特開 2024-180306 水分測定方法および水分測定装置、石炭の調湿方法ならびにコークスの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024180306

(43)【公開日】2024-12-26

(54)【発明の名称】水分測定方法および水分測定装置、石炭の調湿方法ならびにコークスの製造方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 22/04 20060101AFI20241219BHJP

   G01N 22/00 20060101ALI20241219BHJP

   C10B 57/08 20060101ALI20241219BHJP

【ＦＩ】

G01N22/04 C

G01N22/00 W

G01N22/00 X

C10B57/08

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024086337

(22)【出願日】2024-05-28

(31)【優先権主張番号】P 2023099054

(32)【優先日】2023-06-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000001258

【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099944

【弁理士】

【氏名又は名称】高山 宏志

(72)【発明者】

【氏名】梅垣 嘉之

(72)【発明者】

【氏名】宮本 康平

(72)【発明者】

【氏名】山平 尚史

【テーマコード（参考）】

4H012

【Ｆターム（参考）】

4H012QA00

(57)【要約】

【課題】コンベア上を搬送される石炭に対してマイクロ波を用いて水分測定を行う際に、高精度かつ安定した水分測定が可能な技術を提供する。
【解決手段】コンベヤ上を搬送される石炭の水分を測定する水分測定方法は、コンベヤ上の石炭を鎮圧して石炭の表面を均すとともに石炭を圧縮する石炭鎮圧工程と、石炭鎮圧工程により鎮圧を行った後の石炭の層厚を測定する層厚測定工程と、石炭鎮圧工程によって鎮圧された後の石炭に向けてマイクロ波を送信波として送信するマイクロ波送信工程と、マイクロ波送信工程で送信され、石炭を透過した後のマイクロ波を受信波として受信するマイクロ波受信工程と、送信波と受信波とを比較して変化量を算出するマイクロ波変化量算出工程と、マイクロ波変化量算出工程で算出した変化量と、層厚測定工程で測定した石炭の層厚に基づいて石炭の含水率を算出する含水率算出工程とを備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

コンベヤ上を搬送される石炭の水分を測定する水分測定方法であって、
前記コンベヤ上の石炭を鎮圧して前記石炭の表面を均すとともに前記石炭を圧縮する石炭鎮圧工程と、
前記石炭鎮圧工程により鎮圧を行った後の前記石炭の層厚を測定する層厚測定工程と、
前記石炭鎮圧工程によって鎮圧された後の前記石炭に向けてマイクロ波を送信波として送信するマイクロ波送信工程と、
前記マイクロ波送信工程で送信され、前記石炭を透過した後の前記マイクロ波を受信波として受信するマイクロ波受信工程と、
前記送信波と前記受信波とを比較して変化量を算出するマイクロ波変化量算出工程と、
前記マイクロ波変化量算出工程で算出した変化量と、前記層厚測定工程で測定した前記石炭の層厚に基づいて前記石炭の含水率を算出する含水率算出工程と、
を備える、水分測定方法。

【請求項2】

前記石炭鎮圧工程は、回転軸が前記コンベヤの幅方向に平行に設置され、かつ前記コンベヤの高さ方向に可動なローラーにより前記石炭を鎮圧する、請求項１に記載の水分測定方法。

【請求項3】

前記石炭鎮圧工程は、前記コンベヤ上の前記石炭に接触する面が前記コンベヤと平行に保たれた平面である底面と、前記コンベアの進行方向上流側で前記底面から上方に反り返るような傾斜面と、を有し、前記コンベヤの高さ方向に可動な重りにより前記石炭を鎮圧する、請求項１に記載の水分測定方法。

【請求項4】

前記マイクロ波変化量算出工程で算出した変化量が、位相差および減衰率の一方または両方を含む、請求項１に記載の水分測定方法。

【請求項5】

前記マイクロ波として複数の周波数を用いる、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の水分測定方法。

【請求項6】

前記石炭鎮圧工程は、前記コンベヤの上り勾配部で行う、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の水分測定方法。

【請求項7】

コンベヤ上を搬送される石炭の水分を測定する水分測定装置であって、
前記コンベヤ上の石炭を鎮圧して前記石炭の表面を均すとともに前記石炭を圧縮する石炭鎮圧機構と、
前記石炭鎮圧機構により鎮圧された後の前記石炭の層厚を測定する層厚測定部と、
前記石炭鎮圧機構によって鎮圧された前記石炭に向けてマイクロ波を送信波として送信するマイクロ波送信部と、
前記マイクロ波送信部から送信され前記石炭を透過した前記マイクロ波を受信波として受信するマイクロ波受信部と、
前記送信波と前記受信波とを比較して変化量を算出するマイクロ波変化量算出部と、
前記マイクロ波変化量算出部で算出した変化量と、前記層厚測定部で測定した前記石炭の層厚に基づいて前記石炭の含水率を算出する含水率算出部と、
を備える、水分測定装置。

