(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】P2024004151
(43)【公開日】2024-01-16
(54)【発明の名称】蓄エネルギー装置
(51)【国際特許分類】
F28D 20/00 20060101AFI20240109BHJP
F24S 20/00 20180101ALI20240109BHJP
H02J 15/00 20060101ALI20240109BHJP
F28F 21/04 20060101ALN20240109BHJP
【ＦＩ】
F28D20/00 A
F24S20/00
H02J15/00 H
F28F21/04
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022103654
(22)【出願日】2022-06-28
(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
(57)【要約】
【課題】効率よく蓄熱し、蓄熱した熱を効率よく利用する。
【解決手段】蓄エネルギー装置は、気体供給口より上方から固体粒子が供給される第１熱交換器と、第１熱交換器に気体を供給する気体供給部と、気体供給部から第１熱交換器に供給される気体または第１熱交換器内の気体を加熱する加熱器と、第１熱交換器から排出された固気混合物を固気分離する固気分離器と、固気分離された固体粒子を貯留する高温槽と、高温槽から固体粒子が供給され、固体粒子と流体とを熱交換させる第２熱交換器と、高温槽から第２熱交換器に供給される固体粒子の流量を調整する流量調整機構と、第２熱交換器から固体粒子を排出する排出部と、排出された固体粒子を貯留する低温槽と、低温槽に貯留された固体粒子を第１熱交換器に供給する低温粒子供給部と、第２熱交換器によって熱交換された流体が有する熱エネルギーを利用する熱利用機器と、を備える。
【選択図】図１
【解決手段】蓄エネルギー装置は、気体供給口より上方から固体粒子が供給される第１熱交換器と、第１熱交換器に気体を供給する気体供給部と、気体供給部から第１熱交換器に供給される気体または第１熱交換器内の気体を加熱する加熱器と、第１熱交換器から排出された固気混合物を固気分離する固気分離器と、固気分離された固体粒子を貯留する高温槽と、高温槽から固体粒子が供給され、固体粒子と流体とを熱交換させる第２熱交換器と、高温槽から第２熱交換器に供給される固体粒子の流量を調整する流量調整機構と、第２熱交換器から固体粒子を排出する排出部と、排出された固体粒子を貯留する低温槽と、低温槽に貯留された固体粒子を第１熱交換器に供給する低温粒子供給部と、第２熱交換器によって熱交換された流体が有する熱エネルギーを利用する熱利用機器と、を備える。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
底面または下部に形成された気体供給口から気体が供給され、前記気体供給口より上方から固体粒子が供給され、前記気体と前記固体粒子とを熱交換する第１熱交換器と、
前記第１熱交換器に気体を供給する気体供給部と、
前記気体供給部から前記第１熱交換器に供給される気体、および、前記第１熱交換器内の気体のうち、いずれか一方または両方を加熱する加熱器と、
前記第１熱交換器から排出された固気混合物を固気分離する固気分離器と、
前記固気分離器によって分離された前記固体粒子を貯留する高温槽と、
前記高温槽から前記固体粒子が供給され、前記固体粒子と流体とを熱交換させる第２熱交換器と、
前記高温槽から前記第２熱交換器に供給される前記固体粒子の流量を調整する流量調整機構と、
前記第２熱交換器から前記固体粒子を排出する排出部と、
前記排出部によって排出された前記固体粒子を貯留する低温槽と、
前記低温槽に貯留された前記固体粒子を前記第１熱交換器に供給する低温粒子供給部と、
前記第２熱交換器によって熱交換された前記流体が有する熱エネルギーを利用する熱利用機器と、
を備える蓄エネルギー装置。
前記第１熱交換器に気体を供給する気体供給部と、
前記気体供給部から前記第１熱交換器に供給される気体、および、前記第１熱交換器内の気体のうち、いずれか一方または両方を加熱する加熱器と、
前記第１熱交換器から排出された固気混合物を固気分離する固気分離器と、
前記固気分離器によって分離された前記固体粒子を貯留する高温槽と、
前記高温槽から前記固体粒子が供給され、前記固体粒子と流体とを熱交換させる第２熱交換器と、
前記高温槽から前記第２熱交換器に供給される前記固体粒子の流量を調整する流量調整機構と、
前記第２熱交換器から前記固体粒子を排出する排出部と、
前記排出部によって排出された前記固体粒子を貯留する低温槽と、
前記低温槽に貯留された前記固体粒子を前記第１熱交換器に供給する低温粒子供給部と、
前記第２熱交換器によって熱交換された前記流体が有する熱エネルギーを利用する熱利用機器と、
を備える蓄エネルギー装置。
【請求項2】
前記排出部は、前記第１熱交換器に前記固体粒子を排出し、
前記低温槽には、前記排出部によって排出され、前記第１熱交換器において前記気体と熱交換され、前記固気分離器によって固気分離された前記固体粒子が供給される、請求項１に記載の蓄エネルギー装置。
前記低温槽には、前記排出部によって排出され、前記第１熱交換器において前記気体と熱交換され、前記固気分離器によって固気分離された前記固体粒子が供給される、請求項１に記載の蓄エネルギー装置。
【請求項3】
前記固気分離器によって分離された高温の前記気体が有する熱で、気体を予熱する予熱器を備え、
前記気体供給部は、前記予熱器によって予熱された前記気体を前記第１熱交換器に供給する、請求項１または２に記載の蓄エネルギー装置。
前記気体供給部は、前記予熱器によって予熱された前記気体を前記第１熱交換器に供給する、請求項１または２に記載の蓄エネルギー装置。
【請求項4】
前記固気分離器によって分離された前記固体粒子の供給先を、前記高温槽または前記低温槽に切り換える切換部を備える、請求項１または２に記載の蓄エネルギー装置。
【請求項5】
前記加熱器は、電力を消費して、前記気体を加熱し、
前記気体供給部、前記加熱器、前記流量調整機構、および、前記低温粒子供給部を制御する制御部を備え、
前記制御部は、
蓄熱モードおよび放熱モードを含む複数のモードのうち、
前記蓄熱モードにおいて、前記気体供給部を制御して前記第１熱交換器に気体を供給し、前記加熱器を動作させて前記気体を加熱し、前記低温粒子供給部を制御して前記低温槽から前記第１熱交換器に前記固体粒子を供給して、前記第１熱交換器において前記気体で前記固体粒子を加熱し、前記固気分離器によって分離された前記固体粒子を前記高温槽に供給し、
前記放熱モードにおいて、前記流量調整機構を制御して前記高温槽から前記第２熱交換器に前記固体粒子を供給し、前記第２熱交換器において前記固体粒子で流体を加熱させ、加熱された前記流体を前記熱利用機器において利用させ、前記排出部を通じて前記第２熱交換器から前記第１熱交換器に前記固体粒子を供給し、前記加熱器を停止して、前記気体供給部を制御して前記第１熱交換器に気体を供給し、前記第１熱交換器において前記固体粒子で前記気体を加熱し、前記固気分離器によって分離された前記固体粒子を前記低温槽に供給する、請求項２に記載の蓄エネルギー装置。
前記気体供給部、前記加熱器、前記流量調整機構、および、前記低温粒子供給部を制御する制御部を備え、
前記制御部は、
蓄熱モードおよび放熱モードを含む複数のモードのうち、
前記蓄熱モードにおいて、前記気体供給部を制御して前記第１熱交換器に気体を供給し、前記加熱器を動作させて前記気体を加熱し、前記低温粒子供給部を制御して前記低温槽から前記第１熱交換器に前記固体粒子を供給して、前記第１熱交換器において前記気体で前記固体粒子を加熱し、前記固気分離器によって分離された前記固体粒子を前記高温槽に供給し、
前記放熱モードにおいて、前記流量調整機構を制御して前記高温槽から前記第２熱交換器に前記固体粒子を供給し、前記第２熱交換器において前記固体粒子で流体を加熱させ、加熱された前記流体を前記熱利用機器において利用させ、前記排出部を通じて前記第２熱交換器から前記第１熱交換器に前記固体粒子を供給し、前記加熱器を停止して、前記気体供給部を制御して前記第１熱交換器に気体を供給し、前記第１熱交換器において前記固体粒子で前記気体を加熱し、前記固気分離器によって分離された前記固体粒子を前記低温槽に供給する、請求項２に記載の蓄エネルギー装置。
【請求項6】
前記加熱器は、電力を消費して、前記気体を加熱し、
前記気体供給部、前記加熱器、前記流量調整機構、および、前記低温粒子供給部を制御する制御部を備え、
前記制御部は、
蓄熱モードおよび放熱モードを含む複数のモードのうち、
前記蓄熱モードにおいて、前記気体供給部を制御して前記第１熱交換器に気体を供給し、前記加熱器を動作させて前記気体を加熱し、前記低温粒子供給部を制御して前記低温槽から前記第１熱交換器に前記固体粒子を供給して、前記第１熱交換器において前記気体で前記固体粒子を加熱し、前記固気分離器によって分離された前記固体粒子を前記高温槽に供給し、前記固気分離器によって分離された前記気体を前記予熱器に供給し、
前記放熱モードにおいて、前記流量調整機構を制御して前記高温槽から前記第２熱交換器に前記固体粒子を供給し、前記第２熱交換器において前記固体粒子で流体を加熱させ、加熱された前記流体を前記熱利用機器において利用させ、前記排出部を通じて前記第２熱交換器から前記第１熱交換器に前記固体粒子を供給し、前記加熱器を停止して、前記気体供給部を制御して前記第１熱交換器に気体を供給し、前記第１熱交換器において前記固体粒子で前記気体を加熱し、前記固気分離器によって分離された前記固体粒子を前記低温槽に供給する、請求項３に記載の蓄エネルギー装置。
前記気体供給部、前記加熱器、前記流量調整機構、および、前記低温粒子供給部を制御する制御部を備え、
前記制御部は、
蓄熱モードおよび放熱モードを含む複数のモードのうち、
前記蓄熱モードにおいて、前記気体供給部を制御して前記第１熱交換器に気体を供給し、前記加熱器を動作させて前記気体を加熱し、前記低温粒子供給部を制御して前記低温槽から前記第１熱交換器に前記固体粒子を供給して、前記第１熱交換器において前記気体で前記固体粒子を加熱し、前記固気分離器によって分離された前記固体粒子を前記高温槽に供給し、前記固気分離器によって分離された前記気体を前記予熱器に供給し、
前記放熱モードにおいて、前記流量調整機構を制御して前記高温槽から前記第２熱交換器に前記固体粒子を供給し、前記第２熱交換器において前記固体粒子で流体を加熱させ、加熱された前記流体を前記熱利用機器において利用させ、前記排出部を通じて前記第２熱交換器から前記第１熱交換器に前記固体粒子を供給し、前記加熱器を停止して、前記気体供給部を制御して前記第１熱交換器に気体を供給し、前記第１熱交換器において前記固体粒子で前記気体を加熱し、前記固気分離器によって分離された前記固体粒子を前記低温槽に供給する、請求項３に記載の蓄エネルギー装置。
