(57)【要約】温度勾配に基づく熱回収オーブンシステムは：シーケンス内に配置された複数のチャンバであって、シーケンスにまたがる温度勾配配置にしたがって様々な温度で動作するように構成された、複数のチャンバと；温度勾配配置にしたがって熱処理のためにシーケンス内の複数のチャンバを通じて生成物を搬送するように構成されたコンベヤと；複数の温度分離熱交換器システムであって、各々が、熱交換器と、温度勾配配置の温度に基づくチャンバのうちの少なくとも１つへの導管と、少なくとも１つのチャンバから熱交換器への戻り導管と、を含む、複数の温度分離熱交換器システムと、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度勾配に基づく熱回収オーブンシステムであって、
前記熱回収オーブンシステムは、
シーケンス内に配置された複数のチャンバであって、前記シーケンスにまたがる温度勾配配置にしたがって様々な温度で動作するように構成された、複数のチャンバと、
前記温度勾配配置にしたがって熱処理のために前記シーケンス内の前記複数のチャンバを通じて生成物を搬送するように構成されたコンベヤと、
複数の温度分離熱交換器システムであって、各々が、熱交換器、前記温度勾配配置の温度に基づく前記チャンバのうちの少なくとも１つへの導管、及び、前記チャンバのうちの少なくとも１つから前記熱交換器への戻り導管を含む、複数の温度分離熱交換器システムと、を備える熱回収オーブンシステム。
【請求項２】
前記温度勾配配置は、前記シーケンスの開始から温度を上昇させ、前記シーケンスの終わりに向かって温度を低下させることを備える、請求項１に記載の熱回収オーブンシステム。
【請求項３】
前記熱回収オーブンシステムは、前記温度分離熱交換器の少なくともいくつかが周囲空気を受け取るように開放されている、請求項１に記載の熱回収オーブンシステム。
【請求項４】
前記温度分離熱交換器システムの各々は、その温度が該温度分離熱交換器システムに対して予め規定された温度範囲内にあるチャンバのうちのいずれか１つが対応する熱交換器に割り当てられるように構成されている、請求項１に記載の熱回収オーブンシステム。
【請求項５】
前記温度範囲は前記温度勾配配置全体にわたって等間隔に分けられている、請求項４に記載の熱回収オーブンシステム。
【請求項６】
温度範囲が高い方が、少なくとも１つの別の低い温度範囲よりも狭い、請求項４に記載の熱回収オーブンシステム。
【請求項７】
前記温度分離熱交換器システムの各々は、前記導管内にヒータをさらに含む、請求項１に記載の熱回収オーブンシステム。
【請求項８】
ヒートポンプをさらに備え、前記温度分離交換器システムの各々のヒータは前記ヒートポンプによって駆動される、請求項７に記載の熱回収オーブンシステム。
【請求項９】
複数のヒートポンプをさらに備え、前記温度分離交換器システムのうちのいくつかのヒータは第１のヒートポンプによって駆動され、前記温度分離交換器システムのうちの他のもののヒータは第２のヒートポンプによって駆動される、請求項７に記載の熱回収オーブンシステム。
【請求項１０】
対応するヒートポンプに関する前記ヒータの温度分離は、前記温度分離熱交換器に関する前記チャンバの温度分離とは異なる、請求項９に記載の熱回収オーブンシステム。
【請求項１１】
前記複数のヒートポンプは、前記温度勾配配置に応じて異なるタイプのものである、請求項９に記載の熱回収オーブンシステム。
【請求項１２】
第１の熱交換器が第１の温度分離熱交換器システムに含まれ、
第２の熱交換器が第２の温度分離交換器システムに含まれ、
前記第１の熱交換器に流入する周囲の流入空気は、前記第２の熱交換器に流入する周囲空気よりも高い温度に加熱される、請求項１に記載の熱回収オーブンシステム。
【請求項１３】
前記温度分離熱交換器は、前記温度勾配配置に応じて異なるタイプのものである、請求項１に記載の熱回収オーブンシステム。
【請求項１４】
温度勾配に基づいてオーブンシステム内の熱を回収する方法であって、
方法は、
シーケンスにまたがる温度勾配配置にしたがって前記シーケンス内に複数のチャンバを設定するステップであって、コンベヤは、前記温度勾配配置に応じた熱処理のために前記シーケンス内の前記複数のチャンバを通じて生成物を搬送するように構成されている、ステップと、
