JPH11223482A

JPH11223482A - 熱交換システム及び熱交換方法

Info

Publication number: JPH11223482A
Application number: JP10024144A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Yasuda; 力保田; Kunio Yoshikawa; 邦夫吉川
Original assignee: Nippon Furnace Co Ltd
Current assignee: Nippon Furnace Co Ltd
Priority date: 1998-02-05
Filing date: 1998-02-05
Publication date: 1999-08-17

Abstract

(57)【要約】【課題】石炭ガス化炉の生成ガス等の高温ガスが保有
する熱量を系内にて有効利用可能に熱交換又は熱回収し
得る熱交換システム及び熱交換方法を提供する。【解決手段】熱交換システム１は、切換装置２０、３
０、４０に対する所定時間間隔の同期切換制御により、
高温流体流の保有顕熱を第１及び第２熱交換装置１１、
１２の蓄熱体に熱伝導／熱伝達し且つ該熱交換装置に蓄
熱するとともに、切換装置の切換作動の後に熱交換装置
に流入する低温の被加熱流体流に対して、熱交換装置の
蓄熱顕熱を放熱し、被加熱流体流を昇温させる。かかる
蓄熱作用及び放熱作用が、短時間に交互に反覆する結
果、高温給気流と被加熱流体流との熱交換現象が連続的
且つ円滑に進行し、熱交換システムに供給される被加熱
流体流は、好適には、８００℃乃至１０００℃以上の高
温域に継続的ないし定常的に加熱又は予熱される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蓄熱型熱交換シス
テム及び蓄熱型熱交換方法に関するものであり、より詳
細には、高温流体流と低温流体流との高効率且つ継続的
な熱交換作用により低温流体流を高温域に継続的に加熱
する蓄熱型熱交換システム及び蓄熱型熱交換方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】石炭火力発電ボイラー、微粉炭ボイラ
ー、石炭ガス化装置又は廃棄物ガス化溶融設備等の各種
燃焼装置、或いは、ＩＧＣＣ(Integrated Coal Gasific
ation Convined Cycle) 、ＡＦＢＣ形式、ＰＦＢＣ形式
又は加圧ＣＰＣ形式等の各種複合発電システム、更に
は、ＭＨＤ発電装置、固体電解質型燃料電池（ＳＯＦ
Ｃ）、溶融炭酸塩型燃料電池等の各種発電装置の研究・
開発又は実用化研究が、エネルギー政策又は社会的要求
に基づき、近年において広く実施されている。この種の
燃焼設備又は発電設備において、例えば、石炭ガス複合
発電システムの石炭ガス化炉にて生成した高温・高圧
（約１２００乃至１６００℃程度：２０乃至４０Kg/cm²
程度) の生成ガス（石炭ガス化ガス）は、ガス冷却器を
介して石炭ガス精製設備に導入される。即ち、ガス冷却
器に導入された高温のガス化反応ガスは、後続工程を実
行する石炭ガス精製設備に適応した所望の温度、例え
ば、５００℃以下の温度域に冷却され、ガス冷却器にて
降温した生成ガスは、ガス精製設備に送入される。ガス
精製設備は、石炭ガス化ガスを精製するとともに、精製
ガスを過渡的に蓄える。一般に、ガス精製設備の精製ガ
スは、発電用燃焼燃料としてガスタービンの燃焼器等に
導入される。望ましくは、この種の石炭ガス複合発電シ
ステムは、ガス化炉等に導入すべき燃焼用空気流又は水
蒸気流等のガス化反応用流体を高温域に予熱する熱交換
装置等の給気流予熱装置を備える。給気流予熱装置は、
外気温度又は外界雰囲気温度のガス化反応用流体を高温
域に加熱又は予熱し、所望の温度に昇温した高温のガス
化反応用流体をガス化炉等に供給する。ガス化反応用流
体の高温化により、ガス化炉等の炉内燃焼反応は、適当
に促進され、炉内燃焼効率は、改善する。

【０００３】このような燃焼装置に対して供給すべき燃
焼用空気流を高温に予熱し得る高速切換式又は高周期切
換式の蓄熱型熱交換システムが、本願出願人による特願
平５─６９１１号（特開平６−２１３５８５号）に開示
されている。本願出願人の開発に係る切換式蓄熱型熱交
換システムは、多数の狭小流路を備えたハニカム構造の
蓄熱体を有し、該蓄熱体は、極めて高い温度効率及び容
積効率を発揮する。高温の燃焼排ガス及び低温の燃焼用
給気流は、ハニカム型蓄熱体を短時間に交互に流通し、
給気流は、ハニカム型蓄熱体を介してなされる燃焼排ガ
スとの実質的に直接的な熱交換により、８００℃を超え
る極めて高温に予熱される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、各種の
高温ガス又は高温の生成ガス、例えば、石炭ガス化炉に
て生成した石炭ガス化ガス、或いは、ＭＨＤ発電設備又
は燃料電池等において生成した高温の希ガス、カソード
ガス又は燃料排ガス等は、一般に、精製設備、浄化設備
又は圧縮装置等の後工程の装置に導入される前に強制冷
却される。冷却温度は一般に、精製設備、浄化設備又は
圧縮装置等が有効且つ確実にガス流体を処理し得る比較
的低温の温度域に設定される。例えば、高温の石炭ガス
化ガス等を精製する場合、石炭ガス化ガスは、精製装置
に対して供給可能な比較的低温の温度域に強制冷却され
る。また、クローズドサイクル型のＭＨＤ発電機におけ
る希ガス循環系において、ＭＨＤ発電機から送出された
高温の希ガスは、圧縮機に導入される前に冷却装置にて
冷却され、これにより、後続の圧縮装置における所望の
圧縮効率が確保される。更に、或る種の装置系において
は、高温ガスは、高温ガスに含有されたダスト又は微粉
等の除塵作用を発揮し得るスクラバー等の冷却・除塵装
置に導入され、高温ガスに含有されたダスト又は微粉等
が、冷却・除塵装置にて除塵されるとともに、高温ガス
が冷却される。しかし、このような冷却工程の結果、高
温の石炭ガス化ガス又は希ガス等が保有する顕熱は損失
し、或いは、系外に逸失し、かくして低温化した石炭ガ
ス化ガス又は希ガス等は、同一系内の蓄熱型熱交換装
置、熱回収装置又は再熱装置等にて有効に蓄熱可能又は
熱回収可能な十分な顕熱をもはや保有せず、従って、燃
焼用空気の予熱等の系内の熱利用目的には、効率的に有
効利用し難い。

【０００５】本発明は、かかる課題に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、石炭ガス化炉の生
成ガス等の高温ガスが保有する熱量を系内にて有効利用
可能に熱交換又は熱回収し得る熱交換システム及び熱交
換方法を提供することにある。本発明は又、冷却すべき
高温ガスが保有する熱量を冷却後の高温ガスに効果的に
伝熱することができる熱交換システム及び熱交換方法を
提供することを目的とする。本発明は更に、異なる流路
系統を流通する高温ガス流体と低温ガス流体との熱交換
作用により、高温ガス流体の保有する顕熱を効率的に低
温ガス流体に伝熱し得る熱交換システム及び熱交換方法
を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するために、本発明は、高温給気流及び低温給気流と交
互に伝熱接触する蓄熱体を有し、前記蓄熱体は、前記高
温給気流が保有する顕熱を蓄熱し、蓄熱した顕熱を前記
低温給気流に放熱し、該蓄熱体の蓄熱作用及び放熱作用
を介して前記高温給気流の保有熱を前記低温給気流に伝
熱し、該低温給気流を高温域に加熱するように構成され
た熱交換システムにおいて、高温給気流及び低温給気流
に交互に伝熱接触する第１及び第２蓄熱体を備えた第１
及び第２熱交換装置と、前記蓄熱体との伝熱接触により
冷却した高温給気流を降温流体として熱交換システム外
に送出する降温流体送出路と、前記蓄熱体との伝熱接触
により加熱された低温給気流を昇温流体として熱交換シ
ステム外に送出する昇温流体送出路と、前記熱交換装置
と前記低温給気流の導入流路との間に介装され、該低温
給気流導入路を第１又は第２熱交換装置と選択的に相互
連通させる第１流路切換手段と、前記熱交換装置と前記
昇温流体送出路との間に介装され、該昇温流体送出路を
第１又は第２熱交換装置と選択的に相互連通させる第２
流路切換手段と、前記熱交換装置と前記高温給気流の導
入流路との間に介装され、該高温給気流導入路を第１又
は第２熱交換装置と選択的に相互連通させる第３流路切
換手段と、前記高温給気流の保有する顕熱が、前記蓄熱
体の蓄熱作用及び放熱作用を介して前記低温給気流に伝
熱するように、前記第１、第２及び第３流路切換手段を
同期切換制御する切換手段制御装置とを有することを特
徴とする熱交換システムを提供する。

