(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】P2024101895
(43)【公開日】2024-07-30
(54)【発明の名称】流動層装置
(51)【国際特許分類】
F28D 13/00 20060101AFI20240723BHJP
F28D 19/02 20060101ALN20240723BHJP
F28D 20/00 20060101ALN20240723BHJP
【ＦＩ】
F28D13/00
F28D19/02
F28D20/00 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023006099
(22)【出願日】2023-01-18
(71)【出願人】
【識別番号】000000099
【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ
(74)【代理人】
【識別番号】110000936
【氏名又は名称】弁理士法人青海国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】劉 志宏
(72)【発明者】
【氏名】石川 温士
【テーマコード（参考）】
3L103
【Ｆターム（参考）】
3L103AA27
3L103BB01
3L103BB05
3L103CC22
3L103DD30
3L103DD61
(57)【要約】
【課題】ヒータの摩耗を抑制する。
【解決手段】流動層装置２００は、固体粒子が供給される上室２１２と、上室２１２の底面を構成する、複数の孔が形成された分散板２２０と、分散板２２０によって上面が構成され、気体が供給される下室２１４と、平板形状であり、分散板２２０から略垂直に立設して上室２１２内に設けられる本体２３２を有する、複数の電気ヒータ２３０と、を備える。
【選択図】図４
【解決手段】流動層装置２００は、固体粒子が供給される上室２１２と、上室２１２の底面を構成する、複数の孔が形成された分散板２２０と、分散板２２０によって上面が構成され、気体が供給される下室２１４と、平板形状であり、分散板２２０から略垂直に立設して上室２１２内に設けられる本体２３２を有する、複数の電気ヒータ２３０と、を備える。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
固体粒子が供給される上室と、
前記上室の底面を構成する、複数の孔が形成された分散板と、
前記分散板によって上面が構成され、気体が供給される下室と、
平板形状であり、前記分散板から略垂直に立設して前記上室内に設けられる本体を有する、複数の電気ヒータと、
を備える、流動層装置。
前記上室の底面を構成する、複数の孔が形成された分散板と、
前記分散板によって上面が構成され、気体が供給される下室と、
平板形状であり、前記分散板から略垂直に立設して前記上室内に設けられる本体を有する、複数の電気ヒータと、
を備える、流動層装置。
【請求項2】
前記複数の電気ヒータの本体同士は、略平行となる位置関係である、請求項１に記載の流動層装置。
【請求項3】
前記電気ヒータの本体には、切欠または貫通孔が形成される、請求項１または２に記載の流動層装置。
【請求項4】
前記複数の電気ヒータの前記切欠または前記貫通孔によって、略水平方向に延在する直線状の連通路が形成される、請求項３に記載の流動層装置。
【請求項5】
前記電気ヒータの本体における前記切欠または前記貫通孔が形成される領域には、耐摩耗加工が施されている、請求項３に記載の流動層装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、流動層装置に関する。
【背景技術】
【0002】
固体粒子の流動層が形成される室内に設けられ、水平方向に延在する棒状のヒータを複数備えた流動層装置が開発されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平５－１５７２０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記特許文献１のような、水平方向に延在する棒状のヒータが室内に設けられる構成では、流動化した固体粒子によってヒータが著しく摩耗してしまうという問題がある。
【0005】
本開示は、ヒータの摩耗を抑制することが可能な流動層装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る流動層装置は、固体粒子が供給される上室と、上室の底面を構成する、複数の孔が形成された分散板と、分散板によって上面が構成され、気体が供給される下室と、平板形状であり、分散板から略垂直に立設して上室内に設けられる本体を有する、複数の電気ヒータと、を備える。
【0007】
また、複数の電気ヒータの本体同士は、略平行となる位置関係であってもよい。
【0008】
また、電気ヒータの本体には、切欠または貫通孔が形成されてもよい。
【0009】
また、複数の電気ヒータの切欠または貫通孔によって、略水平方向に延在する直線状の連通路が形成されてもよい。
【0010】
また、電気ヒータの本体における切欠または貫通孔が形成される領域には、耐摩耗加工が施されていてもよい。
【発明の効果】
【0011】
本開示によれば、ヒータの摩耗を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】蓄エネルギー装置を説明する図である。
