産業用加熱システム
【課題】エネルギー効率の高い産業用加熱システムを提供する。
【解決手段】産業用加熱システムは、対象物が配置される加熱室（１２）と、加熱室（１２）に供給される気体を圧縮する圧縮機（１４）と、加熱室（１２）から排出された気体から動力を回収する動力回収機（１６）と、動力回収機からの気体の少なくとも一部が圧縮機に向けて流れる循環路（１９）と、を備える。
【解決手段】産業用加熱システムは、対象物が配置される加熱室（１２）と、加熱室（１２）に供給される気体を圧縮する圧縮機（１４）と、加熱室（１２）から排出された気体から動力を回収する動力回収機（１６）と、動力回収機からの気体の少なくとも一部が圧縮機に向けて流れる循環路（１９）と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業用加熱システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用加熱システムとしては、ボイラで生成した蒸気の熱を対象物に伝える構成が一般的に知られている（例えば、特許文献１参照）。また、ヒートポンプあるいは冷凍機の媒体の熱を対象物に伝える構成が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２４９４５０号公報
【発明の概要】
【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産業用加熱システム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、対象物が配置される加熱室と、前記加熱室に供給される気体を圧縮する圧縮機と、前記加熱室から排出された前記気体から動力を回収する動力回収機と、前記動力回収機からの前記気体の少なくとも一部が前記圧縮機に向けて流れる循環路と、を備えることを特徴とする産業用加熱システムが提供される。
【０００６】
この加熱システムによれば、圧縮に伴って得られた高温気体によって対象物を加熱できる。また、加熱室からの排動力を動力回収機で回収するとともに、気体を循環使用することにより、エネルギー効率の向上が図られる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一実施形態を示す概略図である。
【図２】別の実施形態を示す概略図である。
【図３】さらに別の実施形態を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【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、一実施形態にかかる加熱システムＳ１を示す概略図である。
【０００９】
図１に示すように、加熱システムＳ１は、加熱室（加熱装置）１２と、圧縮機（空気圧縮機）１４と、動力回収機１６と、制御装置７０とを備える。必要に応じて、加熱システムＳ１は、除湿システム１８をさらに備えることができる。制御装置７０は、システム全体を統括的に制御する。加熱システム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、加熱対象物は産業部品や産業材料である。例えば、加熱室１２において、産業部品又は産業材料の少なくとも一部が乾燥処理される。あるいは、加熱室１２において、産業部品又は産業材料の少なくとも一部が熱処理（例えば、熱硬化処理など）される。なお、汚泥、紙、木材、樹脂、薬剤、薬品、砂、家庭ごみ、産業ごみ、工芸品、工芸材料、電気部品、電気機器、塗装物、産業用衣類、機械部品、機械製品、食料、食材、食料品など、様々な物体を加熱対象にできる。
【００１１】
本実施形態において、加熱室１２は、加熱室本体１２２と、空気供給路１２４と、空気排出路１２６とを有する。加熱室本体１２２内に加熱対象物が配置される。圧縮機１４からの空気が空気供給路１２４を流れ、加熱室本体１２２に入る。加熱室本体１２２からの空気は、空気排出路１２６を流れ、動力回収機１６に入る。加熱室本体１２２には、空気供給路１２４に流体的に接続される入口１２５と、空気排出路１２６に流体的に接続される出口１２７とが設けられる。入口１２５及び出口１２７の数、設置位置、形状などは任意に設定可能である。
【００１２】
また、加熱室１２は、必要に応じて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、加熱対象物が加熱室１２内に投入されるとともに、加熱室１２から取り出される。代替的又は追加的に、加熱室１２は、加熱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。加熱した対象物の出力部は、必要に応じて加熱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。
【００１３】
本実施形態において、必要に応じて、移送装置は、加熱室１２内で、加熱対象物を移動させることができる。加熱室１２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、加熱室１２は、必要に応じて、加熱室１２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。
【００１４】