【０００７】本発明の上記構成によれば、高温給気流
は、第１又は第２蓄熱体との伝熱接触により降温し、降
温流体送出路を介して熱交換システム外に送出され、低
温給気流は、第１又は第２蓄熱体との伝熱接触により昇
温し、昇温流体として、昇温流体送出路を介して熱交換
システム外に送出される。第１流路切換手段は、低温給
気流導入路を第１又は第２熱交換装置と選択的に相互連
通させ、第２流路切換手段は、昇温流体送出路を第１又
は第２熱交換装置と選択的に相互連通させ、第３流路切
換手段は、高温給気流導入路を第１又は第２熱交換装置
と選択的に相互連通させる。高温給気流が保有する顕熱
は、第１又は第２蓄熱体に熱伝導／熱伝達され且つ蓄熱
体にて蓄熱され、第１乃至第３流路切換手段の流路切換
後に導入される低温給気流に放熱し、該低温給気流に熱
伝達する。高温給気流を冷却し且つ高温給気流の保有顕
熱を蓄熱体に蓄熱する蓄熱作用と、蓄熱体に蓄熱した顕
熱を低温給気流に対して放熱し且つ該低温給気流を加熱
する放熱作用とが、比較的短時間に交互に反覆し、この
結果、高温給気流と低温給気流との実質的に直接的な熱
交換作用が、蓄熱体を介して継続的になされ、低温給気
流は、蓄熱体を介してなされる直接的加熱作用により、
例えば、８００℃乃至１０００℃以上の高温域に加熱さ
れる。熱交換システム外に送出された降温給気流は、例
えば、所望により更なる冷却装置等を介してガス精製装
置又は圧縮装置等の後続工程に供給され、或いは、冷却
・除塵装置を構成する浄化装置等の後続工程に供給さ
れ、若しくは、系外に送出され、他方、熱交換システム
外に送出された昇温給気流は、燃焼装置、石炭ガス化
炉、燃料電池又はＭＨＤ発電装置等に供給される。かく
して、上記構成の熱交換システムによれば、石炭ガス化
炉の生成ガス等の高温ガスが保有する熱量を系内にて有
効利用可能に熱交換又は熱回収することができる。

【０００８】本発明は又、蓄熱体を高温給気流及び低温
給気流と交互に伝熱接触させ、前記高温給気流が保有す
る顕熱を前記蓄熱体に蓄熱し、蓄熱した顕熱を前記低温
給気流に放熱し、該蓄熱体の蓄熱作用及び放熱作用を介
して前記高温給気流の保有熱を前記低温給気流に伝熱
し、該低温給気流を高温域に加熱する熱交換方法におい
て、第１流路切換手段及び高温の第２蓄熱体を介して低
温給気流を導入し、該低温給気流と前記第２蓄熱体との
伝熱接触による熱交換作用により、前記低温給気流を高
温域に加熱し、昇温流体流を第２流路切換手段を介して
熱交換システム外に導出するとともに、第３流路切換手
段及び低温の第１蓄熱体を介して高温給気流を導入し、
該高温給気流と前記第１蓄熱体との伝熱接触による熱交
換作用により、前記高温給気流を冷却する第１熱交換工
程と、前記第１流路切換手段及び高温の第１蓄熱体を介
して低温給気流を導入し、該低温給気流と前記第１蓄熱
体との伝熱接触による熱交換作用により、前記低温給気
流を高温域に加熱し、昇温流体流を前記第２流路切換手
段を介して熱交換システム外に導出するとともに、前記
第３流路切換手段及び低温の第２蓄熱体を介して高温給
気流を導入し、該高温給気流と前記第２蓄熱体との伝熱
接触による熱交換作用により、前記高温給気流を冷却す
る第２熱交換工程とを有し、前記第１及び第２熱交換工
程を所定時間間隔にて交互に実行し、前記低温給気流を
継続的に高温域に加熱することを特徴とする熱交換方法
を提供する。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の好適な実施形態によれ
ば、上記蓄熱体により冷却された高温給気流は、降温流
体として後工程に給送され、該後工程において更に降温
した後、前記低温給気流として上記熱交換装置に給送さ
れる。かかる構成によれば、冷却すべき高温ガスが保有
する熱量を冷却後の高温ガスに効果的に伝熱することが
できる。本発明の他の好適な実施形態によれば、上記高
温給気流と前記低温給気流は、互いに独立した流路系統
のガス流体であり、上記熱交換装置には、異なる流路系
統を流通する高温ガス流体及び低温ガス流体が、交互に
流通する。かかる構成によれば、異なる流路系統を流通
する高温ガス流体と低温ガス流体との熱交換作用によ
り、高温ガス流体の保有する顕熱を効率的に低温ガス流
体に伝熱することが可能となる。

【００１０】本発明の好ましい実施形態において、上記
第１流路切換手段は、４方弁構造の切換弁を備え、該切
換弁は、降温流体送出路と連通する第１ポートと、低温
給気流導入路と連通する第２ポートと、第１熱交換装置
と連通する第３ポートと、第２熱交換装置と連通する第
４ポートとを備える。切換弁は、第１位置において、第
１ポートと第３ポートとを相互連通させ且つ第２ポート
と第４ポートとを相互連通させ、第２位置において、第
２ポートと第３ポートとを相互連通させ且つ第１ポート
と第４ポートとを相互連通させる。好ましくは、上記第
２流路切換手段は、３方弁構造の切換弁を備え、該切換
弁は、昇温流体送出路と連通する第１ポートと、第１熱
交換装置と連通可能な第２ポートと、第２熱交換装置と
連通可能な第３ポートとを備える。切換弁は、第１位置
において、第１ポートと第３ポートとを相互連通させ、
第２位置において、第１ポートと第３ポートとを相互連
通させる。更に好ましくは、上記第３流路切換手段は、
３方弁構造の切換弁を備え、該切換弁は、高温給気流導
入路と連通する第１ポートと、第１熱交換装置と連通可
能な第２ポートと、第２熱交換装置と連通可能な第３ポ
ートとを備える。切換弁は、第１位置において、第１ポ
ートと第２ポートとを相互連通させ、第２位置におい
て、第１ポートと第３ポートとを相互連通させる。

【００１１】本発明の更に好適な実施形態によれば、上
記蓄熱体は、高温給気流及び低温給気流が交互に通過す
る多数の流路を備えたハニカム型蓄熱体からなる。好ま
しくは、上記熱交換装置は、高温給気流を導入可能な第
１端部と、低温給気流を導入可能な第２端部とを有し、
第３流路切換装置は、第１給排路及び第２給排路を介し
て第１及び第２熱交換装置の第１端部に夫々連通し、第
２流路切換装置は、第３給排路及び第４給排路を介して
第１及び第２熱交換装置の第１端部に夫々連通し、第１
流路切換装置は、第５給排路及び第６給排路を介して第
１及び第２熱交換装置の第２端部に夫々連通する。第１
給排路及び第３給排路は、第１熱交換装置の第１端部に
おいて相互連通し、第２給排路及び第４給排路は、第２
熱交換装置の第１端部において相互連通する。

【００１２】本発明の或る好適な実施形態において、上
記構成の熱交換システムは、石炭ガス化炉と石炭ガス化
ガス精製装置との間に介装される。本発明の他の実施形
態によれば、上記熱交換システムは、廃棄物ガス化溶融
炉と、該溶融炉の生成ガスを浄化又は精製する生成ガス
処理装置との間に介装される。本発明の更に他の実施形
態によれば、上記熱交換システムは、燃料電池の高温ガ
ス流通系又は高温ガス循環系に介装される。