【請求項8】

前記層厚測定部は、
前記石炭鎮圧機構により鎮圧された後の前記石炭の表面までの距離を測定する距離計と、
前記距離計で測定した距離値に基づいて鎮圧された後の前記石炭の層厚を算出する層厚算出部と、
を有する、請求項７に記載の水分測定装置。

【請求項9】

前記石炭鎮圧機構が、回転軸が前記コンベヤの幅方向に平行に設置され、かつ前記コンベヤの高さ方向に可動なローラーである、請求項７に記載の水分測定装置。

【請求項10】

前記石炭鎮圧機構が、前記コンベヤ上の石炭に接触する面がコンベヤと平行に保たれた平面である底面と、前記コンベアの進行方向上流側で前記底面から上方に反り返るような傾斜面と、を有し、前記コンベヤの高さ方向に可動な重りである、請求項７に記載の水分測定装置。

【請求項11】

前記石炭鎮圧機構が、前記コンベヤの上り勾配部に設置される、請求項７から請求項１０のいずれか一項に記載の水分測定装置。

【請求項12】

請求項１に記載された水分測定方法によって石炭の含水率を測定し、測定した含水率に基づいて、前記石炭の含水率が設定範囲内に収まるように乾燥または加水による調湿を行う、石炭の調湿方法。

【請求項13】

請求項１２に記載された石炭の調湿方法によって調湿された石炭をコークス炉に装入してコークスを製造する、コークスの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水分測定方法および水分測定装置、石炭の調湿方法ならびにコークスの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

製鉄工場において、コークスの原料となる石炭は、ベルトコンベアで運搬され、調湿機によって乾燥された後にコークス炉に投入される。一般的には原料石炭の含水率が低いほど、コークスの品質は向上する。しかし含水率が低すぎる場合には、運搬中の石炭の粉塵発生量の増加や、発火の危険性、コークス炉の押し詰まりといった問題を発生させる。このため、水分を所定範囲に制御することが必要である。

【0003】

そこで、石炭の含水率を測定する技術として、マイクロ波を用いるものが存在する。例えば、特許文献１～３には、ベルトコンベア上の石炭にマイクロ波を照射し、石炭におけるマイクロ波の伝播特性の変化から、石炭の含水率を測定する技術が提案されている。

【0004】

具体的には、特許文献１には、均し板（スクレーパー）を使ってベルトコンベア上の石炭の表面を均し、嵩密度（バルク密度）を物理的に均一にした状態でマイクロ波により水分測定を行う技術が提案されている。特許文献２には、層厚を測定するための距離計と重量を測定するための秤量機を設けて、マイクロ波水分計の測定したデータに、層厚に基づく補正と、層厚と重量から求めた嵩密度に基づく補正を行う水分測定装置が提案されている。特許文献３には、石炭層内にマイクロ波式水分計を埋め込むことで、嵩密度の変動の影響を受けることなく含水量を測定する方法が提案されている。

【0005】

また、特許文献４には、被測定物を透過していないマイクロ波と被測定物を透過した後のマイクロ波との間の減衰量と位相量から、被測定物の密度および含水率の双方を測定する技術が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平７－５５７２６号公報

【特許文献2】特開平６－１２９９８０号公報

【特許文献3】特開２０１４－１１２０５３号公報

【特許文献4】特開２０１９－７０５３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

マイクロ波を利用した水分測定技術では、嵩密度の情報が必要になる。通常、嵩密度は、放射線の一種であるガンマ線が物質中を通過する際に弱められるという性質を利用して測定される。しかしながら、ガンマ線は取扱いが厳しく規制されており、ガンマ線を用いて嵩密度を測定する方法は管理コストがかかる。