【図2】蓄熱モードにおける制御部の処理を説明する図である。
【図3】放熱モードにおける制御部の処理を説明する図である。
【図4】本実施形態に係る流動層装置の鉛直断面図である。
【図6】本実施形態に係る電気ヒータの本体を下から見た図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。
【0014】
［蓄エネルギー装置１００］
図１は、蓄エネルギー装置１００を説明する図である。図１に示すように、蓄エネルギー装置１００は、気体供給部１１０と、流動層装置２００と、固気分離器１４０と、分配部１４２と、高温槽１５０と、高温粒子供給部１５２と、低温槽１６０と、低温粒子供給部１６２と、気体送出部１７０と、第１熱利用機器１８０と、第２熱交換器１９０と、流体供給部１９２と、第２熱利用機器１９４と、制御部１９６とを含む。なお、図１中、実線の矢印は、固体粒子および固気混合物の流れを示す。図１中、破線の矢印は、流体の流れを示す。
図１は、蓄エネルギー装置１００を説明する図である。図１に示すように、蓄エネルギー装置１００は、気体供給部１１０と、流動層装置２００と、固気分離器１４０と、分配部１４２と、高温槽１５０と、高温粒子供給部１５２と、低温槽１６０と、低温粒子供給部１６２と、気体送出部１７０と、第１熱利用機器１８０と、第２熱交換器１９０と、流体供給部１９２と、第２熱利用機器１９４と、制御部１９６とを含む。なお、図１中、実線の矢印は、固体粒子および固気混合物の流れを示す。図１中、破線の矢印は、流体の流れを示す。
【0015】
気体供給部１１０は、後述する流動層装置２００の下室２１４に気体（例えば、空気）を供給する。気体供給部１１０は、ブロワ１１２と、排出管１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃと、バルブ１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃと、ブロワ１１６ｄとを含む。ブロワ１１２は、吸入側が気体供給源に接続され、吐出側が排出管１１４ａに接続される。ブロワ１１２は、気体を排出管１１４ａに吐出する。排出管１１４ａは、ブロワ１１２と下室２１４とを接続する。バルブ１１６ａは、排出管１１４ａに設けられる。排出管１１４ｂは、排出管１１４ａにおけるブロワ１１２とバルブ１１６ａとの間から分岐され、後述する低温槽１６０の風箱１６０ｂに接続される。バルブ１１６ｂは、排出管１１４ｂに設けられる。排出管１１４ｃは、後述する低温槽１６０の低温収容部１６０ａと下室２１４とを接続する。バルブ１１６ｃは、排出管１１４ｃに設けられる。ブロワ１１６ｄは、排出管１１４ｃにおけるバルブ１１６ｃの上流側に設けられる。
【0016】
流動層装置２００には、気体供給部１１０から気体が供給され、後述する高温槽１５０および低温槽１６０から固体粒子が供給される。流動層装置２００において、気体供給部１１０から供給された気体によって固体粒子の流動層が形成される。流動層装置２００は、気体供給部１１０から供給された気体と、高温槽１５０から供給された固体粒子とを熱交換する。また、流動層装置２００は、気体供給部１１０から供給された気体および低温槽１６０から供給された固体粒子を加熱する。
【0017】
固体粒子は、後述する第１熱利用機器１８０の要求温度より融点が高い材料で構成される。
【0018】
固体粒子は、例えば、シリカ、アルミナ、バライト砂（重晶石、硫酸バリウム）、部分仮焼した粘土、ガラス球、回収石油触媒等である。固体粒子は、好ましくは、シリカ、および、アルミナのうちいずれか一方または両方である。固体粒子をシリカとする場合、固体粒子に要するコストを低減することができる。また、固体粒子（シリカ）として、砂漠の砂や、川砂を用いることにより、低コストかつ容易に入手することが可能となる。また、固体粒子を相対的に融点が高いアルミナとすることで、固体粒子を高温にすることができ、より高い蓄エネルギー密度とすることが可能となる。
【0019】
固体粒子は、粒径が０．０１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の粒子である。固体粒子の形状に限定はなく、球形状であってもよいし、球形状でなくてもよい。
【0020】
本実施形態において、流動層装置２００は、収容槽２１０と、分散板（Distributor）２２０と、複数の電気ヒータ２３０と、集約部２４０と、排出路２５０とを含む。
【0021】
収容槽２１０は、中空形状の容器である。収容槽２１０は、例えば、角筒形状である。収容槽２１０の上部には、後述する集約部２４０が接続される。収容槽２１０の底部には、排出管１１４ａおよび排出管１１４ｃが接続される。
【0022】
分散板２２０は、収容槽２１０内に略水平に設けられる。分散板２２０は、複数の孔が形成された板である。分散板２２０に形成される孔の大きさは、後述する固体粒子よりも小さい。分散板２２０は、収容槽２１０内を上室２１２と、下室２１４とに区画する。分散板２２０は、上室２１２の底面を構成する。また、分散板２２０は、下室２１４の上面を構成する。
【0023】
上室２１２には、後述する配管１５４および配管１６４が接続される。配管１５４を通じて、上室２１２には、高温槽１５０から固体粒子が供給される。また、配管１６４を通じて、上室２１２には、低温槽１６０から固体粒子が供給される。これにより、固体粒子が上室２１２に収容される。