【００１３】本発明の好ましい実施形態によれば、上記
流路切換装置は、所定の時間間隔にて上記第１位置又は
第２位置に交互に切換制御され、該時間間隔は、６０秒
以下、更に好ましくは、３０秒以下の所定時間に設定さ
れ、上記第１及び第２熱交換装置の各蓄熱体は、該時間
間隔に相応して蓄熱又は放熱を反覆し、上記低温給気流
を加熱し且つ上記高温給気流をを冷却する。本発明の好
適な実施形態において、上記蓄熱体は、上記低温給気流
と上記二次燃焼排ガスとが交互に通過する多数の流路を
備えたハニカム型蓄熱体からなる。更に好ましくは、上
記蓄熱体を構成するハニカム型蓄熱体は、好ましくは、
セラミック製ハニカムからなる。好ましくは、ハニカム
型蓄熱体は、各流路を構成する正方形断面又は三角形断
面等の所定断面形状のセル孔を備えた格子状のハニカム
構造に成形され、セル孔を画成するセル壁の壁厚及び各
セル壁間のピッチは、好ましくは、蓄熱体の容積効率の
最大値に相応し且つ０．７乃至１．０の温度効率を確保
し得る壁厚及びピッチに設定される。更に好適には、セ
ル壁の壁厚は、１．６mm以下の所定厚に設定され、セル
壁ピッチは、５．０mm以下の所定値に設定される。

【００１４】

【実施例】以下、添付図面を参照して、本発明の実施例
に係る蓄熱型熱交換システム及び蓄熱型熱交換方法につ
いて、詳細に説明する。図１は、本発明の実施例に係る
蓄熱型熱交換システムの全体構成を示す概略フロー図で
あり、図２は、図１に示す蓄熱型熱交換システムの全体
構造を概略的に示す縦断面図である。図１及び図２の各
図において、（Ａ）図は、蓄熱型熱交換システム１を構
成する各種切換装置２０、３０、４０の第１位置（第１
熱交換工程）における作動形態を示し、（Ｂ）図は、切
換装置２０、３０、４０の第２位置（第２熱交換工程）
における作動形態を示す。

【００１５】図１に示す如く、蓄熱型熱交換システム１
は、高温給気流を熱交換システム１に導入する給気流導
入路HGに連結されるとともに、降温した給気流を後続工
程に送出する降温気流送出路CGに連結される。給気流導
入路HGの下流端は、３方弁構造の導入路切換装置４０に
接続され、降温気流送出路CGの上流端は、４方弁構造の
流路切換装置２０に接続される。給気流導入路HAは、石
炭ガス化炉等の高温ガス生成装置（図示せず）に連結さ
れ、降温気流送出路CGは、石炭ガス精製装置のガス冷却
器等（図示せず）に連結される。導入路切換装置４０
は、第１給排路L1及び第３給排路L3を介して第１熱交換
装置１１と相互連通するとともに、第２給排路L2及び第
４給排路L4を介して第２熱交換装置１２と相互連通す
る。第１熱交換装置１１は、第５給排路L5及び第７給排
路L7を介して流路切換装置２０と相互連通し、第２熱交
換装置１２は、第６給排路L6及び第８給排路L8を介して
流路切換装置２０と相互連通する。第１熱交換装置１１
は、熱交換システム１の第１位置（第１熱交換工程）に
おいて、導入路切換装置４０を介して給気流導入路HGと
相互連通し、高温給気流と伝熱接触し、他方、第２熱交
換装置１２は、熱交換システム１の第２位置（第２熱交
換工程）において、導入路切換装置４０を介して給気流
導入路HGと相互連通し、高温給気流と伝熱接触する。

【００１６】熱交換システム１により加熱すべき被加熱
流体を熱交換システム１に導入する被加熱流体給送路CS
が、流路切換装置２０に接続される。流路切換装置２０
は、熱交換システム１の第１位置（第１熱交換工程）に
おいて、第７給排路L7と降温気流送出路CGとを相互連通
させ且つ被加熱流体給送路CSと第８給排路L8とを相互連
通させ、他方、熱交換システム１の第２位置（第２熱交
換工程）において、第８給排路L8と降温気流送出路CGと
を相互連通させ且つ被加熱流体給送路CSと第７給排路L7
とを相互連通せしめる。第９給排路L9が、第３給排路L3
から分岐し、熱交換システム１の内側に延び、第１０給
排路L10 が、第４給排路L4から分岐し、熱交換システム
１の内側に延びる。第９給排路L9の先端部および第１０
給排路L10 の先端部は、３方弁構造の送出路切換装置３
０に接続される。送出路切換装置３０は、熱交換システ
ム１の第１位置（第１熱交換工程）において、第４給排
路L4と昇温気流導出路HSとを相互連通させ、熱交換シス
テム１の第２位置（第２熱交換工程）において、第３給
排路L3と昇温気流導出路HSとを相互連通させる。

【００１７】図２に示す如く、流路切換装置２０は、降
温気流送出路CGと連通する第１流出ポート２１と、被加
熱流体給送路CSと連通する第２流入ポート２２とを備え
るとともに、第７給排路L7に連通する第１給排ポート２
３と、第８給排路L8に連通する第２給排ポート２４とを
備える。第１給排ポート２３は、第７給排路L7及び第５
給排路L5を介して第１熱交換装置１１の先端部と連通
し、第２給排ポート２４は、第８給排路L8及び第６給排
路L6を介して第２熱交換装置１２の先端部と連通する。
被加熱流体給送路CSの上流端が、給気押込み形式の給気
ファン２の吐出口に接続され、給気ファン２の吸引口
が、被加熱流体導入路OAに接続される。被加熱流体導入
路OAの上流端は、外界雰囲気の空気を吸引する外気導入
口等（図示せず）に接続され、常温外気等の被加熱流体
は、給気ファン２の誘引圧力下に給気ファン２に吸引さ
れ、給気ファン２の吐出圧力下に被加熱流体給送路CSに
圧送される。流路切換装置２０は、第１位置及び第２位
置に選択的に切換制御可能な高速切換式又は高周期切換
式構造を備えた４方弁からなり、中心回転軸２５に固定
された板状の弁体２６を備える。回転軸２５は、４方弁
駆動装置１６（図１）の作動により回転駆動され、第１
位置（図１Ａ：図２Ａ）又は第２位置（図１Ｂ：図２
Ｂ）に選択的に切換制御される。

【００１８】４方弁駆動装置１６（図１）は、所定時間
毎に中心回転軸２５を回転させ、流路切換装置２０は、
第７給排路L7を降温気流送出路CGと連通させ且つ被加熱
流体給送路CSを第８給排路L8と連通させる第１位置と
（図１Ａ：図２Ａ）、第８給排路L8を降温気流送出路CG
と連通させ且つ被加熱流体給送路CSを第７給排路L7と連
通させる第２位置（図１Ｂ：図２Ｂ）とに交互に切換え
られる。図２に示す如く、熱交換システム１は、第１熱
交換装置１１を収容し且つ第３及び第５流路L3、L5を直
列に画成する第１熱交換ユニット３と、第２熱交換装置
１２を収容し且つ第４及び第６流路L4、L6を直列に画成
する第２熱交換ユニット４とを有する。左右の第１及び
第２熱交換ユニット３、４は、実質的に同一の機能及び
構造を備え、熱交換システム１の中心軸線に対して対称
に配置される。第１及び第２熱交換ユニット３、４は夫
々、耐熱性キャスタブル・ライニング材料、耐熱レン
ガ、耐火・断熱レンガ又は耐熱性セラミックス材料等の
各種耐火・耐熱性材料により一体的に形成される。

