JPH07209282A

JPH07209282A - 石炭発熱量測定装置および粉体試料採取装置

Info

Publication number: JPH07209282A
Application number: JP299694A
Authority: JP
Inventors: Norio Kawahara; 紀男河原; Tadashi Nagaoka; 正長岡; Toshio Inoue; 俊夫井上; Masaru Miwa; 勝三輪; Osamu Kumazaki; 修熊崎
Original assignee: Shimadzu Corp; Chubu Electric Power Co Inc
Current assignee: Shimadzu Corp; Chubu Electric Power Co Inc
Priority date: 1994-01-17
Filing date: 1994-01-17
Publication date: 1995-08-11

Abstract

(57)【要約】【目的】石炭の発熱量を自動的に測定できる測定装置
を提供する。【構成】石炭粉末の水分吸着率と石炭の灰分率の測定
値から石炭の発熱量を求める手法を採用し、その水分吸
着量を測定するにあたり、乾燥・吸着とその吸着前後の
重量測定時における容器の搬送などの一連動作をロボッ
トハンドによって自動的に行うように構成するととも
に、粉体試料採取装置を使用して、一定容量の試料採取
も自動化して水分吸着量測定の完全自動化を達成してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、火力発電所などで使用
される石炭発熱量測定装置に関し、また、そのような石
炭発熱量の測定において石炭試料粉を採取するのに利用
される粉体試料採取装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】石炭の発熱量測定には、従来、ボンブカ
ロリメータなどが使用されている。そのボンブカロリメ
ータは、試料石炭粉（約１ｇ）をボンベ中で燃焼させ、
この燃焼による発生熱量を一定容量の水に吸収させ、そ
の熱吸収による水の温度上昇から試料１ｇに対する発熱
量（カロリ数）を求める方法（JIS M 8814に規定の測定
法）を採用した測定装置である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、火力発電所
においては、発電量制御の効率化等のために石炭発熱量
測定の自動化が要求されている。

【０００４】しかし、ボンブカロリメータなどの測定装
置では、石炭を実際に燃焼して発熱量を測定するので、
測定の際に石炭試料をボンベに入れ、ボンベの蓋を完全
に締める等の煩雑な操作が必要になることから、石炭発
熱量測定の自動化を達成し難いといった問題があった。

【０００５】また、この種の石炭発熱量測定装置では、
例えば、試料石炭粉は試料搬送用カップに詰め込んだ状
態でベルトコンベア等によって装置に供給され、その試
料搬送用カップから一定容量の試料を採取して発熱量測
定に供するといったサンプリング法が採用されるが、発
熱量測定の自動化のためには、そのようなサンプリング
の自動化も達成することが必要になる。

【０００６】そこで、本発明は、石炭の発熱量を自動的
に測定できる石炭発熱量測定装置の提供と、そのような
石炭の発熱量測定を行うにあたり、一定容量の試料石炭
粉を自動的に採取できる粉体試料採取装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の石炭発熱量測定装置は、実施例に対応する
図１，図２に示すように、上部が開放された容器Ｃおよ
びその蓋Ｆと、容器Ｃに一定量の試料石炭粉Ｓを採取す
る採取装置１と、容器Ｃに採取した試料石炭粉Ｓを一様
な厚さに平坦化するならし装置２と、乾燥器４と、電子
天びん５１が内蔵された恒温恒湿槽５と、この槽外に配
置の電子天びん３と、容器Ｃおよび蓋Ｆの搬送を行うハ
ンドリング手段（例えばロボットハンド９および層内の
ハンド５２）と、演算手段と、制御部を備え、その制御
部は、上記の各装置およびハンドリング手段を駆動制御
して、容器Ｃへの試料採取およびならし処理と、その容
器Ｃを乾燥器４内に配置し石炭粉Ｓを乾燥させた後、こ
の乾燥器４内で容器Ｃに蓋Ｆを被せる乾燥処理と、その
処理後の容器Ｃを電子天びん５の皿上に載せる乾燥重量
測定と、この重量測定後の容器Ｃを恒温恒湿槽５内に搬
入して内部の電子天びん５１の皿上に載せるとともに蓋
Ｆを外して容器Ｃ内の石炭粉Ｓを一定湿度雰囲気中にさ
らし、所定時間経過に蓋Ｆを被せる吸湿処理と、この吸
湿処理後の重量測定の各処理を順次に行うように構成さ
れ、かつ、上記演算手段は、上記吸湿前後の試料石炭粉
の重量測定値の変化から上記水分吸着率を算出するよう
に構成されていることによって特徴づけられる。

