JP4600941B2 - エレベータの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、商用電源とは別に燃料電池を備えたエレベータの制御装置に関する。

通常、地震等により停電が発生すると、エレベータの制御装置に組み込まれた停電時自動着床機能が起動され、バッテリ駆動により乗りかごを最寄階まで移動させて、乗客を降ろしてから運転を休止する。その後、電力供給が再開されると、地震の大きさにもよるが、点検運転により安全を確認した後に運転を再開する。

しかし、例えば大規模な地震が発生し、停電すると、電力復旧に長期間かかるため、その間、建物やエレベータに異常がなくとも、エレベータを利用できない状況が続いてしまう。この場合、長期間の停電に備えてバッテリの容量を増やすことも考えられるが、バッテリの電力だけでエレベータを駆動し続けることは困難であり、また、システムが大型化してしまうなどの問題がある。

そこで、近年、新たな電力供給源として、燃料電池の利用が考えられている。例えば特許文献１では、エレベータの巻上機や、照明装置、ドア駆動装置、操作盤、表示装置、空調装置などの電源として、燃料電池を用いることが開示されている。
特開２００２−３２６７７１号公報

上述した燃料電池は、水素などの燃料と酸素などの酸化剤を供給し続けることで継続的に電力を発生することができ、システム規模に影響されずに、効率的に電力供給できるといった特性を有する。

しかしながら、その一方で、化学反応を利用しているために、安定した電力を供給できるまでに時間がかかる。したがって、上記特許文献１のように燃料電池を電源として備えていても、停電が発生すると、その燃料電池から直ぐには電力供給できず、その間、エレベータが停止してしまう状況が生じる。

本発明は上記のような点に鑑みなされたもので、地震時に停電が発生した場合に、燃料電池から直ぐに安定した電力を供給して運転を継続することのできるエレベータの制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係るエレベータの制御装置は、商用電源とは別に燃料電池を備え、上記燃料電池から供給される電力によって駆動可能なエレベータの制御装置において、地震発生を知らせる特定の信号を受信する信号受信手段と、この信号受信手段によって上記特定の信号が受信されたときに、上記燃料電池を起動する電池駆動制御手段と、停電を検出する停電検出手段と、上記電池駆動制御手段による上記燃料電池の起動後、上記停電検出手段によって停電が検出された場合に、電力供給源を上記商用電源から上記燃料電池に切り替えてエレベータの運転を継続して行う運転制御手段とを具備したことを特徴とする。

本発明によれば、地震時に燃料電池を早めに起動しておくことにより、その後に停電が発生した際に、燃料電池から直ぐに安定した電力を供給してエレベータの運転を継続することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る燃料電池を備えたエレベータの全体構成を示す図である。

このエレベータは、電動機１１、この電動機１１の回転軸に取り付けられたシーブ１２、このシーブ１２に巻き掛けられたロープ１３、このロープ１３の両端に吊り下げられた乗りかご１４とカウンタウェイト（釣り合い重り）１５などを備える。

また、駆動系として、商用電源２１、この商用電源２１の交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ２２、このコンバータ２２の直流電圧をエレベータ駆動に必要な交流電圧に変換して電動機１１に供給するインバータ装置２３などを備える。

上記商用電源２１としては三相交流電源が用いられる。この三相交流電源から供給される交流電圧は、コンバータ２２にて直流に変換されてインバータ装置２３に与える。このインバータ装置２３にて、所定周波数の交流電圧に変換され、電動機１１に駆動電力として供給される。

このような電力供給により、電動機１１が回転駆動され、これに伴いシーブ１２が回転し、そこに巻き掛けられたロープ１３を介して乗りかご１４とカウンタウェイト１５が昇降路内をつるべ式に昇降動作する。

また、上記構成に加え、停電時の電力供給系として、さらに燃料電池２４、供給制御装置２５、電力切替えスイッチ２６，２７を備える。

燃料電池２４は、水素燃料と空気中の酸素とを反応させて電力を発生する。なお、この燃料電池２４の具体的な構成については、本発明とは直接関係しないため、ここではその説明を省略するものとする。供給制御装置２５は、燃料電池２４から発生する電力をインバータ装置２３に供給する。

電力切替えスイッチ２６，２７は、それぞれに商用電源２１の電力供給ラインと燃料電池２４の電力供給ラインに配設されている。通常時は電力切替えスイッチ２６が閉状態、電力切替えスイッチ２７が開状態にあり、商用電源２１の電力がインバータ装置２３に供給される。これらの電力切替えスイッチ２６，２７の切り替えは、主制御装置２８によって制御される。

