(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外気を取り入れて加熱空気を生成し、当該加熱空気を加熱室内に配置された対象物と接触させて前記対象物を加熱する産業用加熱システムであって、
前記外気又は前記加熱空気を圧縮する圧縮機と、
前記外気又は前記加熱空気から動力を回収する動力回収機と、
前記外気を加熱して前記加熱室に供給する加熱空気を生成する熱交換器と、を有し、
前記熱交換器の作動媒体入口部に、前記加熱室から排出されるとともに前記圧縮機により圧縮された前記加熱空気が供給され、
外気を取り入れる吸気部と前記熱交換器の被加熱媒体入口部との間に前記動力回収機が接続され、
前記熱交換器の被加熱媒体出口部と前記加熱室の吸気部とが接続され、
前記加熱室の排気部と前記熱交換器の作動媒体入口部との間に前記圧縮機が接続されていることを特徴とする産業用加熱システム。
【請求項２】
外気を取り入れて加熱空気を生成し、当該加熱空気を加熱室内に配置された対象物と接触させて前記対象物を加熱する産業用加熱システムであって、
前記外気又は前記加熱空気を圧縮する圧縮機と、
前記外気又は前記加熱空気から動力を回収する動力回収機と、
前記外気を加熱して前記加熱室に供給する加熱空気を生成する熱交換器と、を有し、
前記熱交換器の作動媒体入口部に、前記加熱室から排出されるとともに前記圧縮機により圧縮された前記加熱空気が供給され、
前記加熱室の排気側に前記圧縮機が接続され、
前記加熱室の排気部と前記圧縮機との間に第２の熱交換器が設けられており、
前記第２の熱交換器は、外気を取り入れて前記加熱室から排出された前記加熱空気との熱交換により加熱し、加熱された外気を前記圧縮機に供給するとともに前記熱交換に用いた前記加熱空気を外部に排出することを特徴とする産業用加熱システム。
【請求項３】
外気を取り入れて加熱空気を生成し、当該加熱空気を加熱室内に配置された対象物と接触させて前記対象物を加熱する産業用加熱システムであって、
前記外気を加熱して前記加熱室に供給する加熱空気を生成する熱交換器と、
前記加熱室の排気部と前記熱交換器の作動媒体入口部との間に接続され、前記加熱空気を圧縮する圧縮機と、
前記熱交換器の作動媒体出口部と当該産業用加熱システムの排気部との間に接続され、前記加熱空気から動力を回収する動力回収機と、を有し、
前記熱交換器は、前記外気が供給される吸熱部と、前記圧縮機で圧縮されることで昇温された前記加熱空気が供給される放熱部と、を含み、
前記吸熱部を流通する前記外気は、前記放熱部を流通する前記加熱空気との熱交換により加熱されることを特徴とする産業用加熱システム。
【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ものである。
【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】
しかし、ボイラを用いたシステムでは、一次エネルギー効率が比較的低かった。また、ヒートポンプを用いたシステムでは、単純サイクルではＣＯＰが低く、省エネルギーに結びつかなかった
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであって、高いエネルギー効率が得られる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】
【０００６】
本発明の産業用加熱システムは、外気を取り入れて加熱空気を生成し、当該加熱空気を加熱室内に配置された対象物と接触させて前記対象物を加熱する産業用加熱システムであって、前記外気又は前記加熱空気を圧縮する圧縮機と、前記外気又は前記加熱空気から動力を回収する動力回収機と、前記外気を加熱して前記加熱室に供給する加熱空気を生成する熱交換器と、を有し、前記熱交換器の作動媒体入口部に、前記加熱室から排出されるとともに前記圧縮機により圧縮された前記加熱空気が供給され、外気を取り入れる吸気部と前記熱交換器の被加熱媒体入口部との間に前記動力回収機が接続され、前記熱交換器の被加熱媒体出口部と前記加熱室の吸気部とが接続され、前記加熱室の排気部と前記熱交換器の作動媒体入口部との間に前記圧縮機が接続されていることを特徴とする。