【００１９】図３は、送出路切換装置３０の全体構造を
示す縦断面図（図３Ａ）及び平面図（図３Ｂ：図３Ｃ）
である。送出路切換装置３０は、全体的に円筒形に形成
された中空ハウジング３１と、ハウジング３１内に回転
可能に配置された円筒形の弁体３２とを備える。ハウジ
ング３１は、第９給排路L9の下流端部分に接続される第
１流入ポート３３と、第１０給排路L10 の下流端部分に
接続される第２流入ポート３４と、昇温気流導出路HSの
上流端部分に接続される流出ポート３５とを備える。ハ
ウジング３１及び弁体３２は、送出路切換装置３０の中
心軸線を中心に同心状に配置され、第１、第２流入ポー
ト３３、３４及び流出ポート３５は、周方向に９０度の
角度間隔を隔ててハウジング３１に突設される。弁体３
２は、周壁３６及び端壁３７、３８により画成された中
空部３０ａを備える。周壁３６は、所定の角度範囲に亘
って周壁３６に形成された開口部３７を有し、開口部３
７は、昇温気流導出路HS及び第１０給排路L10 を相互連
通可能に連結する第１位置（図３Ｂ）と、昇温気流導出
路HS及び第９給排路L9を相互連通可能に連結する第２位
置（図３Ｃ）とに選択的且つ交互に切換えられる。

【００２０】周壁３６の外周面は、ハウジング３１の内
周面３９と摺接し、弁体３２は、ハウジング３１の中心
軸線を中心に回転変位可能にハウジング３１内に保持さ
れる。ハウジング３１の上端面又は下端面から突出する
弁体３２の下端部又は上端部は、弁体３２を正逆双方向
に回転駆動する駆動装置１７（図１）に係合し、駆動装
置は、制御装置１９（図１）の同期切換制御下に弁体３
２を回転ないし揺動させる。弁体３２の回転時期は、流
路切換装置２０及び導入路切換装置４０の切換時期と一
致し、弁体３２は、切換装置２０、４０の第１位置にお
いて、昇温気流導出路HS及び第１０給排路L10 を相互連
通させ且つ第９給気流L9の下流端を閉塞する第１位置
（図３Ｂ）に保持され、切換装置２０、４０の第２位置
において、昇温気流導出路HS及び第９給排路L9を相互連
通させ且つ第１０給気流L10 の下流端を閉塞する第２位
置（図３Ｃ）に保持される。なお、高温の昇温気流H2に
接触する送出路切換装置３０のハウジング３１及び弁体
３２は夫々、コージライト、ムライト又はアルミナ等の
セラミックス一体成形品からなり、所要の気密性及び耐
熱性を備える。なお、導入路切換装置４０は、送出路切
換装置３０と実質的に同一の全体構成及び各部構造を備
えた３方切換弁からなり、駆動装置１８（図１）の作動
制御により、送出路切換装置３０と同時に第１位置及び
第２位置に切換制御される。導入路切換装置４０に関す
る更なる詳細な説明は、省略する。

【００２１】図１に示す如く、熱交換システム１は更
に、装置系全体の作動モードを制御し且つ各システム構
成要素の切換時期を調時する電子式制御装置１９を備え
る。制御装置１９は、制御信号線を介して流路切換装置
２０、送出路切換装置３０及び導入路切換装置４０の４
方弁駆動装置１６及び３方弁駆動装置１７、１８の各駆
動制御部に接続され、流路切換装置２０、送出路切換装
置３０及び導入路切換装置４０の切替時期及び切替位置
を制御する。制御装置１９は又、給気ファン２の駆動制
御部（図示せず）に接続され、給気ファン２の原動機
（図示せず）の作動及び給気ファン２の被加熱流体給送
量を制御する。かくして、流路切換装置２０、送出路切
換装置３０及び導入路切換装置４０は、制御装置１９の
制御下に正確に同期切換作動し、第１熱交換装置１１が
蓄熱し且つ第２熱交換装置１２が放熱する第１位置（図
１Ａ：図２Ａ）と、第２熱交換装置１２が蓄熱し且つ第
１熱交換装置１１が放熱する第２位置（図１Ｂ：図２
Ｂ）とに交互に切換制御される。高温流体及び被加熱流
体が交互に流通する第１及び第２熱交換装置１１、１２
は、多数のセル孔を備えたハニカム構造のセラミック製
蓄熱体からなり、セル孔は、高温給気流及び被加熱流体
流が通過可能な複数の流路を構成する。かかる蓄熱体と
して、例えば、アンモニア選択接触還元法等においてハ
ニカム型触媒の担体として一般に使用され且つ多数の狭
小流路（セル孔）を備えるセラミック製ハニカム構造体
を好適に使用し得る。

【００２２】図４は、第１及び第２熱交換装置１１、１
２を構成する蓄熱体の斜視図（図４Ａ）及び部分拡大斜
視図（図４Ｂ）である。第１及び第２熱交換装置１１、
１２を構成する蓄熱体は、図４に示す如く、第１及び第
２熱交換ユニット３、４内に組み込み可能な幅員Ｗ、全
長Ｌ及び全高Ｈの各寸法を備えるとともに、複数の正方
形断面のセル孔（流路）１７を備えた格子状のハニカム
構造に成形される。各流路１７を形成するセル壁１８の
壁厚ｂ及び各セル壁１８のピッチ（壁体間隔）Ｐは、好
ましくは、蓄熱体の容積効率の最大値に相応し且つ０．
７乃至１．０の範囲内の熱交換装置１１、１２の温度効
率を確保し得る所望の壁厚ｂ及びピッチＰに設定され
る。上記蓄熱体の容積効率 (Ｑ／Ｖ) 及び温度効率（η
t ）は、下式(1)(2)により定義し得る。Ｑ／Ｖ＝ηt(Thi-Tci) (1-ε)Cm/τ・PM₂/PM₁ ・・・・・・・ (1) ηt ＝１／(1+2/PM₁ + exp(-2PM₁/PM₂)) ・・・・・・・ (2) また、上記式(1) 及び式(2) におけるＰＭ₁、ＰＭ
₂は、下式により求められる。ＰＭ₁＝ｈＡ／Cg Gg ＰＭ₂＝ｈＡτ／Cm Gm なお、上記各式における符号は、以下の通り定義され
る。 Tci: 低温側気体の入口温度 ℃ Thi :高温側気体の入口温度 ℃ ε : 蓄熱体の空隙率Ａ : 伝熱面積 m² ｈ : 熱伝達係数 Kcal/m²h℃ τ : 切換時間 hr Cg : 気体の定圧比熱 Kcal/m³N℃ Gg : 気体の流量 m³N/h Cm : 蓄熱体の比熱 Kcal/m³℃ Gm : 蓄熱体の正味体積 m³ また、第１及び第２蓄熱体１１、１２は、容積効率（Ｑ
／Ｖ）が極大値を指示する空隙率（ε）を有するととも
に、温度効率（ηt ）が０．７乃至１．０の範囲の所定
の設定値を指示する熱伝達係数（ｈ）及び伝熱面積
（Ａ）を有し、上記ハニカムピッチＰ及びハニカム壁厚
ｂは、該空隙率（ε）、熱伝達係数（ｈ）及び伝熱面積
（Ａ）に相当する値に決定される。なお、上記正味体積
(Gm)、伝熱面積（Ａ）及び流量（Gg) は、熱交換器（蓄
熱体）全体の正味体積、伝熱面積及び全流量である。な
お、上記蓄熱体の具体的な構造詳細については、本願出
願人による特願平５─６９１１号（特開平６−２１３５
８５号）に詳細に開示されているので、更なる詳細な説
明は、該特許出願を引用することにより省略する。

