JP2013086879A - クレーン - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池の導入に適した昇降装置を提供する。
【解決手段】昇降装置１００は、グラブバケット１４に接続された支持ワイヤ１０２が巻き付けられている支持ドラム１１６ａと、支持ドラム１１６ａを回転させる支持モータとを有する支持ウインチ１１６と、グラブバケット１４の上昇時、支持モータに電力を供給し、グラブバケット１４の下降時、支持モータで発電された電力を二次電池に蓄電する電源装置１２４と、二次電池が収められた第１電気室と、他の部材が収められた第２電気室と、第１電気室内の温度を調整する第１空調手段と、第２電気室内の温度を調整する第２空調手段と、第１空調手段の動作を制御する第１制御手段と、第２空調手段の動作を制御する第２制御手段と、を備える。第１制御手段は、第１電気室内の温度が略一定となるように制御し、第２制御手段は、第２電気室内の温度が所定の範囲内に収まるように制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、クレーンに関する。

港湾・河川・運河などの底面を浚って土砂などを取り去る機械として、浚渫機や浚渫船が知られている。特許文献１には、浚渫船が記載されている。この浚渫船では、土砂を掴むグラブバケットが主ワイヤによって吊り下げられており、主ワイヤは主ワイヤ巻取ウインチに連結されている。主ワイヤ巻取ウインチが回転・逆回転することで、主ワイヤに連結されたグラブバケットが巻き上げ・巻き下げされる。湾岸の底面の土砂等を浚う際には、グラブバケットを巻き下げてグラブバケットで土砂等を掴み、その後、グラブバケットを巻き上げる。

特許文献２には、クレーン一般に用いられるハイブリッド電源装置が記載されている。

実開昭６３−１００５５４号公報 特開２００９−１１０２１号公報

グラブバケットの昇降装置（クレーン）に二次電池を導入してハイブリッド化する場合、二次電池はインバータやコンバータと共に電気室に収められる。何ら対策を施さない場合、使用中、電気室の温度は上昇していく。二次電池の温度が上がるとその寿命に悪影響が現れうる。

このような課題は、グラブバケットを昇降させるクレーン以外のクレーンでも発生しうる。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は二次電池の導入に適したクレーンの提供にある。

本発明のある態様はクレーンに関する。このクレーンは、吊り上げるべき対象に接続されたワイヤが巻き付けられているドラムと、ドラムを回転させるモータとを有するウインチと、ウインチが対象を上昇させる際、モータに電力を供給し、ウインチが対象を下降させる際、モータで発電された電力を二次電池に蓄電する電源装置と、二次電池が収められた第１電気室と、電源装置の二次電池とは異なる部材が収められた第２電気室と、第１電気室内の温度を調整する第１空調手段と、第２電気室内の温度を調整する第２空調手段と、第１空調手段の動作を制御する第１制御手段と、第２空調手段の動作を制御する第２制御手段と、を備える。第１制御手段は、第１電気室内の温度が略一定となるように制御し、第２制御手段は、第２電気室内の温度が所定の範囲内に収まるように制御する。

この態様によると、二次電池の温度を効率的に制御できる。

本発明の別の態様もまたクレーンである。このクレーンは、吊り上げるべき対象に接続されたワイヤが巻き付けられているドラムと、ドラムを回転させるモータとを有するウインチと、ウインチが対象を上昇させる際、モータに電力を供給し、ウインチが対象を下降させる際、モータで発電された電力を二次電池に蓄電する電源装置と、二次電池が収められた第１電気室と、電源装置の二次電池とは異なる部材が収められた第２電気室と、第１電気室内の温度を調整する第１空調手段と、第２電気室内の温度を調整する第２空調手段と、第１空調手段の動作を制御する第１制御手段と、第２空調手段の動作を制御する第２制御手段と、を備える。第２制御手段は、第２電気室内の温度が所定の範囲内に収まるように制御し、第１制御手段は、第１電気室内の温度が所定の範囲よりも狭い範囲内に収まるように制御する。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を装置、方法、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、二次電池の導入に適したクレーンを提供できる。