主制御装置２８は、インバータ装置２３の駆動制御や、電力切替えスイッチ２６，２７の切り替え制御などを含むエレベータ全体の制御を行うものである。この主制御装置２８は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を搭載したコンピュータからなる。

また、本実施形態において、この主制御装置２８には地震速報受信機２９が接続されている。地震速報受信機２９は、地震発生時に気象庁等の特定の機関から発信される地震速報をインターネット等の通信回線を介して受信するものである。

図２は主制御装置２８の機能構成を示すブロック図である。主制御装置２８には、電力供給に関する機能として、電池駆動制御部２８ａ、運転制御部２８ｂ、停電検出部２８ｃが備えられている。

電池駆動制御部２８ａは、燃料電池２４の駆動を制御する。運転制御部２８ｂは、エレベータの運転を制御するものであり、ここでは、停電時に電力供給源を燃料電池２４に切り替えた場合に消費電力を抑えた特殊運転を実行する。停電検出部２８ｃは、エレベータの駆動系に商用電源２１からの電力が供給されない状態を停電として検出する。

次に、第１の実施形態の動作を説明する。
図３は第１の実施形態における電力供給処理の動作を示すフローチャートである。なお、このフローチャートで示される処理は、コンピュータである主制御装置２８が所定のプログラムを読み込むことにより実行される。

今、商用電源２１から供給される電力によってエレベータが通常に運転されている状態で、地震が発生したとする。

地震が発生すると、気象庁等の特定の機関から震源地や地震の規模、各地の到達時刻などを含む地震速報が地震発生を事前に知らせる特定の信号として送られてくる。地震速報受信機２９にて地震速報が受信されると（ステップＡ１１）、主制御装置２８は、商用電源２１とは別に備えられた燃料電池２４を直ちに起動する（ステップＡ１２）。

その際、主制御装置２８は、電力切替えスイッチ２６，２７の両方を閉じておき、商用電源２１と燃料電池２４の両方の電力を供給できる状態にしておく（ステップＡ１３）。ただし、燃料電池２４は水素燃料と空気との化学反応により電力を発生する構造のため、起動後に直ぐには電力は得られない。したがって、しばらくの間は商用電源２１だけで電力供給が行われることになる。

ここで、地震の影響により商用電源２１の電力供給が断たれて停電が発生したとする。主制御装置２８は、燃料電池２４の起動後、所定時間内に停電が発生したことを検出すると（ステップＡ１４のＹｅｓ）、電力切替えスイッチ２６を開き、電力供給源を燃料電池２４だけに切り替えて電力供給を行う（ステップＡ１５）。なお、停電の検出方法としては、例えば商用電源２１の電力供給ラインに図示せぬ電力検知器を設置しておき、その電力検知器から出力される信号によって停電を検出する方法などがある。

停電発生により電力供給源を燃料電池２４に切り替えたとき、燃料電池２４は上記地震速報の受信タイミングで既に起動済みであるので、供給制御装置２５を通じて安定した電力を駆動系に供給することができる。

ただし、燃料電池２４だけでは、エレベータの負荷変動に対応できない可能性があるため、主制御装置２８は、以下のような特殊運転モード１または特殊運転モード２に切り替えて、エレベータの運転を継続する（ステップＡ１６）。

（１）特殊運転モード１
図４は特殊運転モード１に切り替えて運転した場合の消費電力を示す図であり、斜線部分が特殊運転時の消費電力を表している。

通常運転では、呼びに応答して乗りかご１４が目的階に移動するため、その都度、比較的大きな電力を必要とする。このときの最大消費電力をＰ１とする。特殊運転モード１は、乗りかご１４を各階で停止させながら、上昇運転と下降運転を繰り返す運転である。その際、消費電力を一定とするため、力行運転と回生運転を交互に連続させるように乗客数を制限して運転するものとする。

すなわち、例えば乗りかご１４が昇降路の下方向に動く場合に、そのときの乗りかご１４の荷重がカウンタウェイト１５より重ければ、動力を必要としないため、電動機１１が発電機として機能することになり、電力が生じる。同様に、乗りかご１４が上方向に動く場合に、そのときの乗りかご１４の荷重がカウンタウェイト１５より軽ければ、動力を必要としないため、電動機１１が発電機として機能して電力が生じる。このように、動力を必要とせずに乗りかご１４を運転することを「回生運転」と呼ぶ。また、その逆に、電動機１１の動力を必要する運転のことを「力行運転」と呼ぶ。

