産業用乾燥システム及び乾燥方法
【課題】エネルギー効率の高い産業用乾燥システムを提供する。
【解決手段】乾燥システムは、第１装置（１２）、第２装置（１４）、及び第３装置（１６）を備える。第１装置（１２）は、作動流体が流れかつ、吸熱部（２１）、圧縮部（２２）、放熱部（２３）及び膨張部（２４）を有するヒートポンプ回路（２０）を有する。第２装置（１４）は、作動流体からの熱を受けた水が蒸発する蒸発部（４２）と、蒸発部（４２）からの蒸気が流れる蒸気回路（４４）とを有する。第３装置（１６）は、乾燥の対象物が配置される乾燥室（６２）を有する。第３装置（１６）において、蒸気からの熱が対象物及び対象物に向けて流れる流体の少なくとも一方に伝わる。
【解決手段】乾燥システムは、第１装置（１２）、第２装置（１４）、及び第３装置（１６）を備える。第１装置（１２）は、作動流体が流れかつ、吸熱部（２１）、圧縮部（２２）、放熱部（２３）及び膨張部（２４）を有するヒートポンプ回路（２０）を有する。第２装置（１４）は、作動流体からの熱を受けた水が蒸発する蒸発部（４２）と、蒸発部（４２）からの蒸気が流れる蒸気回路（４４）とを有する。第３装置（１６）は、乾燥の対象物が配置される乾燥室（６２）を有する。第３装置（１６）において、蒸気からの熱が対象物及び対象物に向けて流れる流体の少なくとも一方に伝わる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業用乾燥システム及び乾燥方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用乾燥システムとしては、ボイラで燃料を燃焼させて対象物を乾燥する構成が一般的に知られている。
【０００３】
また、空気調和機からの加熱空気を対象物に供給する構成を有する乾燥機がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３９５７６５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、エネルギー効率の高い乾燥システム及び乾燥方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の態様に従えば、作動流体が流れかつ、吸熱部、圧縮部、放熱部、及び膨張部を有するヒートポンプ回路を有する第１装置と；前記作動流体からの熱を受けた水が蒸発する蒸発部と、前記蒸発部からの蒸気が流れる蒸気回路とを有する第２装置と；乾燥の対象物が配置される乾燥室を有する第３装置であって、前記蒸気からの熱が前記対象物及び前記対象物に向けて流れる流体の少なくとも一方に伝わる、前記第３装置と；を備える産業用乾燥システムが提供される。
【０００６】
本発明の別の態様に従えば、作動流体が流れるヒートポンプ回路を用意する工程と、前記作動流体からの熱を水に伝えて蒸気を生成する工程と、前記蒸気からの熱を乾燥の対象物及び前記対象物に向けて流れる流体の少なくとも一方に伝える工程と、を備える産業用乾燥方法が提供される。
【０００７】
この乾燥システム又は乾燥方法によれば、ヒートポンプからの熱を利用して蒸気が生成され、この蒸気の熱によって対象物が乾燥される。したがって、熱伝達に優れた蒸気の使用により、乾燥にかかる熱効率の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、第１実施形態における乾燥システムＳ１を示す概略図である。
【０００９】
乾燥システムＳ１は、作動流体が流れるヒートポンプ（ヒートポンプ回路）２０を有するヒートポンプ装置（第１装置）１２と、蒸気装置（第２装置）１４と、乾燥対象物が乾燥される乾燥装置（第３装置）１６と、制御装置７０とを備える。制御装置７０は、システム全体を統括的に制御する。乾燥システムＳ１の構成は設計要求に応じて様々に変更可能である。
【００１０】
本実施形態において、乾燥対象物は産業用電気部品である。なお、汚泥、木材、樹脂、砂、家庭ごみ、産業ごみ、塗装物、産業用衣類、機械部品、食料品など、様々な物体を乾燥対象にできる。
【００１１】
ヒートポンプ装置１２において、ヒートポンプ２０は、蒸発、圧縮、凝縮、及び膨張の各工程からなるサイクルにより、作動流体の状態変化を利用して複数の物体間で熱の授受を行う回路である。ヒートポンプサイクルは一般に、エネルギー効率が比較的高いという利点を有する。
【００１２】
本実施形態において、ヒートポンプ２０は、吸熱部２１、圧縮部２２、放熱部（前放熱部２３Ａ、後放熱部（加温用放熱部）２３Ｚ）２３、及び膨張部２４を有し、これらは導管を介して接続されている。
【００１３】
吸熱部２１では、主経路２５内を流れる作動流体がサイクル外の熱源の熱を吸収する。本実施形態において、ヒートポンプ２０の吸熱部２１は、乾燥処理に伴い排出される乾燥装置１６からの排出流体の熱を吸収することができる。
【００１４】
本実施形態において、ヒートポンプ装置１２は、乾燥装置１６からの排熱の少なくとも一部をヒートポンプ２０の吸熱部２１が汲み上げる排熱回収部２９をさらに有する。排熱回収部２９は、熱流体が流れる導管２９１と、乾燥装置１６からの排出熱（例えば、排出流体の熱）が熱流体に伝わる吸熱部２９３と、導管２９１内の熱流体からの熱がヒートポンプ２０の吸熱部２１に伝わる放熱部２９５とを有する。排熱回収部２９はさらに、必要に応じて、ポンプなどの流体駆動部やバルブなどの流量制御部（不図示）を有することができる。ヒートポンプ２０の吸熱部２１は、乾燥処理に伴い乾燥装置１６から排出される熱を吸収することができる。代替的又は追加的に、ヒートポンプ２０の吸熱部２１が乾燥装置１６からの排出流体以外の熱源（例えば大気、冷熱供給装置）の熱を吸収する構成とすることもできる。
【００１５】
圧縮部２２は、圧縮機等によって作動流体を圧縮する。この際、通常、作動流体の温度が上がる。本実施形態において、圧縮部２２は、単段圧縮構造又は多段圧縮構造を有することができる。圧縮部２２は、軸流圧縮機、遠心圧縮機、レシプロ式圧縮機、ロータリー式圧縮機などの様々な圧縮機のうち、作動流体の圧縮に適するものが適用される。圧縮機には動力が供給される。多段圧縮構造を有する圧縮部２２において、多軸圧縮構造又は同軸圧縮構造が適用可能である。
【００１６】
放熱部（前放熱部２３Ａ、後放熱部２３Ｚ）２３は、圧縮部２２で圧縮された作動流体が流れる導管を有し、主経路２５内を流れる作動流体の熱をサイクル外の物体に与える。放熱部２３を流れる作動流体の少なくとも一部は、ガス域又は超臨界域にできる。本実施形態において、作動流体の流れ方向に沿って、前放熱部２３Ａ、及び後放熱部２３Ｚがその順に並んでいる。放熱部の数は、乾燥システムＳ１の仕様に応じて設定され、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、あるいは１１以上である。前放熱部２３Ａは、圧縮部２２の下流側の位置に配置され、後放熱部２３Ｚは、前放熱部２３Ａの下流側の位置に配置される。各放熱部２３Ａ，２３Ｚは、蒸気装置１４に熱的に接続されている。
【００１７】
膨張部２４は、減圧弁またはタービン等によって作動流体を膨張させる。タービンを使用した場合には膨張部２４から動力を取り出すことができ、その動力を例えば圧縮部２２に供給してもよい。ヒートポンプ２０に使用される作動流体として、フロン系媒体（HFC 245faなど）、アンモニア、水、二酸化炭素、空気などの公知の様々な熱媒体が、乾燥システムＳ１の仕様及び熱バランス等に応じて選択される。
【００１８】
本実施形態において、ヒートポンプ２０はさらに、バイパス経路２７と、再生器２８とを有する。バイパス経路２７の入口端がヒートポンプ２０の主経路２５における前放熱部２３Ａと後放熱部２３Ｚとの間の導管に流体的に接続される。バイパス経路２７の出口端が主経路２５における後放熱部２３Ｚと膨張部２４との間の配管に流体的に接続される。バイパス経路２７の入口に、作動流体のバイパス流量を制御する流量制御弁を設けることができる。バイパス経路２７において、前放熱部２３Ａからの作動流体の一部が、後放熱部２３Ｚを迂回し、膨張部２４の手前で後放熱部２３Ｚからの作動流体と合流する。前放熱部２３Ａからの残りの作動流体は、後放熱部２３Ｚを流れる。
【００１９】
再生器２８は、バイパス経路２７の導管の一部と、ヒートポンプ２０の主経路２５の導管（吸熱部２１と圧縮部２２との間の導管）の一部とが熱的に接続された構成を有する。例えば、両導管が互いに接触あるいは隣接して配置される。ヒートポンプ２０において、吸熱部２１からの作動流体に比べて、前放熱部２３Ａからの作動流体は高温である。再生器２８において、バイパス経路２７を流れる前放熱部２３Ａからの作動流体と、ヒートポンプ２０の主経路２５を流れる吸熱部２１からの作動流体とが熱交換する。この熱交換により、バイパス経路２７内の作動流体の温度が降下し、主経路２５内の作動流体の温度が上昇する。再生器２８は、低温の流体（主経路２５内の作動流体）と高温の流体（バイパス経路２７内の作動流体）とが対向して流れる向流型の熱交換構造を有することができる。あるいは、再生器２８は、高温流体と低温流体とが並行して流れる並行流型の熱交換構造を有することができる。
【００２０】
図１に示すように、蒸気装置１４は、加温部４０と、蒸発部４２と、蒸気回路４４と、必要に応じてポンプなどの流体駆動部（不図示）と、必要に応じてバルブなどの流量制御部（不図示）とを有する。
【００２１】
加温部４０は、ヒートポンプ２０の後放熱部２３Ｚに熱的に接続されかつ供給源（不図示）からの水が流れる導管を含む。加温部４０と後放熱部２３Ｚとを含んで熱交換器１１０（加温器、熱交換装置）が構成される。すなわち、熱交換器１１０は、蒸気装置１４の導管の一部（加温部４０）と、ヒートポンプ２０の主経路２５の導管の一部（後放熱部２３Ｚ）とが熱的に接続された構造を有する。熱交換器１１０は、低温の流体（蒸気装置１４内の水）と高温の流体（ヒートポンプ２０内の作動流体）とが対向して流れる向流型の熱交換方式を有することができる。あるいは、熱交換器１１０は、高温流体と低温流体とが並行して流れる並行流型の熱交換方式を有することができる。熱交換器１１０の熱交換構造として、公知の様々なものを採用することができる。加温部４０の導管と後放熱部２３Ｚの導管とは互いに接触あるいは隣接して配置される。例えば、後放熱部２３Ｚの導管を、加温部４０の導管の周りや内部に配設することができる。加温部４０において、ヒートポンプ２０の後放熱部２３Ｚからの伝達熱によって、導管内の水が温度上昇する。
【００２２】
蒸発部４２は、ドラム式、蒸発式、沸騰式、及び、蒸発＋沸騰式の少なくとも１つの方式を有することができる。本実施形態において、蒸発部４２は、少なくとも液状の被加熱流体（水）を貯溜するタンク（ドラム、蒸気発生部）４２０と、タンク４２０に流体的に接続された循環導管４２２とを有する。加温部４０とタンク４２０との間には、必要に応じて脱気槽（不図示）と、ポンプなどの流体駆動部（不図示）とが配置される。タンク４２０は、必要に応じて、液面を計測するレベルセンサ４２４と、気液分離器（不図示）とを有することができる。
【００２３】
タンク４２０または循環導管４２２には、加温部４０からの水の供給口と、蒸気の排出口とが設けられる。循環導管４２２の入口端と出口端とはそれぞれタンク４２０に接続される。循環導管４２２は、ヒートポンプ２０の前放熱部２３Ａに熱的に接続される被加熱管４２６と、必要に応じて、ポンプ（不図示）と、バルブ（不図示）とを有する。被加熱流体（水）の熱対流及び／又は外部との差圧などを利用してポンプを省くこともできる。
【００２４】
被加熱管４２６と前放熱部２３Ａとを含んで熱交換器１１２（熱交換装置）が構成される。すなわち、熱交換器１１２において、ヒートポンプ２０の前放熱部２３Ａと蒸発部４２の被加熱管４２６とが熱的に接続される。前放熱部２３Ａを流れる作動流体からの熱が被加熱管４２６を流れる水に伝わる。熱交換器１１２は、低温の流体（被加熱管４２６内の水）と高温の流体（ヒートポンプ２０内の作動流体）とが対向して流れる向流型の熱交換方式を有することができる。あるいは、熱交換器１１２は、高温流体と低温流体とが並行して流れる並行流型の熱交換方式を有してもよい。熱交換器１１２の熱交換構造として、公知の様々なものを採用することができる。ヒートポンプ２０の前放熱部２３Ａの導管と、被加熱管４２６とは互いに接触あるいは隣接して配置される。例えば、ヒートポンプ２０の前放熱部２３Ａの導管を、被加熱管４２６の周りや内部に配設することができる。
【００２５】
蒸発部４２において、加温部４０で温度上昇した水が供給口を介してタンク４２０に供給され、タンク４２０及び循環導管４２２内に水が貯溜される。タンク４２０内の液面が所定範囲内になるように、タンク４２０への水の供給量が制御される。例えば、レベルセンサの計測結果に基づいて、タンク４２０への水の供給量が制御される。ヒートポンプ２０の前放熱部２３Ａを流れる作動流体からの熱を受けた被加熱管４２６内の水は、少なくとも一部が蒸発する。蒸発部４２からの蒸気は、蒸気回路４４を流れる。
【００２６】
蒸気回路４４は、圧縮部４４０と、蒸気が流れる経路４４２とを有する。本実施形態において、圧縮部４４０は、蒸発部４２のタンク４２０に流体的に接続されている。タンク４２０の内部空間は、タンク４２０の排出口及びダクト４２５を介して圧縮部４４０によって吸引される。
【００２７】
本実施形態において、蒸気回路４４の圧縮部４４０は、第１圧縮部４４０Ａ、第２圧縮部４４０Ｂ、及び第３圧縮部４４０Ｃを含む３段圧縮構造を有する。圧縮部４４０は、各圧縮部４４０Ａ−４４０Ｃに対応する回転数が個々に制御される多軸圧縮構造を有することができる。あるいは、圧縮部４４０は、同軸圧縮構造を有することができる。本実施形態において、圧縮部４４０は、圧縮部４４０Ａ−４４０Ｃに関して同軸構造を有する。圧縮機４４０Ａ−４４０Ｃとしては、軸流圧縮機、遠心圧縮機、レシプロ式圧縮機、ロータリー式圧縮機などの様々な圧縮機が適用され、蒸気圧縮に適するものが用いられる。第１圧縮部４４０Ａは、蒸発部４２のタンク４２０からの蒸気を圧縮する。第２圧縮部４４０Ｂは、第１圧縮部４４０Ａからの蒸気を圧縮し、第３圧縮部４４０Ｃは、第２圧縮部４４０Ｂからの蒸気を圧縮する。各圧縮部４４０Ａ−４４０Ｃの圧縮比（圧力比）は、乾燥システムＳ１の仕様に応じて設定することができる。圧縮部の段数は、乾燥システムＳ１の仕様に応じて設定され、１、２、３、４、５、６、７、８、９、あるいは１０以上である。
【００２８】
本実施形態において、蒸気回路４４の経路４４２は、補経路４４２Ａ，４４２Ｂ，４４２Ｃ，４４２Ｄを有する。蒸発部４２のタンク４２０からの蒸気の一部が第１補経路４４２Ａを流れ、残部が第１圧縮部４４０Ａに入る。圧縮された第１圧縮部４４０Ａからの蒸気の一部が第２補経路４４２Ｂを流れ、残部が第２圧縮部４４０Ｂに入る。圧縮された第２圧縮部４４０Ｂからの蒸気の一部が第３圧縮部４４０Ｃに入り、残部が第３補経路４４２Ｃを流れる。圧縮された第３圧縮部４４０Ｃからの蒸気が第４補経路４４２Ｄを流れる。経路４４２の各分岐の位置に制御弁や流量制御弁を配置することができる。各分岐位置における蒸気の分岐割合は、乾燥システムＳ１の仕様に応じて設定することができる。
【００２９】
本実施形態において、蒸気回路４４の経路４４２はさらに、乾燥装置１６と熱的に接続される放熱部４４４Ａ，４４４Ｂ，４４４Ｃ，４４４Ｄを有する。放熱部４４４Ａ−４４４Ｄは、蒸発部４２のタンク４２０からの蒸気又は圧縮部４４０Ａ−４４０Ｃで圧縮された蒸気が流れる導管を有し、蒸気の熱を外部の物体に与える。第１放熱部４４４Ａ、第２放熱部４４４Ｂ、第３放熱部４４４Ｃ、及び第４放熱部４４４Ｄはそれぞれ、第１補経路４４２Ａ、第２補経路４４２Ｂ、第３補経路４４２Ｃ、及び第４補経路４４２Ｄの一部である。
【００３０】
本実施形態において、第１放熱部４４４Ａが乾燥装置１６における上流位置に配される。乾燥装置１６の流れ方向に沿って、第１放熱部４４４Ａ、第２放熱部４４４Ｂ、第３放熱部４４４Ｃ、及び第４放熱部４４４Ｄがその順に並ぶ。放熱部の数は、乾燥システムＳ１の仕様に応じて設定され、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、あるいは１１以上にできる。
【００３１】
本実施形態において、第１放熱部４４４Ａ（第１補経路４４２Ａ）、第２放熱部４４４Ｂ（第２補経路４４２Ｂ）、第３放熱部４４４Ｃ（第３補経路４４２Ｃ）、及び第４放熱部４４４Ｄ（第４補経路４４２Ｄ）を互いに温度（飽和温度）が異なる蒸気がそれぞれ流れる。第１放熱部４４４Ａを流れる蒸気の温度が比較的低く、第４放熱部４４４Ｄを流れる蒸気の温度が比較的高い。蒸気の温度は、圧縮段数に応じて、第４放熱部４４４Ｄ、第３放熱部４４４Ｃ、第２放熱部４４４Ｂ、及び第１放熱部４４４Ａの順に高い。すなわち、蒸気回路４４の経路４４２において、乾燥装置１６の流れ方向における比較的上流側に比較的低温の蒸気が供給され、流れ方向における比較的下流側に比較的高温の蒸気が供給される。
【００３２】
放熱部４４４Ａ−４４４Ｄを流れる蒸気及びその凝縮液の少なくとも一方からの熱が乾燥装置１６内の物体に伝わり、放熱部４４４Ａ−４４４Ｄを流れる蒸気の少なくとも一部が液化する。本実施形態において、補経路４４２Ａ−４４２Ｄの下流端がタンク４２０に流体的に接続される。放熱部４４４Ａ−４４４Ｄからの蒸気及び液体は、タンク４２０に入る。補経路４４２Ａ−４４２Ｄにおいて、放熱部４４４Ａ−４４４Ｄとタンク４２０との間に流体制御弁（減圧弁）などを配置することができる。
【００３３】
圧縮部４４０Ａ−４４０Ｃには、蒸気に対して水（温水）を供給するノズル４４８Ａ，４４８Ｂ，４４８Ｃが、必要に応じて配設される。ノズル４４８Ａ−４４８Ｃの配設位置は、例えば、各圧縮部４４０Ａ−４４０Ｂの段間、入口、及び／又は出口である。ノズル４４８Ａ−４４８Ｃと蒸発部４２のタンク４２０の液相位置とが導管４４６を介して流体的に接続された配管構成を採用することができる。この配管構成では、タンク４２０内の液体がノズル４４８Ａ−４４８Ｃへの供給に有効利用される。ノズル４４８Ａ−４４８Ｃからの液体の排出（スプレイ）には、ポンプなどの動力源を用いてもよく、導管の入口と出口との間の圧力差を利用してもよい。
【００３４】
圧縮部４４０による吸引作用により、蒸発部４２におけるヒートポンプ２０による加熱部位での内部空間、すなわちタンク４２０の内部空間が減圧される。例えば、タンク４２０の内部圧力が大気圧（１atm＝約０．１ＭＰａ）に比べて低い負圧（陰圧）となるように、経路４４２（補経路４４２Ａ−４４２Ｄ）上の制御弁（流量制御弁など。不図示）、圧縮部４４０等が制御される。この制御は、例えば、タンク４２０の内部圧力を計測するセンサ（不図示）の計測結果に基づいて行うことができる。
【００３５】
本実施形態において、乾燥装置１６は、流体加熱部６１、乾燥室６２、流体排出部６３、及び不図示の移送装置を有する。一例において、移送装置は、コンベア、搬送車、搬送ロボットなどの様々な形態を有することができる。移送装置によって、乾燥対象物が乾燥室６２内に投入されるとともに、乾燥室６２から取り出される。代替的又は追加的に、乾燥装置１６は、乾燥後の対象物の出力のために、ゲート式、旋回式などの形態を有する出力部を備えることができる。乾燥した対象物の出力部は、必要に応じて乾燥した対象物に化学処理などの所定の処理を行う機構を有することができる。
【００３６】
本実施形態において、必要に応じて、移送装置は、乾燥室６２内で、乾燥対象物を移動させることができる。乾燥装置１６は、必要に応じて、不図示の脱水装置をさらに有し、それによって対象物を脱水することができる。脱水の際、対象物に必要に応じて凝集剤を添加することができる。脱水は、遠心式、加圧式、圧搾式、振動式など、対象物に応じて様々な形態が適用可能である。脱水により、対象物の容量が減少する。また、乾燥装置１６は、必要に応じて、乾燥室６２に入る前の対象物に熱を与える予熱室をさらに有することができる。
【００３７】
本実施形態において、乾燥装置１６は、概要的な筒形状を有し、全体的にその軸方向に沿って内部を空気が流れる。本実施形態において、全体的な空気の流れ方向（以後、流れ方向と称する）に沿って、流体加熱部６１、乾燥室６２、及び流体排出部６３がその順に並ぶ。代替的又は追加的に、乾燥装置１６は、様々な形態を採用することができる。
【００３８】
本実施形態において、蒸気回路４４の放熱部４４４Ａ−４４４Ｄが流体加熱部６１内に配される。前述したように、蒸気の温度は、第４放熱部４４４Ｄ、第３放熱部４４４Ｃ、第２放熱部４４４Ｂ、及び第１放熱部４４４Ａの順に高い。乾燥装置１６の流体加熱部６１に流入した空気は、第１放熱部４４４Ａ、第２放熱部４４４Ｂ、第３放熱部４４４Ｃ、及び第４放熱部４４４Ｄによって順次加熱される。
