マイクロテックス社製電池式地下採掘装置
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マイクロテックス社製バッテリーを使用した地下鉱山機械

今回のブログでは、非常に困難な地下の義務であるバッテリーの要求事項を 電池式の地下採掘装置。 地下で使用するバッテリーの設計や素材には、当然ながら安全性が求められますが、性能の重要性や、このような環境でのバッテリーのメンテナンスや充電が実際には難しいことも忘れてはなりません。 このアプリケーションの課題は多く、設計や製造のわずかな部分でも間違えれば、悲惨な結果を招くことになります。

鉱山用機関車のバッテリーの作業環境について
多くの人が知っているように、鉱山での作業環境は地球上で最も人を寄せ付けない危険なものです。 これは、現代社会に欠かせない鉱石や鉱物を提供してくれている人たちと同様に、装置にも言えることです。 鉱山に作業員を入れる前には、慎重な人選、高度な準備、保護具が必要であるように、現代の鉱山作業に不可欠な電動機器の選択、準備、保護にも同様に慎重なアプローチが必要です。

鉱山の作業環境は、その場所や採取する物質によって異なります。 例えば、地下の炭鉱では防火対策やメタンガス対策、珪肺症などの肺疾患対策に重点が置かれますが、露天の黄銅鉱ではまた違った配慮が必要です。 ここでは、電気を動力源とする輸送機器を必要とする地下鉱山全般を対象としています。 生の線路は危険なので、機器の電源は必ずトラクション・バッテリーを使用する。 しかし、過酷な環境であるがゆえに、地下の電気機器を安全に運用するためには、電池の種類や構造が非常に重要となる。

マイクロテックス社製電池式地下採掘装置

地下鉱山用機関車のバッテリーには、作業環境に応じていくつかの重要な特徴があります。 鉱業用機関車のバッテリーの問題点と、マイクロテックスが鉱業用機関車のバッテリーシリーズで提供しているソリューションは以下の通りです。

マイクロテックス社製電池式地下採掘装置 マイクロテックス社製リミットレス
マイクロテックス社製電池式地下採掘装置

信頼性 - 電池式地下採掘装置

1.信頼性– バッテリーが設置されたその日から定格性能を発揮することが絶対的に保証されていなければなりません。 鉱山会社では、1日の生産量を満たすことができないような事態は一度も起こらないし、安全面でもチャンスを逃すことはできない。 そのためには、鉱山用バッテリー製造の各段階での品質管理と最終的な安全確認が不可欠です。 マイクロテックスはこの責任を非常に重く受け止めており、ISO9000の認定を受けて、すべての製造段階、すべての部品が電気的、化学的、物理的特性をチェックされていることを確認しています。 最終製品である鉱山用機関車のバッテリーは、性能と安全性の両面で100%テストされています。

設置のしやすさ - 電池式地下採掘装置

2.設置のしやすさ – 限られたスペースしかない地下にトラクション・バッテリーを設置する場合、必要なスキルや労力は最小限でなければなりません。 このような理由から、Microtex社はトラクション・バッテリーを充電プラグと一緒に組み立て、完全にテストし、最高の充電状態にして、完全なオペレーション・シフトができるようにしています。 コンテナのリフティングアイは、ロコのバッテリーコンパートメントへの出し入れの際に最大限の安定性を発揮するように配置されています。

操作方法 - 電池式地下採掘装置

3.運用– 鉱山用機関車のバッテリーは、その寿命までに運用上の必要性に対応できる十分な容量を持ち、メンテナンスは最小限であること。 また、トラクション・バッテリーが過熱してはいけません。 過熱すると、水の損失が大きくなり、グリッドの腐食により寿命が短くなり、充電時のガス発生量が多くなります。 マイクロテックス社のトラクション・バッテリーは、良好な動作特性を確保するために、プレートがチューブ状になっているものを使用しています。 これは、すべての鉛蓄電池の構造の中で最も高いエネルギー密度を実現するための重要な設計原理です。

マイクロテックス社の鉱山用機関車バッテリー
図1 鉱山機械用2V鉛蓄電池の構造 鉱山機械用電池への要求事項
図2 マイニングロコモーティブのバッテリーセルの内部構造
図2 マイニングロコモーティブのバッテリーセルの内部構造

電池駆動の地下鉱山機械用電池の製造

マイクロテックスのチューブ式トラクション・バッテリーは、独自の設計により、要求される性能を満たし、それ以上の性能を発揮します。 その出発点となるのが、トラクション・バッテリーの容量と義務を果たす能力を与え、高いサイクル寿命を実現するプレートの活物質です。 マイクロテックスのセルの活物質バランスは、ドイツの著名な電池科学者であるRusch博士と共同で設計されました。 それを実現するためのプロセスは、私との共同作業で考案しました。 接続面積が保証されているボルト締めのコネクターや、真鍮や銅の無垢の部品を使用することで、オーバーヒートの問題を最小限に抑えています。

もう一つの特徴は、管状のポジティブグリッド(スパイン)に鉛合金を使用していることです。 これは、アンチモンの濃度が非常に低く、鉱山用機関車のバッテリーを充電する際に、電解液中の水分が分解されて生じるプレート上の水素と酸素の発生(ガス発生)を抑えることができます。 また、電解液レベルインジケーターを使用することで、セルの補充が必要になった際に、煩わしい操作をすることなくメンテナンスを行うことができます。