【０００８】また、本発明の粉体試料採取装置は、実施
例に対応する図４，図５に示すように、試料カップＰが
置かれるテーブル１１と、試料カップＰの開口部寸法よ
りも外径が小さいパイプ１２と、このパイプ１２をテー
ブル１１の上方位置に、当該テーブル１１の上面に対し
略直交する方向に沿った姿勢で支持する支持部材１０
と、パイプ１２の側方周囲を囲う筒状の部材で、このパ
イプ１２に対し摺動自在に配設され、かつ、テーブル１
１と対向する端面が試料カップＰの開口部周縁に当接し
得る形状のスライドカバー１３と、テーブル１１とパイ
プ１２とを相対的に移動し、そのパイプ１２の端面を当
該テーブル１１上の試料カップＰの内部底面に当てる昇
降手段（例えばエアシリンダ１５）と、支持部材１０を
略水平軸を中心として回動する回転手段（例えばロータ
リアクチュエータ１６）が設けられていることによって
特徴づけられる。

【０００９】

【作用】本発明の石炭発熱量測定装置は、基本的には、
石炭粉末の水分吸着率と石炭の灰分率とを測定し、これ
らの測定値から石炭の発熱量を求める手法を採用してい
るので、試料石炭粉を実際に燃焼することなく発熱量を
測定することが可能で、しかも、水分吸着量の測定を行
うにあたり、乾燥・吸着とその吸着前後の重量測定時に
おける容器移動等の一連動作をロボットハンドなどのハ
ンドリング手段によって自動化している。また、本発明
の粉体試料採取装置は、容器への一定量の試料を自動的
に採取することが可能で、この採取装置を本発明の石炭
熱量測定装置に適用することによって、試料採取工程を
含めた石炭発熱量測定の一連の動作の完全自動化が可能
になる。

【００１０】ここで、本発明の粉体試料採取装置では、
テーブル１１とパイプ１２の相対的な移動により、パイ
プ１２の端面が試料カップＰの底面に当たった時点で、
一定量の試料石炭粉Ｓが切り取られ、次いで、支持部材
１０の回転によりパイプ１２内に切り取られた試料石炭
粉Ｓのみが、試料カップＰの外部へと取り出される。

【００１１】

【実施例】本発明の実施例を、以下、図面に基づいて説
明する。図１は本発明実施例の構成を示すブロック図で
ある。図２はその実施例の外観図で(a) および (b)はそ
れぞれ側面図および平面図である。

【００１２】まず、この装置の測定系１０１は、定容量
採取装置１、ならし装置２、電子天びん３、赤外線乾燥
器４、恒温恒湿層５、冷却台６ａおよび蓋置台６ｂ、排
出ホッパ７、洗浄機８ならびに容器・蓋置台６ｃによっ
て構成されており、また、この測定系１０１には、以上
の各装置に容器Ｃおよび蓋Ｆをハンドリングするロボッ
トハンド９が配置されている。

【００１３】定容量採取装置１は、サンプル搬入コンベ
ア１０３によって搬送されてきた試料カップＰから一定
容量の試料石炭粉Ｓを自動的に採取する装置である（具
体的な構成は後述する図３乃至図５を参照）。

【００１４】ならし装置２は、容器Ｃに採取した試料石
炭粉Ｓを一様な厚さにならすための装置で、図６に示す
ように、容器Ｃが置かれる振動テーブル２１と、その振
動を与える駆動部２２を備え、テーブル２１上に置かれ
た容器Ｃに振動を与えて容器内の試料石炭粉Ｓを平らに
ならすように構成されている。なお、振動テーブル２１
には、容器Ｃが振動により移動してテーブルから落下す
る等を防止するための位置決め用のボス２１ａが設けら
れている。

