特開 2024-4152 熱交換装置

(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】P2024004152

(43)【公開日】2024-01-16

(54)【発明の名称】熱交換装置

(51)【国際特許分類】

   F28D 13/00 20060101AFI20240109BHJP

   F28D 19/02 20060101ALI20240109BHJP

   F28F 23/00 20060101ALN20240109BHJP

【ＦＩ】

F28D13/00

F28D19/02

F28F23/00 A

F28F23/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022103655

(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

【テーマコード（参考）】

3L103

【Ｆターム（参考）】

3L103AA05

3L103CC02

3L103CC22

3L103CC27

3L103DD22

3L103DD30

(57)【要約】

【課題】小型化する。
【解決手段】熱交換装置１００は、固体粒子を収容する収容室ＡＲと風箱室ＷＲとに容器１１０内を分割する分散板１２０と、収容室の上面および分散板から離隔し、収容室内を第１室ＦＲと第２室ＳＲとに区画する仕切板１３０と、第１室における分散板から立設し、上端が仕切板の下端よりも上方に位置する第１区画板１３２と、第２室における分散板から立設し、上端が仕切板の下端よりも上方に位置する第２区画板１３４と、風箱室内における第１区画板に対応する位置に設けられ、風箱室内を分割する第１分割板１４０と、風箱室内における第２区画板に対応する位置に設けられ、風箱室内を分割する第２分割板１４２と、風箱室に流動化ガスを供給する流動化ガス供給装置１５０と、第１室内に臨む第１伝熱管１７０と、第２室内に臨む第２伝熱管１８０と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

容器と、
前記容器内に設けられ、水平方向に延在して、固体粒子を収容する収容室と、前記収容室の下方に設けられる風箱室とに前記容器内を分割する、複数の孔が形成された分散板と、
前記収容室の上面および前記分散板から離隔し、鉛直方向に延在して、前記収容室内を第１室と第２室とに区画する仕切板と、
前記分散板のうちの前記第１室に位置する箇所から上方に立設し、上端が前記仕切板の下端よりも上方に位置する第１区画板と、
前記分散板のうちの前記第２室に位置する箇所から上方に立設し、上端が前記仕切板の下端よりも上方に位置する第２区画板と、
前記風箱室内における前記第１区画板に対応する位置に設けられ、鉛直方向に延在して、前記風箱室内を分割する第１分割板と、
前記風箱室内における前記第２区画板に対応する位置に設けられ、鉛直方向に延在して、前記風箱室内を分割する第２分割板と、
前記風箱室における前記容器の側面と前記第１分割板との間に形成される第１空間に流動化ガスを供給する第１流動化ガス供給部と、
前記風箱室における前記容器の側面と前記第２分割板との間に形成される第２空間に前記流動化ガスを供給する第２流動化ガス供給部と、
前記風箱室における前記第１分割板と前記第２分割板との間に形成される第３空間に前記流動化ガスを供給する第３流動化ガス供給部と、
第１入口と第１出口とを有し、少なくとも一部が前記第１室内に臨み、第１流体が通過する第１伝熱管と、
第２入口と、前記第１出口とは異なる第２出口とを有し、少なくとも一部が前記第２室内に臨み、第２流体が通過する第２伝熱管と、
を備える熱交換装置。

【請求項2】

前記第１流動化ガス供給部、前記第２流動化ガス供給部、および、前記第３流動化ガス供給部を制御する制御部を備え、
前記制御部は、
前記第１流動化ガス供給部によって供給される前記流動化ガスの空塔速度を最小流動化速度より大きくし、
前記第２流動化ガス供給部、および、前記第３流動化ガス供給部によって供給される前記流動化ガスの空塔速度を最小流動化速度とする、請求項１に記載の熱交換装置。

【請求項3】

前記第１流動化ガス供給部、前記第２流動化ガス供給部、および、前記第３流動化ガス供給部を制御する制御部を備え、
前記制御部は、
前記第１流動化ガス供給部によって供給される前記流動化ガスの空塔速度を最小流動化速度超の所定速度より大きくし、
前記第２流動化ガス供給部、および、前記第３流動化ガス供給部の動作を停止させる、請求項１に記載の熱交換装置。