【００２３】図１（Ａ）及び図２（Ａ）に示す如く、熱
交換システム１が第１位置に位置する第１熱交換工程に
おいて、給気流導入路HG、第１給排路L1及び第３給排路
L3を介して第１熱交換装置１１に導入される高温給気流
（温度Thi)は、第１熱交換装置１１の流路１７を通過
し、セル壁１８の伝熱面と伝熱接触し、セル壁１８との
熱交換作用により第１熱交換装置１１を加熱する。第１
熱交換装置１１との熱交換作用により降温した高温給気
流は、比較的低温の降温流体流H1（温度Tho)として、第
５給排路L5、第７給排路L7及び流路切換装置２０を介し
て、降温気流送出路CGに送出される。第１熱交換工程に
おいて、被加熱流体給送路CSを介して導入される比較的
低温の被加熱流体（温度Tci)は、第８及び第６給排路L
8、L6を介して第２熱交換装置１２の流路１７を通過
し、セル壁１８の伝熱面と伝熱接触し、セル壁１８との
熱交換により加熱される。被加熱流体は昇温され、比較
的高温の昇温給気流H2（温度Tco)として第２熱交換装置
１２から第１０給排路L10 に導入され、送出路切換装置
３０を介して昇温気流導出路HSに送出される。熱交換シ
ステム１を第１位置から第２位置に切換えたとき（図１
Ｂ及び図２Ｂ）、給気流導入路HG、第２給排路L2及び第
４給排路L4を介して第２熱交換装置１２に導入される高
温給気流（温度Thi)は、第２熱交換装置１２の流路１７
を通過し、セル壁１８の伝熱面と伝熱接触し、セル壁１
８との熱交換により第２熱交換装置１２を加熱する。第
２熱交換装置１２との熱交換作用により降温した高温給
気流は、比較的低温の降温流体流H1（温度Tho)として、
第６給排路L6、第８給排路L8及び流路切換装置２０を介
して、降温気流送出路CGに送出される。第２熱交換工程
において、被加熱流体給送路CSを介して導入される比較
的低温の被加熱流体（温度Tci)は、第７及び第５給排路
L7、L5を介して第１熱交換装置１１の流路１７を通過
し、セル壁１８の伝熱面と伝熱接触し、セル壁１８との
熱交換により加熱される。被加熱流体は昇温され、比較
的高温の昇温給気流H2（温度Tco)として第１熱交換装置
１１から第９給排路L9に導入され、送出路切換装置３０
を介して昇温気流導出路HSに送出される。

【００２４】熱交換システム１は、一般的な使用形態に
おいて比較的長時間の連続運転形態で作動される。所定
流量の高温給気流、例えば、石炭ガス化装置によって生
成された高温の石炭ガス化流体は、給気流導入路HGを介
して導入路切換装置４０に連続的に供給される。制御装
置１９は、給気ファン２を連続運転し、給気ファン２
は、被加熱流体給送路CSを介して、所定流量の被加熱流
体流、例えば、常温外気流を流路切換装置２０に連続的
に供給する。流路切換装置２０、送出路切換装置３０及
び導入路切換装置４０は、制御装置１９による所定時間
間隔の同期切換制御下に作動され、第１位置（図１Ａ：
図２Ａ）及び第２位置（図１Ｂ：図２Ｂ）に交互に切換
えられる。制御装置１９は、好適には、６０秒以下に設
定された所定の時間間隔にて、切換装置２０、３０、４
０を第１位置及び第２位置に交互に切換え、比較的高温
（例えば、８００乃至１４００℃の高温域）の高温給気
流を第１及び第２熱交換装置１１、１２に交互に給送す
るとともに、比較的低温（例えば、外気温相当温度）の
被加熱流体流を第２及び第１熱交換装置１２、１１に交
互に給送する。第１又は第２熱交換装置１１、１２に供
給された被加熱流体流は、熱交換装置１１、１２を構成
する蓄熱体のセル壁表面と伝熱接触し、セル壁１８との
熱交換により所定温度に加熱される。高温給気流は、第
１又は第２熱交換装置１１、１２のセル壁表面と伝熱接
触し、第１又は第２熱交換装置１１、１２のセル壁表面
温度及びセル壁蓄熱温度を上昇させた結果として、例え
ば、温度２００℃程度の低温域に降温し、比較的低温の
降温給気流H1として後続工程の装置系又は系外に送出さ
れる。他方、被加熱流体流は、第１又は第２熱交換装置
１１、１２との熱交換により、例えば、７００〜８００
℃以上の高温域、更に好適には１０００〜１１００℃以
上の超高温域に加熱され、高温の昇温流体流H2は、被加
熱流体給送路CSを介して送出され、所望の用途に供され
る。

【００２５】以上説明した如く、上記熱交換システム１
は、切換装置２０、３０、４０に対する所定時間間隔の
同期切換制御により、高温流体流の保有顕熱を第１及び
第２熱交換装置１１、１２の蓄熱体に熱伝導／熱伝達し
且つ熱交換装置１１、１２に蓄熱するとともに、切換装
置２０、３０、４０の切換作動の後に熱交換装置１１、
１２に流入する低温の被加熱流体流に対して、熱交換装
置１１、１２の蓄熱顕熱を放熱し、被加熱流体流を昇温
させる。かかる蓄熱作用及び放熱作用が、短時間に交互
に反覆する結果、高温給気流と被加熱流体流との熱交換
現象が連続的且つ円滑に進行し、熱交換システム１に供
給される被加熱流体流は、好適には、８００℃乃至１０
００℃以上の高温域に継続的ないし定常的に加熱又は予
熱される。

【００２６】図５乃至図９は、上記熱交換システム１の
各種使用形態又は各種応用例を例示する概略フロー図で
ある。図５は、上記熱交換システム１を備えた石炭ガス
化・精製装置の装置系全体構成を示す概略フロー図であ
る。

【００２７】石炭ガス複合発電システムを構成する石炭
ガス化・精製装置の石炭ガス生成装置系は、石炭ガス化
ガスを生成するガス化炉５０と、石炭ガス化ガスを冷却
する冷却器５１と、石炭ガス化ガスに含まれる灰等の成
分を除去するセラミックフィルタ５２とを備える。微粉
炭等の原料炭が、石炭ガス化炉５０に送入されるととも
に、空気又は酸素等の酸化剤が石炭ガス化炉５０に導入
される。所望により、所定流量の過熱水蒸気又は高温水
性ガスが、石炭ガス化炉５０に供給される。石炭ガス化
炉５０の炉内ガス化反応により生成した石炭ガス化ガス
は、冷却器５１を介してセラミックフィルタ５２に導入
され、石炭ガス化ガスが含有する灰等は、冷却器５１に
てスラグ化し、系外に排出され、或いは、セラミックフ
ィルタ５２に捕捉される。かくして浄化された石炭ガス
化ガスは、給気流導入路HGを介して熱交換システム１の
導入路切換装置４０に送入される。熱交換システム１に
導入される石炭ガス化ガスの流体温度Thi は、例えば、
約８００〜１０００℃の高温域に設定される。

【００２８】第１位置（第１熱交換工程）における熱交
換システム１の作動形態が、図５に示されている。石炭
ガス化ガスは、第１熱交換装置１１の蓄熱体と伝熱接触
し、冷却温度Tho に降温した後、降温流体流H1として冷
却器５３に導入される。冷却温度Tho は、例えば、約１
５０℃程度の低温域に設定される。冷却器５３の冷却作
用により常温域に冷却した石炭ガス化ガスは、ガス精製
装置５４によって精製された後、ブロワー２の給送圧力
下に被加熱流体流として被加熱流体給送路CSに圧送され
る。被加熱流体給送路CSの精製ガス流（被加熱流体流）
は、比較的低温に設定された流体温度Tci （常温域）を
有する低温給気流として、流路切換装置２０を介して第
２熱交換装置１２に導入され、第２熱交換装置１２の蓄
熱体と熱交換し、蓄熱体の放熱作用により受熱し、この
結果、流体温度Tco に加熱される。流体温度Tco は、約
７００〜９００℃の高温域に好適に設定し得る。

【００２９】第２熱交換装置１２から送出された精製ガ
ス流H2は、高温の炭化水素系ガス流として、例えば、ガ
スタービン設備の燃焼器（図示せず）等に給送され、圧
縮機（図示せず）の圧縮空気と燃焼反応し、ガスタービ
ンを駆動可能な高温・高圧の膨張ガスを生成する。膨張
ガスによるガスタービンの駆動によって、ガスタービン
に接続された発電機（図示せず）が発電する。ガスター
ビンの排ガスは、排ガス回収ボイラ等の廃熱回収式蒸気
発生器（図示せず）に供給され、蒸気発生器は、発電用
蒸気タービン設備を駆動する蒸気を生成する。なお、ガ
スタービン設備及び蒸気タービン設備の構成は、公知の
構造のものであるので、更なる詳細な説明は、省略す
る。好適には６０秒以下に設定された所定時間の経過後
に、熱交換システム１は、第１位置（第１熱交換工程）
から第２位置（第２熱交換工程）に切換えられ、石炭ガ
ス化ガス流は、第１熱交換工程にて放熱した第２熱交換
装置１１の蓄熱体と伝熱接触し、該蓄熱体に対する伝熱
作用により蓄熱体を加熱し、降温流体流H1として冷却器
５３及びガス精製装置５４に導入される。ガス精製装置
５４から導出された低温の精製ガスは、ブロワー２の給
気圧力下に被加熱流体流として熱交換システム１に還流
し、第１熱交換工程にて加熱された第１熱交換装置１１
の蓄熱体と伝熱接触する。精製ガスは、蓄熱体との顕熱
交換作用により約７００〜９００℃の高温域に加熱さ
れ、高温の炭化水素系ガス流（昇温流体流H2）としてガ
スタービン設備に供給される。