【0024】
下室２１４は、上室２１２の下方に設けられる。下室２１４には、気体供給部１１０（ブロワ１１２）から気体が供給される。下室２１４に供給された気体は、分散板２２０に形成された複数の孔を通じて上室２１２に供給される。
【0025】
気体供給部１１０によって上室２１２に供給される気体の流速は、上室２１２内の固体粒子の終端速度（terminal velocity）以上である。また、固体粒子は、上室２１２の底面に配される分散板２２０に形成された複数の孔より上方から供給される。したがって、固体粒子および気体の固気混合物は、上室２１２内を下部から上部（底面から上面）に向かって通過する。また、上室２１２内において、固体粒子および気体の流動層が形成され、また、固体粒子と気体とが強く攪拌されることから、固体粒子と気体とが効率よく接触する。
【0026】
複数の電気ヒータ２３０は、上室２１２内に設けられる。電気ヒータ２３０は、電力を消費して、上室２１２内の気体および固体粒子を加熱する。電気ヒータ２３０は、抵抗加熱装置（電力が供給された導体から生じる熱を利用する装置）である。本実施形態において、電気ヒータ２３０は、セラミックで被覆された電熱線（導体）を有するセラミックヒータである。
【0027】
電気ヒータ２３０は、再生可能エネルギーを利用した発電システム、および、タービン発電機を利用した発電システムのいずれか一方または両方で生成された電力を消費することができる。再生可能エネルギーを利用した発電システムは、例えば、太陽熱発電システム、太陽光発電システム、風力発電システム、または、水力発電システムである。電気ヒータ２３０が再生可能エネルギーを利用した発電システムで生成された電力を消費することで、余剰することが多い電力を効率よく熱に変換することができる。
【0028】
電気ヒータ２３０の形状および電気ヒータ２３０の配置については、後述する。
【0029】
集約部２４０は、上室２１２（収容槽２１０の上部）と、排出路２５０とを接続する。集約部２４０の流路断面積（水平断面積）は、下端から上端に向かって漸減する。集約部２４０は、例えば、四角錐の筒形状である。
【0030】
排出路２５０は、集約部２４０と、固気分離器１４０とを接続する。排出路２５０の流路断面積は、収容槽２１０（上室２１２）の水平断面積よりも小さい。排出路２５０は、例えば、円筒形状である。
【0031】
固気分離器１４０は、流動層装置２００から排出された固気混合物を固気分離する。固気分離器１４０は、例えば、サイクロンや、フィルタである。分配部１４２は、固気分離器１４０によって固気分離された固体粒子を高温槽１５０または低温槽１６０に分配する。分配部１４２は、配管１４４ａ、１４４ｂと、バルブ１４６ａ、１４６ｂとを含む。配管１４４ａは、固気分離器１４０の固体粒子の排出口と、高温槽１５０とを接続する。バルブ１４６ａは、配管１４４ａに設けられる。配管１４４ｂは、固気分離器１４０の固体粒子の排出口と、低温槽１６０とを接続する。バルブ１４６ｂは、配管１４４ｂに設けられる。なお、バルブ１４６ａとバルブ１４６ｂとは、後述する制御部１９６によって排他的に開閉される。
【0032】
高温槽１５０は、固気分離器１４０によって固気分離された固体粒子を貯留する。高温槽１５０は、例えば、ホッパである。高温粒子供給部１５２は、高温槽１５０に貯留された固体粒子を流動層装置２００の上室２１２に供給する。高温粒子供給部１５２は、配管１５４と、流量調整弁１５６とを含む。配管１５４は、高温槽１５０の下部と流動層装置２００の上室２１２とを接続する。流量調整弁１５６は、配管１５４に設けられる。
【0033】
低温槽１６０は、固気分離器１４０によって固気分離された固体粒子を貯留する。低温槽１６０には、高温槽１５０とタイミングを異にして固体粒子が供給される。低温槽１６０は、低温収容部１６０ａと、風箱１６０ｂと、排気管１６０ｃと、逆止弁１６０ｄとを含む。低温収容部１６０ａは、分配部１４２によって供給された固体粒子を収容する。低温収容部１６０ａは、中空形状の容器である。風箱１６０ｂは、低温収容部１６０ａの下方に設けられる。風箱１６０ｂの上部は、通気可能な分散板で構成される。風箱１６０ｂの上部は、低温収容部１６０ａの底面としても機能する。風箱１６０ｂには、気体供給部１１０（ブロワ１１２）または固気分離器１４０から流動化気体（例えば、空気）が供給される。風箱１６０ｂに供給された流動化気体は、低温収容部１６０ａの底面（分散板）から低温収容部１６０ａ内に供給される。
【0034】
なお、気体供給部１１０から低温収容部１６０ａに供給される流動化気体の流速は、固体粒子の最小流動化速度以上飛散速度未満である。また、固気分離器１４０から低温収容部１６０ａに供給される流動化気体の流速は、固体粒子の最小流動化速度以上終端速度（terminal velocity）未満である。したがって、固気分離器１４０から供給された固体粒子は、流動化気体によって流動化し、低温収容部１６０ａ内において流動層（気泡流動層）が形成される。また、固気分離器１４０から低温収容部１６０ａに供給される流動化気体の流速は、終端速度未満であるため、低温収容部１６０ａから固体粒子が飛散することはない。
【0035】
排気管１６０ｃは、低温収容部１６０ａと圧力エネルギー回収部１６０ｅとを接続する。逆止弁１６０ｄは、排気管１６０ｃに設けられる。逆止弁１６０ｄは、低温収容部１６０ａ内の圧力が所定圧力以上になると開弁する。低温収容部１６０ａが加圧状態である場合、排気管１６０ｃから排気される気体の圧力は大気圧以上である。この場合、圧力エネルギー回収部１６０ｅは、例えば、タービンである。