【0008】

一方、特許文献１～４に記載の技術は、ガンマ線による嵩密度の測定を用いないので上記のような不都合は生じないが、以下のような課題がある。すなわち、特許文献１の技術では、嵩密度を測定せずに均し板（スクレーパー）でベルトコンベア上の石炭の表面を均し、嵩密度を物理的に均一にするが、その場合、被測定物の搬送量の変動による層厚の変動が大きく、被測定物の表面が均し板（スクレーパー）の可動域よりも下にある場合には、補正が不可能になってしまう。また、均し板（スクレーパー）によって被測定物が跳ね飛ばされるため、ベルトコンベアから被測定物が落下する課題がある。特許文献３に開示されている技術においても、内部にマイクロ波水分計が設けられたボックスによって被測定物が跳ね飛ばされてベルトコンベアから落下するという同様の課題がある。特許文献２に記載の技術では、層厚と嵩密度を測定して水分計の補正に用いているものの、マイクロ波を照射している範囲の石炭層表面の形状が平らでない場合は、測定した層厚や嵩密度自体に誤差を生じてしまう。さらに、特許文献４のように減衰量と位相量から被測定物の密度を測定する技術では、高精度な嵩密度の測定は困難である。

【0009】

本発明は、コンベア上を搬送される石炭に対してマイクロ波を用いて水分測定を行う際に、高精度かつ安定した水分測定が可能な技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するため、本発明は以下の［１］～［１３］の手段を提供する。

【0011】

［１］コンベヤ上を搬送される石炭の水分を測定する水分測定方法であって、
前記コンベヤ上の石炭を鎮圧して前記石炭の表面を均すとともに前記石炭を圧縮する石炭鎮圧工程と、
前記石炭鎮圧工程により鎮圧を行った後の前記石炭の層厚を測定する層厚測定工程と、
前記石炭鎮圧工程によって鎮圧された後の前記石炭に向けてマイクロ波を送信波として送信するマイクロ波送信工程と、
前記マイクロ波送信工程で送信され、前記石炭を透過した後の前記マイクロ波を受信波として受信するマイクロ波受信工程と、
前記送信波と前記受信波とを比較して変化量を算出するマイクロ波変化量算出工程と、
前記マイクロ波変化量算出工程で算出した変化量と、前記層厚測定工程で測定した前記石炭の層厚に基づいて前記石炭の含水率を算出する含水率算出工程と、
を備える、水分測定方法。

【0012】

［２］前記石炭鎮圧工程は、回転軸が前記コンベヤの幅方向に平行に設置され、かつ前記コンベヤの高さ方向に可動なローラーにより前記石炭を鎮圧する、［１］に記載の水分測定方法。

【0013】

［３］前記石炭鎮圧工程は、前記コンベヤ上の前記石炭に接触する面が前記コンベヤと平行に保たれた平面である底面と、前記コンベアの進行方向上流側で前記底面から上方に反り返るような傾斜面と、を有し、前記コンベヤの高さ方向に可動な重りにより前記石炭を鎮圧する、［１］に記載の水分測定方法。

【0014】

［４］前記マイクロ波変化量算出工程で算出した変化量が、位相差および減衰率の一方または両方を含む、［１］に記載の水分測定方法。

【0015】

［５］前記マイクロ波として複数の周波数を用いる、［１］から［４］のいずれかに記載の水分測定方法。

【0016】

［６］前記石炭鎮圧工程は、前記コンベヤの上り勾配部で行う、［１］から［４］のいずれかに記載の水分測定方法。

【0017】

［７］コンベヤ上を搬送される石炭の水分を測定する水分測定装置であって、
前記コンベヤ上の石炭を鎮圧して前記石炭の表面を均すとともに前記石炭を圧縮する石炭鎮圧機構と、
前記石炭鎮圧機構により鎮圧された後の前記石炭の層厚を測定する層厚測定部と、
前記石炭鎮圧機構によって鎮圧された前記石炭に向けてマイクロ波を送信波として送信するマイクロ波送信部と、
前記マイクロ波送信部から送信され前記石炭を透過した前記マイクロ波を受信波として受信するマイクロ波受信部と、
前記送信波と前記受信波とを比較して変化量を算出するマイクロ波変化量算出部と、
前記マイクロ波変化量算出部で算出した変化量と、前記層厚測定部で測定した前記石炭の層厚に基づいて前記石炭の含水率を算出する含水率算出部と、
を備える、水分測定装置。

【0018】

［８］前記層厚測定部は、
前記石炭鎮圧機構により鎮圧された後の前記石炭の表面までの距離を測定する距離計と、
前記距離計で測定した距離値に基づいて前記鎮圧を行った後の前記石炭の層厚を算出する層厚算出部と、
を有する、［７］に記載の水分測定装置。

