，其特征在于，

11.一种船舶，其特征在于，

技术总结
本申请提供了一种船舶减阻系统及船舶。船舶减阻系统的混合气产生系统用于获得包括船舶动力系统的废气的混合气；混合气减阻系统包括设置于船体内的混合气管路，混合气管路连接至混合气产生系统，混合气管路具有设置于排水表面上的多个排气口，排气口用于排出高温混合气实现气泡减阻。船舶减阻系统还包括控制系统。混合气产生系统包括废气收集装置、蒸汽产生装置和混合气存储装置；废气收集装置用于收集船舶动力系统的废气；蒸汽产生装置利用废气的余热将水汽化为水蒸气；混合气存储装置用于暂存混合气。船舶减阻系统的结构参数和能耗以船舶综合能耗为目标进行优化。船舶包括上述船舶减阻系统。本申请可显著降低船舶的综合能耗。

技术研发人员：孙义刚,孙茂陞
受保护的技术使用者：上海锱碳节能环保技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11