【請求項7】
前記加熱器は、太陽光によって前記気体を加熱する、請求項１に記載の蓄エネルギー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、蓄エネルギー装置に関する。
【背景技術】
【0002】
発電された電力量（以下、「発電電力量」という）と需要される電力量（以下、「需要電力量」という）とは、必ずしも一致しない。このため、電力が余剰したり（つまり、発電電力量－需要電力量 > ０）、電力が足りなくなったり（つまり、発電電力量－需要電力量 < ０、例えば、電力が不足）する場合がある。特に、風力発電や太陽光発電といった再生可能エネルギーを利用した発電では、余剰する電力量や、不足する電力量が多い。
【0003】
そこで、電気ヒータが内蔵され、内部に流路が形成されたレンガブロックを備えた装置が開発されている（例えば、特許文献１）。特許文献１の技術は、電力が余剰した時に電気ヒータを動作させてレンガブロックを加熱し蓄熱しておく。そして、特許文献１の技術は、電力が必要となった際（例えば、電力が不足した際）に流路に水を通過させて蓄熱した熱で加熱し、加熱された水（水蒸気）でタービンを回転させて発電する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】米国特許出願公開第２００８／０２１９６５１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
例えば、電力グリッドの安定化（スマートグリッドの実現）のために、余剰した電力を熱に変換して蓄熱しておき、必要となった際に蓄熱した熱を利用する技術等の蓄熱および放熱を行う技術において、効率よく蓄熱したり、蓄熱した熱を効率よく利用したりする技術の開発が希求されている。
【0006】
本開示は、このような課題に鑑み、効率よく蓄熱し、蓄熱した熱を効率よく利用することが可能な蓄エネルギー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】
【0007】
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る蓄エネルギー装置は、底面または下部に形成された気体供給口から気体が供給され、気体供給口より上方から固体粒子が供給され、気体と固体粒子とを熱交換する第１熱交換器と、第１熱交換器に気体を供給する気体供給部と、気体供給部から第１熱交換器に供給される気体、および、第１熱交換器内の気体のうち、いずれか一方または両方を加熱する加熱器と、第１熱交換器から排出された固気混合物を固気分離する固気分離器と、固気分離器によって分離された固体粒子を貯留する高温槽と、高温槽から固体粒子が供給され、固体粒子と流体とを熱交換させる第２熱交換器と、高温槽から第２熱交換器に供給される固体粒子の流量を調整する流量調整機構と、第２熱交換器から固体粒子を排出する排出部と、排出部によって排出された固体粒子を貯留する低温槽と、低温槽に貯留された固体粒子を第１熱交換器に供給する低温粒子供給部と、第２熱交換器によって熱交換された流体が有する熱エネルギーを利用する熱利用機器と、を備える。
【0008】
また、排出部は、第１熱交換器に固体粒子を排出し、低温槽には、排出部によって排出され、第１熱交換器において気体と熱交換され、固気分離器によって固気分離された固体粒子が供給されてもよい。
【0009】
また、上記蓄エネルギー装置は、固気分離器によって分離された高温の気体が有する熱で、気体を予熱する予熱器を備え、気体供給部は、予熱器によって予熱された気体を第１熱交換器に供給してもよい。
【0010】
また、上記蓄エネルギー装置は、固気分離器によって分離された固体粒子の供給先を、高温槽または低温槽に切り換える切換部を備えてもよい。
【0011】
また、加熱器は、電力を消費して、気体を加熱し、上記蓄エネルギー装置は、気体供給部、加熱器、流量調整機構、および、低温粒子供給部を制御する制御部を備え、制御部は、蓄熱モードおよび放熱モードを含む複数のモードのうち、蓄熱モードにおいて、気体供給部を制御して第１熱交換器に気体を供給し、加熱器を動作させて気体を加熱し、低温粒子供給部を制御して低温槽から第１熱交換器に固体粒子を供給して、第１熱交換器において気体で固体粒子を加熱し、固気分離器によって分離された固体粒子を高温槽に供給し、放熱モードにおいて、流量調整機構を制御して高温槽から第２熱交換器に固体粒子を供給し、第２熱交換器において固体粒子で流体を加熱させ、加熱された流体を熱利用機器において利用させ、排出部を通じて第２熱交換器から第１熱交換器に固体粒子を供給し、加熱器を停止して、気体供給部を制御して第１熱交換器に気体を供給し、第１熱交換器において固体粒子で気体を加熱し、固気分離器によって分離された固体粒子を低温槽に供給してもよい。
【0012】
また、加熱器は、電力を消費して、気体を加熱し、上記蓄エネルギー装置は、気体供給部、加熱器、流量調整機構、および、低温粒子供給部を制御する制御部を備え、制御部は、蓄熱モードおよび放熱モードを含む複数のモードのうち、蓄熱モードにおいて、気体供給部を制御して第１熱交換器に気体を供給し、加熱器を動作させて気体を加熱し、低温粒子供給部を制御して低温槽から第１熱交換器に固体粒子を供給して、第１熱交換器において気体で固体粒子を加熱し、固気分離器によって分離された固体粒子を高温槽に供給し、固気分離器によって分離された気体を予熱器に供給し、放熱モードにおいて、流量調整機構を制御して高温槽から第２熱交換器に固体粒子を供給し、第２熱交換器において固体粒子で流体を加熱させ、加熱された流体を熱利用機器において利用させ、排出部を通じて第２熱交換器から第１熱交換器に固体粒子を供給し、加熱器を停止して、気体供給部を制御して第１熱交換器に気体を供給し、第１熱交換器において固体粒子で気体を加熱し、固気分離器によって分離された固体粒子を低温槽に供給してもよい。
【0013】
また、加熱器は、太陽光によって気体を加熱してもよい。
【発明の効果】
【0014】
本開示によれば、効率よく蓄熱し、蓄熱した熱を効率よく利用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【発明を実施するための形態】
【0016】
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。実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、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する。また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。
【0017】
［第１の実施形態：蓄エネルギー装置１００］
図１は、第１の実施形態に係る蓄エネルギー装置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、予熱器１２０と、加熱室１３０と、第１熱交換器１４０と、固気分離器１５０と、切換部１５２と、高温槽１６０と、高温粒子供給部１６２と、第２熱交換器１７０と、流体供給部１８０と、熱利用機器１８２と、排出部１９０と、低温槽２００と、低温粒子供給部２１０と、気体送出部２２０と、熱利用機器２３０と、制御部２４０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。また、破線の矢印は、気体および流体の流れを示す。
図１は、第１の実施形態に係る蓄エネルギー装置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、予熱器１２０と、加熱室１３０と、第１熱交換器１４０と、固気分離器１５０と、切換部１５２と、高温槽１６０と、高温粒子供給部１６２と、第２熱交換器１７０と、流体供給部１８０と、熱利用機器１８２と、排出部１９０と、低温槽２００と、低温粒子供給部２１０と、気体送出部２２０と、熱利用機器２３０と、制御部２４０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。また、破線の矢印は、気体および流体の流れを示す。
【0018】
気体供給部１１０は、後述する加熱室１３０に気体を供給する。気体供給部１１０によって供給される気体は、例えば、空気、二酸化炭素、燃焼排ガスである。気体供給部１１０は、ブロワ１１２と、気体供給路１１４とを含む。
【0019】
ブロワ１１２は、気体を吸引して加熱室１３０に吐出する。ブロワ１１２の吸入側は、気体の供給源に接続される。ブロワ１１２の吐出側は、気体供給路１１４に接続される。
【0020】
気体供給路１１４は、ブロワ１１２の吐出側と、加熱室１３０とを接続する流路である。
【0021】
予熱器１２０は、気体供給路１１４を通過する気体を予熱する。本実施形態において、予熱器１２０は、後述する固気分離器１５０によって分離された高温の気体と、気体供給路１１４を通過する気体とを熱交換させる熱交換器である。つまり、予熱器１２０は、固気分離器１５０によって分離された高温の気体が有する熱で、気体を予熱する。
【0022】
加熱室１３０は、箱体１３２と、加熱器１３４とを含む。箱体１３２は中空形状の容器である。箱体１３２の上面は通気可能な分散板で構成されている。箱体１３２の上面は、後述する第１熱交換器１４０の底面としても機能する。箱体１３２には、気体供給部１１０（ブロワ１１２）から気体が供給される。
【0023】
本実施形態において、加熱器１３４は、電力を消費して気体を加熱する。加熱器１３４は、例えば、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）やアーク加熱装置（アーク放電の際に生じる熱を利用する装置）である。加熱器１３４は、箱体１３２内に配される。加熱器１３４は、箱体１３２内に供給された気体を加熱する。したがって、加熱器１３４が動作する際、気体供給部１１０から箱体１３２内に供給された気体は、加熱器１３４によって加熱された後、第１熱交換器１４０に供給される。
【0024】
第１熱交換器１４０は、底面または下部から気体および固体粒子が供給され、気体と固体粒子とを熱交換する。固体粒子は、後述する熱利用機器１８２の要求温度より融点が高い材料で構成される。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