本実施形態において、圧縮機１４は、加熱室１２に供給される空気を圧縮する。圧縮に伴い、空気の温度が上がる。圧縮機１４は、遠心圧縮機、軸流圧縮機、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、空気圧縮に適するものが好ましく適用される。圧縮機１４には動力が供給される。圧縮機１４の圧縮比（圧力比）は、加熱システムＳ１の仕様に応じて適宜に設定される。
【００１５】
圧縮機１４からの高温の空気が加熱室１２に供給される。加熱室１２において、空気からの熱が対象物に伝わる。
【００１６】
本実施形態において、加熱室１２において、圧縮機１４で圧縮された空気からの熱が直接的又は間接的に対象物に伝わる。例えば、加熱室１２において、加熱された空気が対象物に直接的に接することができる。あるいは、加熱室１２において、加熱された空気と対象物との間に別の物質が介在することができる。
【００１７】
本実施形態において、動力回収機１６は、タービン発電機である。タービン圧縮機は、ブレード式、スクリュー式など、空気流れに適するものが好ましく適用される。他の実施形態において、動力回収機１６は、タービン発電機以外の構成を採用できる。
【００１８】
動力回収機１６は、加熱室１２から排出された空気を羽根車に当て、空気のエネルギーを回転運動に変換して動力を回収する。動力回収機１６で回収した動力は、例えば圧縮機１４で使用することができる。動力回収機１６からの排気は、排気管１６２を介して、外部に放出される、又は少なくとも一部が加熱システムＳ１で再使用される。排気管１６２は、必要に応じて、ポンプなどの流体駆動部、バルブなどの流量制御部（不図示）、フィルタなどの排出ガス処理装置を有することができる。
【００１９】
このように、本実施形態の加熱システムＳ１において、圧縮機１４における圧縮によって高温空気が得られる。本実施形態において、加熱室１２に供給される空気の温度は、例えば、約９０、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、又は１８０℃以上である。
【００２０】
加熱室１２に供給される空気を直接的に加熱することは、熱伝達箇所の減少につながり、熱損失の抑制に有利である。また、加熱システムＳ１では、冷媒の使用を回避（冷媒フリー）又は低減でき、地球環境への負荷の軽減に有利である。また、加熱システムＳ１では、加熱室１２からの排動力を動力回収機１６で回収することにより、エネルギー効率の向上が図られる。
【００２１】
本実施形態の加熱システムＳ１について、試算したＣＯＰ（Coefficient of Performance、成績係数）が、３．４８（動力ベース）、３．１３（電気ベース）であった。すなわち、加熱システムＳ１について、高温域でのＣＯＰの向上が図られる。ここで、試算において、空気入口温度は２０℃、加熱室１２への流入空気温度は１７３℃、加熱室１２からの流出空気温度は１５０℃、動力回収機１６からの排気温度は４１℃であった。また、試算において、圧縮機１４の効率は８５％、動力回収機１６の効率は８５％とした。
【００２２】
本実施形態において、加熱室１２の空気供給路１２４に必要に応じて除湿システム１８が設置される。本実施形態において、除湿システム１８は、ヒートポンプサイクルを有する。すなわち、除湿システム１８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を有する。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。なお、除湿システム１８は、動力回収機１６で回収した動力の少なくとも一部を使用することが可能である。
【００２３】
具体的には、除湿システム１８は、吸熱部１８１、圧縮部１８２、放熱部１８３、及び膨張部１８４を有し、これらは導管を介して接続されている。吸熱部１８１では、サイクル内の作動流体がサイクル外の熱源の熱、すなわち空気供給路１２４を流れる空気（加熱室１２に向かう圧縮機１４からの空気）の熱を吸収する。熱を奪われた空気に含まれる湿分の少なくとも一部が凝縮して不図示の排出路を流れる。放熱部１８３では、サイクル内の作動流体の熱をサイクル外の物体、すなわち空気供給路１２４を流れる除湿された空気（加熱室１２に向かう、吸熱部１８１で除湿された空気）に熱を与える。なお、除湿システム１８で回収した液体を動力回収機１６（タービン入口など）に投入してもよい。
【００２４】
本実施形態において、圧縮機１４による圧縮に伴い空気の相対湿度が上がる。除湿システム１８による除湿は、空気中の湿分を低減する。これは、例えば、加熱室１２で乾燥処理をする場合などにおいて、処理能力の向上に有利である。
【００２５】
図２は、別の実施形態にかかる加熱システムＳ２を示す概略図である。以下の説明では、上記実施形態と同様の構成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。
【００２６】
本実施形態において、加熱システムＳ２は、図２に示すように、加熱室（加熱装置）１２と、圧縮機（空気圧縮機）１４と、動力回収機１６と、制御装置７０とを備える。さらに、加熱システムＳ２は、除湿システム１８としての除湿器１８８と、循環路（排熱回収経路）１９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。加熱システムＳ２の構成は、設計要求に応じて様々に変更可能である。
【００２７】
