JP2020066490A - ホッパー装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ブリッジ等の供給不良を発生させずに次工程へ当該不定形原料を供給可能なホッパー装置とその制御方法を提供する。【解決手段】本発明のホッパー装置は、鉛直方向の下方へ向けてその内径が縮小するとともに縮径した底面に排出口が形成された円錐状テーパー部と、前記円錐状テーパー部の上方に設けられた上部筒状部と、を有するホッパー本体部と、前記上部筒状部をカバー可能に配置されるとともに、不定形原料を供給する供給口が形成された上蓋部と、前記上蓋部に設けられて前記ホッパー本体部内に垂下して延びる回転軸と、当該回転軸に設けられたスクリューと、を有する第１撹拌機構と、前記第１撹拌機構よりも鉛直方向の上側に設けられて、前記回転軸を中心とした周方向へ前記供給口から供給された前記不定形原料を拡散及び均平させる第２撹拌機構と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば製木の廃材などの木質チップやもみ殻などの不定形原料の供給装置に関する。

近年では商工業の発展に伴って電力需要が大きく増大する中で、いわゆるバイオマス資源を活用したバイオマス発電に関する技術が注目されている。
バイオマス発電においては、例えば特許文献１に例示されるように、焼却炉から発生する排気ガスを炭化炉に導入して不定形原料を炭化して炭化物を生成する。そして、その炭化された炭化物を粉砕機により粉砕してバイオマス燃料とし、更にそのバイオマス燃料を造粒機によってペレット化して発電設備に運搬する設備が知られている。

このような設備においては、バイオマス燃料の元となる木質チップやもみ殻などの不定形原料を燃焼炉へ送り出す供給装置が必須となる。
一方で不定形原料である木質チップなどは供給装置内でブリッジを発生しやすく、これにより供給不良となることも知られている。このブリッジ対策としては、例えば供給装置内の排出口の口径を大きくしたり原料の流れを偏心させたりすることも行われているが、不定形原料同士が凝集して絡み合って生じる絡みの解消や、気温や湿度の変化に追従することが困難であって抜本的な解決策に至っていない。

これに対応して特許文献２では、不定形原料を貯留する一対の貯留槽１ａ、１ｂを設け、一方の貯留槽にブリッジ等による供給不良が生じた場合には他の貯留槽から原料の供給を行う構成が提案されている。

また、特許文献３では、ホッパ内に収容した粉体を定量づつ安定して連続的に供給できる紛体の供給装置を提供するため、ホッパ本体の内部に上下方向に延びる回転軸５を設置し、この回転軸５にスクリュー６と羽根７とを備える構成が提案されている。

特開２００７−２３２３９号公報 特開２０１８−３０７１０号公報 特開２０１８−４３８１３号公報

上述のとおりバイオマス発電においては、ガス化炉に向けて不定形原料を効率的且つ途切れなく供給できることが非常に重要となっている。
一方で、たしかに特許文献２や特許文献３によれば供給不良の要因となるブリッジ対策はある程度解消できるものの、これらの特許文献を含む従来技術では以下に述べる課題は依然として存在する。

すなわち特許文献２のように複数の貯留槽を設置すれば、供給を継続しつつ不良が発生した槽をメンテナンスすることも出来ることから利便性は高いが、その分だけ設置コストやメンテナンスコストも増大するだけでなく設置スペースも大規模化してしまうという課題がある。

また、特許文献３に示された羽根７やブレーカー８をホッパ本体１内に設ければブリッジ対策としては有効に機能する可能性はある。しかしながら特許文献３は、そもそも木質チップなどの相対的に堅く大きな不定形原料を対象としておらず、不定形原料の供給機構として洗練されたものではない。例えば特許文献３では、ホッパー本体１に供給された粉体（凝集剤）が下方へ移送されるように回転軸５を回転制御しており、円筒部材４とスクリュー６のクリアランス次第では詰まりが生じてしまう可能性も否めない。

従って本発明の目的の１つは、上述した課題を鑑みて為されたものであり、ブリッジ等の供給不良を発生させずに次工程へ当該不定形原料を供給可能なホッパー装置とその制御方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の一形態におけるホッパー装置は、（１）鉛直方向の下方へ向けてその内径が縮小するとともに縮径した底面に排出口が形成された円錐状テーパー部と、前記円錐状テーパー部の上方に設けられた上部筒状部と、を有するホッパー本体部と、前記上部筒状部をカバー可能に配置されるとともに、不定形原料を供給する供給口が形成された上蓋部と、前記上蓋部に設けられて前記ホッパー本体部内に垂下して延びる回転軸と、当該回転軸に設けられたスクリューと、を有する第１撹拌機構と、前記第１撹拌機構よりも鉛直方向の上側に設けられて、前記回転軸を中心とした周方向へ前記供給口から供給された前記不定形原料を拡散及び均平させる第２撹拌機構と、を含むことを特徴とする。

なお上記（１）に記載のホッパー装置においては、（２）前記第２撹拌機構は、前記回転軸に固定部を介して接続されて径方向に延在する棒状ブリッジと、前記棒状ブリッジのうち前記固定部とは反対側の先端部に設けられて、前記供給口から供給された前記不定形原料の一部を受け取り可能な受け部と、を含んで構成されていることが好ましい。

また、上記（２）に記載のホッパー装置においては、（３）前記棒状ブリッジは、前記回転軸を交点として互いに交差するように複数配置されてなり、前記受け部は、前記複数の棒状ブリッジの先端部にそれぞれ配置されていることが好ましい。

また、上記（２）又は（３）に記載のホッパー装置においては、（４）前記受け部には前記不定形原料の一部と接触可能な受け面がそれぞれ設けられてなり、前記受け面は、前記鉛直方向に対して傾斜する角度が互いに異なるよう構成されていることが好ましい。

