JP2006225093A - クレーン装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】荷役作業中において、発電機の運転を停止させることにより、発電機の燃料消費量を削減し、効率の良い運転を実現することのできるクレーン装置を提供する。
【解決手段】荷役作業を行うクレーン装置であって、駆動電源として発電機10及び蓄電装置30を備え、荷役作業を開始する場合には、蓄電装置からの電力供給により、荷役作業を行う。
【選択図】図2
【解決手段】荷役作業を行うクレーン装置であって、駆動電源として発電機10及び蓄電装置30を備え、荷役作業を開始する場合には、蓄電装置からの電力供給により、荷役作業を行う。
【選択図】図2
Description
本発明は、例えば、港湾にて、コンテナ等の荷物の積み降ろし、積み込み等の運搬時に用いられるクレーン装置に関するものである。
例えば、港湾等のヤードにおいては、クレーン装置によって船舶あるいはトレーラへのコンテナの積み込み及び船舶あるいはトレーラからのコンテナの積み降ろし等の荷役作業が行われている。この種のクレーン装置としては、車輪によって路面上を自走するトランスファークレーンが知られている。
このトランスファークレーンは、上部に昇降装置を有する門型に構成された架台の両下端部に車輪が設けられて、この車輪によって走行可能とされたもので、車輪を駆動させるための走行モータ、コンテナを吊り上げるための巻きモータ、及び吊り上げたコンテナを水平方向へ移動させる横行モータを有している。そして、このトランスファークレーンには、エンジン式発電機が搭載されており、このエンジン式発電機によって発電した電力を各モータへ供給して駆動するようになっている。
このような、トランスファークレーンにあっては、コンテナを吊り上げる巻きモータを起動させる際に、最もパワーを必要(平均パワーの約5倍)とする。このため、従来は、発電機として、巻きモータへ十分に電力を供給してコンテナの吊り上げを行わせることが可能な大容量のもの、つまり、平均的に必要なパワーに対して、極めて大きなパワーをまかなうことが可能な大容量、且つ、大型の発電機が搭載されていた。
しかしながら、このような発電機は、燃料を無駄遣いして余分な二酸化炭素を排出することになり、近年の省エネルギーや環境問題を改善する上でも好ましいことではない。
そこで、例えば、特開2001−163574号公報(特許文献1)には、発電機からの電力によってモータを駆動させて荷物の吊り上げなどを行うクレーン装置において、電力供給源として、発電機とキャパシタとを設け、これら発電機及びキャパシタの両方から電力を負荷に供給することにより、環境への影響が少なく、しかも低コスト化、高効率化を図ったクレーン装置が提案されている。
そこで、例えば、特開2001−163574号公報(特許文献1)には、発電機からの電力によってモータを駆動させて荷物の吊り上げなどを行うクレーン装置において、電力供給源として、発電機とキャパシタとを設け、これら発電機及びキャパシタの両方から電力を負荷に供給することにより、環境への影響が少なく、しかも低コスト化、高効率化を図ったクレーン装置が提案されている。
しかしながら、上記特許文献1に記載されているクレーン装置では、常に、発電機が運転状態にあるため、燃料消費量の削減を思うように図れず、効率の良い運転を実現できないという問題があった。
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、荷役作業中において、発電機の運転を停止させることにより、発電機の燃料消費量を削減し、効率の良い運転を実現することのできるクレーン装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、荷役作業を行うクレーン装置であって、駆動電源として発電機及び蓄電装置を備え、前記荷役作業を開始する場合には、例えば、発電機を停止し、前記蓄電装置からの電力供給により、前記荷役作業を行うクレーン装置を提供する。
本発明は、荷役作業を行うクレーン装置であって、駆動電源として発電機及び蓄電装置を備え、前記荷役作業を開始する場合には、例えば、発電機を停止し、前記蓄電装置からの電力供給により、前記荷役作業を行うクレーン装置を提供する。
上記構成によれば、最も電力を消費する作業である荷役作業を蓄電装置からの電力供給によって実施するため、従来のように、荷役作業の消費電力に合わせて、発電機の出力定格を決定する必要がなくなるため、小型の発電機を採用することが可能となる。これにより、発電機として、小容量、且つ、安価なものを用いることができるので、コストを大幅に低減させることができる。
更に、エンジン式の発電機を用いた場合、容量の小さな発電機を用いることにより、排気ガスの排出量を低減させることが可能となる。特に、ディーゼルエンジン式の発電機では、CO2はもとよりNOXの排出を大幅に抑えることができるので、環境への影響を最小限に抑えることができる。
なお、上記蓄電装置からの電力供給が行われるのは、上記荷役作業だけに限られない。つまり、蓄電装置の残容量が所定の下限閾値以上であれば、荷役作業だけでなく、走行作業などについても蓄電装置からの電力供給により実施されるようにしても良い。
更に、エンジン式の発電機を用いた場合、容量の小さな発電機を用いることにより、排気ガスの排出量を低減させることが可能となる。特に、ディーゼルエンジン式の発電機では、CO2はもとよりNOXの排出を大幅に抑えることができるので、環境への影響を最小限に抑えることができる。
なお、上記蓄電装置からの電力供給が行われるのは、上記荷役作業だけに限られない。つまり、蓄電装置の残容量が所定の下限閾値以上であれば、荷役作業だけでなく、走行作業などについても蓄電装置からの電力供給により実施されるようにしても良い。