【００３９】
乾燥室６２内に、乾燥の対象物が配置される。本実施形態において、加熱された空気によって乾燥室６２内の対象物が乾燥される。乾燥室６２からの空気（排ガスなど）は流体排出部６３を経由して外部に排出される。
【００４０】
本実施形態において、流体排出部６３には、ヒートポンプ装置１２における排熱回収部２９の吸熱部２９３が配される。乾燥室６２からの空気の熱の少なくとも一部が排熱回収部２９の吸熱部２９３に供給される。
【００４１】
流体排出部６３は、低温の流体（吸熱部２９３内の作動流体）と高温の流体（流体排出部６３内の排出流体）とが対向して流れる向流型の熱交換方式を有することができる。あるいは、流体排出部６３は、高温流体と低温流体とが並行して流れる並行流型の熱交換方式を有してもよい。流体排出部６３は、熱交換構造として、公知の様々なものを採用することができる。これにより、ヒートポンプ２０は、乾燥装置１６の排熱を回収することができる。排熱の回収により、乾燥システムＳ１の全体の熱利用の向上が図られる。流体排出部６３を流れる流体の多くは、乾燥室６２において湿分が蒸発したものであり、蒸発潜熱を有している。この蒸発潜熱の少なくとも一部を吸熱部２９３によって回収できる。潜熱を回収した場合には、排出流体の少なくとも一部が凝縮することになる。
【００４２】
次に、乾燥システムＳ１の乾燥処理プロセスの一例について説明する。
【００４３】
図１に示すように、まず、ヒートポンプ２０からの熱伝達によって蒸気装置１４の蒸発部４２において蒸気が生成される。すなわち、蒸発部４２の加温部４０において、ヒートポンプ２０の後放熱部２３Ｚから伝達される熱によって供給源からの水が加温される。一例において、加温部４０への水の入口温度は約２０℃であり、加温部４０からの水の出口温度は約６０℃である。上記数値は一例であって、本発明はこれに限定されない。加温部４０からの加温された水はタンク４２０に投入される。タンク４２０内は、圧縮部４４０による吸引作用により負圧下にあるとともに、水温に対して実質的に飽和圧力下にある。ヒートポンプ２０の前放熱部２３Ａからの伝達される熱に受けてタンク４２０内の水が相変化し蒸発する。
【００４４】
タンク４２０からの蒸気は、蒸気回路４４内を流れ、圧縮部４４０による圧縮で比較的高圧力かつ高温度の蒸気となる。すなわち、ヒートポンプ２０で加熱された水が、圧縮部４４０での圧縮によってさらに加熱される。一例において、第１放熱部４４４Ａ、第２放熱部４４４Ｂ、第３放熱部４４４Ｃ、及び第４放熱部４４４Ｄ内の蒸気の温度はそれぞれ、約６０℃、７７℃、９７℃、及び１３０℃である。乾燥装置１６の流体加熱部６１に流入した空気が、第１放熱部４４４Ａ、第２放熱部４４４Ｂ、第３放熱部４４４Ｃ、及び第４放熱部４４４Ｄによって順次加熱され、その後、乾燥室６２に流入する。例えば乾燥室６２に流入する空気の温度は約１２０℃である。そして、乾燥室６２において、空気からの熱によって対象物が温度上昇するとともに、対象物に含まれる液分が蒸発する。上記数値は一例であって、本発明はこれに限定されない。
【００４５】
以上のように、本実施形態において、ヒートポンプ２０の熱を利用して生成された蒸気を用いて乾燥が行われる。熱伝達に優れた蒸気の使用により、乾燥にかかる熱効率の向上を図ることができる。また、蒸気を利用することにより、比較的高温域の乾燥処理が実行可能である。
【００４６】
ボイラのエネルギー効率が一般に約０．７〜０．８（７０〜８０％）であるのに対して、ヒートポンプのエネルギー効率としての成績係数（ＣＯＰ：coefficient of performance）は一般に２．５〜５．０である。ヒートポンプの成績係数は、被加熱媒体の入出力温度差に応じて変化し、比較的高い入出力温度差においてその成績係数が低下する傾向がある。本実施形態において、顕熱交換及び潜熱交換に対応してヒートポンプ２０が個別の加熱部（後放熱部２３Ｚ及び前放熱部２３Ａ）を有することにより、入出力温度差を抑え、ボイラに比べて高いエネルギー効率で蒸気を生成することができる。例えば、ＣＯＰが３．０のとき、発電効率を４０％とすると、一次エネルギーの１２０％の熱を生成でき、従来のボイラにおける９０％を上回る。これは、エネルギーの節約に有利である。上記数値は一例であって、本発明はこれに限定されない。
【００４７】
本実施形態において、蒸気回路４４を流れる蒸気及びその凝縮液の少なくとも一方からの熱が乾燥装置１６内の物体（空気）に伝わり、蒸気回路４４内の蒸気の少なくとも一部が液化する。すなわち、蒸気の潜熱を利用して乾燥処理が実行される。これは、シリコンオイルや圧縮水を熱媒として用いるシステムに比べて、乾燥システムＳ１のコンパクト化や効率化に有利である。
【００４８】
本実施形態において、蒸気回路４４の圧縮部４４０が３段圧縮構造を有し、乾燥装置１６の流れ方向における比較的上流側において空気は比較的低温の放熱部（第１放熱部４４４Ａなど）と熱交換し、比較的下流側において空気は比較的高温の放熱部（第４放熱部４４４Ｄなど）と熱交換する。これは熱効率の向上に有利である。
【００４９】
図２は、本実施形態における蒸気回路内の蒸気、及び乾燥装置内の空気の温度変化の一例を示す模式図である。
【００５０】
図２に示すように、乾燥装置１６の流体加熱部６１（図１参照）の入口付近において、空気は比較的低温の蒸気が流れる第１放熱部４４４Ａから熱を受けて温度上昇する（図２の矢印ｍ１）。このとき、潜熱の放出に伴い、第１放熱部４４４Ａ内で蒸気の少なくとも一部が液化する（矢印ｎ１）。第１放熱部４４４Ａで加熱された空気は、次に、第２放熱部４４４Ｂから熱を受けて温度上昇する（矢印ｍ２）。このとき、潜熱の放出に伴い、第２放熱部４４４Ｂ内で蒸気の少なくとも一部が液化する（矢印ｎ２）。放熱温度は、第４放熱部４４４Ｄ、第３放熱部４４４Ｃ、第２放熱部４４４Ｂ、及び第１放熱部４４４Ａの順に高い。以後、空気は、第３放熱部４４４Ｃ、及び第４放熱部４４４Ｄから順に熱を受けて温度上昇する（矢印ｍ３、ｍ４）。また、第３放熱部４４４Ｃ及び第４放熱部４４４Ｄ内で蒸気の少なくとも一部が液化する（矢印ｎ３、ｎ４）。第１−第４放熱部４４４Ａ−４４４Ｄ（図１）によって空気が温度上昇する。
【００５１】
図１に戻り、このように、本実施形態において、乾燥装置１６の流体加熱部６１における、蒸気回路４４の放熱温度分布が流れ方向に沿って全体的な勾配を有する。そのため、蒸気回路４４内の蒸気と乾燥装置１６内の空気との温度差が抑制された勾配加熱が実現され、これは、熱交換効率の向上に貢献する。本実施形態において、蒸気回路４４は、互いに温度（飽和温度）が異なる複数の蒸気がそれぞれ流れる放熱部４４４Ａ−４４４Ｄ（補経路４４２Ａ−４４２Ｄ）を有し、これは、蒸気の潜熱を利用した勾配加熱に好ましく適用される。
【００５２】
本実施形態において、蒸発部４２のタンク４２０に流体的に接続された蒸気回路４４の圧縮部４４０が多段構成を有しており、その結果、乾燥装置１６の空気に対する勾配加熱を実現する形態が提供される。
【００５３】
図３は、図１に示す蒸気回路４４の蒸発部４２及び第１圧縮部４４０Ａにおける水の状態変化の一例を示す Ｔ-ｓ 線図である。図３に示すように、水は、蒸発部４２の加温部４０（図１参照）において沸点近くまで温度上昇した後、蒸発部４２のタンク４２０（図１）において温度一定のまま相変化する。このとき、大気圧（Ｐ１＝１atm＝約０．１ＭＰａ）に比べて低い負圧Ｐ０の状態において、飽和蒸気ｄ０が発生する。飽和蒸気ｄ０の温度は標準沸点よりも低い、例えば約６０℃である。
【００５４】
次に、タンク４２０からの約６０℃の飽和蒸気ｄ０は、蒸気回路４４の第１圧縮部４４０Ａ（図１参照）での圧縮によって温度上昇して比較的高圧力かつ高温の蒸気（過熱蒸気ｅ１）になる。この過熱蒸気ｅ１を定圧下で冷却することにより、約７７℃の飽和蒸気を得ることができる（図３の破線ａ）。上記数値は一例であって、本発明はこれに限定されない。
【００５５】
過熱蒸気から飽和蒸気への冷却に、液状の水または温水を直接混入することにより、蒸気のボリュームが増加する。図１に示すように、本実施形態において、第１圧縮部４４０Ａと第２圧縮部４４０Ｂとの段間（又は第１圧縮部４４０Ａの出口付近）にノズル４４８Ａが配設され、ノズル４４８Ａは導管４４６を介して蒸発部４２のタンク４２０の液相位置に流体的に接続されている。蒸発部４２のタンク４２０内の液体がノズル４４８Ａを介して第１圧縮部４４０Ａからの過熱蒸気に供給される。
【００５６】
代替的又は追加的に、ノズル４４８Ａは、蒸気回路４４に流体的に接続できる。ノズル４４８Ａに供給される液体として、放熱部（第１−第４放熱部４４４Ａ−４４４Ｄ）から出た液体（ドレン）を使用することができる。放熱部（４４４Ａ−４４４Ｄ）からの液体は、高い温度を有することができ、水噴霧による体積増量に効果的である。特に、放熱部４４４Ｄから排出された液体は比較的高い温度を有することができる。
【００５７】
代替的に、図３において、水または温水の供給量及びタイミングの最適化により、比較的低圧力かつ低温度の飽和蒸気から比較的高圧力かつ高温度の飽和蒸気への変化を、より直接的にできる。例えば、第１圧縮部４４０Ａ（図１）の入口で適量の水または温水が蒸気に供給されることにより、第１圧縮部４４０Ａの入口での飽和蒸気ｄ０が、第１圧縮部４４０Ａの出口で飽和蒸気ｄ１に変化する（図３の破線ｃ１（スプレー）及びｃ２（圧縮））。または、第１圧縮部４４０Ａの中間で適量の水または温水が蒸気に供給されることにより、第１圧縮部４４０Ａの入口での飽和蒸気ｄ０が、第１圧縮部４４０Ａの出口で飽和蒸気ｄ１に変化する（図３の破線ｂ）。
【００５８】
図１に戻り、一例において、同様に、第２圧縮部４４０Ｂからの過熱蒸気はノズル４４８Ｂからの液体によって冷却され、その結果、約９７℃の飽和蒸気が得られる。また、第３圧縮部４４０Ｃからの過熱蒸気はノズル４４８Ｃからの液体によって冷却され、その結果、約１３０℃の飽和蒸気が得られる。代替的又は追加的に、ノズル４４８Ｂ及び／又はノズル４４８Ｃは、蒸気回路４４に流体的に接続できる。ノズル４４８Ｂ及び／又はノズル４４８Ｃに供給される液体として、放熱部（第１−第４放熱部４４４Ａ−４４４Ｄ）から出た液体（ドレン）を使用することができる。上記数値は一例であって、本発明はこれに限定されない。
【００５９】
図４は、蒸気回路４４からの温水を、圧縮部（４４０Ａ−４４０Ｃ）からの蒸気に混入する形態の一例を示している。図４において、蒸気回路４４の第４放熱部４４４Ｄから出た流体が流れる導管は、第４放熱部４４４Ｄとタンク４２０とを流体的につなぐ導管４４６Ａと、その導管４４６Ａから分岐された分岐導管４４６Ｂとを有する。第４放熱部４４４Ｄから出た流体の少なくとも一部が分岐導管４４６Ｂを流れることができる。第１圧縮部４４０Ａと第２圧縮部４４０Ｂとの段間（又は第１圧縮部４４０Ａの出口付近）にノズル４４８Ａが配設され、ノズル４４８Ａは分岐導管４４６Ｂに流体的に接続されている。同様に、第２圧縮部４４０Ｂと第３圧縮部４４０Ｃとの段間（又は第２圧縮部４４０Ｂの出口付近）にノズル４４８Ｂが配設され、ノズル４４８Ｂは分岐導管４４６Ｂに流体的に接続されている。また、第３圧縮部４４０Ｃの出口付近にノズル４４８Ｃが配設され、ノズル４４８Ｃは分岐導管４４６Ｂに流体的に接続されている。ポンプなどの動力源、流量制御弁などの弁が必要に応じて配置される。第４放熱部４４４Ｄからの比較的高い温度を有する流体がノズル４４８Ａを介して第１圧縮部４４０Ａからの蒸気に供給される。同様に、第４放熱部４４４Ｄからの流体がノズル４４８Ｂ及びノズル４４４Ｃを介して第２圧縮部４４０Ｂ及び第３圧縮部４４４Ｃからの蒸気にそれぞれ供給される。代替的又は追加的に、蒸気回路４４の他の放熱部４４４Ａ−４４４Ｃの少なくとも１つからの流体を、圧縮部（４４０Ａ−４４０Ｃ）の少なくとも１つからの蒸気に混入する形態が適用され得る。
【００６０】
図１に戻り、本実施形態において、蒸気の利用により、乾燥装置１６に配置される放熱部（第１−第４放熱部４４４Ａ−４４４Ｄ）内の熱媒体の圧力が比較的低く設定可能である。これに対して、ヒートポンプ２０の作動流体の熱を直接的に乾燥装置１６内の物体に与えるシステムは、作動流体の圧力が数十気圧程度の場合がある。本実施形態において、配管コストの低減化が可能である。
【００６１】
本実施形態において、蒸気回路４４における各補経路４４２Ａ−４４２Ｄ内の蒸気（液化分及び蒸気）は、タンク４２０に戻る。したがって、蒸気回路４４は循環運転を実施できる。循環運転の実施中において、供給源からのタンク４２０への水の供給を軽減又は不要にできる。加温部４０に供給される熱（ヒートポンプ２０の後放熱部２３Ｚの熱）をシステム内の他の部分で利用することにより、さらなる熱効率の向上が図られる。
【００６２】
代替的又は追加的に、第１−第４放熱部４４４Ａ−４４４Ｄ（補経路４４２Ａ−４４２Ｄ）からタンク４２０に向かう流体の少なくとも一部を、必要に応じて、加熱することができる。例えば、比較的低温を有する第１放熱部４４４Ａからの流体が加熱され得る。蒸気回路４４から蒸発部４２（タンク４２０）への戻り流体の加熱には、例えば、加温部４０での加熱を用いることができる。戻り流体の加熱により、タンク４２０内の温度がより適切に維持される。
【００６３】
図５は、戻り流体を加熱する形態の一例を示している。図５において、蒸気回路４４４Ａの第１放熱部４４４Ａからの流体用の導管は、第１放熱部４４４Ａの出口部を加温部４０の入口付近に流体的につなぐ導管４４６Ｅを有する。ポンプなどの動力源、流量制御弁などの弁が必要に応じて配置される。通常、第１放熱部４４４Ａから出た流体は、他の放熱部４４４Ｂ−４４４Ｄのそれに比べて低温を有する。第１放熱部４４４Ａからの戻り流体は導管４４６Ｅを介して加温部４０を流れ、加温部４０においてヒートポンプ２０の後放熱部２３Ｚからの伝達熱によって温度上昇し、その後にタンク４２０に入る。図５において、第１放熱部４４４Ａからの流体のすべてが加温部４０を流れて加熱される。代替的に、第１放熱部４４４Ａからの一部が加温部４０を流れる形態が採用され得る。また、代替的又は追加的に、蒸気回路４４の他の放熱部４４４Ｂ−４４４Ｄからの流体の少なくとも一部が加温部４０を流れて加熱される形態が採用され得る。
【００６４】
図１に戻り、本実施形態において、ヒートポンプ装置１２（２０）が乾燥装置１６の排熱を回収する。これも、熱効率向上に有利である。
【００６５】
本実施形態において、ヒートポンプ２０において、バイパス経路２７を介して作動流体の一部が放熱部２３Ｚを迂回するから、放熱部２３Ｚに入る作動流体の流量の最適化が図られる。これは、加温部４０に対する放熱温度の適切な制御、及び作動流体の保有熱を有効に使う上で有利である。
【００６６】
本実施形態において、バイパス経路２７を流れる作動流体は、再生器２８において、ヒートポンプ２０の主経路２５を流れる吸熱部２１からの作動流体と熱交換する。この熱交換により、バイパス経路２７内の作動流体の温度が降下し、ヒートポンプ２０の主経路２５内の作動流体の温度が上昇する。圧縮部２２に対する作動流体の初期入力温度の上昇により、圧縮部２２の動力の低減が図られる。なお、作動流体のバイパス量は、乾燥の対象物の種類や量など、乾燥条件に応じて定められる。
【００６７】
本実施形態において、ヒートポンプ２０において、再生器２８で温度降下したバイパス経路２７内の作動流体は、膨張部２４の手前で、ヒートポンプ２０の主経路２５を流れる放熱部２３Ｚからの作動流体と合流する。放熱部２３Ｚからの作動流体の出力温度は比較的低く設定される。膨張部２４に対する作動流体の入力温度の低下により、作動流体の液ガス比の最適化が図られ、その結果、吸熱部２１においてサイクル外の熱源（排出流体）から有効に熱が吸収される。
【００６８】
図６は、第２実施形態における乾燥システムＳ２を示す概略図である。以下の説明では、乾燥システムＳ２について、図１に示す乾燥システムＳ１と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
【００６９】
図６に示すように、本実施形態における乾燥システムＳ２において、蒸気回路４４の放熱部の一部が乾燥装置１６の乾燥室６２に配置されている。
【００７０】
具体的には、蒸気回路４４は、互いに温度（飽和温度）が異なる蒸気が流れる第１−第４放熱部４４４Ａ−４４４Ｄを有し、第１−第３放熱部４４４Ａ−４４４Ｃが乾燥装置１６の流体加熱部６１に配され、第４放熱部４４４Ｄが乾燥装置１６の乾燥室６２に配される。蒸気の温度は、第４放熱部４４４Ｄ、第３放熱部４４４Ｃ、第２放熱部４４４Ｂ、及び第１放熱部４４４Ａの順に高い。代替的に、第３放熱部４４４Ｃの放熱温度が第４放熱部４４４Ｄの放熱温度よりも高くでき、また、第３放熱部４４４Ｃ及び第４放熱部４４４Ｄの放熱温度が概ね同じにできる。本実施形態においても、蒸気回路４４の経路４４２において、乾燥装置１６の流れ方向における比較的上流側に比較的低温の蒸気が供給され、流れ方向における比較的下流側（乾燥室６２及び流体加熱部６１の下流部）に比較的高温の蒸気が供給される。
【００７１】
本実施形態において、乾燥装置１６の流体加熱部６１に流入した空気が、第１放熱部４４４Ａ、第２放熱部４４４Ｂ、及び第３放熱部４４４Ｃによって順次加熱され、その後、乾燥室６２に流入する。そして、乾燥室６２において、流体加熱部６１からの加熱空気の熱及び第４放熱部４４４Ｄからの熱によって対象物が温度上昇するとともに、対象物に含まれる液分が蒸発する。第１−第３放熱部４４４Ａ−４４４Ｃによって空気が温度上昇し、
第４放熱部４４４Ｄによって対象物が乾燥される。
【００７２】
本実施形態においても、蒸気回路４４における各補経路４４２Ａ−４４２Ｄ内の蒸気（液化分及び蒸気）は、タンク４２０に戻る。したがって、蒸気回路４４は循環運転を実施できる。循環運転の実施中において、供給源からのタンク４２０への水の供給を軽減又は不要にできる。加温部４０に供給される熱（ヒートポンプ２０の後放熱部２３Ｚの熱）をシステム内の他の部分で利用することにより、さらなる熱効率の向上が図られる。代替的又は追加的に、第１−第４放熱部４４４Ａ−４４４Ｄ（補経路４４２Ａ−４４２Ｄ）からタンク４２０に向かう流体の少なくとも一部を、必要に応じて、加熱することができる。例えば、比較的低温を有する第１放熱部４４４Ａからの流体が加熱され得る。蒸気回路４４から蒸発部４２（タンク４２０）への戻り流体の加熱には、例えば、加温部４０からの熱を用いることができる。戻り流体の加熱により、タンク４２０内の温度がより適切に維持される。
【００７３】
図７、図８、及び図９は、乾燥室６２の構成例を示す。
【００７４】
図７において、乾燥室６２は、対象物を搬送するコンベア５１０と、第４放熱部４４４Ｄに対応しかつコンベア５１０上の対象物に熱を与える加熱部５１２とを有する。乾燥室６２には、流体加熱部６１（図６）からの加熱空気が供給される。乾燥室６２は、対象物に接するコンベア５１０の部材を介して加熱部５１２（第４放熱部４４４Ｄ）から実質的に間接的に対象物に熱が伝わる構成を有することができる。あるいは、乾燥室６２は、対象物に接するコンベア５１０の部材が実質的に加熱部５１２（第４放熱部４４４Ｄ）であり、加熱部５１２（第４放熱部４４４Ｄ）から実質的に直接的に対象物に熱が伝わる構成を有することができる。
【００７５】
図７の乾燥室６２において、流体加熱部６１からの加熱空気の熱が加熱部５１２（第４放熱部４４４Ｄ）からの熱よりも先に対象物に伝わってもよく、加熱部５１２からの熱が加熱空気の熱よりも先に対象物に伝わってもよく、あるいは、両方の熱が同時に対象物に伝わってもよい。また、代替的に又は追加的に、乾燥室６２は、流体加熱部６１からの加熱空気に加え、第４放熱部４４４Ｄを熱源とした加熱空気を対象物に吹き付ける構成を有することができる。
【００７６】
図８において、乾燥室６２は、回転自在なドラム５２０と、第４放熱部４４４Ｄに対応しかつドラム５２０内の対象物に熱を与える加熱部５２２とを有する。乾燥室６２には、流体加熱部６１（図６）からの加熱空気が供給される。ドラム５２０の回転軸は、実質的に水平、垂直、又は斜めに配置される。ドラム５２０の回転に伴い、ドラム５２０内の対象物が少なくとも軸方向に移動することができる。
【００７７】
乾燥室６２は、ドラム５２０の内周面の少なくとも一部が加熱対象物に直接的又は間接的に接する構成を有することができる。例えば、乾燥室６２は、ドラム５２０の内壁の少なくとも一部が加熱部５２２（第４放熱部４４４Ｄ）であり、加熱部５２２（第４放熱部４４４Ｄ）から実質的に直接的又は間接的に対象物に熱が伝わる構成を有することができる。
【００７８】