また、上記（２）〜（４）のいずれかに記載のホッパー装置においては、（５）前記棒状ブリッジは、前記回転軸が中心となるように当該回転軸に取り付けられ、前記受け部は、前記棒状ブリッジの両端部にそれぞれ配置されていることが好ましい。

また、上記（１）〜（５）のいずれかに記載のホッパー装置においては、（６）前記円錐状テーパー部には、前記ホッパー本体部内における前記不定形原料の堆積量を検出する検出センサーが設けられ、前記検出センサーの検出結果に基づいて前記回転軸の回転量が調整されることが好ましい。

また、上記（１）〜（６）のいずれかに記載のホッパー装置においては、（７）前記ホッパー本体部内に供給された前記不定形原料が前記スクリューによって前記鉛直方向の上方へ移送されるように前記回転軸を回転させる駆動源を更に有することが好ましい。

また、上記（１）〜（７）のいずれかに記載のホッパー装置においては、（８）前記回転軸のうち前記鉛直方向の下端に設けられて、前記ホッパー本体部の排出口から少なくとも一部が突出する第３撹拌機構を更に備えることが好ましい。

また、上記課題を解決するため、本発明の一形態におけるホッパー装置の制御方法は、（９）不定形原料をガス化炉へ供給するホッパー装置の制御方法であって、上蓋部に設けられた供給口を介して前記不定形原料を前記ホッパー本体部内へ供給する工程と、前記ホッパー本体部内に配置された回転軸を回転させて当該回転軸に設置されたスクリューを介して前記不定形原料を鉛直方向の上方に移送させる工程と、前記回転軸に接続された棒状ブリッジ及び受け部を介して、前記ホッパー本体部内において前記回転軸を中心とした周方向へ前記不定形原料を拡散する工程と、前記ホッパー本体部に設けられた検出センサーによって当該不定形原料の堆積量を検出する工程と、前記検出センサーの検出結果に基づいて、前記不定形原料の供給量を調整する工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、回転軸周りに効率的に不定形原料が拡散されつつスクリューによって噴き出すように不定形原料がホッパー本体部内で撹拌されるため、ブリッジ等の供給不良を発生させずに次工程へ当該不定形原料を供給することが可能となる。

第１実施形態におけるホッパー装置１００及び定量供給装置２００を含むガス化システム５００を示す模式図である。 第１実施形態におけるホッパー装置１００の模式図である。 図２におけるＡ−Ａ断面図である。 図２におけるＢ−Ｂ断面図である。 ホッパー装置１００のうち、ホッパー本体部１０内で偏在した不定形原料Ｍを均平可能な受け部４２を備えた第２撹拌機構４０の詳細構造を示す模式図である。 第２撹拌機構４０に適用可能な受け部４２の変形例を示す模式図である。 ホッパー装置１００が駆動している際のホッパー本体部１０内における不定形原料Ｍの状態を模式的に示す図である。 第１実施形態におけるホッパー装置１００の制御方法を説明するフローチャートである。 第２実施形態におけるホッパー装置１１０の模式図である。 変形例１における第２撹拌機構４０ｂを示す模式図である。 変形例２における第２撹拌機構４０ｃを示す模式図である。 変形例３における第２撹拌機構４０ｄを示す模式図である。 変形例４におけるホッパー装置１２０を示す模式図である。 変形例５におけるホッパー装置１３０を示す模式図である。

以下、本発明を好適に実施するための実施形態について説明する。なお、以下の図を用いた説明においてＸ、Ｙ及びＺ方向を適宜設定したが、これらは説明の便宜上の定義付けであって本発明を何ら過度に限定するものではない。

［第１実施形態］
＜ガス化システム５００＞
図１は、第１実施形態におけるガス化システム５００を示している。同図に示すとおり、ガス化システム５００は、粒状（形や大きさ）が均一でない不定形の原料Ｍ（これを「不定形原料Ｍ」と称する）を貯留するホッパー装置１００と、このホッパー装置１００から供給を受けた不定形原料Ｍを次工程へ定量供給する定量供給装置２００と、を含んで構成されている。

本実施形態に好適な不定形原料Ｍとしては、例えば公知の木質系のバイオマス原料を適用することができる。より具体的にその一例としては、例えば木質チップとも称される不定形の木製廃材や、間伐材や剪定枝を例えば１〜５０ｍｍ程度に破砕、切削、ペレット化したもの、或いは、油やしの搾りかす（ＰＫＳ）・コーヒー、茶の搾りかす・きのこの菌床・稲藁・麦藁・もみ殻等の未利用バイオマス等を好適に用いることができる。また、本実施形態における不定形原料Ｍとしては、高含水率の穀物（以下、「高含水物」とも称する）やチップ等を含むものとする。

同図のとおり、定量供給装置２００から次工程へ供給された不定形原料Ｍは、スクリューコンベアなど公知の搬送コンベア３００を介してガス化炉４００へと供給される。
なお、以下で詳述する構成以外については、例えば特開２０１１−１４４３３０号公報に開示されたバイオマス燃料製造装置や特開２０１１−１４４３３０号公報に開示された燃焼システム構成など公知の種々のバイオマス発電関連技術を適用することができる。

＜ホッパー装置１００＞
次に図２〜６も適宜参照しつつ、本実施形態におけるホッパー装置１００の詳細構造について説明する。
図２にも示すとおり、ホッパー装置１００は、ホッパー本体部１０、上蓋部２０、第１撹拌機構３０、第２撹拌機構４０および駆動源５０を含んで構成されている。