本実施形態において、動力回収機１６と圧縮機１４とが流体的につながっている。循環路１９の一端が動力回収機１６の出口部（排気口）１６３に接続され、他端が圧縮機１４の入口部（吸込口）１４２に接続される。動力回収機１６の出口部１６３の近傍において、動力回収機１６からの排気の一部を排出可能な排気口１９２が循環路１９に設けられている。圧縮機１４の入口部１４２の近傍において、空気を取り込むための吸気口１９４が循環路１９に設けられている。また、図１の形態と同様に、加熱室１２は、加熱室本体１２２と、空気供給路１２４と、空気排出路１２６とを有する。必要に応じて、ポンプなどの流体駆動部、バルブなどの流量制御部（不図示）、フィルタなどのガス処理装置が配管上に設けられる。
【００２８】
本実施形態において、加熱室本体１２２内に加熱対象物が配置される。吸気口１９４からの空気は圧縮機１４に入る。圧縮機１４からの空気は空気供給路１２４を流れ、加熱室本体１２２に入る。本実施形態において、圧縮機１４は、加熱室１２に供給される空気を圧縮する。圧縮機１４には動力が供給される（動力が電気的に伝達される）。圧縮に伴い、空気の温度が上がる。圧縮機１４からの高温の空気が加熱室１２に供給される。加熱室１２において、空気からの熱が対象物に伝わる。
【００２９】
本実施形態において、加熱室１２において、圧縮機１４で圧縮された空気からの熱が直接的又は間接的に対象物に伝わる。例えば、加熱室１２において、加熱された空気が対象物に直接的に接することができる。あるいは、加熱室１２において、加熱された空気と対象物との間に別の物質が介在することができる。
【００３０】
加熱室本体１２２からの空気は、空気排出路１２６を流れ、動力回収機１６に入る。本実施形態において、動力回収機１６は、タービン発電機である。他の実施形態において、動力回収機１６は、タービン発電機以外の構成を採用できる。動力回収機１６は、例えば、加熱室１２から排出された空気を羽根車に当て、空気のエネルギーを回転運動に変換して動力を回収する。動力回収機１６で回収した動力は、例えば圧縮機１４で使用することができる。
【００３１】
動力回収機１６からの空気（排気）は、循環路１９を流れる。本実施形態において、被加熱流体（加熱空気）の少なくとも一部を循環使用可能である。循環路１９内の空気の一部を、排気口１９２から外部に放出可能である。循環路１９を流れる空気は圧縮機１４に供給される（再使用される）。圧縮機１４への投入前において、循環空気にフレッシュエアが投入される。循環路１９の合流部１９６で循環空気とフレッシュエアとが合流する。合流した空気が圧縮機１４に入る。なお、動力回収機１６からの排気が有する熱（排熱）を用いて、圧縮機１４に供給される空気を加温（予熱）する構成を採用することができる。
【００３２】
このように、本実施形態の加熱システムＳ２において、圧縮機１４における圧縮によって高温空気が得られる。本実施形態において、加熱室１２に供給される空気の温度は、例えば、約９０、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、又は１８０℃以上である。
【００３３】
また、図１の形態と同様に、加熱室１２に供給される空気を直接的に加熱することは、熱伝達箇所の減少につながり、熱損失の抑制に有利である。また、加熱システムＳ２では、冷媒の使用を回避（冷媒フリー）又は低減でき、地球環境への負荷の軽減に有利である。また、加熱システムＳ１では、加熱室１２からの排動力を動力回収機１６で回収することにより、エネルギー効率の向上が図られる。
【００３４】
本実施形態において、圧縮機１４と動力回収機１６とが比較的互いに近づけて配置される。一例において、圧縮機１４の入口部（吸込口）１４２が動力回収機１６に近づけて配置され、動力回収機１６の出口部（排気口）１６３が圧縮機１４に近づけて配置される。近接配置により、循環路１９の配管長さの短縮化（配管スペースの縮小化）が図られる。これは、熱損失の抑制に有利である。また、近接配置により、動力回収機１６で回収した動力を圧縮機１４に機械的に伝達することが比較的容易に可能になる。回収動力の機械的伝達は、損失低減に有利である。動力を機械的に伝達する構成において、圧縮機１４と動力回収機１６とは同軸配置でもよく、非同軸配置でもよい。同軸配置により、機械的損失の抑制が図られる。
【００３５】
本実施形態において、空気を循環使用することにより、エネルギー効率のさらなる向上が図られる。制御装置７０は、循環路１９を介して循環される循環率（熱回収率）を制御することができる。一例において、排気口１９２を介して循環路１９から外部に排出される気体（排気）の量を制御する機器（開閉制御器、流量制御器、又は流れ方向制御器など）が設けられ、制御装置７０がこの機器を制御する。また、一例において、吸気口１９４を介して循環路１９に導入されるフレッシュエアの量を制御する機器（開閉制御器、流量制御器、又は流れ方向制御器など）が設けられ、制御装置７０がこの機器を制御する。
【００３６】
一実施形態において、制御装置７０は、（１）循環モード、（２）非循環モード、及び（３）一部循環モードを含むことができる。
【００３７】
循環モードにおいて、動力回収機１６からの排ガスの大部分が循環路１９に割り当てられる。循環路１９を介して、加熱室１２から排出された空気が加熱室１２に戻される。
【００３８】
非循環モードにおいて、加熱室１２からのほぼすべての排ガスが外部に排出される。非循環モードでは、吸気口１９４を介して導入された実質的にフレッシュエアのみが加熱室１２に入る。
【００３９】