【００１５】電子天びん３は、容器Ｃ，蓋Ｆおよび後述
する乾燥試料の重量を測定するのに使用され、その各測
定値はコンピュータ１０２に採り込まれる。赤外線乾燥
器４は試料石炭粉Ｓを絶乾状態になるまで乾燥させる装
置で、また、冷却台６ｂは乾燥後の試料石炭粉Ｓを室温
にまで戻すために使用される。

【００１６】恒温恒湿槽５には、電子天びん５１と、こ
の天びんの皿上に置かれる容器Ｃの蓋Ｆの開放・閉鎖を
行うためのハンド５２が内蔵されている。なお、恒温恒
湿槽５の搬入・搬出口にはシャッタ５３が設けられてお
り、また、ファン５４は槽内の空気攪拌用のファンであ
る。

【００１７】そして、コンピュータ１０２には、上記し
た各装置ならびにロボットハンド９を後述する動作で駆
動制御するとともに、２台の電子天びん３および５１の
各出力信号を採り込んで、それらの各測定値から求めた
水分吸湿率と、予め螢光Ｘ線分析装置などにより測定さ
れた灰分率の二つの測定値から、後述する発熱量Ｑを算
出して出力するように構成されている。

【００１８】次に、本発明実施例の測定の手順を、ロボ
ットハンド９の動作とともに説明する。まず、サンプル
搬入コンベア１０３によって送られてくる試料カップＰ
（石炭粉詰め込み済み）を、定容量採取装置１のテーブ
ル１１上に置き（図４，図５参照）、また、容器・蓋置
台６ｃに配置の容器Ｃを、電子天びん３の皿上に載せて
重量を測定し、この後に、定容量採取装置１の上部台枠
１０ａ上に配置して容器Ｃに約１ｇの試料石炭粉Ｓを採
取する。なお、この動作と平行して蓋Ｆを容器・蓋置台
６ｃから取り出して、その重量測定を行って蓋置台６ａ
上に待機させておく。また、容器Ｃと蓋Ｆの各重量測定
値はコンピュータ１０２に採り込む。

【００１９】以上の試料採取を終えた容器Ｃを、ならし
装置２に配置して試料石炭粉Ｓを平らにならした後、容
器Ｃを赤外線乾燥器４の槽内に配置して約３０分程度の
乾燥を行う。なお、容器Ｃに採取した試料石炭粉Ｓは平
らにならされた状態では、約１０〜１５分程度の乾燥で
絶乾状態となることが確認されている。

【００２０】次いで、赤外線乾燥器４の槽内で容器Ｃに
蓋Ｆを被せた後、容器Ｃを冷却台６ｂ上に置き、室温に
まで冷却した後、容器Ｃを電子天びん３の皿上に載せ、
蓋Ｆを被せた状態で重量（乾燥重量）を測定し、その測
定値をコンピュータ１０２に採り込む。

【００２１】次に、容器Ｃを蓋閉鎖の状態で恒温恒湿槽
５の内部に搬送して、槽内の電子天びん５１の皿上に載
せ、この状態で、蓋Ｆを槽内のハンド５２によって外し
て容器Ｃ内の試料石炭粉Ｓを、例えば温度：３５℃，湿
度：７５％の恒温恒湿雰囲気に一定時間（例えば３０
分）だけ暴露した後、蓋Ｆを被せ、この状態で、重量
（吸湿後重量）を測定し、その測定値をコンピュータ１
０２に採り込む。なお、この重量測定時には槽内の空気
攪拌を一時停止する。

【００２２】この後、容器Ｃを恒温恒湿槽５から取り出
し、蓋Ｆを外して、容器Ｃ内の試料石炭粉Ｓを、排出ホ
ッパ７に放出しバキュームで測定系１０１外部へと排出
し、次いで、容器Ｃと蓋Ｆのそれぞれを洗浄装置８に配
置して、エアブローにより充分にクリーニングした後、
容器・蓋置台６ｃにセットし、この時点で、測定の１サ
イクルが完了する。