ホッパー本体部１０は、供給口２１との接続部位を除いて実質的に円筒状の外枠の下部にロート状の円錐体が接続されたごとき形状の中空体であり、その下部に位置する円錐状テーパー部１１とその上部に位置する上部筒状部１２とを備えている。
このうち円錐状テーパー部１１は、図示からも理解されるとおり、鉛直方向（Ｚ方向）の下方へ向けてその内径が縮小するテーパー状となっている。また、円錐状テーパー部１１の底面には所定口径の排出口１０ａが形成されており、この排出口１０ａは上記した定量供給装置２００と接続されている。

一方で上部筒状部１２は、円錐状テーパー部１１の上方に設けられており、上記した排出口１０ａの口径よりも大きな内径を有して構成されている。後述する図４からも明らかなとおり、上部筒状部１２は、鉛直方向（Ｚ方向）上側から俯瞰した場合、供給口２１付近が径方向外側に突出する卵型或いは雫（しずく）型のごとき外形を備えている。
なおホッパ本体部１０の材質に特に制限はなく、公知の鋼材やアルミニウム材を含む金属材料やエンジニアリングプラスチックなどの樹脂材料を適用してもよい。

上蓋部２０は、上記した上部筒状部１２をカバー可能に配置される。すなわち、後述する不定形原料Ｍの供給動作時には、ホッパー本体部１０内は陽圧となるように制御されることから、本実施形態ではホッパー本体部１０の上端を閉塞可能なように上蓋部２０が設けられている。

上蓋部２０には、不定形原料Ｍが供給される供給口２１が形成されている（図２、４参照）。この供給口２１には供給配管Ｔが接続され、さらに任意のタイミングで閉塞可能なように第１シャッター機構Ｔ１と第２シャッター機構Ｔ２とが設けられている（図２参照）。後述するとおり本実施形態ではホッパー装置１００内や定量供給装置２００内は陽圧に保たれるため、これによりホッパー本体部１０内の内圧を維持したまま不定形原料Ｍを供給口２１を介して供給配管Ｔから投入することが可能となっている。もちろん、これらのシャッター機構を閉塞することで、不定形原料Ｍを供給しないときにはホッパー本体部１０内の内圧が維持される。

第１撹拌機構３０は、ホッパー本体部１０内に供給された不定形原料Ｍを鉛直方向の上方へ移送させる機能を有している。かような第１搬送機構３０の機能は、上記した従来技術にはない特徴点ともなっており、供給詰まり時に逆転させる程度ではなく、鉛直方向の下方へ不定形原料Ｍを移送せずに上方へ常時移送する点も特徴の１つとなっている。
より具体的な構成として、本実施形態の第１撹拌機構３０は、回転軸３１と、スクリュー３２とを含んで構成されている。

本実施形態の回転軸３１は、上蓋部２０に不図示の固定手段やベアリング等を介して回転可能に設置され、ホッパー本体部１０内に垂下して延びるように配置されている。
スクリュー３２は、この回転軸３１の外周面に沿って螺旋状に設けられており、回転軸３１が鉛直軸（回転軸、Ｚ軸）周りに回転することでホッパー本体部１０内の不定形原料Ｍを移送する機能を有している。

なお、図４に示すとおり、スクリュー３２の送り羽根の外径は、上記した鉛直軸方向（Ｚ方向、鉛直方向）に関してほぼ等しい形態となっているが、この形態に限られない。例えばスクリュー３２の送り羽根の外径を、鉛直方向の上方へ向かうにつれて次第に大きくなるように構成してもよい。これにより、軸回転による遠心力がホッパー本体部１０内の上部付近で増大し、回転軸３１から径方向の外側へ不定形原料Ｍを拡散させることが可能となる。

更にこのとき、回転軸３１の直径も鉛直方向の上方へ向かうにつれて次第に大きくなるように構成してもよい。これにより、回転軸３１を中心とした径方向の外側（円錐状テーパー部１１や上部筒状部１２の壁面付近まで）へ不定形原料Ｍが向かう流れをより効果的に発生させることが可能となる。

なお、上記した回転軸３１の直径やスクリュー３２の送り羽根の外径は一例であって、上記に限定されるものではない。例えば上記に代えて、例えばスクリュー３２の送り羽根の外形を鉛直方向の上方へ向かうにつれて次第に大きくなるように構成しつつ、回転軸３１の直径は鉛直方向の上方へ向かうにつれて次第に小さくなるように構成してもよい。

第２撹拌機構４０は、上記した第１撹拌機構３０よりも鉛直方向（Ｚ方向）の上側に設けられて、回転軸３１を中心とした周方向へ供給口２１から供給された不定形原料Ｍを拡散させる機能を有している。これにより、例えば供給口２１から供給された不定形原料Ｍがホッパー本体部１０内で不均一な高さとなっても（原料の山が一部で生じても）これを均して平らにする（以下、これを「均平にする」とも称する）ことが可能となっている。

より具体的に本実施形態の第２撹拌機構４０は、棒状ブリッジ４１と、受け部４２と、を少なくとも含んで構成されている。
棒状ブリッジ４１は、図３及び４に示すように、上記した回転軸３１に固定部４１ｆを介して接続されて径方向（図４の状態ではＸ方向）に延在する。この棒状ブリッジ４１の材質に特に制限はないが、例えば金属や樹脂製が好適である。

また、棒状ブリッジ４１の直径に関しても特に制限はないが、例えば回転軸３１よりも小径であることが軽量化の観点から好ましい。
固定部４１ｆは、回転軸３１の回転に伴って当該回転軸３１周りに棒状ブリッジ４１を回転可能に固定できれば特に制限はなく、例えばベアリングを用いた軸受け支持手段など種々の公知の固定手段を適用してもよい。