一部循環モードにおいて、加熱室１２からの排ガス（空気）の一部が循環路１９に割り当てられ、かつ加熱室１２からの排ガス（空気）の別の一部が外部に排出される。
【００４０】
モードの切り換えにより、空気供給量及び／又は空気温度を変更でき、加熱室１２における処理状況に応じて適切な加熱処理を実行することができる。例えば、制御装置７０は、加熱室１２内の温度や、加熱室１２内の対象物の状態（乾燥状態、硬化状態など）に応じて、モードの切り替えを行うことができる。
【００４１】
モードの切り換えは、例えば、所定箇所における加熱用空気の温度の計測結果、及び／又は流量の測定結果に基づいて実行できる。代替的又は追加的に、加熱時間経過に基づいてモードの切り換えを実行できる。
【００４２】
本実施形態の加熱システムＳ２について、試算したＣＯＰ（Coefficient of Performance、成績係数）が、循環率（熱回収率）が８０％の場合、３．５４、また、循環率（熱回収率）が０％（熱回収無し）の場合、２．７５であった。試算において、圧縮機１４の効率は８０％、動力回収機１６の効率は８０％とした。
【００４３】
本実施形態において、除湿器１８８は、循環路１９内を流れる気体、又は圧縮機１４で圧縮された気体を除湿する。すなわち、除湿器１８８は、（１）循環路１９における動力回収機１６側の端部と合流部１９６との間、（２）循環路１９における合流部１９６と圧縮機１４の入口部（吸込口）１４２との間、及び／又は（３）空気供給路１２４に配設される。
【００４４】
本実施形態において、圧縮機１４による圧縮に伴い空気の相対湿度が上がる。除湿システム１８による除湿は、空気中の湿分を低減する。これは、例えば、加熱室１２で乾燥処理をする場合などにおいて、処理能力の向上に有利である。
【００４５】
図３は、別の実施形態にかかる加熱システムＳ３を示す概略図である。以下の説明では、上記実施形態と同様の構成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。
【００４６】
本実施形態において、圧縮機１４と動力回収機１６とが比較的互いに近づけて配置される。近接配置により、動力回収機１６で回収した動力を圧縮機１４に機械的に伝達することが比較的容易に可能になる。回収動力の機械的伝達は、損失低減に有利である。動力を機械的に伝達する構成において、圧縮機１４と動力回収機１６とは同軸配置でもよく、非同軸配置でもよい。
【００４７】
また、圧縮機１４と動力回収機１６の近接配置は、動力回収機１６からの排気を圧縮機１４で再利用する構成において配管スペースの縮小化に有利である。なお、動力回収機１６からの排気が有する熱（排熱）を用いて、圧縮機１４に供給される空気を加温（予熱）する構成を採用することができる。
【００４８】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態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。
【符号の説明】
【００４９】
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３：加熱システム、１２：加熱室（加熱装置）、１４：圧縮機（空気圧縮機）、１６：動力回収機、１９：循環路（排熱回収経路）、７０：制御装置、１８：除湿システム、１２２：加熱室本体、１２４：空気供給路、１２６：空気排出路、１８８：除湿器。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業用加熱システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
産業用加熱システムとしては、ボイラで生成した蒸気の熱を対象物に伝える構成が一般的に知られている（例えば、特許文献１参照）。また、ヒートポンプあるいは冷凍機の媒体の熱を対象物に伝える構成が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２４９４５０号公報
【発明の概要】
【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産業用加熱システム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、対象物が配置される加熱室と、前記加熱室に供給される気体を圧縮する圧縮機と、前記加熱室から排出された前記気体から動力を回収する動力回収機と、前記動力回収機からの前記気体の少なくとも一部が前記圧縮機に向けて流れる循環路と、を備えることを特徴とする産業用加熱システムが提供される。
【０００６】
この加熱システムによれば、圧縮に伴って得られた高温気体によって対象物を加熱できる。また、加熱室からの排動力を動力回収機で回収するとともに、気体を循環使用することにより、エネルギー効率の向上が図られる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一実施形態を示す概略図である。
【図２】別の実施形態を示す概略図である。
【図３】さらに別の実施形態を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【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、一実施形態にかかる加熱システムＳ１を示す概略図である。