【００３０】図５に示す石炭ガス化・精製装置の装置系
構成は、廃棄物ガス化溶融設備の装置系構成として応用
し得る。廃棄物ガス化溶融設備においては、ガス化炉５
０は、廃棄物ガス化溶融炉を構成し、任意の廃棄物が、
ガス化炉５０に供給される。ガス化炉は、可燃性ガスを
生成し、可燃性ガスは、冷却器５１及び集塵装置５２を
介して熱交換システム１に導入される。第１及び第２熱
交換装置１１、１２を介してなされる高温の可燃性ガス
と精製ガスとの実質的に直接的な熱交換作用により、被
加熱流体給送路CSの精製ガス流は、継続的に高温に加熱
される。熱交換システム１から送出される高温の精製ガ
ス流は、ガスタービン設備等の所定の後続工程に供給さ
れる。

【００３１】図６は、上記熱交換システム１を備えた他
形式の石炭ガス化・精製装置（又は廃棄物ガス化溶融設
備）の装置系全体構成を示す概略フロー図である。図６
に示す石炭ガス化・精製装置（又は廃棄物ガス化溶融設
備）においては、熱交換システム１によって予熱された
高温の燃焼用空気流H2（温度約７００〜９００℃）が、
ガス化炉５０に供給されるとともに、冷却器５１にて生
成した過熱水蒸気流が、ガス化炉５０に供給される。ガ
ス化炉５０は、原料炭（又は廃棄物）、高温燃焼空気及
び過熱水蒸気の存在下に原料炭（又は廃棄物）の燃焼反
応を生起し、石炭ガス化ガス（又は可燃性ガス）を生成
する。石炭ガス化ガス（又は可燃性ガス）は、冷却器５
１及びセラミックフィルタ５２を介して熱交換システム
１の給気流導入路HGに導入される。なお、冷却器５１
は、水源から供給される給水を石炭ガス化ガス（又は可
燃性ガス）の保有熱により加熱し、ガス化炉５０に供給
すべき過熱水蒸気を生成する。また、冷却器５１にて降
温した石炭ガス化ガス（又は可燃性ガス）は、セラミッ
クフィルタ５２により浄化される。熱交換システム１に
導入される高温の石炭ガス化ガス（又は可燃性ガス）
は、図６に示す第１位置（第１熱交換工程）において、
第１熱交換装置１１の蓄熱体と伝熱接触し、１５０℃程
度の温度域の降温流体流H1として冷却器５３に導入さ
れ、常温域に冷却した後、ガス精製装置５４によって精
製され、精製ガス流としてガスタービン設備等の後工程
に供給される。

【００３２】外気又は外界雰囲気の空気が、ブロワー２
の給気圧力下に、被加熱流体流として被加熱流体給送路
CSに圧送される。被加熱流体給送路CSの被加熱流体流
は、常温域の流体温度Tci を有する低温給気流として、
流路切換装置２０を介して第２熱交換装置１２に導入さ
れ、第２熱交換装置１２の蓄熱体と熱交換し、該蓄熱体
の放熱作用により受熱し、約７００〜９００℃の高温域
（流体温度Tco ）に加熱される。かくして予熱された空
気流は、高温の燃焼用空気流H2としてガス化炉５０に供
給される。好適には６０秒以下に設定された所定時間の
経過後に、熱交換システム１は、第１位置（第１熱交換
工程）から第２位置（第２熱交換工程）に切換えられ、
石炭ガス化ガス流（又は可燃性ガス流）は、第２熱交換
装置１２の蓄熱作用により降温し、降温流体流H1として
冷却器５３及びガス精製装置５４に給送され、他方、燃
焼用空気は、第１熱交換装置１１の放熱作用により加熱
され、高温の燃焼用空気流H2としてガス化炉５０に供給
される。

【００３３】図７は、上記熱交換システム１を備えたク
ローズドサイクル型ＭＨＤ発電機の装置系全体構成を示
す概略フロー図である。ＭＨＤ発電機の高温希ガスは、
熱交換システム１を介して冷却器７１及び圧縮機７２に
供給され、圧縮器７２において昇圧した高圧ガスは、熱
交換システム１により加熱され、高温の希ガス流とし
て、昇温気流導出路HSを介して所定の装置系に送出さ
れ、しかる後、ＭＨＤ発電機に再循環する。

【００３４】図７に示す第１位置（第１熱交換工程）に
おいて、給気流導入路HGに導入されたＭＨＤ発電機の希
ガスは、第１熱交換装置１１の蓄熱体と伝熱接触し、冷
却温度Tho に降温した後、降温流体流H1として冷却器７
１に導入される。給気流導入路HGの希ガス温度Thi は、
例えば、１１００〜１３００℃の高温域に設定され、降
温気流送出路CGの希ガス温度Tho は、例えば、１５０〜
２５０℃程度の低温域に設定される。冷却器５３の冷却
作用により常温域に冷却した希ガスは、圧縮機７２にて
圧縮され、被加熱流体給送路CS及び流路切換装置２０を
介して第２熱交換装置１２に導入され、第２熱交換装置
１２の蓄熱体と熱交換し、流体温度Tcoに加熱され、昇
温気流導出路HSを介して熱交換システム１外に送出され
る。流体温度Tco は、好適には、１０００〜１２００℃
の高温域に設定される。好適には６０秒以下に設定され
た所定時間の経過後に、熱交換システム１は、第１位置
（第１熱交換工程）から第２位置（第２熱交換工程）に
切換えられ、給気流導入路HGの希ガス流（温度Thi ）
は、第１熱交換工程にて放熱した第２熱交換装置１１の
蓄熱体と伝熱接触し、蓄熱体を加熱し、降温ガス流とし
て冷却器７１及び圧縮機７２に導入され、しかる後、熱
交換システム１に還流し、第１熱交換工程にて加熱され
た第１熱交換装置１１の蓄熱体と伝熱接触し、該蓄熱体
との顕熱交換作用により流体温度Tco の高温域に加熱さ
れ、昇温気流導出路HSを介して熱交換システム１外に送
出される。

【００３５】図８は、上記熱交換システム１を備えた固
体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）のカソード高温ガス循
環系の装置系全体構成を示す概略フロー図である。固体
電解質型燃料電池のカソード高温ガスは、熱交換システ
ム１を介して冷却器８１及びブロワー８２に供給され、
ブロワー８２の給気圧力下に熱交換システム１に還流
し、熱交換システム１により加熱される。図８に示す第
１位置（第１熱交換工程）において、給気流導入路HGに
導入された燃料電池のカソード高温ガス（流体温度Thi
）は、第１熱交換装置１１の蓄熱体と伝熱接触し、冷
却温度Tho に降温した後、降温流体流H1として冷却器８
１に導入される。カソード高温ガスの流体温度Thi は、
例えば、９００〜１１００℃の高温域に設定され、降温
気流送出路CGの流体温度Tho は、例えば、１００〜２０
０℃程度の低温域に設定される。冷却器８１にて常温域
に冷却したガス流は、ブロー８２の給気圧力下に被加熱
流体給送路CS及び流路切換装置２０を介して第２熱交換
装置１２に導入され、第２熱交換装置１２の蓄熱体と熱
交換し、流体温度Tco に加熱され、カソード高温ガスと
して、昇温気流導出路HSを介して燃料電池本体（図示せ
ず）に循環する。流体温度Tco は、好適には、８００〜
１０００℃の高温域に設定される。好適には６０秒以下
に設定された所定時間の経過後に、熱交換システム１
は、第１位置（第１熱交換工程）から第２位置（第２熱
交換工程）に切換えられ、給気流導入路HGのカソード高
温ガス流（温度Thi ）は、第２熱交換装置１１の蓄熱体
と伝熱接触し、顕熱交換作用により冷却した後、冷却器
８１及びブロワー８２を介して熱交換システム１の被加
熱流体給送路CSに導入される。被加熱流体給送路CSのガ
ス流は、第１熱交換装置１１の蓄熱体と伝熱接触し、該
蓄熱体の放熱作用により流体温度Tco の高温域に加熱さ
れ、カソード高温ガス（流体温度Tco ）として、昇温気
流導出路HSを介して燃料電池本体（図示せず）に循環す
る。