受け部４２は、上記した棒状ブリッジ４１のうち固定部４１ｆとは反対側の先端部４１ｅに設けられる。受け部４２は、例えば接続部４２ｆでネジなど公知の固定手段を介して棒状ブリッジ４１の先端４１ｅに取り付けられている。本実施形態の受け部４２は、図５に示すとおり、当該受け部４２を構成する受け面４２ａと取付面４２ｂが鉛直方向に立った平面構造となっている。

すなわち図５に示すように、受け部４２は、棒状ブリッジ４１の先端４１ｅに対して取付面４２ｂに設けられた接続部４２ｆを介して接続されている。そしてこの取付面４２ｂとの成す角度がほぼ直角となるように受け面４２ａが取付面４２ｂの端部と接続されている。

このように本実施形態における受け部４２は、供給口２１から供給された不定形原料Ｍの一部を受け取り可能な受け面４２ａを有して構成されている。これによって、ホッパー本体部１０内に不定形原料Ｍが偏在した場合にも効率的に原料の山などを均平にすることが可能となる。
また、受け部４２を回転軸３１の回転に伴って鉛直軸（Ｚ軸）周りに回転させることにより、円錐状テーパー部１１や上部筒状部１２の内側（ホッパー本体部１０内）壁面に付着した不定形原料Ｍを掻き取り、重力方向に落下させることが可能となる。

なお本実施形態の受け面４２ａは主面が鉛直方向に平行な面となるように構成されているが、本発明はこの形態に限られない。例えば図６に示すように受け面４２ａを鉛直方向に対して交差するように取付面４２ｂの端部と接続してもよい。このとき、受け面４２ａの水平方向に対して成す角度をα度とすると、不定形原料Ｍの材質や均し度合いに応じてこのαは任意の数値を設定することができる。

また、図３及び４から明らかなとおり、本実施形態の棒状ブリッジ４１は、回転軸３１を交点として互いに径方向に延在するように複数配置されている。そしてそれぞれの棒状ブリッジの先端部４１ｅには、上記した受け部４２がそれぞれ設置されている。
なお、図３においては、一対（２本）の棒状ブリッジ４１が回転軸３１が中心となるように当該回転軸３１に取り付けられるとともに、この棒状ブリッジ４１の両端部４１ｅにそれぞれ受け部４２が配置される態様となっている。

換言すれば、回転軸３１を基準に棒状ブリッジ４１が径方向に延在しており、これら棒状ブリッジ４１の為す角度は１８０度となっているとも言える。なお本実施形態では２本の棒状ブリッジ４１が直線状に沿う形で回転軸３１に設置されているが、この形態に限られず、１本の棒状ブリッジ４１を回転軸３１に取り付けてもよいことは言うまでもない。
また、１本の長い棒状ブリッジ４１を用いてその中央が回転軸３１に固定されるように構成してもよい。

また、図２に示すとおり、本実施形態のホッパー本体部１０内には、不定形原料Ｍの堆積量を検出可能な検出センサーＤＳ（送光部および受光部）が配置されている。この検出センサーＤＳの具体例としては、例えば図示したごとき半導体レーザーを利用した光学センサーや静電容量型センサーなど公知の検出センサーを適用してもよい。また、検出センサーＤＳの数もコストが許す限り特に制限はなく、ホッパー本体部１０内に複数設置されていてもよい。

また、検出センサーＤＳの配置についても、円錐状テーパー部１１や上部筒状部１２の内側（ホッパー本体部１０内）壁面に設けることができる。
本実施形態では、円錐状テーパー部１１に検出センサーＤＳが設置されている。そしてこの検出センサーＤＳは、ホッパー本体部１０内における不定形原料Ｍの堆積量を検出する機能を有している。これにより、不定形原料Ｍがホッパー本体部１０内で不足しているか否かを作業者が検知可能となり、この検出センサーＤＳの検出結果に基づいて供給口２１から新たな不定形原料Ｍを供給することが可能となっている。

なお、検出センサーＤＳの機能は、上述した残量検知に限られない。例えば、検出センサーＤＳの検出結果に基づいて回転軸３１の回転量を調整するようにしてもよい。より具体的には、例えば検出センサーＤＳの検出結果に基づいてホッパー本体部１０内における不定形原料Ｍの堆積量が減少してきた場合、ブリッジ等の供給詰まりの発生可能性が減退したとして、回転軸３１の回転量を落とすように制御してもよい。

あるいは上記とは逆の構成として、例えば不定形原料Ｍの堆積量が減少したことが検出センサーＤＳによって検出された場合、かような状態を不定形原料Ｍが局所的に偏在した可能性がある状態であると仮定して、回転軸３１の回転量を増加させるように制御してもよい。

図２に戻り、本実施形態におけるホッパー装置１００の詳細構造について説明を継続する。
同図に示すとおり、ホッパー装置１００は、回転軸３１を回転駆動する駆動源５０を含んで構成されている。かような駆動源５０としては、例えば公知の電動モーターなどが例示できる。そして本実施形態の駆動源５０は、不図示の商用電源を介して電力の供給を受けて、回転軸３１を鉛直軸（Ｚ軸）周りに回転させる機能を有している。

上述したとおり、本実施形態における駆動源５０は、ホッパー本体部１０内に供給された不定形原料Ｍがスクリュー３２によって鉛直方向の上方へ移送されるように回転軸３１を回転させる。換言すれば、従来のホッパー装置においてもスクリュー３２によって不定形原料が移送される形態は存在するが、これらの装置は不定形原料Ｍを排出口に向けてスクリュー３２によって移送する形態となっている。
これに対して本実施形態では、ホッパー本体部１０内において、不定形原料Ｍはスクリュー３２によって排出口１０ａとは反対向きに移送される形態となっている。