本実施形態において、第１熱交換器１４０は、中空形状の容器である。第１熱交換器１４０には、後述する高温槽１６０および低温槽２００から固体粒子が供給される。また、上記したように、第１熱交換器１４０には、加熱室１３０を通じて気体供給部１１０から気体が供給される。気体供給部１１０によって第１熱交換器１４０に供給される気体の流速は、第１熱交換器１４０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、第１熱交換器１４０の底面に配される分散板（ディストリビュータ）に形成された気体供給口１４０ａ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、第１熱交換器１４０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、第１熱交換器１４０内において、固体粒子および気体の固気混合物が形成され、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して熱交換される。
【0028】
固気分離器１５０は、第１熱交換器１４０から排出された固気混合物を固気分離する。固気分離器１５０は、例えば、サイクロンや、フィルタである。
【0029】
切換部１５２は、固気分離器１５０によって固気分離された固体粒子の供給先を高温槽１６０または低温槽２００に切り換える。切換部１５２は、配管１５４ａ、１５４ｂと、バルブ１５６ａ、１５６ｂとを含む。配管１５４ａは、固気分離器１５０の固体粒子の排出口と、高温槽１６０とを接続する。バルブ１５６ａは、配管１５４ａに設けられる。配管１５４ｂは、固気分離器１５０の固体粒子の排出口と、低温槽２００とを接続する。バルブ１５６ｂは、配管１５４ｂに設けられる。なお、バルブ１５６ａとバルブ１５６ｂとは、後述する制御部２４０によって排他的に開閉される。
【0030】
高温槽１６０は、固気分離器１５０によって固気分離された固体粒子を貯留する。高温槽１６０は、例えば、ホッパである。
【0031】
高温粒子供給部１６２は、高温槽１６０に貯留された固体粒子を、後述する第２熱交換器１７０に供給する。高温粒子供給部１６２は、配管１６４と、流量調整機構１６６とを含む。配管１６４は、高温槽１６０の下部と第２熱交換器１７０とを接続する。
【0032】
流量調整機構１６６は、配管１６４に設けられる。流量調整機構１６６は、高温槽１６０から第２熱交換器１７０に供給される固体粒子の流量を調整する。流量調整機構１６６は、例えば、Ｊバルブ型ループシール、Ｌバルブ型ループシールである。
【0033】
第２熱交換器１７０は、高温槽１６０から固体粒子が供給され、固体粒子と流体とを熱交換させる。流体は、例えば、水、水蒸気、空気、燃焼排ガスである。
【0034】
排出部１９０は、第２熱交換器１７０から第１熱交換器１４０に固体粒子を排出する。
【0035】
図２は、本実施形態に係る第２熱交換器１７０および排出部１９０の一例を示す図である。図２に示すように、第２熱交換器１７０は、容器１７２と、分散板１７４ａと、排気管１７４ｂと、流動化ガス供給部１７６と、伝熱管１７８とを含む。
【0036】
容器１７２は、例えば、角筒形状である。分散板１７４ａは、容器１７２内に設けられる。分散板１７４ａは、水平方向に延在して、容器１７２内を、収容室１７２ａと、風箱室１７２ｂとに分割する。分散板１７４ａには、複数の孔が形成される。複数の孔の大きさは、固体粒子が通過不可能、または、通過困難となる大きさである。収容室１７２ａは、容器１７２の上部に形成される。風箱室１７２ｂは、容器１７２内における収容室１７２ａの下方に形成される。分散板１７４ａは、収容室１７２ａの底面として機能する。
【0037】
本実施形態において、高温粒子供給部１６２の配管１６４は、容器１７２の上面を貫通する。配管１６４の上端は、高温槽１６０の下部に接続される。また、配管１６４の下端は、収容室１７２ａ内に配される。配管１６４の下端は、後述する排出管１９２の上端より下方に位置する。本実施形態において、配管１６４の下端は、分散板１７４ａの近傍に位置する。
【0038】
高温槽１６０に貯留された固体粒子は、配管１６４を通じて、収容室１７２ａに供給される。したがって、収容室１７２ａには、固体粒子が収容される。
【0039】
流動化ガス供給部１７６は、例えば、ポンプ、ブロワ等である。流動化ガス供給部１７６の吸入側は、流動化ガスの供給源に接続される。流動化ガス供給部１７６の吐出側は、風箱室１７２ｂに接続される。流動化ガスは、例えば、水蒸気、空気、二酸化炭素、燃焼排ガスである。流動化ガス供給部１７６は、分散板１７４ａを通じて収容室１７２ａ内に供給される流動化ガスの空塔速度が、最小流動化速度Ｕｍｆ以上、終端速度未満となるように、流動化ガスを風箱室１７２ｂ内に供給する。これにより、高温槽１６０から供給された固体粒子は、流動化ガスによって流動化し、収容室１７２ａ内において流動層（気泡流動層）が形成される。また、流動化ガス供給部１７６によって供給される流動化ガスの空塔速度は、終端速度未満であるため、収容室１７２ａから固体粒子が飛散することはない。
【0040】
伝熱管１７８の一部は、収容室１７２ａ内に臨む。伝熱管１７８の入口には、流体供給部１８０が接続される。伝熱管１７８の出口には、熱利用機器１８２が接続される。
【0041】
また、容器１７２の上面には、排気管１７４ｂが接続される。排気管１７４ｂは、後述する熱利用機器２３０に流動化ガスを供給する。
【0042】
流体供給部１８０は、伝熱管１７８に流体を供給する。流体供給部１８０は、例えば、ポンプである。流体供給部１８０によって伝熱管１７８に供給された流体は、伝熱管１７８の出口を通じて熱利用機器１８２に供給される。流体は、伝熱管１７８の通過過程において、収容室１７２ａ内に形成された固体粒子の流動層と熱交換され、加熱される。このため、熱利用機器１８２には、加熱された流体が供給される。
【0043】
熱利用機器１８２は、第２熱交換器１７０によって熱交換（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。熱利用機器１８２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。
【0044】
本実施形態において、排出部１９０は、排出管１９２を含む。排出管１９２は、収容室１７２ａと第１熱交換器１４０の下部とを接続する配管である。排出管１９２の上端は、容器１７２の側面のうち、収容室１７２ａにおける流動層の上面近傍に接続される。排出管１９２の下端は、第１熱交換器１４０における気体供給口１４０ａの上方に接続される。
【0045】
上記したように、収容室１７２ａ内には、固体粒子の流動層が形成される。このため、配管１６４を通じて、高温槽１６０から固体粒子が供給されると、供給された分の固体粒子が排出管１９２に押し出される（オーバーフローする）。そして、押し出された固体粒子は、排出管１９２を通じて、第１熱交換器１４０に供給される。
【0046】
図１に戻って説明すると、低温槽２００は、固気分離器１５０によって固気分離された固体粒子を貯留する。低温槽２００には、高温槽１６０とタイミングを異にして固体粒子が供給される。低温槽２００は、例えば、ホッパである。
【0047】
低温粒子供給部２１０は、低温槽２００に貯留された固体粒子を第１熱交換器１４０に供給する。低温粒子供給部２１０は、配管２１２と、流量調整機構２１４とを含む。配管２１２は、低温槽２００の下部と第１熱交換器１４０の下部とを接続する。本実施形態において、配管２１２の上端は、低温槽２００の下部に接続される。配管２１２の下端は、第１熱交換器１４０における気体供給口１４０ａの上方に接続される。
【0048】
流量調整機構２１４は、配管２１２に設けられる。流量調整機構２１４は、低温槽２００から第１熱交換器１４０に供給される固体粒子の流量を調整する。
【0049】
気体送出部２２０は、固気分離器１５０によって固気分離された気体を熱利用機器２３０または予熱器１２０に供給する。気体送出部２２０は、配管２２２ａ、２２２ｂと、バルブ２２４ａ、２２４ｂとを含む。配管２２２ａは、固気分離器１５０の気体の排気口と、熱利用機器２３０とを接続する。バルブ２２４ａは、配管２２２ａに設けられる。配管２２２ｂは、固気分離器１５０の気体の排気口と、予熱器１２０とを接続する。バルブ２２４ｂは、配管２２２ｂに設けられる。なお、本実施形態において、バルブ２２４ａとバルブ２２４ｂとは、制御部２４０によって排他的に開閉される。
【0050】
熱利用機器２３０は、固気分離器１５０によって分離された気体、または、第２熱交換器１７０から排気された流動化ガスが有する熱エネルギーを利用する機器である。熱利用機器２３０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。
【0051】
制御部２４０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２４０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２４０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。本実施形態において、制御部２４０は、気体供給部１１０（ブロワ１１２）、加熱器１３４、切換部１５２（バルブ１５６ａ、１５６ｂ）、流量調整機構１６６、流動化ガス供給部１７６、流体供給部１８０、流量調整機構２１４、気体送出部２２０（バルブ２２４ａ、２２４ｂ）を制御する。
【0052】
本実施形態において、制御部２４０は、電力が余剰（つまり、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。以下、電力を熱エネルギーに変換して蓄熱する運転モードを、蓄熱モードという。一方、制御部２４０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熱利用機器１８２、２３０で利用する。以下、蓄熱した熱エネルギーを熱利用機器１８２、２３０で利用する運転モードを、放熱モードという。なお、初期状態において、ブロワ１１２、加熱器１３４、流体供給部１８０は停止しており、バルブ１５６ａ、１５６ｂ、２２４ａ、２２４ｂ、流量調整機構１６６、２１４は閉じられている。また、初期状態において、固体粒子は、低温槽２００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２４０の処理について説明する。
【0053】
【0054】
制御部２４０は、バルブ１５６ｂ、２２４ａおよび、流量調整機構１６６を閉じる。制御部２４０は、流動化ガス供給部１７６、流体供給部１８０を停止する。また、図３に示すように、制御部２４０は、ブロワ１１２、および、加熱器１３４を動作させる。また、制御部２４０は、バルブ１５６ａ、２２４ｂを開弁する。制御部２４０は、流量調整機構２１４を開いて開度を調整する。
【0055】
そうすると、加熱器１３４によって余剰の電力が消費される。ブロワ１１２によって加熱室１３０に供給された気体は、加熱器１３４によって加熱される。加熱器１３４は、固体粒子の耐熱温度未満、熱利用機器１８２の要求温度を満たす第１温度に気体を加熱する。例えば、加熱器１３４は、気体によって加熱される固体粒子が上記要求温度を満たす第２温度になるように、気体を加熱する。固体粒子がシリカである場合には、気体を１６００℃以下に加熱する。また、第２温度は、第１温度より低いが、温度差は小さい。第２温度と、第１温度との温度差は、例えば、５０℃程度である。