図８の乾燥室６２において、例えばドラム５２０の内周面の少なくとも一部が加熱面である。流体加熱部６１からの加熱空気の熱が第４放熱部４４４Ｄからの熱よりも先に対象物に伝わってもよく、第４放熱部４４４Ｄからの熱が加熱空気の熱よりも先に対象物に伝わってもよく、両方の熱が同時に対象物に伝わってもよい。また、代替的又は追加的に、乾燥室６２は、流体加熱部６１からの加熱空気に加え、第４放熱部４４４Ｄを熱源とした加熱空気を対象物に吹き付ける構成を有することができる。
【００７９】
図８において、追加的に、乾燥室６２は、対象物を攪拌する不図示の攪拌機構を有することができる。攪拌機構は、回転又は移動可能な羽根（ブレード）を有する羽根機構、対象物を振動させる振動機構、及び／又は対象物を揺動させる揺動機構を有することができる。
【００８０】
攪拌機構が備えられている場合、乾燥室６２は、ドラム５２０が回転しない構成を有することができる。この場合、攪拌機構が対象物を移動させる機能を有することができる。ドラム５２０の内周面が加熱面である場合、ドラム５２０を縦に配置することにより、内周面の広い範囲を加熱のために使用することができる。
【００８１】
図９において、乾燥室６２は、流動床を有するチャンバ５３０と、熱風を吹き出すノズルを有する熱風装置５３２と、第４放熱部４４４Ｄに対応しかつチャンバ５３０内の対象物に熱を与える加熱部５４０とを有する。熱風装置５３２は、流体加熱部６１からの加熱空気をチャンバ５３０内に供給することができる。熱風装置５３２からの加熱空気によって対象物が攪拌されかつ加熱される。
【００８２】
乾燥室６２は、チャンバ５３０の内周面の少なくとも一部が加熱対象物に直接的又は間接的に接する構成を有することができる。例えば、乾燥室６２は、チャンバ５３０の内壁の一部が加熱部５４０（第４放熱部４４４Ｄ）であり、加熱部５４０（第４放熱部４４４Ｄ）から実質的に直接的又は間接的に対象物に熱が伝わる構成を有することができる。
【００８３】
図９の乾燥室６２において、例えばチャンバ５３０の内周面の少なくとも一部が加熱面である。代替的又は追加的に、乾燥室６２は、流体加熱部６１からの加熱空気を対象物に吹き付ける熱風装置５３２に加え、第４放熱部４４４Ｄを熱源とした加熱空気を対象物に吹き付ける別の熱風装置を有することができる。
【００８４】
また、追加的に、乾燥室６２は、熱風装置５３２とは別に、対象物を攪拌する機構を有することができる。なお、チャンバ５３０を多段に配置することも可能である。
【００８５】
図１０は、第３実施形態における乾燥システムＳ３を示す概略図である。以下の説明では、乾燥システムＳ３について、図１に示す乾燥システムＳ１と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
【００８６】
図１０に示すように、本実施形態における乾燥システムＳ３において、ヒートポンプ２０の圧縮部２２は、作動流体を複数段に圧縮する多段圧縮構造を有し、すなわち、第１圧縮部２２Ａ及び第２圧縮部２２Ｂを含む２段圧縮構造を有する。圧縮の段数は、乾燥システムＳ３の仕様に応じて設定され、２、３、４、５、６、７、８、９、あるいは１０以上である。圧縮部２２は、軸流圧縮機、遠心圧縮機、レシプロ式圧縮機、ロータリー式圧縮機などの様々な圧縮機のうち、作動流体の圧縮に適するものが適用される。圧縮機には動力が供給される。圧縮部２２は、各圧縮部２２Ａ及び２２Ｂに対応する回転数が個々に制御される多軸圧縮構造を有することができる。あるいは、圧縮部２２は、同軸圧縮構造を有することができる。圧縮部２２の圧縮比（圧力比）は、乾燥システムＳ３の仕様に応じて設定される。
【００８７】
本実施形態において、放熱部２３は、２段の前放熱部（第１前放熱部２３Ａ、第２前放熱部２３Ｂ）と、１段の後放熱部２３Ｚを有する。本実施形態において、作動流体の流れ方向に沿って、３つの放熱部２３Ａ、２３Ｂ、及び２３Ｚが実質的に直列に配置されている。放熱部の数は、乾燥システムＳ３の仕様に応じて設定され、３、４、５、６、７、８、９、１０、あるいは１１以上である。第１前放熱部２３Ａは圧縮部２２Ａと２２Ｂとの段間に配置され、第２前放熱部２３Ｂは圧縮部２２Ｂの下流位置に配置され、後放熱部２３Ｚは、第２前放熱部２３Ｂの下流位置に配置される。
【００８８】
本実施形態において、蒸発部４２の被加熱管４２６とヒートポンプ２０の第１及び第２前放熱部２３Ａ、２３Ｂとを含んで熱交換器１１２（熱交換装置）が構成される。すなわち、熱交換器１１２において、ヒートポンプ２０の第１前放熱部２３Ａ及び第２前放熱部２３Ｂと蒸発部４２の被加熱管４２６とが熱的に接続される。第１前放熱部２３Ａ及び第２前放熱部２３Ｂを流れる作動流体からの熱が被加熱管４２６を流れる水に伝わる。熱交換器１１２は、低温の流体（被加熱管４２６内の水）と高温の流体（ヒートポンプ２０内の作動流体）とが対向して流れる向流型の熱交換方式を有することができる。あるいは、熱交換器１１２は、高温流体と低温流体とが並行して流れる並行流型の熱交換方式を有してもよい。熱交換器１１２の熱交換構造として、公知の様々なものを採用することができる。ヒートポンプ２０の第１前放熱部２３Ａ又は第２前放熱部２３Ｂの導管と、被加熱管４２６とは互いに接触あるいは隣接して配置される。例えば、ヒートポンプ２０の第１前放熱部２３Ａ又は第２前放熱部２３Ｂの導管を、被加熱管４２６の外周面や内部に配設することができる。
【００８９】
本実施形態において、蒸発部４２の被加熱管４２６は、ヒートポンプ２０の２つの放熱部（放熱部２３Ａ及び放熱部２３Ｂ）を熱源としている。すなわち、ヒートポンプ２０において、第１圧縮部２２Ａで圧縮された作動流体が放熱部２３Ａを流れ、被加熱管４２６内の水に熱を与える。熱を奪われた作動流体は、温度低下する。放熱部２３Ａからの温度低下した作動流体が第２圧縮部２２Ｂに入る。第２圧縮部２２Ｂで圧縮された作動流体が放熱部２３Ｂを流れ、被加熱管４２６内の対象物に熱を与える。
【００９０】
第２圧縮部２２Ｂの入力温度が低く設定されることにより、第２圧縮部２２Ｂの圧縮効率の向上が図られる。つまり、段間の放熱部２３Ａの熱が奪われることによって、作動流体の圧縮過程における作動流体の温度上昇が抑制され、その結果、圧縮部２２の圧縮効率の向上及び圧縮機の動力の低減化が図られる。
【００９１】
換言すると、本実施形態において、ヒートポンプ２０の圧縮部２２が多段圧縮構造を有し、その段間に位置する放熱部２３Ａからの熱が蒸発部４２における水の潜熱加熱に用いられる。段間に位置する放熱部２３Ａにおいて、作動流体が実質的に冷却される。段間冷却は、上記の圧縮効率の向上に加え、ヒートポンプ２０を流れる作動流体が圧縮によって過度に温度上昇するのを防止する。放熱温度が適切に制御されることで、ヒートポンプ２０の放熱部２３Ａ，２３Ｂと水との間の熱伝達効率の向上が図られる。すなわち、適切に制御された熱を水に供給することができる。
【００９２】
このように、本実施形態において、多段圧縮構造のヒートポンプ２０を採用し、段間の放熱部（放熱部２３Ａ）を含む複数の放熱部２３Ａ，２３Ｂを水の潜熱加熱の熱源としている。これは、ヒートポンプを蒸気生成プロセスに適用する上で有利である。
【００９３】
本実施形態においても、蒸気回路４４における各補経路４４２Ａ−４４２Ｄ内の蒸気（液化分及び蒸気）は、タンク４２０に戻る。したがって、蒸気回路４４は循環運転を実施できる。循環運転の実施中において、供給源からのタンク４２０への水の供給を軽減又は不要にできる。加温部４０に供給される熱（ヒートポンプ２０の後放熱部２３Ｚの熱）をシステム内の他の部分で利用することにより、さらなる熱効率の向上が図られる。代替的又は追加的に、第１−第４放熱部４４４Ａ−４４４Ｄ（補経路４４２Ａ−４４２Ｄ）からタンク４２０に向かう流体の少なくとも一部を、必要に応じて、加熱することができる。例えば、比較的低温を有する第１放熱部４４４Ａからの流体が加熱され得る。蒸気回路４４から蒸発部４２（タンク４２０）への戻り流体の加熱には、例えば、加温部４０からの熱を用いることができる。戻り流体の加熱により、タンク４２０内の温度がより適切に維持される。
【００９４】
図１１は、第４実施形態における乾燥システムＳ４を示す概略図である。以下の説明では、乾燥システムＳ４について、図１に示す乾燥システムＳ１と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
【００９５】
本実施形態において、ヒートポンプ２０は、４つの放熱部（第１前放熱部２３Ａ、第２前放熱部２３Ｃ、第１後放熱部２３Ｚ、第２後放熱部２３Ｂ）を有する。作動流体の流れ方向に沿って、４つの放熱部２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｚが実質的に直列に配置され、第１前放熱部２３Ａ、第２後放熱部２３Ｂ、第２前放熱部２３Ｃ、及び第１後放熱部２３Ｚがその順に並んでいる。代替的又は追加的に、放熱部の数は、乾燥システムＳ４の仕様に応じて設定され、３、４、５、６、７、８、９、１０、あるいは１１以上である。
【００９６】
本実施形態において、蒸気装置１４は、２つの加温部（第１加温部４０Ａ、第２加温部４０Ｂ）と、２つの蒸発部（第１蒸発部４２Ａ、第２蒸発部４２Ｂ）と、蒸気回路４４と、必要に応じてポンプなどの流体駆動部（不図示）と、必要に応じてバルブなどの流量制御部（不図示）とを有する。
【００９７】
本実施形態において、供給源からの水の経路（供給経路）は、分岐部４２７Ａと、分岐部４２７Ａからの水を第１蒸発部４２Ａに導く分岐経路４２８Ａと、分岐部４２７Ａからの水を第２蒸発部４２Ｂに導く分岐経路４２８Ｂとを有する。
【００９８】
第１加温部４０Ａは、ヒートポンプ２０の第１後放熱部２３Ｚに隣接して配置されかつ供給源（不図示）からの水が流れる導管を含む。第１加温部４０Ａと第１後放熱部２３Ｚとを含んで熱交換器１１０が構成される。第１加温部４０Ａにおいて、ヒートポンプ２０の第１後放熱部２３Ｚからの熱伝達によって、水が温度上昇する。
【００９９】
第２加温部４０Ｂは、分岐経路４２８Ｂに配置される。第２加温部４０Ｂは、ヒートポンプ２０の第２後放熱部２３Ｂに隣接して配置されかつ第１加温部４０Ａからの水が流れる導管を含む。第２加温部４０Ｂと第２後放熱部２３Ｂとを含んで熱交換器１１４が構成される。第２加温部４０Ｂにおいて、ヒートポンプ２０の第２後放熱部２３Ｂからの熱伝達によって、分岐経路４２８Ｂ内の水が温度上昇する。
【０１００】
熱交換器１１０、１１４は、低温の流体（供給経路内の水）と高温の流体（ヒートポンプ２０内の作動流体）とが対向して流れる向流型の熱交換方式を有することができる。熱交換器１１０、１１４は、高温流体と低温流体とが並行して流れる並行流型の熱交換方式を有してもよい。熱交換器１１０、１１４の熱交換構造として、公知の様々なものを採用することができる。例えば、ヒートポンプ２０の放熱部２３Ｚ又は放熱部２３Ｂの配管を、第１加温部４０Ａ又は第２加温部４０Ｂの配管の外周面及び／又は内部に配設することができる。
【０１０１】
本実施形態において、分岐経路４２８Ｂにおける分岐部４２７Ａと第２加温部４０Ｂとの間にポンプを配置することができる。ポンプ及び／又は不図示の流量制御装置（制御バルブ等）によって、分岐経路４２８Ａ及び分岐経路４２８Ｂを流れる単位時間あたりの水の量（蒸発部４２Ａ，４２Ｂに対する水の分配量）が制御される。ポンプの配置位置は、分岐部４２７Ａと第２加温部４０Ｂとの間に限定されない。
【０１０２】
第１蒸発部４２Ａは、水を貯溜する第１タンク４２０Ａ（蒸気発生部）と、第１タンク４２０Ａに流体的に接続された第１循環導管４２２Ａとを有する。すなわち、第１循環導管４２２Ａの入口端と出口端とが第１タンク４２０Ａに流体的に接続される。第１タンク４２０Ａには、第１加温部４０Ａからの水の供給口と、蒸気の排出口とが設けられる。第１タンク４２０Ａは、必要に応じて、液面を計測するレベルセンサ４２４Ａと、気液分離器（不図示）とを有する。第１循環導管４２２Ａは、ヒートポンプ２０の第２前放熱部２３Ｃに隣接して配置される被加熱管４２６Ａと、必要に応じてポンプ（不図示）とを有する。
【０１０３】
第２蒸発部４２Ｂは、第１蒸発部４２Ａと同様に、水を貯溜する第２タンク４２０Ｂ（蒸気発生部）と、第２タンク４２０Ｂに流体的に接続された第２循環導管４２２Ｂとを有する。すなわち、第２循環導管４２２Ｂの入口端と出口端とが第２タンク４２０に流体的に接続される。第２タンク４２０には、第２加温部４０Ｂからの水の供給口と、蒸気の排出口とが設けられる。第２タンク４２０Ｂは、必要に応じて、液面を計測するレベルセンサ４２４Ｂと、気液分離器（不図示）とを有する。第２循環導管４２２Ｂは、ヒートポンプ２０の第１前放熱部２３Ａに隣接して配置される被加熱管４２６Ｂと、必要に応じてポンプ（不図示）とを有する。
【０１０４】
本実施形態において、第１蒸発部４２Ａ（第１タンク４２０Ａ、被加熱管４２６Ａ）と第２蒸発部４２Ｂ（第２タンク４２０Ｂ、被加熱管４２６Ｂ）とが、水の供給経路に対して実質的に並列に配置される。なお、ヒートポンプ２０における作動流体の流れ方向に対して、第２蒸発部４２Ｂが上流位置、第１蒸発部４２Ａが下流位置である。
【０１０５】
被加熱管４２６Ａと第２前放熱部２３Ｃとを含んで熱交換器１１５が構成される。同様に、被加熱管４２６Ｂと第１前放熱部２３Ａとを含んで熱交換器１１３が構成される。熱交換器１１３、１１５は、低温の流体（被加熱管４２６Ａ，４２６Ｂ内の水）と高温の流体（ヒートポンプ２０内の作動流体）とが対向して流れる向流型の熱交換方式を有することができる。熱交換器１１３、１１５は、高温流体と低温流体とが並行して流れる並行流型の熱交換方式を有してもよい。熱交換器１１３、１１５の熱交換構造として、公知の様々なものを採用することができる。例えば、ヒートポンプ２０の各放熱部２３Ｃ、２３Ａの配管を、被加熱管４２６Ａ、４２６Ｂの外周面及び/又は内部に配設することができる。
【０１０６】
第１蒸発部４２Ａにおいて、第１加温部４０Ａで温度上昇した水が供給口を介して第１タンク４２０Ａに供給され、第１タンク４２０Ａ及び第１循環導管４２２Ａ内に水が貯溜される。第１タンク４２０Ａ内の液面が所定範囲内になるように、第１タンク４２０Ａへの水の供給量が制御される。例えば、レベルセンサ４２４Ａの計測結果に基づいて、第１タンク４２０Ａへの水の供給量が制御される。ヒートポンプ２０の第２前放熱部２３Ｃからの熱伝達によって被加熱管４２６Ａ内の水が加熱され、その水の少なくとも一部が蒸発する。第１タンク４２０Ａは、ダクト４２５Ａを介して蒸気回路４４に流体的に接続されている。第１タンク４２０Ａ内の蒸気は、ダクト４２５Ａ内を蒸気回路４４に向けて流れる。
【０１０７】
第２蒸発部４２Ｂにおいて、第１及び第２加温部４０Ａ、４０Ｂで温度上昇した水が供給口を介して第２タンク４２０Ｂに供給され、第２タンク４２０Ｂ及び第２循環導管４２２Ｂ内に水が貯溜される。第２タンク４２０Ｂ内の液面が所定範囲内になるように、第２タンク４２０Ｂへの水の供給量が制御される。例えば、レベルセンサ４２４Ｂの計測結果に基づいて、第２タンク４２０Ｂへの水の供給量が制御される。
【０１０８】
本実施形態において、第１前放熱部２３Ａと第２前放熱部２３Ｃの間で、作動流体の状態（圧力など）が異なる。各放熱部２３Ａ、２３Ｃに対応する被加熱管４２６Ａ、４２６Ｂを流れる水の単位時間あたりの流量が個々に制御されることにより、熱バランスの制御性の向上が図られる。
【０１０９】
図１２は、被加熱管４２６Ｂにおける水の流量を制御する構成の一例を示す。ヒートポンプ２０において、放熱部２３Ａの出口温度を計測するセンサ４７１が設けられている。制御装置７０は、センサ４７１の計測結果に基づいて、被加熱管４２６Ｂの流体駆動部（ポンプ４７４など）を介して被加熱管４２６Ｂを流れる単位時間あたりの水の流量を制御する。これにより、放熱部２３Ａにおける作動流体の出口温度を目標値に設定することができる。放熱部２３Ａの入口温度を計測するセンサ４７２を用いてもよい。図１１に示す被加熱管４２６Ａに対して、これと同様の構成を採用することができる。
【０１１０】
図１１に戻り、ヒートポンプ２０の第１前放熱部２３Ａからの熱伝達によって被加熱管４２６Ｂ内の水が加熱され、その水の少なくとも一部が蒸発する。第２タンク４２０Ｂは、ダクト４２５Ｂを介して蒸気回路４４に流体的に接続されている。第２タンク４２０Ｂ内の蒸気は、ダクト４２５Ｂ内を蒸気回路４４に向けて流れる。
【０１１１】
蒸気回路４４は、蒸気が流れる経路４４２と、必要に応じて経路内の圧力を制御する圧力制御装置（不図示）とを有する。
【０１１２】
本実施形態において、蒸気回路４４の経路４４２は、補経路４４２Ｆ、及び補経路４４２Ｇを有する。補経路４４２Ｆは第１蒸発部４２Ａに対応し、補経路４４２Ｇは第２蒸発部４２Ｂに対応する。第１蒸発部４２Ａの第１タンク４２０Ａからの蒸気は補経路４４２Ｆを流れる。第２蒸発部４２Ｂの第２タンク４２０Ｂからの蒸気は補経路４４２Ｇを流れる。
【０１１３】
補経路４４２Ｆと補経路４４２Ｇとは互いに独立した関係にある。各補経路４４２Ｆ、４４２Ｇの内部空間は、互いに異なる圧力に設定されている。この設定は、例えば圧力制御装置を用いて行われる。圧力制御装置は、真空製造機能及び圧縮機能の少なくとも１つを有することができる。各補経路４４２Ｆ、４４２Ｇに対して圧力制御装置が脱着自在でもよい。
【０１１４】
本実施形態において、蒸気回路４４の経路４４２はさらに、乾燥装置１６と熱的に接続される放熱部４４４Ｆ、４４４Ｇを有する。放熱部４４４Ｆは、第１蒸発部４２Ａの第１タンク４２０Ａからの蒸気が流れる導管を有する。放熱部４４４Ｇは、第２蒸発部４２Ｂの第２タンク４２０Ｂからの蒸気が流れる導管を有する。放熱部４４４Ｆ、及び放熱部４４４Ｇはそれぞれ、補経路４４２Ｆ、及び補経路４４２Ｇの一部である。
【０１１５】
本実施形態において、放熱部４４４Ｇよりも、放熱部４４４Ｆが乾燥装置１６における上流位置に配される。すなわち、乾燥装置１６の流れ方向に沿って、放熱部４４４Ｆ、及び放熱部４４４Ｇがその順に並ぶ。
【０１１６】
本実施形態において、蒸気回路４４の補経路４４４Ｆ、４４４Ｇの内部圧力の設定に応じて、第１及び第２蒸発部４２Ａ、４２Ｂの第１及び第２タンク４２０Ａ、４２０Ｂ内の圧力が定まる。本実施形態において、第１タンク４２０Ａ及び第２タンク４２０Ｂの内部圧力はそれぞれ、第１及び第２蒸発部４２Ａ、４２Ｂへの水の入力温度に応じたものとすることができる。
【０１１７】
本実施形態において、第１タンク４２０Ａには、第１加温部４０Ａで加熱された水が供給され、第２タンク４２０Ｂには、第１加温部４０Ａによる加熱に加え、第２加温部４０Ｂで加熱された水が供給される。一例において、第１タンク４２０Ａに比べて、第２タンク４２０Ｂへの水の入口温度が高く、これに応じて、第１タンク４２０Ａに比べて、第２タンク４２０Ｂの内部圧力が高く設定される。各タンク４２０Ａ、４２０Ｂ内の圧力は、大気圧（１atm＝約０．１ＭＰａ）に比べて低い負圧（陰圧）、又は大気圧に比べて高い正圧（陽圧）にできる。
【０１１８】
本実施形態において、熱交換器１１０（第１加温部４０Ａ）において、供給源からの水がヒートポンプ２０の放熱部２３Ｚからの熱伝達によって温度上昇する。第１加温部４０Ａからの水の流れは、分岐部４２７Ａを介して、分岐経路４２８Ａと分岐経路４２８Ｂとに分かれる。分岐経路４２８Ａを流れる水は、第１蒸発部４２Ａ（第１タンク４２０Ａ）に向かう。第１タンク４２０Ａにおいて、水は沸点（第１沸点）に近い温度を有する。熱交換器１１５において、放熱部２３Ｂからの熱伝達によって被加熱管４２６Ａ内の水が相変化して蒸発する。
【０１１９】
分岐経路４２８Ｂを流れる水は、熱交換器１１４（第２加温部４０Ｂ）に向かう。熱交換器１１４（第２加温部４０Ｂ）において、分岐経路４２８Ｂ内の水がヒートポンプ２０の放熱部２３Ｙからの熱伝達によってさらに温度上昇する。一例において、第２タンク４２０Ｂの内部圧力は第１タンク４２０Ａに比べて高い。第２タンク４２０Ｂにおいて、水は沸点（第２沸点）に近い温度を有する。第２タンク４２０Ｂ内の水の温度は、第１タンク４２０Ａ内の水に比べて高い。熱交換器１１３において、放熱部２３Ａからの熱伝達によって被加熱管４２６Ｂ内の水が相変化して蒸発する。
【０１２０】
本実施形態において、熱交換器１１０、１１４（第１及び第２加温部４０Ａ、４０Ｂ）において水が顕熱加熱され、熱交換器１１５、１１３（被加熱管４２６Ａ、４２６Ｂ）において水が潜熱加熱される。熱交換器１１０、１１４が顕熱交換に適した形態であり、熱交換器１１５、１１３が潜熱交換に適した形態であるといった、装置構成の最適化が図られることにより、好ましい加熱プロセスを経て蒸気が発生する。
【０１２１】
このように、本実施形態において、異なる環境に設定された複数の蒸発部４２Ａ、４２Ｂが設けられている。第１蒸発部４２Ａの第１タンク４２０Ａでは比較的低い圧力下で飽和蒸気が発生し、第２蒸発部４２Ｂの第２タンク４２０Ｂでは比較的高い圧力下で飽和蒸気が発生する。