図７に、一例として、ホッパー装置１００が駆動している際のホッパー本体部１０内における不定形原料Ｍの状態を模式的に示す。
同図に示すとおり、供給口２１を介してホッパー本体部１０内に供給された不定形原料Ｍは、上部筒状部１２および円錐状テーパー部１１の壁面に沿って下方へ落下するが、スクリュー３２によって鉛直方向の上方へ移送される。

そしてその後、スクリュー３２によって鉛直方向の上方へ移送された不定形原料Ｍは、このスクリュー３２の終端となる上端付近において径方向へ向けて拡散（飛散）される。換言すれば、いわば噴水的な流れのように、スクリュー３２によって鉛直方向の上方へ移送された不定形原料Ｍは、その後に径方向の外側へ飛散し、再び上部筒状部１２又は円錐状テーパー部１１の壁面に到達して当該壁面に沿って下方へ落下する。
このように、本実施形態においては、不定形原料Ｍがスクリュー３２によって排出口１０ａとは反対向きの方向に移送されるされる形態とすることにより、課題であるホッパー本体部１０内でのブリッジなどに起因する供給詰まりの発生を抑制可能とすることができる。
また、ホッパー本体部１０内で不定形原料Ｍを効果的に拡散することができ、ブリッジに限らずファネルフローやラットホールなどの発生をも抑制可能とすることができる。

なお、ホッパー本体部１０の下端に形成された排出口１０ａの口径は、スクリュー３２の送り羽根の外径よりも大きくなるように設定されている。そのため、排出口１０ａにおいては、スクリュー３２の外縁で不定形原料Ｍが通過可能な程度の間隙が形成されている。従って、ホッパー本体部１０内の不定形原料Ｍは、上記した流れの中でその一部が当該間隙を通過して定量供給装置２００へと供給されることになる。

＜ホッパー装置１００の制御方法＞
次に図８も適宜参照しつつ、定量供給装置２００を介してガス化炉４００へ不定形原料Ｍを供給するホッパー装置１００の制御方法について説明する。なお本実施形態では定量供給装置２００を介して不定形原料Ｍを供給しているが、この定量供給装置２００は適宜省略してもよい。

まずステップ１では、不定形原料Ｍをホッパー本体部１０内へ供給する。より具体的には、上蓋部２０に設けられた供給口２１を介して不定形原料Ｍをホッパー本体部１０内へ供給する。なお、供給口２１への不定形原料Ｍの供給については種々の形態を採用できる。

例えば図示は省略するが、木質チップやもみ殻類など材質ごとに不定形原料Ｍとなる材料を区分けし、これらを複数の貯留槽でそれぞれ保持しておくように構成してもよい。そしてホッパー本体部１０へ不定形原料Ｍを供給するときは、これら貯留槽と供給口２１とを配管などで接続して公知の供給手段を介してそれぞれ適宜供給してもよい。

次いでステップ２では、駆動源５０を介して回転軸３１の逆回転を継続させる。より具体的には、本実施形態では不定形原料Ｍの供給開始から回転軸３１の逆回転を常に継続する。すなわち、不定形原料Ｍの供給開始時にホッパー本体部１０内に配置された回転軸３１を逆回転させて当該回転軸３１に設置されたスクリュー３２を介して不定形原料Ｍを鉛直方向の上方に移送させる。このときホッパー本体部１０内は、不図示の調圧機構によって陽圧となるように維持される。このように本実施形態では常に回転軸３１が逆回転してスクリュー３２を介して不定形原料Ｍが鉛直方向の上方に移送されることで、一度に大量の不定形原料Ｍが排出口１０ａへ供給されて詰まってしまうことが抑制されており、これにより排出口１０ａを介して不定形原料Ｍを次工程（本例では定量供給装置２００）へ移送することがより容易となっている。

本実施形態では第２撹拌機構４０が回転軸３１と連結されているため、このステップ２では、回転軸３１に接続された棒状ブリッジ４１及び受け部４２を介してホッパー本体部１０内において回転軸３１を中心とした周方向へ不定形原料Ｍが拡散及び均平されることが並行して実行される。

なお、本実施形態における回転軸３１の鉛直軸周りに関する回転量としては、不定形原料Ｍの材質などによって種々の値を設定可能であるが、一例として５〜８ｒｐｍ程度であることが好ましい。よって、本実施形態では、ステップ２における回転軸３１の回転量として７ｒｐｍが設定されている。

続くステップ３では、検出センサーＤＳから満量検出の信号を受信したか否かが判定される。より具体的には、ホッパー本体部１０に設けられた検出センサーＤＳによって当該不定形原料Ｍの堆積量が検出される。なお、検出センサーＤＳによる検出は、回転軸３１が駆動している期間は常時行われていることが好ましいが、例えば所定の期間毎にセンシングするように構成されていてもよい。

そしてステップ３で検出センサーＤＳから検出信号を受信した場合には、検出センサーＤＳの検出結果に基づいて、前記不定形原料の供給量を調整する。より具体的には、検出センサーＤＳから検出信号を受信した場合に、新たな不定形原料Ｍを供給するために、シャッター機構Ｔ１、Ｔ２を制御してシャッターの開制御を実行する（ステップ４）。このとき、上述した回転軸３１の逆回転は継続されている。
これにより、供給口２１を介して新たな不定形原料Ｍがホッパー本体部１０内へ供給されることになる。

なお、検出センサーＤＳの検出結果に基づく処理は上記に限られず、他の制御を行ってもよい。例えば検出センサーＤＳの検出結果に基づいて、回転軸３１の回転量を調整してもよい。より具体的には、例えば満量であることを示す検出信号を受信した場合に回転軸３１の回転量を増加させる。本例では７ｒｐｍの回転量から、例えば１０％以上増加させて８ｒｐｍ以上に設定する。これにより、例えばホッパー本体部１０内で不定形原料Ｍの偏在が発生していた場合には効率的にこれを均すことが可能となる。