【0056】
こうして加熱された高温の気体（第１温度の気体）は、第１熱交換器１４０に供給される。また、低温槽２００から第１熱交換器１４０に低温の固体粒子が供給される。したがって、第１熱交換器１４０において、高温の気体と低温の固体粒子とが強く攪拌され、高温の気体と低温の固体粒子とで熱交換が為される。これにより、気体によって固体粒子が加熱され、固体粒子によって気体が冷却される。なお、第１熱交換器１４０の出口において、固体粒子の温度と気体の温度とはほぼ等しくなる（第２温度となる）。
【0057】
そして、固気分離器１５０は、第１熱交換器１４０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２温度の固体粒子）は、配管１５４ａを通じて高温槽１６０に供給される。高温槽１６０は、高温の固体粒子を貯留する。
【0058】
一方、固気分離された第２温度の気体は、配管２２２ｂを通じて、予熱器１２０に供給される。予熱器１２０は、配管２２２ｂを通じて固気分離器１５０から供給された第２温度の気体と、ブロワ１１２によって加熱室１３０に供給される気体とを熱交換する。したがって、ブロワ１１２によって加熱室１３０に供給される気体は、第２温度の気体によって、第３温度に加熱される。第３温度は、常温（例えば、２５℃）より高い温度である。つまり、予熱器１２０は、第１熱交換器１４０から排出された気体が有する熱で、加熱室１３０に供給される前の気体を予熱することができる。
【0059】
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、まず、気体に伝熱される。そして、高温の気体と低温の固体粒子とで熱交換が為され、熱が固体粒子に伝達される。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。
【0060】
なお、制御部２４０は、余剰した電力の量（以下、「余剰電力量」という）に基づいて、流量調整機構２１４の開度を調整する。具体的に説明すると、加熱器１３４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（気体を介して）固体粒子を加熱した場合に、第２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２４０は、決定された量の固体粒子が、第１熱交換器１４０に供給されるように流量調整機構２１４の開度を調整する。
【0061】
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１６０に貯留される固体粒子の温度を、定常的に第２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４温度の流体を熱利用機器１８２に供給することが可能となる。
【0062】
【0063】
制御部２４０は、バルブ１５６ａ、２２４ｂ、流量調整機構２１４を閉じる。制御部２４０は、加熱器１３４を停止する。また、図４に示すように、制御部２４０は、バルブ１５６ｂ、２２４ａを開弁し、流量調整機構１６６を開いて開度を調整する。制御部２４０は、ブロワ１１２、流動化ガス供給部１７６、流体供給部１８０を動作させる。
【0064】
そうすると、第２熱交換器１７０には、高温槽１６０から高温の固体粒子（第２温度の固体粒子）が供給される。また、流動化ガス供給部１７６によって、収容室１７２ａ内に流動化ガスが供給される。これにより、第２熱交換器１７０において、高温の固体粒子の流動層が形成される。また、流体供給部１８０から伝熱管１７８に流体が供給される。したがって、第２熱交換器１７０において、低温の流体と高温の固体粒子とで熱交換が為される。これにより、固体粒子によって流体が加熱され、流体によって固体粒子が冷却される。こうして、第２熱交換器１７０において、加熱された流体は、熱利用機器１８２に供給される。なお、熱利用機器１８２に供給される流体、および、第２熱交換器１７０から排出される固体粒子の温度は、概ね等しく、第４温度である。第４温度は、熱利用機器２３０の要求温度を満たす所定の温度であり、第２温度より低い。
【0065】
そして、第２熱交換器１７０において、流体と熱交換されることで第２温度から冷却された、第４温度の固体粒子は、排出部１９０（排出管１９２）を通じて、第１熱交換器１４０に供給される。また、ブロワ１１２から、箱体１３２を通じて第１熱交換器１４０に気体が供給される。したがって、第１熱交換器１４０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、第１熱交換器１４０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５温度である。
【0066】
そして、固気分離器１５０は、第１熱交換器１４０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５温度の気体）は、配管２２２ａを通じて熱利用機器２３０に供給される。なお、第５温度は、熱利用機器２３０の要求温度を満たす所定の温度であり、第４温度より低い。また、第２熱交換器１７０において、第４温度に加熱された流動化ガスは、排気管１７４ｂを通じて、熱利用機器２３０に供給される。これにより、熱利用機器２３０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５温度の固体粒子は、配管１５４ｂを通じて低温槽２００に供給される。低温槽２００は、第５温度の固体粒子を貯留する。
【0067】
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流体とで熱交換が為され、熱が流体に伝達される。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、高温の流体（第４温度の流体）が熱利用機器１８２で利用される（例えば、発電される）。
【0068】
なお、制御部２４０は、熱利用機器１８２の要求温度および要求流量に基づいて、流量調整機構１６６の開度を調整する。具体的に説明すると、流体供給部１８０が熱利用機器１８２の要求流量で、第２熱交換器１７０の伝熱管１７８に流体を供給し、高温槽１６０に貯留された第２温度の固体粒子で流体を加熱する場合に、流体を第４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２４０は、決定された量の固体粒子が、第２熱交換器１７０に供給されるように流量調整機構１６６の開度を調整する。
【0069】
これにより、熱利用機器１８２に供給される流体の温度を熱利用機器１８２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４温度の流体を熱利用機器１８２に供給することが可能となる。熱利用機器１８２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。
【0070】
また、第１熱交換器１４０において、第２熱交換器１７０から排出された固体粒子と気体とで熱交換が為される。こうして、固体粒子の熱を回収した気体は、固気分離器１５０、配管２２２ａを通じて、熱利用機器２３０に供給される。熱利用機器２３０は、気体が有する熱を利用する。気体供給部１１０および第１熱交換器１４０を備える構成により、流体を第４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。
【0071】
以上説明したように、本実施形態にかかる蓄エネルギー装置１００は、余剰の電力を熱エネルギーに変換して固体粒子に保持させておく。これにより、余剰の電力を二次電池に蓄電する従来技術や余剰の電力を水素に転換する従来技術と比較して低コストでエネルギーを保持することが可能となる。また、余剰の電力を水素に転換して保持しておく従来技術と比較して、必要となった際（例えば、電力が不足している場合）に、保持させたエネルギーを高速で熱エネルギーや電気エネルギーに変換することができる。
【0072】
さらに、レンガブロックで蓄熱する従来技術と比較して、蓄熱モードにおいて、蓄熱させる固体粒子の量を調整することで、余剰電力が変動しても、指定する第２温度の固体粒子を貯留することができる。
【0073】
また、放熱モードにおいて、流体供給部１８０が供給する流体の流量を熱利用機器１８２の要求流量とし、第２熱交換器１７０に供給される固体粒子の量を調整することによって、熱利用機器１８２に供給される流体の温度を熱利用機器１８２の要求温度とすることができる。したがって、補助燃料を要さずとも、熱利用機器１８２の時間的な負荷変動に対しても対応することが可能となる。
【0074】
また、上記したように、第２熱交換器１７０は、高温槽１６０に貯留された第２温度の固体粒子と、熱利用機器１８２によって利用される流体とを熱交換させる。したがって、第２熱交換器１７０は、固体粒子が有する熱を直接流体に伝達することができる。つまり、第２熱交換器１７０は、他の熱媒体を介さずに、固体粒子が有する熱を流体に伝達することが可能となる。このため、第２熱交換器１７０は、効率よく流体を加熱することができる。これにより、熱利用機器１８２は、固体粒子によって蓄熱された熱を効率よく利用することが可能となる。
【0075】
また、上記したように、蓄エネルギー装置１００は、予熱器１２０を備える。予熱器１２０は、蓄熱モードにおいて、固気分離器１５０によって分離された高温の気体で、加熱器１３４に供給される前の気体を予熱する。これにより、蓄熱モードにおいて、加熱器１３４によって発生させた熱を効率よく固体粒子に蓄熱させることができる。
【0076】
［第１の変形例：蓄エネルギー装置３００］
上記第１の実施形態において、蓄エネルギー装置１００が熱利用機器２３０を備える場合を例に挙げた。しかし、蓄エネルギー装置３００は、熱利用機器２３０を備えなくてもよい。
上記第１の実施形態において、蓄エネルギー装置１００が熱利用機器２３０を備える場合を例に挙げた。しかし、蓄エネルギー装置３００は、熱利用機器２３０を備えなくてもよい。
【0077】
図５は、第１の変形例に係る蓄エネルギー装置３００を説明する図である。図５に示すように、蓄エネルギー装置３００は、気体供給部１１０と、予熱器１２０と、加熱室１３０と、第１熱交換器１４０と、固気分離器１５０と、切換部１５２と、高温槽１６０と、高温粒子供給部１６２と、第２熱交換器１７０と、流体供給部１８０と、熱利用機器１８２と、排出部１９０と、低温槽２００と、低温粒子供給部２１０と、気体送出部３２０と、制御部２４０とを含む。なお、図５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。また、破線の矢印は、気体および流体の流れを示す。また、上記蓄エネルギー装置１００と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【0078】
