JP6223763B2 - 定量供給ホッパ及び粉粒体供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば乾燥して粉砕されたバイオマス等を貯蔵する定量供給ホッパ及びこの定量供給ホッパを備えた粉粒体供給装置に関する。

環境保全の観点から、石油や石炭等の化石燃料に代えて、草木等のバイオマスを原料にして製造されるバイオ燃料が注目されている。このようなバイオ燃料の製造には、例えば下記の特許文献１に開示されているように、乾燥して粉砕されたバイオマス等の粉粒体をホッパ内に貯蔵しておき、ホッパ下部に設けられたスクリューフィーダを用いてバイオマスを定量ずつ送出することが必要となる。

図７に示す従来の粉体供給装置１は、バイオマス等の粉粒体Ｐを貯蔵する定量供給ホッパ１０と、定量供給ホッパ１０の下部に設けられて粉粒体Ｐの供給を受けるとともに、定量を切り出して送出するスクリューフィーダ３０と、を具備して構成される。
定量供給ホッパ１０は、内ホッパ１１及び外ホッパ１２よりなる二重ホッパ形式の構造とされ、粉粒体Ｐを貯蔵する内ホッパ１１と外ホッパ１２との間が仕切板１３により分離されている。そして、定量供給ホッパ１０のホッパ底面１４と仕切板の１３下端部１３ａとの間には、全周にわたって連通部１５が形成されている。

定量供給ホッパ１０の底部には、連通部１５を外周方向へ通り抜けるとともに、ホッパ底面１４と平行な面上を回転するレーキ１６が設けられている。レーキ１６は、電動機１６ａ等を駆動源として回転し、内ホッパ１１に貯蔵された粉粒体Ｐを外ホッパ１２へ掻き出すように構成された板状の部材である。なお、図示の構成例では、４枚のレーキ１４が９０度ピッチに配置されているが、特に限定されることはない。
また、外ホッパ１２の底面には、スクリューフィーダ３０へ向けて粉粒体Ｐを排出する出口開口１７が設けられている。

上述したレーキ１６が回転することにより、内ホッパ１１に貯蔵された粉粒体Ｐは、底部から連通部１５を通って外ホッパ１２へ掻き出される。外ホッパ１２へ掻き出された粉粒体Ｐは、レーキ１６の回転により出口開口１７へ導かれるので、出口開口１７からスクリューフィーダ３０内へ向けて順次落下する。この結果、粉体供給装置１は、定量供給ホッパ１０内の粉粒体Ｐを、スクリューフィーダ３０により次工程へ向けて定量供給することが可能になる。
また、下記の特許文献２には、スクリューフィーダの後方（仕切管）にガス吹出口を設置し、ガスの吹込みにより形成されたブリッジを崩すことが行われている。

特開２００４−５１２５８号公報 特開２００７−２９７２０４号公報

ところで、上述した定量供給ホッパ１０においては、レーキ１６の回転により内ホッパ１１から外ホッパ１２に掻き出した粉粒体Ｐを出口開口１７から順次落下させてスクリューフィーダ３０へ供給するが、粉粒体Ｐの形状等によっては、外ホッパ１２内で粉粒体粒子がからまってブリッジ（粒子閉塞）を形成することがある。このような外ホッパ１２内のブリッジ形成は、出口開口１７の閉塞により粉粒体Ｐを落下させて供給することの妨げになるので、定量供給ホッパ１０からの粉粒体供給量が変動し、この結果、粉体供給装置１による粉粒体Ｐの定量供給を継続することが困難になる。

このような背景から、レーキ１６の回転により内ホッパ１１から外ホッパ１２に掻き出した粉粒体Ｐを出口開口１７から順次落下させる定量供給ホッパにおいては、形成されたブリッジを解除して安定した粉粒体の供給継続を可能にすることが望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ブリッジ対策を施して粉粒体を安定供給できるようにした定量供給ホッパ及びこれを備えた粉粒体供給装置を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明の請求項１に係る定量供給ホッパは、レーキの回転により内ホッパから外ホッパに掻き出した粉粒体を前記外ホッパの底面に設けた出口開口から順次落下させる二重ホッパ形式の定量供給ホッパにおいて、前記出口開口及びその周辺部の一方または両方へ向けてガスを噴き出す１または複数のブリッジ解除部と、前記出口開口の画像データを取得する運転状況監視部と、この画像データから前記出口開口におけるブリッジ形成を認識し、前記ブリッジ解除部を作動させる制御部と、を備えていることを特徴とするものである。
また、本発明の請求項２に係る定量供給ホッパは、レーキの回転により内ホッパから外ホッパに掻き出した粉粒体を前記外ホッパの底面に設けた出口開口から順次落下させる二重ホッパ形式の定量供給ホッパにおいて、前記出口開口及びその周辺部の一方または両方へ向けてガスを噴き出す１または複数のブリッジ解除部と、前記定量供給ホッパからの前記粉粒体の供給量を検出し、該供給量が所定値以下に低下した場合に前記出口開口におけるブリッジ形成と判断する運転状況監視部と、を備え、前記運転状況監視部の判断に基づいて前記ブリッジ解除部を作動させていることを特徴とするものである。