【請求項4】

前記第１流動化ガス供給部、前記第２流動化ガス供給部、および、前記第３流動化ガス供給部によって供給される前記流動化ガスの空塔速度を最小流動化速度より大きくする制御部を備える、請求項１に記載の熱交換装置。

【請求項5】

前記風箱室内における前記第１分割板と前記第２分割板との間に設けられ、鉛直方向に延在して、前記第３空間を分割する第３分割板と、
前記風箱室における前記第２分割板と前記第３分割板との間に形成される第４空間に前記流動化ガスを供給する第４流動化ガス供給部と、
を備え、
前記第３流動化ガス供給部は、
前記風箱室における前記第１分割板と前記第３分割板との間に形成される第５空間に前記流動化ガスを供給する、請求項１に記載の熱交換装置。

【請求項6】

前記第１流動化ガス供給部、前記第２流動化ガス供給部、前記第３流動化ガス供給部、および、第４流動化ガス供給部を制御する制御部を備え、
前記制御部は、
前記第１流動化ガス供給部、および、前記第４流動化ガス供給部によって供給される前記流動化ガスの空塔速度を最小流動化速度より大きくし、
前記第２流動化ガス供給部、および、前記第３流動化ガス供給部によって供給される前記流動化ガスの空塔速度を最小流動化速度とする、請求項５に記載の熱交換装置。

【請求項7】

前記第１流動化ガス供給部、前記第２流動化ガス供給部、前記第３流動化ガス供給部、および、第４流動化ガス供給部を制御する制御部を備え、
前記制御部は、
前記第１流動化ガス供給部によって供給される前記流動化ガスの空塔速度を最小流動化速度超の所定速度より大きくし、
前記第２流動化ガス供給部、前記第３流動化ガス供給部、および、第４流動化ガス供給部の動作を停止させる、請求項５に記載の熱交換装置。

【請求項8】

前記第１流動化ガス供給部、前記第２流動化ガス供給部、前記第３流動化ガス供給部、および、第４流動化ガス供給部によって供給される前記流動化ガスの空塔速度を最小流動化速度より大きくする制御部を備える、請求項５に記載の熱交換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、熱交換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、流動層火炉、対流伝熱部、空気予熱器、および、外部熱交換器を備える循環流動層ボイラが開発されている（例えば、特許文献１）。流動層火炉は、空気によって流動砂を流動化させ、また、燃料を燃焼させて流動砂を加熱する。対流伝熱部は、流動層火炉から排気された燃焼排ガスと、水とを熱交換させる熱交換器である。空気予熱器は、対流伝熱部の後段に設けられ、燃焼排ガスと、流動層火炉に供給される空気とを熱交換させる熱交換器である。外部熱交換器は、流動層火炉において加熱された流動砂と、水とを熱交換させる熱交換器である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６９９５６０３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のような複数の熱交換器を別体で備える技術では、それぞれの熱交換器が、被熱交換対象の流体が通過する第１の流路と、第１の流路内に曝され、熱交換対象の流体が通過する第２の流路とを備えることになる。このため、複数の熱交換器全体が大型化し、熱交換に要するコストが高くなってしまうという問題がある。