【０１２２】
図１３は、本実施形態における水とヒートポンプの作動流体との温度変化の一例を模式的に示している。
【０１２３】
図１３に示すように、第１加温部４０Ａ（図１１参照）において、作動流体との熱交換により、供給源からの水の温度が第１沸点近くに上昇する（図１３の矢印ｍ１）。第１蒸発部４２Ａにおいて、作動流体との熱交換により、第１沸点近くの温度で、水が液体から蒸気に相変化する（矢印ｍ２）。第２加温部４０Ｂにおいて、作動流体との熱交換により、水の温度が第２沸点近くに上昇する（矢印ｍ３）。第２蒸発部４２Ｂにおいて、作動流体との熱交換により、第２沸点近くの温度で、水が液体から蒸気に相変化する（矢印ｍ４）。
【０１２４】
また、図１３に示すように、水との熱交換により、圧縮部２２（図１１参照）からの作動流体の温度が降下する（図１３の矢印ｎ１）。その作動流体は、水との熱交換により、液体に相変化する（矢印ｎ２）。さらに、水との熱交換により、作動流体の温度が降下する（矢印ｎ３）。
【０１２５】
本実施形態において、異なる環境に設定された２つの蒸発部を用いて蒸気を発生させることにより、熱交換時の作動流体と水との温度差を抑制し、熱交換効率を高めることができる。
【０１２６】
本実施形態において、放熱部４４４Ｆ（補経路４４２Ｆ）、及び放熱部４４４Ｇ（補経路４４２Ｇ）を互いに温度（飽和温度）が異なる蒸気がそれぞれ流れる。放熱部４４４Ｆを流れる蒸気の温度が比較的低く、放熱部４４４Ｇを流れる蒸気の温度が比較的高い。すなわち、蒸気回路４４の経路４４２において、乾燥装置１６の流れ方向における比較的上流側に比較的低温の蒸気が供給され、流れ方向における比較的下流側に比較的高温の蒸気が供給される。
【０１２７】
放熱部４４４Ｆ、４４４Ｇを流れる蒸気及びその凝縮液の少なくとも一方からの熱が乾燥装置１６内の物体に伝わり、放熱部４４４Ｆ、４４４Ｇを流れる蒸気の少なくとも一部が液化する。本実施形態において、補経路４４２Ｆの下流端が第１タンク４２０Ａに流体的に接続される。また、補経路４４２Ｇの下流端が第２タンク４２０Ｂに流体的に接続される。放熱部４４４Ｆ及び放熱部４４４Ｇからの蒸気及び液体は、第１タンク４２０Ａ及び第２タンク４２０Ｂにそれぞれ入る。補経路４４２Ｆ、４４２Ｇにおいて、放熱部４４４Ａ、４４４Ｇとタンク４２０Ａ、４２０Ｂとの間に流体制御弁（減圧弁）などを配置することができる。
【０１２８】
本実施形態においても、蒸気回路４４における補経路４４２Ｆ及び補経路４４２Ｇ内の蒸気（液化分及び蒸気）はそれぞれ、第１タンク４２０Ａ及び第２タンク４２０Ｂに戻る。したがって、蒸気回路４４は循環運転を実施できる。循環運転の実施中において、供給源からの第１及び第２タンク４２０Ａ、４２０Ｂへの水の供給を軽減又は不要にできる。第１及び第２加温部４０Ａ、４０Ｂに供給される熱（ヒートポンプ２０の第１後放熱部２３Ｚ及び第２後放熱部２３Ｂの熱）をシステム内の他の部分で利用することにより、さらなる熱効率の向上が図られる。
【０１２９】
本実施形態において、蒸気回路４４の放熱部４４４Ｆ、４４４Ｇが乾燥装置１６の流体加熱部６１内に配される。乾燥装置１６の流体加熱部６１に流入した空気は、放熱部４４４Ｆ、及び放熱部４４４Ｇによって順次加熱される。
【０１３０】
乾燥室６２内に、乾燥の対象物が配置される。本実施形態において、加熱された空気によって乾燥室６２内の対象物が乾燥される。乾燥室６２からの空気（排ガスなど）は流体排出部６３を経由して外部に排出される。
【０１３１】
以上のように、本実施形態においても、ヒートポンプ２０の熱を利用して生成された蒸気を用いて乾燥が行われる。
【０１３２】
代替的に、図６の乾燥システムＳ２のように、図１１の蒸気回路４４の放熱部４４４Ｆ、４４４Ｇの一部を乾燥装置１６の乾燥室６２に配置することができる。
【０１３３】
図１４、図１５、及び図１６は、図１１の乾燥システムＳ４における、ヒートポンプ装置１２（ヒートポンプ２０）及び蒸気装置１４（蒸発部４２）の変形例を示す模式図である。以下の説明では、図１１に示すシステムと同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
【０１３４】
図１４において、ヒートポンプ２０の圧縮部２２が作動流体を複数段（２段）で圧縮する構造を有する。本実施形態において、圧縮部２２は、放熱部２３Ａの前に配置される第１圧縮部２２Ａと、放熱部２３Ａの中段に配置される第２圧縮部２２Ｂとを有する。第２圧縮部２２Ｂに代えてあるいは加えて、放熱部２３Ｃの中段に圧縮部を設けることができる。圧縮の段数は、乾燥システムＳ４の仕様に応じて設定され、２、３、４、５、６、７、８、９、あるいは１０以上である。圧縮部２２は、各圧縮部２２Ａ，２２Ｂに対応する回転数が個々に制御される多軸圧縮構造を有することができる。あるいは、圧縮部２２は、同軸圧縮構造を有することができる。各圧縮部２２Ａ，２２Ｂの圧縮比（圧力比）は、乾燥システムＳ４の仕様に応じて設定される。
【０１３５】
本実施形態において、圧縮部２２が多段式である点から、エネルギー効率の向上が図られる。すなわち、多段式の圧縮部２２の段間の熱が奪われることによって、作動流体の圧縮過程における作動流体の温度上昇が抑制され、その結果、圧縮部２２の圧縮効率の向上及び圧縮機の動力の低減化が図られる。また、本実施形態において、多段式の圧縮部２２に対する作動流体の入力温度が再生器２８によって高められている点も、圧縮部２２の動力低減に有利である。
【０１３６】
次に、図１５において、蒸気装置１４は、第１、第２、及び第３加温部４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃと、第１、第２、及び第３蒸発部４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃとを有する。本実施形態において、水の供給経路は、分岐部４２７Ａ，４２７Ｂと、分岐経路４２８Ａ，４２８Ｂ，４２８Ｃ，４２８Ｄとを有する。水の供給経路において、第２加温部４０Ｂと第２タンク４２０Ｂとの間に、分岐部４２７Ｂが位置する。分岐経路４２８Ｃは、分岐部４２７Ｂからの水を第２蒸発部４２Ｂに導く。分岐経路４２８Ｄは、分岐部４２７Ｂからの水を第３蒸発部４２Ｃに導く。
【０１３７】
本実施形態において、作動流体の流れ方向に沿って、６つの放熱部２３Ｅ、２３Ｆ、２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、及び２３Ｚが直列に配置されている。作動流体の流れ方向に沿って、放熱部２３Ｅ、放熱部２３Ｆ、放熱部２３Ａ、放熱部２３Ｂ、放熱部２３Ｃ、及び放熱部２３Ｚがその順に並んでいる。
【０１３８】
第３加温部４０Ｃは、分岐経路４２８Ｄに配置される。第３加温部４０Ｃは、ヒートポンプ２０の放熱部２３Ｆに隣接して配置されかつ第２加温部４０Ｂからの水が流れる配管を含む。第３加温部４０Ｃと放熱部２３Ｆとを含んで熱交換器１１６が構成される。第３加温部４０Ｃにおいて、ヒートポンプ２０の放熱部２３Ｆからの熱伝達によって、分岐経路４２８Ｄ内の水が温度上昇する。
【０１３９】
本実施形態において、分岐経路４２８Ｄにおける分岐部４２７Ｂと第３加温部４０Ｃとの間にポンプを配置することができる。ポンプ及び／又は不図示の流量制御装置（制御バルブ等）によって、分岐経路４２８Ｃ及び分岐経路４２８Ｄを流れる単位時間あたりの水の量（蒸発部４２Ｂ，４２Ｃに対する水の分配量）が制御される。ポンプの配置位置は、分岐部４２７Ｂと第３加温部４０Ｃとの間に限定されない。
【０１４０】
第３蒸発部４２Ｃは、第１及び第２蒸発部４２Ａ，４２Ｂと同様に、水を貯溜する第３タンク４２０Ｃと、第３タンク４２０Ｃに流体的に接続された第３循環導管４２２Ｃとを有する。すなわち、第３循環導管４２２Ｃの入口端と出口端とが第３タンク４２０Ｃに流体的に接続される。第３タンク４２０Ｃには、第３加温部４０Ｃからの水の供給口と、蒸気の排出口とが設けられる。第３タンク４２０Ｃは、必要に応じて、液面を計測するレベルセンサ４２４Ｃと、気液分離器（不図示）とを有する。第３循環導管４２２Ｃは、ヒートポンプ２０の放熱部２３Ｅに隣接して配置される被加熱管４２６Ｃと、必要に応じてポンプなどの流体駆動部やバルブなどの流量制御部（不図示）とを有する。
【０１４１】
本実施形態において、第１蒸発部４２Ａ（第１タンク４２０Ａ、被加熱管４２６Ａ）と第２蒸発部４２Ｂ（第２タンク４２０Ｂ、被加熱管４２６Ｂ）と第３蒸発部４２Ｃ（第３タンク４２０Ｃ、被加熱管４２６Ｃ）とが、水の供給経路に対して実質的に並列に配置される。第１、第２、及び第３加温部４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃは、水の供給経路に対して実質的に直列に配置される。なお、ヒートポンプ２０における作動流体の流れ方向に対して、第３蒸発部４２Ｃが上流位置、第２蒸発部４２Ｂが中間位置、第１蒸発部４２Ａが下流位置である。被加熱管４２６Ｃと放熱部２３Ｅとを含んで熱交換器１１７が構成される。
【０１４２】
第３蒸発部４２Ｃにおいて、第１、第２、及び第３加温部４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃで温度上昇した水が供給口を介して第３タンク４２０Ｃに供給され、第３タンク４２０Ｃ及び第３循環導管４２２Ｃ内に水が貯溜される。第３タンク４２０Ｃ内の液面が所定範囲内になるように、第３タンク４２０Ｃへの水の供給量が制御される。例えば、レベルセンサ４２４Ｃの計測結果に基づいて、第３タンク４２０Ｃへの水の供給量が制御される。ヒートポンプ２０の放熱部２３Ｅからの熱伝達によって被加熱管４２６Ｃ内の水が加熱され、その水の少なくとも一部が蒸発する。
【０１４３】
本実施形態において、分岐経路４２８Ｄを流れる水は、熱交換器１１６（第３加温部４０Ｃ）に向かう。熱交換器１１６（第３加温部４０Ｃ）において、分岐経路４２８Ｄ内の水がヒートポンプ２０の放熱部２３Ｆからの熱伝達によってさらに温度上昇する。第３タンク４２０Ｃの内部圧力は第１及び第２タンク４２０Ａ，４２０Ｂに比べて高い。第３タンク４２０Ｃにおいて、水は沸点（第３沸点）に近い温度を有する。第３タンク４２０Ｃ内の水の温度は、第１及び第２タンク４２０Ａ，４２０Ｂ内の水に比べて高い。熱交換器１１７において、放熱部２３Ｅからの熱伝達によって被加熱管４２６Ｃ内の水が相変化して蒸発する。
【０１４４】
本実施形態において、ヒートポンプ２０の圧縮部２２が作動流体を複数段（本例では２段）で圧縮する構造を有する。本実施形態において、圧縮部２２は、放熱部２３Ｅの前に配置される第１圧縮部２２Ａと、放熱部２３Ｅの中段に配置される第２圧縮部２２Ｂとを有する。第２圧縮部２２Ｂに代えてあるいは加えて、放熱部２３Ａの中段及び／又は放熱部２３Ｃの中段に圧縮部を設けることができる。
【０１４５】
本実施形態において、第１蒸発部４２Ａの第１タンク４２０Ａでは比較的低い圧力下で飽和蒸気が発生し、第３蒸発部４２Ｃの第３タンク４２０Ｃでは比較的高い圧力下で飽和蒸気が発生し、第２蒸発部４２Ｂの第２タンク４２０Ｂでは中間の圧力下で飽和蒸気が発生する。
【０１４６】
次に、図１６において、本実施形態において、ヒートポンプ２０の圧縮部２２が作動流体を複数段（本例では２段）で圧縮する構造を有する。本実施形態において、圧縮部２２は、放熱部２３Ａの前に配置される第１圧縮部２２Ａと、放熱部２３Ｂと放熱部２３Ｃとの間に配置される第２圧縮部２２Ｃとを有する。第２圧縮部２２Ｃに加えて、放熱部２３Ａ及び／又は放熱部２３Ｃの中段に圧縮部を設けることもできる。圧縮の段数は、蒸気発生システムの仕様に応じて設定され、２、３、４、５、６、７、８、９、あるいは１０以上である。圧縮部２２は、各圧縮部２２Ａ，２２Ｃに対応する回転数が個々に制御される多軸圧縮構造を有することができる。あるいは、圧縮部２２は、同軸圧縮構造を有することができる。各圧縮部２２Ａ，２２Ｃの圧縮比（圧力比）は、蒸気発生システムの仕様に応じて設定される。
【０１４７】
図１７は、第５実施形態における乾燥システムＳ５を示す概略図である。以下の説明では、乾燥システムＳ５について、図１に示す乾燥システムＳ１と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
【０１４８】
本実施形態において、蒸気回路４４の経路４４２は、１つの蒸気循環ルートを有する。経路４４２は、乾燥装置１６と熱的に接続される放熱部４４４Ｊを有する。放熱部４４４Ｊは、蒸発部４２のタンク４２０からの蒸気が流れる導管を有する。放熱部４４４Ｊは、経路４４２の一部である。
【０１４９】
本実施形態において、蒸気回路４４の経路４４２の内部空間は、必要に応じて所定の圧力に設定される。この設定は、例えば圧力制御装置を用いて行われる。圧力制御装置は、真空製造機能及び圧縮機能の少なくとも１つを有することができる。経路４４２に対して圧力制御装置が脱着自在でもよい。
【０１５０】
本実施形態において、乾燥装置１６の流体加熱部６１は、低温の流体（空気）と高温の流体（放熱部４４４Ｊ内の蒸気）とが対向して流れる向流型の熱交換方式を有する。すなわち、蒸気回路４４の経路４４２において、乾燥装置１６の流れ方向における比較的上流側に比較的低温の蒸気が供給され、流れ方向における比較的下流側に比較的高温の蒸気が供給される。
【０１５１】
本実施形態において、経路４４２を流れる蒸気は、飽和蒸気又は過熱蒸気にできる。過熱蒸気は、例えば、蒸発部４２のタンク４２０からの蒸気を不図示の圧縮部で圧縮することにより生成される。過熱蒸気の利用により、少なくとも蒸気の顕熱を利用して乾燥装置１６内の空気が加熱される。この場合、乾燥装置１６の流体加熱部６１における、蒸気回路４４の放熱温度分布が流れ方向に沿って全体的な勾配を有することができる。
【０１５２】
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれら実施例に限定されることはない。上記説明において使用した数値は一例であって、本発明はこれに限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付の請求の範囲によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【０１５３】
【図１】第１実施形態を示す概略図である。
【図２】第１実施形態における蒸気回路内の蒸気、及び乾燥装置内の空気の温度変化の一例を示す模式図である。
【図３】蒸気発生システムによる水の状態変化の一例を示す Ｔ-ｓ 線図である。
【図４】蒸気回路からの温水を、圧縮部からの蒸気に混入する形態の一例を示す部分的な模式図である。
【図５】図１の形態の変形例であり、戻り流体を加熱する形態の一例を示す概略図である。
【図６】第２実施形態を示す概略図である。
【図７】乾燥室の構成例を示す模式図である。
【図８】乾燥室の別の構成例を示す模式図である。
【図９】乾燥室の別の構成例を示す模式図である。
【図１０】第３実施形態を示す概略図である。
【図１１】第４実施形態を示す概略図である。
【図１２】蒸発管における水の流量を制御する構成の一例を示す模式図である。
【図１３】水とヒートポンプの作動媒体との温度変化の一例を模式的に示す図である。
【図１４】ヒートポンプ装置（ヒートポンプ）及び蒸気装置（蒸発部）の変形例を示す模式図である。
【図１５】ヒートポンプ装置（ヒートポンプ）及び蒸気装置（蒸発部）の別の変形例を示す模式図である。
【図１６】ヒートポンプ装置（ヒートポンプ）及び蒸気装置（蒸発部）の別の変形例を示す模式図である。
【図１７】第５実施形態を示す概略図である。
【符号の説明】
【０１５４】
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５…乾燥システム、１２…ヒートポンプ装置（第１装置）、２０…ヒートポンプ（ヒートポンプ回路）、２１…吸熱部、２２…圧縮部、２４…膨張部、２５…主経路、２７…バイパス経路、２８…再生器、１６…乾燥装置（第３装置）、６１…流体加熱部、６２…乾燥室、６３…流体排出部、７０…制御装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業用乾燥システム及び乾燥方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用乾燥システムとしては、ボイラで燃料を燃焼させて対象物を乾燥する構成が一般的に知られている。
【０００３】
また、空気調和機からの加熱空気を対象物に供給する構成を有する乾燥機がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３９５７６５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、エネルギー効率の高い乾燥システム及び乾燥方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の態様に従えば、作動流体が流れかつ、吸熱部、圧縮部、放熱部、及び膨張部を有するヒートポンプ回路を有する第１装置と；前記作動流体からの熱を受けた水が蒸発する蒸発部と、前記蒸発部からの蒸気が流れる蒸気回路とを有する第２装置と；乾燥の対象物が配置される乾燥室を有する第３装置であって、前記蒸気からの熱が前記対象物及び前記対象物に向けて流れる流体の少なくとも一方に伝わる、前記第３装置と；を備える産業用乾燥システムが提供される。
【０００６】
本発明の別の態様に従えば、作動流体が流れるヒートポンプ回路を用意する工程と、前記作動流体からの熱を水に伝えて蒸気を生成する工程と、前記蒸気からの熱を乾燥の対象物及び前記対象物に向けて流れる流体の少なくとも一方に伝える工程と、を備える産業用乾燥方法が提供される。
【０００７】
この乾燥システム又は乾燥方法によれば、ヒートポンプからの熱を利用して蒸気が生成され、この蒸気の熱によって対象物が乾燥される。したがって、熱伝達に優れた蒸気の使用により、乾燥にかかる熱効率の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、第１実施形態における乾燥システムＳ１を示す概略図である。
【０００９】
乾燥システムＳ１は、作動流体が流れるヒートポンプ（ヒートポンプ回路）２０を有するヒートポンプ装置（第１装置）１２と、蒸気装置（第２装置）１４と、乾燥対象物が乾燥される乾燥装置（第３装置）１６と、制御装置７０とを備える。制御装置７０は、システム全体を統括的に制御する。乾燥システムＳ１の構成は設計要求に応じて様々に変更可能である。
【００１０】
本実施形態において、乾燥対象物は産業用電気部品である。なお、汚泥、木材、樹脂、砂、家庭ごみ、産業ごみ、塗装物、産業用衣類、機械部品、食料品など、様々な物体を乾燥対象にできる。
【００１１】
ヒートポンプ装置１２において、ヒートポンプ２０は、蒸発、圧縮、凝縮、及び膨張の各工程からなるサイクルにより、作動流体の状態変化を利用して複数の物体間で熱の授受を行う回路である。ヒートポンプサイクルは一般に、エネルギー効率が比較的高いという利点を有する。
【００１２】
本実施形態において、ヒートポンプ２０は、吸熱部２１、圧縮部２２、放熱部（前放熱部２３Ａ、後放熱部（加温用放熱部）２３Ｚ）２３、及び膨張部２４を有し、これらは導管を介して接続されている。
【００１３】
吸熱部２１では、主経路２５内を流れる作動流体がサイクル外の熱源の熱を吸収する。本実施形態において、ヒートポンプ２０の吸熱部２１は、乾燥処理に伴い排出される乾燥装置１６からの排出流体の熱を吸収することができる。
【００１４】
本実施形態において、ヒートポンプ装置１２は、乾燥装置１６からの排熱の少なくとも一部をヒートポンプ２０の吸熱部２１が汲み上げる排熱回収部２９をさらに有する。排熱回収部２９は、熱流体が流れる導管２９１と、乾燥装置１６からの排出熱（例えば、排出流体の熱）が熱流体に伝わる吸熱部２９３と、導管２９１内の熱流体からの熱がヒートポンプ２０の吸熱部２１に伝わる放熱部２９５とを有する。排熱回収部２９はさらに、必要に応じて、ポンプなどの流体駆動部やバルブなどの流量制御部（不図示）を有することができる。ヒートポンプ２０の吸熱部２１は、乾燥処理に伴い乾燥装置１６から排出される熱を吸収することができる。代替的又は追加的に、ヒートポンプ２０の吸熱部２１が乾燥装置１６からの排出流体以外の熱源（例えば大気、冷熱供給装置）の熱を吸収する構成とすることもできる。
【００１５】