また、本発明の産業用加熱システムは、外気を取り入れて加熱空気を生成し、当該加熱空気を加熱室内に配置された対象物と接触させて前記対象物を加熱する産業用加熱システムであって、前記外気又は前記加熱空気を圧縮する圧縮機と、前記外気又は前記加熱空気から動力を回収する動力回収機と、前記外気を加熱して前記加熱室に供給する加熱空気を生成する熱交換器と、を有し、前記熱交換器の作動媒体入口部に、前記加熱室から排出されるとともに前記圧縮機により圧縮された前記加熱空気が供給され、前記加熱室の排気側に前記圧縮機が接続され、前記加熱室の排気部と前記圧縮機との間に第２の熱交換器が設けられており、前記第２の熱交換器は、外気を取り入れて前記加熱室から排出された前記加熱空気との熱交換により加熱し、加熱された外気を前記圧縮機に供給するとともに前記熱交換に用いた前記加熱空気を外部に排出することを特徴とする。
また、本発明の産業用加熱システムは、外気を取り入れて加熱空気を生成し、当該加熱空気を加熱室内に配置された対象物と接触させて前記対象物を加熱する産業用加熱システムであって、前記外気を加熱して前記加熱室に供給する加熱空気を生成する熱交換器と、前記加熱室の排気部と前記熱交換器の作動媒体入口部との間に接続され、前記加熱空気を圧縮する圧縮機と、前記熱交換器の作動媒体出口部と当該産業用加熱システムの排気部との間に接続され、前記加熱空気から動力を回収する動力回収機と、を有し、前記熱交換器は、前記外気が供給される吸熱部と、前記圧縮機で圧縮されることで昇温された前記加熱空気が供給される放熱部と、を含み、前記吸熱部を流通する前記外気は、前記放熱部を流通する前記加熱空気との熱交換により加熱されることを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、加熱室で使用された後の排気であって圧縮により昇温された加熱空気を用いて外気を加熱し、これを加熱室に供給するので、高いエネルギー効率を得ることができる。また動力回収機で回収した動力をシステム内の他の装置で使用することにより、さらなるエネルギー効率の向上を図ることもできる。また加熱対象物に対して外気から生成した加熱空気を直接接触させて加熱処理を行うものであることにより、冷媒フリーを実現でき、環境負荷を低減することができる。
【０００８】
また、外気よりも低温の排気を排出する構成としてもよい。
この構成によれば、外気から得られた熱をシステムの一部に用いて熱処理を行うことができるので、さらなるエネルギー効率の向上を図ることができる。
【０００９】
前記加熱室の排気部と前記熱交換器の作動媒体入口部との間に前記圧縮機が接続され、前記熱交換器の作動媒体出口部と当該産業用加熱システムの排気部との間に前記動力回収機が接続されている構成としてもよい。
この構成によれば、圧縮機と動力回収機を比較的近い位置に配置できるため、動力回収機で回収した動力を圧縮機に伝達する場合に、動力の損失を少なくすることができ、エネルギー効率を高めることができる。
【００１０】
外気を取り入れる吸気部と前記熱交換器の被加熱媒体入口部との間に前記動力回収機が接続され、前記熱交換器の被加熱媒体出口部と前記加熱室の吸気部との間に前記圧縮機が接続されており、前記加熱室の排気部と前記熱交換器の作動媒体入口部とが接続されている構成としてもよい。
このように加熱室の前段に圧縮機を配置してもよい。この場合にも熱交換器の作動媒体入口部に供給される加熱空気は、加熱室から排出されるとともに圧縮機で圧縮されたものとなるので、先の構成と同様に高いエネルギー効率を得ることができる。
【００１１】
外気を取り入れる吸気部と前記熱交換器の被加熱媒体入口部との間に前記動力回収機が接続され、前記熱交換器の被加熱媒体出口部と前記加熱室の吸気部とが接続され、前記加熱室の排気部と前記熱交換器の作動媒体入口部との間に前記圧縮機が接続されている構成としてもよい。
この構成によれば、加熱室の前段に動力回収機が配置されるため、加熱室内を大気圧に対して負圧にすることができる。これにより加熱対象物からの水分除去が容易になるため、乾燥用途に好適な加熱システムとすることができる。
【００１２】