上記記載のクレーン装置は、前記荷役作業中において、前記蓄電装置の残量が所定の下限閾値に達した場合に、前記発電機を始動させ、発電機の状態が安定した後に、電力の供給元を前記蓄電装置から前記発電機に切り替えると良い。
上記構成によれば、蓄電装置からの電力供給による荷役作業を行っている場合に、蓄電装置の残容量が下限閾値に達した場合には、発電機からの電力供給へ切り替えるべく、発電機を始動させる。この場合において、本発明のクレーン装置では、蓄電装置の残容量が下限閾値に達した直後に、蓄電装置から発電機への切り替えを行うのではなく、発電機の状態が安定した後に、蓄電装置から発電機への切り替えを行う。
これは、クレーン装置には、比較的大容量の発電機が用いられるため、例えば、数分間の始動時間(安定して発電できるまでに要する時間)が必要とされるからである。このように、蓄電装置から発電機への切り替えタイミングを工夫することにより、安定した電力供給を実現することが可能となる。
上記蓄電装置から発電機への切り替えのタイミングは、例えば、発電機の回転数が所定の回転数(例えば、500rpm)以上となった場合、或いは、発電機を始動してから所定の期間経過した場合に行われる。
これは、クレーン装置には、比較的大容量の発電機が用いられるため、例えば、数分間の始動時間(安定して発電できるまでに要する時間)が必要とされるからである。このように、蓄電装置から発電機への切り替えタイミングを工夫することにより、安定した電力供給を実現することが可能となる。
上記蓄電装置から発電機への切り替えのタイミングは、例えば、発電機の回転数が所定の回転数(例えば、500rpm)以上となった場合、或いは、発電機を始動してから所定の期間経過した場合に行われる。
上記記載のクレーン装置は、前記荷役作業中において、少なくとも1サイクルの荷役作業を経過した場合に、前記発電機を始動させ、前記発電機の状態が安定した後に、電力の供給元を前記蓄電装置から前記発電機に切り替えると良い。
上記構成によれば、蓄電装置からの電力供給による荷役作業が少なくとも1サイクル行われた場合に、発電機からの電力供給へ切り替えるべく、発電機を始動させる。この場合において、発電機の状態が安定した後に、蓄電装置から発電機への切り替えを行うので、安定した電力供給を実現することが可能となる。
上記記載のクレーン装置において、前記蓄電装置は、荷役作業において吊具の巻き下げ時に発生する前記巻きモータの回生エネルギーを蓄電可能な容量を有すると良い。
上記構成によれば、蓄電装置が、荷役作業において発生する回生エネルギーを蓄電可能な容量を有しているので、荷役作業における回生エネルギーを全て回収することが可能となる。これにより、エネルギーを無駄なく利用することができる。
上記記載のクレーン装置において、前記蓄電装置は、少なくとも1サイクルの荷役作業に必要となる電力を蓄電できる容量を有すると良い。
上記構成によれば、蓄電装置が、少なくとも1サイクルの荷役作業に必要となる電力を蓄電できる容量を有しているので、荷役作業を蓄電装置からの電力供給により実施することが可能となる。これにより、荷役作業中には、発電機の運転を停止させることが可能となるので、燃料消費量を大幅に低減させることが可能となるとともに、CO2はもとよりNOXの排出を大幅に抑えることが可能となる。これにより、環境への影響を最小限に抑えることができる。また、発電機からの電力供給は極めて少ないものにできるので、発電機を従来に比べて極めて小さくすることが可能となる。
本発明は、荷役作業を行うクレーン装置であって、発電機と、複数の蓄電装置とを備え、負荷に対して電力を供給する前記蓄電装置を順次、切り替え、電力供給を実施していない前記蓄電装置に対しては、前記発電機から電力供給を行うことにより充電を行うクレーン装置を提供する。
上記構成によれば、発電機は主に蓄電装置を充電するために用いられるので、発電機を小型化することが可能となる。これにより、燃料消費量を低減させることが可能となるとともに、CO2などの排出を大幅に抑えることが可能となる。これにより、環境への影響を最小限に抑えることができる。
本発明は、荷役作業を行うクレーン装置であって、荷役作業の有無に応じて運転及び停止される第1の発電機と、蓄電装置と、常時運転される第2の発電機とを備え、荷役作業が行われていない場合には、前記第1の発電機を停止させるクレーン装置を提供する。
上記構成によれば、常時運転されている補機などへ電力を供給する第2の発電機を設けている。これにより、荷役作業が行われていない期間においては、比較的大容量である第1の発電機の運転を停止させることが可能となる。これにより、燃料消費量の低減、並びに、CO2などの排出を大幅に抑えることが可能となる。
本発明のクレーン装置によれば、荷役作業中において、発電機の運転を停止させることにより、発電機の燃料消費量を削減し、効率の良い運転を実現させることができるという効果を奏する。
以下に、本発明に係るクレーン装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
なお、ここでは、クレーン装置として、自走式のトランスファークレーンを例にとって説明する。
〔第1の実施形態〕 図1において、符号R1は、トランスファークレーン(クレーン装置)である。このトランスファークレーンR1は、水平方向に配設されたガータ41の両端部に柱状の脚構造体42a、42bを連結してなる門型構造体2を有している。
門型構造体2を構成する脚構造体42a、42bには、それぞれその下端部に、複数の車輪43が設けられており、これら車輪43によってトランスファークレーン1が走行可能とされている。それぞれの脚構造体42a、42bの下端には、走行モータ(図示略)が設けられており、これら走行モータによって、それぞれの脚構造体42a、42bの下端部に設けられた車輪43の内の少なくとも一つが駆動されるようになっている。すなわち、走行モータによって車輪43が回転駆動されることにより、トランスファークレーン1が自走するようになっている。また、これら車輪43は、それぞれ操舵可能とされている。