このような本発明の定量供給ホッパによれば、出口開口及びその周辺部の一方または両方へ向けてガスを噴き出す１または複数のブリッジ解除部を備えているので、形成されたブリッジに向けて噴射するガス流により破壊して閉塞を解除することが可能になる。
この場合、噴射するガスは不活性ガスが好ましく、外ホッパの上部または側部に設置したガス噴射ノズルから必要に応じてガスを噴射すればよい。

また、破壊するべきブリッジが存在する場合にのみブリッジ解除部を作動させ、ガスや電力等の消費を最小限に抑えることができる。この場合に好適な運転状況監視部にはビデオカメラ等があり、ビデオカメラで撮影した画像に基づく遠隔操作や、画像データに基づく自動制御が可能になる。
さらに、本発明の請求項３に係る定量供給ホッパは、前記外ホッパが、有底の筒状部材であって、前記内ホッパの外周面を囲うように設けられ、前記内ホッパが、前記外ホッパと同心状の筒状部材であって、下端部が前記外ホッパの前記底面から離間するように設けられ、前記内ホッパと前記外ホッパとの間が、同心に配置した円筒形状の仕切板により分離され、前記仕切板は、その下端部が前記底面から離間されて、前記内ホッパと前記外ホッパとの間を連通させる連通部が形成されていることを特徴とするものである。

上記の発明において、前記ブリッジ解除部は、前記出口開口との位置関係を可変とする可動機構を備えていることが好ましく、これにより、状況や必要に応じてブリッジ解除部を最適位置に配置することが可能になる。

本発明の請求項５に係る粉粒体供給装置は、請求項１から４のいずれか１項に記載の定量供給ホッパと、前記定量供給ホッパから粉粒体の供給を受けるとともに定量を切り出して送出するスクリューフィーダと、を具備して構成したことを特徴とするものである。

このような本発明の粉粒体供給装置によれば、請求項１から４のいずれか１項に記載の定量供給ホッパと、前記定量供給ホッパから粉粒体の供給を受けるとともに定量を切り出して送出するスクリューフィーダと、を具備して構成したので、定量供給ホッパ側においては、ブリッジ形成に起因した供給量の変動が防止され、この結果、粉体供給装置による粉粒体の安定した定量供給を継続することができる。

上述した本発明によれば、定量供給ホッパにおけるブリッジ形成の問題を解消し、定量供給ホッパから供給される粉粒体供給量の変動が防止され、粉粒体供給装置による安定した粉粒体の供給継続が可能になる。

本発明に係る第１実施形態の定量供給ホッパ及び粉粒体供給装置を示す図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）の横断面図である。 図１に示す第１実施形態の変形例を示す図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）の横断面図である。 本発明に係る第２実施形態の定量供給ホッパ及び粉粒体供給装置を示す図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）の横断面図である。 図３に示す第２実施形態の変形例を示す図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）の横断面図である。 本発明に係る第３実施形態の定量供給ホッパ及び粉粒体供給装置を示す図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）の横断面図である。 図５に示す第３実施形態の変形例を示す図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）の横断面図である。 定量供給ホッパ及び粉粒体供給装置の従来例を示す図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

以下、本発明に係る定量供給ホッパ及び粉粒体供給装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。
＜第１実施形態＞
図１に示す第１実施形態の粉粒体供給装置１Ａは、例えば乾燥させて粉砕したバイオマス等の粉粒体Ｐを貯蔵する定量供給ホッパ１０Ａと、定量供給ホッパ１０Ａから順次粉粒体Ｐの供給を受けるとともに、定量の粉粒体Ｐを切り出して次工程へ送出するスクリューフィーダ３０と、を具備して構成される。