【0005】

本開示は、このような課題に鑑み、小型化することが可能な熱交換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熱交換装置は、容器と、容器内に設けられ、水平方向に延在して、固体粒子を収容する収容室と、収容室の下方に設けられる風箱室とに容器内を分割する、複数の孔が形成された分散板と、収容室の上面および分散板から離隔し、鉛直方向に延在して、収容室内を第１室と第２室とに区画する仕切板と、分散板のうちの第１室に位置する箇所から上方に立設し、上端が仕切板の下端よりも上方に位置する第１区画板と、分散板のうちの第２室に位置する箇所から上方に立設し、上端が仕切板の下端よりも上方に位置する第２区画板と、風箱室内における第１区画板に対応する位置に設けられ、鉛直方向に延在して、風箱室内を分割する第１分割板と、風箱室内における第２区画板に対応する位置に設けられ、鉛直方向に延在して、風箱室内を分割する第２分割板と、風箱室における容器の側面と第１分割板との間に形成される第１空間に流動化ガスを供給する第１流動化ガス供給部と、風箱室における容器の側面と第２分割板との間に形成される第２空間に流動化ガスを供給する第２流動化ガス供給部と、風箱室における第１分割板と第２分割板との間に形成される第３空間に流動化ガスを供給する第３流動化ガス供給部と、第１入口と第１出口とを有し、少なくとも一部が第１室内に臨み、第１流体が通過する第１伝熱管と、第２入口と、第１出口とは異なる第２出口とを有し、少なくとも一部が第２室内に臨み、第２流体が通過する第２伝熱管と、を備える。

【0007】

また、上記熱交換装置は、第１流動化ガス供給部、第２流動化ガス供給部、および、第３流動化ガス供給部を制御する制御部を備え、制御部は、第１流動化ガス供給部によって供給される流動化ガスの空塔速度を最小流動化速度より大きくし、第２流動化ガス供給部、および、第３流動化ガス供給部によって供給される流動化ガスの空塔速度を最小流動化速度としてもよい。

【0008】

また、上記熱交換装置は、第１流動化ガス供給部、第２流動化ガス供給部、および、第３流動化ガス供給部を制御する制御部を備え、制御部は、第１流動化ガス供給部によって供給される流動化ガスの空塔速度を最小流動化速度超の所定速度より大きくし、第２流動化ガス供給部、および、第３流動化ガス供給部の動作を停止させてもよい。

【0009】

また、上記熱交換装置は、第１流動化ガス供給部、第２流動化ガス供給部、および、第３流動化ガス供給部によって供給される流動化ガスの空塔速度を最小流動化速度より大きくする制御部を備えてもよい。

【0010】

また、上記熱交換装置は、風箱室内における第１分割板と第２分割板との間に設けられ、鉛直方向に延在して、第３空間を分割する第３分割板と、風箱室における第２分割板と第３分割板との間に形成される第４空間に流動化ガスを供給する第４流動化ガス供給部と、を備え、第３流動化ガス供給部は、風箱室における第１分割板と第３分割板との間に形成される第５空間に流動化ガスを供給してもよい。

【0011】

また、上記熱交換装置は、第１流動化ガス供給部、第２流動化ガス供給部、第３流動化ガス供給部、および、第４流動化ガス供給部を制御する制御部を備え、制御部は、第１流動化ガス供給部、および、第４流動化ガス供給部によって供給される流動化ガスの空塔速度を最小流動化速度より大きくし、第２流動化ガス供給部、および、第３流動化ガス供給部によって供給される流動化ガスの空塔速度を最小流動化速度としてもよい。

【0012】

また、上記熱交換装置は、第１流動化ガス供給部、第２流動化ガス供給部、第３流動化ガス供給部、および、第４流動化ガス供給部を制御する制御部を備え、制御部は、第１流動化ガス供給部によって供給される流動化ガスの空塔速度を最小流動化速度超の所定速度より大きくし、第２流動化ガス供給部、第３流動化ガス供給部、および、第４流動化ガス供給部の動作を停止させてもよい。

【0013】

また、上記熱交換装置は、第１流動化ガス供給部、第２流動化ガス供給部、第３流動化ガス供給部、および、第４流動化ガス供給部によって供給される流動化ガスの空塔速度を最小流動化速度より大きくする制御部を備えてもよい。

【発明の効果】

【0014】

本開示によれば、小型化することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、本実施形態に係る熱交換装置を説明する図である。