前記加熱室の排気側に前記圧縮機が接続され、前記加熱室の排気部と前記圧縮機との間に第２の熱交換器が設けられており、前記第２の熱交換器は、外気を取り入れて前記加熱室から排出された前記加熱空気との熱交換により加熱し、加熱された外気を前記圧縮機に供給するとともに前記熱交換に用いた前記加熱空気を外部に排出する構成としてもよい。
この構成によれば、加熱室から排出される排気が圧縮機に直接流入するのを防止できるので、排気に含まれる水分や汚染物質による圧縮機の故障等を回避することができ、信頼性に優れた加熱システムとすることができる。
【００１３】
前記加熱室から排出された前記加熱空気の一部を前記第２の熱交換器に流入させる一方、残りの前記加熱空気を前記圧縮機に流入させる媒体分岐部を有する構成としてもよい。
この構成によれば、加熱室から排出される排気の一部を外気と置換することができるので、排気に含まれる水分や汚染物質の圧縮機への流入量を低減することができる。
【００１４】
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構成としてもよい。
この構成によれば、回収した動力を効率的に利用できるため、さらなるエネルギー効率の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高いエネルギー効率が得られる産業用加熱システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る加熱システムを示す概略図。
【図２】本発明の第２実施形態に係る加熱システムを示す概略図。
【図３】本発明の第３実施形態に係る加熱システムを示す概略図。
【図４】本発明の第４実施形態に係る加熱システムを示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る加熱システムを示す概略図である。
加熱システム（産業用加熱システム）Ｓ１は、図１に示すように、加熱室１２と、圧縮機１４と、動力回収機１６と、駆動源１７と、熱交換器１８と、制御装置７０とを備えている。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、設計要求に応じて適宜変更可能である。
【００１９】
加熱システムＳ１において、外気（系外の空気）を取り入れる吸気部Ａに、熱交換器１８の被加熱媒体入口部１８３が接続され、熱交換器１８の被加熱媒体出口部１８４に加熱室１２の入口部１２１が接続されている。加熱室１２の出口部１２２に圧縮機１４の入口部が接続され、圧縮機１４の出口部には熱交換器１８の作動媒体入口部１８１が接続されている。熱交換器１８の作動媒体出口部１８２には動力回収機１６の入口部が接続され、動力回収機１６の出口部は、排気を系外に排出する排気部Ｂに接続されている。
【００２０】
加熱室１２内に、加熱対象物１２０が収容される。加熱システムＳ１は、熱交換器１８から加熱室１２に供給される加熱空気を加熱室１２内で加熱対象物１２０に接触させ、加熱対象物１２０を加熱する。
加熱対象物１２０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物１２０とすることができる。
【００２１】
加熱室１２には、必要に応じて不図示の移送装置を設けることができる。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１２０が加熱室１２内に搬入／搬出される。代替的又は追加的に、加熱室１２は、加熱後の加熱対象物１２０の取り出しのために、ゲート式、旋回式などの形態を有する搬出部を備えることができる。上記搬出部は、必要に応じて加熱した加熱対象物１２０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。
【００２２】
本実施形態において、移送装置は、加熱室１２内で加熱対象物１２０を移動させる機能を有していてもよい。また加熱室１２に、不図示の脱水装置をさらに設け、それによって加熱対象物１２０を脱水することもできる。脱水の際、加熱対象物１２０の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、加熱対象物１２０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に入る前の加熱対象物１２０に熱を与える予熱室をさらに有することができる。