前記オーブンシステム用に複数の熱交換器を配置するステップと、
前記温度勾配配置に基づいて前記熱交換器に関して前記チャンバをグループ化するステップと、を含む方法。
【請求項１５】
前記熱交換器から前記それぞれのチャンバにつながる導管内に位置する複数のヒータを駆動するように複数のヒートポンプを設定するステップと、
前記温度勾配配置に基づいて前記ヒートポンプに関して前記ヒータをグループ化するステップと、をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ヒータをグループ化するステップは、前記チャンバをグループ化するステップとは異なる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記温度勾配配置は、前記シーケンスの開始から温度を上昇させるステップと、前記シーケンスの終わりに向かって温度を低下させるステップと、を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記熱交換器の少なくともいくつかが周囲空気を受け取るように、オープンシステムとして前記オーブンシステムを動作させるステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
温度範囲に基づいてチャンバに熱交換器を割り当てるステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記温度範囲は、前記温度勾配配置全体にわたって等間隔に分けられる、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本明細書は、２０１５年１２月２３日に出願された「熱回収温度勾配型オーブンシステム（ＨＥＡＴ−ＲＥＣＯＶＥＲＩＮＧ  ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ−ＧＲＡＤＩＥＮＴ  ＢＡＳＥＤ  ＯＶＥＮ  ＳＹＳＴＥＭ）」と題される米国仮特許出願第６２／３８７，２４４号明細書と、２０１６年１２月１６日に出願された「熱回収温度勾配型オーブンシステム（ＨＥＡＴ−ＲＥＣＯＶＥＲＩＮＧ  ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ−ＧＲＡＤＩＥＮＴ  ＢＡＳＥＤ  ＯＶＥＮ  ＳＹＳＴＥＭ）」と題される米国特許出願第１５／３８２，４５１号明細書の優先権を主張し、これらはいずれもその全体が参照により本明細書に組み込まれ、すべての目的のために本出願の一部とされる。
【０００２】
［連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載］
非該当。
【０００３】
［コンパクトディスクで提出された資料の参照による援用］
非該当。
【背景技術】
【０００４】
オーブンは、様々なタイプの多くの工業プロセスで使用されている。オーブンの一般的な用途の１つは、製造された部品からの水または溶媒の蒸発などの材料の熱処理のためである。オーブン内の空気はヒータによって加熱され、材料に熱エネルギーを伝達する。蒸発した水または溶媒を除去するために、空気をオーブンの内外に循環させることができる。この循環はまた、熱処理中にエネルギーが本質的に失われるので、オーブン内の空気に熱を加える機会を提供することもできる。しかし、循環はまた、たとえば、加熱された空気が周囲環境に放出される場合など、エネルギー損失源となり得る。この熱損失に対抗するために、さもなければ失われるであろうエネルギーの一部を回復しようとして熱交換器が使用されてきた。
【０００５】
歴史的に、工業規模の熱プロセスは、しばしば比較的安価な化石燃料を動力源としてきた。したがって現在まで、工業用オーブンプロセスにおける熱損失を低減することは重要な優先事項ではなかった。しかしながら、近代的な工場は、しばしば化石燃料にあまり頼らず、あるいは化石燃料を完全に排除し、その代わりに再生可能エネルギー源を使用するように設計されているが、こちらの方が短期的には費用がかかる。したがって、エネルギー効率の高い産業プロセスがますます重要になる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本開示の１つ以上の実施形態にしたがって構築された熱回収オーブンシステムを示すブロック図である。