スズ、ヒ素、セレンを添加することで、耐食性とクリープ強度を高めています。 この合金の組み合わせは、水素発生による爆発の危険性を実質的に排除し、鉱山用機関車のバッテリーの補充回数を減らすだけでなく、正極板の成長を防止してバッテリーの寿命を延ばす効果があります。

安全性 - バッテリー駆動の地下採鉱機器における

4.安全性– 地下に設置された電気機器には、火災と爆発という2つの大きな不安要素があります。 爆発については、バッテリーに起因するものとして最も多いのは、鉱山用機関車のバッテリーが充電を完了したとき、または充電終了間際に発生する内部アークによるものです。 鉱山用バッテリーの内部では、鉛合金の部品間の接合が弱かったり、不十分だったりすると、アーク放電が発生することがあります(主に内部のバスバーとプレートの間)。 ここで電流のオン・オフによる火花が発生したり、充電による高濃度の水素と一緒にロコが揺れたりすると爆発してしまう。

そのため、Microtex社の鉱山用機関車のバッテリー組み立て手順における溶接工程はモニターされており、すべてのセルのバスバーとプレートの溶接を次の段階に進む前に検査しています。 また、これらの重要な溶接部の完全性をテストするために、シフトごとにランダムな破壊テストが行われます。
爆発を除けば、鉱業用機関車のバッテリーを含む地下の電気機器がもたらす最大の脅威は、おそらく火災です。 また、鉱山機械のバッテリーが発火する原因は様々です。

英国の炭鉱での経験から、鉱山用機関車のバッテリー火災の原因は、外付け部品の事故によるものが最も多いと認識しています。 これらの原因のほとんどは、鉱山機械のバッテリーやコンテナの露出した金属部分の間で発生する電気的なトラッキングやアーク放電です。 トラッキングのための導体は、表面の酸、あるいは鉱山活動から出る粉塵や鉱物の堆積物を伝導することができます。

大電流負荷がかかると、セル端子の絶縁が不十分であったり、容器の鉄が露出していたりすると、酸や導電性鉱物の粉塵で汚染されたセル蓋の上でトラッキングが発生します。 導電性メディアは抵抗が高いため、熱が発生し、セルの蓋が焦げたり、極端な場合には火災の原因にもなります。

Microtex社の鉱山用バッテリーは、セルの蓋に難燃性の素材を使用し、金属が露出しない絶縁ボルトコネクターを採用し、スチールコンテナに特殊なポリエステルコーティングを施すことで、絶縁性と柔軟性を両立させ、金属が露出するようなダメージを受けないように設計されています(Fig.1)。 特に容器は、金属が露出して端子から容器までの導電路ができてしまうと、漏電の危険性があるため重要です。

これは火災の危険性があるだけでなく、鉱山用バッテリーの動作電圧を低下させ、基本的にエネルギー出力を低下させるため、鉱山用バッテリーの容量と寿命を低下させます。

また、充電時に発生する可燃性ガスに引火して火災になる危険性もあります。 この脅威は、充電用に適切に換気された場所を設けることで最小限に抑えることができます。 マイクロテックスでは、お客様のご要望に応じて、設計と適切な運用に関するアドバイスを無料で行っています。 さらに、マイクロテックス社が数十年の経験をもとに開発した専用の充電器を使用することで、充電時のガス発生を最小限に抑えることができます。 これに高強度で低ガス性の鉛合金を用いた電池板を組み合わせることで、最も安全な浸水型鉛蓄電池システムを実現しています。

バッテリーサイズの選択肢 - Microtex バッテリー式地下採鉱機器

5.バッテリーサイズの選択肢– 長くトラブルなく使用するためのもう一つの重要なポイントは、正しいサイズの鉱山用機関車のバッテリーを設置することです。 最高のコストパフォーマンスと最低のTCOを得るためには、運用サイクルに容量を合わせることが重要です。 Microtex社が提供する標準的な鉱山用機関車のバッテリーサイズ(表1)は包括的なものです。 また、チューブラー式トラクション2Vバッテリーには様々なサイズがあるため、標準的なバッテリーでも容量やコストの面で柔軟に対応できます。 2VのセルはDINとBSの寸法で提供され、高容量の定格があります。

このブログでは、機関車用バッテリーのより重要な要件と側面を取り上げました。 誤った設計や仕様のバッテリーを使用した場合に発生する問題は、文字通り壊滅的なものです。 だからこそ、鉱山用機関車のバッテリーの選択と稼働中の要件をサポートするために、経験、知識、リソースを備えた信頼できるサプライヤーを持つことが重要なのです。

マイクロテックスのチームは、15年以上にわたり鉱山用機関車メーカーに製品を供給しており、その知識を蓄積してきました。 次の鉱山用機関車のバッテリーのために、安全性や信頼性に妥協してはいけません。 Microtexチームと連絡を取る マイクロテックスは、お客様に最高の製品と業界最高水準のプロフェッショナルなサービスを提供するために、以下のような取り組みを行っています。

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