【００２３】
圧縮機１４は、加熱室１２から排出される加熱空気を圧縮し、熱交換器１８に対して供給する。圧縮に伴い、加熱空気の温度が上昇する。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には駆動源１７から動力が供給される。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。
【００２４】
動力回収機１６は、例えばタービン発電機である。タービン発電機としては、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。動力回収機１６は、熱交換器１８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。本実施形態の場合、動力回収機１６で回収した動力は、圧縮機１４で使用される。
動力回収機１６からの排気は、本実施形態の場合、排気部Ｂの排気管を介して外部に放出される。排気部Ｂの排気管には、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設けることもできる。
【００２５】
熱交換器１８は、被加熱媒体流路１８ａ（吸熱部）と作動媒体流路１８ｂ（放熱部）とを有する。被加熱媒体流路１８ａには、吸気部Ａで取り込まれた外気が供給される。作動媒体流路１８ｂには、加熱室１２から排出され、圧縮機１４で圧縮されるとともに昇温された加熱空気が供給される。これにより、被加熱媒体流路１８ａを流通する外気が作動媒体流路１８ｂを流通する加熱空気との熱交換によって加熱される。
【００２６】
以上の構成を備えた加熱システムＳ１において、吸気部Ａから取り入れられた外気（例えば２０℃）は、熱交換器１８の被加熱媒体入口部１８３に供給される。熱交換器１８に導入された外気は、作動媒体との熱交換により加熱されて加熱空気（例えば１２０℃）となり、加熱室１２に供給される。加熱室１２では、供給された加熱空気と加熱対象物１２０との接触により、加熱対象物１２０が加熱され、所望の熱処理、乾燥処理等が実施される。
【００２７】
加熱処理に用いられた後、加熱室１２の出口部１２２から排出された加熱空気（例えば１００℃）は、圧縮機１４に供給される。圧縮機１４で圧縮され昇温された加熱空気（例えば１３０℃）は、熱交換器１８の作動媒体入口部１８１に供給され、熱交換器１８において外気を加熱する作動媒体として用いられる。熱交換器１８の作動媒体出口部１８２から排出された加熱空気（例えば３０℃）は、動力回収機１６に供給される。
【００２８】
動力回収機１６では、導入された加熱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で回収された動力は駆動源１７に供給され、圧縮機１４の動力として利用される。動力回収機１６から排出された空気（例えば１５℃）は、排気部Ｂから外部へ排出される。
【００２９】
加熱システムＳ１の成績係数（ＣＯＰ：coefficient of performance）は、下記の式（１）により算出することができる。式（１）において、ＣＯＰ：ヒートポンプの成績係数、Ｇ：流量［ｋｇ／ｓ］、ｈ：エンタルピー［Ｊ／ｋｇ］、Ｔ：温度［℃］、ＷＥ：エネルギー（電力・熱）［Ｗ］、＜Heating・in＞：加熱室入口の加熱空気（作動媒体）、＜Air＞：外気（作動媒体）である。
【００３０】
【数１】
0005594129.tif 000002
【００３１】
本実施形態の場合、作動媒体が空気であり、流量、比熱も一定であるから、加熱室１２、圧縮機１４、及び動力回収機１６における前後の温度差からＣＯＰを試算することができる。具体的に、図１に示した各部の温度を用いると、本実施形態の加熱システムＳ１のＣＯＰは、以下の式（２）に示すように約７であり、極めて高いＣＯＰを達成することができる。
【００３２】
【数２】
0005594129.tif 000003
【００３３】
以上詳細に説明したように、本実施形態の加熱システムＳ１では、加熱室１２に供給する加熱空気を生成する際に、加熱室１２において使用された後の加熱空気（排気）であり、かつ圧縮機１４において昇温された加熱空気を熱交換器１８に供給し、外気を加熱している。