圧縮部２２は、圧縮機等によって作動流体を圧縮する。この際、通常、作動流体の温度が上がる。本実施形態において、圧縮部２２は、単段圧縮構造又は多段圧縮構造を有することができる。圧縮部２２は、軸流圧縮機、遠心圧縮機、レシプロ式圧縮機、ロータリー式圧縮機などの様々な圧縮機のうち、作動流体の圧縮に適するものが適用される。圧縮機には動力が供給される。多段圧縮構造を有する圧縮部２２において、多軸圧縮構造又は同軸圧縮構造が適用可能である。
【００１６】
放熱部（前放熱部２３Ａ、後放熱部２３Ｚ）２３は、圧縮部２２で圧縮された作動流体が流れる導管を有し、主経路２５内を流れる作動流体の熱をサイクル外の物体に与える。放熱部２３を流れる作動流体の少なくとも一部は、ガス域又は超臨界域にできる。本実施形態において、作動流体の流れ方向に沿って、前放熱部２３Ａ、及び後放熱部２３Ｚがその順に並んでいる。放熱部の数は、乾燥システムＳ１の仕様に応じて設定され、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、あるいは１１以上である。前放熱部２３Ａは、圧縮部２２の下流側の位置に配置され、後放熱部２３Ｚは、前放熱部２３Ａの下流側の位置に配置される。各放熱部２３Ａ，２３Ｚは、蒸気装置１４に熱的に接続されている。
【００１７】
膨張部２４は、減圧弁またはタービン等によって作動流体を膨張させる。タービンを使用した場合には膨張部２４から動力を取り出すことができ、その動力を例えば圧縮部２２に供給してもよい。ヒートポンプ２０に使用される作動流体として、フロン系媒体（HFC 245faなど）、アンモニア、水、二酸化炭素、空気などの公知の様々な熱媒体が、乾燥システムＳ１の仕様及び熱バランス等に応じて選択される。
【００１８】
本実施形態において、ヒートポンプ２０はさらに、バイパス経路２７と、再生器２８とを有する。バイパス経路２７の入口端がヒートポンプ２０の主経路２５における前放熱部２３Ａと後放熱部２３Ｚとの間の導管に流体的に接続される。バイパス経路２７の出口端が主経路２５における後放熱部２３Ｚと膨張部２４との間の配管に流体的に接続される。バイパス経路２７の入口に、作動流体のバイパス流量を制御する流量制御弁を設けることができる。バイパス経路２７において、前放熱部２３Ａからの作動流体の一部が、後放熱部２３Ｚを迂回し、膨張部２４の手前で後放熱部２３Ｚからの作動流体と合流する。前放熱部２３Ａからの残りの作動流体は、後放熱部２３Ｚを流れる。
【００１９】
再生器２８は、バイパス経路２７の導管の一部と、ヒートポンプ２０の主経路２５の導管（吸熱部２１と圧縮部２２との間の導管）の一部とが熱的に接続された構成を有する。例えば、両導管が互いに接触あるいは隣接して配置される。ヒートポンプ２０において、吸熱部２１からの作動流体に比べて、前放熱部２３Ａからの作動流体は高温である。再生器２８において、バイパス経路２７を流れる前放熱部２３Ａからの作動流体と、ヒートポンプ２０の主経路２５を流れる吸熱部２１からの作動流体とが熱交換する。この熱交換により、バイパス経路２７内の作動流体の温度が降下し、主経路２５内の作動流体の温度が上昇する。再生器２８は、低温の流体（主経路２５内の作動流体）と高温の流体（バイパス経路２７内の作動流体）とが対向して流れる向流型の熱交換構造を有することができる。あるいは、再生器２８は、高温流体と低温流体とが並行して流れる並行流型の熱交換構造を有することができる。
【００２０】
図１に示すように、蒸気装置１４は、加温部４０と、蒸発部４２と、蒸気回路４４と、必要に応じてポンプなどの流体駆動部（不図示）と、必要に応じてバルブなどの流量制御部（不図示）とを有する。
【００２１】
加温部４０は、ヒートポンプ２０の後放熱部２３Ｚに熱的に接続されかつ供給源（不図示）からの水が流れる導管を含む。加温部４０と後放熱部２３Ｚとを含んで熱交換器１１０（加温器、熱交換装置）が構成される。すなわち、熱交換器１１０は、蒸気装置１４の導管の一部（加温部４０）と、ヒートポンプ２０の主経路２５の導管の一部（後放熱部２３Ｚ）とが熱的に接続された構造を有する。熱交換器１１０は、低温の流体（蒸気装置１４内の水）と高温の流体（ヒートポンプ２０内の作動流体）とが対向して流れる向流型の熱交換方式を有することができる。あるいは、熱交換器１１０は、高温流体と低温流体とが並行して流れる並行流型の熱交換方式を有することができる。熱交換器１１０の熱交換構造として、公知の様々なものを採用することができる。加温部４０の導管と後放熱部２３Ｚの導管とは互いに接触あるいは隣接して配置される。例えば、後放熱部２３Ｚの導管を、加温部４０の導管の周りや内部に配設することができる。加温部４０において、ヒートポンプ２０の後放熱部２３Ｚからの伝達熱によって、導管内の水が温度上昇する。
【００２２】
蒸発部４２は、ドラム式、蒸発式、沸騰式、及び、蒸発＋沸騰式の少なくとも１つの方式を有することができる。本実施形態において、蒸発部４２は、少なくとも液状の被加熱流体（水）を貯溜するタンク（ドラム、蒸気発生部）４２０と、タンク４２０に流体的に接続された循環導管４２２とを有する。加温部４０とタンク４２０との間には、必要に応じて脱気槽（不図示）と、ポンプなどの流体駆動部（不図示）とが配置される。タンク４２０は、必要に応じて、液面を計測するレベルセンサ４２４と、気液分離器（不図示）とを有することができる。
【００２３】
タンク４２０または循環導管４２２には、加温部４０からの水の供給口と、蒸気の排出口とが設けられる。循環導管４２２の入口端と出口端とはそれぞれタンク４２０に接続される。循環導管４２２は、ヒートポンプ２０の前放熱部２３Ａに熱的に接続される被加熱管４２６と、必要に応じて、ポンプ（不図示）と、バルブ（不図示）とを有する。被加熱流体（水）の熱対流及び／又は外部との差圧などを利用してポンプを省くこともできる。
【００２４】
被加熱管４２６と前放熱部２３Ａとを含んで熱交換器１１２（熱交換装置）が構成される。すなわち、熱交換器１１２において、ヒートポンプ２０の前放熱部２３Ａと蒸発部４２の被加熱管４２６とが熱的に接続される。前放熱部２３Ａを流れる作動流体からの熱が被加熱管４２６を流れる水に伝わる。熱交換器１１２は、低温の流体（被加熱管４２６内の水）と高温の流体（ヒートポンプ２０内の作動流体）とが対向して流れる向流型の熱交換方式を有することができる。あるいは、熱交換器１１２は、高温流体と低温流体とが並行して流れる並行流型の熱交換方式を有してもよい。熱交換器１１２の熱交換構造として、公知の様々なものを採用することができる。ヒートポンプ２０の前放熱部２３Ａの導管と、被加熱管４２６とは互いに接触あるいは隣接して配置される。例えば、ヒートポンプ２０の前放熱部２３Ａの導管を、被加熱管４２６の周りや内部に配設することができる。
【００２５】
蒸発部４２において、加温部４０で温度上昇した水が供給口を介してタンク４２０に供給され、タンク４２０及び循環導管４２２内に水が貯溜される。タンク４２０内の液面が所定範囲内になるように、タンク４２０への水の供給量が制御される。例えば、レベルセンサの計測結果に基づいて、タンク４２０への水の供給量が制御される。ヒートポンプ２０の前放熱部２３Ａを流れる作動流体からの熱を受けた被加熱管４２６内の水は、少なくとも一部が蒸発する。蒸発部４２からの蒸気は、蒸気回路４４を流れる。
【００２６】
蒸気回路４４は、圧縮部４４０と、蒸気が流れる経路４４２とを有する。本実施形態において、圧縮部４４０は、蒸発部４２のタンク４２０に流体的に接続されている。タンク４２０の内部空間は、タンク４２０の排出口及びダクト４２５を介して圧縮部４４０によって吸引される。
【００２７】
本実施形態において、蒸気回路４４の圧縮部４４０は、第１圧縮部４４０Ａ、第２圧縮部４４０Ｂ、及び第３圧縮部４４０Ｃを含む３段圧縮構造を有する。圧縮部４４０は、各圧縮部４４０Ａ−４４０Ｃに対応する回転数が個々に制御される多軸圧縮構造を有することができる。あるいは、圧縮部４４０は、同軸圧縮構造を有することができる。本実施形態において、圧縮部４４０は、圧縮部４４０Ａ−４４０Ｃに関して同軸構造を有する。圧縮機４４０Ａ−４４０Ｃとしては、軸流圧縮機、遠心圧縮機、レシプロ式圧縮機、ロータリー式圧縮機などの様々な圧縮機が適用され、蒸気圧縮に適するものが用いられる。第１圧縮部４４０Ａは、蒸発部４２のタンク４２０からの蒸気を圧縮する。第２圧縮部４４０Ｂは、第１圧縮部４４０Ａからの蒸気を圧縮し、第３圧縮部４４０Ｃは、第２圧縮部４４０Ｂからの蒸気を圧縮する。各圧縮部４４０Ａ−４４０Ｃの圧縮比（圧力比）は、乾燥システムＳ１の仕様に応じて設定することができる。圧縮部の段数は、乾燥システムＳ１の仕様に応じて設定され、１、２、３、４、５、６、７、８、９、あるいは１０以上である。
【００２８】
本実施形態において、蒸気回路４４の経路４４２は、補経路４４２Ａ，４４２Ｂ，４４２Ｃ，４４２Ｄを有する。蒸発部４２のタンク４２０からの蒸気の一部が第１補経路４４２Ａを流れ、残部が第１圧縮部４４０Ａに入る。圧縮された第１圧縮部４４０Ａからの蒸気の一部が第２補経路４４２Ｂを流れ、残部が第２圧縮部４４０Ｂに入る。圧縮された第２圧縮部４４０Ｂからの蒸気の一部が第３圧縮部４４０Ｃに入り、残部が第３補経路４４２Ｃを流れる。圧縮された第３圧縮部４４０Ｃからの蒸気が第４補経路４４２Ｄを流れる。経路４４２の各分岐の位置に制御弁や流量制御弁を配置することができる。各分岐位置における蒸気の分岐割合は、乾燥システムＳ１の仕様に応じて設定することができる。
【００２９】
本実施形態において、蒸気回路４４の経路４４２はさらに、乾燥装置１６と熱的に接続される放熱部４４４Ａ，４４４Ｂ，４４４Ｃ，４４４Ｄを有する。放熱部４４４Ａ−４４４Ｄは、蒸発部４２のタンク４２０からの蒸気又は圧縮部４４０Ａ−４４０Ｃで圧縮された蒸気が流れる導管を有し、蒸気の熱を外部の物体に与える。第１放熱部４４４Ａ、第２放熱部４４４Ｂ、第３放熱部４４４Ｃ、及び第４放熱部４４４Ｄはそれぞれ、第１補経路４４２Ａ、第２補経路４４２Ｂ、第３補経路４４２Ｃ、及び第４補経路４４２Ｄの一部である。
【００３０】
本実施形態において、第１放熱部４４４Ａが乾燥装置１６における上流位置に配される。乾燥装置１６の流れ方向に沿って、第１放熱部４４４Ａ、第２放熱部４４４Ｂ、第３放熱部４４４Ｃ、及び第４放熱部４４４Ｄがその順に並ぶ。放熱部の数は、乾燥システムＳ１の仕様に応じて設定され、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、あるいは１１以上にできる。
【００３１】
本実施形態において、第１放熱部４４４Ａ（第１補経路４４２Ａ）、第２放熱部４４４Ｂ（第２補経路４４２Ｂ）、第３放熱部４４４Ｃ（第３補経路４４２Ｃ）、及び第４放熱部４４４Ｄ（第４補経路４４２Ｄ）を互いに温度（飽和温度）が異なる蒸気がそれぞれ流れる。第１放熱部４４４Ａを流れる蒸気の温度が比較的低く、第４放熱部４４４Ｄを流れる蒸気の温度が比較的高い。蒸気の温度は、圧縮段数に応じて、第４放熱部４４４Ｄ、第３放熱部４４４Ｃ、第２放熱部４４４Ｂ、及び第１放熱部４４４Ａの順に高い。すなわち、蒸気回路４４の経路４４２において、乾燥装置１６の流れ方向における比較的上流側に比較的低温の蒸気が供給され、流れ方向における比較的下流側に比較的高温の蒸気が供給される。
【００３２】
放熱部４４４Ａ−４４４Ｄを流れる蒸気及びその凝縮液の少なくとも一方からの熱が乾燥装置１６内の物体に伝わり、放熱部４４４Ａ−４４４Ｄを流れる蒸気の少なくとも一部が液化する。本実施形態において、補経路４４２Ａ−４４２Ｄの下流端がタンク４２０に流体的に接続される。放熱部４４４Ａ−４４４Ｄからの蒸気及び液体は、タンク４２０に入る。補経路４４２Ａ−４４２Ｄにおいて、放熱部４４４Ａ−４４４Ｄとタンク４２０との間に流体制御弁（減圧弁）などを配置することができる。
【００３３】
圧縮部４４０Ａ−４４０Ｃには、蒸気に対して水（温水）を供給するノズル４４８Ａ，４４８Ｂ，４４８Ｃが、必要に応じて配設される。ノズル４４８Ａ−４４８Ｃの配設位置は、例えば、各圧縮部４４０Ａ−４４０Ｂの段間、入口、及び／又は出口である。ノズル４４８Ａ−４４８Ｃと蒸発部４２のタンク４２０の液相位置とが導管４４６を介して流体的に接続された配管構成を採用することができる。この配管構成では、タンク４２０内の液体がノズル４４８Ａ−４４８Ｃへの供給に有効利用される。ノズル４４８Ａ−４４８Ｃからの液体の排出（スプレイ）には、ポンプなどの動力源を用いてもよく、導管の入口と出口との間の圧力差を利用してもよい。
【００３４】
圧縮部４４０による吸引作用により、蒸発部４２におけるヒートポンプ２０による加熱部位での内部空間、すなわちタンク４２０の内部空間が減圧される。例えば、タンク４２０の内部圧力が大気圧（１atm＝約０．１ＭＰａ）に比べて低い負圧（陰圧）となるように、経路４４２（補経路４４２Ａ−４４２Ｄ）上の制御弁（流量制御弁など。不図示）、圧縮部４４０等が制御される。この制御は、例えば、タンク４２０の内部圧力を計測するセンサ（不図示）の計測結果に基づいて行うことができる。
【００３５】
本実施形態において、乾燥装置１６は、流体加熱部６１、乾燥室６２、流体排出部６３、及び不図示の移送装置を有する。一例において、移送装置は、コンベア、搬送車、搬送ロボットなどの様々な形態を有することができる。移送装置によって、乾燥対象物が乾燥室６２内に投入されるとともに、乾燥室６２から取り出される。代替的又は追加的に、乾燥装置１６は、乾燥後の対象物の出力のために、ゲート式、旋回式などの形態を有する出力部を備えることができる。乾燥した対象物の出力部は、必要に応じて乾燥した対象物に化学処理などの所定の処理を行う機構を有することができる。
【００３６】
本実施形態において、必要に応じて、移送装置は、乾燥室６２内で、乾燥対象物を移動させることができる。乾燥装置１６は、必要に応じて、不図示の脱水装置をさらに有し、それによって対象物を脱水することができる。脱水の際、対象物に必要に応じて凝集剤を添加することができる。脱水は、遠心式、加圧式、圧搾式、振動式など、対象物に応じて様々な形態が適用可能である。脱水により、対象物の容量が減少する。また、乾燥装置１６は、必要に応じて、乾燥室６２に入る前の対象物に熱を与える予熱室をさらに有することができる。
【００３７】
本実施形態において、乾燥装置１６は、概要的な筒形状を有し、全体的にその軸方向に沿って内部を空気が流れる。本実施形態において、全体的な空気の流れ方向（以後、流れ方向と称する）に沿って、流体加熱部６１、乾燥室６２、及び流体排出部６３がその順に並ぶ。代替的又は追加的に、乾燥装置１６は、様々な形態を採用することができる。
【００３８】
本実施形態において、蒸気回路４４の放熱部４４４Ａ−４４４Ｄが流体加熱部６１内に配される。前述したように、蒸気の温度は、第４放熱部４４４Ｄ、第３放熱部４４４Ｃ、第２放熱部４４４Ｂ、及び第１放熱部４４４Ａの順に高い。乾燥装置１６の流体加熱部６１に流入した空気は、第１放熱部４４４Ａ、第２放熱部４４４Ｂ、第３放熱部４４４Ｃ、及び第４放熱部４４４Ｄによって順次加熱される。
【００３９】
乾燥室６２内に、乾燥の対象物が配置される。本実施形態において、加熱された空気によって乾燥室６２内の対象物が乾燥される。乾燥室６２からの空気（排ガスなど）は流体排出部６３を経由して外部に排出される。
【００４０】
本実施形態において、流体排出部６３には、ヒートポンプ装置１２における排熱回収部２９の吸熱部２９３が配される。乾燥室６２からの空気の熱の少なくとも一部が排熱回収部２９の吸熱部２９３に供給される。
【００４１】
流体排出部６３は、低温の流体（吸熱部２９３内の作動流体）と高温の流体（流体排出部６３内の排出流体）とが対向して流れる向流型の熱交換方式を有することができる。あるいは、流体排出部６３は、高温流体と低温流体とが並行して流れる並行流型の熱交換方式を有してもよい。流体排出部６３は、熱交換構造として、公知の様々なものを採用することができる。これにより、ヒートポンプ２０は、乾燥装置１６の排熱を回収することができる。排熱の回収により、乾燥システムＳ１の全体の熱利用の向上が図られる。流体排出部６３を流れる流体の多くは、乾燥室６２において湿分が蒸発したものであり、蒸発潜熱を有している。この蒸発潜熱の少なくとも一部を吸熱部２９３によって回収できる。潜熱を回収した場合には、排出流体の少なくとも一部が凝縮することになる。
【００４２】
次に、乾燥システムＳ１の乾燥処理プロセスの一例について説明する。
【００４３】
図１に示すように、まず、ヒートポンプ２０からの熱伝達によって蒸気装置１４の蒸発部４２において蒸気が生成される。すなわち、蒸発部４２の加温部４０において、ヒートポンプ２０の後放熱部２３Ｚから伝達される熱によって供給源からの水が加温される。一例において、加温部４０への水の入口温度は約２０℃であり、加温部４０からの水の出口温度は約６０℃である。上記数値は一例であって、本発明はこれに限定されない。加温部４０からの加温された水はタンク４２０に投入される。タンク４２０内は、圧縮部４４０による吸引作用により負圧下にあるとともに、水温に対して実質的に飽和圧力下にある。ヒートポンプ２０の前放熱部２３Ａからの伝達される熱に受けてタンク４２０内の水が相変化し蒸発する。
【００４４】
タンク４２０からの蒸気は、蒸気回路４４内を流れ、圧縮部４４０による圧縮で比較的高圧力かつ高温度の蒸気となる。すなわち、ヒートポンプ２０で加熱された水が、圧縮部４４０での圧縮によってさらに加熱される。一例において、第１放熱部４４４Ａ、第２放熱部４４４Ｂ、第３放熱部４４４Ｃ、及び第４放熱部４４４Ｄ内の蒸気の温度はそれぞれ、約６０℃、７７℃、９７℃、及び１３０℃である。乾燥装置１６の流体加熱部６１に流入した空気が、第１放熱部４４４Ａ、第２放熱部４４４Ｂ、第３放熱部４４４Ｃ、及び第４放熱部４４４Ｄによって順次加熱され、その後、乾燥室６２に流入する。例えば乾燥室６２に流入する空気の温度は約１２０℃である。そして、乾燥室６２において、空気からの熱によって対象物が温度上昇するとともに、対象物に含まれる液分が蒸発する。上記数値は一例であって、本発明はこれに限定されない。
【００４５】
以上のように、本実施形態において、ヒートポンプ２０の熱を利用して生成された蒸気を用いて乾燥が行われる。熱伝達に優れた蒸気の使用により、乾燥にかかる熱効率の向上を図ることができる。また、蒸気を利用することにより、比較的高温域の乾燥処理が実行可能である。
【００４６】
ボイラのエネルギー効率が一般に約０．７〜０．８（７０〜８０％）であるのに対して、ヒートポンプのエネルギー効率としての成績係数（ＣＯＰ：coefficient of performance）は一般に２．５〜５．０である。ヒートポンプの成績係数は、被加熱媒体の入出力温度差に応じて変化し、比較的高い入出力温度差においてその成績係数が低下する傾向がある。本実施形態において、顕熱交換及び潜熱交換に対応してヒートポンプ２０が個別の加熱部（後放熱部２３Ｚ及び前放熱部２３Ａ）を有することにより、入出力温度差を抑え、ボイラに比べて高いエネルギー効率で蒸気を生成することができる。例えば、ＣＯＰが３．０のとき、発電効率を４０％とすると、一次エネルギーの１２０％の熱を生成でき、従来のボイラにおける９０％を上回る。これは、エネルギーの節約に有利である。上記数値は一例であって、本発明はこれに限定されない。
【００４７】
本実施形態において、蒸気回路４４を流れる蒸気及びその凝縮液の少なくとも一方からの熱が乾燥装置１６内の物体（空気）に伝わり、蒸気回路４４内の蒸気の少なくとも一部が液化する。すなわち、蒸気の潜熱を利用して乾燥処理が実行される。これは、シリコンオイルや圧縮水を熱媒として用いるシステムに比べて、乾燥システムＳ１のコンパクト化や効率化に有利である。
【００４８】
本実施形態において、蒸気回路４４の圧縮部４４０が３段圧縮構造を有し、乾燥装置１６の流れ方向における比較的上流側において空気は比較的低温の放熱部（第１放熱部４４４Ａなど）と熱交換し、比較的下流側において空気は比較的高温の放熱部（第４放熱部４４４Ｄなど）と熱交換する。これは熱効率の向上に有利である。
【００４９】
図２は、本実施形態における蒸気回路内の蒸気、及び乾燥装置内の空気の温度変化の一例を示す模式図である。
【００５０】
図２に示すように、乾燥装置１６の流体加熱部６１（図１参照）の入口付近において、空気は比較的低温の蒸気が流れる第１放熱部４４４Ａから熱を受けて温度上昇する（図２の矢印ｍ１）。このとき、潜熱の放出に伴い、第１放熱部４４４Ａ内で蒸気の少なくとも一部が液化する（矢印ｎ１）。第１放熱部４４４Ａで加熱された空気は、次に、第２放熱部４４４Ｂから熱を受けて温度上昇する（矢印ｍ２）。このとき、潜熱の放出に伴い、第２放熱部４４４Ｂ内で蒸気の少なくとも一部が液化する（矢印ｎ２）。放熱温度は、第４放熱部４４４Ｄ、第３放熱部４４４Ｃ、第２放熱部４４４Ｂ、及び第１放熱部４４４Ａの順に高い。以後、空気は、第３放熱部４４４Ｃ、及び第４放熱部４４４Ｄから順に熱を受けて温度上昇する（矢印ｍ３、ｍ４）。また、第３放熱部４４４Ｃ及び第４放熱部４４４Ｄ内で蒸気の少なくとも一部が液化する（矢印ｎ３、ｎ４）。第１−第４放熱部４４４Ａ−４４４Ｄ（図１）によって空気が温度上昇する。