図示のスクリューフィーダ３０は、円筒形状とした本体３１の内部に電動機３２で回転駆動されるスクリュー３３が収納設置されている。本体３１には、定量ホッパ１０Ａから粉粒体Ｐの供給を受け入れる入口開口３１ａと、スクリュー３３の回転数に応じた定量の粉粒体Ｐを送出する出口開口３１ｂとを備えている。

定量供給ホッパ１０Ａは、円形断面形状の内ホッパ１１及び外ホッパ１２を同心に配置した二重ホッパ形式の構造とされ、粉粒体Ｐを貯蔵しておく内ホッパ１１と外ホッパ１２との間が、同心に配置した円筒形状の仕切板１３により分離されている。このような二重ホッパ構造は、乾燥後に粉砕したバイオマスを粉粒体Ｐとする場合、供給量の変動が生じる問題を解消したものである。すなわち、内ホッパ１１しかない構造では、バイオマスの貯蔵量に応じてホッパ内下部の圧密度が変化するので、これに伴う供給量の変動を生じるが、外ホッパ１２を設けることで供給前に圧密度の調整が可能となる。
仕切板１３は、下端部１３ａが定量供給ホッパ１０のホッパ底面１４から離間した状態に設置されており、このような離間部により、粉粒体Ｐの通路となる連通部１５が全周にわたって形成されている。

定量供給ホッパ１０Ａの底部には、ホッパ底面１４と平行な面上を回転するレーキ１６が設けられている。このレーキ１６は、連通部１５を外周方向へ通り抜けて外ホッパ１２の側壁面付近まで延びる板状の部材であり、電動機１６ａ等を駆動源として回転する。なお、図示のレーキ１６は、図中に矢印Ｒで示すように、反時計回りに回転する。
レーキ１６が回転すると、内ホッパ１１に貯蔵された粉粒体Ｐは、底部側から順次、連通部１５を通って外ホッパ１２へ掻き出される。なお、図示の構成例では、４枚のレーキ１６が９０度ピッチに配置されているが、特に限定されることはない。

外ホッパ１２の底面には、スクリューフィーダ３０の入口開口３１ａに粉粒体Ｐを排出する出口開口１７が設けられている。図示の出口開口１７は矩形状とされるが、特に限定されることはない。なお、出口開口１７と入口開口３１ａとの間は、粉粒体供給管４０により連結されている。
上述したレーキ１６の回転により外ホッパ１２へ掻き出された粉粒体Ｐは、さらに、レーキ１６の回転により出口開口１７へ導かれるので、出口開口１７から粉粒体供給管４０を通ってスクリューフィーダ３０の入口開口３１ａに落下する。

こうしてスクリューフィーダ３０の本体３１内に供給された粉粒体Ｐは、スクリュー３３の回転により出口開口３１ｂの方向へ送出される。この結果、出口開口３１ｂに到達した粉粒体Ｐは、粉粒体排出管４１を介して次工程へ定量供給される。従って、粉粒体供給装置１Ａは、定量供給ホッパ１０Ａ内の粉粒体Ｐを、スクリューフィーダ３０の回転数に応じた粉粒体Ｐの供給量を次工程へ定量供給することが可能になる。

さて、本実施形態では、上述した構成の定量供給ホッパ１０Ａには、出口開口１７及びその周辺部の一方または両方へ向けてガスを噴き出す１つのブリッジ解除部２０が設けられている。このブリッジ解除部２０は、例えば不活性ガスを所定の圧力で噴射するガス噴射ノズルであり、外ホッパ１２の上部、外ホッパ１２の側部または内ホッパ１１の側部等から適宜選択して、適所に設置すればよい。なお、この場合のガス噴射ノズルは、基本的には必要な場合にのみガスを噴射するものである。
また、図２に示す変形例の定量供給ホッパ１０Ｂにおいては、ブリッジ解除部２０となるガス噴射ノズルが複数設けられており、例えば定量供給ホッパ１０Ａ，１０Ｂの寸法形状等のように、諸条件に応じて適宜設置数の変更が可能である。

このようなブリッジ解除部２０を設けることにより、出口開口１７の周辺部に形成されたブリッジは、ガス流の噴射を受けて破壊される。このため、出口開口１７がブリッジにより閉塞されることを防止または解除することが可能になる。この場合、ガス噴射ノズルから噴射される不活性ガスの圧力は、ブリッジの破壊が可能であれば特に限定されることはないが、例えば定量供給ホッパ１０Ａの許容圧力以下とすることが望ましい。