【０００９】
図１に示すように、加熱システムＳ１は、加熱室（加熱装置）１２と、圧縮機（空気圧縮機）１４と、動力回収機１６と、制御装置７０とを備える。必要に応じて、加熱システムＳ１は、除湿システム１８をさらに備えることができる。制御装置７０は、システム全体を統括的に制御する。加熱システム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、加熱対象物は産業部品や産業材料である。例えば、加熱室１２において、産業部品又は産業材料の少なくとも一部が乾燥処理される。あるいは、加熱室１２において、産業部品又は産業材料の少なくとも一部が熱処理（例えば、熱硬化処理など）される。なお、汚泥、紙、木材、樹脂、薬剤、薬品、砂、家庭ごみ、産業ごみ、工芸品、工芸材料、電気部品、電気機器、塗装物、産業用衣類、機械部品、機械製品、食料、食材、食料品など、様々な物体を加熱対象にできる。
【００１１】
本実施形態において、加熱室１２は、加熱室本体１２２と、空気供給路１２４と、空気排出路１２６とを有する。加熱室本体１２２内に加熱対象物が配置される。圧縮機１４からの空気が空気供給路１２４を流れ、加熱室本体１２２に入る。加熱室本体１２２からの空気は、空気排出路１２６を流れ、動力回収機１６に入る。加熱室本体１２２には、空気供給路１２４に流体的に接続される入口１２５と、空気排出路１２６に流体的に接続される出口１２７とが設けられる。入口１２５及び出口１２７の数、設置位置、形状などは任意に設定可能である。
【００１２】
また、加熱室１２は、必要に応じて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、加熱対象物が加熱室１２内に投入されるとともに、加熱室１２から取り出される。代替的又は追加的に、加熱室１２は、加熱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。加熱した対象物の出力部は、必要に応じて加熱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。
【００１３】
本実施形態において、必要に応じて、移送装置は、加熱室１２内で、加熱対象物を移動させることができる。加熱室１２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、加熱室１２は、必要に応じて、加熱室１２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。
【００１４】
本実施形態において、圧縮機１４は、加熱室１２に供給される空気を圧縮する。圧縮に伴い、空気の温度が上がる。圧縮機１４は、遠心圧縮機、軸流圧縮機、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、空気圧縮に適するものが好ましく適用される。圧縮機１４には動力が供給される。圧縮機１４の圧縮比（圧力比）は、加熱システムＳ１の仕様に応じて適宜に設定される。
【００１５】
圧縮機１４からの高温の空気が加熱室１２に供給される。加熱室１２において、空気からの熱が対象物に伝わる。
【００１６】
本実施形態において、加熱室１２において、圧縮機１４で圧縮された空気からの熱が直接的又は間接的に対象物に伝わる。例えば、加熱室１２において、加熱された空気が対象物に直接的に接することができる。あるいは、加熱室１２において、加熱された空気と対象物との間に別の物質が介在することができる。
【００１７】
本実施形態において、動力回収機１６は、タービン発電機である。タービン圧縮機は、ブレード式、スクリュー式など、空気流れに適するものが好ましく適用される。他の実施形態において、動力回収機１６は、タービン発電機以外の構成を採用できる。
【００１８】
動力回収機１６は、加熱室１２から排出された空気を羽根車に当て、空気のエネルギーを回転運動に変換して動力を回収する。動力回収機１６で回収した動力は、例えば圧縮機１４で使用することができる。動力回収機１６からの排気は、排気管１６２を介して、外部に放出される、又は少なくとも一部が加熱システムＳ１で再使用される。排気管１６２は、必要に応じて、ポンプなどの流体駆動部、バルブなどの流量制御部（不図示）、フィルタなどの排出ガス処理装置を有することができる。
【００１９】
このように、本実施形態の加熱システムＳ１において、圧縮機１４における圧縮によって高温空気が得られる。本実施形態において、加熱室１２に供給される空気の温度は、例えば、約９０、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、又は１８０℃以上である。
【００２０】
加熱室１２に供給される空気を直接的に加熱することは、熱伝達箇所の減少につながり、熱損失の抑制に有利である。また、加熱システムＳ１では、冷媒の使用を回避（冷媒フリー）又は低減でき、地球環境への負荷の軽減に有利である。また、加熱システムＳ１では、加熱室１２からの排動力を動力回収機１６で回収することにより、エネルギー効率の向上が図られる。
【００２１】
本実施形態の加熱システムＳ１について、試算したＣＯＰ（Coefficient of Performance、成績係数）が、３．４８（動力ベース）、３．１３（電気ベース）であった。すなわち、加熱システムＳ１について、高温域でのＣＯＰの向上が図られる。ここで、試算において、空気入口温度は２０℃、加熱室１２への流入空気温度は１７３℃、加熱室１２からの流出空気温度は１５０℃、動力回収機１６からの排気温度は４１℃であった。また、試算において、圧縮機１４の効率は８５％、動力回収機１６の効率は８５％とした。