これにより、高いエネルギー効率で加熱対象物１２０を加熱することができる加熱システムとされている。なお、上記式（２）において動力回収機１６での動力回収による寄与分を差し引いても、３以上の高ＣＯＰが得られる。
【００３４】
また、本実施形態の加熱システムＳ１では、圧縮機１４の動力の一部を、排気から回収した動力により賄う構成とされている。また加熱システムＳ１は、外気を取り入れて加熱処理に使用した後、再び外部へ排出するオープンサイクルであるが、図１に示したように、２０℃の外気を取り入れて１５℃の空気を排出する。すなわち、加熱に用いる熱の一部を大気から回収して利用している。これらの作用により、本実施形態の加熱システムＳ１において、式（２）に示した高ＣＯＰを得ることができる。
【００３５】
また、本実施形態の加熱システムＳ１では、取り入れた外気を加熱して加熱空気とし、この加熱空気を加熱室１２内の加熱対象物１２０と直接接触させて加熱処理を実施する。したがって、加熱システムＳ１では冷媒の使用を回避でき（冷媒フリー）、地球環境への負荷の軽減に有利である。
【００３６】
また本実施形態では、圧縮機１４と動力回収機１６とが比較的に互いに近づけて配置される。すなわち、圧縮機１４の出口部（排気口）と動力回収機１６の入口部（吸気口）とが近づけて配置されている。このような近接配置により、圧縮機１４と動力回収機１６との間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は、本実施形態のように圧縮機１４と動力回収機１６とを同軸配置としてもよく、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。
【００３７】
なお、本実施形態では、加熱室１２に供給される加熱空気の温度を１２０℃として説明したが、これに限られるものではない。加熱室１２に供給される加熱空気の温度は、例えば、約９０、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７０、又は１８０℃以上とすることができる。
【００３８】
（第２実施形態）
図２は、本発明の第２実施形態に係る加熱システム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。
【００３９】
加熱システムＳ２は、図２に示すように、加熱室１２と、圧縮機１４と、動力回収機１６と、駆動源１７ａと、ジェネレータ１７ｂと、熱交換器１８と、制御装置７０と、を備えている。制御装置７０はシステム全体を統括的に制御する。
【００４０】
加熱システムＳ２において、吸気部Ａに動力回収機１６の入口部が接続されている。動力回収機１６の出口部は熱交換器１８の被加熱媒体入口部１８３と接続されている。熱交換器１８の被加熱媒体出口部１８４は圧縮機１４の入口部と接続されている。圧縮機１４の出口部は加熱室１２の入口部１２１と接続されている。加熱室１２の出口部１２２は熱交換器の作動媒体入口部１８１と接続されている。熱交換器１８の作動媒体出口部１８２は排気部Ｂと接続されている。
【００４１】
上記構成を備えた加熱システムＳ２において、吸気部Ａから取り入れられた外気（例えば２０℃）は、動力回収機１６に供給される。動力回収機１６では、導入された加熱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で回収された動力はジェネレータ１７ｂから駆動源１７ａに供給され、圧縮機１４の動力として利用される。動力回収機１６から排出された空気（例えば５℃）は、熱交換器１８に供給される。
【００４２】
熱交換器１８に導入された外気は、作動媒体との熱交換により加熱されて加熱空気（例えば９０℃）となり、圧縮機１４に供給される。その後、圧縮機１４で昇温された加熱空気（例えば１２０℃）となって加熱室１２の入口部１２１に供給される。加熱室１２では、供給された加熱空気と加熱対象物１２０との接触により、加熱対象物１２０が加熱され、所望の熱処理、乾燥処理等が実施される。
【００４３】