【図2】図２は、図１におけるＩＩ－ＩＩ線の断面を上から見た図である。

【図3】図３は、風箱室の水平断面図である。

【図4】図４は、第４運転処理における固体粒子の流れを説明する図である。

【図5】図５は、第５運転処理における固体粒子の流れを説明する図である。

【図6】図６は、変形例に係る熱交換装置を説明する図である。

【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】

［熱交換装置１００］
図１は、本実施形態に係る熱交換装置１００を説明する図である。図２は、図１におけるＩＩ－ＩＩ線の断面を上から見た図である。図３は、風箱室ＷＲの水平断面図である。なお、図２中、理解を容易にするために、第１伝熱管１７０、第２伝熱管１８０、サイクロン１９０、および、固体粒子の記載を省略する。

【0018】

図１に示すように、熱交換装置１００は、容器１１０と、分散板１２０と、仕切板１３０と、第１区画板１３２と、第２区画板１３４と、第１分割板１４０と、第２分割板１４２と、第３分割板１４４と、流動化ガス供給装置１５０と、第１伝熱管１７０と、第２伝熱管１８０と、サイクロン１９０と、制御部２００とを含む。なお、図１中、実線の矢印は、流体の流れを示す。

【0019】

容器１１０は、例えば、角筒形状である。本実施形態において、容器１１０の上面ＴＳには、排気口１１２が形成される。

【0020】

分散板１２０は、容器１１０内に設けられる。分散板１２０は、水平方向に延在して、容器１１０内を、収容室ＡＲと、風箱室ＷＲとに分割する。分散板１２０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。

【0021】

収容室ＡＲは、容器１１０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１２０は、収容室ＡＲの底面として機能する。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

風箱室ＷＲは、容器１１０内における収容室ＡＲの下方に形成される。

【0025】

仕切板１３０は、収容室ＡＲ内に設けられる。仕切板１３０は、鉛直方向に延在する板である。仕切板１３０の上端は、収容室ＡＲの上面（容器１１０の上面ＴＳ）から離隔する。仕切板１３０の下端は、分散板１２０（収容室ＡＲの底面）から離隔する。

【0026】

図２に示すように、仕切板１３０における水平方向（前後方向、左右方向）の両端は、容器１１０の側面ＳＳに接続される。仕切板１３０は、収容室ＡＲ内を第１室ＦＲと第２室ＳＲとに区画する。

【0027】

図１に戻って説明すると、第１区画板１３２は、収容室ＡＲにおける第１室ＦＲの底面（分散板１２０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１３２の上端（先端）は、仕切板１３０の下端よりも上方に位置する。

【0028】

第２区画板１３４は、収容室ＡＲにおける第２室ＳＲの底面（分散板１２０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１３４の上端（先端）は、仕切板１３０の下端よりも上方に位置する。

【0029】

図２に示すように、第１区画板１３２における水平方向の両端は、容器１１０の側面ＳＳに接続される。同様に、第２区画板１３４における水平方向の両端は、容器１１０の側面ＳＳに接続される。

【0030】

図１に戻って説明すると、第１分割板１４０、第２分割板１４２、および、第３分割板１４４は、風箱室ＷＲ内に設けられる。第１分割板１４０、第２分割板１４２、および、第３分割板１４４によって、風箱室ＷＲ内の空間が４分割される。

【0031】

第１分割板１４０は、風箱室ＷＲ内における第１区画板１３２に対応する位置に設けられる。第１分割板１４０は、鉛直方向に延在する板である。第１分割板１４０の上端は、風箱室ＷＲの上面（分散板１２０）に接続される。第１分割板１４０の下端は、風箱室ＷＲの底面（容器１１０の底面）に接続される。

【0032】

第２分割板１４２は、風箱室ＷＲ内における第２区画板１３４に対応する位置に設けられる。第２分割板１４２は、鉛直方向に延在する板である。第２分割板１４２の上端は、風箱室ＷＲの上面に接続される。第２分割板１４２の下端は、風箱室ＷＲの底面に接続される。

【0033】

第３分割板１４４は、風箱室ＷＲ内における第１分割板１４０と第２分割板１４２との間に設けられる。本実施形態において、第３分割板１４４は、風箱室ＷＲ内における仕切板１３０に対応する位置に設けられる。第３分割板１４４は、鉛直方向に延在する板である。第３分割板１４４の上端は、風箱室ＷＲの上面に接続される。第３分割板１４４の下端は、風箱室ＷＲの底面に接続される。