【0036】
低温粒子供給部１６２は、低温槽１６０に貯留された固体粒子を流動層装置２００の上室２１２に供給する。低温粒子供給部１６２は、配管１６４と、流量調整弁１６６とを含む。配管１６４は、低温収容部１６０ａの下部と流動層装置２００の上室２１２の下部とを接続する。流量調整弁１６６は、配管１６４に設けられる。
【0037】
気体送出部１７０は、固気分離器１４０によって固気分離された気体を第１熱利用機器１８０または風箱１６０ｂに供給する。気体送出部１７０は、配管１７２ａ、１７２ｂと、バルブ１７４ａ、１７４ｂとを含む。配管１７２ａは、固気分離器１４０の気体の排気口と、第１熱利用機器１８０とを接続する。バルブ１７４ａは、配管１７２ａに設けられる。配管１７２ｂは、固気分離器１４０の気体の排気口と、風箱１６０ｂとを接続する。バルブ１７４ｂは、配管１７２ｂに設けられる。
【0038】
第１熱利用機器１８０は、固気分離器１４０によって分離された気体が有する熱エネルギーを利用する機器である。第１熱利用機器１８０は、例えば、ガスタービン発電機、蒸気タービン発電機（ボイラ）、蒸気を提供するボイラ、炉（ファーネス、キルン）、空調機器である。
【0039】
第２熱交換器１９０は、配管１４４ｂにおけるバルブ１４６ｂと低温収容部１６０ａとの間に設けられる。第２熱交換器１９０は、配管１４４ｂを通過する固体粒子と流体（例えば、水、水蒸気、空気、燃焼排ガス）とを熱交換する。第２熱交換器１９０は、固体粒子の流動層を形成する構成であってもよいし、固体粒子の移動層を形成する構成であってもよい。第２熱交換器１９０は、伝熱配管１９０ａを有する。伝熱配管１９０ａは、固体粒子内（固体粒子の流動層内または移動層内）を通過する。流体は、伝熱配管１９０ａを通過する。流体供給部１９２は、第２熱交換器１９０に流体を通過させ、第２熱交換器１９０によって熱交換（加熱）された流体を第２熱利用機器１９４に供給する。流体供給部１９２は、例えば、ポンプである。
【0040】
第２熱利用機器１９４は、第２熱交換器１９０によって加熱された流体が有する熱エネルギーを利用する機器である。第２熱利用機器１９４は、例えば、ガスタービン発電機、蒸気タービン発電機（ボイラ）、蒸気を提供するボイラ、炉（ファーネス、キルン）、空調機器である。
【0041】
制御部１９６は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成される。制御部１９６は、ＲＯＭからＣＰＵを動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出す。制御部１９６は、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働して、蓄エネルギー装置１００全体を管理および制御する。
【0042】
本実施形態において、制御部１９６は、気体供給部１１０（ブロワ１１２、バルブ１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ、ブロワ１１６ｄ）、電気ヒータ２３０、分配部１４２（バルブ１４６ａ、１４６ｂ）、高温粒子供給部１５２（流量調整弁１５６）、低温粒子供給部１６２（流量調整弁１６６）、気体送出部１７０（バルブ１７４ａ、１７４ｂ）、流体供給部１９２を制御する。
【0043】
本実施形態において、制御部１９６は、電力が余剰（発電電力量－需要電力量 > 所定値（例えば０））する期間、余剰した電力を熱エネルギーに変換して蓄熱する（蓄熱モード）。一方、制御部１９６は、熱あるいは電力が必要なとき、蓄熱した熱エネルギーを第１熱利用機器１８０、第２熱利用機器１９４で利用する（放熱モード）。なお、初期状態において、ブロワ１１２、１１６ｄ、電気ヒータ２３０、流体供給部１９２は停止しており、バルブ１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ、１４６ａ、１４６ｂ、１７４ａ、１７４ｂ、流量調整弁１５６、１６６は閉弁されている。また、初期状態において、固体粒子は、低温槽１６０（低温収容部１６０ａ）に貯留されている。以下、蓄熱モードおよび放熱モードそれぞれにおける制御部１９６の処理について説明する。
【0044】
【0045】
制御部１９６は、バルブ１１６ｂ、１１６ｃ、１４６ｂ、１７４ａ、流量調整弁１５６を閉弁する。制御部１９６は、ブロワ１１６ｄ、流体供給部１９２を停止する。また、図２に示すように、制御部１９６は、ブロワ１１２、電気ヒータ２３０を駆動する。また、制御部１９６は、バルブ１１６ａ、１４６ａ、１７４ｂを開弁する。制御部１９６は、流量調整弁１６６を開弁して開度を調整する。
【0046】
そうすると、低温収容部１６０ａから流動層装置２００の上室２１２に低温の固体粒子が供給される。また、ブロワ１１２によって流動層装置２００の下室２１４に気体が供給される。これにより、上室２１２において、固体粒子の流動層が形成される。また、電気ヒータ２３０によって余剰の電力が消費される。そうすると、上室２１２の固体粒子および気体が電気ヒータ２３０によって加熱される。電気ヒータ２３０は、固体粒子の耐熱温度未満、第１熱利用機器１８０の要求温度を満たす所定の第１温度に気体を加熱する。例えば、固体粒子がシリカである場合、電気ヒータ２３０は、固体粒子および気体を１６００℃以下に加熱する。
