(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動媒体の流動層が形成される第１流動層室と、
前記第１流動層室と別体に形成され、流動媒体の流動層が形成される第２流動層室と、
前記第１流動層室を構成する側壁における予め定められた第１の箇所と、前記第２流動層室を構成する側壁における前記第１の箇所と略等しい高さの第２の箇所とを連通し、略水平方向に延在する連通管と、
前記第１流動層室内において形成される流動層の層高が前記第１の箇所よりも上方となるように、該第１流動層室内に導入する前記流動媒体の導入量を制御する導入制御部と、
前記第２流動層室内を前記第１流動層室内より低圧に維持する圧力制御部と、
を備え、
前記圧力制御部は、前記第１流動層室内および前記第２流動層室内における前記流動媒体の滞留時間と、前記第１流動層室および前記第２流動層室の容積と、に基づいて、前記流動媒体の移動速度を導出し、前記第１流動層室から前記第２流動層室への前記流動媒体の移動速度が、導出した前記移動速度となるように前記第１流動層室内および前記第２流動層室内のいずれか一方または両方の圧力を制御し、
前記導入制御部は、前記第１流動層室への前記流動媒体の導入速度を、前記導出した移動速度とする特徴とする流動層システム。
【請求項２】
前記第１流動層室内における前記流動層の上方に形成される第１フリーボード部からガスを排出する第１排気部と、
前記第２流動層室内における前記流動層の上方に形成される第２フリーボード部からガスを排出する第２排気部と、
を備え、
前記圧力制御部は、
前記第１流動層室内および前記第２流動層室内の圧力に応じて、前記第１排気部および前記第２排気部それぞれの排気流量を制御することを特徴とする請求項１に記載の流動層システム。
【請求項３】
前記第１流動層室内の下部に滞留した前記流動媒体の一部を抜き出す抜出部をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の流動層システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流動媒体の流動層が形成される第１流動層室から第２流動層室へ流動媒体を移動させる流動層システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
粒子状の固形物が収容された流動層室の下方から上方に向けてガスを噴出させることで形成される流動層を用いた流動層システムは、固形物の乾燥、燃焼、ガス化、造粒等様々な分野で利用されている。このような流動層システムでは、流動層の条件（温度、雰囲気等）の変更、設置面積（設置体積）の制限、制御の容易性の確保等のために、複数の流動層室を備えているものもある。
【０００３】
複数の流動層室を備えた流動層システムにおいて、第１流動層室から第２流動層室へ固形物（流動媒体）を移動させる技術として、第１流動層室から流動媒体を取り出した後コンベアで第２流動層室に移動させる技術（例えば、特許文献１）や、第１流動層室を第２流動層室より上方に配するとともに、第１流動層室および第２流動層室を連通管で接続し、連通管を通じて流動媒体を自重で移動させる技術（例えば、特許文献２）が開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−０９５９５２号公報
【特許文献２】特許第４０８３４０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１に記載されたようなコンベアを用いた技術では、移動過程において流動媒体が空気に曝されるため、流動媒体が、酸素や水等の空気中の物質と反応したり、吸着したりする物質である場合、移動過程で流動媒体の性状が変化してしまうという問題がある。
【０００６】
上記特許文献２に記載された流動層室の設置高さを異ならせる技術では、広範囲な領域を占有してしまうため、設置箇所が制限されてしまう。また、一方の流動層室を高所に設ける必要があり設置コストが高くなってしまうという問題がある。
【０００７】
そこで本発明は、このような課題に鑑み、流動媒体の性状変化を防止しつつ、低コストで流動媒体を移動させることが可能な流動層システム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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の流動層システムは、流動媒体の流動層が形成される第１流動層室と、第１流動層室と別体に形成され、流動媒体の流動層が形成される第２流動層室と、第１流動層室を構成する側壁における予め定められた第１の箇所と、第２流動層室を構成する側壁における第１の箇所と略等しい高さの第２の箇所とを連通し、略水平方向に延在する連通管と、第１流動層室内において形成される流動層の層高が第１の箇所よりも上方となるように、第１流動層室内に導入する流動媒体の導入量を制御する導入制御部と、第２流動層室内を第１流動層室内より低圧に維持する圧力制御部と、を備え、圧力制御部は、第１流動層室内および第２流動層室内における流動媒体の滞留時間と、第１流動層室および第２流動層室の容積と、に基づいて、流動媒体の移動速度を導出し、第１流動層室から第２流動層室への流動媒体の移動速度が、導出した移動速度となるように第１流動層室内および第２流動層室内のいずれか一方または両方の圧力を制御し、導入制御部は、第１流動層室への流動媒体の導入速度を、導出した移動速度とする特徴とする。