一方で、ステップ３で検出センサーＤＳから検出信号を受信しない場合には、ステップ５において不定形原料Ｍをすべて投入したか否かが判定される。
そして必要な量の不定形原料Ｍをすべて投入した場合には、ホッパー装置１００の駆動を停止してガス化炉４００への投入が停止される。一方で不定形原料Ｍの必要量を未だ投入していない場合には、ステップ３に戻って検出センサーＤＳから満量検出の信号を受信したか否かが判定される。

以上説明した第１実施形態のホッパー装置１００によれば、例えばホッパー本体部１０内に供給される不定形原料Ｍが不定形な形状であったり、あるいは均質な粒状でなく一部に相対的に大きな物が混在していたりしても、ホッパー本体部１０内でブリッジなどに起因して供給詰まりが発生してしまうことを抑制できる。さらに本実施形態では、ホッパー本体部１０内で不定形原料Ｍが効果的に拡散されるため、ブリッジに限らずファネルフローやラットホールが発生してしまうことも回避することが可能となっている。

［第２実施形態］
＜ホッパー装置１１０＞
図９は、第２実施形態におけるホッパー装置１１０を模式的に示した図である。
なお、以下で説明する第２実施形態においては、説明の簡略化のため、上記した第１実施形態と機能が同じ構成要素には同じ番号を付してその説明は適宜省略する。

図９（ａ）に示すとおり、本実施形態におけるホッパー装置１１０は、上述した第１実施形態のホッパー装置１００に比して更に第３撹拌機構６０を備える点に主とした特徴を有している。
第３撹拌機構６０は、回転軸３１のうち鉛直方向の下端３１ｅに設けられている。そして第３撹拌機構６０は、ホッパー本体部１０の排出口１０ａから少なくとも一部が突出するように回転軸３１の下端３１ｅに設置されている。

ホッパー装置１１０は定量供給装置２００と接続されていることから、上記した第３撹拌機構６０の少なくとも一部は定量供給装置２００の内部に挿入して配置されているとも言える。
より具体的に本実施形態における第３撹拌機構６０は、回転軸３１の下端３１ｅに設けられた撹拌部材６１を含んで構成されている。

撹拌部材６１は、定量供給装置２００の内部において不定形原料Ｍを撹拌する機能を有している。かような撹拌部材６１としては、上記機能を発揮する限りにおいて種々の形態を採用してもよいが、例えば回転軸３１の下端３１ｅにおいて径方向に突出した棒状部材や羽根板部材あるいはブラシ状部材などが例示できる。
また、撹拌部材６１の材質にも特に制限はなく、例えばアルミニウムなどの金属材料やプラスチックなどの樹脂材料など、特に上記ブラシ状部材の場合には軟質の樹脂材などが適用できる。

そして図９（ａ）から明らかなとおり、撹拌部材６１の径方向端部は、定量供給装置２００の羽根式ロータリーバルブ２１０と遊動式ロータリーバルブ２２０の回転と干渉しないように構成されている。
従って本実施形態のホッパー装置１１０によれば、上記した第１実施形態の効果に加え、
定量供給装置２００内においても不定形原料Ｍを撹拌することが可能となり、定量供給装置２００内で原料詰まりが発生することを抑制できる。

なお撹拌部材６１の数は、図９（ａ）に示したように１つのみに限られず、図９（ｂ）〜（ｄ）に示すように複数設けられていてもよい。すなわち、例えば図９（ｂ）に示すとおり、回転軸３１が中心となるように径方向の両側に延在するように一対の撹拌部材６１が下端３１ｅに設けられていてもよい。

あるいは図９（ｃ）に示すとおり、回転軸３１をその中心として４本の撹拌部材６１が十字状となるように下端３１ｅに設けられていてもよい。または、図９（ｄ）に示すとおり、回転軸３１をその交点として２本の撹拌部材６１が直交するように下端３１ｅに設けられていてもよい。

以上のとおり本発明の趣旨に沿って第１実施形態のホッパー装置１００と第２実施形態のホッパー装置１１０を説明したが、上記した各実施形態は本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
以下、上記各実施形態に適用が可能な変形例について図を参照しながら説明するが、第２実施形態と同様に、各実施形態と同一の構成については同一番号を付して説明は適宜省略する。

＜変形例１＞
図１０は、変形例１における第２撹拌機構４０ｂを示す模式図である。
上記した実施形態では、回転軸３１を基準に棒状ブリッジ４１が径方向に一直線上に延在しており、これら棒状ブリッジ４１の為す角度は１８０度となっていた。
これに対して変形例１における第２撹拌機構４０ｂにおいては、一対の棒状ブリッジ４１は、回転軸３１を交点として互いに交差するように配置されている。なお変形例１における棒状ブリッジ４１の交差角はほぼ９０度であるが、例えば４５度や１３５度のように９０度以外の設定値であってもよい。
これにより、あまり間隔を開けずに受け部４２で連続的に不定形原料Ｍを均すことが可能となり、例えば不定形原料Ｍが間伐材や剪定枝など一部に不定形材が入りやすい物や粘性のある高含水物である場合などに特に有効となる。

＜変形例２＞
図１１は、変形例２における第２撹拌機構４０ｃを示す模式図である。
上記した実施形態では２本の棒状ブリッジ４１が回転軸３１にそれぞれ設置されていた。
これに対して変形例２における第２撹拌機構４０ｃにおいては、４本の棒状ブリッジ４１が、回転軸３１を中心として十字状に交差するよう配置されている。

