WO2021084726A1

WO2021084726A1 - 船舶用のクレーン装置

Info

Publication number: WO2021084726A1
Application number: PCT/JP2019/042956
Authority: WO
Inventors: 和久平井; 和也林田; 喬太貞松
Original assignee: 株式会社大島造船所
Priority date: 2019-10-31
Filing date: 2019-10-31
Publication date: 2021-05-06
Also published as: EP4053067A4; JPWO2021084726A1; EP4053067A1

Abstract

船内電力とくに荷役時の電力の最適化を図り、もって環境負荷への影響を抑えかつ高効率化を図った船舶用のクレーン装置とする。これを実現するべく、本発明の一態様は、電動デッキクレーン（２１０）を搭載した船舶（１）用のクレーン装置（１０）であって、電動デッキクレーン（２１０）を駆動させるモータ（２２０）と、電動デッキクレーン（２１０）に併設されたクレーン側バッテリー（２３０）と、船舶の船体に設けられた発電機（１１０）と、船体に設けられた船体側バッテリー（１３０）と、モータ（２２０）、クレーン側バッテリー（２３０）、発電機（１１０）、船体側バッテリー（１３０）を接続する配線（３００）と、を備える。

Description

船舶用のクレーン装置

　本発明は、船舶用のクレーン装置に関する。

　船上にデッキクレーンを搭載した船舶が貨物船（例えばチップ船）等として利用されている（例えば特許文献１参照）。荷役の際に用いられる例えば電動式のデッキクレーンは、モータによって巻き上げ、俯仰、旋回などの所要の動作を行うように構成されている。

特開２０１０－２８５２７１号公報

　しかし、従来の電動デッキクレーンやこれを含むクレーン装置は、船内電力（とくに荷役時の電力）の最適化という観点からすればまだ改善の余地があるといえるものである。

　そこで、本発明は、船内電力とくに荷役時の電力の最適化を図り、もって環境負荷への影響を抑えかつ高効率化を図った船舶用のクレーン装置を提供することを目的とする。

　本発明の一態様は、電動デッキクレーンを搭載した船舶用のクレーン装置であって、
　電動デッキクレーンを駆動させるモータと、
　電動デッキクレーンに併設されたクレーン側バッテリーと、
　船舶の船体に設けられた発電機と、
　船体に設けられた船体側バッテリーと、
　モータ、クレーン側バッテリー、発電機、船体側バッテリーを接続する配線と、
を備える船舶用のクレーン装置である。

　従前の電動クレーン装置の場合、回生電力は船内電力に利用しているものの、それでもなお余った電力は、船内の回生抵抗器で熱として消費する等の場合があり、その分エネルギーを無駄にしているといえる。これに対し、上記態様のクレーン装置によれば、バッテリーを活用することにより、船内電力とくに荷役時の電力の最適化を図り、もって環境負荷への影響を抑えかつ高効率化を図ることが可能となる。

　上記のごとき態様のクレーン装置における船体側バッテリーは、クレーン側バッテリーよりもエネルギー密度が高い例えばリチウムイオン電池等のバッテリーで構成されていてもよい。

　また、上記のごとき態様のクレーン装置におけるクレーン側バッテリーは、船体側バッテリーよりも急速に充放電が可能なバッテリー、例えばキャパシティレートの高いリチウムイオン電池やキャパシタ等で構成されていてもよい。

　また、上記のごとき態様のクレーン装置におけるモータは、ワイヤ巻き用モータ、俯仰用モータ、旋回用モータのいずれかであってもよい。

　上記のごとき態様のクレーン装置において、船体側システムに船体側制御装置が設けられ、クレーン側システムにクレーン側制御装置が設けられていてもよい。この場合、船体側制御装置とクレーン側制御装置との間に配電盤が設けられていてもよい。