実施の形態に係る昇降装置を備える浚渫船の側面図である。 図１の電源装置の機能および構成を示す回路ブロック図である。 図１の電源装置が収められた電気室の模式的な間取り図である。

以下、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

二次電池、コンバータ、インバータなどが収められた電気室全体の温度を調節しようとする場合、二次電池などの比較的温度に敏感なコンポーネントについて要求される温度管理の基準に沿って電気室全体の温度を調節する必要がある。この場合、電気室に存在する比較的温度に鈍感な他のコンポーネントについても比較的厳しい温度管理を適用することとなり、無駄が生じうる。したがって電気室全体の温度を調節する場合、エネルギ効率は比較的悪く省エネとは言い難い。そこで実施の形態に係る昇降装置（クレーン）ではバッテリが収められた電気室とそれ以外の少なくともひとつの部材が収められた別の電気室とを設け、バッテリが収められた電気室の温度を略一定に保ち、別の電気室の温度を所定の範囲内に収まるようにする。これにより、バッテリの温度管理に係るエネルギ効率を高めることができる。

一例では、バッテリが収められる電気室の温度は２５℃程度に保たれる必要があり、一方で他のコンポーネントが収められる別の電気室の温度は０℃から４０℃の範囲にあればよい。我が国の夏の場合、外気温が高いため、電気室および別の電気室の両方を冷却することとなることが多いが、別の電気室の設定温度を電気室の設定温度より高く設定することができる。これにより、各コンポーネントの温度を適正範囲に保ちつつ省エネを実現できる。また、我が国の冬の場合、外気温が低いため、電気室を温めることとなることが多い。この場合、外気温によっては別の電気室の方が低温となる。

図１は、実施の形態に係る昇降装置（クレーン）１００を備える浚渫船１０の側面図である。昇降装置１００は浚渫船１０の船体１２の上に設けられる。昇降装置１００は、吊り上げるべき対象すなわちグラブバケット１４の旋回、昇降、開閉を行う。グラブバケット１４には支持ワイヤ１０２の一端と開閉ワイヤ１０４の一端とが接続される。グラブバケット１４は支持ワイヤ１０２によって空中に支持される。グラブバケット１４は開閉ワイヤ１０４が巻き上げられることにより、刃が閉じる閉状態となる。

昇降装置１００は、支持ワイヤ１０２と、開閉ワイヤ１０４と、旋回台１０６と、旋回駆動部１０８と、ジブ１１０と、起伏ワイヤ１１２と、起伏ウインチ１１４と、支持ウインチ１１６と、開閉ウインチ１１８と、中継フレーム１２０と、ジブ先シーブ１２２と、電源装置１２４と、エンジン発電機１２６と、を含む。

旋回駆動部１０８は、旋回モータ（不図示）を使用して旋回台１０６を所定の旋回軸Ｒの周りに旋回させる。
ジブ１１０の一端は旋回台１０６に起伏可能に取り付けられる。ジブ１１０の他端には起伏ワイヤ１１２の一端が取り付けられる。ジブ１１０の他端にはジブ先シーブ１２２が回転可能に取り付けられる。支持ワイヤ１０２および開閉ワイヤ１０４はジブ先シーブ１２２によって中継される。

起伏ウインチ１１４、支持ウインチ１１６および開閉ウインチ１１８はそれぞれ旋回台１０６に取り付けられる。起伏ウインチ１１４は、起伏ワイヤ１１２を巻き上げ、ないし繰り出すことでジブ１１０を起伏させる。支持ウインチ１１６は支持ワイヤ１０２を巻き上げ、ないし繰り出すことでグラブバケット１４を昇降させる。以下、支持ウインチ１１６がグラブバケット１４を上昇させるときの昇降装置１００のモードを巻き上げモード、下降させるときのモードを巻き下げモードと称す。