加熱処理に用いられた後、加熱室１２の出口部１２２から排出された加熱空気（例えば１００℃）は、熱交換器１８の作動媒体入口部１８１に供給され、熱交換器１８において外気を加熱する作動媒体として用いられる。熱交換器１８の作動媒体出口部１８２から排出された排気（例えば１５℃）は、排気部Ｂから外部へ排出される。
【００４４】
上記構成を備えた本実施形態の加熱システムＳ２においても、加熱室１２に供給する加熱空気を生成する際に、加熱室１２から排出された加熱空気（排気）であって圧縮機１４により昇温された空気を用いて外気を加熱している。これにより、高いエネルギー効率の加熱システムを実現することができる。
【００４５】
また圧縮機１４の動力の一部を、排気から回収した動力により賄っており、さらに加熱対象物１２０の加熱に用いる熱の一部を大気から回収して利用している。これらの作用により、さらに高いエネルギー効率を得ることができる。
また加熱システムＳ２においても、取り入れた外気を加熱して加熱空気とし、この加熱空気を加熱室１２内の加熱対象物１２０と直接接触させて加熱処理を実施するので、冷媒フリーを実現でき、地球環境への負荷の軽減に有利である。
【００４６】
（第３実施形態）
図３は、本発明の第３実施形態に係る加熱システム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。
【００４７】
加熱システムＳ３は、図３に示すように、加熱室１２と、圧縮機１４と、動力回収機１６と、駆動源１７ａと、ジェネレータ１７ｂと、熱交換器１８と、制御装置７０と、を備えている。制御装置７０はシステム全体を統括的に制御する。
【００４８】
加熱システムＳ３において、吸気部Ａに動力回収機１６の入口部が接続されている。動力回収機１６の出口部は熱交換器１８の被加熱媒体入口部１８３と接続されている。熱交換器１８の被加熱媒体出口部１８４は加熱室１２の入口部１２１と接続されている。加熱室１２の出口部１２２は圧縮機１４の入口部と接続されている。圧縮機１４の出口部は熱交換器の作動媒体入口部１８１と接続されている。熱交換器１８の作動媒体出口部１８２は排気部Ｂと接続されている。
【００４９】
上記構成を備えた加熱システムＳ３において、吸気部Ａから取り入れられた外気（例えば２０℃）は、動力回収機１６に供給される。動力回収機１６では、導入された加熱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で回収された動力はジェネレータ１７ｂから駆動源１７ａに供給され、圧縮機１４の動力として利用される。動力回収機１６から排出された空気（例えば５℃）は、熱交換器１８に供給される。
【００５０】
熱交換器１８に導入された外気は、作動媒体との熱交換により加熱されて加熱空気（例えば１２０℃）となり、加熱室１２の入口部１２１に供給される。加熱室１２では、供給された加熱空気と加熱対象物１２０との接触により、加熱対象物１２０が加熱され、所望の熱処理、乾燥処理等が実施される。
【００５１】
加熱処理に用いられた後、加熱室１２の出口部１２２から排出された加熱空気（例えば１００℃）は、圧縮機１４に供給される。その後、圧縮機１４で昇温された加熱空気（例えば１３０℃）となって熱交換器１８の作動媒体入口部１８１に供給され、熱交換器１８において外気を加熱する作動媒体として用いられる。熱交換器１８の作動媒体出口部１８２から排出された排気（例えば１５℃）は、排気部Ｂから外部へ排出される。
【００５２】
上記構成を備えた本実施形態の加熱システムＳ３においても、加熱室１２に供給する加熱空気を生成する際に、加熱室１２から排出された加熱空気（排気）であって圧縮機１４により昇温された空気を用いて外気を加熱している。これにより、高いエネルギー効率の加熱システムを実現することができる。
【００５３】
また本実施形態の場合、加熱室１２の前段に動力回収機１６が配置されているため、加熱室１２に供給される加熱空気が大気圧に対して負圧となる。これにより、加熱室１２内での水分除去が容易になるため、乾燥用途に好適な加熱システムとなる。
【００５４】
また圧縮機１４の動力の一部を、排気から回収した動力により賄っており、さらに加熱対象物１２０の加熱に用いる熱の一部を大気から回収して利用している。これらの作用により、さらに高いエネルギー効率を得ることができる。