　本発明によれば、船内電力とくに荷役時の電力の最適化を図り、もって環境負荷への影響を抑えかつ高効率化を図った船舶用のクレーン装置を提供することができる。

本発明の一実施形態におけるクレーン装置の構成の概略を示す図である。クレーン装置の船体側システムおよびクレーン側システムの構成例を示すブロック図である。電動デッキクレーンにおける巻き上げ／下げ動作について説明する側面図である。電動デッキクレーンの俯仰上げ／下げ動作について説明する側面図である。電動デッキクレーンの旋回動作について説明する平面図である。クレーン装置におけるピークカット／充電の概要を説明するためのグラフである。

　以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。

　クレーン装置１０は、電動デッキクレーン２１０を搭載した船舶用の装置である。本実施形態のクレーン装置１０は、船体（船舶）１側に設けられる船体側システム１００と、クレーン側システム２００とからなる（図１、図２参照）。

　船体側システム１００は、発電機１１０、船体側バッテリー１３０、船体側制御装置１４０、配電盤１５０を備える。クレーン側システム２００は、電動デッキクレーン２１０、モータ２２０、クレーン側バッテリー２３０、クレーン側制御装置２４０を備える（図１、図２参照）。

　発電機１１０は、船体１において、エンジン２０の動力を利用する等して発電する装置である（図２参照）。例えば本実施形態におけるクレーン装置１０においては、No.1～No.3の３機の発電機１１１，１１２，１１３が船体１に配置されており、クレーン装置１０の構成の一部となっている（図１参照）。

　船体側バッテリー１３０は、クレーン装置１０に設けられる少なくとも２つのバッテリーのうち、船体１に設けられるバッテリーである。本実施形態の船体側バッテリー１３０は、クレーン側バッテリー２３０よりもエネルギー密度が高いバッテリーで構成されている。このような船体側バッテリー１３０の好適な一例はリチウムイオンバッテリーである。本実施形態の船体側バッテリー１３０は、バッテリー制御装置１３２を介して船体側制御装置１４０に接続されている（図２参照）。

　船体側制御装置１４０は、船体側システム１００に設けられた制御装置である。該ＥＭＳからなる本実施形態の船体側制御装置１４０は、各発電機１１１，１１２，１１３の電力量を常に一定に保つとともに、船体側バッテリー１３０の充放電量を管理する。

　クレーン側システム２００のうち、電動デッキクレーン２１０は、フック２１６（あるいは図１に示すようなバケットの場合もある）の巻き上げ／下げ動作（図３参照）、ジブ（アーム）２１４の俯仰上げ／下げ動作（図４参照）、クレーン本体２１２の旋回動作（図５参照）といった所要の動作を行うように構成されたクレーン装置である。一例として本実施形態の船体１には、No.1～No.3の３機の電動デッキクレーン２１０が設置されるが（図１参照）、図２～図５ではこれらのうちの１機のみを代表例として図示している。

　モータ２２０は、電動デッキクレーン２１０に所要の動作をさせる際の駆動力を提供する。本実施形態のクレーン側システム２００においては、電動デッキクレーン２１０のそれぞれに、巻き用モータ２２０Ａ、俯仰用モータ２２０Ｂ、旋回用モータ２２０Ｃが設けられている（図２参照）。これらのモータ２２０（巻き用モータ２２０Ａ、俯仰用モータ２２０Ｂ、旋回用モータ２２０Ｃ）は、それぞれ、インバータ２２２（巻き用モータ対応インバータ２２２Ａ、俯仰用モータ対応インバータ２２２Ｂ、旋回用モータ対応インバータ２２２Ｃ）を介してクレーン側制御装置２４０に接続されている（図２参照）。

　クレーン側バッテリー２３０は、電動デッキクレーン２１０に併設されるバッテリーである。本実施形態のクレーン側バッテリー２３０は、船体側バッテリー１３０よりも急速に充放電することが可能なバッテリーで構成されており、電動デッキクレーン毎に１台ずつ設けられている。このようなクレーン側バッテリー２３０の好適な一例はキャパシティレートの高いリチウムイオン電池やキャパシタ等で構成されたバッテリーである。本実施形態のクレーン側バッテリー２３０は、バッテリー制御装置２３２を介してクレーン側制御装置２４０に接続されている（図２参照）。