開閉ウインチ１１８は、巻き上げモードにおいて、開閉ワイヤ１０４を巻き上げることでグラブバケット１４を閉状態とする。開閉ウインチ１１８の巻き上げが緩められるとグラブバケット１４は刃が開く開状態となる。例えば、巻き下げモードにおいては支持ウインチ１１６の巻き下げが行われると共に開閉ウインチ１１８の巻き下げが行われることで、刃が開いた状態でグラブバケット１４が下降する。
起伏ワイヤ１１２、支持ワイヤ１０２および開閉ワイヤ１０４はそれぞれ中継フレーム１２０によって中継される。

支持ウインチ１１６および開閉ウインチ１１８はそれぞれ、支持ワイヤ１０２、開閉ワイヤ１０４が巻き付けられている支持ドラム１１６ａ、開閉ドラム１１８ａと、そのドラムを回転させる支持モータ、開閉モータ（いずれも図１では不図示）と、を有する。電源装置１２４は旋回モータ、支持モータおよび開閉モータに力行時の電力を供給すると共に、それらのモータにおいて回生電力が生じた場合はその回生電力を受ける。電源装置１２４は起伏ウインチ１１４に電力を供給してもよい。
エンジン発電機１２６は船体１２内に収納され、電源装置１２４に電力を供給する。

図２は、電源装置１２４の機能および構成を示す回路ブロック図である。電源装置１２４は、巻き上げモードにおいて支持モータ１３６および開閉モータ１３２に電力を供給し、巻き下げモードにおいて支持モータ１３６および開閉モータ１３２で発電された回生電力を二次電池すなわちバッテリ１４２に蓄電する。電源装置１２４は、第１コンバータ１５６と、第２コンバータ１５４と、バッテリ１４２と、支持インバータ１４８と、開閉インバータ１４４と、旋回インバータ１５０と、制動ユニット１４６と、を含む。

ダイオードコンバータ１２７は、巻き上げモードにおいて、エンジン発電機１２６から供給される交流の電力を受け、直流の電力に変換して第１コンバータ１５６に供給する。第１コンバータ１５６は、ダイオードコンバータ１２７から供給された直流の電力の電圧を変換（昇圧）して支持インバータ１４８および開閉インバータ１４４に供給する。第１コンバータ１５６は、旋回駆動部１０８が旋回台１０６の旋回を開始するときおよび旋回中に、ダイオードコンバータ１２７から供給される直流の電力を受け、その電圧を変換（昇圧）して旋回インバータ１５０に供給する。

第１コンバータ１５６は、巻き下げモードにおいて、支持モータ１３６および開閉モータ１３２で発電された回生電力をそこで阻止して通過させないようにする。これにより、巻き下げモードにおいて発電された回生電力は、エンジン発電機１２６に逆流しない。旋回駆動部１０８が旋回台１０６の旋回を停止するときも同様に第１コンバータ１５６は、旋回モータ１３８で発電された回生電力をそこで阻止する。

第２コンバータ１５４は、巻き上げモードにおいて、バッテリ１４２から供給される直流の電力を受け、その電圧を変換（昇圧）して支持インバータ１４８および開閉インバータ１４４に供給する。第２コンバータ１５４は、旋回駆動部１０８が旋回台１０６の旋回を開始するときおよび旋回中に、バッテリ１４２から供給される直流の電力を受け、その電圧を変換（昇圧）して旋回インバータ１５０に供給する。

第２コンバータ１５４は、巻き下げモードにおいて、支持インバータ１４８および開閉インバータ１４４から出力される回生電力を受け、受けた回生電力を使用してバッテリ１４２を充電する。第２コンバータ１５４は、旋回駆動部１０８が旋回台１０６の旋回を停止するとき、旋回インバータ１５０から出力される回生電力を受け、受けた回生電力を使用してバッテリ１４２を充電する。