【００２３】そして、コンピュータ１０２は、槽外の電
子天びん３の計量出力から得られた乾燥重量Ｗ1 と、恒
温恒湿槽５の電子天びん５１の計量出力から得られた吸
湿後重量Ｗ2 から、水分吸湿率：ｘ＝（Ｗ2 −Ｗ1 ）／
Ｗ1 を算出し、さらに、別途入力（通信による入力）さ
れる灰分率ｙのデータと、先の算出結果ｘを用いて、発
熱量Ｑを、Ｑ＝Ａ−ｂｘ−ｃｙ・・・・の式から算出して出力する。ここで、においてＡ，
ｂ，ｃは装置値定数で、ＪＩＳに規定の測定法により別
途測定したＱ′と、本発明実施例の装置などによるｘ，
ｙの測定値を用いて最小二乗法等により決定しておく。
なお、２台の電子天びん５および５１の計量出力には、
容器Ｃと蓋Ｆの重量が含まれるが、それらの重量は、試
料採取前に測定しているので、コンピュータ１０２内の
演算処理によりキャンセルできる。

【００２４】次に、本発明実施例で使用する定容量採取
装置１の具体的な構成例を、図３乃至図５を参照しつつ
説明する。まず、支持部材１０は、容器Ｃを逆さにした
状態で保持する上部台枠１０ａ、この台枠と対向する下
部台枠１０ｂおよび上下の台枠を連結する垂直部材１０
ｃによって構成されるコの字形状の部材で、ロータリア
クチュエータ１６のロッドによって支持されている。

【００２５】ロータリアクチュエータ１６は、図３に示
すように、エンクロージャ１８の内部に配置のエアシリ
ンダ１７のロッドによって支持されており、このエアシ
リンダ１７の駆動により、支持部材１０の全体をエンク
ロージャ１８の外部の所定位置〔図３(a) 〕から、その
内部へと取り込むことができる〔図３(b) 〕。なお、エ
ンクロージャ１８の開口部にはシャッタ１８ａが設けら
れている。

【００２６】下部台枠１０ｂには、試料カップＰが置か
れるテーブル１１とその昇降用のエアシリンダ１５が設
けられている。上部台枠１０ａの中央部にはパイプ１２
の上端部が固定されている。このパイプ１２は下方にゆ
くに従って径が縮小するテーパ管で、テーブル１１の上
面に対して垂直方向に沿った姿勢で上部台枠１０ａによ
って支持されている。また、パイプ１２の外径は試料カ
ップＰの開口部の径よりも小さい。さらに、パイプ１２
の上端部は上部台枠１０ａを貫通して、この台枠１０ａ
の容器Ｃの載置面にまで臨んでいる。

【００２７】スライドカバー１３は、パイプ１２の側方
周囲を囲う筒状の部材で、上部台枠１０ａに固定された
ガイド１４に摺動自在に配設されている。このスライド
カバー１３の下端側の内径は、試料カップＰの上部周縁
の内径よりも小さく、外径はその縁部の外径よりも大き
い。

【００２８】また、スライドカバー１３と上部台枠１０
ａとの間には圧縮コイルばね１３ａが挟み込まれてお
り、その弾性力によってスライドカバー１３は上部台枠
１０ａに対して下方へと押圧された状態が維持される。
ただし、スライドカバー１３の下方への移動の位置はガ
イド１４のストッパ１４ａによって規制される。なお、
上部台枠１０ａにはこの台上に置かれた容器Ｃの保持用
の爪１０ｄが２か所に設けられており、容器Ｃは、それ
らの爪１０ｄが対向する方向と直交する方向（図４(a)
の左方側）から挿入配置される。