【0047】
そして、固気分離器１４０は、流動層装置２００から排出された固気混合物を固気分離する。固気分離された高温の固体粒子（第１温度の固体粒子）は、配管１４４ａを通じて高温槽１５０に供給される。高温槽１５０は、高温の固体粒子を貯留する。一方、固気分離された第１温度の気体は、配管１７２ｂを通じて、風箱１６０ｂに供給される。風箱１６０ｂに供給された第１温度の気体は、低温収容部１６０ａに収容された固体粒子を流動化させる。また、第１温度の気体によって、低温収容部１６０ａに収容された固体粒子は、第３温度（第３温度は、後述する第２温度より低く、常温（例えば、２５℃）より高い）に加熱される。つまり、低温収容部１６０ａに収容された固体粒子は、流動層装置２００から排出された気体が有する熱を一部回収することができる。
【0048】
このように、蓄熱モードにおいて、余剰の電力が熱に変換されて、熱が固体粒子および気体に伝達される。こうして、余剰の電力が熱エネルギーに変換されて固体粒子に保持（蓄熱）される。なお、固体粒子の熱容量は気体（空気）より大きいので、固体粒子の蓄熱密度（Ｊ／ｍ３）は気体より高い。
【0049】
なお、制御部１９６は、余剰した電力の量（以下、「余剰電力量」という）に基づいて、流量調整弁１６６の開度を調整する。具体的に説明すると、電気ヒータ２３０によって余剰電力量の電力が熱エネルギーに変換され、この熱エネルギーで固体粒子を加熱した場合に、第１温度となる固体粒子の量が決定される。したがって、制御部１９６は、決定された量の固体粒子が、流動層装置２００に供給されるように流量調整弁１６６の開度を調整する。
【0050】
これにより、余剰電力量が変動した場合（余剰電力量が時間的に変動した場合）であっても、高温槽１５０に貯留される固体粒子の温度を、定常的に第１温度に維持することができる。つまり、余剰電力量の変動に対応することができる。したがって、後述する放熱モードにおいて、追加のエネルギーを使用せずとも（例えば、補助燃料を燃焼させずとも）、要求温度を満たす第２温度の気体を第１熱利用機器１８０に供給することが可能となる。
【0051】
【0052】
制御部１９６は、バルブ１１６ａ、１４６ａ、１７４ｂ、流量調整弁１６６を閉弁する。制御部１９６は、電気ヒータ２３０を停止する。また、図３に示すように、制御部１９６は、バルブ１１６ｂ、１１６ｃ、１４６ｂ、１７４ａを開弁し、流量調整弁１５６を開弁して開度を調整する。制御部１９６は、ブロワ１１２、１１６ｄ、流体供給部１９２を駆動する。
【0053】
そうすると、ブロワ１１２から低温槽１６０を通じて、流動層装置２００の下室２１４に気体が供給される。なお、ブロワ１１２は、第１熱利用機器１８０の要求流量で気体を供給する。また、流動層装置２００の上室２１２には、高温槽１５０から高温の固体粒子（第１温度の固体粒子）が供給される。したがって、流動層装置２００の上室２１２において、低温の気体と高温の固体粒子とで熱交換が為される。これにより、固体粒子によって気体が加熱され、気体によって固体粒子が冷却される。なお、流動層装置２００から排出される固体粒子および気体の温度は、概ね等しく、第２温度である。
【0054】
そして、固気分離器１４０は、流動層装置２００から排出された固気混合物を固気分離する。固気分離された高温の気体（第２温度の気体）は、配管１７２ａを通じて第１熱利用機器１８０に供給される。なお、第２温度は、第１熱利用機器１８０の要求温度を満たす所定の温度であり、第１温度より低い。これにより、第１熱利用機器１８０において、気体が有する熱エネルギーが利用される（例えば、発電される）。一方、固気分離された第２温度の固体粒子は、配管１４４ｂを通じて低温槽１６０（低温収容部１６０ａ）に供給される。低温槽１６０は、第２温度の固体粒子を貯留する。
【0055】
このように、放熱モードにおいて、高温の固体粒子と低温の気体とで熱交換が為され、熱が気体に伝達される。そして、必要となった際（例えば、電力が不足している期間）において、高温の気体（第２温度の気体）が第１熱利用機器１８０で利用される（例えば、発電される）。
【0056】
なお、制御部１９６は、第１熱利用機器１８０の要求温度および要求流量に基づいて、流量調整弁１５６の開度を調整する。具体的に説明すると、ブロワ１１２が第１熱利用機器１８０の要求流量で気体を供給し、高温槽１５０に貯留された第１温度の固体粒子で気体を加熱する場合に、気体を第２温度に加熱するための固体粒子の量が決定される。したがって、制御部１９６は、決定された量の固体粒子が、流動層装置２００に供給されるように流量調整弁１５６の開度を調整する。
【0057】
これにより、第１熱利用機器１８０に供給される気体の温度を第１熱利用機器１８０の要求温度にすることができる。したがって、追加のエネルギーを使用せずとも（例えば、補助燃料を燃焼させずとも）、安定的に、要求温度を満たす第２温度の気体を第１熱利用機器１８０に供給することが可能となる。第１熱利用機器１８０の要求温度（例えば、要求される発電量）が時間的に変動しても、固体粒子の供給量を調整して対応できる。
【0058】
また、流体供給部１９２は、流体を第２熱交換器１９０の伝熱配管１９０ａに通過させる。そうすると、配管１４４ｂを通過する固体粒子と流体とで熱交換が為される。こうして、固体粒子によって加熱された流体は、第２熱利用機器１９４に供給される。そして、第２熱利用機器１９４は、流体が有する熱（固気分離器１４０で分離された固体粒子が有する熱）を利用する。第２熱交換器１９０および流体供給部１９２を備える構成により、気体を第２温度に加熱した後の固体粒子の熱を有効利用することができる。