ところで、上述した定量供給ホッパ１０Ａ，１０Ｂは、出口開口１７の運転状況監視部５０を備えていることが望ましい。この運転状況監視部５０は、出口開口１７の周辺部画像を撮影するビデオカメラが好ましい。
このような運転状況監視部５０を設けることにより、例えば制御室で画像を見ながらブリッジ形成を認識し、手動または遠隔操作によりブリッジ解除部２０を作動させてガス噴射することが可能になる。あるいは、ビデオカメラの画像データから制御部がブリッジ形成を認識し、自動的にガス噴射を実施する自動制御も可能になる。

また、定量供給ホッパ１０Ａ，１０Ｂからの供給量（アウトプット量）を検出し、所定値以下に低下した場合にブリッジ形成と判断する運転状況監視部５０も可能である。具体的には、例えばスクリューフィーダ３０の定量供給における変動の有無を監視するものであり、重量測定値等の値を監視する運転状況監視部５０を設けて、検出値が所定値以下になった場合にブリッジ形成と判断すればよい。
すなわち、運転状況監視部５０の設置により得られる情報から、破壊するブリッジが存在する場合にのみブリッジ解除部２０を作動させることで、噴射するガスの消費を最小限に抑えることができる。

さらに、上述したブリッジ解除部２０は、出口開口１７との位置関係を可変とする可動機構を備えていることが望ましい。この可動機構は、ブリッジ解除部２０となるガス噴射ノズルの位置、すなわち出口開口１７からの高さ方向位置、前後方向位置及びガス噴射角度等から、少なくとも１つを可変とするものであり、形成されたブリッジ等の状況や状況の変化等による必要に応じてブリッジ解除部２０を最適位置に配置すれば、ブリッジの破壊をより確実に行うことが可能になる。

このように、ブリッジ解除部２０を備えた定量供給ホッパ１０Ａ，１０Ｂは、形成されたブリッジに向けてガス流を噴射して破壊するので、出口開口１７の閉塞を解除することが可能になる。この結果、定量供給ホッパ１０Ａ，１０Ｂにおけるブリッジ形成の問題が解消され、定量供給ホッパ１０Ａ，１０Ｂから供給される粉粒体供給量の変動が防止されて定量供給が可能になるので、粉粒体供給装置１Ａ，１Ｂによる安定した粉粒体Ｐの供給を継続できる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明に係る定量供給ホッパ及び粉粒体供給装置について、第２実施形態及びその変形例を図３及び図４に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分については、同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
この実施形態では、出口開口１７のレーキ回転方向上流側に設置した１または複数のブリッジ解除部２０Ａ，２０Ｂを備えている。本実施形態のブリッジ解除部２０Ａ，２０Ｂは、レーキ１６の回転により移動する粉粒体Ｐに形成されたブリッジを出口開口１７の上流側で干渉させることにより、ブリッジを破壊して閉塞を解除するものである。

従って、例えば図３に示すような金属製等の羽根板を採用したブリッジ解除部２０Ａ、図４に示すような金属製等の羽根網を採用したブリッジ解除部２０Ｂ、あるいは金属製等の羽根棒（不図示）等を例示できる。すなわち、本実施形態のブリッジ解除部２０Ａ，２０Ｂは、所定位置に固定された状態の部材（ブリッジ解除部）に接触するようにして干渉した粉粒体Ｐのブリッジを破壊できるように、例えば金属等のような剛性の高い部材であればよい。なお、本実施形態のブリッジ解除部２０Ａ，２０Ｂは、予め予想されるブリッジ形成に対応して所定位置に固定設置してもよいし、あるいは、通常は退避位置にあり、ブリッジ形成時にのみ所定位置に移動するようにしてもよい。

また、この実施形態においても、運転状況監視部５０を設置して遠隔操作や自動制御を行うことが可能である。
また、ブリッジ解除部２０Ａ，２０Ｂは、出口開口１７との位置関係を可変とする可動機構を備えていることにより、形成されたブリッジの状況等により異なる最適位置を選択すれば、ブリッジの破壊をより確実に行うことが可能になる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明に係る定量供給ホッパ及び粉粒体供給装置について、第３実施形態及びその変形例を図５及び図６に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分については、同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
この実施形態では、出口開口１７の周辺部に電動機２１等の駆動源により回転する１または複数の回転式ブリッジ解除部２０Ｃ，２０Ｄを備えている。本実施形態の回転式ブリッジ解除部２０Ｃ，２０Ｄは、レーキ１６の回転により移動する粉粒体Ｐに形成されたブリッジを出口開口１７の上流側で干渉させることにより、ブリッジを破壊して閉塞を解除するものである。