【０００９】
また、第１流動層室内における流動層の上方に形成される第１フリーボード部からガスを排出する第１排気部と、第２流動層室内における流動層の上方に形成される第２フリーボード部からガスを排出する第２排気部と、を備え、圧力制御部は、第１流動層室内および第２流動層室内の圧力に応じて、第１排気部および第２排気部それぞれの排気流量を制御するとしてもよい。
【００１０】
また、第１流動層室内の下部に滞留した流動媒体の一部を抜き出す抜出部をさらに備えるとしてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、流動媒体の性状変化を防止しつつ、低コストで流動媒体を移動させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】流動層システムを説明する図である。
【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、本発明の好適な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、その他具体的な数値等は、発明の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、本発明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、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１４】
（流動層システム１００）
図１は、流動層システム１００を説明する図である。本実施形態では、流動層システム１００が、流動媒体として褐炭を乾燥させる構成を例に挙げて説明する。図１中、ガスの流れを実線の矢印で示し、流動媒体の流れを一点鎖線の矢印で示し、信号の流れを破線の矢印で示す。図１に示すように、流動層システム１００は、導入手段１１０と、水分センサ１２０と、第１流動層部２１０と、第２流動層部２３０と、連通管２５０と、中央制御部２６０とを含んで構成される。
【００１５】
（導入手段１１０、水分センサ１２０）
導入手段１１０は、褐炭を搬送するコンベア１１２と、コンベア１１２によって搬送された褐炭を一時的に貯留するホッパ１１４と、ホッパ１１４から第１流動層部２１０（第１流動層室２１２）に褐炭を導入する導入バルブ１１６とを含んで構成される。本実施形態において、導入手段１１０は、後述する導入制御部２６２による制御に応じて、第１流動層室２１２内において形成される流動層の層高が、後述する第１の箇所２１２ｃよりも上方となる導入量で、第１流動層室２１２内に褐炭を導入する。
【００１６】
水分センサ１２０は、導入手段１１０によって第１流動層部２１０に導入される褐炭の水分量を測定する。なお、水分センサ１２０として、例えば、近赤外吸収方式、マイクロ波吸収方式等の水分センサを採用することができる。
【００１７】
（第１流動層部２１０）
第１流動層部２１０は、第１流動層室２１２と、第１流動化ガス供給部２１４と、第１伝熱部２１６と、抜出部２１８と、第１排気部２２０と、第１圧力センサ２２２を含んで構成される。
【００１８】
第１流動層室２１２は、導入手段１１０によって導入された褐炭を収容する。第１流動化ガス供給部２１４は、第１流動層室２１２の底面から第１流動化ガス（例えば、水蒸気）を供給する。具体的に説明すると、第１流動化ガス供給部２１４は、風箱２１４ａと、第１流動管２１４ｂと、第１ブロワ２１４ｃとを含んで構成される。風箱２１４ａは、第１流動層室２１２の下方に設けられ、風箱２１４ａの上部は、第１流動層室２１２の底面としても機能し、通気可能である分散板２１４ｄで形成されている。分散板２１４ｄは、例えば、褐炭の粒径よりも小さい径の開孔が複数設けられた板や、褐炭の粒径よりも小さい径の開孔が設けられたノズルを設置した板で構成される。
【００１９】
第１流動管２１４ｂは、風箱２１４ａに接続され、第１流動管２１４ｂには、第１流動化ガスを送り込む第１ブロワ２１４ｃが設けられている。したがって、流動層システム１００を運転する際には、風箱２１４ａを通じて第１流動層室２１２の底面から当該第１流動層室２１２内に第１流動化ガスが供給されることとなる。