【0059】
さらに、ブロワ１１２が流動層装置２００の下室２１４に気体を直接供給するのではなく、低温収容部１６０ａに収容された固体粒子に通過させて（固体粒子を経由して）、流動層装置２００の下室２１４に気体を供給する。これにより、流動層装置２００の下室２１４に供給される気体を、第３温度（例えば、３００℃以上４００℃以下程度）の固体粒子によって予熱することができる。このように、低温収容部１６０ａに収容された固体粒子の熱を利用することによって、熱の利用効率を向上させることが可能となる。そうすると、第１熱利用機器１８０の出力を増加させることができる。例えば、第１熱利用機器１８０が蒸気タービン発電機や、ガスタービン発電機である場合に、発電効率を向上させることが可能となる。
【0060】
［流動層装置２００の電気ヒータ２３０］
続いて、本実施形態に係る流動層装置２００の電気ヒータ２３０について説明する。図４は、本実施形態に係る流動層装置２００の鉛直断面図である。図５は、図４のＶ－Ｖ線断面図である。図６は、本実施形態に係る電気ヒータ２３０の本体２３２を下から見た図である。本実施形態の図４～図６では、垂直に交わるＸ軸（水平方向）、Ｙ軸（水平方向）、Ｚ軸（鉛直方向）を図示の通り定義している。また、図４、図５中、分散板２２０に形成された複数の孔を省略する。図６中、電気ヒータ２３０の本体２３２をクロスハッチングで示す。
続いて、本実施形態に係る流動層装置２００の電気ヒータ２３０について説明する。図４は、本実施形態に係る流動層装置２００の鉛直断面図である。図５は、図４のＶ－Ｖ線断面図である。図６は、本実施形態に係る電気ヒータ２３０の本体２３２を下から見た図である。本実施形態の図４～図６では、垂直に交わるＸ軸（水平方向）、Ｙ軸（水平方向）、Ｚ軸（鉛直方向）を図示の通り定義している。また、図４、図５中、分散板２２０に形成された複数の孔を省略する。図６中、電気ヒータ２３０の本体２３２をクロスハッチングで示す。
【0061】
図４～図６に示すように、本実施形態に係る収容槽２１０は、角筒形状である。このため、上室２１２は、収容槽２１０の壁２１０ａ～２１０ｄおよび分散板２２０によって形成される。また、下室２１４は、収容槽２１０の壁２１０ａ～２１０ｄ、分散板２２０、および、収容槽２１０の底壁２１０ｅによって形成される。壁２１０ａは、壁２１０ｃに対向する。壁２１０ｂは、壁２１０ｄに対向する。
【0062】
図４、図５に示すように、収容槽２１０の壁２１０ｂにおける上室２１２を形成する部分には、供給口２１２ａが設けられている。また、収容槽２１０の壁２１０ｄにおける上室２１２を形成する部分には、供給口２１２ｂが設けられている。供給口２１２ａ、２１２ｂには、上記配管１５４および配管１６４が接続されている。したがって、蓄熱モードにおいて、配管１６４、供給口２１２ａ、２１２ｂを通じて、低温槽１６０から固体粒子が上室２１２に供給される。また、放熱モードにおいて、配管１５４、供給口２１２ａ、２１２ｂを通じて、高温槽１５０から固体粒子が上室２１２に供給される。
【0063】
図４に示すように、供給口２１２ａ、２１２ｂは、例えば、鉛直方向の長さが水平方向の長さよりも長い縦長の矩形形状である。供給口２１２ａ、２１２ｂは、電気ヒータ２３０の本体２３２と、当該本体２３２と隣り合う電気ヒータ２３０の本体２３２との間に設けられる。つまり、供給口２１２ａは、壁２１０ｂにおける本体２３２の側面２３２ｂが接触していない箇所に設けられる。供給口２１２ｂは、壁２１０ｄにおける本体２３２の側面２３２ｄが接触していない箇所に設けられる。供給口２１２ａの水平方向（図４、図５中、Ｘ軸方向）の位置は、壁２１０ｂの中央である。供給口２１２ｂの水平方向（図４、図５中、Ｘ軸方向）の位置は、壁２１０ｄの中央である。供給口２１２ａ、２１２ｂの鉛直方向（図４、図５中、Ｚ軸方向）の位置は、配管１５４、１６４に設けられるフィーダによる固体粒子の送出力に基づいて決定される。
【0064】
また、図４～図６に示すように、上室２１２内には、複数の電気ヒータ２３０が設けられる。電気ヒータ２３０は、平板形状の本体２３２を有する。本体２３２は、平板形状であればよく、外縁の形状は限定されない。本実施形態において、本体２３２は、例えば、四角い平板形状である。本体２３２は、側面２３２ａ～２３２ｄと、上面２３２ｅと、底面２３２ｆとを有する。側面２３２ａ、２３２ｃの面積は、側面２３２ｂ、２３２ｄよりも大きい。
【0065】
本実施形態において、本体２３２は、分散板２２０から略垂直に立設する。つまり、本体２３２と分散板２２０との為す角は、略９０度である。本体２３２の底面２３２ｆは、分散板２２０に接触（当接）する。
【0066】
また、上室２１２内において、複数の電気ヒータ２３０の本体２３２同士は、略平行となる位置関係である。また、本体２３２は、側面２３２ａが収容槽２１０の壁２１０ａ側となり、側面２３２ｃが収容槽２１０の壁２１０ｃ側となるように上室２１２内に配される。したがって、本体２３２の側面２３２ａは、収容槽２１０の壁２１０ａ、または、隣に配される電気ヒータ２３０の本体２３２の側面２３２ｃに対向する。本体２３２の側面２３２ｃは、収容槽２１０の壁２１０ｃ、または、隣に配される電気ヒータ２３０の本体２３２の側面２３２ａに対向する。