この場合に好適なブリッジ解除部２０Ｃ，２０Ｄは、例えば金属製の羽根板、羽根網、羽根棒等を回転軸に固定したものであり、ブリッジ解除部２０Ｃ，２０Ｄが回転して粉粒体Ｐのブリッジと干渉することにより、ブリッジの破壊が可能となるような剛性の高い部材であればよい。すなわち、ブリッジ解除部２０Ｃ，２０Ｄは、電動機２１の回転軸と同軸に、１または複数枚の羽根板、羽根網または羽根棒を取り付けて一体に回転するように構成されている。

このようなブリッジ解除部２０Ｃ，２０Ｄにおいて、図５に示すブリッジ解除部２０Ｃは、電動機２１の回転軸が水平に設置された構成の実施形態であり、図６に示すブリッジ解除部２０Ｄは、電動機２１の回転軸が垂直に設置された構成の変形例であり、どちらの構成を選択してもよい。

また、この実施形態においても、運転状況監視部５０を設置して遠隔操作や自動制御を行うことが可能であり、電動機２１の消費電力低減に有効である。
また、ブリッジ解除部２０Ｃ，２０Ｄは、出口開口１７との位置関係を可変とする可動機構を備えていることにより、形成されたブリッジの状況等により異なる最適位置を選択すれば、ブリッジの破壊をより確実に行うことが可能になる。

上述したように、本発明の粉粒体供給装置１Ａ〜１Ｆは、上述した各実施形態及びその変形例の定量供給ホッパ１Ａ〜１Ｆを備えているので、定量供給ホッパ側におけるブリッジ形成に起因した供給量の変動が防止される。この結果、本発明の粉粒体供給装置１Ａ〜１Ｆにおいては、粉粒体Ｐの安定した定量供給を継続することができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

１，１Ａ〜１Ｆ 紛体供給装置
１０，１０Ａ〜１０Ｆ 定量供給ホッパ
１１ 内ホッパ
１２ 外ホッパ
１３ 仕切板
１４ 底面
１５ 連通部
１６ レーキ
１７ 出口開口
２０，２０Ａ，２０Ｂ ブリッジ解除部
２０Ｃ，２０Ｄ 回転式ブリッジ解除部
３０ スクリューフィーダ
５０ 運転状況監視部

Claims (5)

1. レーキの回転により内ホッパから外ホッパに掻き出した粉粒体を前記外ホッパの底面に設けた出口開口から順次落下させる二重ホッパ形式の定量供給ホッパにおいて、
   前記出口開口及びその周辺部の一方または両方へ向けてガスを噴き出す１または複数のブリッジ解除部と、
   前記出口開口の画像データを取得する運転状況監視部と、
   この画像データから前記出口開口におけるブリッジ形成を認識し、前記ブリッジ解除部を作動させる制御部と、
   を備えていることを特徴とする定量供給ホッパ。
2. レーキの回転により内ホッパから外ホッパに掻き出した粉粒体を前記外ホッパの底面に設けた出口開口から順次落下させる二重ホッパ形式の定量供給ホッパにおいて、
   前記出口開口及びその周辺部の一方または両方へ向けてガスを噴き出す１または複数のブリッジ解除部と、
   前記定量供給ホッパからの前記粉粒体の供給量を検出し、該供給量が所定値以下に低下した場合に前記出口開口におけるブリッジ形成と判断する運転状況監視部と、
   を備え、前記運転状況監視部の判断に基づいて前記ブリッジ解除部を作動させることを特徴とする定量供給ホッパ。
3. 前記外ホッパは、有底の筒状部材であって、前記内ホッパの外周面を囲うように設けられ、
   前記内ホッパは、前記外ホッパと同心状の筒状部材であって、下端部が前記外ホッパの前記底面から離間するように設けられ、
   前記内ホッパと前記外ホッパとの間が、同心に配置した円筒形状の仕切板により分離され、
   前記仕切板は、その下端部が前記底面から離間されて、前記内ホッパと前記外ホッパとの間を連通させる連通部が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の定量供給ホッパ。
4. 前記ブリッジ解除部が前記出口開口との位置関係を可変とする可動機構を備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の定量供給ホッパ。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の定量供給ホッパと、前記定量供給ホッパから粉粒体の供給を受けるとともに定量を切り出して送出するスクリューフィーダと、を具備して構成したことを特徴とする粉粒体供給装置。

Images