第１の変形例において、気体送出部３２０は、固気分離器１５０によって固気分離された気体をブロワ１１２または予熱器１２０に供給する。気体送出部３２０は、配管３２２ａ、３２２ｂと、流量調整機構３２４ａ、３２４ｂとを含む。配管３２２ａは、固気分離器１５０の気体の排気口と、予熱器１２０とを接続する。流量調整機構３２４ａは、配管３２２ａに設けられる。配管３２２ｂは、固気分離器１５０の気体の排気口と、ブロワ１１２の吸入側とを接続する。流量調整機構３２４ｂは、配管３２２ｂに設けられる。
【0079】
第１の変形例において、制御部２４０は、蓄熱モードにおいて、流量調整機構３２４ａを開き、流量調整機構３２４ｂを閉じる。これにより、蓄熱モードにおいて、予熱器１２０に高温の気体を供給することにより、低温槽２００に貯留される固体粒子の温度を高くすることができる。なお、蓄熱モードにおいて、ブロワ１１２は、大気（空気）を吸入する。また、制御部２４０は、放熱モードにおいて、流量調整機構３２４ｂを開き、流量調整機構３２４ａを閉じる。これにより、放熱モードにおいて、ブロワ１１２を介して、高温の気体を再循環させることができる。
【0080】
第１の変形例において、気体送出部３２０が、放熱モードにおいて、ブロワ１１２に高温の気体を供給することにより、低温槽２００に貯留される固体粒子の温度を高くすることができる。したがって、次回の蓄熱モードにおいて、加熱器１３４に供給される電力が少なくても、高温槽１６０が貯留する第２温度の固体粒子の量を増加させることが可能となる。
【0081】
［第２の変形例］
上記第１の変形例において、予熱器１２０と、第２熱交換器１７０とが別体である構成を例に挙げた。しかし、予熱器１２０と第２熱交換器１７０とは、一体形成されてもよい。
上記第１の変形例において、予熱器１２０と、第２熱交換器１７０とが別体である構成を例に挙げた。しかし、予熱器１２０と第２熱交換器１７０とは、一体形成されてもよい。
【0082】
図６は、第２の変形例に係る熱交換装置４００を説明する図である。図７は、図６におけるＶＩ－ＶＩ線の断面を上から見た図である。図８は、風箱室ＷＲの水平断面図である。なお、図７中、理解を容易にするために、伝熱管１７８、伝熱管４８０、サイクロン４９０、および、固体粒子の記載を省略する。
【0083】
図６に示すように、熱交換装置４００は、容器４１０と、分散板４２０と、仕切板４３０と、第１区画板４３２と、第２区画板４３４と、第１分割板４４０と、第２分割板４４２と、第３分割板４４４と、流動化ガス供給装置４５０と、伝熱管１７８と、伝熱管４８０と、サイクロン４９０とを含む。なお、図６中、実線の矢印は、流体の流れを示す。また、上記蓄エネルギー装置１００と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【0084】
容器４１０は、例えば、角筒形状である。第２の変形例において、容器４１０の上面ＴＳには、排気口４１２が形成される。
【0085】
分散板４２０は、容器４１０内に設けられる。分散板４２０は、水平方向に延在して、容器４１０内を、収容室ＡＲと、風箱室ＷＲとに分割する。分散板４２０には、複数の孔が形成される。複数の孔の大きさは、後述する固体粒子が通過不可能、または、通過困難となる大きさである。
【0086】
収容室ＡＲは、容器４１０の上部に形成される。収容室ＡＲには、固体粒子が収容される。分散板４２０は、収容室ＡＲの底面として機能する。
【0087】
風箱室ＷＲは、容器４１０内における収容室ＡＲの下方に形成される。
【0088】
仕切板４３０は、収容室ＡＲ内に設けられる。仕切板４３０は、鉛直方向に延在する板である。仕切板４３０の上端は、収容室ＡＲの上面（容器４１０の上面ＴＳ）から離隔する。仕切板４３０の下端は、分散板４２０（収容室ＡＲの底面）から離隔する。
【0089】
図７に示すように、仕切板４３０における水平方向（前後方向、左右方向）の両端は、容器４１０の側面ＳＳに接続される。仕切板４３０は、収容室ＡＲ内を第１室ＦＲと第２室ＳＲとに区画する。
【0090】
なお、図示は省略するが、第２の変形例において、高温粒子供給部１６２の配管１６４は、容器４１０の上面ＴＳの上面を貫通する。配管１６４の下端は、第１室ＦＲ内に配される。配管１６４の下端は、排出管１９２の上端より下方に位置する。第２の変形例において、配管１６４の下端は、第１室ＦＲにおける分散板１７４ａの近傍に位置する。また、排出管１９２の上端は、容器４１０の側面のうち、第１室ＦＲにおける流動層の上面近傍に接続される。
【0091】
図６に戻って説明すると、第１区画板４３２は、収容室ＡＲにおける第１室ＦＲの底面（分散板４２０のうちの第１室ＦＲに位置する箇所）から上方に立設する板である。第１区画板４３２の上端（先端）は、仕切板４３０の下端よりも上方に位置する。
【0092】
第２区画板４３４は、収容室ＡＲにおける第２室ＳＲの底面（分散板４２０のうちの第２室ＳＲに位置する箇所）から上方に立設する板である。第２区画板４３４の上端（先端）は、仕切板４３０の下端よりも上方に位置する。
【0093】
図７に示すように、第１区画板４３２における水平方向の両端は、容器４１０の側面ＳＳに接続される。同様に、第２区画板４３４における水平方向の両端は、容器４１０の側面ＳＳに接続される。
【0094】
図６に戻って説明すると、第１分割板４４０、第２分割板４４２、および、第３分割板４４４は、風箱室ＷＲ内に設けられる。第１分割板４４０、第２分割板４４２、および、第３分割板４４４によって、風箱室ＷＲ内の空間が４分割される。
【0095】
第１分割板４４０は、風箱室ＷＲ内における第１区画板４３２に対応する位置に設けられる。第１分割板４４０は、鉛直方向に延在する板である。第１分割板４４０の上端は、風箱室ＷＲの上面（分散板４２０）に接続される。第１分割板４４０の下端は、風箱室ＷＲの底面（容器４１０の底面）に接続される。
【0096】
第２分割板４４２は、風箱室ＷＲ内における第２区画板４３４に対応する位置に設けられる。第２分割板４４２は、鉛直方向に延在する板である。第２分割板４４２の上端は、風箱室ＷＲの上面に接続される。第２分割板４４２の下端は、風箱室ＷＲの底面に接続される。
【0097】
第３分割板４４４は、風箱室ＷＲ内における第１分割板４４０と第２分割板４４２との間に設けられる。第２の変形例において、第３分割板４４４は、風箱室ＷＲ内における仕切板４３０に対応する位置に設けられる。第３分割板４４４は、鉛直方向に延在する板である。第３分割板４４４の上端は、風箱室ＷＲの上面に接続される。第３分割板４４４の下端は、風箱室ＷＲの底面に接続される。
【0098】
図８に示すように、第１分割板４４０における水平方向の両端は、容器４１０の側面ＳＳに接続される。同様に、第２分割板４４２における水平方向の両端は、容器４１０の側面ＳＳに接続される。また、第３分割板４４４における水平方向の両端は、容器４１０の側面ＳＳに接続される。
【0099】
したがって、分散板４２０と、容器４１０の側面ＳＳおよび底面と、第１分割板４４０とによって、第１分割空間Ｐ（第１空間）が形成される。また、分散板４２０と、容器４１０の側面ＳＳおよび底面と、第２分割板４４２とによって、第２分割空間Ｓ（第２空間）が形成される。分散板４２０と、容器４１０の底面と、第１分割板４４０と、第３分割板４４４とによって、第３分割空間Ｑ（第５空間）が形成される。また、分散板４２０と、容器４１０の底面と、第２分割板４４２と、第３分割板４４４とによって、第４分割空間Ｒ（第４空間）が形成される。
【0100】
図６に戻って説明すると、流動化ガス供給装置４５０は、風箱室ＷＲに流動化ガスを供給する。第２の変形例において、流動化ガスは、固気分離器１５０によって固気分離された高温の気体である。流動化ガス供給装置４５０は、配管３２２ａと、第１分岐管４６０と、第１流量調整弁Ｖ１と、第２分岐管４６２と、第２流量調整弁Ｖ２と、第３分岐管４６４と、第３流量調整弁Ｖ３と、第４分岐管４６６と、第４流量調整弁Ｖ４とを含む。
【0101】
第１分岐管４６０は、配管３２２ａと第１分割空間Ｐとを接続する。第１流量調整弁Ｖ１は、第１分岐管４６０に設けられる。第１流量調整弁Ｖ１は、第１分岐管４６０に形成される流路断面積を変更する。
【0102】
第２分岐管４６２は、配管３２２ａと第２分割空間Ｓとを接続する。第２流量調整弁Ｖ２は、第２分岐管４６２に設けられる。第２流量調整弁Ｖ２は、第２分岐管４６２に形成される流路断面積を変更する。
【0103】
第３分岐管４６４は、配管３２２ａと第３分割空間Ｑとを接続する。第３流量調整弁Ｖ３は、第３分岐管４６４に設けられる。第３流量調整弁Ｖ３は、第３分岐管４６４に形成される流路断面積を変更する。
【0104】
第４分岐管４６６は、配管３２２ａと第４分割空間Ｒとを接続する。第４流量調整弁Ｖ４は、第４分岐管４６６に設けられる。第４流量調整弁Ｖ４は、第４分岐管４６６に形成される流路断面積を変更する。
【0105】
伝熱管１７８は、一部が第１室ＦＲ内に臨む。
【0106】
伝熱管４８０は、一部が第２室ＳＲ内に臨む。伝熱管４８０の入口には、ブロワ１１２の吐出側が接続される。また、伝熱管４８０の出口には、気体供給路１１４が接続される。
【0107】
サイクロン４９０は、容器４１０の排気口４１２から排気された固気混合物を固気分離する。固気混合物は、固体粒子と流動化ガスとを含む。サイクロン４９０によって分離された流動化ガスは、外部に排気される。また、サイクロン４９０によって分離された固体粒子は、収容室ＡＲ内に返送される。
【0108】
第２の変形例において、制御部２４０は、第１流量調整弁Ｖ１、第２流量調整弁Ｖ２、第３流量調整弁Ｖ３、第４流量調整弁Ｖ４の開度を調整する。第２の変形例に係る制御部２４０は、蓄熱モードにおいて、予熱運転処理を行う。以下、予熱運転処理について説明する。
【0109】
［予熱運転処理］
予熱運転処理は、伝熱管４８０を通過する気体と固体粒子とを熱交換させ、伝熱管１７８を通過する流体と固体粒子との熱交換を停止する処理である。
予熱運転処理は、伝熱管４８０を通過する気体と固体粒子とを熱交換させ、伝熱管１７８を通過する流体と固体粒子との熱交換を停止する処理である。
【0110】
予熱運転処理において、制御部２４０は、第２流量調整弁Ｖ２の開度を調整する。第２の変形例において、制御部２４０は、第２分割空間Ｓ、および、分散板４２０を通じて第２室ＳＲ内に供給される流動化ガスの空塔速度Ｖｂが、最小流動化速度Ｕｍｆ超の所定の速度ＶＢより大きくなるように、第２流量調整弁Ｖ２の開度を調整する。速度ＶＢは、下記式（１）で表される。
ＶＢ ＝ Ｕｍｆ×（第２分割空間Ｓの水平断面積＋第４分割空間Ｒの水平断面積）／（第２分割空間Ｓの水平断面積） 式（１）