【００２０】
こうして、第１流動化ガス供給部２１４によって第１流動層室２１２内に第１流動化ガスが供給され、第１流動化ガスは、第１流動層室２１２内で褐炭を流動させて、褐炭の流動層を形成するとともに、第１流動化ガスを褐炭と接触させることで褐炭に含まれる水の一部を気化させる。
【００２１】
第１伝熱部２１６は、例えば、熱媒体が流通する配管で構成され、第１流動層室２１２内に配される。第１伝熱部２１６は、熱媒体の流通過程において、熱媒体が有する熱で褐炭を加熱する。第１伝熱部２１６を備える構成により、第１流動層室２１２内において、熱媒体と、第１流動化ガスとの間で熱交換が行われ、上方に移動する第１流動化ガスをさらに加熱することができる。したがって、第１流動化ガスによる褐炭の乾燥がより促進されることとなる。
【００２２】
抜出部２１８は、第１流動層室２１２を構成する側壁２１２ａの下部に接続された抜出管２１８ａと、抜出管２１８ａに設けられた抜出バルブ２１８ｂとを含んで構成され、第１流動層室２１２内の下部に滞留した褐炭の一部を外部に抜き出す。抜出部２１８の効果については、後に詳述する。
【００２３】
第１排気部２２０は、第１流動層室２１２の上壁に接続された第１排気管２２０ａと第１排気管２２０ａに設けられた第１排気バルブ２２０ｂとを含んで構成され、第１流動層室２１２内における流動層の上方に形成される空間（第１フリーボード部２１２ｂ）からガスを排出する。
【００２４】
第１圧力センサ２２２は、第１流動層室２１２内の圧力（第１フリーボード部２１２ｂの圧力）を測定する。
【００２５】
このように、第１流動層部２１０では、第１流動層室２１２内に未乾燥の褐炭が導入され、第１流動化ガス供給部２１４および第１伝熱部２１６によって褐炭が加熱され、褐炭から水の一部が気化されて除去される。一方、褐炭の流れについて説明すると、後述する中央制御部２６０による制御に応じて、連通管２５０を通じ、第１流動層室２１２内から第２流動層室２３２内へ褐炭が移動することとなる。連通管２５０を通じた褐炭の移動については後に詳述する。
【００２６】
（第２流動層部２３０）
第２流動層部２３０は、第２流動層室２３２と、第２流動化ガス供給部２３４と、第２伝熱部２３６と、オーバーフロー部２３８と、第２排気部２４０と、第２圧力センサ２４２を含んで構成される。
【００２７】
第２流動層室２３２は、第１流動層室２１２と別体に形成され、連通管２５０を通じて、第１流動層室２１２内から導入された褐炭を収容する。第２流動化ガス供給部２３４は、第２流動層室２３２の底面から第２流動化ガス（例えば、水蒸気）を供給する。具体的に説明すると、第２流動化ガス供給部２３４は、第１流動化ガス供給部２１４と同様に、風箱２３４ａと、第２流動管２３４ｂと、第２ブロワ２３４ｃとを含んで構成される。風箱２３４ａは、第２流動層室２３２の下方に設けられ、風箱２３４ａの上部は、第２流動層室２３２の底面としても機能し、通気可能である分散板２３４ｄで形成されている。分散板２３４ｄは、例えば、褐炭の粒径よりも小さい径の開孔が複数設けられた板や、褐炭の粒径よりも小さい径の開孔が設けられたノズルを設置した板で構成される。
【００２８】
第２流動管２３４ｂは、風箱２３４ａに接続され、第２流動管２３４ｂには、第２流動化ガスを送り込む第２ブロワ２３４ｃが設けられている。したがって、流動層システム１００を運転する際には、風箱２３４ａを通じて第２流動層室２３２の底面から当該第２流動層室２３２内に第２流動化ガスが供給されることとなる。
【００２９】
こうして、第２流動化ガス供給部２３４によって第２流動層室２３２内に第２流動化ガスが供給され、第２流動化ガスは、第２流動層室２３２内で褐炭を流動させて、褐炭の流動層を形成するとともに、第２流動化ガスを褐炭と接触させることで褐炭に含まれる水の一部を気化させる。
【００３０】
第２伝熱部２３６は、例えば、熱媒体が流通する配管で構成され、第２流動層室２３２内に配される。第２伝熱部２３６は、熱媒体の流通過程において、熱媒体が有する熱で褐炭を加熱する。第２伝熱部２３６を備える構成により、第２流動層室２３２内において、熱媒体と、第２流動化ガスとの間で熱交換が行われ、上方に移動する第２流動化ガスをさらに加熱することができる。したがって、第２流動化ガスによる褐炭の乾燥がより促進されることとなる。
【００３１】
オーバーフロー部２３８は、第２流動層室２３２を構成する側壁２３２ａの上部に設けられた出口に接続されたオーバーフロー管２３８ａと、オーバーフロー管２３８ａに設けられたオーバーフローバルブ２３８ｂとを含んで構成され、第２流動層室２３２の出口からオーバーフローした褐炭を外部に送出する。具体的に説明すると、連通管２５０を通じて、第１流動層部２１０（第１流動層室２１２内）から第２流動層室２３２内に褐炭が導入されると、導入された褐炭の体積分、流動層の体積が増加する。そうすると、褐炭（流動層）が第２流動層室２３２の出口（第２流動層室２３２におけるオーバーフロー管２３８ａとの接続箇所）からオーバーフローして、オーバーフロー管２３８ａを通じて外部に送出されることとなる。