【０００７】
【図２】本開示の１つ以上の実施形態にしたがって構築された別の熱回収オーブンシステムを示すブロック図である。
【０００８】
【図３】本開示の１つ以上の実施形態にしたがって構築された別の熱回収オーブンシステムを示すブロック図である。
【０００９】
【図４】本開示の１つ以上の実施形態による、温度勾配に基づいてオーブンシステム内の熱を回収する方法を示すフローチャートである。図面の詳細な説明
【００１０】
この文献は、工業的規模でエネルギー効率のよい熱プロセスを提供するためのシステムおよび技術の例を記載している。いくつかの実施態様では、オーブンシステムへの熱エネルギーの送達における熱交換器のより効率的な使用のために、オーブンシステムが設計される。たとえば、複数の熱交換器が使用される場合、異なる温度で動作するオーブンは、より効率的に動作できるようにするために異なる熱交換器にグループ化される。その結果、熱エネルギーの損失が低減される。
【００１１】
図１は、本開示の１つ以上の実施形態にしたがって構築された熱回収オーブンシステム１００（本明細書では「オーブンシステム」と同義に称される）を示すブロック図である。オーブンシステム１００は、熱処理プロセスで使用するように構成された多数のチャンバ１０２Ａ〜１０２Ｉを含む。チャンバは、チャンバ１０２Ａで始まり、この例ではチャンバ１０２Ｉで終わるシーケンスで配置される。シーケンスはいかなる構成も有することができる。いくつかの実施態様では、シーケンスは本質的に直線的である。いくつかの実施態様では、シーケンスは、本質的に弓形または他の湾曲形状を有することができる。たとえば、チャンバは、その端部がチャンバ１０２Ａおよび１０２Ｉにそれぞれ配置された弧状に配置され、残りのチャンバは、それに対してある方向（たとえば、上方または下方）にずらされる。
【００１２】
通路１０４は、一組のチャンバを通って画定される。いくつかの実施態様において、各チャンバ１０２Ａ〜１２０Ｉは、チャンバ１０２Ａ〜１０２Ｉの壁によって画定された加熱空気のための空洞を含む。 具体的には、側壁のいくつかは、熱処理されている材料がチャンバからチャンバへ通過することを可能にする開口部を有することができる。このような開口部は、チャンバ同士の間で本質的に類似し得る。たとえば、通路１０４全体は、１組のチャンバを通る縦方向経路を提供するように、少なくとも部分的に、そのようなチャンバ１０２Ａ〜１０２Ｉおよびそれぞれのチャンバ間開口部によって画定されることが可能である。
【００１３】
オーブンシステム１００は、様々な材料の熱処理のために設計されることが可能である。いくつかの実施態様では、固体または液体材料、またはそれらの組み合わせが、プロセス中のチャンバ１０２Ａ〜１０２Ｉを介して送られることが可能である。たとえば、オーブンシステム１００は、水および／または別の溶媒を蒸発させる材料を乾燥させるために使用され得る。
【００１４】
熱処理の対象となる材料は、様々な形状を有することができ、液体の場合には永久的な形状を有さなくてもよい。ここでは、生成物１０６がチャンバ１０２Ａの内部に概略的に示されている。いくつかの実施態様では、生成物１０６は、その他の構成および／または寸法を有することができる。生成物１０６は、適切な材料に封入されることが可能であり、オーブン空気に直接曝すために覆いを取られてもよい。
【００１５】
オーブンシステムの一部または全部に、コンベヤまたはその他の搬送システムが設けられてもよい。ここでは、コンベヤベルト１０８が端から端までチャンバ１０２Ａ〜１０２Ｉのシーケンスに沿って配置されている。生成物１０６はコンベヤベルト１０８上に載置され、これによりシステム１００はプロセス中に生成物１０６をチャンバからチャンバに移すことができる。この例では、生成物１０６は、本質的に直線的なシーケンスのチャンバ１０２Ａ〜１０２Ｉを介して搬送され、移動方向はチャンバ１０２Ａからチャンバ１０２Ｉに向かうものと仮定する。しかしながら、生成物１０６の搬送／移動の他の構成が使用されることも可能である。
【００１６】