支持インバータ１４８および開閉インバータ１４４はそれぞれ、巻き上げモードにおいて、第１コンバータ１５６および第２コンバータ１５４から供給される直流の電力を交流の電力に変換して支持モータ１３６、開閉モータ１３２に供給する。支持インバータ１４８および開閉インバータ１４４はそれぞれ、巻き下げモードにおいて、支持モータ１３６、開閉モータ１３２で発電された回生電力を第２コンバータ１５４に出力する。

旋回インバータ１５０は、旋回駆動部１０８が旋回台１０６の旋回を開始するときおよび旋回中に、第１コンバータ１５６および第２コンバータ１５４から供給される直流の電力を交流の電力に変換して旋回モータ１３８に供給する。旋回インバータ１５０は、旋回駆動部１０８が旋回台１０６の旋回を停止するとき、旋回モータ１３８で発電された回生電力を第２コンバータ１５４に出力する。

制動ユニット１４６は回生電力を放電する必要がある場合に起動される補助的なユニットである。制動ユニット１４６は、放電すべき回生電力の電圧を調整し、抵抗器１３４に入力する。このようにして、放電すべき回生電力は、抵抗器１３４によってジュール熱として散逸される。

図３は、電源装置１２４が収められた電気室２００の模式的な間取り図である。電気室２００は第１電気室２０４と第２電気室２０２とに分割されている。電源装置１２４は、それぞれ個別に空調の目標温度を設定可能な複数の電気室すなわち第１電気室２０４、第２電気室２０２に分割して収められる。

第２電気室２０２には、開閉インバータ１４４と、支持インバータ１４８と、旋回インバータ１５０と、電源装置１２４を操作するための電源盤２０６と、が収められている。第２電気室２０２は、第２空調機室内ユニット２０８と、電気室２００の外部に通じる第１ドア２１０と、温度センサなどの第２温度測定手段３５２と、を有する。
電源盤２０６には例えばインバータ電源、インバータ制御用、冷却用の電源、照明の電源用遮断機が収められている。

第１電気室２０４には、第１コンバータ１５６と、第２コンバータ１５４と、バッテリ１４２と、が収められている。第１電気室２０４は、第１空調機室内ユニット２１２と、電気室２００の外部に通じる第２ドア２１４と、第２電気室２０２に通じる第３ドア２１６と、第１温度測定手段３５４と、を有する。

第２空調機室内ユニット２０８がオフの場合、主に開閉インバータ１４４、支持インバータ１４８および旋回インバータ１５０から発せられる熱により第２電気室２０２の温度は上昇していく。また、第１ドア２１０の開閉により外気が第２電気室２０２内に混入し、外気温により第２電気室２０２の温度が上昇又は下降する。第２空調機室内ユニット２０８は、オンされると、不図示の室外機ユニットと協働して室内の温度の上昇又は下降を抑え、第２電気室２０２の温度を所定の範囲内に収める（例えば０℃〜４０℃に収める）働きをする。
第１空調機室内ユニット２１２も同様に、オンされると、不図示の室外機ユニットと協働して第１電気室２０４の温度の上昇又は下降を抑え、第１電気室２０４の温度を目標温度（例えば２５℃）に近づける、すなわち略一定の温度に保つ働きをする。

第２空調機室内ユニット２０８は、外気温が低い場合、第２電気室２０２内へ外気が入り込み、室温が０℃を下回りそうになると室内を昇温する（例えば１０℃まで昇温）。昇温した後は、積極的な室温調整は行わず、室内の温度がまた０℃を下回りそうになったら、再び昇温を行う。また、第２空調機室内ユニット２０８は、室内の電気機器からの排熱により室温が４０℃を超えそうになったら、降温する（例えば３０℃）。降温した後は、積極的な室温調整は行わず、室内の温度がまた４０℃を超えそうになったら、再び降温を行う。