【００３２】
第２排気部２４０は、第２流動層室２３２の上壁に接続された第２排気管２４０ａと第２排気管２４０ａに設けられた第２排気バルブ２４０ｂとを含んで構成され、第２流動層室２３２内における流動層の上方に形成される空間（第２フリーボード部２３２ｂ）からガスを排出する。
【００３３】
第２圧力センサ２４２は、第２流動層室２３２内の圧力（第２フリーボード部２３２ｂの圧力）を測定する。
【００３４】
（連通管２５０）
連通管２５０は、第１流動層室２１２を構成する側壁２１２ａにおける予め定められた第１の箇所２１２ｃと、第２流動層室２３２を構成する側壁２３２ａにおける予め定められた第２の箇所２３２ｃとを連通する。本実施形態において、第１の箇所２１２ｃは、抜出管２１８ａが接続される箇所より上方に位置し、第１の箇所２１２ｃの高さは、第２の箇所２３２ｃの高さと実質的に等しく、連通管２５０は水平方向に延在して配されている。
【００３５】
また、上記したように、導入手段１１０は、第１流動層室２１２において形成される流動層の層高が第１の箇所２１２ｃよりも上方となる導入量で、第１流動層室２１２に褐炭を導入する。したがって、連通管２５０内は、褐炭の流動層で満たされることとなる。
【００３６】
（中央制御部２６０）
中央制御部２６０は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成され、ＲＯＭからＣＰＵ自体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し、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働して、流動層システム１００全体を管理および制御する。本実施形態において中央制御部２６０は、導入制御部２６２および圧力制御部２６４として機能する。
【００３７】
具体的に説明すると、導入制御部２６２は、まず、コンベア１１２の搬送速度および導入バルブ１１６の開度を制御して、第１流動層室２１２内において形成される流動層の層高が第１の箇所２１２ｃよりも上方となるように、第１流動層室２１２内に導入する流動媒体の導入量を制御する。
【００３８】
一方、圧力制御部２６４は、水分センサ１２０の測定値に基づいて、第２流動層室２３２のオーバーフロー部２３８から送出される褐炭が目標値まで乾燥されるように、第１流動層室２１２内および第２流動層室２３２内における褐炭の滞留時間を導出する。例えば、水分センサ１２０の測定値が相対的に大きい場合、すなわち、未乾燥の褐炭の含水率が高い場合には滞留時間は長くなり、水分センサ１２０の測定値が相対的に小さい場合、すなわち、未乾燥の褐炭の含水率が低い場合、滞留時間は短くなる。
【００３９】
そして、圧力制御部２６４は、不図示のメモリに記憶されている第１流動層室２１２および第２流動層室２３２の容積と、導出した滞留時間とに基づいて、褐炭の移動速度を導出する。続いて、圧力制御部２６４は、第１圧力センサ２２２、第２圧力センサ２４２の測定値を参照し、第２流動層室２３２内が第１流動層室２１２内より低圧に維持されるとともに、褐炭の移動速度が導出した移動速度となるように、第１排気部２２０および第２排気部２４０それぞれの排気流量を制御する。
【００４０】
そして、導入制御部２６２は、第１流動層室２１２内において形成される流動層の層高が第１の箇所２１２ｃよりも上方となる導入量を維持しつつ、第１流動層室２１２への褐炭の導入速度が、移動速度と等しくなるように、コンベア１１２の搬送速度および導入バルブ１１６の開度を制御する。
【００４１】
上記したように、連通管２５０は、流動層で満たされているため、第２流動層室２３２の圧力を第１流動層室２１２の圧力より低くするだけで、第１流動層室２１２から第２流動層室２３２へ自動的に褐炭を移動させることができる。また、導入制御部２６２および圧力制御部２６４を備える構成により、所望する移動速度で、第１流動層室２１２から第２流動層室２３２へ褐炭を移動させることが可能となる。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態にかかる流動層システム１００によれば、第１流動層室２１２および第２流動層室２３２の圧力を調整するだけで、褐炭を移動させることができるため、コンベアを用いて流動層室間を移動させる従来技術と異なり、移動過程において褐炭が空気に曝されてしまう事態を回避することが可能となる。したがって、褐炭が、空気中の物質と反応したり、空気中の物質を吸着したりすることを防止することができ、移動過程での褐炭の性状の変化を回避することが可能となる。