【0034】

図３に示すように、第１分割板１４０における水平方向の両端は、容器１１０の側面ＳＳに接続される。同様に、第２分割板１４２における水平方向の両端は、容器１１０の側面ＳＳに接続される。また、第３分割板１４４における水平方向の両端は、容器１１０の側面ＳＳに接続される。

【0035】

したがって、分散板１２０と、容器１１０の側面ＳＳおよび底面と、第１分割板１４０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１２０と、容器１１０の側面ＳＳおよび底面と、第２分割板１４２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１２０と、容器１１０の底面と、第１分割板１４０と、第３分割板１４４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１２０と、容器１１０の底面と、第２分割板１４２と、第３分割板１４４とによって、第４分割空間Ｒ（第４空間）が形成される。

【0036】

図１に戻って説明すると、流動化ガス供給装置１５０は、風箱室ＷＲに流動化ガスを供給する。流動化ガスは、例えば、空気、燃焼排ガス等である。流動化ガス供給装置１５０は、流動化ガス吐出機構１５２と、主配管１５４と、第１分岐管１６０と、第１流量調整弁Ｖ１と、第２分岐管１６２と、第２流量調整弁Ｖ２と、第３分岐管１６４と、第３流量調整弁Ｖ３と、第４分岐管１６６と、第４流量調整弁Ｖ４とを含む。

【0037】

流動化ガス吐出機構１５２は、例えば、ポンプ、ブロワ等である。流動化ガス吐出機構１５２の吸入側は、高温の流動化ガスの供給源に接続される。流動化ガス吐出機構１５２の吐出側は、主配管１５４が接続される。

【0038】

第１分岐管１６０は、主配管１５４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１６０に設けられる。第１流量調整弁Ｖ１は、第１分岐管１６０に形成される流路断面積を変更する。流動化ガス吐出機構１５２、主配管１５４、第１分岐管１６０、および、第１流量調整弁Ｖ１は、第１流動化ガス供給部として機能する。

【0039】

第２分岐管１６２は、主配管１５４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１６２に設けられる。第２流量調整弁Ｖ２は、第２分岐管１６２に形成される流路断面積を変更する。流動化ガス吐出機構１５２、主配管１５４、第２分岐管１６２、および、第２流量調整弁Ｖ２は、第２流動化ガス供給部として機能する。

【0040】

第３分岐管１６４は、主配管１５４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１６４に設けられる。第３流量調整弁Ｖ３は、第３分岐管１６４に形成される流路断面積を変更する。流動化ガス吐出機構１５２、主配管１５４、第３分岐管１６４、および、第３流量調整弁Ｖ３は、第３流動化ガス供給部として機能する。

【0041】

第４分岐管１６６は、主配管１５４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１６６に設けられる。第４流量調整弁Ｖ４は、第４分岐管１６６に形成される流路断面積を変更する。流動化ガス吐出機構１５２、主配管１５４、第４分岐管１６６、および、第４流量調整弁Ｖ４は、第４流動化ガス供給部として機能する。

【0042】

第１伝熱管１７０は、一部が第１室ＦＲ内に臨む。第１伝熱管１７０は、第１入口１７２と、第１出口１７４とが形成される。第１入口１７２および第１出口１７４は、容器１１０外に設けられる。第１入口１７２を通じて第１伝熱管１７０に第１流体が供給され、第１出口１７４を通じて第１伝熱管１７０から第１流体が排出される。これにより、第１伝熱管１７０を、第１流体が通過する。

【0043】

第２伝熱管１８０は、一部が第２室ＳＲ内に臨む。第２伝熱管１８０は、第２入口１８２と、第２出口１８４とが形成される。第２入口１８２および第２出口１８４は、容器１１０外に設けられる。第２入口１８２を通じて第２伝熱管１８０に第２流体が供給され、第２出口１８４を通じて第２伝熱管１８０から第２流体が排出される。これにより、第２伝熱管１８０を、第２流体が通過する。