熱処理は、少なくともプロセスの一部において、チャンバの少なくとも１つを別のチャンバの温度とは異なる温度に加熱することを伴う。温度は、処理される特定の生成物１０６および／または実行される熱処理のタイプに依存し得る。説明目的だけのために、この例ではそれぞれのチャンバについておおよその温度が示されている。ここで、チャンバ１０２Ａおよび１０２Ｉは６０℃で標識され、チャンバ１０２Ｂは７０℃で標識され、チャンバ１０２ＣおよびＨは８０℃で標識され、チャンバ１０２Ｄ〜Ｇは１００℃で標識されている。このように、これは、熱処理プロセスのシーケンスを通して温度勾配を伴う配置のチャンバの例である。異なる実施態様において、様々な温度勾配配置が使用可能である。たとえば、ここでは温度勾配配置は、搬送ルートの開始時に温度を上昇させ、次いで、開始および終了の中間のある距離にわたって温度を平坦化し、最後に生成物が直線的シーケンスの末端に近づくにつれて温度を低下させることを伴う。このように、温度勾配配置は、シーケンスの開始から温度を上昇させ、シーケンスの終わりに向かって温度を低下させることを含むことができる。他の実施態様では、温度勾配配置は、２つ以上の局所温度最大値、および／またはより多くの局所温度最小値、またはこれらの組み合わせを伴うことができる。
【００１７】
空気は、本明細書に記載の実施例では、熱伝達媒体として言及されている。しかしながら、他の実施態様では、他の気体または液体のような他の流体が使用されることも可能である。たとえば、チャンバは、熱プロセスにおける材料の液体ベースの熱処理のために構成され得る。
【００１８】
空気は、チャンバのいくつかまたはすべてに供給されることが可能である。ここで、導管１１０は、それぞれのチャンバのための１つの、または単一のエネルギー源として機能することができる流入空気を提供する。同様に、それぞれの戻り導管１１２によって空気がチャンバから除去される。たとえば、チャンバ１０２Ａは、導管１１０Ａを通って空気を受け取り、戻り導管１１２Ａを通って空気を除去する。各導管および対応する戻り導管は、互いに類似していてもよく、あるいは（たとえば、蒸発によって）たとえばチャンバ内に生じる空気の変化に対応するために、何らかの相違を有することもできる。熱処理プロセスに関与する流量および温度のレベルに適した材料で作られたダクトを含むがこれに限定されない、いずれのタイプの導管も使用することができる。
【００１９】
オーブンシステム１００には、１つ以上のヒータが設けられてもよい。いくつかの実施態様では、流入空気を提供する導管１１０の各々に、それぞれのヒータ１１４が設けられる。たとえば、これは電気ヒータ１１４であってもよい。電気ヒータ１１４は、空気がそれぞれのチャンバ１０２に入る前に導管１１０内の空気の温度を上昇させるために使用され得る。このように、２つの例のみを挙げるならば、導管１１０Ａ内のヒータ１１４はチャンバ１０２Ａ内に６０℃の空気を供給するように制御され、その一方で導管１１０Ｂ内の対応するヒータはチャンバ１０２Ｂ内に７０℃の空気を提供するように制御されることが可能である。各ヒータ１１４は、もしあれば、ヒータが送達する熱の量を調節するように制御される。たとえば、中央コントローラは、ヒータ１１４をまとめてまたは個別に調節することができる。ヒータ１１４は、同じタイプのものであってもよいし、２つ以上のヒータタイプ（たとえば、より高い温度を有するべきチャンバのためにより強力なヒータ）が使用されてもよい。
【００２０】
オーブンシステム１００は、複数の熱交換器１１６を含むことができる。たとえば、ここでは３つの熱交換器１１６Ａ〜Ｃが使用されその各々は、以下に説明するように、複数のチャンバの、１つまたは複数の特定の温度専用である。実行されている熱プロセスに適しており、熱処理のタイプに適合する、いずれのタイプの熱交換器１１６も使用可能である。たとえば、空気対空気の熱交換器を使用することができる。熱交換器の各々は、その一方の側（たとえば、チャンバに向かう側）にポート１１８を、およびその別の側（たとえば、チャンバから離れた側）に他のポート１２０を、有する。たとえば、熱交換器１１６Ａでは、ポート１１８Ａは、熱交換器１１６Ａからチャンバ１０２Ａ、１０２Ｂ、および１０２Ｃに向かう出口であり、ポート１１８Ｂは、チャンバ１０２Ａ、１０２Ｂおよび１０２Ｃからの熱交換器１１６への入口である。同様に、ポート１２０Ａは、熱交換器１１６からチャンバから離れた方向（たとえば、周囲）への出口であり、ポート１２０Ｂは、熱交換器１１６への入口である（たとえば、これにより周囲空気または別のソースからの空気を供給する）。また、周囲から空気を引き込み、そこに使用済みの空気を戻すシステムはまた、オープンシステムと称されることもある。対照的に、クローズドシステムは、システム内の空気の循環を提供することができる。