なお、ここでは、クレーン装置として、自走式のトランスファークレーンを例にとって説明する。
〔第1の実施形態〕 図1において、符号R1は、トランスファークレーン(クレーン装置)である。このトランスファークレーンR1は、水平方向に配設されたガータ41の両端部に柱状の脚構造体42a、42bを連結してなる門型構造体2を有している。
門型構造体2を構成する脚構造体42a、42bには、それぞれその下端部に、複数の車輪43が設けられており、これら車輪43によってトランスファークレーン1が走行可能とされている。それぞれの脚構造体42a、42bの下端には、走行モータ(図示略)が設けられており、これら走行モータによって、それぞれの脚構造体42a、42bの下端部に設けられた車輪43の内の少なくとも一つが駆動されるようになっている。すなわち、走行モータによって車輪43が回転駆動されることにより、トランスファークレーン1が自走するようになっている。また、これら車輪43は、それぞれ操舵可能とされている。
ガータ41には、ガータ41の長手方向へ沿って移動可能に支持されたトロリ44が設けられており、このトロリ44には、コンテナ等の搬送品を吊り上げる吊具45がワイヤ46によって吊り下げられている。
トロリ44には、ワイヤ46の巻取り、送り出しを行う昇降装置47が設けられている。この昇降装置47は、巻きモータ(モータ)によってワイヤ46が巻回されたドラムを回転させることにより、ワイヤ46のドラムへの巻取り及び送り出しを行い、吊具45を昇降させるようになっている。さらに、トロリ44には、横行モータ(図示略)によってトロリ44をガータ41の長手方向に沿って移動させるトロリ装置(図示略)が設けられている。
トロリ44には、ワイヤ46の巻取り、送り出しを行う昇降装置47が設けられている。この昇降装置47は、巻きモータ(モータ)によってワイヤ46が巻回されたドラムを回転させることにより、ワイヤ46のドラムへの巻取り及び送り出しを行い、吊具45を昇降させるようになっている。さらに、トロリ44には、横行モータ(図示略)によってトロリ44をガータ41の長手方向に沿って移動させるトロリ装置(図示略)が設けられている。
また、門型構造体2を構成する脚構造体42aには、その下端側にディーゼルエンジン式の発電機10が設けられており、隣接して設けられた燃料タンク(図示略)からの燃料によって駆動するようになっている。また、対向側の脚構造体42bには、キャパシタ30及び制御盤20が設けられている。制御盤20には、後述する制御装置21(図2参照)が設けられている。
次に、上記構造のトランスファークレーンR1の駆動系について説明する。
図2において、発電機10の出力側は、共通コンバータ11及び補機18の入力側に接続されている。ここで、補機18は、例えば、照明装置等の外部装置などである。共通コンバータ11の出力側には、キャパシタ(蓄電装置)30が接続されている。更に、キャパシタ30には、巻きインバータ31、横行インバータ32、走行インバータ33が、それぞれ並列に接続されている。そして、巻きインバータ31の出力は、巻きモータ15に、横行インバータ32は、横行モータ16に、走行インバータ33は、走行モータ17にそれぞれ接続されている。また、共通コンバータ11の+出力端子とキャパシタ30の+側端子とを繋ぐ配線には、電流制限抵抗12が接続されており、これにより過電流が流れるのを防止している。また、キャパシタ30と巻きインバータ31などとの間には、回生抵抗13がキャパシタ30と並列に接続されている。
このような駆動系において、制御装置21は、キャパシタ30の残容量に基づいて、発電機10の運転及び停止を制御するとともに、共通コンバータ11及び巻きインバータ31、横行インバータ32、及び走行インバータ33などの制御を行う。
図2において、発電機10の出力側は、共通コンバータ11及び補機18の入力側に接続されている。ここで、補機18は、例えば、照明装置等の外部装置などである。共通コンバータ11の出力側には、キャパシタ(蓄電装置)30が接続されている。更に、キャパシタ30には、巻きインバータ31、横行インバータ32、走行インバータ33が、それぞれ並列に接続されている。そして、巻きインバータ31の出力は、巻きモータ15に、横行インバータ32は、横行モータ16に、走行インバータ33は、走行モータ17にそれぞれ接続されている。また、共通コンバータ11の+出力端子とキャパシタ30の+側端子とを繋ぐ配線には、電流制限抵抗12が接続されており、これにより過電流が流れるのを防止している。また、キャパシタ30と巻きインバータ31などとの間には、回生抵抗13がキャパシタ30と並列に接続されている。
このような駆動系において、制御装置21は、キャパシタ30の残容量に基づいて、発電機10の運転及び停止を制御するとともに、共通コンバータ11及び巻きインバータ31、横行インバータ32、及び走行インバータ33などの制御を行う。
次に、本実施形態に係るトランスファークレーンが備える制御装置21(図2参照)によって制御される発電機10の運転及び停止タイミングについて、図3を参照して詳しく説明する。
まず、時刻t0において、トランスファークレーンR1は初期状態であり、発電機10は停止状態、また、キャパシタの残容量もゼロである。続いて、時刻t1において、例えば、作業員などによりイグニッションキーがオンされると、このオン信号を受けて、制御装置21は、発電機10を始動させる。このようにして、発電機10が始動されると、発電機10の回転数がある程度上昇するまでは、始動期間となる(時刻t1からt2の間)。