【００２２】
本実施形態において、加熱室１２の空気供給路１２４に必要に応じて除湿システム１８が設置される。本実施形態において、除湿システム１８は、ヒートポンプサイクルを有する。すなわち、除湿システム１８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を有する。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。なお、除湿システム１８は、動力回収機１６で回収した動力の少なくとも一部を使用することが可能である。
【００２３】
具体的には、除湿システム１８は、吸熱部１８１、圧縮部１８２、放熱部１８３、及び膨張部１８４を有し、これらは導管を介して接続されている。吸熱部１８１では、サイクル内の作動流体がサイクル外の熱源の熱、すなわち空気供給路１２４を流れる空気（加熱室１２に向かう圧縮機１４からの空気）の熱を吸収する。熱を奪われた空気に含まれる湿分の少なくとも一部が凝縮して不図示の排出路を流れる。放熱部１８３では、サイクル内の作動流体の熱をサイクル外の物体、すなわち空気供給路１２４を流れる除湿された空気（加熱室１２に向かう、吸熱部１８１で除湿された空気）に熱を与える。なお、除湿システム１８で回収した液体を動力回収機１６（タービン入口など）に投入してもよい。
【００２４】
本実施形態において、圧縮機１４による圧縮に伴い空気の相対湿度が上がる。除湿システム１８による除湿は、空気中の湿分を低減する。これは、例えば、加熱室１２で乾燥処理をする場合などにおいて、処理能力の向上に有利である。
【００２５】
図２は、別の実施形態にかかる加熱システムＳ２を示す概略図である。以下の説明では、上記実施形態と同様の構成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。
【００２６】
本実施形態において、加熱システムＳ２は、図２に示すように、加熱室（加熱装置）１２と、圧縮機（空気圧縮機）１４と、動力回収機１６と、制御装置７０とを備える。さらに、加熱システムＳ２は、除湿システム１８としての除湿器１８８と、循環路（排熱回収経路）１９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。加熱システムＳ２の構成は、設計要求に応じて様々に変更可能である。
【００２７】
本実施形態において、動力回収機１６と圧縮機１４とが流体的につながっている。循環路１９の一端が動力回収機１６の出口部（排気口）１６３に接続され、他端が圧縮機１４の入口部（吸込口）１４２に接続される。動力回収機１６の出口部１６３の近傍において、動力回収機１６からの排気の一部を排出可能な排気口１９２が循環路１９に設けられている。圧縮機１４の入口部１４２の近傍において、空気を取り込むための吸気口１９４が循環路１９に設けられている。また、図１の形態と同様に、加熱室１２は、加熱室本体１２２と、空気供給路１２４と、空気排出路１２６とを有する。必要に応じて、ポンプなどの流体駆動部、バルブなどの流量制御部（不図示）、フィルタなどのガス処理装置が配管上に設けられる。
【００２８】
本実施形態において、加熱室本体１２２内に加熱対象物が配置される。吸気口１９４からの空気は圧縮機１４に入る。圧縮機１４からの空気は空気供給路１２４を流れ、加熱室本体１２２に入る。本実施形態において、圧縮機１４は、加熱室１２に供給される空気を圧縮する。圧縮機１４には動力が供給される（動力が電気的に伝達される）。圧縮に伴い、空気の温度が上がる。圧縮機１４からの高温の空気が加熱室１２に供給される。加熱室１２において、空気からの熱が対象物に伝わる。
【００２９】
本実施形態において、加熱室１２において、圧縮機１４で圧縮された空気からの熱が直接的又は間接的に対象物に伝わる。例えば、加熱室１２において、加熱された空気が対象物に直接的に接することができる。あるいは、加熱室１２において、加熱された空気と対象物との間に別の物質が介在することができる。
【００３０】
加熱室本体１２２からの空気は、空気排出路１２６を流れ、動力回収機１６に入る。本実施形態において、動力回収機１６は、タービン発電機である。他の実施形態において、動力回収機１６は、タービン発電機以外の構成を採用できる。動力回収機１６は、例えば、加熱室１２から排出された空気を羽根車に当て、空気のエネルギーを回転運動に変換して動力を回収する。動力回収機１６で回収した動力は、例えば圧縮機１４で使用することができる。
【００３１】
動力回収機１６からの空気（排気）は、循環路１９を流れる。本実施形態において、被加熱流体（加熱空気）の少なくとも一部を循環使用可能である。循環路１９内の空気の一部を、排気口１９２から外部に放出可能である。循環路１９を流れる空気は圧縮機１４に供給される（再使用される）。圧縮機１４への投入前において、循環空気にフレッシュエアが投入される。循環路１９の合流部１９６で循環空気とフレッシュエアとが合流する。合流した空気が圧縮機１４に入る。なお、動力回収機１６からの排気が有する熱（排熱）を用いて、圧縮機１４に供給される空気を加温（予熱）する構成を採用することができる。
【００３２】