【0044】

なお、本実施形態において、第１入口１７２と第２入口１８２とは異なり、第１出口１７４と第２出口１８４とは異なる。また、本実施形態において、第１流体と第２流体とは異なる流体である。第１流体は、例えば、水（水蒸気）である。第２流体は、例えば、空気である。

【0045】

サイクロン１９０は、容器１１０の排気口１１２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１９０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１９０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。

【0046】

制御部２００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２００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２００は、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働して熱交換装置１００全体を管理および制御する。

【0047】

本実施形態において、制御部２００は、流動化ガス供給装置１５０を制御する。制御部２００は、熱交換装置１００の運転モードを、第１運転処理、第２運転処理、第３運転処理、第４運転処理、および、第５運転処理のうちのいずれかに切り換える。以下、各運転処理について説明する。

【0048】

［第１運転処理］
第１運転処理は、第１伝熱管１７０を通過する第１流体と固体粒子とを熱交換させ、第２伝熱管１８０を通過する第２流体と固体粒子との熱交換を停止する処理である。

【0049】

第１運転処理において、制御部２００は、流動化ガス吐出機構１５２を動作させ、第１流量調整弁Ｖ１の開度を調整する。本実施形態において、制御部２００は、第１分割空間Ｐ、および、分散板１２０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（１）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（１）

【0050】

また、第１運転処理において、制御部２００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。

【0051】

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、第１伝熱管１７０内を通過する第１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、第２伝熱管１８０内を通過する第２流体に対する熱交換は行われない。

【0052】

［第２運転処理］
第２運転処理は、第２伝熱管１８０を通過する第２流体と固体粒子とを熱交換させ、第１伝熱管１７０を通過する第１流体と固体粒子との熱交換を停止する処理である。

【0053】

第２運転処理において、制御部２００は、流動化ガス吐出機構１５２を動作させ、第２流量調整弁Ｖ２の開度を調整する。本実施形態において、制御部２００は、第２分割空間Ｓ、および、分散板１２０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（２）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（２）

【0054】

また、第２運転処理において、制御部２００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。

【0055】

第２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、第２伝熱管１８０内を通過する第２流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。このため、第１伝熱管１７０内を通過する第１流体に対する熱交換は行われない。

【0056】

［第３運転処理］
第３運転処理は、第１伝熱管１７０を通過する第１流体と固体粒子とを熱交換させ、第２伝熱管１８０を通過する第２流体と固体粒子とを熱交換させ、第１流体および第２流体の温度を実質的に等しくする処理である。

【0057】

第３運転処理において、制御部２００は、流動化ガス吐出機構１５２を動作させ、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。本実施形態において、制御部２００は、第１分割空間Ｐ、第３分割空間Ｑ、および、分散板１２０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１２０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。

【0058】

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、第１伝熱管１７０内を通過する第１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、第２伝熱管１８０内を通過する第２流体との間で熱交換が行われる。

【0059】

また、制御部２００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３運転処理が実行されることにより、第１流体および第２流体の温度を実質的に等しくすることができる。

【0060】

［第４運転処理］
第４運転処理は、第１伝熱管１７０を通過する第１流体と固体粒子とを熱交換させ、第２伝熱管１８０を通過する第２流体と固体粒子とを熱交換させ、第２流体の温度を第１流体の温度よりも高くする処理である。

【0061】

第４運転処理において、制御部２００は、流動化ガス吐出機構１５２を動作させ、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。本実施形態において、制御部２００は、第１分割空間Ｐ、第３分割空間Ｑ、および、分散板１２０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２００は、第２分割空間Ｓ、第４分割空間Ｒ、および、分散板１２０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。

【0062】

図４は、第４運転処理における固体粒子の流れを説明する図である。なお、図４中、白抜き矢印は、流動化ガスの流れを示す。また、図４中、黒い塗りつぶしの矢印は、固体粒子の流れを示す。

【0063】

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、第１伝熱管１７０内を通過する第１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、第２伝熱管１８０内を通過する第２流体との間で熱交換が行われる。