　クレーン側制御装置２４０は、クレーン側システム２００に設けられた制御装置である。本実施形態のクレーン側制御装置２４０は、クレーン側バッテリー２３０の充放電量を管理するなど、電動デッキクレーン２１０における各種制御を行う。

　上記のごとくクレーン装置１０を構成する各部品、すなわちモータ２２０、クレーン側バッテリー２３０、発電機１１０、船体側バッテリー１３０などは、配線３００によって接続されている。

　船体側制御装置１４０とクレーン側制御装置２４０との間には配電盤が設けられている。一例として、本実施形態においては、船体側システム１００側の配線３００上に配電盤１５０を設けている（図２参照）。

　続いて、本実施形態のクレーン装置１０により荷役動作をする際の動作、電力変動などについて順を追って説明する（図６参照）。

(1)巻き上げ前
　巻き上げ動作の前段階（荷役動作を始める前の段階）では、発電機１１０から船体側バッテリー１３０に充電している状態にある。

(2)巻き上げ
　巻き用モータ２２０Ａを駆動して巻き上げ動作をする。巻き上げ開始時、クレーン側バッテリー２３０から放電して巻き用モータ２２０Ａに電力供給し、その後、船体側バッテリー１３０から放電して巻き用モータ２２０Ａに電力供給する。

(3)俯仰下げ
　俯仰下げ動作に伴い俯仰用モータ２２０Ｂにおいて生じる回生電力を両バッテリー（船体側バッテリー１３０、クレーン側バッテリー２３０）に充電する。

(4)俯仰下げ及び旋回
　俯仰下げ動作に伴い俯仰用モータ２２０Ｂにおいて生じる回生電力を両バッテリー（船体側バッテリー１３０、クレーン側バッテリー２３０）に充電する。

(5)巻き下げ
　巻き下げ動作に伴い巻き用モータ２２０Ａにおいて生じる回生電力を両バッテリー（船体側バッテリー１３０、クレーン側バッテリー２３０）に充電する。

(6)荷掴み
　バケットによる荷掴み動作（あるいはフック２１６に荷を掛ける動作など）を行う。

(7)巻き上げ
　巻き用モータ２２０Ａを駆動して巻き上げ動作をする。この際、クレーン側バッテリー２３０から放電して巻き用モータ２２０Ａに電力供給する。

(8)俯仰上げ
　俯仰用モータ２２０Ｂを駆動して俯仰上げ動作をする。俯仰上げ開始時、クレーン側バッテリー２３０から放電して俯仰用モータ２２０Ｂに電力供給し、その後、船体側バッテリー１３０から放電して俯仰用モータ２２０Ｂに電力供給する。

(9)旋回
　俯仰上げ動作しながらまたは俯仰上げ動作後に旋回動作をする。この動作時、船体側バッテリー１３０から放電して俯仰用モータ２２０Ｂ及び／又は旋回用モータ２２０Ｃに電力供給する。

(10)俯仰下げ
　俯仰下げ動作に伴い俯仰用モータ２２０Ｂにおいて生じる回生電力を両バッテリー（船体側バッテリー１３０、クレーン側バッテリー２３０）に充電する。

(11)巻き下げ
　巻き下げ動作に伴い巻き用モータ２２０Ａにおいて生じる回生電力を両バッテリー（船体側バッテリー１３０、クレーン側バッテリー２３０）に充電する。

　上記のごとく(1)から(11)まで順を追って説明した荷役動作において、本実施形態のクレーン装置１０においては、電動デッキクレーン２１０の電力需要の変動に合わせ、電力需要が電力供給量を上回る場合は船体側バッテリー１３０から供給（放電）され、電力需要が電力供給量を下回る場合は船体側バッテリー１３０へ貯蔵（充電）される。１回の荷役サイクル中（通常は２００秒前後）に１回又は２回程度放電と充電が切り替わる。巻き／俯仰用モータ２２０Ａ，２２０Ｂが動き始める際、各モータが定常回転中の電力と比べ数倍から十数倍の電力を瞬間的（１～２秒）に必要とする。この瞬間的な電力需要は１回の荷役サイクル中に１、２度発生する。この瞬間的な電力需要はクレーン側バッテリー２３０から供給（放電）される。また、荷役サイクル中の巻き／俯仰用モータ２２０Ａ，２２０Ｂの逆回転（巻き下げ等）にて発する回生電力はクレーン側バッテリー２３０に充電される。