続いて、発電機10の回転数が所定の回転数(例えば、500rmp)に達すると、制御装置21は、共通コンバータ11を駆動する。これにより、発電機10からの電力供給により、補機18や走行モータ17などに電力が供給され、走行などの通常運転が開始される(時刻t2)。また、上記発電機10の電力は、共通コンバータ11と走行インバータ33などの間に介在するキャパシタ30にも供給される。これにより、キャパシタ30は充電され、残容量が除々に上昇する(時刻t2からt3の間)。
まず、時刻t0において、トランスファークレーンR1は初期状態であり、発電機10は停止状態、また、キャパシタの残容量もゼロである。続いて、時刻t1において、例えば、作業員などによりイグニッションキーがオンされると、このオン信号を受けて、制御装置21は、発電機10を始動させる。このようにして、発電機10が始動されると、発電機10の回転数がある程度上昇するまでは、始動期間となる(時刻t1からt2の間)。
続いて、発電機10の回転数が所定の回転数(例えば、500rmp)に達すると、制御装置21は、共通コンバータ11を駆動する。これにより、発電機10からの電力供給により、補機18や走行モータ17などに電力が供給され、走行などの通常運転が開始される(時刻t2)。また、上記発電機10の電力は、共通コンバータ11と走行インバータ33などの間に介在するキャパシタ30にも供給される。これにより、キャパシタ30は充電され、残容量が除々に上昇する(時刻t2からt3の間)。
続いて、時刻t3において、キャパシタ30の残容量が予め設定されている上限閾値に達すると、制御装置21は、発電機10の運転を停止する。これにより、補機18への電力供給元が発電機10からキャパシタ30に切替られ、キャパシタ30による電力供給によって補機18や走行モータ17などが駆動されることとなる。
続いて、時刻t4において、荷役作業の開始を指示する信号が制御装置21に入力されると、制御装置21は、発電機10が停止していることを確認するとともに、キャパシタ30からの電力供給により巻きモータ15を駆動させて、荷役作業を開始させる。これにより、キャパシタ30から電力が巻きモータ15に供給されることにより、キャパシタ30の残容量は除々に減少する(時刻t4から時刻t5の間)。
続いて、時刻t5において、キャパシタ30の残容量が予め設定されている下限閾値に達すると、制御装置21は、キャパシタ30による電力供給を継続させたまま、発電機10を始動させる。これにより、発電機10は、上述と同様始動期間に入る(時刻t5からt6の間)。続いて、時刻t6において、発電機10が安定状態になると、例えば、発電機10の回転数が所定の回転数(例えば、500rmp)に達すると、制御装置21は、共通コンバータ11を駆動することにより、発電機10の電力を巻きインバータ31に供給する。これにより、巻きインバータ31などへの負荷に対する電力供給元がキャパシタ30から発電機10に切り替わることとなる。
このようにして、発電機10からの電力供給により荷役作業が引き続き行われることにより、時刻t7において、荷役作業が終了すると、今まで巻きインバータ31に供給されていた電力は、キャパシタ30に供給されることとなる。
これにより、キャパシタ30は充電され、残容量が除々に上昇する(時刻t7からt8の間)。そして、時刻t8において、キャパシタ30の残容量が上限閾値に達すると、制御装置21は、発電機10の運転を停止させ、キャパシタ30からの電力供給に切り替える。
これにより、キャパシタ30は充電され、残容量が除々に上昇する(時刻t7からt8の間)。そして、時刻t8において、キャパシタ30の残容量が上限閾値に達すると、制御装置21は、発電機10の運転を停止させ、キャパシタ30からの電力供給に切り替える。
これにより、キャパシタ30の残容量は、電力供給量に応じて除々に減少する(時刻t8からt9の間)。続いて、時刻t9において、荷役作業が開始されると、より多くの電力がキャパシタ30から放出されることとなるため、キャパシタ30の残容量の減少幅は大きくなる(時刻t9からt10の間)。そして、時刻t10において、キャパシタ30の残容量が下限閾値に達すると、制御装置21は、上述と同様に発電機10による電力供給に切り替えるべく、発電機10を始動させ、その後、キャパシタから発電機へ電力供給先を切り替える。
このように、制御装置21がキャパシタの残容量を監視し、キャパシタの残容量に応じて発電機の運転又は停止を制御することにより、図3における時刻t3から時刻t5の間、時刻t8から時刻t10の間において、発電機10の運転を停止させることができる。これにより、この期間において、発電機10による燃料消費はなく、また、排気ガスの排出もされないこととなる。このように、できるだけキャパシタ30からの電力供給を行うことにより、発電機10の運転時間を短くするので、効率よく運転を行うことが可能となる。またクレーン装置による作業のサイクル数をカウントしておき、所定のサイクル数を経過した時点で発電機10を始動させ、キャパシタ30から発電機10へ切換える構成とすることもできる。なお作業サイクルについては後述するが、後述する内容に限定されるものではない。
次に、上述した荷役作業時におけるクレーン装置の駆動系(図2参照)の作用について説明する。
(1)吊具の吊り上げ時(図4(a)及び(b)の過程A参照)
例えば、図4(b)に示すように、地上に載置されたコンテナ50を吊具45によって把持した状態にて、昇降装置47(図1参照)の駆動が開始される時は、図2に示したキャパシタ30(なお、キャパシタ30の残容量によっては発電機10(図3参照))から出力された電力が、巻きインバータ31に供給される。巻きインバータ31に供給された直流電流は、巻きインバータ31によって交流に変換されて、巻きモータ15へ供給され、この電力によって巻きモータ15が駆動され、ドラム(図示略)が回転される。
これにより、ワイヤ46がドラムに巻き取られ、吊具45によって把持されたコンテナが上方へ引き上げられる。吊り上げの開始時以降(起動後)は、大電流を必要としなくなるので、比較的少量の電力により巻きモータ15の駆動が実現できることとなる。