【0064】

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４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１３０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１３０と分散板１２０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。

【0065】

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。

【0066】

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。

【0067】

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。

【0068】

このため、第４運転処理が実行されることにより、第２流体の温度を第１流体よりも高くすることができる。

【0069】

［第５運転処理］
第５運転処理は、第１伝熱管１７０を通過する第１流体と固体粒子とを熱交換させ、第２伝熱管１８０を通過する第２流体と固体粒子とを熱交換させ、第１流体の温度を第２流体の温度よりも高くする処理である。

【0070】

第５運転処理において、制御部２００は、流動化ガス吐出機構１５２を動作させ、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。本実施形態において、制御部２００は、第１分割空間Ｐ、第３分割空間Ｑ、および、分散板１２０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２００は、第２分割空間Ｓ、第４分割空間Ｒ、および、分散板１２０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。

【0071】

図５は、第５運転処理における固体粒子の流れを説明する図である。なお、図５中、白抜き矢印は、流動化ガスの流れを示す。また、図５中、黒い塗りつぶしの矢印は、固体粒子の流れを示す。

【0072】

第５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、第１伝熱管１７０内を通過する第１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、第２伝熱管１８０内を通過する第２流体との間で熱交換が行われる。

【0073】

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５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１３０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１３０と分散板１２０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。

【0074】

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。

【0075】

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。

【0076】

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。

【0077】

このため、第５運転処理が実行されることにより、第１流体の温度を第２流体よりも高くすることができる。

【0078】

以上説明したように、本実施形態に係る熱交換装置１００は、１つの収容室ＡＲ内に第１伝熱管１７０、および、第２伝熱管１８０を備え、第１伝熱管１７０が設けられる第１室ＦＲと、第２伝熱管１８０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１００は、複数の流体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。

【0079】

［変形例］
上記実施形態では、熱交換装置１００が第３分割板１４４を備える場合を例に挙げた。しかし、熱交換装置１００は、第３分割板１４４を備えないとしてもよい。

【0080】

図６は、変形例に係る熱交換装置３００を説明する図である。図６に示すように、熱交換装置３００は、容器１１０と、分散板１２０と、仕切板１３０と、第１区画板１３２と、第２区画板１３４と、第１分割板１４０と、第２分割板１４２と、流動化ガス供給装置３５０と、第１伝熱管１７０と、第２伝熱管１８０と、サイクロン１９０と、制御部３７０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、上記熱交換装置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。

【0081】

熱交換装置３００は、熱交換装置１００とは異なり、第３分割板１４４を備えない。このため、熱交換装置３００において、分散板１２０と、容器１１０の側面ＳＳおよび底面と、第１分割板１４０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１２０と、容器１１０の側面ＳＳおよび底面と、第２分割板１４２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１２０と、容器１１０の底面と、第１分割板１４０と、第２分割板１４２とによって、分割空間Ｔ（第３空間）が形成される。

【0082】

流動化ガス供給装置３５０は、流動化ガス吐出機構１５２と、主配管１５４と、第１分岐管１６０と、第１流量調整弁Ｖ１と、第２分岐管１６２と、第２流量調整弁Ｖ２と、第３分岐管１６４と、第３流量調整弁Ｖ３とを含む。

【0083】

第３分岐管１６４は、主配管１５４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１６４に設けられる。第３流量調整弁Ｖ３は、第３分岐管１６４に形成される流路断面積を変更する。流動化ガス吐出機構１５２、主配管１５４、第３分岐管１６４、および、第３流量調整弁Ｖ３は、第３流動化ガス供給部として機能する。

【0084】

制御部３７０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３７０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３７０は、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働して熱交換装置３００全体を管理および制御する。

【0085】

変形例において、制御部３７０は、流動化ガス吐出機構１５２を動作させ、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３７０は、第１分割空間Ｐ、および、分散板１２０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３７０は、第２流量調整弁Ｖ２および第３流量調整弁Ｖ３を閉じる。