ＶＢ ＝ Ｕｍｆ×（第２分割空間Ｓの水平断面積＋第４分割空間Ｒの水平断面積）／（第２分割空間Ｓの水平断面積） 式（１）
【0111】
また、予熱運転処理において、制御部２４０は、第１流量調整弁Ｖ１、第３流量調整弁Ｖ３および第４流量調整弁Ｖ４を閉じる。
【0112】
予熱運転処理が実行されると、第２室ＳＲ内の固体粒子が流動化する。また、流動化ガスが有する熱で、第２室ＳＲ内の固体粒子が加熱される。これにより、流動化された固体粒子と、伝熱管４８０内を通過する気体との間で熱交換が行われる。また、第１室ＦＲへの流動化ガスの供給が停止されるため、第１室ＦＲ内の固体粒子は、流動化しない。つまり、第１室ＦＲ内の固体粒子は、ほとんど動かない。また、第１室ＦＲ内の固体粒子は、流動化ガスによって加熱されない。
【0113】
つまり、予熱運転処理において、第２室ＳＲおよび伝熱管４８０は、気体供給路１１４を通過する気体を予熱する予熱器として機能する。
【0114】
また、第２の変形例に係る制御部２４０は、放熱モードにおいて、第１運転処理、第２運転処理、または、第３運転処理を行う。以下、各運転処理について説明する。
【0115】
［第１運転処理］
第１運転処理は、伝熱管１７８を通過する流体と固体粒子とを熱交換させ、伝熱管４８０を通過する気体と固体粒子との熱交換を停止する処理である。
第１運転処理は、伝熱管１７８を通過する流体と固体粒子とを熱交換させ、伝熱管４８０を通過する気体と固体粒子との熱交換を停止する処理である。
【0116】
第１運転処理において、制御部２４０は、第１流量調整弁Ｖ１の開度を調整する。第２の変形例において、制御部２４０は、第１分割空間Ｐ、および、分散板４２０を通じて第１室ＦＲ内に供給される流動化ガスの空塔速度Ｖａが、最小流動化速度Ｕｍｆ超の所定の速度ＶＡより大きくなるように、第１流量調整弁Ｖ１の開度を調整する。速度ＶＡは、下記式（２）で表される。
ＶＡ ＝ Ｕｍｆ×（第１分割空間Ｐの水平断面積＋第３分割空間Ｑの水平断面積）／（第１分割空間Ｐの水平断面積） 式（２）
ＶＡ ＝ Ｕｍｆ×（第１分割空間Ｐの水平断面積＋第３分割空間Ｑの水平断面積）／（第１分割空間Ｐの水平断面積） 式（２）
【0117】
また、第１運転処理において、制御部２４０は、第２流量調整弁Ｖ２、第３流量調整弁Ｖ３および第４流量調整弁Ｖ４を閉じる。
【0118】
第１運転処理が実行されると、第１室ＦＲ内の固体粒子が流動化する。また、流動化ガスが有する熱で、第１室ＦＲ内の固体粒子が加熱される。これにより、流動化された固体粒子と、伝熱管１７８内を通過する流体との間で熱交換が行われる。また、第２室ＳＲへの流動化ガスの供給が停止されるため、第２室ＳＲ内の固体粒子は、流動化しない。つまり、第２室ＳＲ内の固体粒子は、ほとんど動かない。また、第２室ＳＲ内の固体粒子は、流動化ガスによって加熱されない。このため、伝熱管４８０内を通過する気体に対する熱交換は行われない。
【0119】
つまり、第１運転処理において、第１室ＦＲおよび伝熱管１７８は、高温槽１６０から固体粒子が供給され、固体粒子と流体とを熱交換させる第２熱交換器として機能する。
【0120】
［第２運転処理］
第２運転処理は、伝熱管１７８を通過する流体と固体粒子とを熱交換させ、伝熱管４８０を通過する気体と固体粒子とを熱交換させ、流体および気体の温度を実質的に等しくする処理である。
第２運転処理は、伝熱管１７８を通過する流体と固体粒子とを熱交換させ、伝熱管４８０を通過する気体と固体粒子とを熱交換させ、流体および気体の温度を実質的に等しくする処理である。
【0121】
第２運転処理において、制御部２４０は、第１流量調整弁Ｖ１、第２流量調整弁Ｖ２、第３流量調整弁Ｖ３、および、第４流量調整弁Ｖ４の開度を調整する。第２の変形例において、制御部２４０は、第１分割空間Ｐ、第３分割空間Ｑ、および、分散板４２０を通じて第１室ＦＲ内に供給される流動化ガスの空塔速度、ならびに、第２分割空間Ｓ、第４分割空間Ｒ、および、分散板４２０を通じて第２室ＳＲ内に供給される流動化ガスの空塔速度が最小流動化速度Ｕｍｆより大きい所定の速度となるように、第１流量調整弁Ｖ１、第２流量調整弁Ｖ２、第３流量調整弁Ｖ３、および、第４流量調整弁Ｖ４の開度を調整する。
【0122】
第２運転処理が実行されると、第１室ＦＲ内の固体粒子および第２室ＳＲ内の固体粒子が流動化する。また、流動化ガスが有する熱で、第１室ＦＲ内の固体粒子および第２室ＳＲ内の固体粒子が加熱される。これにより、第１室ＦＲにおいて、流動化された固体粒子と、伝熱管１７８内を通過する流体との間で熱交換が行われ、第２室ＳＲ内において、流動化された固体粒子と、伝熱管４８０内を通過する気体との間で熱交換が行われる。
【0123】
また、制御部２４０は、第１室ＦＲ内に供給される流動化ガスの空塔速度と、第２室ＳＲ内に供給される流動化ガスの空塔速度とを実質的に等しくする。これにより、第１室ＦＲ内の固体粒子および第２室ＳＲ内の固体粒子を実質的に等しく加熱させることができる。また、第１室ＦＲ内の固体粒子および第２室ＳＲ内の固体粒子を実質的に等しく流動化させることができる。このため、第２運転処理が実行されることにより、流体および気体の温度を実質的に等しくすることができる。
【0124】
つまり、第２運転処理において、第１室ＦＲおよび伝熱管１７８は、高温槽１６０から固体粒子が供給され、固体粒子と流体とを熱交換させる第２熱交換器として機能する。また、第２運転処理において、第２室ＳＲおよび伝熱管４８０は、気体供給路１１４を通過する気体を予熱する予熱器として機能する。
【0125】
［第３運転処理］
第３運転処理は、伝熱管１７８を通過する流体と固体粒子とを熱交換させ、伝熱管４８０を通過する気体と固体粒子とを熱交換させ、気体の温度を流体の温度よりも高くする処理である。
第３運転処理は、伝熱管１７８を通過する流体と固体粒子とを熱交換させ、伝熱管４８０を通過する気体と固体粒子とを熱交換させ、気体の温度を流体の温度よりも高くする処理である。
【0126】
第３運転処理において、制御部２４０は、第１流量調整弁Ｖ１、第２流量調整弁Ｖ２、第３流量調整弁Ｖ３、および、第４流量調整弁Ｖ４の開度を調整する。第２の変形例において、制御部２４０は、第１分割空間Ｐ、第３分割空間Ｑ、および、分散板４２０を通じて第１室ＦＲ内に供給される流動化ガスの空塔速度が最小流動化速度Ｕｍｆとなるように、第１流量調整弁Ｖ１および第３流量調整弁Ｖ３の開度を調整する。また、制御部２４０は、第２分割空間Ｓ、第４分割空間Ｒ、および、分散板４２０を通じて第２室ＳＲ内に供給される流動化ガスの空塔速度が最小流動化速度Ｕｍｆより大きい所定の速度となるように、第２流量調整弁Ｖ２、および、第４流量調整弁Ｖ４の開度を調整する。
【0127】
【0128】
第３運転処理が実行されると、第１室ＦＲ内の固体粒子および第２室ＳＲ内の固体粒子が流動化する。また、流動化ガスが有する熱で、第１室ＦＲ内の固体粒子および第２室ＳＲ内の固体粒子が加熱される。これにより、第１室ＦＲにおいて、流動化された固体粒子と、伝熱管１７８内を通過する流体との間で熱交換が行われ、第２室ＳＲ内において、流動化された固体粒子と、伝熱管４８０内を通過する気体との間で熱交換が行われる。
【0129】
また、上記したように、第２室ＳＲ内に供給される流動化ガスの空塔速度は、第１室ＦＲ内に供給される流動化ガスの空塔速度よりも大きい。このため、図９に示すように、第２室ＳＲ内の固体粒子は、第２室ＳＲ内を上昇し、仕切板４３０を超えて、第１室ＦＲに移動する。また、上記したように、第１室ＦＲ内に供給される流動化ガスの空塔速度は、最小流動化速度Ｕｍｆである。したがって、第２室ＳＲから第１室ＦＲに供給された固体粒子の分、仕切板４３０と分散板４２０との間を通じて、第１室ＦＲから第２室ＳＲへ固体粒子が移動する。こうして、固体粒子は、第２室ＳＲと第１室ＦＲとを循環することになる。
【0130】
また、上記したように、第４分割空間Ｒから第２室ＳＲ内に供給される流動化ガスの空塔速度は、最小流動化速度Ｕｍｆより大きい。このため、第１室ＦＲから第２室ＳＲへの固体粒子の移動を促進させることができる。
【0131】
また、上記したように、第３分割空間Ｑから第１室ＦＲ内に供給される流動化ガスの空塔速度は、第４分割空間Ｒから第２室ＳＲ内に供給される流動化ガスの空塔速度よりも小さい。このため、第２室ＳＲから第１室ＦＲへの固体粒子の逆流を防止することができる。
【0132】
また、上記したように、第２室ＳＲ内に供給される流動化ガスの空塔速度は、第１室ＦＲ内に供給される流動化ガスの空塔速度よりも大きい。したがって、第２室ＳＲ内の固体粒子の方が、第１室ＦＲ内の固体粒子よりも、流動化ガスによって加熱される。
【0133】
このため、第３運転処理が実行されることにより、気体の温度を流体よりも高くすることができる。
【0134】
つまり、第３運転処理において、第１室ＦＲおよび伝熱管１７８は、高温槽１６０から固体粒子が供給され、固体粒子と流体とを熱交換させる第２熱交換器として機能する、また、第３運転処理において、第２室ＳＲおよび伝熱管４８０は、気体供給路１１４を通過する気体を予熱する予熱器として機能する。
【0135】
［第４運転処理］
第４運転処理は、伝熱管１７８を通過する流体と固体粒子とを熱交換させ、伝熱管４８０を通過する気体と固体粒子とを熱交換させ、流体の温度を気体の温度よりも高くする処理である。
第４運転処理は、伝熱管１７８を通過する流体と固体粒子とを熱交換させ、伝熱管４８０を通過する気体と固体粒子とを熱交換させ、流体の温度を気体の温度よりも高くする処理である。
【0136】
第４運転処理において、制御部２４０は、第１流量調整弁Ｖ１、第２流量調整弁Ｖ２、第３流量調整弁Ｖ３、および、第４流量調整弁Ｖ４の開度を調整する。第２の変形例において、制御部２４０は、第１分割空間Ｐ、第３分割空間Ｑ、および、分散板４２０を通じて第１室ＦＲ内に供給される流動化ガスの空塔速度が最小流動化速度Ｕｍｆより大きい所定の速度となるように、第１流量調整弁Ｖ１、および、第３流量調整弁Ｖ３の開度を調整する。また、制御部２４０は、第２分割空間Ｓ、第４分割空間Ｒ、および、分散板４２０を通じて第２室ＳＲ内に供給される流動化ガスの空塔速度が最小流動化速度Ｕｍｆとなるように、第２流量調整弁Ｖ２および第４流量調整弁Ｖ４の開度を調整する。
【0137】
【0138】
第４運転処理が実行されると、第１室ＦＲ内の固体粒子および第２室ＳＲ内の固体粒子が流動化する。また、流動化ガスが有する熱で、第１室ＦＲ内の固体粒子および第２室ＳＲ内の固体粒子が加熱される。これにより、第１室ＦＲにおいて、流動化された固体粒子と、伝熱管１７８内を通過する流体との間で熱交換が行われ、第２室ＳＲ内において、流動化された固体粒子と、伝熱管４８０内を通過する気体との間で熱交換が行われる。
【0139】