そしてそれぞれの棒状ブリッジ４１の先端４１ｅには受け部４２が設けられており、第２撹拌機構４０ｃをＺ方向の上方から俯瞰した場合に卍状となるように構成されている。なお、変形例２における隣り合う棒状ブリッジ４１の交差角は均等に９０度となっているが、少なくとも一部が９０度以外の設定値となっていてもよい。
これにより、変形例１に比して装置コストは若干増加するものの、不定形原料Ｍの種類に限られずどのような不定形原料であっても概して高い均し効果を発揮することが可能となる。

＜変形例３＞
図１２は、変形例３における第２撹拌機構４０ｄを示す模式図である。
上記した実施形態における第２撹拌機構４０においては、複数の棒状ブリッジ４１におけるそれぞれの受け部４２は、互いに同様の形状となっていた。
これに対して変形例３における第２撹拌機構４０ｄでは、複数の棒状ブリッジ４１夫々に設けられた複数の受け部４２には、不定形原料Ｍの一部を載置可能な受け面４２ａがそれぞれ設けられている。

図示されるとおり、これらの受け面４２ａは、鉛直方向（Ｚ方向）に対して非平行となるように各々が傾斜して取付面４２ｂに設置されている。そしてこれら複数の受け面４２ａは、鉛直方向に対して傾斜する角度が互いに異なる（それぞれ傾斜角α_１〜α_４となっている）ように構成されている。
これにより受け部４２によって周方向に向けて均す際の不定形原料Ｍの均し具合を各受け部４２で異ならせることができ、たとえある一部に不定形原料Ｍの山が発生した場合であっても周方向に万遍なく効率的に均すことが可能となる。

＜変形例４＞
図１３は、変形例４におけるホッパー装置１２０を示す模式図である。
上記した各実施形態や変形例におけるホッパー装置では、ホッパー本体部１０内にスクリュー３２は１つのみ配置されていた。これに対して変形例４におけるホッパー装置１２０では複数のスクリューが備えられている点に主とした特徴がある。
また、本変形例４では、ホッパー本体部１０に代えて収納容器１０´が用いられている点にも特徴がある。

かような収納容器１０´としては、例えば米・小麦・とうもろこし・大豆等の農産物、あるいは家畜の飼料などを収蔵するサイロ、またはタンクなどが例示できる。
図示されるとおり、収納容器１０´の上面には供給口１０´ａが設けられていてもよいし、その底面には排出口１０´ｂが設けられていてもよい。

本変形例では、３つのスクリュー３２がＸ方向に所定の間隙を隔てて並んで配置されている。このうち排出口１０´ｂ上に配置されるスクリュー３２には第２撹拌機構４０が搭載されている。換言すれば、中央のスクリュー３２は第１撹拌機構３０と第２撹拌機構４０を含んでおり、両側のスクリュー３２はそれぞれ第１撹拌機構３０のみ含んで構成されている。なお中央のスクリュー３２において第２撹拌機構４０は必須ではなく、適宜省略することもできる。

なお上記実施形態や変形例と同様に、それぞれのスクリュー３２は、駆動源５０を介して逆回転することで、収納容器１０´内に貯蔵される不定形原料Ｍを上方（Ｚ方向上側）に移送する。それぞれの駆動源５０は、ボルトなど公知の固定手段Ｆｘを介して収納容器１０´の上面に固定されている。

このように本発明におけるホッパー装置は、複数のスクリュー（主に第１撹拌機構３０）を備えていてもよい。また、これら複数のスクリューは、少なくとも第１撹拌機構３０を含んでいればよく、互いが干渉しない限りにおいて更に第２撹拌機構４０を含んでいてもよい。また、本発明の第１撹拌機構３０や第２撹拌機構４０は、肥料や穀物を貯蔵するタンクやサイロなどの収納容器にも適用が可能である。

＜変形例５＞
図１４は、変形例５におけるホッパー装置１３０を示す模式図である。
上記した各実施形態や変形例におけるホッパー装置では、スクリュー３２はその場で固定されて回転するのみであって水平方向に移動するものではなかった。これに対して変形例５におけるホッパー装置１３０ではスクリュー３２を駆動する駆動源５０が移動可能に設置されている点に主とした特徴がある。

すなわち同図に示すとおり、変形例５におけるホッパー装置１３０では、収納容器１０´の上面には移動用レール５２が配設されている。一方でスクリュー３２を吊り下げて回転可能に支持する駆動源５０の底面には駆動輪５１が設けられている。また、収納容器１０´の上面には、駆動源５０の移動範囲に対応してスクリュー３２が移動可能なように開口が形成されており、これにより駆動源５０がＸ方向へ移動してもスクリュー３２が収納容器１０´の上面と干渉しないようになっている。

駆動輪５１は不図示のモーターを備えた車輪であり、制御装置５３からの動作指令に応じて駆動源５０をＸ方向の任意の位置へ移動させることが可能となっている。
従って本変形例５によれば、駆動源５０を介してスクリュー３２を逆回転させながら、収納容器１０´内のＸ方向における任意の位置へスクリュー３２を移動させることが可能となっている。このとき駆動源５０は、スクリュー３２を逆回転させるために必要な動力に加え、スクリュー３２を水平方向に移動させるために必要な動力をも供給するように構成してもよい。

なお図示では移動用レール５２はＸ方向に延在するように配置されているが、この形態に限られずＹ方向に延びるように配置されていてもよい。さらには、駆動源５０をＸ方向とＹ方向の双方に移動可能とするため、公知の直交車輪機構を用いて駆動輪５１と移動用レール５２を構成してもよい。