【００２９】そして、以上の構成において、エアシリン
ダ１５の駆動によりテーブル１１を上昇させると、その
上昇過程においてテーブル１１上の試料カップＰの上部
周縁がスライドカバー１３の下端面が当たるとともに、
パイプ１２の下端が試料カップＰの試料石炭粉Ｓ中に侵
入し、次いで、このテーブル１１が上昇端に達した時点
で、パイプ１２の下端面が試料カップＰの内部底面に当
たり、この時点で図４（ａ）に示すように、一定容量
（約１ｇ）の試料石炭粉Ｓが切り取られる。この後、ロ
ータリアクチュエータ１６の駆動により支持部材１０を
半回転（角度180度）させると、同図（b)に示すよう
に、パイプ１２から試料石炭粉Ｓが容器Ｃへと移し置か
れる。このとき、容器Ｃに残存した試料石炭粉Ｓはスラ
イドカバー１３とガイド１４によって容器Ｃ内に閉じ込
められるので外部に飛び出す虞れはない。

【００３０】このような試料採取が完了した後、容器Ｃ
の取り出し→支持部材１０の逆転→テーブル１１の下降
→試料カップＰの取り出し操作を順次に行って、図３
(a) に示す元の状態に戻した後、同図(b) に示すように
支持部材１０の全体をエンクロージャ１８の内部に採り
込み、シャッタ１８ａを閉じた状態で、このエンクロー
ジャ内部にエアを吹き込みつつ吸引を行って残試料粉を
クリーニングする。

【００３１】なお、この定容量採取装置１は、本発明の
請求項２に記載に相当する装置であって、従って、石炭
発熱量測定装置以外の他の測定装置において、一定量の
粉体試料を採取する場合にも適用できる。また、図４に
示した例では、パイプ１２をテーパ管としているが、こ
れに限られることなく、直管を使用してもよく、さら
に、パイプ１２およびスライドカバー１３の外形の断面
形状は円形に限られることなく、矩形等な他の形状であ
ってもよい。

【００３２】ここで、本発明実施例の石炭発熱量測定装
置においては、水分率吸着率の測定の再現性を高めるた
め、試料カップＰに採取した試料石炭粉Ｓの嵩密度等の
条件を一定に揃えることが必要で、また、試料カップＰ
の測定系１０１への搬送途中において、振動やショック
によって試料表面から発塵して周囲環境を汚す虞れがあ
り、これを防止することが要求される。そこで、この本
発明実施例では、そのような点を考慮したサンプリング
装置を、測定系１０１の前段に配置している。その構成
例を図７を参照して説明する。

【００３３】まず、ホッパ２０１に貯蔵した試料石炭粉
Ｓを、振動フィーダ２０２で試料カップＰにオーバフロ
ーするまで供給する。このときの試料のオーバフロー
は、安息角により山が一定になるまでとする。次いで、
山積みした試料石炭粉Ｓをプランジャ２０３によって静
かに押し、試料カップＰの上部縁と同一レベルにまで押
し潰す、といった工程Ｌを２〜３回繰り返す。このよう
な処理が完了した後、試料カップＰを、送り出しコンベ
ア２０４によって、測定系１０１側のサンプル搬入コン
ベア１０３へと搬送する。

【００３４】なお、上記した工程Ｌの繰り返しにより、
実際に試料カップＰに試料石炭粉Ｓを詰め込んで、図１
に示した測定系１０１に送ったところ、ベルトコンベア
での搬送過程や途中の段差などによる振動やショックで
試料表面から発塵しない程度の表面硬さになるための条
件、つまり工程Ｌの繰り返し回数は３回であれば充分
で、また、実際の石炭熱量測定において、同種の石炭粉
でのばらつきが小さく維持できる条件として、工程Ｌを
３回繰り返すことが適当であったので、その繰り返し回
数は３回を採用することが好ましい。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の石炭発熱
量測定装置によれば、基本的には、石炭粉末の水分吸着
率と石炭の灰分率とを測定し、これらの測定値から石炭
の発熱量を求める手法を採用し、上記の水分吸着量を測
定するにあたり、乾燥・吸着とその吸着前後の重量測定
時における容器移動等の一連動作をロボットハンドなど
のハンドリング手段によって自動的に行うように構成す
るとともに、請求項２に記載の発明の粉体試料採取装置
を使用して、一定容量の試料を容器に採取する操作をも
自動化したので、水分吸着量測定の完全自動化が可能と
なり、これにより石炭の発熱量測定の自動化を容易に実
現できる。その結果、例えば火力発電所における発電量
の制御の効率化を達成でき、これにより、発電コストの
低減化とともに需要への速応答性の向上をはかることが
できる。また、測定の完全自動化により測定の再現性が
高くなるといった効果も達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の構成を示すブロック図