また、上記したように、第１室ＦＲ内に供給される流動化ガスの空塔速度は、第２室ＳＲ内に供給される流動化ガスの空塔速度よりも大きい。このため、図１０に示すように、第１室ＦＲ内の固体粒子は、第１室ＦＲ内を上昇し、仕切板４３０を超えて、第２室ＳＲに移動する。また、上記したように、第２室ＳＲ内に供給される流動化ガスの空塔速度は、最小流動化速度Ｕｍｆである。したがって、第１室ＦＲから第２室ＳＲに供給された固体粒子の分、仕切板４３０と分散板４２０との間を通じて、第２室ＳＲから第１室ＦＲへ固体粒子が移動する。こうして、固体粒子は、第１室ＦＲと第２室ＳＲとを循環することになる。
【0140】
また、上記したように、第３分割空間Ｑから第１室ＦＲ内に供給される流動化ガスの空塔速度は、最小流動化速度Ｕｍｆより大きい。このため、第２室ＳＲから第１室ＦＲへの固体粒子の移動を促進させることができる。
【0141】
また、上記したように、第４分割空間Ｒから第２室ＳＲ内に供給される流動化ガスの空塔速度は、第３分割空間Ｑから第１室ＦＲ内に供給される流動化ガスの空塔速度よりも小さい。このため、第１室ＦＲから第２室ＳＲへの固体粒子の逆流を防止することができる。
【0142】
また、上記したように、第１室ＦＲ内に供給される流動化ガスの空塔速度は、第２室ＳＲ内に供給される流動化ガスの空塔速度よりも大きい。したがって、第１室ＦＲ内の固体粒子の方が、第２室ＳＲ内の固体粒子よりも、流動化ガスによって加熱される。
【0143】
このため、第４運転処理が実行されることにより、流体の温度を気体よりも高くすることができる。
【0144】
つまり、第４運転処理において、第１室ＦＲおよび伝熱管１７８は、高温槽１６０から固体粒子が供給され、固体粒子と流体とを熱交換させる第２熱交換器として機能する。また、第４運転処理において、第２室ＳＲおよび伝熱管４８０は、気体供給路１１４を通過する気体を予熱する予熱器として機能する。
【0145】
以上説明したように、第２の変形例に係る熱交換装置４００は、１つの収容室ＡＲ内に伝熱管１７８、および、伝熱管４８０を備え、伝熱管１７８が設けられる第１室ＦＲと、伝熱管４８０が設けられる第２室ＳＲとにおいて、固体粒子の流動状態を異ならせることができる。これにより、熱交換装置４００は、流体と、気体とを異なる温度に熱交換しつつ、小型化することが可能となる。
【0146】
［第３の変形例］
上記第２の変形例では、熱交換装置４００が第３分割板４４４を備える場合を例に挙げた。しかし、熱交換装置４００は、第３分割板４４４を備えないとしてもよい。
上記第２の変形例では、熱交換装置４００が第３分割板４４４を備える場合を例に挙げた。しかし、熱交換装置４００は、第３分割板４４４を備えないとしてもよい。
【0147】
図１１は、第３の変形例に係る熱交換装置５００を説明する図である。図１１に示すように、熱交換装置５００は、容器４１０と、分散板４２０と、仕切板４３０と、第１区画板４３２と、第２区画板４３４と、第１分割板４４０と、第２分割板４４２と、流動化ガス供給装置５５０と、伝熱管１７８と、伝熱管４８０と、サイクロン４９０とを含む。なお、図１１中、実線の矢印は、流体の流れを示す。また、上記熱交換装置４００と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【0148】
熱交換装置５００は、熱交換装置４００とは異なり、第３分割板４４４を備えない。このため、熱交換装置５００において、分散板４２０と、容器４１０の側面ＳＳおよび底面と、第１分割板４４０とによって、第１分割空間Ｐ（第１空間）が形成される。また、分散板４２０と、容器４１０の側面ＳＳおよび底面と、第２分割板４４２とによって、第２分割空間Ｓ（第２空間）が形成される。分散板４２０と、容器４１０の底面と、第１分割板４４０と、第２分割板４４２とによって、分割空間Ｔ（第３空間）が形成される。
【0149】
流動化ガス供給装置５５０は、配管３２２ａと、第１分岐管４６０と、第１流量調整弁Ｖ１と、第２分岐管４６２と、第２流量調整弁Ｖ２と、第３分岐管４６４と、第３流量調整弁Ｖ３とを含む。
【0150】
第３分岐管４６４は、配管３２２ａと分割空間Ｔとを接続する。第３流量調整弁Ｖ３は、第３分岐管４６４に設けられる。第３流量調整弁Ｖ３は、第３分岐管４６４に形成される流路断面積を変更する。
【0151】
第３の変形例において、制御部２４０は、第２流量調整弁Ｖ２の開度を調整して、予熱運転処理を実行する。予熱運転処理において、制御部２４０は、第２分割空間Ｓ、および、分散板４２０を通じて第２室ＳＲ内に供給される流動化ガスの空塔速度Ｖｂが、上記速度ＶＢより大きくなるように、第２流量調整弁Ｖ２の開度を調整する。また、予熱運転処理において、制御部２４０は、第１流量調整弁Ｖ１および第３流量調整弁Ｖ３を閉じる。
【0152】
第３の変形例において、制御部２４０は、第１流量調整弁Ｖ１の開度を調整して、第１運転処理を実行する。第１運転処理において、制御部２４０は、第１分割空間Ｐ、および、分散板４２０を通じて第１室ＦＲ内に供給される流動化ガスの空塔速度Ｖａが、上記速度ＶＡより大きくなるように、第１流量調整弁Ｖ１の開度を調整する。また、第１運転処理において、制御部２４０は、第２流量調整弁Ｖ２および第３流量調整弁Ｖ３を閉じる。
【0153】
第３の変形例において、制御部２４０は、第１流量調整弁Ｖ１、第２流量調整弁Ｖ２、および、第３流量調整弁Ｖ３の開度を調整して、第２運転処理を実行する。第２運転処理において、制御部２４０は、第１分割空間Ｐ、分割空間Ｔ、および、分散板４２０を通じて第１室ＦＲ内に供給される流動化ガスの空塔速度、ならびに、第２分割空間Ｓ、分割空間Ｔ、および、分散板４２０を通じて第２室ＳＲ内に供給される流動化ガスの空塔速度が最小流動化速度Ｕｍｆより大きい所定の速度となるように、第１流量調整弁Ｖ１、第２流量調整弁Ｖ２、および、第３流量調整弁Ｖ３の開度を調整する。
【0154】
第３の変形例において、制御部２４０は、第１流量調整弁Ｖ１、第２流量調整弁Ｖ２、および、第３流量調整弁Ｖ３の開度を調整して、第３運転処理を実行する。第３運転処理において、制御部２４０は、第１分割空間Ｐ、分割空間Ｔ、および、分散板４２０を通じて第１室ＦＲ内に供給される流動化ガスの空塔速度が最小流動化速度Ｕｍｆとなるように、第１流量調整弁Ｖ１および第３流量調整弁Ｖ３の開度を調整する。また、制御部２４０は、第２分割空間Ｓ、および、分散板４２０を通じて第２室ＳＲ内に供給される流動化ガスの空塔速度が最小流動化速度Ｕｍｆより大きい所定の速度となるように、第２流量調整弁Ｖ２の開度を調整する。
【0155】
第３の変形例において、制御部２４０は、第１流量調整弁Ｖ１、第２流量調整弁Ｖ２、および、第３流量調整弁Ｖ３の開度を調整して、第４運転処理を実行する。第４運転処理において、制御部２４０は、第２分割空間Ｓ、分割空間Ｔ、および、分散板４２０を通じて第２室ＳＲ内に供給される流動化ガスの空塔速度が最小流動化速度Ｕｍｆとなるように、第２流量調整弁Ｖ２および第３流量調整弁Ｖ３の開度を調整する。また、制御部２４０は、第１分割空間Ｐ、および、分散板４２０を通じて第１室ＦＲ内に供給される流動化ガスの空塔速度が最小流動化速度Ｕｍｆより大きい所定の速度となるように、第１流量調整弁Ｖ１の開度を調整する。
【0156】
第３の変形例に係る熱交換装置５００においても、１つの収容室ＡＲ内に伝熱管１７８、および、伝熱管４８０を備え、伝熱管１７８が設けられる第１室ＦＲと、伝熱管４８０が設けられる第２室ＳＲとにおいて、固体粒子の流動状態を異ならせることができる。これにより、熱交換装置５００は、流体と、気体とを異なる温度に熱交換しつつ、小型化することが可能となる。
【0157】
［第２の実施形態：蓄エネルギー装置６００］
図１２は、第２の実施形態に係る蓄エネルギー装置６００を説明する図である。図１２に示すように、蓄エネルギー装置６００は、気体供給部１１０と、予熱器１２０と、加熱室６１０と、第１熱交換器１４０と、固気分離器１５０と、固体粒子供給管６２０と、高温槽１６０と、高温粒子供給部１６２と、第２熱交換器１７０と、流体供給部１８０と、熱利用機器１８２と、排出部６３０と、低温槽２００と、低温粒子供給部２１０と、気体送出部６４０と、制御部６５０とを含む。なお、図１２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。また、破線の矢印は、流体および気体の流れを示す。一点鎖線の矢印は、集光された太陽光を示す。また、上記蓄エネルギー装置１００、３００と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
図１２は、第２の実施形態に係る蓄エネルギー装置６００を説明する図である。図１２に示すように、蓄エネルギー装置６００は、気体供給部１１０と、予熱器１２０と、加熱室６１０と、第１熱交換器１４０と、固気分離器１５０と、固体粒子供給管６２０と、高温槽１６０と、高温粒子供給部１６２と、第２熱交換器１７０と、流体供給部１８０と、熱利用機器１８２と、排出部６３０と、低温槽２００と、低温粒子供給部２１０と、気体送出部６４０と、制御部６５０とを含む。なお、図１２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。また、破線の矢印は、流体および気体の流れを示す。一点鎖線の矢印は、集光された太陽光を示す。また、上記蓄エネルギー装置１００、３００と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【0158】
第２の実施形態において、加熱室６１０は、箱体１３２と、加熱器６１２とを含む。本実施形態において、加熱器６１２は、太陽光を集光して、気体を加熱する。加熱器６１２は、例えば、集光装置である。加熱器６１２は、箱体１３２内に供給された気体に、太陽光を集光する。これにより、箱体１３２内の空気が加熱される。
【0159】
固体粒子供給管６２０は、固気分離器１５０によって固気分離された固体粒子を高温槽１６０に供給する。固体粒子供給管６２０の上端は、固気分離器１５０に接続される。固体粒子供給管６２０の下端は、高温槽１６０に接続される。
【0160】
排出部６３０は、第２熱交換器１７０から低温槽２００に固体粒子を排出する。本実施形態において、排出部６３０は、排出管６３２を含む。排出管６３２は、収容室１７２ａと低温槽２００とを接続する配管である。排出管６３２の上端は、容器１７２の側面のうち、収容室１７２ａにおける流動層の上面近傍に接続される。排出管６３２の下端は、低温槽２００の上面に接続される。
【0161】
気体送出部６４０は、配管３２２ａおよび流量調整機構３２４ａを備える。
【0162】
制御部６５０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６５０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６５０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６００全体を管理および制御する。本実施形態において、制御部６５０は、気体供給部１１０（ブロワ１１２）、加熱器６１２、流量調整機構１６６、流動化ガス供給部１７６、流体供給部１８０、流量調整機構２１４、気体送出部６４０（流量調整機構３２４ａ）を制御する。