(1)吊具の吊り上げ時(図4(a)及び(b)の過程A参照)
例えば、図4(b)に示すように、地上に載置されたコンテナ50を吊具45によって把持した状態にて、昇降装置47(図1参照)の駆動が開始される時は、図2に示したキャパシタ30(なお、キャパシタ30の残容量によっては発電機10(図3参照))から出力された電力が、巻きインバータ31に供給される。巻きインバータ31に供給された直流電流は、巻きインバータ31によって交流に変換されて、巻きモータ15へ供給され、この電力によって巻きモータ15が駆動され、ドラム(図示略)が回転される。
これにより、ワイヤ46がドラムに巻き取られ、吊具45によって把持されたコンテナが上方へ引き上げられる。吊り上げの開始時以降(起動後)は、大電流を必要としなくなるので、比較的少量の電力により巻きモータ15の駆動が実現できることとなる。
(2)吊具の水平(横行)移動(図4(a)及び(b)の過程B参照)
例えば、コンテナ50を吊具45によって把持した状態にて、水平移動させる時は、キャパシタ30(キャパシタ30の残容量によっては発電機10)から出力された電力が、横行インバータ32に供給される。横行インバータ32に供給された直流電流は、横行インバータ32によって交流に変換されて、横行モータ16へ供給され、この電力によって、横行モータ16が駆動される。これにより、上方へ吊り上げられたコンテナ50は、トロリ装置22によって一側部側から他側部側へ移動される。
例えば、コンテナ50を吊具45によって把持した状態にて、水平移動させる時は、キャパシタ30(キャパシタ30の残容量によっては発電機10)から出力された電力が、横行インバータ32に供給される。横行インバータ32に供給された直流電流は、横行インバータ32によって交流に変換されて、横行モータ16へ供給され、この電力によって、横行モータ16が駆動される。これにより、上方へ吊り上げられたコンテナ50は、トロリ装置22によって一側部側から他側部側へ移動される。
(4)吊具の吊り降ろし時(図4(a)及び(b)の過程C参照)
例えば、コンテナ50を吊具45によって把持した状態にて、吊り降ろす時は、キャパシタ30(キャパシタ30の残容量によっては発電機10)から出力された電力が巻きインバータ31に供給される。巻きインバータ31に供給された直流電流は、巻きインバータ31によって交流に変換されて巻きモータ15へ供給され、この電力によって巻きモータ15が駆動され、ドラムが逆回転される。これによりワイヤ46がドラムから送り出され、吊具45によって把持されたコンテナ50が下方へ下げられる。
例えば、コンテナ50を吊具45によって把持した状態にて、吊り降ろす時は、キャパシタ30(キャパシタ30の残容量によっては発電機10)から出力された電力が巻きインバータ31に供給される。巻きインバータ31に供給された直流電流は、巻きインバータ31によって交流に変換されて巻きモータ15へ供給され、この電力によって巻きモータ15が駆動され、ドラムが逆回転される。これによりワイヤ46がドラムから送り出され、吊具45によって把持されたコンテナ50が下方へ下げられる。
その後、吊具45は自重により下降し、この下降する吊具45を吊っているワイヤ46によってドラムが回転され、これにより、巻きモータ15では、吊具45の下降にともなって回転されて発電することとなる。そして、この巻きモータ15にて発電された交流の電流は、巻きインバータ31によって直流に変換されて、キャパシタ30へ供給され、これにより、キャパシタ30が充電される。つまり、コンテナ50の下降時には、その回生エネルギーを巻きモータ15が電力に変え、その電力をキャパシタ30に蓄電させるようになっている。
このように、コンテナ50の下降時には、その起動時に大容量の電力を巻きインバータ31に供給する必要があるものの、その後においては、巻きモータ15の回生エネルギーがキャパシタ30に供給され、キャパシタ30の充電が行われることとなる。
次に、上述してきた本実施形態に係るキャパシタの容量について、検討する。
まず、キャパシタ30からの電力供給により主に実施される荷役作業の1サイクルは、後述の横行巻きサイクル3回と、所定の位置までの走行作業1回とにより構成されている。
ここで、横行巻きサイクルは、図4(a)に示すように、コンテナ50を保持していない状態(無負荷)の吊具45を所定の位置まで上昇させた後、水平移動させ、その後、コンテナ50を保持するために、吊具45を下降させる。次に、図4(b)に示すように、コンテナ50(20ton)を把持し、コンテナ50を把持した状態で吊具45を所定の位置まで上昇させ、その後、水平移動させて、吊具45を降下させ、コンテナ50を置く。この一連の作業が横行巻きサイクル1回である。
まず、キャパシタ30からの電力供給により主に実施される荷役作業の1サイクルは、後述の横行巻きサイクル3回と、所定の位置までの走行作業1回とにより構成されている。
ここで、横行巻きサイクルは、図4(a)に示すように、コンテナ50を保持していない状態(無負荷)の吊具45を所定の位置まで上昇させた後、水平移動させ、その後、コンテナ50を保持するために、吊具45を下降させる。次に、図4(b)に示すように、コンテナ50(20ton)を把持し、コンテナ50を把持した状態で吊具45を所定の位置まで上昇させ、その後、水平移動させて、吊具45を降下させ、コンテナ50を置く。この一連の作業が横行巻きサイクル1回である。
そして、上述のような横行巻きサイクルを連続して3回行った後、所定位置までの自走運転を行うと荷役作業1サイクルとなる。そして、この荷役作業1サイクルを実施するのに、必要なエネルギーなどを検討した結果、以下のような結果を得ることができた。
荷役作業1サイクルを実施するのに必要なエネルギーは、15047kJであった。
荷役作業1サイクルに要する時間は、736秒であった。
発電機10の始動に要する時間(始動時間)は、300秒であった。