【0019】

［９］前記石炭鎮圧機構が、回転軸が前記コンベヤの幅方向に平行に設置され、かつ前記コンベヤの高さ方向に可動なローラーである、［７］に記載の水分測定装置。

【0020】

［１０］前記石炭鎮圧機構が、前記コンベヤ上の石炭に接触する面がコンベヤと平行に保たれた平面である底面と、前記コンベアの進行方向上流側で前記底面から上方に反り返るような傾斜面と、を有し、前記コンベヤの高さ方向に可動な重りである、［７］に記載の水分測定装置。

【0021】

［１１］前記石炭鎮圧機構が、前記コンベヤの上り勾配部に設置される、［７］から［１０］のいずれかに記載の水分測定装置。

【0022】

［１２］上記［１］に記載された水分測定方法によって石炭の含水率を測定し、測定した含水率に基づいて、前記石炭の含水率が設定範囲内に収まるように乾燥または加水による調湿を行う、石炭の調湿方法。

【0023】

［１３］上記［１２］に記載された石炭の調湿方法によって調湿された石炭をコークス炉に装入してコークスを製造する、コークスの製造方法。

【発明の効果】

【0024】

本発明によれば、コンベヤ上の石炭を鎮圧して石炭の表面を均すとともに石炭を圧縮することで、石炭の嵩密度の変動を小さくすると同時に、石炭のマイクロ波が透過する範囲の層厚変動も小さくした状態で、層厚測定とマイクロ波の送信波と受信波の変化量の算出を行い、これらに基づいて石炭の含水率を算出するようにしたので、高精度かつ安定した水分測定が可能となる。また、石炭を上から押さえつけて鎮圧しているため、コンベヤ上の石炭がコンベヤ外に跳ね飛ばされることもない。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る水分測定装置を模式的に示す側面図である。

【図2】図１の水分測定装置に含まれる石炭鎮圧機構をベルトコンベヤの搬送方向下流側から見た断面図である。

【図3】図１の水分測定装置による水分測定方法を示すフローチャートである。

【図4】本発明の第２の実施形態に係る水分測定装置を模式的に示す側面図である。

【図5】図４の水分測定装置に含まれる石炭鎮圧機構をベルトコンベヤの搬送方向下流側から見た断面図である。

【図6】本発明の第３の実施形態に係る水分測定装置に含まれる石炭鎮圧機構を模式的に示す側面図である。

【図7】図６の石炭鎮圧機構をベルトコンベヤの搬送方向下流側から見た断面図である。

【図8】第３の実施形態に係る水分測定装置に含まれる石炭鎮圧機構を水平方向から角度θを有する上り勾配のベルトコンベヤ上に設置した様子を模式的に示す側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。

【0027】

＜第１の実施形態＞
図１は本発明の第１の実施形態に係る水分測定装置を模式的に示す側面図、図２は図１の水分測定装置に含まれる石炭鎮圧機構をベルトコンベヤの搬送方向下流側から見た断面図である。

【0028】

水分測定装置１は、図１に示すベルトコンベヤＢ上を図中矢印Ｖの方向に搬送される石炭Ｃの含水率を測定するものである。石炭ＣはベルトコンベヤＢによって調湿設備に運搬され、調湿設備において水分測定装置１が測定した含水率に基づいて、含水率が設定範囲内に収まるように乾燥（または加水）される。その後、含水率が調節された石炭がコークス炉に装入されてコークスが製造される。なお、図１は、水分測定装置１は調湿設備の前段に設けられている例を示しているが、水分測定装置１は調湿設備の後段に設置されてもよく、調湿設備の前段と後段の両方に設置されてもよい。水分測定装置１が調湿設備の後段のみに設置された場合でも、水分測定装置１が測定した含水率が設定範囲を逸脱する場合は、含水率が設定範囲に収まる方向に乾燥（または加水）の強度が調整される。