【００５１】
図１に戻り、このように、本実施形態において、乾燥装置１６の流体加熱部６１における、蒸気回路４４の放熱温度分布が流れ方向に沿って全体的な勾配を有する。そのため、蒸気回路４４内の蒸気と乾燥装置１６内の空気との温度差が抑制された勾配加熱が実現され、これは、熱交換効率の向上に貢献する。本実施形態において、蒸気回路４４は、互いに温度（飽和温度）が異なる複数の蒸気がそれぞれ流れる放熱部４４４Ａ−４４４Ｄ（補経路４４２Ａ−４４２Ｄ）を有し、これは、蒸気の潜熱を利用した勾配加熱に好ましく適用される。
【００５２】
本実施形態において、蒸発部４２のタンク４２０に流体的に接続された蒸気回路４４の圧縮部４４０が多段構成を有しており、その結果、乾燥装置１６の空気に対する勾配加熱を実現する形態が提供される。
【００５３】
図３は、図１に示す蒸気回路４４の蒸発部４２及び第１圧縮部４４０Ａにおける水の状態変化の一例を示す Ｔ-ｓ 線図である。図３に示すように、水は、蒸発部４２の加温部４０（図１参照）において沸点近くまで温度上昇した後、蒸発部４２のタンク４２０（図１）において温度一定のまま相変化する。このとき、大気圧（Ｐ１＝１atm＝約０．１ＭＰａ）に比べて低い負圧Ｐ０の状態において、飽和蒸気ｄ０が発生する。飽和蒸気ｄ０の温度は標準沸点よりも低い、例えば約６０℃である。
【００５４】
次に、タンク４２０からの約６０℃の飽和蒸気ｄ０は、蒸気回路４４の第１圧縮部４４０Ａ（図１参照）での圧縮によって温度上昇して比較的高圧力かつ高温の蒸気（過熱蒸気ｅ１）になる。この過熱蒸気ｅ１を定圧下で冷却することにより、約７７℃の飽和蒸気を得ることができる（図３の破線ａ）。上記数値は一例であって、本発明はこれに限定されない。
【００５５】
過熱蒸気から飽和蒸気への冷却に、液状の水または温水を直接混入することにより、蒸気のボリュームが増加する。図１に示すように、本実施形態において、第１圧縮部４４０Ａと第２圧縮部４４０Ｂとの段間（又は第１圧縮部４４０Ａの出口付近）にノズル４４８Ａが配設され、ノズル４４８Ａは導管４４６を介して蒸発部４２のタンク４２０の液相位置に流体的に接続されている。蒸発部４２のタンク４２０内の液体がノズル４４８Ａを介して第１圧縮部４４０Ａからの過熱蒸気に供給される。
【００５６】
代替的又は追加的に、ノズル４４８Ａは、蒸気回路４４に流体的に接続できる。ノズル４４８Ａに供給される液体として、放熱部（第１−第４放熱部４４４Ａ−４４４Ｄ）から出た液体（ドレン）を使用することができる。放熱部（４４４Ａ−４４４Ｄ）からの液体は、高い温度を有することができ、水噴霧による体積増量に効果的である。特に、放熱部４４４Ｄから排出された液体は比較的高い温度を有することができる。
【００５７】
代替的に、図３において、水または温水の供給量及びタイミングの最適化により、比較的低圧力かつ低温度の飽和蒸気から比較的高圧力かつ高温度の飽和蒸気への変化を、より直接的にできる。例えば、第１圧縮部４４０Ａ（図１）の入口で適量の水または温水が蒸気に供給されることにより、第１圧縮部４４０Ａの入口での飽和蒸気ｄ０が、第１圧縮部４４０Ａの出口で飽和蒸気ｄ１に変化する（図３の破線ｃ１（スプレー）及びｃ２（圧縮））。または、第１圧縮部４４０Ａの中間で適量の水または温水が蒸気に供給されることにより、第１圧縮部４４０Ａの入口での飽和蒸気ｄ０が、第１圧縮部４４０Ａの出口で飽和蒸気ｄ１に変化する（図３の破線ｂ）。
【００５８】
図１に戻り、一例において、同様に、第２圧縮部４４０Ｂからの過熱蒸気はノズル４４８Ｂからの液体によって冷却され、その結果、約９７℃の飽和蒸気が得られる。また、第３圧縮部４４０Ｃからの過熱蒸気はノズル４４８Ｃからの液体によって冷却され、その結果、約１３０℃の飽和蒸気が得られる。代替的又は追加的に、ノズル４４８Ｂ及び／又はノズル４４８Ｃは、蒸気回路４４に流体的に接続できる。ノズル４４８Ｂ及び／又はノズル４４８Ｃに供給される液体として、放熱部（第１−第４放熱部４４４Ａ−４４４Ｄ）から出た液体（ドレン）を使用することができる。上記数値は一例であって、本発明はこれに限定されない。
【００５９】
図４は、蒸気回路４４からの温水を、圧縮部（４４０Ａ−４４０Ｃ）からの蒸気に混入する形態の一例を示している。図４において、蒸気回路４４の第４放熱部４４４Ｄから出た流体が流れる導管は、第４放熱部４４４Ｄとタンク４２０とを流体的につなぐ導管４４６Ａと、その導管４４６Ａから分岐された分岐導管４４６Ｂとを有する。第４放熱部４４４Ｄから出た流体の少なくとも一部が分岐導管４４６Ｂを流れることができる。第１圧縮部４４０Ａと第２圧縮部４４０Ｂとの段間（又は第１圧縮部４４０Ａの出口付近）にノズル４４８Ａが配設され、ノズル４４８Ａは分岐導管４４６Ｂに流体的に接続されている。同様に、第２圧縮部４４０Ｂと第３圧縮部４４０Ｃとの段間（又は第２圧縮部４４０Ｂの出口付近）にノズル４４８Ｂが配設され、ノズル４４８Ｂは分岐導管４４６Ｂに流体的に接続されている。また、第３圧縮部４４０Ｃの出口付近にノズル４４８Ｃが配設され、ノズル４４８Ｃは分岐導管４４６Ｂに流体的に接続されている。ポンプなどの動力源、流量制御弁などの弁が必要に応じて配置される。第４放熱部４４４Ｄからの比較的高い温度を有する流体がノズル４４８Ａを介して第１圧縮部４４０Ａからの蒸気に供給される。同様に、第４放熱部４４４Ｄからの流体がノズル４４８Ｂ及びノズル４４４Ｃを介して第２圧縮部４４０Ｂ及び第３圧縮部４４４Ｃからの蒸気にそれぞれ供給される。代替的又は追加的に、蒸気回路４４の他の放熱部４４４Ａ−４４４Ｃの少なくとも１つからの流体を、圧縮部（４４０Ａ−４４０Ｃ）の少なくとも１つからの蒸気に混入する形態が適用され得る。
【００６０】
図１に戻り、本実施形態において、蒸気の利用により、乾燥装置１６に配置される放熱部（第１−第４放熱部４４４Ａ−４４４Ｄ）内の熱媒体の圧力が比較的低く設定可能である。これに対して、ヒートポンプ２０の作動流体の熱を直接的に乾燥装置１６内の物体に与えるシステムは、作動流体の圧力が数十気圧程度の場合がある。本実施形態において、配管コストの低減化が可能である。
【００６１】
本実施形態において、蒸気回路４４における各補経路４４２Ａ−４４２Ｄ内の蒸気（液化分及び蒸気）は、タンク４２０に戻る。したがって、蒸気回路４４は循環運転を実施できる。循環運転の実施中において、供給源からのタンク４２０への水の供給を軽減又は不要にできる。加温部４０に供給される熱（ヒートポンプ２０の後放熱部２３Ｚの熱）をシステム内の他の部分で利用することにより、さらなる熱効率の向上が図られる。
【００６２】
代替的又は追加的に、第１−第４放熱部４４４Ａ−４４４Ｄ（補経路４４２Ａ−４４２Ｄ）からタンク４２０に向かう流体の少なくとも一部を、必要に応じて、加熱することができる。例えば、比較的低温を有する第１放熱部４４４Ａからの流体が加熱され得る。蒸気回路４４から蒸発部４２（タンク４２０）への戻り流体の加熱には、例えば、加温部４０での加熱を用いることができる。戻り流体の加熱により、タンク４２０内の温度がより適切に維持される。
【００６３】
図５は、戻り流体を加熱する形態の一例を示している。図５において、蒸気回路４４４Ａの第１放熱部４４４Ａからの流体用の導管は、第１放熱部４４４Ａの出口部を加温部４０の入口付近に流体的につなぐ導管４４６Ｅを有する。ポンプなどの動力源、流量制御弁などの弁が必要に応じて配置される。通常、第１放熱部４４４Ａから出た流体は、他の放熱部４４４Ｂ−４４４Ｄのそれに比べて低温を有する。第１放熱部４４４Ａからの戻り流体は導管４４６Ｅを介して加温部４０を流れ、加温部４０においてヒートポンプ２０の後放熱部２３Ｚからの伝達熱によって温度上昇し、その後にタンク４２０に入る。図５において、第１放熱部４４４Ａからの流体のすべてが加温部４０を流れて加熱される。代替的に、第１放熱部４４４Ａからの一部が加温部４０を流れる形態が採用され得る。また、代替的又は追加的に、蒸気回路４４の他の放熱部４４４Ｂ−４４４Ｄからの流体の少なくとも一部が加温部４０を流れて加熱される形態が採用され得る。
【００６４】
図１に戻り、本実施形態において、ヒートポンプ装置１２（２０）が乾燥装置１６の排熱を回収する。これも、熱効率向上に有利である。
【００６５】
本実施形態において、ヒートポンプ２０において、バイパス経路２７を介して作動流体の一部が放熱部２３Ｚを迂回するから、放熱部２３Ｚに入る作動流体の流量の最適化が図られる。これは、加温部４０に対する放熱温度の適切な制御、及び作動流体の保有熱を有効に使う上で有利である。
【００６６】
本実施形態において、バイパス経路２７を流れる作動流体は、再生器２８において、ヒートポンプ２０の主経路２５を流れる吸熱部２１からの作動流体と熱交換する。この熱交換により、バイパス経路２７内の作動流体の温度が降下し、ヒートポンプ２０の主経路２５内の作動流体の温度が上昇する。圧縮部２２に対する作動流体の初期入力温度の上昇により、圧縮部２２の動力の低減が図られる。なお、作動流体のバイパス量は、乾燥の対象物の種類や量など、乾燥条件に応じて定められる。
【００６７】
本実施形態において、ヒートポンプ２０において、再生器２８で温度降下したバイパス経路２７内の作動流体は、膨張部２４の手前で、ヒートポンプ２０の主経路２５を流れる放熱部２３Ｚからの作動流体と合流する。放熱部２３Ｚからの作動流体の出力温度は比較的低く設定される。膨張部２４に対する作動流体の入力温度の低下により、作動流体の液ガス比の最適化が図られ、その結果、吸熱部２１においてサイクル外の熱源（排出流体）から有効に熱が吸収される。
【００６８】
図６は、第２実施形態における乾燥システムＳ２を示す概略図である。以下の説明では、乾燥システムＳ２について、図１に示す乾燥システムＳ１と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
【００６９】
図６に示すように、本実施形態における乾燥システムＳ２において、蒸気回路４４の放熱部の一部が乾燥装置１６の乾燥室６２に配置されている。
【００７０】
具体的には、蒸気回路４４は、互いに温度（飽和温度）が異なる蒸気が流れる第１−第４放熱部４４４Ａ−４４４Ｄを有し、第１−第３放熱部４４４Ａ−４４４Ｃが乾燥装置１６の流体加熱部６１に配され、第４放熱部４４４Ｄが乾燥装置１６の乾燥室６２に配される。蒸気の温度は、第４放熱部４４４Ｄ、第３放熱部４４４Ｃ、第２放熱部４４４Ｂ、及び第１放熱部４４４Ａの順に高い。代替的に、第３放熱部４４４Ｃの放熱温度が第４放熱部４４４Ｄの放熱温度よりも高くでき、また、第３放熱部４４４Ｃ及び第４放熱部４４４Ｄの放熱温度が概ね同じにできる。本実施形態においても、蒸気回路４４の経路４４２において、乾燥装置１６の流れ方向における比較的上流側に比較的低温の蒸気が供給され、流れ方向における比較的下流側（乾燥室６２及び流体加熱部６１の下流部）に比較的高温の蒸気が供給される。
【００７１】
本実施形態において、乾燥装置１６の流体加熱部６１に流入した空気が、第１放熱部４４４Ａ、第２放熱部４４４Ｂ、及び第３放熱部４４４Ｃによって順次加熱され、その後、乾燥室６２に流入する。そして、乾燥室６２において、流体加熱部６１からの加熱空気の熱及び第４放熱部４４４Ｄからの熱によって対象物が温度上昇するとともに、対象物に含まれる液分が蒸発する。第１−第３放熱部４４４Ａ−４４４Ｃによって空気が温度上昇し、
第４放熱部４４４Ｄによって対象物が乾燥される。
【００７２】
本実施形態においても、蒸気回路４４における各補経路４４２Ａ−４４２Ｄ内の蒸気（液化分及び蒸気）は、タンク４２０に戻る。したがって、蒸気回路４４は循環運転を実施できる。循環運転の実施中において、供給源からのタンク４２０への水の供給を軽減又は不要にできる。加温部４０に供給される熱（ヒートポンプ２０の後放熱部２３Ｚの熱）をシステム内の他の部分で利用することにより、さらなる熱効率の向上が図られる。代替的又は追加的に、第１−第４放熱部４４４Ａ−４４４Ｄ（補経路４４２Ａ−４４２Ｄ）からタンク４２０に向かう流体の少なくとも一部を、必要に応じて、加熱することができる。例えば、比較的低温を有する第１放熱部４４４Ａからの流体が加熱され得る。蒸気回路４４から蒸発部４２（タンク４２０）への戻り流体の加熱には、例えば、加温部４０からの熱を用いることができる。戻り流体の加熱により、タンク４２０内の温度がより適切に維持される。
【００７３】
図７、図８、及び図９は、乾燥室６２の構成例を示す。
【００７４】
図７において、乾燥室６２は、対象物を搬送するコンベア５１０と、第４放熱部４４４Ｄに対応しかつコンベア５１０上の対象物に熱を与える加熱部５１２とを有する。乾燥室６２には、流体加熱部６１（図６）からの加熱空気が供給される。乾燥室６２は、対象物に接するコンベア５１０の部材を介して加熱部５１２（第４放熱部４４４Ｄ）から実質的に間接的に対象物に熱が伝わる構成を有することができる。あるいは、乾燥室６２は、対象物に接するコンベア５１０の部材が実質的に加熱部５１２（第４放熱部４４４Ｄ）であり、加熱部５１２（第４放熱部４４４Ｄ）から実質的に直接的に対象物に熱が伝わる構成を有することができる。
【００７５】
図７の乾燥室６２において、流体加熱部６１からの加熱空気の熱が加熱部５１２（第４放熱部４４４Ｄ）からの熱よりも先に対象物に伝わってもよく、加熱部５１２からの熱が加熱空気の熱よりも先に対象物に伝わってもよく、あるいは、両方の熱が同時に対象物に伝わってもよい。また、代替的に又は追加的に、乾燥室６２は、流体加熱部６１からの加熱空気に加え、第４放熱部４４４Ｄを熱源とした加熱空気を対象物に吹き付ける構成を有することができる。
【００７６】
図８において、乾燥室６２は、回転自在なドラム５２０と、第４放熱部４４４Ｄに対応しかつドラム５２０内の対象物に熱を与える加熱部５２２とを有する。乾燥室６２には、流体加熱部６１（図６）からの加熱空気が供給される。ドラム５２０の回転軸は、実質的に水平、垂直、又は斜めに配置される。ドラム５２０の回転に伴い、ドラム５２０内の対象物が少なくとも軸方向に移動することができる。
【００７７】
乾燥室６２は、ドラム５２０の内周面の少なくとも一部が加熱対象物に直接的又は間接的に接する構成を有することができる。例えば、乾燥室６２は、ドラム５２０の内壁の少なくとも一部が加熱部５２２（第４放熱部４４４Ｄ）であり、加熱部５２２（第４放熱部４４４Ｄ）から実質的に直接的又は間接的に対象物に熱が伝わる構成を有することができる。
【００７８】
図８の乾燥室６２において、例えばドラム５２０の内周面の少なくとも一部が加熱面である。流体加熱部６１からの加熱空気の熱が第４放熱部４４４Ｄからの熱よりも先に対象物に伝わってもよく、第４放熱部４４４Ｄからの熱が加熱空気の熱よりも先に対象物に伝わってもよく、両方の熱が同時に対象物に伝わってもよい。また、代替的又は追加的に、乾燥室６２は、流体加熱部６１からの加熱空気に加え、第４放熱部４４４Ｄを熱源とした加熱空気を対象物に吹き付ける構成を有することができる。
【００７９】
図８において、追加的に、乾燥室６２は、対象物を攪拌する不図示の攪拌機構を有することができる。攪拌機構は、回転又は移動可能な羽根（ブレード）を有する羽根機構、対象物を振動させる振動機構、及び／又は対象物を揺動させる揺動機構を有することができる。
【００８０】
攪拌機構が備えられている場合、乾燥室６２は、ドラム５２０が回転しない構成を有することができる。この場合、攪拌機構が対象物を移動させる機能を有することができる。ドラム５２０の内周面が加熱面である場合、ドラム５２０を縦に配置することにより、内周面の広い範囲を加熱のために使用することができる。
【００８１】
図９において、乾燥室６２は、流動床を有するチャンバ５３０と、熱風を吹き出すノズルを有する熱風装置５３２と、第４放熱部４４４Ｄに対応しかつチャンバ５３０内の対象物に熱を与える加熱部５４０とを有する。熱風装置５３２は、流体加熱部６１からの加熱空気をチャンバ５３０内に供給することができる。熱風装置５３２からの加熱空気によって対象物が攪拌されかつ加熱される。
【００８２】
乾燥室６２は、チャンバ５３０の内周面の少なくとも一部が加熱対象物に直接的又は間接的に接する構成を有することができる。例えば、乾燥室６２は、チャンバ５３０の内壁の一部が加熱部５４０（第４放熱部４４４Ｄ）であり、加熱部５４０（第４放熱部４４４Ｄ）から実質的に直接的又は間接的に対象物に熱が伝わる構成を有することができる。
【００８３】
図９の乾燥室６２において、例えばチャンバ５３０の内周面の少なくとも一部が加熱面である。代替的又は追加的に、乾燥室６２は、流体加熱部６１からの加熱空気を対象物に吹き付ける熱風装置５３２に加え、第４放熱部４４４Ｄを熱源とした加熱空気を対象物に吹き付ける別の熱風装置を有することができる。
【００８４】
また、追加的に、乾燥室６２は、熱風装置５３２とは別に、対象物を攪拌する機構を有することができる。なお、チャンバ５３０を多段に配置することも可能である。
【００８５】
図１０は、第３実施形態における乾燥システムＳ３を示す概略図である。以下の説明では、乾燥システムＳ３について、図１に示す乾燥システムＳ１と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
【００８６】
図１０に示すように、本実施形態における乾燥システムＳ３において、ヒートポンプ２０の圧縮部２２は、作動流体を複数段に圧縮する多段圧縮構造を有し、すなわち、第１圧縮部２２Ａ及び第２圧縮部２２Ｂを含む２段圧縮構造を有する。圧縮の段数は、乾燥システムＳ３の仕様に応じて設定され、２、３、４、５、６、７、８、９、あるいは１０以上である。圧縮部２２は、軸流圧縮機、遠心圧縮機、レシプロ式圧縮機、ロータリー式圧縮機などの様々な圧縮機のうち、作動流体の圧縮に適するものが適用される。圧縮機には動力が供給される。圧縮部２２は、各圧縮部２２Ａ及び２２Ｂに対応する回転数が個々に制御される多軸圧縮構造を有することができる。あるいは、圧縮部２２は、同軸圧縮構造を有することができる。圧縮部２２の圧縮比（圧力比）は、乾燥システムＳ３の仕様に応じて設定される。
【００８７】
本実施形態において、放熱部２３は、２段の前放熱部（第１前放熱部２３Ａ、第２前放熱部２３Ｂ）と、１段の後放熱部２３Ｚを有する。本実施形態において、作動流体の流れ方向に沿って、３つの放熱部２３Ａ、２３Ｂ、及び２３Ｚが実質的に直列に配置されている。放熱部の数は、乾燥システムＳ３の仕様に応じて設定され、３、４、５、６、７、８、９、１０、あるいは１１以上である。第１前放熱部２３Ａは圧縮部２２Ａと２２Ｂとの段間に配置され、第２前放熱部２３Ｂは圧縮部２２Ｂの下流位置に配置され、後放熱部２３Ｚは、第２前放熱部２３Ｂの下流位置に配置される。
【００８８】
本実施形態において、蒸発部４２の被加熱管４２６とヒートポンプ２０の第１及び第２前放熱部２３Ａ、２３Ｂとを含んで熱交換器１１２（熱交換装置）が構成される。すなわち、熱交換器１１２において、ヒートポンプ２０の第１前放熱部２３Ａ及び第２前放熱部２３Ｂと蒸発部４２の被加熱管４２６とが熱的に接続される。第１前放熱部２３Ａ及び第２前放熱部２３Ｂを流れる作動流体からの熱が被加熱管４２６を流れる水に伝わる。熱交換器１１２は、低温の流体（被加熱管４２６内の水）と高温の流体（ヒートポンプ２０内の作動流体）とが対向して流れる向流型の熱交換方式を有することができる。あるいは、熱交換器１１２は、高温流体と低温流体とが並行して流れる並行流型の熱交換方式を有してもよい。熱交換器１１２の熱交換構造として、公知の様々なものを採用することができる。ヒートポンプ２０の第１前放熱部２３Ａ又は第２前放熱部２３Ｂの導管と、被加熱管４２６とは互いに接触あるいは隣接して配置される。例えば、ヒートポンプ２０の第１前放熱部２３Ａ又は第２前放熱部２３Ｂの導管を、被加熱管４２６の外周面や内部に配設することができる。
【００８９】
本実施形態において、蒸発部４２の被加熱管４２６は、ヒートポンプ２０の２つの放熱部（放熱部２３Ａ及び放熱部２３Ｂ）を熱源としている。すなわち、ヒートポンプ２０において、第１圧縮部２２Ａで圧縮された作動流体が放熱部２３Ａを流れ、被加熱管４２６内の水に熱を与える。熱を奪われた作動流体は、温度低下する。放熱部２３Ａからの温度低下した作動流体が第２圧縮部２２Ｂに入る。第２圧縮部２２Ｂで圧縮された作動流体が放熱部２３Ｂを流れ、被加熱管４２６内の対象物に熱を与える。
【００９０】