このように、本実施形態の加熱システムＳ２において、圧縮機１４における圧縮によって高温空気が得られる。本実施形態において、加熱室１２に供給される空気の温度は、例えば、約９０、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、又は１８０℃以上である。
【００３３】
また、図１の形態と同様に、加熱室１２に供給される空気を直接的に加熱することは、熱伝達箇所の減少につながり、熱損失の抑制に有利である。また、加熱システムＳ２では、冷媒の使用を回避（冷媒フリー）又は低減でき、地球環境への負荷の軽減に有利である。また、加熱システムＳ１では、加熱室１２からの排動力を動力回収機１６で回収することにより、エネルギー効率の向上が図られる。
【００３４】
本実施形態において、圧縮機１４と動力回収機１６とが比較的互いに近づけて配置される。一例において、圧縮機１４の入口部（吸込口）１４２が動力回収機１６に近づけて配置され、動力回収機１６の出口部（排気口）１６３が圧縮機１４に近づけて配置される。近接配置により、循環路１９の配管長さの短縮化（配管スペースの縮小化）が図られる。これは、熱損失の抑制に有利である。また、近接配置により、動力回収機１６で回収した動力を圧縮機１４に機械的に伝達することが比較的容易に可能になる。回収動力の機械的伝達は、損失低減に有利である。動力を機械的に伝達する構成において、圧縮機１４と動力回収機１６とは同軸配置でもよく、非同軸配置でもよい。同軸配置により、機械的損失の抑制が図られる。
【００３５】
本実施形態において、空気を循環使用することにより、エネルギー効率のさらなる向上が図られる。制御装置７０は、循環路１９を介して循環される循環率（熱回収率）を制御することができる。一例において、排気口１９２を介して循環路１９から外部に排出される気体（排気）の量を制御する機器（開閉制御器、流量制御器、又は流れ方向制御器など）が設けられ、制御装置７０がこの機器を制御する。また、一例において、吸気口１９４を介して循環路１９に導入されるフレッシュエアの量を制御する機器（開閉制御器、流量制御器、又は流れ方向制御器など）が設けられ、制御装置７０がこの機器を制御する。
【００３６】
一実施形態において、制御装置７０は、（１）循環モード、（２）非循環モード、及び（３）一部循環モードを含むことができる。
【００３７】
循環モードにおいて、動力回収機１６からの排ガスの大部分が循環路１９に割り当てられる。循環路１９を介して、加熱室１２から排出された空気が加熱室１２に戻される。
【００３８】
非循環モードにおいて、加熱室１２からのほぼすべての排ガスが外部に排出される。非循環モードでは、吸気口１９４を介して導入された実質的にフレッシュエアのみが加熱室１２に入る。
【００３９】
一部循環モードにおいて、加熱室１２からの排ガス（空気）の一部が循環路１９に割り当てられ、かつ加熱室１２からの排ガス（空気）の別の一部が外部に排出される。
【００４０】
モードの切り換えにより、空気供給量及び／又は空気温度を変更でき、加熱室１２における処理状況に応じて適切な加熱処理を実行することができる。例えば、制御装置７０は、加熱室１２内の温度や、加熱室１２内の対象物の状態（乾燥状態、硬化状態など）に応じて、モードの切り替えを行うことができる。
【００４１】
モードの切り換えは、例えば、所定箇所における加熱用空気の温度の計測結果、及び／又は流量の測定結果に基づいて実行できる。代替的又は追加的に、加熱時間経過に基づいてモードの切り換えを実行できる。
【００４２】
本実施形態の加熱システムＳ２について、試算したＣＯＰ（Coefficient of Performance、成績係数）が、循環率（熱回収率）が８０％の場合、３．５４、また、循環率（熱回収率）が０％（熱回収無し）の場合、２．７５であった。試算において、圧縮機１４の効率は８０％、動力回収機１６の効率は８０％とした。
【００４３】
本実施形態において、除湿器１８８は、循環路１９内を流れる気体、又は圧縮機１４で圧縮された気体を除湿する。すなわち、除湿器１８８は、（１）循環路１９における動力回収機１６側の端部と合流部１９６との間、（２）循環路１９における合流部１９６と圧縮機１４の入口部（吸込口）１４２との間、及び／又は（３）空気供給路１２４に配設される。
【００４４】
本実施形態において、圧縮機１４による圧縮に伴い空気の相対湿度が上がる。除湿システム１８による除湿は、空気中の湿分を低減する。これは、例えば、加熱室１２で乾燥処理をする場合などにおいて、処理能力の向上に有利である。
【００４５】
図３は、別の実施形態にかかる加熱システムＳ３を示す概略図である。以下の説明では、上記実施形態と同様の構成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。
【００４６】
本実施形態において、圧縮機１４と動力回収機１６とが比較的互いに近づけて配置される。近接配置により、動力回収機１６で回収した動力を圧縮機１４に機械的に伝達することが比較的容易に可能になる。回収動力の機械的伝達は、損失低減に有利である。動力を機械的に伝達する構成において、圧縮機１４と動力回収機１６とは同軸配置でもよく、非同軸配置でもよい。
【００４７】
また、圧縮機１４と動力回収機１６の近接配置は、動力回収機１６からの排気を圧縮機１４で再利用する構成において配管スペースの縮小化に有利である。なお、動力回収機１６からの排気が有する熱（排熱）を用いて、圧縮機１４に供給される空気を加温（予熱）する構成を採用することができる。