【0029】

水分測定装置１は、石炭鎮圧機構２と、層厚測定部３と、マイクロ波送信部４１と、マイクロ波受信部４２と、マイクロ波変化量算出部４３と、含水率算出部５とを備える。

【0030】

石炭鎮圧機構２は、ベルトコンベヤＢ上の石炭Ｃを予め鎮圧するためのローラー２１とそれを保持するアーム２２からなる。図２に示すように、ローラー２１はその回転軸２１ａがベルトコンベヤＢの幅方向に平行に配置されている。ローラー２１の回転軸２１ａはアーム２２に保持されている。アーム２２は、回転軸２１ａから斜め上方に延び、その上端部がシャフトＳに回転可能に保持され、図１に示すようにシャフトＳに対して揺動可能に構成されている。そして、アーム２２が揺動されることにより、ローラー２１が上下動可能となっている。ローラー２１は、ベルトコンベヤＢ上で搬送される石炭Ｃを上から鎮圧して石炭Ｃの表面を均すとともに石炭Ｃを圧縮する。また、ローラー２１は、石炭Ｃ表面高さの変動に倣って上下する。このローラー２１による鎮圧はローラー２１の自重により行われるため、ローラー２１として、石炭Ｃを圧縮するのに十分な重量を有するものを用いる。さらに、ローラー２１の跳ね上がりを抑制し、石炭Ｃ表面高さ変動への追従性を向上させるために、アーム２２を下げる方向にばね等で追加的に荷重を加えるようにしてもよい。

【0031】

層厚測定部３は、距離計３１と層厚算出部３２とを有する。距離計３１は、ベルトコンベヤＢ上で石炭鎮圧機構２の下流側に設置され、鎮圧された石炭Ｃの表面の高さ、すなわち石炭Ｃの層厚を測定する。距離計３１は、例えば超音波式の距離計であって、超音波Ｕを石炭Ｃ表面に向かって送信し、その反射波を受信して、超音波Ｕを送信してから受信するまでの時間を計測して、音速に基づいて距離計３１と石炭Ｃ表面間の距離に換算する。層厚算出部３２は、距離計３１の測定値に基づいてベルトコンベヤＢ上の石炭Ｃの層厚を算出する演算装置である。層厚算出部３２にはベルトコンベヤＢ上に石炭Ｃがない状態での距離計３１の値、すなわちベルトコンベヤＢ表面までの距離が予め保持されており、距離計３１の測定値との差分をとることで石炭Ｃの層厚を算出する。

【0032】

距離計３１として超音波式のものを用いることにより、粉塵が発生する場合にでも影響を受けることなく測定が可能であるという利点が得られる。なお、距離計３１としては、超音波式に限定されるものではなく、測定環境に応じてレーザー式、ＴＯＦ（Time of Flight）方式、ステレオカメラなどでもよい。

【0033】

層厚測定部３は、石炭Ｃの層厚測定を、石炭鎮圧機構２のロール２１の高さを測定することで行うものであってもよい。例えばロール２１の高さを接触式あるいは非接触式のセンサで測定する手法や、アーム２２の回転角度をシャフトＳに取り付けたポテンショメータで測定して、層厚算出部において層厚に換算する手法を採用してもよい。

【0034】

マイクロ波送信部４１は、鎮圧された後の石炭層に向けてマイクロ波を送信波として送信する。具体的には所定のエネルギーおよび位相のマイクロ波を送信する。マイクロ波受信部４２は、マイクロ波送信部４１から送信され、石炭Ｃを透過した後のマイクロ波を受信波として受信する。マイクロ波送信部４１とマイクロ波受信部４２は、それぞれ例えばホーンアンテナからなっており、ベルトコンベヤＢ上の石炭Ｃの鎮圧が行われた後の位置であって、石炭Ｃを挟んで互いに対向する位置に位置決めされている。

【0035】

マイクロ波変化量算出部４３は、ケーブルを介してマイクロ波送信部４１およびマイクロ波受信部４２にそれぞれ接続され、マイクロ波送信部４１から送信された送信波と、マイクロ波受信部４２で受信された受信波とを比較して変化量を算出する。変化量としては、位相差および減衰率（エネルギー比）の一方または両方を含んでいてよい。マイクロ波変化量算出部４３は、マイクロ波の変化量の算出の他、マイクロ波送信部４１およびマイクロ波受信部４２の動作の制御も行う。

【0036】

なお、使用するマイクロ波の波長や、マイクロ波送信部４１とマイクロ波受信部４２との距離等の条件は、石炭Ｃの銘柄・種類などに応じて適宜設定することができる。さらに複数の周波数（波長）のマイクロ波で送受信波の比較を行って、周波数毎の変化量（すなわち周波数特性）を求めるようにしてもよい。