第２圧縮部２２Ｂの入力温度が低く設定されることにより、第２圧縮部２２Ｂの圧縮効率の向上が図られる。つまり、段間の放熱部２３Ａの熱が奪われることによって、作動流体の圧縮過程における作動流体の温度上昇が抑制され、その結果、圧縮部２２の圧縮効率の向上及び圧縮機の動力の低減化が図られる。
【００９１】
換言すると、本実施形態において、ヒートポンプ２０の圧縮部２２が多段圧縮構造を有し、その段間に位置する放熱部２３Ａからの熱が蒸発部４２における水の潜熱加熱に用いられる。段間に位置する放熱部２３Ａにおいて、作動流体が実質的に冷却される。段間冷却は、上記の圧縮効率の向上に加え、ヒートポンプ２０を流れる作動流体が圧縮によって過度に温度上昇するのを防止する。放熱温度が適切に制御されることで、ヒートポンプ２０の放熱部２３Ａ，２３Ｂと水との間の熱伝達効率の向上が図られる。すなわち、適切に制御された熱を水に供給することができる。
【００９２】
このように、本実施形態において、多段圧縮構造のヒートポンプ２０を採用し、段間の放熱部（放熱部２３Ａ）を含む複数の放熱部２３Ａ，２３Ｂを水の潜熱加熱の熱源としている。これは、ヒートポンプを蒸気生成プロセスに適用する上で有利である。
【００９３】
本実施形態においても、蒸気回路４４における各補経路４４２Ａ−４４２Ｄ内の蒸気（液化分及び蒸気）は、タンク４２０に戻る。したがって、蒸気回路４４は循環運転を実施できる。循環運転の実施中において、供給源からのタンク４２０への水の供給を軽減又は不要にできる。加温部４０に供給される熱（ヒートポンプ２０の後放熱部２３Ｚの熱）をシステム内の他の部分で利用することにより、さらなる熱効率の向上が図られる。代替的又は追加的に、第１−第４放熱部４４４Ａ−４４４Ｄ（補経路４４２Ａ−４４２Ｄ）からタンク４２０に向かう流体の少なくとも一部を、必要に応じて、加熱することができる。例えば、比較的低温を有する第１放熱部４４４Ａからの流体が加熱され得る。蒸気回路４４から蒸発部４２（タンク４２０）への戻り流体の加熱には、例えば、加温部４０からの熱を用いることができる。戻り流体の加熱により、タンク４２０内の温度がより適切に維持される。
【００９４】
図１１は、第４実施形態における乾燥システムＳ４を示す概略図である。以下の説明では、乾燥システムＳ４について、図１に示す乾燥システムＳ１と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
【００９５】
本実施形態において、ヒートポンプ２０は、４つの放熱部（第１前放熱部２３Ａ、第２前放熱部２３Ｃ、第１後放熱部２３Ｚ、第２後放熱部２３Ｂ）を有する。作動流体の流れ方向に沿って、４つの放熱部２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｚが実質的に直列に配置され、第１前放熱部２３Ａ、第２後放熱部２３Ｂ、第２前放熱部２３Ｃ、及び第１後放熱部２３Ｚがその順に並んでいる。代替的又は追加的に、放熱部の数は、乾燥システムＳ４の仕様に応じて設定され、３、４、５、６、７、８、９、１０、あるいは１１以上である。
【００９６】
本実施形態において、蒸気装置１４は、２つの加温部（第１加温部４０Ａ、第２加温部４０Ｂ）と、２つの蒸発部（第１蒸発部４２Ａ、第２蒸発部４２Ｂ）と、蒸気回路４４と、必要に応じてポンプなどの流体駆動部（不図示）と、必要に応じてバルブなどの流量制御部（不図示）とを有する。
【００９７】
本実施形態において、供給源からの水の経路（供給経路）は、分岐部４２７Ａと、分岐部４２７Ａからの水を第１蒸発部４２Ａに導く分岐経路４２８Ａと、分岐部４２７Ａからの水を第２蒸発部４２Ｂに導く分岐経路４２８Ｂとを有する。
【００９８】
第１加温部４０Ａは、ヒートポンプ２０の第１後放熱部２３Ｚに隣接して配置されかつ供給源（不図示）からの水が流れる導管を含む。第１加温部４０Ａと第１後放熱部２３Ｚとを含んで熱交換器１１０が構成される。第１加温部４０Ａにおいて、ヒートポンプ２０の第１後放熱部２３Ｚからの熱伝達によって、水が温度上昇する。
【００９９】
第２加温部４０Ｂは、分岐経路４２８Ｂに配置される。第２加温部４０Ｂは、ヒートポンプ２０の第２後放熱部２３Ｂに隣接して配置されかつ第１加温部４０Ａからの水が流れる導管を含む。第２加温部４０Ｂと第２後放熱部２３Ｂとを含んで熱交換器１１４が構成される。第２加温部４０Ｂにおいて、ヒートポンプ２０の第２後放熱部２３Ｂからの熱伝達によって、分岐経路４２８Ｂ内の水が温度上昇する。
【０１００】
熱交換器１１０、１１４は、低温の流体（供給経路内の水）と高温の流体（ヒートポンプ２０内の作動流体）とが対向して流れる向流型の熱交換方式を有することができる。熱交換器１１０、１１４は、高温流体と低温流体とが並行して流れる並行流型の熱交換方式を有してもよい。熱交換器１１０、１１４の熱交換構造として、公知の様々なものを採用することができる。例えば、ヒートポンプ２０の放熱部２３Ｚ又は放熱部２３Ｂの配管を、第１加温部４０Ａ又は第２加温部４０Ｂの配管の外周面及び／又は内部に配設することができる。
【０１０１】
本実施形態において、分岐経路４２８Ｂにおける分岐部４２７Ａと第２加温部４０Ｂとの間にポンプを配置することができる。ポンプ及び／又は不図示の流量制御装置（制御バルブ等）によって、分岐経路４２８Ａ及び分岐経路４２８Ｂを流れる単位時間あたりの水の量（蒸発部４２Ａ，４２Ｂに対する水の分配量）が制御される。ポンプの配置位置は、分岐部４２７Ａと第２加温部４０Ｂとの間に限定されない。
【０１０２】
第１蒸発部４２Ａは、水を貯溜する第１タンク４２０Ａ（蒸気発生部）と、第１タンク４２０Ａに流体的に接続された第１循環導管４２２Ａとを有する。すなわち、第１循環導管４２２Ａの入口端と出口端とが第１タンク４２０Ａに流体的に接続される。第１タンク４２０Ａには、第１加温部４０Ａからの水の供給口と、蒸気の排出口とが設けられる。第１タンク４２０Ａは、必要に応じて、液面を計測するレベルセンサ４２４Ａと、気液分離器（不図示）とを有する。第１循環導管４２２Ａは、ヒートポンプ２０の第２前放熱部２３Ｃに隣接して配置される被加熱管４２６Ａと、必要に応じてポンプ（不図示）とを有する。
【０１０３】
第２蒸発部４２Ｂは、第１蒸発部４２Ａと同様に、水を貯溜する第２タンク４２０Ｂ（蒸気発生部）と、第２タンク４２０Ｂに流体的に接続された第２循環導管４２２Ｂとを有する。すなわち、第２循環導管４２２Ｂの入口端と出口端とが第２タンク４２０に流体的に接続される。第２タンク４２０には、第２加温部４０Ｂからの水の供給口と、蒸気の排出口とが設けられる。第２タンク４２０Ｂは、必要に応じて、液面を計測するレベルセンサ４２４Ｂと、気液分離器（不図示）とを有する。第２循環導管４２２Ｂは、ヒートポンプ２０の第１前放熱部２３Ａに隣接して配置される被加熱管４２６Ｂと、必要に応じてポンプ（不図示）とを有する。
【０１０４】
本実施形態において、第１蒸発部４２Ａ（第１タンク４２０Ａ、被加熱管４２６Ａ）と第２蒸発部４２Ｂ（第２タンク４２０Ｂ、被加熱管４２６Ｂ）とが、水の供給経路に対して実質的に並列に配置される。なお、ヒートポンプ２０における作動流体の流れ方向に対して、第２蒸発部４２Ｂが上流位置、第１蒸発部４２Ａが下流位置である。
【０１０５】
被加熱管４２６Ａと第２前放熱部２３Ｃとを含んで熱交換器１１５が構成される。同様に、被加熱管４２６Ｂと第１前放熱部２３Ａとを含んで熱交換器１１３が構成される。熱交換器１１３、１１５は、低温の流体（被加熱管４２６Ａ，４２６Ｂ内の水）と高温の流体（ヒートポンプ２０内の作動流体）とが対向して流れる向流型の熱交換方式を有することができる。熱交換器１１３、１１５は、高温流体と低温流体とが並行して流れる並行流型の熱交換方式を有してもよい。熱交換器１１３、１１５の熱交換構造として、公知の様々なものを採用することができる。例えば、ヒートポンプ２０の各放熱部２３Ｃ、２３Ａの配管を、被加熱管４２６Ａ、４２６Ｂの外周面及び/又は内部に配設することができる。
【０１０６】
第１蒸発部４２Ａにおいて、第１加温部４０Ａで温度上昇した水が供給口を介して第１タンク４２０Ａに供給され、第１タンク４２０Ａ及び第１循環導管４２２Ａ内に水が貯溜される。第１タンク４２０Ａ内の液面が所定範囲内になるように、第１タンク４２０Ａへの水の供給量が制御される。例えば、レベルセンサ４２４Ａの計測結果に基づいて、第１タンク４２０Ａへの水の供給量が制御される。ヒートポンプ２０の第２前放熱部２３Ｃからの熱伝達によって被加熱管４２６Ａ内の水が加熱され、その水の少なくとも一部が蒸発する。第１タンク４２０Ａは、ダクト４２５Ａを介して蒸気回路４４に流体的に接続されている。第１タンク４２０Ａ内の蒸気は、ダクト４２５Ａ内を蒸気回路４４に向けて流れる。
【０１０７】
第２蒸発部４２Ｂにおいて、第１及び第２加温部４０Ａ、４０Ｂで温度上昇した水が供給口を介して第２タンク４２０Ｂに供給され、第２タンク４２０Ｂ及び第２循環導管４２２Ｂ内に水が貯溜される。第２タンク４２０Ｂ内の液面が所定範囲内になるように、第２タンク４２０Ｂへの水の供給量が制御される。例えば、レベルセンサ４２４Ｂの計測結果に基づいて、第２タンク４２０Ｂへの水の供給量が制御される。
【０１０８】
本実施形態において、第１前放熱部２３Ａと第２前放熱部２３Ｃの間で、作動流体の状態（圧力など）が異なる。各放熱部２３Ａ、２３Ｃに対応する被加熱管４２６Ａ、４２６Ｂを流れる水の単位時間あたりの流量が個々に制御されることにより、熱バランスの制御性の向上が図られる。
【０１０９】
図１２は、被加熱管４２６Ｂにおける水の流量を制御する構成の一例を示す。ヒートポンプ２０において、放熱部２３Ａの出口温度を計測するセンサ４７１が設けられている。制御装置７０は、センサ４７１の計測結果に基づいて、被加熱管４２６Ｂの流体駆動部（ポンプ４７４など）を介して被加熱管４２６Ｂを流れる単位時間あたりの水の流量を制御する。これにより、放熱部２３Ａにおける作動流体の出口温度を目標値に設定することができる。放熱部２３Ａの入口温度を計測するセンサ４７２を用いてもよい。図１１に示す被加熱管４２６Ａに対して、これと同様の構成を採用することができる。
【０１１０】
図１１に戻り、ヒートポンプ２０の第１前放熱部２３Ａからの熱伝達によって被加熱管４２６Ｂ内の水が加熱され、その水の少なくとも一部が蒸発する。第２タンク４２０Ｂは、ダクト４２５Ｂを介して蒸気回路４４に流体的に接続されている。第２タンク４２０Ｂ内の蒸気は、ダクト４２５Ｂ内を蒸気回路４４に向けて流れる。
【０１１１】
蒸気回路４４は、蒸気が流れる経路４４２と、必要に応じて経路内の圧力を制御する圧力制御装置（不図示）とを有する。
【０１１２】
本実施形態において、蒸気回路４４の経路４４２は、補経路４４２Ｆ、及び補経路４４２Ｇを有する。補経路４４２Ｆは第１蒸発部４２Ａに対応し、補経路４４２Ｇは第２蒸発部４２Ｂに対応する。第１蒸発部４２Ａの第１タンク４２０Ａからの蒸気は補経路４４２Ｆを流れる。第２蒸発部４２Ｂの第２タンク４２０Ｂからの蒸気は補経路４４２Ｇを流れる。
【０１１３】
補経路４４２Ｆと補経路４４２Ｇとは互いに独立した関係にある。各補経路４４２Ｆ、４４２Ｇの内部空間は、互いに異なる圧力に設定されている。この設定は、例えば圧力制御装置を用いて行われる。圧力制御装置は、真空製造機能及び圧縮機能の少なくとも１つを有することができる。各補経路４４２Ｆ、４４２Ｇに対して圧力制御装置が脱着自在でもよい。
【０１１４】
本実施形態において、蒸気回路４４の経路４４２はさらに、乾燥装置１６と熱的に接続される放熱部４４４Ｆ、４４４Ｇを有する。放熱部４４４Ｆは、第１蒸発部４２Ａの第１タンク４２０Ａからの蒸気が流れる導管を有する。放熱部４４４Ｇは、第２蒸発部４２Ｂの第２タンク４２０Ｂからの蒸気が流れる導管を有する。放熱部４４４Ｆ、及び放熱部４４４Ｇはそれぞれ、補経路４４２Ｆ、及び補経路４４２Ｇの一部である。
【０１１５】
本実施形態において、放熱部４４４Ｇよりも、放熱部４４４Ｆが乾燥装置１６における上流位置に配される。すなわち、乾燥装置１６の流れ方向に沿って、放熱部４４４Ｆ、及び放熱部４４４Ｇがその順に並ぶ。
【０１１６】
本実施形態において、蒸気回路４４の補経路４４４Ｆ、４４４Ｇの内部圧力の設定に応じて、第１及び第２蒸発部４２Ａ、４２Ｂの第１及び第２タンク４２０Ａ、４２０Ｂ内の圧力が定まる。本実施形態において、第１タンク４２０Ａ及び第２タンク４２０Ｂの内部圧力はそれぞれ、第１及び第２蒸発部４２Ａ、４２Ｂへの水の入力温度に応じたものとすることができる。
【０１１７】
本実施形態において、第１タンク４２０Ａには、第１加温部４０Ａで加熱された水が供給され、第２タンク４２０Ｂには、第１加温部４０Ａによる加熱に加え、第２加温部４０Ｂで加熱された水が供給される。一例において、第１タンク４２０Ａに比べて、第２タンク４２０Ｂへの水の入口温度が高く、これに応じて、第１タンク４２０Ａに比べて、第２タンク４２０Ｂの内部圧力が高く設定される。各タンク４２０Ａ、４２０Ｂ内の圧力は、大気圧（１atm＝約０．１ＭＰａ）に比べて低い負圧（陰圧）、又は大気圧に比べて高い正圧（陽圧）にできる。
【０１１８】
本実施形態において、熱交換器１１０（第１加温部４０Ａ）において、供給源からの水がヒートポンプ２０の放熱部２３Ｚからの熱伝達によって温度上昇する。第１加温部４０Ａからの水の流れは、分岐部４２７Ａを介して、分岐経路４２８Ａと分岐経路４２８Ｂとに分かれる。分岐経路４２８Ａを流れる水は、第１蒸発部４２Ａ（第１タンク４２０Ａ）に向かう。第１タンク４２０Ａにおいて、水は沸点（第１沸点）に近い温度を有する。熱交換器１１５において、放熱部２３Ｂからの熱伝達によって被加熱管４２６Ａ内の水が相変化して蒸発する。
【０１１９】
分岐経路４２８Ｂを流れる水は、熱交換器１１４（第２加温部４０Ｂ）に向かう。熱交換器１１４（第２加温部４０Ｂ）において、分岐経路４２８Ｂ内の水がヒートポンプ２０の放熱部２３Ｙからの熱伝達によってさらに温度上昇する。一例において、第２タンク４２０Ｂの内部圧力は第１タンク４２０Ａに比べて高い。第２タンク４２０Ｂにおいて、水は沸点（第２沸点）に近い温度を有する。第２タンク４２０Ｂ内の水の温度は、第１タンク４２０Ａ内の水に比べて高い。熱交換器１１３において、放熱部２３Ａからの熱伝達によって被加熱管４２６Ｂ内の水が相変化して蒸発する。
【０１２０】
本実施形態において、熱交換器１１０、１１４（第１及び第２加温部４０Ａ、４０Ｂ）において水が顕熱加熱され、熱交換器１１５、１１３（被加熱管４２６Ａ、４２６Ｂ）において水が潜熱加熱される。熱交換器１１０、１１４が顕熱交換に適した形態であり、熱交換器１１５、１１３が潜熱交換に適した形態であるといった、装置構成の最適化が図られることにより、好ましい加熱プロセスを経て蒸気が発生する。
【０１２１】
このように、本実施形態において、異なる環境に設定された複数の蒸発部４２Ａ、４２Ｂが設けられている。第１蒸発部４２Ａの第１タンク４２０Ａでは比較的低い圧力下で飽和蒸気が発生し、第２蒸発部４２Ｂの第２タンク４２０Ｂでは比較的高い圧力下で飽和蒸気が発生する。
【０１２２】
図１３は、本実施形態における水とヒートポンプの作動流体との温度変化の一例を模式的に示している。
【０１２３】
図１３に示すように、第１加温部４０Ａ（図１１参照）において、作動流体との熱交換により、供給源からの水の温度が第１沸点近くに上昇する（図１３の矢印ｍ１）。第１蒸発部４２Ａにおいて、作動流体との熱交換により、第１沸点近くの温度で、水が液体から蒸気に相変化する（矢印ｍ２）。第２加温部４０Ｂにおいて、作動流体との熱交換により、水の温度が第２沸点近くに上昇する（矢印ｍ３）。第２蒸発部４２Ｂにおいて、作動流体との熱交換により、第２沸点近くの温度で、水が液体から蒸気に相変化する（矢印ｍ４）。
【０１２４】
また、図１３に示すように、水との熱交換により、圧縮部２２（図１１参照）からの作動流体の温度が降下する（図１３の矢印ｎ１）。その作動流体は、水との熱交換により、液体に相変化する（矢印ｎ２）。さらに、水との熱交換により、作動流体の温度が降下する（矢印ｎ３）。
【０１２５】
本実施形態において、異なる環境に設定された２つの蒸発部を用いて蒸気を発生させることにより、熱交換時の作動流体と水との温度差を抑制し、熱交換効率を高めることができる。
【０１２６】
本実施形態において、放熱部４４４Ｆ（補経路４４２Ｆ）、及び放熱部４４４Ｇ（補経路４４２Ｇ）を互いに温度（飽和温度）が異なる蒸気がそれぞれ流れる。放熱部４４４Ｆを流れる蒸気の温度が比較的低く、放熱部４４４Ｇを流れる蒸気の温度が比較的高い。すなわち、蒸気回路４４の経路４４２において、乾燥装置１６の流れ方向における比較的上流側に比較的低温の蒸気が供給され、流れ方向における比較的下流側に比較的高温の蒸気が供給される。
【０１２７】
放熱部４４４Ｆ、４４４Ｇを流れる蒸気及びその凝縮液の少なくとも一方からの熱が乾燥装置１６内の物体に伝わり、放熱部４４４Ｆ、４４４Ｇを流れる蒸気の少なくとも一部が液化する。本実施形態において、補経路４４２Ｆの下流端が第１タンク４２０Ａに流体的に接続される。また、補経路４４２Ｇの下流端が第２タンク４２０Ｂに流体的に接続される。放熱部４４４Ｆ及び放熱部４４４Ｇからの蒸気及び液体は、第１タンク４２０Ａ及び第２タンク４２０Ｂにそれぞれ入る。補経路４４２Ｆ、４４２Ｇにおいて、放熱部４４４Ａ、４４４Ｇとタンク４２０Ａ、４２０Ｂとの間に流体制御弁（減圧弁）などを配置することができる。
【０１２８】
本実施形態においても、蒸気回路４４における補経路４４２Ｆ及び補経路４４２Ｇ内の蒸気（液化分及び蒸気）はそれぞれ、第１タンク４２０Ａ及び第２タンク４２０Ｂに戻る。したがって、蒸気回路４４は循環運転を実施できる。循環運転の実施中において、供給源からの第１及び第２タンク４２０Ａ、４２０Ｂへの水の供給を軽減又は不要にできる。第１及び第２加温部４０Ａ、４０Ｂに供給される熱（ヒートポンプ２０の第１後放熱部２３Ｚ及び第２後放熱部２３Ｂの熱）をシステム内の他の部分で利用することにより、さらなる熱効率の向上が図られる。
【０１２９】
本実施形態において、蒸気回路４４の放熱部４４４Ｆ、４４４Ｇが乾燥装置１６の流体加熱部６１内に配される。乾燥装置１６の流体加熱部６１に流入した空気は、放熱部４４４Ｆ、及び放熱部４４４Ｇによって順次加熱される。
【０１３０】
乾燥室６２内に、乾燥の対象物が配置される。本実施形態において、加熱された空気によって乾燥室６２内の対象物が乾燥される。乾燥室６２からの空気（排ガスなど）は流体排出部６３を経由して外部に排出される。
【０１３１】
以上のように、本実施形態においても、ヒートポンプ２０の熱を利用して生成された蒸気を用いて乾燥が行われる。
【０１３２】
代替的に、図６の乾燥システムＳ２のように、図１１の蒸気回路４４の放熱部４４４Ｆ、４４４Ｇの一部を乾燥装置１６の乾燥室６２に配置することができる。
【０１３３】
図１４、図１５、及び図１６は、図１１の乾燥システムＳ４における、ヒートポンプ装置１２（ヒートポンプ２０）及び蒸気装置１４（蒸発部４２）の変形例を示す模式図である。以下の説明では、図１１に示すシステムと同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
【０１３４】
図１４において、ヒートポンプ２０の圧縮部２２が作動流体を複数段（２段）で圧縮する構造を有する。本実施形態において、圧縮部２２は、放熱部２３Ａの前に配置される第１圧縮部２２Ａと、放熱部２３Ａの中段に配置される第２圧縮部２２Ｂとを有する。第２圧縮部２２Ｂに代えてあるいは加えて、放熱部２３Ｃの中段に圧縮部を設けることができる。圧縮の段数は、乾燥システムＳ４の仕様に応じて設定され、２、３、４、５、６、７、８、９、あるいは１０以上である。圧縮部２２は、各圧縮部２２Ａ，２２Ｂに対応する回転数が個々に制御される多軸圧縮構造を有することができる。あるいは、圧縮部２２は、同軸圧縮構造を有することができる。各圧縮部２２Ａ，２２Ｂの圧縮比（圧力比）は、乾燥システムＳ４の仕様に応じて設定される。
【０１３５】
本実施形態において、圧縮部２２が多段式である点から、エネルギー効率の向上が図られる。すなわち、多段式の圧縮部２２の段間の熱が奪われることによって、作動流体の圧縮過程における作動流体の温度上昇が抑制され、その結果、圧縮部２２の圧縮効率の向上及び圧縮機の動力の低減化が図られる。また、本実施形態において、多段式の圧縮部２２に対する作動流体の入力温度が再生器２８によって高められている点も、圧縮部２２の動力低減に有利である。
【０１３６】