また加熱システムＳ３においても、取り入れた外気を加熱して加熱空気とし、この加熱空気を加熱室１２内の加熱対象物１２０と直接接触させて加熱処理を実施するので、冷媒フリーを実現でき、地球環境への負荷の軽減に有利である。
【００５５】
（第４実施形態）
図４は、本発明の第４実施形態に係る加熱システムＳ４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。
【００５６】
加熱システムＳ４は、図４に示すように、加熱室１２と、圧縮機１４と、動力回収機１６と、駆動源１７と、第１の熱交換器１８と、第２の熱交換器１９と、媒体分岐部２０と、制御装置７０と、を備えている。第２の熱交換器１９は、被加熱媒体流路１９ａ（吸熱部）と作動媒体流路１９ｂ（放熱部）とを有する。制御装置７０はシステム全体を統括的に制御する。
【００５７】
加熱システムＳ４において、吸気部Ａに熱交換器１８の被加熱媒体入口部１８３が接続され、熱交換器１８の被加熱媒体出口部１８４は、加熱室１２の入口部１２１と接続されている。加熱室１２の出口部１２２は媒体分岐部２０の入口部に接続されている。
【００５８】
媒体分岐部２０は、入口部から導入された作動媒体を２つの出口部に振り分けて出力する機能と、上記２つの出口部のうちのいずれか一方の出口部にのみ作動媒体を出力する機能とを具備している。媒体分岐部２０の２つの出口部のうち一方の出口部は第２の熱交換器１９の作動媒体入口部１９１に接続されている。媒体分岐部２０の他方の出口部は、第２の熱交換器１９の被加熱媒体出口部１９４とともに圧縮機１４の入口部とに接続されている。
【００５９】
第２の熱交換器１９の作動媒体出口部１９２は排気部Ｃに接続され、被加熱媒体入口部１９３は吸気部Ｄに接続されている。つまり、第２の熱交換器１９は、媒体分岐部２０を介して供給される加熱空気（加熱室１２の排気）を作動媒体として用いて、吸気部Ｄから取り入れた外気を加熱し、生成した加熱空気を圧縮機１４に供給するものである。
【００６０】
圧縮機１４の出口部は第１の熱交換器１８の作動媒体入口部１８１に接続されている。第１の熱交換器１８の作動媒体出口部１８２は動力回収機１６の入口部と接続されている。動力回収機１６の出口部は排気部Ｂと接続されている。
【００６１】
次に、以上の構成を備えた加熱システムＳ４の動作について説明する。
まず、媒体分岐部２０が加熱室１２から排出された加熱空気を全て第２の熱交換器１９へ供給するように設定されている場合について説明する。
【００６２】
加熱システムＳ４において、吸気部Ａから取り入れられた外気（例えば２０℃）は、熱交換器１８の被加熱媒体入口部１８３に供給される。熱交換器１８に導入された外気は、作動媒体との熱交換により加熱されて加熱空気（例えば１２０℃）となり、加熱室１２に供給される。加熱室１２では、供給された加熱空気と加熱対象物１２０との接触により、加熱対象物１２０が加熱され、所望の熱処理、乾燥処理等が実施される。
【００６３】
加熱処理に用いられた後、加熱室１２の出口部１２２から排出された加熱空気（例えば１００℃）は、媒体分岐部２０に供給される。このとき、媒体分岐部２０は、内部を流通する加熱空気を全て第２の熱交換器１９に供給する設定であるから、加熱室１２から排出された加熱空気は、全て第２の熱交換器１９に供給される。
【００６４】
第２の熱交換器１９では、吸気部Ｄから取り入れた外気を被加熱媒体流路１９ａに流通させるとともに、上記の加熱空気を作動媒体流路１９ｂに流通させることで、上記の外気（例えば２０℃）を加熱して加熱空気（例えば９０℃）とし、被加熱媒体出口部１９４から圧縮機１４に供給する。作動媒体として用いられた加熱空気は、例えば３０℃に冷却されて排気部Ｃから外部へ排出される。
【００６５】
第２の熱交換器１９から圧縮機１４に供給された加熱空気（例えば９０℃）は、圧縮機１４で圧縮され昇温された加熱空気（例えば１３０℃）となる。この加熱空気は、第１の熱交換器１８の作動媒体入口部１８１に供給され、熱交換器１８において外気を加熱する作動媒体として用いられる。熱交換器１８の作動媒体出口部１８２から排出された加熱空気（例えば３０℃）は、動力回収機１６に供給される。
【００６６】