ここで、図４に示すように、上昇運転時には常に力行運転となるように乗客数を制限しながら各階床で停止して運転する。これにより、力行の負荷を連続させて、その間の消費電力を一定にして運転することができる。このときの最大消費電力をＰ２とすると、Ｐ１＞Ｐ２となり、通常運転時に比べて消費電力を大幅に抑えることができる。

上昇運転から下降運転に切り替わる直前に、燃料電池２４の駆動を停止する。この間は惰性で発電して動くことになる。下降運転時には常に回生運転となるように乗客数を制限しながら各階床で停止して運転する。これにより、回生の負荷を連続させることができる。また、力行運転で電力を必要とすることを見越して、下降運転から上昇運転に切り替わる前に早めに燃料電池２４を起動する。

なお、回生運転時には回生電力が発生するので、これを図示せぬバッテリに蓄えておき、力行運転時に駆動系に放電する構成とすれば、燃料電池２４による電力供給をアシストできる。

また、図４では、上昇運転時に力行運転、下降運転時に回生運転を連続させた例を示したが、上昇運転時に回生運転、下降運転時に力行運転を連続させることでも良い。

このように、各階を停止しながら上昇運転と下降運転を繰り返すと共に、どちらか一方を力行運転、他方を回生運転となるように乗客数を制御して運転することで、消費電力を抑えることができる。これにより、停電時に燃料電池２４から供給される電力を用いて、エレベータを長期間運転することが可能となる。

（２）特殊運転モード２
図５は特殊運転モード２に切り替えて運転した場合の消費電力を示す図であり、斜線部分が特殊運転時の消費電力を表している。

通常運転では、呼びに応答して乗りかご１４が目的階に移動するため、その都度、比較的大きな電力を必要とする。このときの最大消費電力をＰ１とする。特殊運転モード２では、乗りかご１４の運転速度を下げて低速運転を行う。具体的には、通常運転時の半分程度まで減速して運転する。このときの最大消費電力をＰ２とすると、Ｐ１＞Ｐ２となる。また、通常運転時における力行と回生の負荷変動をＤ１、この特殊運転における力行と回生の負荷変動をＤ２とすれば、Ｄ１＞Ｄ２となる。

このように、通常運転時よりも低速で運転を行えば、負荷変動に伴う消費電力を大幅に抑えることができる。これにより、停電時に燃料電池２４から供給される電力を用いて、エレベータを長期間運転することが可能となる。

一方、図３において、燃料電池２４の起動後、所定時間経過しても停電が発生していなかった場合、あるいは、停電が復旧した場合には（ステップＡ１４のＮｏ）、主制御装置２８は、燃料電池２４の駆動を停止する（ステップＡ１７）。その際に、主制御装置２８は、電力切替えスイッチ２７を開き、電力切替えスイッチ２６を閉じることで、商用電源２１の電力を駆動系に供給して通常の運転を行う（ステップＡ２０）。

このように、地震速報を受信した時点で燃料電池２４を早めに起動することで、燃料電池２４の立ち上がりの遅さをカバーでき、実際に地震が到来して停電が生じたときに、燃料電池２４から安定した電力をエレベータに供給して運転を継続することができる。

さらに、その間に電力消費を抑えた特殊運転を行うことにより、たとえ停電の復旧が遅れたとしても、燃料電池２４の電力だけで運転が継続されるので、利用者はエレベータを利用してビル内を自由に移動することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態では、地震検知器から出力されるＰ波の検知信号を利用して燃料電池に早めに起動をかけるようにしたものである。

図６は第２の実施形態に係るに係る燃料電池を備えたエレベータの全体構成を示す図である。なお、上記第１の実施形態における図１の構成と同じ部分には同一符号を付して、その説明を省略するものとする。

第２の実施形態では、エレベータの昇降路３０に地震検知器３１が設置されており、その地震検知器３１の出力信号が主制御装置２８に入力されるようになっている。この地震検知器３１は、地震のＰ波とＳ波を検知する機能を備える。

Ｐ波は縦波または粗密波と呼ばれ、震源から岩盤を伝わって最初に到達する小さな衝撃波である。これに対し、Ｓ波は横波と呼ばれ、Ｐ波が到達した後に岩盤を伝わってくる大きな揺れの波である。Ｐ波は地盤の密度や剛性（堅さの一種）によって多少異なるが、Ｐ波の速度は１秒間に約６ｋｍ、Ｓ波の速度は１秒間に３．５ｋｍと言われている。すなわち、Ｐ波はＳ波の２倍近く伝わる速度が速い。