【００３６】図９は、上記熱交換システム１を備えた固
体電解質型燃料電池（ＳＯＦＣ）の燃料排ガス系の装置
系全体構成を示す概略フロー図である。固体電解質型燃
料電池９０の燃料排ガス（ＳＯＦＣ排ガス）が、熱交換
システム１を介して排気される。燃料電池９０に供給す
べき空気流が、ブロワー９２の給気圧力下に熱交換シス
テム１を介して燃料電池９０に供給される。図９に示す
第１位置（第１熱交換工程）において、給気流導入路HG
に導入された燃料電池９０の燃料排ガス流（流体温度Th
i ）は、第１熱交換装置１１の蓄熱体と伝熱接触し、冷
却温度Tho に降温した後、降温流体流H1として、流路切
換装置２０を介して系外に排気される。燃料電池９０の
燃料排ガス流は、約１０００℃程度の流体温度Thi を有
し、高温排ガス流が保有する顕熱は、第１熱交換装置１
１の蓄熱体に蓄熱される。燃料電池９０に供給すべき空
気流は、被加熱流体給送路CS及び流路切換装置２０を介
して第２熱交換装置１２に導入され、第２熱交換装置１
２の蓄熱体と熱交換し、流体温度Tco に加熱され、高温
給気流として、昇温気流導出路HSを介して燃料電池９０
に供給される。流体温度Tco は、好適には、９００℃程
度の高温域に設定される。好適には６０秒以下に設定さ
れた所定時間の経過後に、熱交換システム１は、第１位
置（第１熱交換工程）から第２位置（第２熱交換工程）
に切換えられ、給気流導入路HGの燃料排ガス流（温度Th
i ）は、第２熱交換装置１１の蓄熱体と伝熱接触し、顕
熱交換作用により冷却した後、流路切換装置２０を介し
て系外に排気される。被加熱流体給送路CSの空気流は、
第１熱交換装置１１の蓄熱体と伝熱接触し、該蓄熱体の
放熱作用により流体温度Tco の高温域に加熱され、高温
給気流（流体温度Tco ）として、昇温気流導出路HSから
燃料電池９０に供給される。

【００３７】以上説明した如く、上記実施例に係る熱交
換システム１は、第１及び第２蓄熱体を備えた第１及び
第２熱交換装置１１、１２と、蓄熱体との伝熱接触によ
り冷却した降温流体を熱交換システム１外に送出する降
温気流送出路CGと、蓄熱体との伝熱接触により加熱され
た昇温流体を熱交換システム１外に送出する昇温気流導
出路HSとを備える。熱交換システム１は更に、第１及び
第２熱交換装置１１、１２と被加熱流体給送路CSとの間
に介装された流路切換装置２０（第１流路切換手段）
と、熱交換装置１１、１２と昇温気流導出路HSとの間に
介装された送出路切換装置３０（第２流路切換手段）
と、熱交換装置１１、１２と給気流導入路HGとの間に介
装された導入路切換装置４０（第３流路切換手段）とを
備える。流路切換装置２０は、被加熱流体給送路CSを第
１又は第２熱交換装置と選択的に相互連通させ、送出路
切換装置３０は、昇温気流導出路HSを第１又は第２熱交
換装置と選択的に相互連通させ、導入路切換装置４０
は、給気流導入路HGを第１又は第２熱交換装置と選択的
に相互連通させる。流路切換装置２０、３０、４０を同
期切換制御する電子制御装置１９は、流路切換装置２
０、３０、４０を所定の時間間隔にて同期切換制御し、
高温給気流の保有する顕熱は、第１及び第２熱交換装置
の蓄熱体の蓄熱作用及び放熱作用を介して被加熱流体流
（低温給気流）に継続的に伝熱する。

【００３８】以上、本発明の好適な実施例について詳細
に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるもので
はなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で
種々の変形又は変更が可能であり、該変形例又は変更例
も又、本発明の範囲内に含まれるものであることは、い
うまでもない。例えば、蓄熱体を構成するハニカム構造
は、流体通路を分割して蜂の巣状に配列した構造のもの
を広く包含しており、ハニカム構造の流路断面性状は、
図４に示す方形断面形状に限定されるものではなく、種
々の形式ないし形態の流路断面に設計し得る。例えば、
流路断面の形状として、三角形、円形、正方形、長方
形、六角形等の他、円管、板体などを組合せたものな
ど、多用な断面形態を採用することができる。また、こ
れら種々の形態のハニカム構造におけるハニカムピッチ
Ｐ及びハニカム壁厚ｂ、更には、上記空隙率ε及びＡ／
Gm等の算定式等は、その都度、適当に設定変更し得る。

【００３９】

【発明の効果】以上説明した如く、本発明の上記構成に
よれば、石炭ガス化炉の生成ガス等の高温ガスが保有す
る熱量を系内にて有効利用可能に熱交換又は熱回収し得
る熱交換システム及び熱交換方法を提供することができ
る。また、本発明の上記構成によれば、上記蓄熱体によ
り冷却された高温給気流を降温流体として後工程に給送
し、該後工程において更に降温した降温流体を低温給気
流として上記熱交換装置に給送することにより、冷却す
べき高温ガスが保有する熱量を冷却後の高温ガスに効果
的に熱伝達可能な熱交換システム及び熱交換方法を提供
することが可能となる。更に、本発明の上記構成によれ
ば、互いに独立した流路系統のガス流体を上記高温給気
流と前記低温給気流として使用し、異なる流路系統を流
通する高温ガス流体及び低温ガス流体を上記熱交換装置
に交互に流通させることができ、これにより、任意の流
路系統を流通する高温ガス流体の保有する顕熱を効率的
に他系統の低温ガス流体に伝熱し得る熱交換システム及
び熱交換方法を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る蓄熱型熱交換システムの
全体構成を示す概略フロー図である。