【0037】

含水率算出部５は、マイクロ波変化量算出部４３により算出されたマイクロ波Ｗの送信波と受信波の変化量と、層厚算出部で算出した石炭Ｃの層厚を用いて、石炭Ｃの含水率を算出する。具体的には、含水率算出部５は、位相差をΦ（ｄｅｇ）、減衰率をＡ（ｄＢ）、層厚をＤ（ｍｍ）としたとき、下記の（１）式により石炭Ｃの含水率Ｍ（％）を算出する。
Ｍ＝（Ｋ_Φ×Φ／Ｄ）＋（Ｋ_Ａ×Ａ／Ｄ）＋Ｋ_Ｃ ・・・（１）
ここで、Ｋ_Φ、Ｋ_Ａ、Ｋ_Ｃは、石炭Ｃの銘柄・種類、マイクロ波送信部４１およびマイクロ波受信部４２の距離、ベルトコンベアＢの材質および厚さ等に応じて予め設定される係数である。

【0038】

また、係数Ｋ_Φ、Ｋ_Ａ、Ｋ_Ｃは、事前に用意された多くの石炭Ｃのサンプルを用いて予め決定された係数であってもよい。具体的には、以下のような手順で係数Ｋ_Φ、Ｋ_Ａ、Ｋ_Ｃを予め決定することができる。すなわち、事前に用意された複数のサンプル（少なくとも３サンプル以上の石炭Ｃ）について、ＪＩＳ規格（分析水分）ＪＩＳ Ｍ ８８１１ ： ２０００ 石炭類及びコークス類 － ロットの全水分測定方法 に基づき含水率Ｍを算出しておく。加えて、これらのサンプルについて、位相差Φと、減衰率Ａと、層厚Ｄとについても測定しておく。そして、これらのサンプルに関する含水率Ｍと、位相差Φと、減衰率Ａと、層厚Ｄとに基づいて、上記（１）式の係数Ｋ_Φ、Ｋ_Ａ、Ｋ_Ｃを決定する。

【0039】

次に、このように構成される水分測定装置１による水分測定方法について説明する。
図３は、図１の水分測定装置による水分測定方法を示すフローチャートである。
まず、コンベヤＢ上の石炭Ｃを上から鎮圧して石炭Ｃの表面を均すとともに石炭Ｃを圧縮する（石炭鎮圧工程；ステップＳＴ１）。本実施形態では、この石炭鎮圧工程を石炭鎮圧機構２のローラー２１により行う。

【0040】

次いで、コンベヤＢ上の鎮圧された後の石炭Ｃの層厚を測定する（層厚測定工程；ステップＳＴ２）。石炭Ｃの層厚の測定は、例えば、距離計３１により石炭Ｃの表面の高さを測定し、層厚算出部３２により演算することによって行うことができる。上述したように距離計３１としては、超音波式の距離計を好適に用いることができる。

【0041】

次いで、コンベヤＢ上のステップＳＴ１の鎮圧された後の石炭Ｃに向けてマイクロ波を送信波として送信する（マイクロ波送信工程；ステップＳＴ３）。マイクロ波の送信は、例えばホーンアンテナからなるマイクロ波送信部４１により行われる。マイクロ波送信部４１は所定のエネルギーおよび位相のマイクロ波Ｗを送信する。

【0042】

そして、送信され、石炭層を透過した後のマイクロ波を受信波として受信する（マイクロ波受信工程；ステップＳＴ４）。マイクロ波の受信は、例えばホーンアンテナからなるマイクロ波受信部４２により行われる。

【0043】

次いで、送信波と受信波とを比較して変化量を算出する（マイクロ波変化量算出工程；ステップＳＴ５）。この工程は、マイクロ波変化量算出部４３で行われる。変化量としては、位相差および減衰率（エネルギー比）の一方または両方を含んでいてよい。

【0044】

次いで、ステップＳＴ５で算出したマイクロ波の変化量と、ステップＳＴ２で測定した石炭Ｃの層厚とに基づいて、石炭Ｃの含水率を算出する（含水率算出工程；ステップＳＴ６）。この工程は、含水率算出部５で行われる。このときの含水率の算出は、上述した（１）式に基づいて行われる。

【0045】

このように、本実施形態では、コンベヤＢ上の石炭Ｃの水分を測定するにあたり、以上のステップＳＴ１～ステップＳＴ６を実施することにより、以下のような効果を得ることができる。

【0046】

石炭Ｃは、通常、ホッパーから切り出されたり、別のベルトコンベヤから乗り継いだりした状態でベルトコンベヤＢ上を搬送されている。すなわち、石炭Ｃはベルトコンベヤ上に落とされただけの状態であるため、石炭粒間には空隙が多く存在し、嵩密度が低くかつ嵩密度のばらつきが大きい状態である。