地震検知器３１によってＰ波が検知されると、その検知信号が主制御装置２８に入力される。主制御装置２８では、このＰ波検知信号を入力したときに、図３に示したような処理を実行する。

すなわち、主制御装置２８は、地震発生時に上記地震検知器３１から最初に出力されるＰ波検知信号を地震予知信号として受信し、そのときに燃料電池２４を起動する。そして、燃料電池２４の起動後、所定時間内に停電が発生した場合に、電力供給源を燃料電池２４に切り替え、上述した特殊運転により省電力で運転を継続する。また、所定時間内に停電が発生しなかった場合あるいは停電が復旧した場合には商用電源２１に戻して通常運転する。

このように、地震検知器３１のＰ波検知信号を利用して燃料電池２４を早めに起動することでも、上記第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、図６では、昇降路３０内に地震検知器３１を設置した例を示したが、この地震検知器３１の設置箇所は昇降路３０に限らず、例えば建物の機械室などでも良く、要はエレベータ施設内で地震による揺れを検知し易い場所、特に最初に到来するＰ波を検知し易い場所であればどこでも良い。

要するに、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の形態を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を省略してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

図１は本発明の第１の実施形態に係る燃料電池を備えたエレベータの全体構成を示す図である。 図２は同実施形態におけるエレベータに設けられた主制御装置の機能構成を示すブロック図である。 図３は同実施形態における電力供給処理の動作を示すフローチャートである。 図４は同実施形態における特殊運転モード１に切り替えて運転した場合の消費電力を示す図である。 図５は同実施形態における特殊運転モード２に切り替えて運転した場合の消費電力を示す図である。 図６は本発明の第２の実施形態に係る燃料電池を備えたエレベータの全体構成を示す図である。

符号の説明

１１…電動機、１２…シーブ、１３…ロープ、１４…乗りかご、１５…カウンタウェイト、２１…商用電源、２２…コンバータ、２３…インバータ装置、２４…燃料電池、２５…供給制御装置、２６…電力切替えスイッチ、２７…電力切替えスイッチ、２８…主制御装置、２８ａ…電池駆動制御部、２８ｂ…運転制御部、２８ｃ…停電検出部、２９…地震速報受信機、３０…昇降路、３１…地震検知器。

Claims (7)

1. 商用電源とは別に燃料電池を備え、上記燃料電池から供給される電力によって駆動可能なエレベータの制御装置において、
   地震発生を知らせる特定の信号を受信する信号受信手段と、
   この信号受信手段によって上記特定の信号が受信されたときに、上記燃料電池を起動する電池駆動制御手段と、
   停電を検出する停電検出手段と、
   上記電池駆動制御手段による上記燃料電池の起動後、上記停電検出手段によって停電が検出された場合に、電力供給源を上記商用電源から上記燃料電池に切り替えてエレベータの運転を継続して行う運転制御手段と
   を具備したことを特徴とするエレベータの制御装置。
2. 上記運転制御手段は、上記燃料電池に切り替えた場合に電力消費を抑えた特殊運転を実行することを特徴とする請求項１記載のエレベータの制御装置。
3. 上記運転制御手段は、上記特殊運転として、各階を停止しながら上昇運転と下降運転を繰り返すと共に、どちらか一方を力行運転、他方を回生運転となるように乗客数を制御した運転を実行することを特徴とする請求項２記載のエレベータの制御装置。
4. 上記運転制御手段は、上記特殊運転として、通常の運転速度よりも低速で運転を実行することを特徴とする請求項２記載のエレベータの制御装置。
5. 上記運転制御手段は、上記燃料電池の起動後、停電が発生しなかった場合あるいは停電が復旧した場合に、上記電池駆動制御手段を通じて上記燃料電池の駆動を停止し、電力供給源を上記商用電源に戻して通常運転を行うことを特徴とする請求項１記載のエレベータの制御装置。
6. 上記信号受信手段は、地震発生時に特定の機関から発信される地震速報を上記特定の信号として受信することを特徴とする請求項１記載のエレベータの制御装置。
7. エレベータ施設の所定の場所に設置された地震検知器を備え、
   上記信号受信手段は、地震発生時に上記地震検知器から最初に出力されるＰ波の検知信号を上記特定の信号として受信することを特徴とする請求項１記載のエレベータの制御装置。

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