　また、本実施形態のクレーン装置１０において、クレーン側システム２００は瞬間的な電力需要への対応、船体側システム１００は比較的緩やかに電力需要をバランスさせる特徴を持つ。このため、クレーン側バッテリー２３０には急速充放電対応型、船体側バッテリー１３０には容量型の蓄電池を使用し、その特性により各々の充放電タイミングを使い分けることが好適である。

　また、本実施形態のクレーン装置１０において、電力需給バランスはすべて、船体側制御装置１４０及びクレーン側制御装置２４０により制御され、発電機出力を一定で運転でき燃費効率がよくなるため、高効率なシステムとなる。これにより発電機１１０の負荷変動が皆無となるため省燃費を達成出来る。また、外部から受電しながら荷役を行う際も、受電する電力量を少なくすることが出来るメリットもある。

　また、本実施形態のクレーン装置１０によれば、バッテリーを活用することにより、コストダウン、省エネ、環境負荷低減などを図ることができる。すなわち、
1) 発電機容量の最適化（バッテリーを活用することによるサイズダウンが可能）
2) バッテリーアシストによる発電機関効率の最適化
3) バッテリーによる荷役時の電力ピークカット（図６参照）
4) 荷役中、クレーンの巻き下げ時に発生する回生電力をバッテリーに充電する。

　ここで上記3)について補足する。一般的な船舶用のクレーン装置を用いた荷役時の電力カーブが図６中に示す曲線のごときであるとした場合、本実施形態のクレーン装置１０を適用しバッテリーを活用することで、発電機１１０により一定出力運転をした場合の所定出力値Ｘ[kW]を超えるぶんの電力量を抑え（電力ピークカット）、必要電力が０[kW]に満たない状況下で発電機１１０が発電する電力をバッテリーに蓄えておくことができる（図６参照）。

　なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。

　本発明は、電動デッキクレーンを搭載した船舶用のクレーン装置に適用して好適である。

１…船体（船舶）、１０…クレーン装置、２０…エンジン、１００…船体側システム、１１０…発電機、１３０…船体側バッテリー、１３２…バッテリー制御装置、１４０…船体側制御装置、１５０…配電盤、２００…クレーン側システム、２１０…電動デッキクレーン、２１２…クレーン本体、２１４…ジブ、２１６…フック、２２０…（巻き／俯仰／旋回）モータ、２２２…インバータ、２３０…クレーン側バッテリー、２３２…バッテリー制御装置、２４０…クレーン側制御装置、３００…配線

Claims

　電動デッキクレーンを搭載した船舶用のクレーン装置であって、
　前記電動デッキクレーンを駆動させるモータと、
　前記電動デッキクレーンに併設されたクレーン側バッテリーと、
　前記船舶の船体に設けられた発電機と、
　前記船体に設けられた船体側バッテリーと、
　前記モータ、前記クレーン側バッテリー、前記発電機、前記船体側バッテリーを接続する配線と、
を備える船舶用のクレーン装置。
　前記船体側バッテリーは、前記クレーン側バッテリーよりもエネルギー密度が高いバッテリーで構成されている、請求項１に記載の船舶用のクレーン装置。
　前記クレーン側バッテリーは、前記船体側バッテリーよりも急速に充放電が可能なバッテリーで構成されている、請求項１または２に記載の船舶用のクレーン装置。
　前記モータは、ワイヤ巻き用モータ、俯仰用モータ、旋回用モータのいずれかである、請求項１から３のいずれか一項に記載の船舶用のクレーン装置。
　前記船体側システムに船体側制御装置が設けられ、前記クレーン側システムにクレーン側制御装置が設けられている、請求項１から４のいずれか一項に記載の船舶用のクレーン装置。
　前記船体側制御装置と前記クレーン側制御装置との間に配電盤が設けられている、請求項５に記載の船舶用のクレーン装置。