第１温度測定手段３５４、第２温度測定手段３５２はそれぞれ第１電気室２０４、第２電気室２０２の室温を測定し、測定データを制御装置３５０に送信する。制御装置３５０は、受信した測定結果に基づき第１空調機室内ユニット２１２および第２空調機室内ユニット２０８を上記のように制御する。

以上のように構成された昇降装置１００の動作について説明する。昇降装置１００は、支持ワイヤ１０２および開閉ワイヤ１０４を繰り出すことにより、グラブバケット１４を海底まで降ろす。昇降装置１００は、開閉ワイヤ１０４を巻き上げることにより、グラブバケット１４を閉状態とする。このグラブバケット１４を閉じる動作により、海底の土砂が浚われる。昇降装置１００は、支持ワイヤ１０２および開閉ワイヤ１０４を巻き上げることにより、浚った土砂を含むグラブバケット１４を上昇させる。昇降装置１００は旋回台１０６を旋回させることにより、グラブバケット１４を不図示の土砂運搬船の上に移動させる。昇降装置１００は、開閉ワイヤ１０４を緩めることによりグラブバケット１４を開き、浚った土砂を土砂運搬船に移す。

本実施の形態に係る昇降装置１００によると、電源装置１２４が収められた電気室２００は、バッテリ１４２が収められた第１電気室２０４と、開閉インバータ１４４、支持インバータ１４８などのバッテリ１４２とは異なる部材が収められた第２電気室２０２と、に分割される。そして第２電気室２０２の温度を所定の範囲内に収めるようにすると共に、第１電気室２０４の温度を略一定となるように制御している。したがって、第２電気室２０２は所定の範囲の温度に収めればよいため調温に要するエネルギを少なくすることができ、電気室を分割しない場合と比較して、電気室２００全体の調温に要するエネルギを少なくすることができる。

また、室外の外気温が高い場合に、第１電気室２０４の第２ドア２１４を頻繁に開け閉めすると、外から高温の空気が流入し、室内に結露が生じる可能性がある。生じた結露は電気機器に悪影響を与えうる。そこで本実施の形態に係る昇降装置１００では、作業する頻度の高い電源盤２０６を第２電気室２０２に収めている。これにより、第１電気室２０４に作業員が入室する頻度を下げることで第２ドア２１４を開閉する頻度を下げ、その結果、第１電気室２０４内での結露の発生を抑制できる。

また、本実施の形態に係る昇降装置１００では、第２ドア２１４の存在により、第１電気室２０４は第２電気室２０２を介さずに出入り可能とされている。第３ドア２１６を介して第２電気室２０２から第１電気室２０４に入室する場合は手間がかかるが、これにより、第１電気室２０４への出入りがより容易となる。

なお、第２ドア２１４を削除し、第１電気室２０４を、第２電気室２０２を介してのみ出入り可能とすることも可能である。この場合、第１電気室２０４に流入する空気の大半は第２電気室２０２の空気となるので、室外の外気温が特に高温な場合であって外から高温の空気が多く流入しうる場合と比較して、第１電気室２０４内での結露の発生を抑制できる。また、第１電気室２０４内の冷気が直接外に逃げることを抑制できるので、冷却効率が高まる。

また、バッテリ１４２の冷却効率の観点から、バッテリ１４２と第１コンバータ１５６と第２コンバータ１５４とを別々の電気室に分けて収めてもよい。この場合、実施の形態よりもバッテリ１４２の冷却効率が向上する。

以上、実施の形態に係る昇降装置およびそれが搭載される浚渫船について説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

実施の形態では、エンジン発電機１２６を使用する場合について説明したが、これに限られず、任意の発電機が使用されてもよい。

実施の形態では、各モータは交流駆動のモータである場合について説明したが、これに限られず他の駆動形式、例えば直流駆動のモータが使用されてもよい。

実施の形態では浚渫船に搭載される昇降装置を説明したが、これに限られず、実施の形態に係る技術的思想はジブクレーンを含むクレーン一般や浚渫機や杭打ち機等にも適用可能である。また、船舶に搭載される昇降装置以外にも、陸上に設置される昇降装置にも適用可能である。