【図２】その実施例の外観図で（a)および(b) はそれぞ
れ側面図および平面図

【図３】本発明実施例の定容量採取装置１の構成を示す
図

【図４】同じく定容量採取装置１の構成を示す図で、
（a)は要部縦断面図，(b) は上部台枠１０ａのみを抽出
して示す斜視図

【図５】その定容量採取装置１の動作説明図

【図６】本発明実施例のならし装置２の構成を示す図
で、（a)は外観斜視図，(b) は要部縦断面図

【図７】本発明実施例で使用する試料カップＰへの試料
石炭粉の供給系のシステム構成図

【符号の説明】

１定容量採取装置１０支持部材１１テーブル１２パイプ１３スライドカバー１４ガイド１５エアシリンダ（テーブル昇降用）１６ロータリアクチュエータ２ならし装置３電子天びん（槽外配置）４赤外線乾燥器５恒温恒湿槽５１電子天びん５２ハンド６ａ冷却台６ｂ蓋置台６ｃ容器置台７排出ホッパ８洗浄装置９ロボットハンド１０１測定系１０２コンピュータ１０３サンプル搬入コンベアＣ容器Ｆ蓋Ｐ試料カップ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者井上俊夫愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番地の１中部電力株式会社技術開発本部電力技術研究所内 (72)発明者三輪勝愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番地の１中部電力株式会社技術開発本部電力技術研究所内 (72)発明者熊崎修愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番地の１中部電力株式会社技術開発本部電力技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】石炭粉末の水分吸着率と石炭の灰分率を
それぞれ測定し、これらの測定値から石炭の発熱量を求
める測定装置において、上部が開放された容器およびそ
の蓋と、容器に一定量の試料石炭粉を採取する採取装置
と、容器に採取した試料石炭粉を一様な厚さに平坦化す
るならし装置と、乾燥器と、電子天びんが内蔵された恒
温恒湿槽と、この槽外に配置の電子天びんと、上記容器
および蓋の搬送を行うハンドリング手段と、演算手段
と、制御部を備え、その制御部は上記の各装置および上
記ハンドリング手段を駆動制御して、容器への試料採取
およびならし処理と、容器を上記乾燥器内に配置し石炭
粉を乾燥させた後この乾燥器内で容器に蓋を被せる乾燥
処理と、その処理後の容器を乾燥器外の上記電子天びん
の皿上に載せる乾燥重量測定と、この重量測定後の容器
を上記恒温恒湿槽内に搬入して内部の電子天びんの皿上
に載せるとともに蓋を外して容器内の石炭粉を一定湿度
雰囲気中にさらし、所定時間経過に蓋を被せる吸湿処理
と、この吸湿処理後の重量測定の各処理を順次に行うよ
うに構成され、かつ、上記演算手段は上記吸湿前後の試
料石炭粉の重量測定値の変化から上記水分吸着率を算出
するように構成されていることを特徴とする石炭発熱量
測定装置。
【請求項２】粉体試料が詰め込まれた試料カップから
一定容量の試料を採り出すための装置であって、試料カ
ップが置かれるテーブルと、上記試料カップの開口部寸
法よりも外径が小さいパイプと、このパイプを上記テー
ブルの上方位置に、当該テーブル上面に対し略直交する
方向に沿った姿勢で支持する支持部材と、上記パイプの
側方周囲を囲う筒状の部材で、このパイプに対し摺動自
在に配設され、かつ、上記テーブルと対向する端面が上
記試料カップの開口部周縁に当接し得る形状のスライド
カバーと、上記テーブルと上記パイプとを相対的に移動
し、そのパイプの端面を当該テーブル上の試料カップの
内部底面に当てる昇降手段と、上記支持部材を略水平軸
を中心として回動する回転手段が設けられていることを
特徴とする粉体試料採取装置。