【００４３】
また、乾燥された高温状態の褐炭は、空気中の酸素と反応して燃焼する懸念があるため、コンベアを用いて流動層室間を移動させる従来技術では、コンベアといった駆動部を備えた装置を密封構造にしたり、消火設備を備えたり等する必要があり、コストが高くなってしまうという問題があった。しかし、本実施形態の流動層システム１００では、圧力差（差圧）によって、外部から区画された連通管２５０内を褐炭が移動するという簡易な機構であるため、駆動部を備えた装置の密封構造や消火設備が不要となり、コストを低減することが可能となる。また、第１流動層室２１２と第２流動層室２３２との設置高さを異ならせる必要もないため、設置コストを削減することもできる。
【００４４】
また、例えば、第１流動化ガス供給部２１４（第１ブロワ２１４ｃ）から、平均粒径の褐炭が最適に流動化される流量の第１流動化ガスを供給すると、平均粒径より大きい粒径（または質量が大きい）褐炭の一部は流動化されない。また、連通管２５０が接続される第１の箇所２１２ｃは、第１流動層室２１２の上部に配されているため、大きい粒径の褐炭は、連通管２５０に導かれずに第１流動層室２１２内に残留してしまう。
【００４５】
そこで、第１流動層室２１２の下部に滞留した褐炭の一部を抜き出す抜出部２１８を備えることにより、流動化されない褐炭を外部に抜き出すことが可能となり、第１流動層室２１２内における褐炭の残留（滞留）を回避することができる。これにより、残留した褐炭によって流動層が形成されなくなってしまう事態を回避することが可能となる。
【００４６】
また、抜出部２１８が流動化されない褐炭を第１流動層室２１２から抜き出すため、流動化されない褐炭が第２流動層室２３２に導入されることがなくなり、第２流動層室２３２において、残留する褐炭（流動媒体）専用の抜出部を省略することが可能となる。
【００４７】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる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発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００４８】
例えば、上記実施形態において、流動媒体として褐炭を例に挙げて説明した。しかし、粒子状の固形物であれば、流動媒体の種類に限定はない。
【００４９】
また、上記実施形態において、連通管２５０が接続される第１の箇所２１２ｃが、抜出管２１８ａが接続される箇所より上方に位置する構成を例に挙げて説明した。しかし、第１の箇所２１２ｃは、流動層の層高より低い箇所であればよく、抜出管２１８ａが接続される箇所と実質的に等しい、もしくは、抜出管２１８ａが接続される箇所より下方に位置していてもよい。
【００５０】
また、上記実施形態において、第１の箇所２１２ｃの高さと第２の箇所２３２ｃとの高さとが実質的に等しく、連通管２５０が水平方向に延在する構成を例に挙げて説明した。しかし、第１の箇所２１２ｃと第２の箇所２３２ｃの高さ関係に限定はなく、連通管２５０が鉛直方向に傾斜していてもよい。
【００５１】
また、上記実施形態において、流動層システム１００が、第１圧力センサ２２２、第２圧力センサ２４２を備え、圧力制御部２６４が第１圧力センサ２２２および第２圧力センサ２４２の測定値に応じて、第２流動層室２３２を第１流動層室２１２より低圧に維持する構成を例に挙げて説明した。しかし、圧力制御部２６４は、第２流動層室２３２内を第１流動層室２１２内より低圧に維持できれば、第１圧力センサ２２２、第２圧力センサ２４２は必須の構成ではない。例えば、第１ブロワ２１４ｃが風箱２１４ａに供給する第１流動化ガスの流量と、第２ブロワ２３４ｃが風箱２３４ａに供給する第２流動化ガスの流量とに基づいて、第２流動層室２３２を第１流動層室２１２より低圧に維持するように、第１排気バルブ２２０ｂの開度、および第２排気バルブ２４０ｂの開度を制御するとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、流動媒体の流動層が形成される第１流動層室から第２流動層室へ流動媒体を移動させる流動層システムに利用することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１００  流動層システム
２１２  第１流動層室
２１２ａ  側壁
２１２ｂ  第１フリーボード部
２１２ｃ  第１の箇所
２１８  抜出部
２２０  第１排気部
２３２  第２流動層室
２３２ａ  側壁
２３２ｂ  第２フリーボード部
２３２ｃ  第２の箇所
２４０  第２排気部
２５０  連通管
２６２  導入制御部
２６４  圧力制御部
【図１】
0006710928.tif 000002