【００２１】
熱交換器１１６を通過する際に、２つの空気ストリームは互いに熱交換される。たとえば、流入空気ストリーム（たとえば、ポート１２０Ｂからポート１１８Ａへの経路内のもの）は、流出空気ストリーム（たとえば、ポート１１８Ｂからポート１２０Ａへの経路内のもの）からのエネルギーの熱伝達によって加熱されることが可能である。すなわち、これにより、たとえば、そのエネルギーの全てを周囲に失うのではなく、オーブンチャンバからの戻り時のエネルギーの回収を可能にすることができる。
【００２２】
オーブンシステムでは、十分な空気の流れを提供するために１つ以上のファンが使用可能である。ファンは、上述した熱交換器の両側のいずれかに、または両側に位置することができる。たとえば、ファンは、一方では入口ポート１２０Ｂを通じて熱交換器１１６Ａ内へ、そして出口ポート１１８Ａを通じて出るように、空気を搬送することができる；同様に、ファンは反対側で入口ポート１１８Ｂを通じて熱交換器１１６Ａ内へ、そして出口ポート１２０Ａを通じて出るように、空気を搬送することができる。
【００２３】
オーブンシステムが、チャンバ１０２Ａ〜１０２Ｉが位置するシーケンスに沿った温度勾配配置を有するという事実は、オーブンチャンバからの戻り時にエネルギー回収を提供するという観点から難題を提起し得る。すなわち、戻り導管１１２は、温度勾配配置を反映する温度範囲（この例では約６０℃から約１００℃）を有する空気ストリームを提供する。これらのストリームのすべてが熱交換の前に一緒に混合する場合、熱交換器の動作はある程度、オーブンシステムの最低温度（この例では６０℃）に向かって適合されなければならない。このように、熱交換器は、より低温のオーブンチャンバが過熱されないように、１００℃のストリームのエネルギーを部分的にのみ利用（すなわち回復）することができる。言い換えると、最も熱い空気ストリームからのいくらかのエネルギーは、そのエネルギーがシステム内で熱的に有用（すなわち、最も熱いオーブンの温度を維持するために）であっても、回収することができなかった。
【００２４】
この不都合は、温度勾配配置に基づいて戻り空気ストリームを選択的にグループ化することによって、低減または解消されることが可能である。いくつかの実施態様では、それぞれのチャンバの個々の温度が、グループ化の仕方の選択を促す。たとえば、マニホールド１２２が使用可能である。いくつかの実施態様では、戻り導管１１２Ａ〜Ｃはマニホールド１２２Ａにグループ化され、戻り導管１１２Ｄ〜Ｇはマニホールド１２２Ｂにグループ化され、戻り導管１１２Ｈ〜Ｉはマニホールド１２２Ｃにグループ化される。たとえば、この配置された空気は、６０〜８０℃の範囲の温度のストリームを、共通マニホールド（１２２Ａまたは１２２Ｃ）内に、１００℃のストリーム（またはその値を含む温度範囲）のストリームを他とは別の共通マニホールド内に戻す。上記以外のグループ化も可能である。
【００２５】
上記の例は、このようなグループ化の利点、すなわち、エネルギーを回収すべき流出空気は、温度の観点からより良く適した流入空気ストリームと対になることを、示している。たとえば、チャンバ１０２Ａ〜Ｃからの戻り空気の場合、熱交換器１１６Ａは当初６０℃より高温ではなかった空気を加熱するために、これを使用する。そのため、６０〜８０℃の戻り空気がこの目的に適している。一方、チャンバ１０２Ｄ〜Ｇからの戻り空気は今や、最終的に１００℃に加熱される空気との熱交換を受ける。このように、戻り空気からの熱は、それ以外の場合ほど浪費されない。むしろ、流入空気をあまりにも高い温度に加熱するという不都合を伴わずに、流入空気と流出空気との間の完全な熱交換を提供することができる。むしろ、これはたとえば、出口ポート１１８Ｃに向かう空気が、チャンバ１０２Ａが作動すべき温度よりも高い熱交換器１１６Ｂ内の温度に加熱されることを、可能にする。すなわち、チャンバ１０２Ａはここでは６０℃であるので、熱交換器１１６Ａを出る空気は、出口ポート１１８Ａに到達するときにはその温度以下でなければならない。