【0047】

これに対し、本実施形態では、コンベヤＢ上の石炭Ｃを石炭鎮圧機構２によって鎮圧するので、石炭Ｃは圧縮され、石炭Ｃの粒間の空隙が減少して嵩密度が高まり、粒度分布などが一定であれば鎮圧後の嵩密度の変動は小さく、嵩密度はほぼ一定となる。マイクロ波変化量算出部４３で算出され、（１）式に含まれる位相差や減衰率は、石炭Ｃの嵩密度と石炭Ｃの層厚に依存する量であるため、嵩密度が鎮圧によりほぼ一定となり、かつ、マイクロ波が透過する範囲の層厚が既知となることで、（１）式で算出される含水率の測定精度が向上する。また、石炭Ｃが鎮圧されて石炭Ｃの表面が平坦に均されることにより、マイクロ波Ｗが透過する範囲（マイクロ波送信部４１とマイクロ波受信部４２で挟まれた範囲）の層厚のばらつきが小さくなり、含水率の測定精度を一層高めることができる。

【0048】

さらに、コンベヤＢ上の石炭Ｃを圧縮するため、石炭ＣがコンベヤＢからコンベヤ外へ跳ね飛ばされることも抑制することができる。

【0049】

さらにまた、石炭Ｃを鎮圧して嵩密度をほぼ一定にできるため、特許文献１にも記載されているように、石炭Ｃの含水率を算出する式中に変数として嵩密度を含む必要がなく、ガンマ線による嵩密度の測定は不要である。

【0050】

＜第２の実施形態＞
図４は、本発明の第２の実施形態に係る水分測定装置を模式的に示す側面図、図５は図４の水分測定装置に含まれる石炭鎮圧機構をベルトコンベヤの搬送方向下流側から見た断面図である。第２の実施形態は、第１の実施形態の石炭鎮圧機構２の代わりに石炭鎮圧機構２′を設けている点を除き、第１の実施形態と同じであるから、他の構成については第１の実施形態と同じ符号を付し、説明を省略する。

【0051】

第２の実施形態において、石炭鎮圧機構２′は、ベルトコンベヤＢ上の石炭Ｃを予め鎮圧するための重り２３と、それを保持する一対の第１アーム２４ａ（一方のみ図示）および一対の第２アーム２４ｂ（一方のみ図示）とからなる。

【0052】

重り２３は、ベルトコンベヤＢ上の石炭Ｃに接触する面が、ベルトコンベヤＢと平行に保たれた平面である底面と、ベルトコンベヤＢの進行方向（図中矢印Ｖの方向）上流側で底面から上方に反り返るような傾斜面である面取り部２３ａとを有し、面取り部２３ａにより、搬送されてくる石炭Ｃを重り２３の下部に誘導するようになっている。

【0053】

一対の第１アーム２４ａは、その下端部が軸２５ａを介して重り２３に回転可能に接続されており、一対の第２アーム２４ｂは、その下端部が軸２５ｂにより重り２３に回転可能に接続されている。第１アーム２４ａおよび第２アーム２４ｂは、軸２５ａおよび軸２５ｂで接続された下端部から、互いに平行に斜め上方に延びている。一対の第１アーム２４ａの上端部はシャフトＳ１で保持され、一対の第２アーム２４ｂの上端部はシャフトＳ２で保持されている。第１アーム２４ａおよび第２アーム２４ｂは、シャフトＳ１およびシャフトＳ２に対して揺動可能に構成されており、第１アーム２４ａおよび第２アーム２４ｂが揺動されることにより、重り２３の底面をベルトコンベヤＢと平行に保ったまま重り２３の上下動を可能となっている。重り２３はベルトコンベヤＢ上で搬送される石炭Ｃを上から押さえつけて圧縮しながら石炭Ｃの表面を均す鎮圧を行いつつ、石炭Ｃ表面高さの変動に倣って上下する。この重り２３による鎮圧は重り２３の自重により行われるため、重り２３として、石炭Ｃを圧縮するのに十分な重量を有するものを用いる。さらに、重り２３の跳ね上がりを抑制し、石炭Ｃ表面高さ変動への追従性を向上させるために、第１アーム２４ａおよび第２アーム２４ｂを下げる方向にばね等で追加的に荷重を加えるようにしてもよい。

【0054】

本実施形態でも、石炭Ｃの鎮圧を石炭鎮圧機構２′の重り２３により行う以外、第１の実施形態のステップＳＴ１～ステップＳＴ６と同様に行うことができ、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0055】