また、上述した吊具45の吊り下げ時に発生する回生エネルギーは、2959kJ(1回の吊り下げにより発生するエネルギー)であった。
また、荷役作業1サイクルにおいて、100kW以上が必要なときの全エネルギー量は、3486.3kJであった。
なお、上記検討結果は、1例である。
荷役作業1サイクルを実施するのに必要なエネルギーは、15047kJであった。
荷役作業1サイクルに要する時間は、736秒であった。
発電機10の始動に要する時間(始動時間)は、300秒であった。
また、上述した吊具45の吊り下げ時に発生する回生エネルギーは、2959kJ(1回の吊り下げにより発生するエネルギー)であった。
また、荷役作業1サイクルにおいて、100kW以上が必要なときの全エネルギー量は、3486.3kJであった。
なお、上記検討結果は、1例である。
そして、上述したようなエネルギーが必要となる場合、図2に示したキャパシタ30の容量としては、例えば、以下の2つの態様(第1の態様及び第2の態様)をとることができる。
〔第1の態様〕
第1の態様では、20tonのコンテナを下降させるとき、つまり、巻きモータ15の巻き下げ時に発生する回生エネルギー1回分を蓄電可能な容量を有するキャパシタを採用する。この場合、例えば、15個のバッテリセルB1を直列に接続してなるバッテリパッケージを4個直列に接続してキャパシタ30を構成する。ここで、バッテリセルB1は、例えば、1分程度で充放電が行える性能を持つ蓄電池であり、これを15個直列に接続してなるバッテリパッケージは、出力エネルギーとして、746kJの性能を有する。従って、このバッテリパッケージを4つ直列に接続することにより、キャパシタ30としては、746kJ×4=2984kJの容量を有し、上述の回生エネルギー2959kJを蓄電できることとなる。
〔第1の態様〕
第1の態様では、20tonのコンテナを下降させるとき、つまり、巻きモータ15の巻き下げ時に発生する回生エネルギー1回分を蓄電可能な容量を有するキャパシタを採用する。この場合、例えば、15個のバッテリセルB1を直列に接続してなるバッテリパッケージを4個直列に接続してキャパシタ30を構成する。ここで、バッテリセルB1は、例えば、1分程度で充放電が行える性能を持つ蓄電池であり、これを15個直列に接続してなるバッテリパッケージは、出力エネルギーとして、746kJの性能を有する。従って、このバッテリパッケージを4つ直列に接続することにより、キャパシタ30としては、746kJ×4=2984kJの容量を有し、上述の回生エネルギー2959kJを蓄電できることとなる。
また、上記セルB1に代わって、10秒程度で充放電を行える性能を有するセルB2を15個直列接続してなるバッテリパッケージを11個直列に接続することにより、キャパシタ30を構成しても良い。この場合、バッテリパッケージ1個分のエネルギーは287kJである。また、第1の態様において、発電機10としては、例えば、400kWのものが使用される。このとき、図3にて説明した下限閾値は、例えば、当該態様におけるキャパシタ30の容量の半分程度に設定されることとなる。
そして、このように、回生エネルギーを蓄電することが可能な最小限の容量を有するキャパシタ30を用いて、上述の発電機の運転制御(図3参照)を行った場合、燃料消費量を10%削減させることができた。
そして、このように、回生エネルギーを蓄電することが可能な最小限の容量を有するキャパシタ30を用いて、上述の発電機の運転制御(図3参照)を行った場合、燃料消費量を10%削減させることができた。
〔第2の態様〕
第2の態様では、荷役作業1サイクルで必要なエネルギーを蓄電可能な容量を有するキャパシタ30を採用する。この場合、例えば、15個のバッテリセルB1を直列に接続してなるバッテリパッケージを21個直列に接続してキャパシタ30を構成する。ここで、バッテリセルB1は、上述したものと同様である。
或いは、バッテリセルB2を用いるのであれば、15個のバッテリセルB2を直列に接続してなるバッテリパッケージを53個直列に接続する。
第2の態様において、発電機10としては、例えば、400kWのものが使用される。このとき、図3にて説明した下限閾値は、例えば、当該態様におけるキャパシタ30の容量の半分程度に設定されることとなる。
そして、このように、荷役作業1サイクルの電力供給を行うことが可能な大容量のキャパシタを採用することにより、発電機10の運転停止期間を延ばすことが可能となる。この結果、燃料消費量は29%削減させることが可能となった。
第2の態様では、荷役作業1サイクルで必要なエネルギーを蓄電可能な容量を有するキャパシタ30を採用する。この場合、例えば、15個のバッテリセルB1を直列に接続してなるバッテリパッケージを21個直列に接続してキャパシタ30を構成する。ここで、バッテリセルB1は、上述したものと同様である。
或いは、バッテリセルB2を用いるのであれば、15個のバッテリセルB2を直列に接続してなるバッテリパッケージを53個直列に接続する。
第2の態様において、発電機10としては、例えば、400kWのものが使用される。このとき、図3にて説明した下限閾値は、例えば、当該態様におけるキャパシタ30の容量の半分程度に設定されることとなる。
そして、このように、荷役作業1サイクルの電力供給を行うことが可能な大容量のキャパシタを採用することにより、発電機10の運転停止期間を延ばすことが可能となる。この結果、燃料消費量は29%削減させることが可能となった。