【００２６】
このように、温度勾配配置システムに基づいて各熱交換器に関してチャンバのうちの２つ以上をグループ化することにより、オーブンシステム全体がより多くの熱エネルギーを回収し、より効率的に動作することが可能になる。グループまたはグループ化という用語は、ここでは、１つ以上の構成要素（たとえば、それ自体の熱交換器を有する場合、１つのチャンバをグループとすることができる）を指すために使用される。
【００２７】
グループ化は、複数の異なる方法のいずれかで行われることが可能である。たとえば、ほぼ同じ温度で動作すべきチャンバは、たとえば６０℃の全てのチャンバが１つの熱交換器に属し、全ての８０℃のチャンバが別の熱交換器にグループ化されるように、互いにグループ化されることが可能である。個々の温度について複数の異なるこのようなグループが存在し得る（たとえば、６０℃のチャンバのそれぞれのグループに２つの熱交換器）。別の例として、その温度が温度範囲内にあるチャンバは、対応する熱交換器に割り当てられてもよい。たとえば、熱交換器は、そのうちの１つ以上が６０〜８０℃の範囲のチャンバを扱い、一方では少なくとも１つの他の熱交換器が８０〜１００℃の範囲のチャンバを扱うように、分離されることが可能である。このような温度または温度範囲は、特定の実施態様に応じて選択されることが可能である。たとえば、温度範囲は、温度勾配配置全体にわたって等間隔に分けられてもよい（たとえば、各範囲が２０℃間隔をカバーする）。別の例として、１つの温度範囲は、より低い別の温度範囲よりも狭くてもよい（たとえば、最も高い範囲は約１００℃のチャンバのみを含むが、より低い範囲はより広い）。
【００２８】
このように、オーブンシステム１００は、熱回収が温度勾配に基づくオーブンシステムの一例である。すなわち、チャンバ１０２Ａ〜Ｉは、通路１０４に対応するシーケンスで配置され、シーケンスにまたがる温度勾配配置にしたがって様々な温度で動作するように構成される。コンベヤベルト１０８は、熱処理プロセスの一部として、シーケンス内の複数のチャンバを通じて生成物１０６を搬送するように構成されている。したがって、熱処理は温度勾配配置に応じて行われる。複数の熱交換器システムもまた、温度に応じて分離される。すなわち、熱交換器１１６は、それぞれのチャンバへの導管１１０およびそれらからの戻り導管１１２を有する。熱交換器／チャンバのペア化、またはそれぞれの熱交換器のチャンバのグループ化は、温度勾配配置におけるチャンバの温度に基づいている。
【００２９】
熱交換器１１６は、全て同じタイプのものでよい。しかし、いくつかの実施態様では、２つ以上の異なるタイプの熱交換器が使用されてもよい。たとえばこれは、特定のタイプの熱交換器が、たとえばより高温の空気ストリームに使用され、一方で異なるタイプが低温の空気ストリームに使用されることを、提供することができる。
【００３０】
図２は、本開示の１つ以上の実施形態にしたがって構築された別の熱回収オーブンシステム２００を示すブロック図である。このオーブンシステム２００のいくつかの局面は、この例の熱交換器システムの各々がそれに対してグループ化された３つのチャンバを有し、チャンバが異なる温度を有してもよいことを除いて、上記のオーブンシステム１００のものと類似または同一であり得る。このように、オーブンシステム２００は、温度勾配配置で編成されたオーブンチャンバのシーケンスを通じて材料を搬送することによって材料の熱処理を行うようにも設計されている。
【００３１】
ここで、オーブンシステム２００は、熱交換器システムのそれぞれの導管内に載置された個々のヒータ２０４に熱を供給するように構成されたヒートポンプ２０２を含む。ヒートポンプは、ここでは熱源入口２０６（たとえば、２０℃の液体）に対応する熱源から熱エネルギーを抽出し、その熱を、ここではヒートシンク入口２０８に流れる流体に対応するが、ヒートシンク内に送達することによって、これを行う。流体が個々のヒータを通過した後、流体はヒートシンク出口２１０を介してヒートポンプに戻ることができる。個々のヒータは、たとえば、いくつかのチャンバが他のチャンバよりも熱くなるように、結果的なチャンバ温度を制御するように調節されることが可能である。また、ヒートポンプ２０２の反対側では、より低温の液体（たとえば、１５℃）が、そのエネルギーの一部を失った後に熱源出口を通ってヒートポンプ２０２を出る。このように、オーブンシステム２００は、温度勾配配置にしたがってグループ化されたチャンバ用の各ヒータがすべて共通のヒートポンプによって駆動される例を示す。