【0163】
［蓄熱モード］
制御部６５０は、流量調整機構１６６を閉じる。制御部６５０は、流動化ガス供給部１７６、流体供給部１８０を停止する。また、制御部６５０は、ブロワ１１２、および、加熱器６１２を動作させる。また、制御部６５０は、流量調整機構３２４ａを開いて開度を調整する。制御部６５０は、流量調整機構２１４を開いて開度を調整する。
制御部６５０は、流量調整機構１６６を閉じる。制御部６５０は、流動化ガス供給部１７６、流体供給部１８０を停止する。また、制御部６５０は、ブロワ１１２、および、加熱器６１２を動作させる。また、制御部６５０は、流量調整機構３２４ａを開いて開度を調整する。制御部６５０は、流量調整機構２１４を開いて開度を調整する。
【0164】
そうすると、加熱器６１２によって太陽光が集光され、気体供給部１１０から箱体１３２に供給された気体が加熱される。加熱器６１２は、第１温度に気体を加熱する。
【0165】
こうして加熱された高温の気体（第１温度の気体）は、第１熱交換器１４０に供給される。また、低温槽２００から第１熱交換器１４０に低温の固体粒子が供給される。したがって、第１熱交換器１４０において、高温の気体と低温の固体粒子とが強く攪拌され、高温の気体と低温の固体粒子とで熱交換が為される。これにより、気体によって固体粒子が加熱され、固体粒子によって気体が冷却される。なお、第１熱交換器１４０の出口において、固体粒子の温度と気体の温度とはほぼ等しくなる（第２温度となる）。
【0166】
そして、固気分離器１５０は、第１熱交換器１４０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２温度の固体粒子）は、固体粒子供給管６２０を通じて高温槽１６０に供給される。高温槽１６０は、高温の固体粒子を貯留する。
【0167】
一方、固気分離された第２温度の気体は、配管３２２ａを通じて、予熱器１２０に供給される。予熱器１２０は、配管３２２ａを通じて固気分離器１５０から供給された第２温度の気体と、ブロワ１１２によって加熱室６１０に供給される気体とを熱交換する。したがって、ブロワ１１２によって加熱室６１０に供給される気体は、第２温度の気体によって、第３温度に加熱される。
【0168】
このように、蓄熱モードにおいて、太陽光が熱に変換されて、まず、気体に伝熱される。そして、高温の気体と低温の固体粒子とで熱交換が為され、熱が固体粒子に伝達される。こうして、太陽光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は気体より高い。
【0169】
なお、制御部６５０は、集光された太陽光が有するエネルギーに基づいて、流量調整機構２１４の開度を調整する。具体的に説明すると、加熱器６１２によって集光された太陽光のエネルギーが熱エネルギーに変換され、この熱エネルギーで（気体を介して）固体粒子を加熱した場合に、第２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６５０は、決定された量の固体粒子が、第１熱交換器１４０に供給されるように流量調整機構２１４の開度を調整する。
【0170】
これにより、太陽光の光量が変動した場合（太陽光の光量が時間的に変動した場合）であっても、高温槽１６０に貯留される固体粒子の温度を、定常的に第２温度に維持することができる。つまり、太陽光の光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４温度の流体を熱利用機器１８２に供給することが可能となる。
【0171】
［放熱モード］
制御部６５０は、流量調整機構３２４ａ、流量調整機構２１４を閉じる。制御部６５０は、ブロワ１１２、加熱器６１２を停止する。また、制御部６５０は、流量調整機構１６６を開いて開度を調整する。制御部６５０は、流体供給部１８０を動作させる。
制御部６５０は、流量調整機構３２４ａ、流量調整機構２１４を閉じる。制御部６５０は、ブロワ１１２、加熱器６１２を停止する。また、制御部６５０は、流量調整機構１６６を開いて開度を調整する。制御部６５０は、流体供給部１８０を動作させる。
【0172】
そうすると、第２熱交換器１７０には、高温槽１６０から高温の固体粒子（第２温度の固体粒子）が供給される。また、流体供給部１８０から伝熱管１７８に流体が供給される。したがって、第２熱交換器１７０において、低温の流体と高温の固体粒子とで熱交換が為される。これにより、固体粒子によって流体が加熱され、流体によって固体粒子が冷却される。こうして、第２熱交換器１７０において、加熱された流体は、熱利用機器１８２に供給される。なお、熱利用機器１８２に供給される流体、および、第２熱交換器１７０から排出される固体粒子の温度は、概ね等しく、第４温度である。
【0173】
そして、第２熱交換器１７０において、流体と熱交換されることで第２温度から冷却された、第４温度の固体粒子は、排出部６３０（排出管６３２）を通じて、低温槽２００に供給される。低温槽２００は、第４温度の固体粒子を貯留する。
【0174】
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流体とで熱交換が為され、熱が流体に伝達される。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、高温の流体（第４温度の流体）が熱利用機器１８２で利用される（例えば、発電される）。
【0175】
なお、制御部６５０は、熱利用機器１８２の要求温度および要求流量に基づいて、流量調整機構１６６の開度を調整する。具体的に説明すると、流体供給部１８０が熱利用機器１８２の要求流量で、第２熱交換器１７０の伝熱管１７８に流体を供給し、高温槽１６０に貯留された第２温度の固体粒子で流体を加熱する場合に、流体を第４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６５０は、決定された量の固体粒子が、第２熱交換器１７０に供給されるように流量調整機構１６６の開度を調整する。
【0176】
これにより、熱利用機器１８２に供給される流体の温度を熱利用機器１８２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４温度の流体を熱利用機器１８２に供給することが可能となる。熱利用機器１８２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。
【0177】
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。
【0178】
例えば、上述した実施形態および変形例において、気体供給部１１０が、ブロワ１１２を備える構成を例に挙げて説明した。しかし、気体供給部１１０は、気体を第１熱交換器１４０に供給できれば構成に限定はない。例えば、気体供給部１１０は、ブロワ１１２に代えて、圧縮気体源（例えば、圧縮空気源）やポンプを備えてもよい。
【0179】
また、上記実施形態および変形例において、第１熱交換器１４０の底面から気体が供給される構成を例に挙げて説明した。しかし、気体は、第１熱交換器１４０における固体粒子の供給箇所より下方から供給されればよい。例えば、気体は、第１熱交換器１４０の下部から供給されてもよい。また、気体供給部１１０は、常圧の気体を供給してもよいし、加圧した気体を供給してもよい。
【0180】
また、上記実施形態および変形例において、第２熱交換器１７０が固体粒子の流動層を形成する構成を例に挙げて説明した。これにより、放熱モードにおいて固体粒子の熱で効率よく流体を予熱することができる。しかし、第２熱交換器１７０は、固体粒子と流体とを熱交換させることができれば構成に限定はない。例えば、第２熱交換器１７０は、固体
【0181】
また、上記第１の実施形態において、電力が余剰（発電電力量－需要電力量 > 所定値（例えば０））する期間を蓄熱モードとした。しかし、電力を他のエネルギーに転換する必要があるとき（例えば、電力グリッドを安定させるために電力を消費する必要があるとき）に、蓄熱モードとしてもよい。また、必要となった際に放熱モードとした。しかし、熱を利用する必要があるとき（例えば、セメント工場で熱を利用したい場合）に放熱モードとしてもよい。
【0182】
また、上記第２の変形例および第３の変形例において、制御部２４０が、予熱運転処理、第１運転処理、第２運転処理、第３運転処理、および、第４運転処理を実行する場合を例に挙げた。しかし、制御部２４０は、予熱運転処理、および、第１～第４運転処理のうちのいずれか１の運転処理を実行すればよい。
【0183】
また、上記第１の変形例において、気体送出部３２０が流量調整機構３２４ａを備える構成を例に挙げた。しかし、気体送出部３２０は、流量調整機構３２４ａを備えなくてもよい。
【0184】
また、上記第２の実施形態において、蓄エネルギー装置６００が気体送出部６４０を備える構成を例に挙げた。しかし、蓄エネルギー装置６００は、気体送出部６４０に代えて、気体送出部３２０を備えていてもよい。つまり、蓄エネルギー装置６００は、配管３２２ａ、３２２ｂと、流量調整機構３２４ａ、３２４ｂとを含む気体送出部３２０を
備えていてもよい。
備えていてもよい。
【0185】
また、第１熱交換器１４０の内部に、加熱器、あるいは、熱交換器が設置されてもよい。
【0186】
本開示は、例えば、持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標７「手ごろで信頼でき、持続可能かつ近代的なエネルギーへのアクセスを確保する」に貢献することができる。
【符号の説明】
【0187】
１００ 蓄エネルギー装置
１１０ 気体供給部
１２０ 予熱器
１３４ 加熱器
１４０ 第１熱交換器
１４０ａ 気体供給口
１５０ 固気分離器
１５２ 切換部
１６０ 高温槽
１６６ 流量調整機構
１７０ 第２熱交換器
１８２ 熱利用機器
１９０ 排出部
２００ 低温槽
２１０ 低温粒子供給部
２４０ 制御部
３００ 蓄エネルギー装置
６００ 蓄エネルギー装置
６１２ 加熱器
６３０ 排出部
１１０ 気体供給部
１２０ 予熱器
１３４ 加熱器
１４０ 第１熱交換器
１４０ａ 気体供給口
１５０ 固気分離器
１５２ 切換部
１６０ 高温槽
１６６ 流量調整機構
１７０ 第２熱交換器
１８２ 熱利用機器
１９０ 排出部
２００ 低温槽
２１０ 低温粒子供給部
２４０ 制御部
３００ 蓄エネルギー装置
６００ 蓄エネルギー装置
６１２ 加熱器
６３０ 排出部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】