【0067】
また、本実施形態において、複数の電気ヒータ２３０の本体２３２は、略等間隔で上室２１２内に配される。隣り合う電気ヒータ２３０の本体２３２間の間隔Ｄは、固体粒子の最大の長さ（例えば、粒径）の７倍以上である。これにより、複数の電気ヒータ２３０の本体２３２の間が固体粒子で閉塞してしまう事態を回避することができる。また、隣り合う電気ヒータ２３０の本体２３２の間の間隔Ｄは、可能な限り小さい方が好ましい。
【0068】
複数の電気ヒータ２３０の本体２３２の側面２３２ｂは、収容槽２１０の壁２１０ｂに接触（当接）する。複数の電気ヒータ２３０の本体２３２の側面２３２ｄは、収容槽２１０の壁２１０ｄに接触（当接）する。本実施形態において、本体２３２の側面２３２ｂまたは側面２３２ｄから不図示の配線が引き出されている。配線は、本体２３２内に設けられた電熱線に接続される。配線は、収容槽２１０の壁２１０ｂまたは壁２１０ｄを介して収容槽２１０の外方まで引き出されている。収容槽２１０の外方において、配線に電源が接続される。
【0069】
また、図５、図６に示すように、電気ヒータ２３０の本体２３２には、１または複数の切欠２３６が形成される。切欠２３６は、例えば、四角形状である。ここでは、１の電気ヒータ２３０の本体２３２に切欠２３６が２つ形成される場合を例に挙げる（図５、図６において、切欠２３６Ａ、２３６Ｂで示す）。本実施形態において、切欠２３６は、本体２３２の下部に形成される。つまり、切欠２３６と分散板２２０とで貫通孔が形成される。
【0070】
図５に示すように、切欠２３６の高さｈは、分散板２２０から供給される気体の気泡径Ｄｂ０以上である。気泡径Ｄｂ０は、下記式（１）を用いて算出することができる。
【0071】
Ｄｂ０ ＝ （３．７７／ｇ）×（Ｕ０－Ｕｍｆ）２ …式（１）
上記式（１）において、Ｕ０は空塔速度を示す。また、Ｕｍｆは、最小流動化速度を示す。ｇは重力加速度を示す。
上記式（１）において、Ｕ０は空塔速度を示す。また、Ｕｍｆは、最小流動化速度を示す。ｇは重力加速度を示す。
【0072】
また、切欠２３６の幅Ｗは、切欠２３６の高さｈ以上である。
【0073】
図６に示すように、本実施形態において、複数の電気ヒータ２３０の本体２３２それぞれに形成された切欠２３６Ａの中心は、図６中、Ｘ軸方向に延在する仮想直線ＶＡ上に位置する。また、複数の電気ヒータ２３０の本体２３２それぞれに形成された切欠２３６Ｂの中心は、図６中、Ｘ軸方向に延在する仮想直線ＶＢ上に位置する。つまり、電気ヒータ２３０の切欠２３６Ａによって、略水平方向（例えば、図６中、Ｘ軸方向）に延在する直線状の連通路２３８Ａが形成される。同様に、電気ヒータ２３０の切欠２３６Ｂによって、略水平方向（例えば、図６中、Ｘ軸方向）に延在する直線状の連通路２３８Ｂが形成される。
【0074】
また、本実施形態において、本体２３２の上面２３２ｅ、および、本体２３２における切欠２３６が形成される領域には、耐摩耗加工が施されている。耐摩耗加工は、例えば、本体２３２の上面２３２ｅ、および、本体２３２における切欠２３６が形成される領域を耐摩耗材でコーティングする加工、または、本体２３２の上面２３２ｅ、および、本体２３２における切欠２３６が形成される領域を他の部分よりも肉厚にする加工である。耐摩耗材は、例えば、二段焼結窒化ケイ素、アルミナ、クロムカーバイド／ニッケル－クロムサーメット、炭化ケイ素系セラミックス繊維複合材料、ニッケル－クロム鋼、クロムカーバイド、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１０Ｓ等）である。
【0075】
以上説明したように、本実施形態に係る流動層装置２００では、供給口２１２ａ、２１２ｂを通じて、高温槽１５０および低温槽１６０から上室２１２内に固体粒子が供給される。また、下室２１４および分散板２２０を通じて、気体供給部１１０（ブロワ１１２）から上室２１２に気体が供給される。これにより、上室２１２内において、固体粒子の流動層が形成される。そして、供給口２１２ａ、２１２ｂを通じて、固体粒子が連続的に供給されることにより、上室２１２内の固体粒子が押し出されて、集約部２４０に集約され、排出路２５０を通じて固気分離器１４０に供給される。つまり、上室２１２において、固体粒子は鉛直上方に移動する。
【0076】
そして、本実施形態に係る複数の電気ヒータ２３０の本体２３２は、平板形状であり、分散板２２０から略垂直に立設して上室２１２内に設けられる。したがって、電気ヒータ２３０の本体２３２の面のうち、上室２１２内に曝される側面２３２ａ、２３２ｃを、固体粒子の移動方向と略平行にすることができる。これにより、電気ヒータ２３０の本体２３２の側面２３２ａ、２３２ｃが、固体粒子の移動方向と垂直である場合と比較して、固体粒子が本体２３２に接触（衝突）する頻度を極めて低くすることができる。したがって、固体粒子による電気ヒータ２３０の本体２３２の摩耗を抑制することが可能となる。
【0077】
また、上記のように、複数の電気ヒータ２３０の本体２３２同士は、略平行となる位置関係である。これにより、複数の電気ヒータ２３０の本体２３２同士が交差して配される場合と比較して、上室２１２内に多数の本体２３２を設置することができる。したがって、流動層装置２００は、複数の電気ヒータ２３０によって効率よく固体粒子を加熱することが可能となる。
【0078】