【００３２】
図３は、本開示の１つ以上の実施形態にしたがって構築された別の熱回収オーブンシステム３００を示すブロック図である。このオーブンシステム３００のいくつかの局面は、オーブンシステム３００が少なくとも２つのヒートポンプ３０２および３０４を使用することを除いて、上述したオーブンシステム２００のものと類似または同一であり得る。たとえば、ヒートポンプ３０２は中温ヒートポンプとして特徴付けることができ、ヒートポンプ３０４は高温ヒートポンプとして特徴付けることができる。いくつかの実施態様では、ヒートポンプ３０２および３０４は同じタイプのものである。しかしながら、他の実施態様では、これらは異なるタイプのものであってもよい。たとえばこれは、特定のタイプのヒートポンプが、たとえば、より高温のチャンバに使用され、一方で異なるタイプが低温のチャンバに使用されることを、提供することができる。
【００３３】
ヒートポンプ３０２および３０４は、互いに同じまたは異なる熱源に基づいて動作することができる。ここでたとえば、ヒートポンプ３０２および３０４の両方には２０℃の液体が供給され、これはそれぞれのヒートポンプで１５℃に冷却される。また、ヒートシンク側では、一部のチャンバ用の導管内のヒータ３０６にはヒートポンプ３０２からの加熱流体が供給され、一方で他のチャンバ用のヒータ３０８には他のヒートポンプ３０４からの加熱流体が供給される。したがって、システムは、複数のヒートポンプループ、ここでは低温ループ３１０および高温ループ３１２に分解されることが可能である。このように、システム３００は、複数のヒートポンプが、熱交換器から温度勾配配置を有するオーブンシステムのそれぞれのチャンバに通じる導管内に位置する複数のヒータを駆動するように設定された例であり、ヒータは温度勾配配置に基づいてヒートポンプに関してグループ化されている。
【００３４】
すなわち、本実施例は、温度に基づいてチャンバに関して分離された熱交換器と、温度に基づいてヒートポンプに関して分離されたヒータとを含む。また、ヒートポンプに関するヒータの温度分離は、熱交換器に関するチャンバの温度分離と同じであっても異なっていてもよい。たとえば、６０〜８０℃の温度の全てのチャンバは、ここでは低温ループ３１０内にあり、一方でこれらは個別の熱交換器システムの下にグループ化されている。一方、１００℃の温度の全てのチャンバは、ここでは高温ループ３１２内にあり、また同じ熱交換器システムの下にグループ化されている。
【００３５】
図４は、本開示の１つ以上の実施形態による、温度勾配に基づいてオーブンシステム内の熱を回収する方法を示すフローチャートである。動作４００は、シーケンスにまたがる温度勾配配置にしたがってシーケンス内に複数のチャンバを設定することから始まる（ステップ４０２）。動作４００は引き続き、温度勾配配置にしたがって熱処理するために、シーケンス内の複数のチャンバを通って生成物を搬送するコンベヤを構成する（ステップ４０４）。次に、動作４００は、オーブンシステム用の複数の熱交換器を配置するステップと（ステップ４０６）、次いで、温度勾配配置に基づいて熱交換器に関してチャンバをグループ化するステップと（ステップ４０８）、を含む。動作４００は、熱処理のためにシーケンス内の複数のチャンバを通って生成物を搬送することで終了する（ステップ４１０）。
【００３６】
図４の動作４００は、熱交換器からそれぞれのチャンバにつながる導管内に位置する複数のヒータを駆動するように複数のヒートポンプを設定するステップと、温度勾配配置に基づいてヒートポンプに関してヒータをグループ化するステップと、をさらに含んでもよい。このような場合、ヒータのグループ化は、チャンバのグループ化とは異なることがある。
【００３７】