次に、図１５において、蒸気装置１４は、第１、第２、及び第３加温部４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃと、第１、第２、及び第３蒸発部４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃとを有する。本実施形態において、水の供給経路は、分岐部４２７Ａ，４２７Ｂと、分岐経路４２８Ａ，４２８Ｂ，４２８Ｃ，４２８Ｄとを有する。水の供給経路において、第２加温部４０Ｂと第２タンク４２０Ｂとの間に、分岐部４２７Ｂが位置する。分岐経路４２８Ｃは、分岐部４２７Ｂからの水を第２蒸発部４２Ｂに導く。分岐経路４２８Ｄは、分岐部４２７Ｂからの水を第３蒸発部４２Ｃに導く。
【０１３７】
本実施形態において、作動流体の流れ方向に沿って、６つの放熱部２３Ｅ、２３Ｆ、２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、及び２３Ｚが直列に配置されている。作動流体の流れ方向に沿って、放熱部２３Ｅ、放熱部２３Ｆ、放熱部２３Ａ、放熱部２３Ｂ、放熱部２３Ｃ、及び放熱部２３Ｚがその順に並んでいる。
【０１３８】
第３加温部４０Ｃは、分岐経路４２８Ｄに配置される。第３加温部４０Ｃは、ヒートポンプ２０の放熱部２３Ｆに隣接して配置されかつ第２加温部４０Ｂからの水が流れる配管を含む。第３加温部４０Ｃと放熱部２３Ｆとを含んで熱交換器１１６が構成される。第３加温部４０Ｃにおいて、ヒートポンプ２０の放熱部２３Ｆからの熱伝達によって、分岐経路４２８Ｄ内の水が温度上昇する。
【０１３９】
本実施形態において、分岐経路４２８Ｄにおける分岐部４２７Ｂと第３加温部４０Ｃとの間にポンプを配置することができる。ポンプ及び／又は不図示の流量制御装置（制御バルブ等）によって、分岐経路４２８Ｃ及び分岐経路４２８Ｄを流れる単位時間あたりの水の量（蒸発部４２Ｂ，４２Ｃに対する水の分配量）が制御される。ポンプの配置位置は、分岐部４２７Ｂと第３加温部４０Ｃとの間に限定されない。
【０１４０】
第３蒸発部４２Ｃは、第１及び第２蒸発部４２Ａ，４２Ｂと同様に、水を貯溜する第３タンク４２０Ｃと、第３タンク４２０Ｃに流体的に接続された第３循環導管４２２Ｃとを有する。すなわち、第３循環導管４２２Ｃの入口端と出口端とが第３タンク４２０Ｃに流体的に接続される。第３タンク４２０Ｃには、第３加温部４０Ｃからの水の供給口と、蒸気の排出口とが設けられる。第３タンク４２０Ｃは、必要に応じて、液面を計測するレベルセンサ４２４Ｃと、気液分離器（不図示）とを有する。第３循環導管４２２Ｃは、ヒートポンプ２０の放熱部２３Ｅに隣接して配置される被加熱管４２６Ｃと、必要に応じてポンプなどの流体駆動部やバルブなどの流量制御部（不図示）とを有する。
【０１４１】
本実施形態において、第１蒸発部４２Ａ（第１タンク４２０Ａ、被加熱管４２６Ａ）と第２蒸発部４２Ｂ（第２タンク４２０Ｂ、被加熱管４２６Ｂ）と第３蒸発部４２Ｃ（第３タンク４２０Ｃ、被加熱管４２６Ｃ）とが、水の供給経路に対して実質的に並列に配置される。第１、第２、及び第３加温部４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃは、水の供給経路に対して実質的に直列に配置される。なお、ヒートポンプ２０における作動流体の流れ方向に対して、第３蒸発部４２Ｃが上流位置、第２蒸発部４２Ｂが中間位置、第１蒸発部４２Ａが下流位置である。被加熱管４２６Ｃと放熱部２３Ｅとを含んで熱交換器１１７が構成される。
【０１４２】
第３蒸発部４２Ｃにおいて、第１、第２、及び第３加温部４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃで温度上昇した水が供給口を介して第３タンク４２０Ｃに供給され、第３タンク４２０Ｃ及び第３循環導管４２２Ｃ内に水が貯溜される。第３タンク４２０Ｃ内の液面が所定範囲内になるように、第３タンク４２０Ｃへの水の供給量が制御される。例えば、レベルセンサ４２４Ｃの計測結果に基づいて、第３タンク４２０Ｃへの水の供給量が制御される。ヒートポンプ２０の放熱部２３Ｅからの熱伝達によって被加熱管４２６Ｃ内の水が加熱され、その水の少なくとも一部が蒸発する。
【０１４３】
本実施形態において、分岐経路４２８Ｄを流れる水は、熱交換器１１６（第３加温部４０Ｃ）に向かう。熱交換器１１６（第３加温部４０Ｃ）において、分岐経路４２８Ｄ内の水がヒートポンプ２０の放熱部２３Ｆからの熱伝達によってさらに温度上昇する。第３タンク４２０Ｃの内部圧力は第１及び第２タンク４２０Ａ，４２０Ｂに比べて高い。第３タンク４２０Ｃにおいて、水は沸点（第３沸点）に近い温度を有する。第３タンク４２０Ｃ内の水の温度は、第１及び第２タンク４２０Ａ，４２０Ｂ内の水に比べて高い。熱交換器１１７において、放熱部２３Ｅからの熱伝達によって被加熱管４２６Ｃ内の水が相変化して蒸発する。
【０１４４】
本実施形態において、ヒートポンプ２０の圧縮部２２が作動流体を複数段（本例では２段）で圧縮する構造を有する。本実施形態において、圧縮部２２は、放熱部２３Ｅの前に配置される第１圧縮部２２Ａと、放熱部２３Ｅの中段に配置される第２圧縮部２２Ｂとを有する。第２圧縮部２２Ｂに代えてあるいは加えて、放熱部２３Ａの中段及び／又は放熱部２３Ｃの中段に圧縮部を設けることができる。
【０１４５】
本実施形態において、第１蒸発部４２Ａの第１タンク４２０Ａでは比較的低い圧力下で飽和蒸気が発生し、第３蒸発部４２Ｃの第３タンク４２０Ｃでは比較的高い圧力下で飽和蒸気が発生し、第２蒸発部４２Ｂの第２タンク４２０Ｂでは中間の圧力下で飽和蒸気が発生する。
【０１４６】
次に、図１６において、本実施形態において、ヒートポンプ２０の圧縮部２２が作動流体を複数段（本例では２段）で圧縮する構造を有する。本実施形態において、圧縮部２２は、放熱部２３Ａの前に配置される第１圧縮部２２Ａと、放熱部２３Ｂと放熱部２３Ｃとの間に配置される第２圧縮部２２Ｃとを有する。第２圧縮部２２Ｃに加えて、放熱部２３Ａ及び／又は放熱部２３Ｃの中段に圧縮部を設けることもできる。圧縮の段数は、蒸気発生システムの仕様に応じて設定され、２、３、４、５、６、７、８、９、あるいは１０以上である。圧縮部２２は、各圧縮部２２Ａ，２２Ｃに対応する回転数が個々に制御される多軸圧縮構造を有することができる。あるいは、圧縮部２２は、同軸圧縮構造を有することができる。各圧縮部２２Ａ，２２Ｃの圧縮比（圧力比）は、蒸気発生システムの仕様に応じて設定される。
【０１４７】
図１７は、第５実施形態における乾燥システムＳ５を示す概略図である。以下の説明では、乾燥システムＳ５について、図１に示す乾燥システムＳ１と同様の要素には同一の符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
【０１４８】
本実施形態において、蒸気回路４４の経路４４２は、１つの蒸気循環ルートを有する。経路４４２は、乾燥装置１６と熱的に接続される放熱部４４４Ｊを有する。放熱部４４４Ｊは、蒸発部４２のタンク４２０からの蒸気が流れる導管を有する。放熱部４４４Ｊは、経路４４２の一部である。
【０１４９】
本実施形態において、蒸気回路４４の経路４４２の内部空間は、必要に応じて所定の圧力に設定される。この設定は、例えば圧力制御装置を用いて行われる。圧力制御装置は、真空製造機能及び圧縮機能の少なくとも１つを有することができる。経路４４２に対して圧力制御装置が脱着自在でもよい。
【０１５０】
本実施形態において、乾燥装置１６の流体加熱部６１は、低温の流体（空気）と高温の流体（放熱部４４４Ｊ内の蒸気）とが対向して流れる向流型の熱交換方式を有する。すなわち、蒸気回路４４の経路４４２において、乾燥装置１６の流れ方向における比較的上流側に比較的低温の蒸気が供給され、流れ方向における比較的下流側に比較的高温の蒸気が供給される。
【０１５１】
本実施形態において、経路４４２を流れる蒸気は、飽和蒸気又は過熱蒸気にできる。過熱蒸気は、例えば、蒸発部４２のタンク４２０からの蒸気を不図示の圧縮部で圧縮することにより生成される。過熱蒸気の利用により、少なくとも蒸気の顕熱を利用して乾燥装置１６内の空気が加熱される。この場合、乾燥装置１６の流体加熱部６１における、蒸気回路４４の放熱温度分布が流れ方向に沿って全体的な勾配を有することができる。
【０１５２】
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれら実施例に限定されることはない。上記説明において使用した数値は一例であって、本発明はこれに限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付の請求の範囲によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【０１５３】
【図１】第１実施形態を示す概略図である。
【図２】第１実施形態における蒸気回路内の蒸気、及び乾燥装置内の空気の温度変化の一例を示す模式図である。
【図３】蒸気発生システムによる水の状態変化の一例を示す Ｔ-ｓ 線図である。
【図４】蒸気回路からの温水を、圧縮部からの蒸気に混入する形態の一例を示す部分的な模式図である。
【図５】図１の形態の変形例であり、戻り流体を加熱する形態の一例を示す概略図である。
【図６】第２実施形態を示す概略図である。
【図７】乾燥室の構成例を示す模式図である。
【図８】乾燥室の別の構成例を示す模式図である。
【図９】乾燥室の別の構成例を示す模式図である。
【図１０】第３実施形態を示す概略図である。
【図１１】第４実施形態を示す概略図である。
【図１２】蒸発管における水の流量を制御する構成の一例を示す模式図である。
【図１３】水とヒートポンプの作動媒体との温度変化の一例を模式的に示す図である。
【図１４】ヒートポンプ装置（ヒートポンプ）及び蒸気装置（蒸発部）の変形例を示す模式図である。
【図１５】ヒートポンプ装置（ヒートポンプ）及び蒸気装置（蒸発部）の別の変形例を示す模式図である。
【図１６】ヒートポンプ装置（ヒートポンプ）及び蒸気装置（蒸発部）の別の変形例を示す模式図である。
【図１７】第５実施形態を示す概略図である。
【符号の説明】
【０１５４】
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５…乾燥システム、１２…ヒートポンプ装置（第１装置）、２０…ヒートポンプ（ヒートポンプ回路）、２１…吸熱部、２２…圧縮部、２４…膨張部、２５…主経路、２７…バイパス経路、２８…再生器、１６…乾燥装置（第３装置）、６１…流体加熱部、６２…乾燥室、６３…流体排出部、７０…制御装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体が流れかつ、吸熱部、圧縮部、放熱部、及び膨張部を有するヒートポンプ回路を有する第１装置と、
前記作動流体からの熱を受けた水が蒸発する蒸発部と、前記蒸発部からの蒸気が流れる蒸気回路とを有する第２装置と、
乾燥の対象物が配置される乾燥室を有する第３装置であって、前記蒸気からの熱が前記対象物及び前記対象物に向けて流れる流体の少なくとも一方に伝わる、前記第３装置と、
を備えることを特徴とする産業用乾燥システム。
【請求項２】
前記蒸気の少なくとも一部が前記蒸気回路内で液化することを特徴とする請求項１に記載の産業用乾燥システム。
【請求項３】
前記対象物及び前記流体の少なくとも一方が流れ方向に沿って流れ、
前記蒸気回路は、前記流れ方向における比較的上流側に比較的低温の前記蒸気が供給され、前記流れ方向における比較的下流側に比較的高温の前記蒸気が供給される、経路を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の産業用乾燥システム。
【請求項４】
前記蒸気回路は、互いに飽和温度が異なる複数の蒸気がそれぞれ流れる複数の補経路であって、前記対象物及び前記流体の少なくとも一方に前記複数の蒸気及びその凝縮液の少なくとも一方からの熱がそれぞれ伝わる前記複数の補経路を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の産業用乾燥システム。
【請求項５】
前記蒸気回路は、多段を構成する複数の圧縮部をさらに有することを特徴とする請求項４に記載の産業用乾燥システム。
【請求項６】
前記蒸気回路は、圧縮された前記蒸気に水を供給するノズルをさらに有することを特徴とする請求項５に記載の産業用乾燥システム。
【請求項７】
前記ノズルは、前記第２装置の前記蒸発部及び前記蒸気回路の少なくとも一方に流体的に接続されることを特徴とする請求項６に記載の産業用乾燥システム。
【請求項８】
前記蒸発部は、ドラム式、蒸発式、沸騰式、及び、蒸発かつ沸騰式の少なくとも１つの方式を有することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の産業用乾燥システム。
【請求項９】
前記蒸発部は、複数の蒸気発生部であって、前記ヒートポンプ回路の前記作動流体の熱が前記水にそれぞれ伝わる前記複数の蒸気発生部をさらに有することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の産業用乾燥システム。
【請求項１０】
前記複数の蒸気発生部は、互いに異なる複数の内部圧力をそれぞれ有し、
互いに飽和温度が異なる複数の蒸気が前記複数の蒸気発生部からそれぞれ前記蒸気回路に供給されることを特徴とする請求項９に記載の産業用乾燥システム。
【請求項１１】
前記第３装置は、前記乾燥室に流体的に接続される流体加熱部であって、前記蒸気及びその凝縮液の少なくとも一方からの熱が前記乾燥室に向けて流れる流体に伝わる前記流体加熱部をさらに有することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載の産業用乾燥システム。
【請求項１２】
前記第１装置は、前記第３装置からの排熱の少なくとも一部を前記ヒートポンプ回路の前記吸熱部が汲み上げる排熱回収部をさらに有することを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれかに記載の産業用乾燥システム。
【請求項１３】
前記ヒートポンプ回路の前記圧縮部は、多段構造を有することを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれかに記載の産業用乾燥システム。
【請求項１４】
前記ヒートポンプ回路は、前記蒸発部に供給される水を加温する熱を供給する加温用放熱部をさらに有することを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれかに記載の産業用乾燥システム。
【請求項１５】
前記加温用放熱部は、前記蒸気回路から前記蒸発部に戻る前記蒸気及びその凝縮液の少なくとも一部を加熱することができることを特徴とする請求項１４に記載の産業用乾燥システム。
【請求項１６】
前記ヒートポンプ回路は、前記作動流体からの熱が前記吸熱部と前記圧縮部との間の前記作動流体に伝わる再生器をさらに有することを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれかに記載の産業用乾燥システム。
【請求項１７】
作動流体が流れるヒートポンプ回路を用意する工程と、
前記作動流体からの熱を水に伝えて蒸気を生成する工程と、
前記蒸気からの熱を乾燥の対象物及び前記対象物に向けて流れる流体の少なくとも一方に伝える工程と、
を備えることを特徴とする産業用乾燥方法。
【請求項１】
作動流体が流れかつ、吸熱部、圧縮部、放熱部、及び膨張部を有するヒートポンプ回路を有する第１装置と、
前記作動流体からの熱を受けた水が蒸発する蒸発部と、前記蒸発部からの蒸気が流れる蒸気回路とを有する第２装置と、
乾燥の対象物が配置される乾燥室を有する第３装置であって、前記蒸気からの熱が前記対象物及び前記対象物に向けて流れる流体の少なくとも一方に伝わる、前記第３装置と、
を備えることを特徴とする産業用乾燥システム。
【請求項２】
前記蒸気の少なくとも一部が前記蒸気回路内で液化することを特徴とする請求項１に記載の産業用乾燥システム。
【請求項３】
前記対象物及び前記流体の少なくとも一方が流れ方向に沿って流れ、
前記蒸気回路は、前記流れ方向における比較的上流側に比較的低温の前記蒸気が供給され、前記流れ方向における比較的下流側に比較的高温の前記蒸気が供給される、経路を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の産業用乾燥システム。
【請求項４】
前記蒸気回路は、互いに飽和温度が異なる複数の蒸気がそれぞれ流れる複数の補経路であって、前記対象物及び前記流体の少なくとも一方に前記複数の蒸気及びその凝縮液の少なくとも一方からの熱がそれぞれ伝わる前記複数の補経路を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の産業用乾燥システム。
【請求項５】
前記蒸気回路は、多段を構成する複数の圧縮部をさらに有することを特徴とする請求項４に記載の産業用乾燥システム。
【請求項６】
前記蒸気回路は、圧縮された前記蒸気に水を供給するノズルをさらに有することを特徴とする請求項５に記載の産業用乾燥システム。
【請求項７】
前記ノズルは、前記第２装置の前記蒸発部及び前記蒸気回路の少なくとも一方に流体的に接続されることを特徴とする請求項６に記載の産業用乾燥システム。
【請求項８】
前記蒸発部は、ドラム式、蒸発式、沸騰式、及び、蒸発かつ沸騰式の少なくとも１つの方式を有することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の産業用乾燥システム。
【請求項９】
前記蒸発部は、複数の蒸気発生部であって、前記ヒートポンプ回路の前記作動流体の熱が前記水にそれぞれ伝わる前記複数の蒸気発生部をさらに有することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の産業用乾燥システム。
【請求項１０】
前記複数の蒸気発生部は、互いに異なる複数の内部圧力をそれぞれ有し、
互いに飽和温度が異なる複数の蒸気が前記複数の蒸気発生部からそれぞれ前記蒸気回路に供給されることを特徴とする請求項９に記載の産業用乾燥システム。
【請求項１１】
前記第３装置は、前記乾燥室に流体的に接続される流体加熱部であって、前記蒸気及びその凝縮液の少なくとも一方からの熱が前記乾燥室に向けて流れる流体に伝わる前記流体加熱部をさらに有することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載の産業用乾燥システム。
【請求項１２】
前記第１装置は、前記第３装置からの排熱の少なくとも一部を前記ヒートポンプ回路の前記吸熱部が汲み上げる排熱回収部をさらに有することを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれかに記載の産業用乾燥システム。
【請求項１３】
前記ヒートポンプ回路の前記圧縮部は、多段構造を有することを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれかに記載の産業用乾燥システム。
【請求項１４】
前記ヒートポンプ回路は、前記蒸発部に供給される水を加温する熱を供給する加温用放熱部をさらに有することを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれかに記載の産業用乾燥システム。
【請求項１５】
前記加温用放熱部は、前記蒸気回路から前記蒸発部に戻る前記蒸気及びその凝縮液の少なくとも一部を加熱することができることを特徴とする請求項１４に記載の産業用乾燥システム。
【請求項１６】
前記ヒートポンプ回路は、前記作動流体からの熱が前記吸熱部と前記圧縮部との間の前記作動流体に伝わる再生器をさらに有することを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれかに記載の産業用乾燥システム。
【請求項１７】
作動流体が流れるヒートポンプ回路を用意する工程と、
前記作動流体からの熱を水に伝えて蒸気を生成する工程と、
前記蒸気からの熱を乾燥の対象物及び前記対象物に向けて流れる流体の少なくとも一方に伝える工程と、
を備えることを特徴とする産業用乾燥方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１０−１１７０８５（Ｐ２０１０−１１７０８５Ａ）
【公開日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９０９９３（Ｐ２００８−２９０９９３）
【出願日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【Ｆターム（参考）】
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