以上説明してきたように、本実施形態に係るクレーン装置によれば、特に大きなパワーを必要とする荷役作業時においては、主にキャパシタ30によって電力を補うので、発電機10としては、自走のパワーを除いたコンテナ50の運搬のパワーの約平均のパワーを有する性能のものを用いることが可能となる。また、荷役作業時において、キャパシタ30によって電力供給が行われている期間においては、発電機10の運転を停止させることが可能となるので、発電機10の燃料消費量を大幅に低減させることが可能となり、効率の良い運転を実現させることが可能となる。更に、発電機10の運転を停止させることにより、大量の排気ガスの排出がなくなり、特に、ディーゼルエンジン式の発電機では、CO2はもとよりNOXの排出を大幅に抑えることが可能となる。これにより、環境への影響を最小限に抑えることができる。
〔第2の実施形態〕
次に、本発明の第2の実施形態に係るクレーン装置について説明する。
本実施形態に係るクレーン装置は、図2に示したクレーン装置の駆動系において、キャパシタを複数備えた構成とし、負荷に対して電力を供給するキャパシタを順次切り替えながら上述した荷役作業を実施するようにしたものである。
次に、本発明の第2の実施形態に係るクレーン装置について説明する。
本実施形態に係るクレーン装置は、図2に示したクレーン装置の駆動系において、キャパシタを複数備えた構成とし、負荷に対して電力を供給するキャパシタを順次切り替えながら上述した荷役作業を実施するようにしたものである。
例えば、図5に示すように、共通コンバータ11と巻きインバータ31などのインバータとの間に、2つのキャパシタ31及び32を設ける。更に、共通コンバータ11の+出力端子側にはスイッチS1を、インバータの+入力端子側にはスイッチS2を、各キャパシタの+端子側には、それぞれスイッチS3、S4を設ける。そして、制御装置21(図示略)は、各キャパシタ31及び32の残容量を監視しながら、スイッチS1乃至S4を制御することにより、いずれか一方のキャパシタについては充電を、他方のキャパシタについては放電を行わせる。
具体的には、例えば、スイッチS3とスイッチS1とを接続することにより、キャパシタ31を共通コンバータ11を介して発電機10に接続するとともに、スイッチS4とスイッチS2とを接続することにより、キャパシタ32を巻きインバータ31などを介して、各モータ15、16、及び17に接続する。これにより、キャパシタ31については、発電機10からの電力が共通コンバータ11を介して供給されることにより充電が行われ、一方、キャパシタ32からは、各インバータ31などを介して巻きモータ15などに電力が供給されることにより、放電が行われる。
そして、制御装置21(図示略)は、これらのキャパシタ31及び32の残容量を監視しており、放電を行っているキャパシタ32の残容量が下限閾値に達した場合、或いは、キャパシタ31の残容量が上限閾値に達した場合に、充放電を行うキャパシタを切り替えるべく、スイッチS1とスイッチS4とを接続し、スイッチS2とスイッチS3とを接続する。これにより、キャパシタ31により負荷に対する電力供給が実施され、キャパシタ32については、発電機10からの電力が供給されることにより充電が行われることとなる。
上記各キャパシタ31及び32は、例えば、上述したバッテリセルB1を15個、直列に接続したバッテリパッケージを21個、直列に接続した構成とする。また、上述のバッテリセルB2を15個、直列に接続したバッテリパッケージを106個、直列に接続した構成としても良い。
この場合、発電機10としては、例えば、50kW出力の性能を有するものを採用することが可能である。
この場合、発電機10としては、例えば、50kW出力の性能を有するものを採用することが可能である。
以上説明してきたように、本実施形態に係るクレーン装置によれば、発電機10を従来に比べて大幅に小さくすることが可能となるとともに、運転時間も大幅に短縮することが可能となる。これにより、燃料消費量を大幅に低減でき、高効率な運転を実現させることが可能となる。更に、CO2はもとよりNOXの排出を大幅に抑えることができ、環境への影響を最小限に抑えることができる。
なお、上述したスイッチS1乃至S4の切り替えタイミングは一例であり、キャパシタ31及び32が過放電、過充電にならない程度に適切に切り替えが行われるようにすれば良い。また、本実施形態において、キャパシタは2個に限られることなく、2個以上設けることが可能である。この場合、複数のキャパシタから放電が、複数のキャパシタに対して充電が行われるようにしても良い。なお、充放電を行う個数は適宜変更することが可能である。
なお、上述したスイッチS1乃至S4の切り替えタイミングは一例であり、キャパシタ31及び32が過放電、過充電にならない程度に適切に切り替えが行われるようにすれば良い。また、本実施形態において、キャパシタは2個に限られることなく、2個以上設けることが可能である。この場合、複数のキャパシタから放電が、複数のキャパシタに対して充電が行われるようにしても良い。なお、充放電を行う個数は適宜変更することが可能である。
〔第3の実施形態〕
次に、本発明の第3の実施形態に係るクレーン装置について説明する。
本実施形態に係るクレーン装置は、図2に示したクレーン装置の駆動系において、補機18を駆動する専用の小型発電機(第2の発電機)19を更に備えた構成とし、発電機(第1の発電機)10の小型化、及びキャパシタ30の低容量化を図るものである。
次に、本発明の第3の実施形態に係るクレーン装置について説明する。
本実施形態に係るクレーン装置は、図2に示したクレーン装置の駆動系において、補機18を駆動する専用の小型発電機(第2の発電機)19を更に備えた構成とし、発電機(第1の発電機)10の小型化、及びキャパシタ30の低容量化を図るものである。
例えば、図6に示すように、補機18を駆動するための小型発電機19を設け、クレーン装置の運転時においては、この小型発電機19を常時運転させることにより、補機18に対して電力供給を行う。
一方、発電機10については、例えば、上述した第1の実施形態と同様に、荷役作業中において、キャパシタ30の残容量に応じて、発電機10の運転及び停止が制御装置21により制御されても良く、また、発電機10の始動期間のみに限って、キャパシタ30から電力供給を実施するようにしても良い。このときの、発電機10の運転及び停止のタイミングについては、特に限定されない。