【図２】図１に示す蓄熱型熱交換システムの全体構造を
概略的に示す縦断面図である。

【図３】図１及び図２に示す送出路切換装置の全体構造
を示す縦断面図（図３Ａ）及び平面図（図３Ｂ：図３
Ｃ）である。

【図４】第１及び第２熱交換装置を構成する蓄熱体の斜
視図（図４Ａ）及び部分拡大斜視図（図４Ｂ）である。

【図５】図１及び図２に示す熱交換システムを備えた或
る形式の石炭ガス化・精製装置（又は廃棄物ガス化溶融
設備）の装置系全体構成を示す概略フロー図である。

【図６】図１及び図２に示す熱交換システムを備えた他
形式の石炭ガス化・精製装置（又は廃棄物ガス化溶融設
備）の装置系全体構成を示す概略フロー図である。

【図７】図１及び図２に示す熱交換システムを備えたク
ローズドサイクル型ＭＨＤ発電機の装置系全体構成を示
す概略フロー図である。

【図８】図１及び図２に示す熱交換システム１を備えた
固体電解質型燃料電池のカソード高温ガス循環系の装置
系全体構成を示す概略フロー図である。

【図９】図１及び図２に示す熱交換システムを備えた固
体電解質型燃料電池の燃料排ガス系の装置系全体構成を
示す概略フロー図である。

【符号の説明】１熱交換システム２給気ファン３第１熱交換ユニット４第２熱交換ユニット１１第１熱交換装置１２第２熱交換装置１９制御装置２０流路切換装置（第１流路切換手段）３０送出路切換装置（第２流路切換手段）４０導入路切換装置（第３流路切換手段） HG 給気流導入路（高温給気流導入路） CG 降温気流送出路（降温流体送出路） HS 昇温気流導出路（昇温流体送出路） CS 被加熱流体給送路（低温給気流導入路） L1〜L10 給排路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高温給気流及び低温給気流と交互に伝熱
接触する蓄熱体を有し、前記蓄熱体は、前記高温給気流
が保有する顕熱を蓄熱し、蓄熱した顕熱を前記低温給気
流に放熱し、該蓄熱体の蓄熱作用及び放熱作用を介して
前記高温給気流の保有熱を前記低温給気流に伝熱し、該
低温給気流を高温域に加熱するように構成された熱交換
システムにおいて、高温給気流及び低温給気流に交互に伝熱接触する第１及
び第２蓄熱体を備えた第１及び第２熱交換装置と、前記蓄熱体との伝熱接触により冷却した高温給気流を降
温流体として熱交換システム外に送出する降温流体送出
路と、前記蓄熱体との伝熱接触により加熱された低温給気流を
昇温流体として熱交換システム外に送出する昇温流体送
出路と、前記熱交換装置と前記低温給気流の導入流路との間に介
装され、該低温給気流導入路を第１又は第２熱交換装置
と選択的に相互連通させる第１流路切換手段と、前記熱交換装置と前記昇温流体送出路との間に介装さ
れ、該昇温流体送出路を第１又は第２熱交換装置と選択
的に相互連通させる第２流路切換手段と、前記熱交換装置と前記高温給気流の導入流路との間に介
装され、該高温給気流導入路を第１又は第２熱交換装置
と選択的に相互連通させる第３流路切換手段と、前記高温給気流の保有する顕熱が、前記蓄熱体の蓄熱作
用及び放熱作用を介して前記低温給気流に伝熱するよう
に、前記第１、第２及び第３流路切換手段を同期切換制
御する切換手段制御装置とを有することを特徴とする熱
交換システム。
【請求項２】前記第１流路切換手段は、４方弁構造の
切換弁を備え、該切換弁は、前記降温流体送出路と連通
する第１ポートと、前記低温給気流導入路と連通する第
２ポートと、前記第１熱交換装置と連通する第３ポート
と、前記第２熱交換装置と連通する第４ポートとを備
え、前記切換弁は、第１位置において、前記第１ポート
と前記第３ポートとを相互連通させ且つ前記第２ポート
と前記第４ポートとを相互連通させ、第２位置におい
て、前記第２ポートと前記第３ポートとを相互連通させ
且つ前記第１ポートと前記第４ポートとを相互連通させ
ることを特徴とする請求項１に記載の熱交換システム。
【請求項３】前記第２流路切換手段は、３方弁構造の
切換弁を備え、該切換弁は、前記昇温流体送出路と連通
する第１ポートと、前記第１熱交換装置と連通可能な第
２ポートと、前記第２熱交換装置と連通可能な第３ポー
トとを備え、前記切換弁は、第１位置において、前記第
１ポートと前記第３ポートとを相互連通させ、第２位置
において、前記第１ポートと前記第３ポートとを相互連
通させることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交
換システム。
【請求項４】前記第３流路切換手段は、３方弁構造の
切換弁を備え、該切換弁は、前記高温給気流導入路と連
通する第１ポートと、前記第１熱交換装置と連通可能な
第２ポートと、前記第２熱交換装置と連通可能な第３ポ
ートとを備え、前記切換弁は、第１位置において、前記
第１ポートと前記第２ポートとを相互連通させ、第２位
置において、前記第１ポートと前記第３ポートとを相互
連通させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか
１項に記載の熱交換システム。
【請求項５】前記蓄熱体は、前記高温給気流及び低温
給気流が交互に通過する多数の流路を備えたハニカム型
蓄熱体からなることを特徴とする請求項１乃至４のいず
れか１項に記載の熱交換システム。
【請求項６】前記熱交換装置は、高温給気流を導入可
能な第１端部と、低温給気流を導入可能な第２端部とを
有し、前記第３流路切換装置は、第１給排路及び第２給排路を
介して第１及び第２熱交換装置の第１端部に夫々連通
し、前記第２流路切換装置は、第３給排路及び第４給排
路を介して第１及び第２熱交換装置の第１端部に夫々連
通し、前記第１流路切換装置は、第５給排路及び第６給
排路を介して第１及び第２熱交換装置の第２端部に夫々
連通し、前記第１給排路及び第３給排路は、前記第１熱交換装置
の第１端部において相互連通し、前記第２給排路及び第
４給排路は、前記第２熱交換装置の第１端部において相
互連通することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか
１項に記載の熱交換システム。
【請求項７】請求項１乃至６のいずれか１項に記載の
熱交換システムを石炭ガス化炉と、該石炭ガス化炉の生
成ガスを精製するガス精製装置との間に介装したことを
特徴とする石炭ガス化装置。
【請求項８】請求項１乃至６のいずれか１項に記載の
熱交換システムを廃棄物ガス化溶融炉と、該溶融炉の生
成ガスを浄化又は精製する生成ガス処理装置との間に介
装したことを特徴とする廃棄物ガス化溶融装置。
【請求項９】請求項１乃至６のいずれか１項に記載の
熱交換システムを燃料電池の高温ガス流通系に介装した
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項１０】蓄熱体を高温給気流及び低温給気流と
交互に伝熱接触させ、前記高温給気流が保有する顕熱を
前記蓄熱体に蓄熱し、蓄熱した顕熱を前記低温給気流に
放熱し、該蓄熱体の蓄熱作用及び放熱作用を介して前記
高温給気流の保有熱を前記低温給気流に伝熱し、該低温
給気流を高温域に加熱する熱交換方法において、第１流路切換手段及び高温の第２蓄熱体を介して低温給
気流を導入し、該低温給気流と前記第２蓄熱体との伝熱
接触による熱交換作用により、前記低温給気流を高温域
に加熱し、昇温流体流を第２流路切換手段を介して熱交
換システム外に導出するとともに、第３流路切換手段及
び低温の第１蓄熱体を介して高温給気流を導入し、該高
温給気流と前記第１蓄熱体との伝熱接触による熱交換作
用により、前記高温給気流を冷却する第１熱交換工程
と、前記第１流路切換手段及び高温の第１蓄熱体を介して低
温給気流を導入し、該低温給気流と前記第１蓄熱体との
伝熱接触による熱交換作用により、前記低温給気流を高
温域に加熱し、昇温流体流を前記第２流路切換手段を介
して熱交換システム外に導出するとともに、前記第３流
路切換手段及び低温の第２蓄熱体を介して高温給気流を
導入し、該高温給気流と前記第２蓄熱体との伝熱接触に
よる熱交換作用により、前記高温給気流を冷却する第２
熱交換工程とを有し、前記第１及び第２熱交換工程を所定時間間隔にて交互に
実行し、前記低温給気流を継続的に高温域に加熱するこ
とを特徴とする熱交換方法。
【請求項１１】前記時間間隔は、６０秒以下の所定時
間に設定され、前記第１及び第２熱交換装置の各蓄熱体
は、該時間間隔に相応して蓄熱及び放熱を反覆し、前記
低温給気流を加熱し且つ前記高温給気流を冷却すること
を特徴とする請求項１０に記載の熱交換方法。
【請求項１２】前記低温給気流は、前記熱交換装置に
より８００℃以上の高温域に加熱されることを特徴とす
る請求項１０又は１１のいずれか１項に記載の熱交換方
法。
【請求項１３】前記蓄熱体により冷却された高温給気
流は、降温流体として後工程に給送され、該後工程にお
いて更に降温した後、前記低温給気流として前記熱交換
装置に給送されることを特徴とする請求項１０乃至１２
のいずれか１項に記載の熱交換方法。
【請求項１４】前記高温給気流と前記低温給気流は、
互いに独立した流路系統のガス流体であり、異なる流路
系統を流通する高温ガス流体及び低温ガス流体が、前記
熱交換装置を交互に流通することを特徴とする請求項１
０乃至１２のいずれか１項に記載の熱交換方法。