【0086】

変形例において、制御部３７０は、流動化ガス吐出機構１５２を動作させ、第２流量調整弁Ｖ２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３７０は、第２分割空間Ｓ、および、分散板１２０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、第２運転処理において、制御部３７０は、第１流量調整弁Ｖ１および第３流量調整弁Ｖ３を閉じる。

【0087】

変形例において、制御部３７０は、流動化ガス吐出機構１５２を動作させ、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３７０は、第１分割空間Ｐ、分割空間Ｔ、および、分散板１２０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１２０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。

【0088】

変形例において、制御部３７０は、流動化ガス吐出機構１５２を動作させ、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３７０は、第１分割空間Ｐ、分割空間Ｔ、および、分散板１２０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３７０は、第２分割空間Ｓ、および、分散板１２０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。

【0089】

変形例において、制御部３７０は、流動化ガス吐出機構１５２を動作させ、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５運転処理を実行する。第５運転処理において、制御部３７０は、第２分割空間Ｓ、分割空間Ｔ、および、分散板１２０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３７０は、第１分割空間Ｐ、および、分散板１２０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。

【0090】

変形例に係る熱交換装置３００においても、１つの収容室ＡＲ内に第１伝熱管１７０、および、第２伝熱管１８０を備え、第１伝熱管１７０が設けられる第１室ＦＲと、第２伝熱管１８０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３００は、複数の流体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。

【0091】

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。

【0092】

例えば、上記実施形態および変形例において、制御部２００、３７０が、第１運転処理、第２運転処理、第３運転処理、第４運転処理、および、第５運転処理を実行する場合を例に挙げた。しかし、制御部２００、３７０は、少なくとも、第４運転処理、または、第５運転処理を実行すればよい。

【0093】

上記実施形態および変形例において、熱交換装置１００、３００が、制御部２００、３７０を備える構成を例に挙げた。しかし、制御部２００、３７０は、必須の構成ではない。

【0094】

また、上記実施形態において、第１流体と、第２流体とが異なる場合を例に挙げた。しかし、第１流体および第２流体は同じ流体であってもよい。第１流体および第２流体は同じ流体である場合、第１伝熱管１７０の第１入口１７２と第２伝熱管１８０の第２入口１８２とは、同じであってもよい。なお、この場合であっても、第１伝熱管１７０の第１出口１７４と、第２伝熱管１８０の第２出口１８４とは異なる。

【0095】

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】

【0096】

ＡＲ 収容室
ＦＲ 第１室
ＳＲ 第２室
ＳＳ 側面
Ｐ 第１分割空間（第１空間）
Ｑ 第３分割空間（第３空間、第５空間）
Ｒ 第４分割空間（第３空間、第４空間）
Ｓ 第２分割空間（第２空間）
Ｔ 分割空間（第３空間）
Ｖ１ 第１流量調整弁（第１流動化ガス供給部）
Ｖ２ 第２流量調整弁（第２流動化ガス供給部）
Ｖ３ 第３流量調整弁（第３流動化ガス供給部）
Ｖ４ 第４流量調整弁（第４流動化ガス供給部）
ＷＲ 風箱室
１００ 熱交換装置
１１０ 容器
１２０ 分散板
１３０ 仕切板
１３２ 第１区画板
１３４ 第２区画板
１４０ 第１分割板
１４２ 第２分割板
１４４ 第３分割板
１５２ 流動化ガス吐出機構（第１流動化ガス供給部、第２流動化ガス供給部、第３流動化ガス供給部、第４流動化ガス供給部）
１５４ 主配管（第１流動化ガス供給部、第２流動化ガス供給部、第３流動化ガス供給部、第４流動化ガス供給部）
１６０ 第１分岐管（第１流動化ガス供給部）
１６２ 第２分岐管（第２流動化ガス供給部）
１６４ 第３分岐管（第３流動化ガス供給部）
１６６ 第４分岐管（第４流動化ガス供給部）
１７０ 第１伝熱管
１７２ 第１入口
１７４ 第１出口
１８０ 第２伝熱管
１８２ 第２入口
１８４ 第２出口
２００ 制御部
３００ 熱交換装置
３７０ 制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】