実施の形態では第１空調機室内ユニット２１２は第１電気室２０４内の温度を略一定に調節する場合について説明したが、これに限られない。例えば、第１空調機室内ユニットは第１電気室内の温度をある範囲内に収めるように制御してもよい。この場合、第１電気室の温度範囲は第２電気室の温度範囲よりも狭くてもよい。例えば、第１空調機室内ユニットは第１電気室内の温度を２４℃〜２６℃に収まるように制御してもよい。

実施の形態ではひとつの制御装置３５０が第１空調機室内ユニット２１２および第２空調機室内ユニット２０８を制御する場合について説明したが、これに限られず、制御装置を第１空調機室内ユニットと第２空調機室内ユニットとで分けてもよい。また、実施の形態では制御装置３５０が電気室２００の外部に設けられる場合について説明したが、これに限られず、制御装置は電気室内に設けられてもよい。

１０ 浚渫船、 １２ 船体、 １４ グラブバケット、 １００ 昇降装置、 １１０ ジブ、 １２４ 電源装置。

Claims (6)

1. 吊り上げるべき対象に接続されたワイヤが巻き付けられているドラムと、前記ドラムを回転させるモータとを有するウインチと、
   前記ウインチが前記対象を上昇させる際、前記モータに電力を供給し、前記ウインチが前記対象を下降させる際、前記モータで発電された電力を二次電池に蓄電する電源装置と、
   前記二次電池が収められた第１電気室と、
   前記電源装置の前記二次電池とは異なる部材が収められた第２電気室と、
   前記第１電気室内の温度を調整する第１空調手段と、
   前記第２電気室内の温度を調整する第２空調手段と、
   前記第１空調手段の動作を制御する第１制御手段と、
   前記第２空調手段の動作を制御する第２制御手段と、を備え、
   前記第１制御手段は、前記第１電気室内の温度が略一定となるように制御し、
   前記第２制御手段は、前記第２電気室内の温度が所定の範囲内に収まるように制御する
   ことを特徴とするクレーン。
2. 前記電源装置を操作するための電源盤を更に備え、
   前記電源盤は前記第２電気室内に設置されることを特徴とする請求項１に記載のクレーン。
3. 前記第１電気室は、前記第２電気室を介さずに出入り可能となるよう構成されることを特徴とする請求項１または２に記載のクレーン。
4. 前記第１電気室は、前記第２電気室を介してのみ出入り可能となるよう構成されることを特徴とする請求項１または２に記載のクレーン。
5. 前記電源装置は、前記二次電池への充電および前記二次電池から前記モータへの電力の供給を制御するコンバータを含み、
   前記コンバータは前記第２電気室に収められることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のクレーン。
6. 吊り上げるべき対象に接続されたワイヤが巻き付けられているドラムと、前記ドラムを回転させるモータとを有するウインチと、
   前記ウインチが前記対象を上昇させる際、前記モータに電力を供給し、前記ウインチが前記対象を下降させる際、前記モータで発電された電力を二次電池に蓄電する電源装置と、
   前記二次電池が収められた第１電気室と、
   前記電源装置の前記二次電池とは異なる部材が収められた第２電気室と、
   前記第１電気室内の温度を調整する第１空調手段と、
   前記第２電気室内の温度を調整する第２空調手段と、
   前記第１空調手段の動作を制御する第１制御手段と、
   前記第２空調手段の動作を制御する第２制御手段と、を備え、
   前記第２制御手段は、前記第２電気室内の温度が所定の範囲内に収まるように制御し、
   前記第１制御手段は、前記第１電気室内の温度が前記所定の範囲よりも狭い範囲内に収まるように制御する
   ことを特徴とするクレーン。

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