このように本発明におけるホッパー装置は、駆動源５０を介してスクリュー３２を逆回転させながら当該スクリュー３２（第１撹拌機構３０および第２撹拌機構４０）自体を水平方向に移動させるように構成してもよい。
なお変形例５ではスクリュー３２は第１撹拌機構３０および第２撹拌機構４０の双方を含んで構成されているが、少なくとも第１撹拌機構３０を含んでいればよい。

上記した実施形態や変形例は一例であって、本願の趣旨を逸脱しない限りにおいて、実施形態および変形例の要素を適宜組み合わせて新たなホッパー装置を構成してもよい。また、上記した実施形態は各図に示されていない任意の部材を備えていてもよい。また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、各図に示された部材を変更し又は省略してもよい。
なお、上記した実施形態や変形例では、回転軸３１から受け部４２までの距離がほぼ等しくなるように複数の棒状ブリッジ４１を設けていた。しかしながら本発明はこれに限られず、棒状ブリッジ４１の長さを互いに異ならせて回転軸３１から受け部４２までの距離を互いに異ならせるようにしてもよい。

本発明の利用分野は、特に制限はなく、例えば不定形のもみ殻や穀物などの不定形材料を貯留して次工程へ供給可能な装置分野へ適用が可能である。さらには、不定形原料を貯留し供給するタンク、サイロなどの収納容器にも好ましく利用できる。

１００：ホッパー装置
１０：ホッパー本体部
１０ａ：排出口
１１：円錐状テーパー部
１２：上部筒状部
２０：上蓋部
２１：供給口
３０：第１撹拌機構
３１：回転軸
３２：スクリュー
４０：第２撹拌機構
４１：棒状ブリッジ
４１e：先端部
４１ｆ：固定部
４２：受け部
４２ａ：受け面
４２ｂ：取付面
４２ｆ：接続部
５０：駆動源
５１：駆動輪
５２：移動用レール
５３：制御装置
６０：第３撹拌機構
６１：撹拌部材
１０´：収納容器１０
１０´ａ：供給口
１０´ｂ：排出口
２００：定量供給装置
２１０：羽根式ロータリーバルブ
２２０：遊動式ロータリーバルブ
３００：搬送コンベア
４００：ガス化炉
５００：ガス化システム

Claims (9)

1. 鉛直方向の下方へ向けてその内径が縮小するとともに縮径した底面に排出口が形成された円錐状テーパー部と、前記円錐状テーパー部の上方に設けられた上部筒状部と、を有するホッパー本体部と、
   前記上部筒状部をカバー可能に配置されるとともに、不定形原料を供給する供給口が形成された上蓋部と、
   前記上蓋部に設けられて前記ホッパー本体部内に垂下して延びる回転軸と、当該回転軸に設けられたスクリューと、を有する第１撹拌機構と、
   前記第１撹拌機構よりも鉛直方向の上側に設けられて、前記回転軸を中心とした周方向へ前記供給口から供給された前記不定形原料を拡散及び均平させる第２撹拌機構と、
   を含むことを特徴とするホッパー装置。
2. 前記第２撹拌機構は、
   前記回転軸に固定部を介して接続されて径方向に延在する棒状ブリッジと、
   前記棒状ブリッジのうち前記固定部とは反対側の先端部に設けられて、前記供給口から供給された前記不定形原料の一部を受け取り可能な受け部と、
   を含んで構成されている請求項１に記載のホッパー装置。
3. 前記棒状ブリッジは、前記回転軸を交点として互いに交差するように複数配置されてなり、
   前記受け部は、前記複数の棒状ブリッジの先端部にそれぞれ配置されている請求項２に記載のホッパー装置。
4. 前記受け部には前記不定形原料の一部と接触可能な受け面がそれぞれ設けられてなり、
   前記受け面は、前記鉛直方向に対して傾斜する角度が互いに異なるよう構成されている請求項２又は３に記載のホッパー装置。
5. 前記棒状ブリッジは、前記回転軸が中心となるように当該回転軸に取り付けられ、
   前記受け部は、前記棒状ブリッジの両端部にそれぞれ配置されている請求項２〜４のいずれか一項に記載のホッパー装置。
6. 前記円錐状テーパー部には、前記ホッパー本体部内における前記不定形原料の堆積量を検出する検出センサーが設けられ、
   前記検出センサーの検出結果に基づいて前記回転軸の回転量が調整される請求項１〜５のいずれか一項に記載のホッパー装置。
7. 前記ホッパー本体部内に供給された前記不定形原料が前記スクリューによって前記鉛直方向の上方へ移送されるように前記回転軸を回転させる駆動源を更に有する請求項１〜６のいずれか一項に記載のホッパー装置。
8. 前記回転軸のうち前記鉛直方向の下端に設けられて、前記ホッパー本体部の排出口から少なくとも一部が突出する第３撹拌機構を更に備える請求項１〜７のいずれか一項に記載のホッパー装置。
9. 不定形原料をガス化炉へ供給するホッパー装置の制御方法であって、
   上蓋部に設けられた供給口を介して前記不定形原料を前記ホッパー本体部内へ供給する工程と、
   前記ホッパー本体部内に配置された回転軸を回転させて当該回転軸に設置されたスクリューを介して前記不定形原料を鉛直方向の上方に移送させる工程と、
   前記回転軸に接続された棒状ブリッジ及び受け部を介して、前記ホッパー本体部内において前記回転軸を中心とした周方向へ前記不定形原料を拡散する工程と、
   前記ホッパー本体部に設けられた検出センサーによって当該不定形原料の堆積量を検出する工程と、
   前記検出センサーの検出結果に基づいて、前記不定形原料の供給量を調整する工程と、
   を有することを特徴とするホッパー装置の制御方法。