動力回収機１６では、導入された加熱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で回収された動力は駆動源１７に供給され、圧縮機１４の動力として利用される。動力回収機１６から排出された空気（例えば１０℃）は、排気部Ｂから外部へ排出される。
【００６７】
一方、媒体分岐部２０が、内部を流通する媒体を２つの出口部に振り分けて出力するように設定されている場合、加熱室１２から排出された加熱空気は、その一部のみが第２の熱交換器１９に供給され、残部は圧縮機１４へ供給される。
【００６８】
第２の熱交換器１９の動作は先の説明と同様であり、媒体分岐部２０から供給される加熱空気（例えば１００℃）と、吸気部Ｄから供給された外気（例えば２０℃）との熱交換により外気を加熱して加熱空気（例えば９０℃）を生成し、被加熱媒体出口部１９４から圧縮機１４に供給する。
【００６９】
ここで本実施形態では、媒体分岐部２０から圧縮機１４に対して、加熱室１２の排気の一部である加熱空気（１００℃）が直接供給されているため、第２の熱交換器１９から排出される加熱空気は、加熱室１２の排気の一部と合流して圧縮機１４に導入される。
その後、第１の熱交換器１８において外気の加熱に用いられ、動力回収機１６で動力回収に供された後、排気部Ｂから外部へ排出される。
【００７０】
次に、本実施形態の加熱システムＳ４についてＣＯＰを試算する。本実施形態の場合にも、先に記載の式（１）を適用することができ、作動媒体が空気であり、流量、比熱も一定であるから、加熱室１２、圧縮機１４、及び動力回収機１６における前後の温度差からＣＯＰを試算することができる。具体的に、図４に示した各部の温度を用いると、本実施形態の加熱システムＳ４では、以下の式（３）に示すように、ＣＯＰは５であり、高いＣＯＰを達成することができる。
【００７１】
【数３】
0005594129.tif 000004
【００７２】
以上詳細に説明したように、本実施形態の加熱システムＳ４においても、加熱室１２に供給する加熱空気を生成する際に、加熱室１２から排出された加熱空気（排気）又は当該加熱空気との熱交換により加熱された外気であって、圧縮機１４により昇温された空気を用いて、吸気部Ａから取り入れた外気を加熱している。これにより、高いエネルギー効率の加熱システムを実現することができる。
【００７３】
また本実施形態の場合、第２の熱交換器１９において、加熱室１２の排気の一部又は全部を、新たに外気を加熱して生成した加熱空気と入れ替えている。加熱室１２からの排気は、加熱対象物１２０の種類によっては多くの水分や水分以外の汚染物質を含んだ状態で排出される場合がある。このような場合に、本実施形態の構成を採用すれば、上記の水分や汚染物質が圧縮機１４に流入するのを回避あるいは低減することができる。これにより、圧縮機１４の故障を未然に防ぐことができ、加熱システムの信頼性を向上させることができる。
【００７４】
また本実施形態においても、圧縮機１４の動力の一部を、排気から回収した動力により賄っており、さらに加熱対象物１２０の加熱に用いる熱の一部を大気から回収して利用している。これらの作用により、さらに高いエネルギー効率を得ることができる。また、取り入れた外気を加熱して加熱空気とし、この加熱空気を加熱室１２内の加熱対象物１２０と直接接触させて加熱処理を実施するので、冷媒フリーを実現でき、地球環境への負荷の軽減に有利である。
【００７５】
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。
【符号の説明】
【００７６】
Ａ，Ｄ…吸気部、Ｂ，Ｃ…排気部、１２…加熱室、１４…圧縮機、１６…動力回収機、１８…熱交換器、１９…第２の熱交換器、２０…媒体分岐部、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４…加熱システム（産業用加熱システム）、１２１…入口部、１２２…出口部、１８１，１９１…作動媒体入口部、１８２，１９２…作動媒体出口部、１８３，１９３…被加熱媒体入口部、１８４，１９４…被加熱媒体出口部
【図１】
0005594129.tif 000005
【図２】
0005594129.tif 000006
【図３】
0005594129.tif 000007
【図４】
0005594129.tif 000008