また、上記のように、本体２３２の側面２３２ｂ、２３２ｄは、収容槽２１０の壁２１０ｂ、２１０ｄと接触する。これにより、電気ヒータ２３０の配線を、上室２１２内に曝すことなく、容易に収容槽２１０の外方まで引き出すことができる。したがって、電気ヒータ２３０の配線の固体粒子による摩耗を防止することが可能となる。
【0079】
また、上記のように、電気ヒータ２３０の本体２３２には、切欠２３６が形成されている。したがって、固体粒子は、切欠２３６を通じて水平方向に移動できる。したがって、供給口２１２ａ、２１２ｂを通じて、上室２１２内に供給された固体粒子を満遍なく複数の電気ヒータ２３０の本体２３２に行き渡らせることが可能となる。これにより、蓄熱モードにおいて、複数の電気ヒータ２３０による固体粒子の加熱効率を向上させることができる。
【0080】
また、上記のように、複数の電気ヒータ２３０の切欠２３６Ａによって、略水平方向に延在する直線状の連通路２３８Ａが形成され、複数の電気ヒータ２３０の切欠２３６Ｂによって、略水平方向に延在する直線状の連通路２３８Ｂが形成される。これにより、複数の切欠２３６の配列方向（図４～図６中、Ｘ軸方向）と直交する方向（図４～図６中、Ｙ軸方向）への固体粒子の移動を抑制することができる。したがって、固体粒子による電気ヒータ２３０の本体２３２の摩耗をさらに抑制することが可能となる。
【0081】
また、上記のように、切欠２３６は、電気ヒータ２３０の本体２３２の下部、つまり、分散板２２０の近傍に形成される。分散板２２０を通じて上室２１２に供給される気体の気泡径は、上室２１２の下部（分散板２２０の近傍）の方が上部よりも小さい。このため、固体粒子の移動速度は、上室２１２の上部よりも下部の方が小さい。したがって、電気ヒータ２３０の本体２３２の下部に切欠２３６が形成されることにより、本体２３２における切欠２３６が形成される領域の固体粒子による摩耗を抑制することが可能となる。
【0082】
また、上記のように、本体２３２の上面２３２ｅおよび本体２３２における切欠２３６が形成される領域には、耐摩耗加工が施されている。これにより、本体２３２における上面２３２ｅおよび切欠２３６が形成される領域の固体粒子による摩耗をさらに抑制することが可能となる。
【0083】
以上、添付図面を参照しながら実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【0084】
例えば、上述した実施形態において、複数の電気ヒータ２３０の本体２３２同士が略平行となる位置関係である場合を例に挙げた。しかし、複数の電気ヒータ２３０は、分散板２２０から略垂直に立設して上室２１２内に設けられていれば、配列態様は限定されない。
【0085】
また、上記実施形態において、電気ヒータ２３０の本体２３２が切欠２３６を備える場合を例に挙げた。しかし、電気ヒータ２３０の本体２３２には、切欠２３６に代えて、貫通孔が形成されてもよい。また、電気ヒータ２３０の本体２３２には、切欠２３６または貫通孔が形成されなくてもよい。
【0086】
また、上記実施形態において、複数の電気ヒータ２３０の切欠２３６Ａ、２３６Ｂによって、略水平方向に延在する直線状の連通路２３８Ａ、２３８Ｂが形成される場合を例に挙げた。しかし、複数の電気ヒータ２３０の切欠２３６Ａの配列態様は限定されない。同様に、複数の電気ヒータ２３０の切欠２３６Ｂの配列態様は限定されない。
【0087】
また、上記実施形態において、電気ヒータ２３０の本体２３２の上面２３２ｅおよび本体２３２における切欠２３６が形成される領域に耐摩耗加工が施される場合を例に挙げた。少なくとも本体２３２における切欠２３６が形成される領域に耐摩耗加工が施されていればよい。また、本体２３２における切欠２３６が形成される領域に耐摩耗加工が施されていなくてもよい。
【0088】
また、上記実施形態において、供給口２１２ａが収容槽２１０の壁２１０ｂにおける上室２１２を形成する部分に設けられ、供給口２１２ｂが収容槽２１０の壁２１０ｄにおける上室２１２を形成する部分に設けられる場合を例に挙げた。しかし、供給口２１２ａは、収容槽２１０の壁２１０ａにおける上室２１２を形成する部分に設けられ、供給口２１２ｂは、収容槽２１０の壁２１０ｃにおける上室２１２を形成する部分に設けられてもよい。つまり、供給口２１２ａ、２１２ｂは、複数の電気ヒータ２３０の配列方向（図４～図６中、Ｘ軸方向）と平行な収容槽２１０の壁２１０ｂ、２１０ｄに設けられてもよいし、複数の電気ヒータ２３０の配列方向（図４～図６中、Ｘ軸方向）と直交する収容槽２１０の壁２１０ａ、２１０ｃに設けられてもよい。この場合であっても、供給口２１２ａの水平方向の位置は、壁２１０ａの中央であり、供給口２１２ｂの水平方向の位置は、壁２１０ｃの中央であるとよい。また、供給口２１２ａ、２１２ｂの鉛直方向の位置は、配管１５４、１６４に設けられるフィーダによる固体粒子の送出力に基づいて決定されるとよい。
【符号の説明】
【0089】
２００ 流動層装置
２１２ 上室
２１４ 下室
２２０ 分散板
２３０ 電気ヒータ
２３２ 本体
２３６ 切欠
２３６Ａ 切欠
２３６Ｂ 切欠
２３８Ａ 連通路
２３８Ｂ 連通路
２１２ 上室
２１４ 下室
２２０ 分散板
２３０ 電気ヒータ
２３２ 本体
２３６ 切欠
２３６Ａ 切欠
２３６Ｂ 切欠
２３８Ａ 連通路
２３８Ｂ 連通路
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】