＜第３の実施形態＞
図６は、本発明の第３の実施形態に係る水分測定装置に含まれる石炭鎮圧機構を模式的に示す側面図、図７は図６の石炭鎮圧機構をベルトコンベヤの搬送方向下流側から見た断面図である。第３の実施形態は、第２の実施形態の石炭鎮圧機構２′の代わりに、その重り２３をそり状板２３′に変更した石炭鎮圧機構２″を設けている点を除き、第２の実施形態と同じであるから、他の構成については第２の実施形態と同じ符号を付し、説明を省略する。

【0056】

そり状板２３′は、第２の実施形態の重り２３と同じく、ベルトコンベヤＢ上の石炭Ｃを鎮圧するために必要な重量を有しており、ベルトコンベヤＢ上の石炭Ｃに接触する面が、ベルトコンベヤＢと平行に保たれた平面である底面と、ベルトコンベヤＢの進行方向（図中矢印Ｖの方向）上流側で底面から上方に反り返るような傾斜面２３′ａとを有している。このように、そり状板２３′は、石炭を鎮圧するための重りとして機能するとともに、そのベルトコンベヤＢ上の石炭Ｃに接触する面が、ベルトコンベヤＢと平行に保たれた底面と、ベルトコンベヤＢの進行方向上流側で底面から上方に反り返る傾斜面２３′ａとからなる形状を有しているため、第２の実施形態の重り２３と同様の機能を有する。このため、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0057】

本実施形態において、石炭鎮圧機構２″は、ベルトコンベヤＢの上り勾配部に設置されていてよい。図８は、第３の実施形態に係る水分測定装置に含まれる石炭鎮圧機構２″を水平方向から角度θを有する上り勾配のベルトコンベヤＢ上に設置した様子を模式的に示す側面図である。石炭鎮圧機構２″を上り勾配を有するベルトコンベヤＢ上に設置すると、そり状板２３′に作用する重力の分力としてベルトコンベヤＢの進行方向Ｖと逆方向の力Ｆが作用する。結果として、傾斜面２３′ａにぶつかる石炭Ｃを上流方向（Ｖと逆方向）に押し戻す力が働き、石炭Ｃの表面凹凸を均す効果が大きくなる。すなわち、石炭Ｃがそり状板２３′により鎮圧されて嵩密度がほぼ一定に安定化される効果に加えて、石炭Ｃの層厚の短周期変動が抑制されるという効果も得られる。層厚の短周期変動が抑制されることで、マイクロ波透過時の変化量（位相差、減衰）の測定のばらつきも抑制され、結果として石炭Ｃの水分率の測定精度が向上する。ベルトコンベヤＢの上り勾配の角度θは１０～１５°が好適である。θが１０°未満では層厚変動抑制の効果が小さくなる。１５°より大きな勾配は、一般的に平ベルト式のコンベヤで石炭を搬送する場合の限界勾配を超えるため適用困難である。

【0058】

なお、上記第１の実施形態の石炭鎮圧機構２および上記第２の実施形態の石炭鎮圧機構２′も同様にベルトコンベヤＢの上り勾配部に設置されていてよく、本実施形態と同様の効果が得られる。また、第１の実施形態および第２の実施形態においても、本実施形態と同様、ベルトコンベヤＢの上り勾配の角度θは１０～１５°が好適である。

【0059】

以上、本発明の実施形態について説明したが、これらはあくまで例示に過ぎず、制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、本発明の要旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

【0060】

例えば、上記実施形態では、石炭を鎮圧する工程を、ローラー２１（第１の実施形態）、重り２３（第２の実施形態）、およびそり状板２３′（第３の実施形態）で行う例を示したが、石炭を上から押さえつけて圧縮しながら石炭の表面を均すことができれば、これらに限るものではない。

【符号の説明】

【0061】

１ 水分測定装置
２、２′、２″ 石炭鎮圧機構
３ 層厚測定部
５ 含水率算出部
２１ ローラー
２１ａ 回転軸
２２、２４ａ、２４ｂ アーム
２３ 重り
２３′ そり状板
２５ａ、２５ｂ 軸
３１ 距離計
３２ 層厚算出部
４１ マイクロ波送信部
４２ マイクロ波受信部
４３ マイクロ波変化量算出部
Ｂ ベルトコンベヤ
Ｃ 石炭
Ｓ、Ｓ１、Ｓ２ シャフト

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】