一方、発電機10については、例えば、上述した第1の実施形態と同様に、荷役作業中において、キャパシタ30の残容量に応じて、発電機10の運転及び停止が制御装置21により制御されても良く、また、発電機10の始動期間のみに限って、キャパシタ30から電力供給を実施するようにしても良い。このときの、発電機10の運転及び停止のタイミングについては、特に限定されない。
本実施形態に係る発電機10としては、例えば、400kWの出力性能のものが用いられ、小型発電機19としては、30kWの出力性能のものが用いられる。キャパシタ30としては、15個のバッテリセルB1を直列に接続してなるバッテリパックを9個直列に接続したものを用いると良い。これは、例えば、発電機10の始動時における電力供給を補間することができる程度の容量である。また、上述のバッテリセルB2を用いるのであれば、15個のバッテリセルB2を直列に接続したバッテリパックを22個直列に接続することにより、キャパシタ30を構成することとなる。キャパシタ30をこのような容量にすることにより、発電機10の始動期間における電力供給をキャパシタ30により実現させることが可能となる。
以上説明してきたように、本実施形態に係るクレーン装置によれば、補機18などへ電力を供給するための小型発電機19を設けているので、荷役作業を行っていない期間においては、発電機10の運転を完全に停止させることが可能となる。これにより、比較的大型な発電機10の運転を停止させることが可能となるので、燃料消費量の低減、並びに、CO2などの排出を大幅に抑えることが可能となる。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上記実施形態においては、クレーン装置として、車輪43によって走行可能とされた自走式のトランスファークレーンR1を例にとって説明したが、クレーン装置としては、自走式に限定されることはなく、例えば、レール上を移動するようなクレーン装置であっても良い。
例えば、上記実施形態においては、クレーン装置として、車輪43によって走行可能とされた自走式のトランスファークレーンR1を例にとって説明したが、クレーン装置としては、自走式に限定されることはなく、例えば、レール上を移動するようなクレーン装置であっても良い。
R1 トランスファークレーン
10 発電機
15 巻きモータ
16 横行モータ
17 走行モータ
20 制御盤
21 制御装置
30 キャパシタ
31 巻きインバータ
32 横行インバータ
33 走行インバータ
10 発電機
15 巻きモータ
16 横行モータ
17 走行モータ
20 制御盤
21 制御装置
30 キャパシタ
31 巻きインバータ
32 横行インバータ
33 走行インバータ
Claims (7)
- 荷役作業を行うクレーン装置であって、
駆動電源として発電機及び蓄電装置を備え、
前記荷役作業を開始する場合には、前記蓄電装置からの電力供給により、前記荷役作業を行うクレーン装置。 - 前記荷役作業中において、前記蓄電装置の残量が所定の下限閾値に達した場合に、前記発電機を始動させ、前記発電機の状態が安定した後に、電力の供給元を前記蓄電装置から前記発電機に切り替える請求項1に記載のクレーン装置。
- 前記荷役作業中において、少なくとも1サイクルの荷役作業を経過した場合に、前記発電機を始動させ、前記発電機の状態が安定した後に、電力の供給元を前記蓄電装置から前記発電機に切り替える請求項1に記載のクレーン装置。
- 前記蓄電装置は、荷役作業において吊具の巻き下げ時に発生する前記巻きモータの回生エネルギーを蓄電可能な容量を有する請求項1から請求項3のいずれかの項に記載のクレーン装置。
- 前記蓄電装置は、少なくとも1サイクルの荷役作業を行うのに必要となる電力を蓄電できる容量を有する請求項1から請求項3のいずれかの項に記載のクレーン装置。
- 荷役作業を行うクレーン装置であって、
発電機と、
複数の蓄電装置と
を備え、
負荷に対して電力を供給する前記蓄電装置を順次切り替え、電力供給を実施していない前記蓄電装置に対しては、前記発電機から電力供給を行うことにより充電を行うクレーン装置。 - 荷役作業を行うクレーン装置であって、
荷役作業の有無に応じて運転及び停止される第1の発電機と、
蓄電装置と、
常時運転される第2の発電機と
を備え、
荷役作業が行われていない場合には、前記第1の発電機を停止させるクレーン装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2005039796A JP2006225093A (ja) | 2005-02-16 | 2005-02-16 | クレーン装置 |
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JP2005039796A Withdrawn JP2006225093A (ja) | 2005-02-16 | 2005-02-16 | クレーン装置 |
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US10033187B2 (en) | 2011-12-20 | 2018-07-24 | Mitsui Engineering & Shipbuilding Co., Ltd. | Emergency power supply method for container terminal and container terminal |
-
2005
- 2005-02-16 JP JP2005039796A patent/JP2006225093A/ja not_active Withdrawn
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