【００４８】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態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。
【符号の説明】
【００４９】
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３：加熱システム、１２：加熱室（加熱装置）、１４：圧縮機（空気圧縮機）、１６：動力回収機、１９：循環路（排熱回収経路）、７０：制御装置、１８：除湿システム、１２２：加熱室本体、１２４：空気供給路、１２６：空気排出路、１８８：除湿器。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物が配置される加熱室と、
前記加熱室に供給される気体を圧縮する圧縮機と、
前記加熱室から排出された前記気体から動力を回収する動力回収機と、
前記動力回収機からの前記気体の少なくとも一部が前記圧縮機に向けて流れる循環路と、
を備えることを特徴とする産業用加熱システム。
【請求項２】
前記圧縮機で圧縮され、前記加熱室に供給される前記気体の温度が、約９０、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、又は１８０℃以上である、ことを特徴とする請求項１に記載の産業用加熱システム。
【請求項３】
前記動力回収機で回収した動力が前記圧縮機に電気的又は機械的に伝達される、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の産業用加熱システム。
【請求項４】
前記圧縮機の入口部が前記動力回収機に近づけて配置され、
前記動力回収機の出口部が前記圧縮機に近づけて配置される、ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の産業用加熱システム。
【請求項５】
前記動力回収機と前記圧縮機とが同軸に配置される、ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の産業用加熱システム。
【請求項６】
前記加熱室内の前記対象物の状態に応じて、前記循環路を介して循環される循環率が制御される、ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の産業用加熱システム。
【請求項７】
前記循環路内を流れる前記気体、又は前記圧縮機で圧縮された前記気体を除湿する除湿システムをさらに備える、ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の産業用加熱システム。
【請求項１】
対象物が配置される加熱室と、
前記加熱室に供給される気体を圧縮する圧縮機と、
前記加熱室から排出された前記気体から動力を回収する動力回収機と、
前記動力回収機からの前記気体の少なくとも一部が前記圧縮機に向けて流れる循環路と、
を備えることを特徴とする産業用加熱システム。
【請求項２】
前記圧縮機で圧縮され、前記加熱室に供給される前記気体の温度が、約９０、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、又は１８０℃以上である、ことを特徴とする請求項１に記載の産業用加熱システム。
【請求項３】
前記動力回収機で回収した動力が前記圧縮機に電気的又は機械的に伝達される、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の産業用加熱システム。
【請求項４】
前記圧縮機の入口部が前記動力回収機に近づけて配置され、
前記動力回収機の出口部が前記圧縮機に近づけて配置される、ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の産業用加熱システム。
【請求項５】
前記動力回収機と前記圧縮機とが同軸に配置される、ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の産業用加熱システム。
【請求項６】
前記加熱室内の前記対象物の状態に応じて、前記循環路を介して循環される循環率が制御される、ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の産業用加熱システム。
【請求項７】
前記循環路内を流れる前記気体、又は前記圧縮機で圧縮された前記気体を除湿する除湿システムをさらに備える、ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の産業用加熱システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−３２１２２（Ｐ２０１２−３２１２２Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７３９２８（Ｐ２０１０−１７３９２８）
【出願日】平成２２年８月２日（２０１０．８．２）
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２日（２０１０．８．２）
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
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