さらに、温度勾配配置は、シーケンスの開始から温度を上昇させ、シーケンスの終わりに向かって温度を低下させるステップを含んでもよい。方法は、熱交換器の少なくともいくつかが周囲空気を受け取るように、オープンシステムとして熱回収オーブンシステムを動作させるステップをさらに含んでもよい。方法はまた、温度範囲に基づいてチャンバに熱交換器を割り当てるステップを含んでもよい。このような場合、温度範囲は、温度勾配配置全体にわたって等間隔に分けられてもよい。その他の場合には、温度範囲は等間隔に分けられなくてもよい。
【００３８】
上記の明細書では、特定の実施形態を参照して本発明を説明してきた。しかしながら、当業者によって理解されるように、本明細書で開示された様々な実施形態は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、様々な他の方法で修正または実施することができる。したがって、この説明は例示的と見なされるべきであり、開示されるシステム、方法、およびコンピュータプログラム製品の様々な実施形態を作成および使用する方法を当業者に教示することを目的とするものである。本明細書に示され記載される開示の形態は、代表的な実施形態として解釈されるべきであることを理解されたい。同等の要素、材料、プロセス、またはステップは、本明細書で代表的に図示および記載されたものと置き換えられてもよい。また、本開示の特定の特徴は、本開示のこの説明の利益を受けた後に当業者には明らかとなるように、他の特徴の使用とは独立して利用されてもよい。
【００３９】
本明細書に記載されるオーブンの制御は、ソフトウェアおよびファームウェア命令を使用して、たとえば１つ以上のプロセッサなど、エレクトロニクスを介して実施されてもよい。「プロセッサ」は、データ、信号またはその他の情報を処理するいずれのハードウェアシステム、ハードウェアメカニズムまたはハードウェアコンポーネントも含む。プロセッサは、中央処理装置、複数の処理装置、機能を実現するための専用回路、または他のシステムを有するシステムを含むことができる。いくつかの実施形態は、１つ以上のデジタルコンピュータまたはプロセッサ内のソフトウェアプログラミングまたはコードを使用して、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブルロジックデバイス、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、光学、化学、生物、量子、またはナノ工学システム、コンポーネント、および機構を使用して、実施されてもよい。本明細書において代表的に提供される開示および教示に基づいて、当業者は、本開示を実施する他のやり方または方法を理解するであろう。
【００４０】
本明細書で使用される場合、用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｓ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」またはこれらの文脈上の変形は、非排他的な包含を含むことを意図する。たとえば、要素のリストを含むプロセス、製品、物品、または装置は、必ずしもこれらの要素だけに限定されるものではなく、明示的に列挙されていない、またはこのようなプロセス、製品、物品、または装置に固有のその他の要素を含んでもよい。さらに、反対のことが明示的に述べられていない限り、「または」は包括的であることまたは／および排他的ではないことを意味する。たとえば、条件「ＡまたはＢ」は、以下のいずれかによって満たされる。Ａが真（または存在）かつＢが偽（または存在しない）、Ａが偽（または存在しない）かつＢが真（または存在）、ＡおよびＢの両方が真（または存在）。
【００４１】
また、図面／図に示された要素のうちの１つ以上は、特定の用途に有用であるように、より分割または統合された方法で実施されてもよく、または特定の場合には省略または動作不能として除去されることも可能である。加えて、図面／図におけるいかなる信号矢印も、別途明確に記載しない限り、限定的ではなく例示的なものとしてのみ見なされるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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