(57)【要約】  乾燥室（１）を有し、その中で対象が熱い空気にさらされる、対象を乾燥させるために使用されるシステムに関する発明は、それ自体知られている。熱い空気として、高温燃料電池（１０）からの排気が使用され、それが直接乾燥室（１）内へ導入される。高温燃料電池（１０）は、乾燥プロセスのために必要とされる熱エネルギに従って駆動され、その場合に電気エネルギはその余剰に従って蓄積され、かつ高温燃料電池（１０）をコントロールする場合に無視される、その場合に前記電気エネルギのために電気的負荷をいつでも見出すことができる。対象を乾燥させるための、本発明システムおよび方法は、比較的安価であって、非常に高いエネルギ利用率を有している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）少なくとも１つの部分を有し、その部分内で対象が熱い空気にさらされる、乾燥室と；
ｂ）乾燥室内へ導入された熱い空気を加熱する、加熱装置と；
を有する、対象を乾燥させるシステムにおいて、
ｃ）加熱装置が、少なくとも１つの高温燃料電池（１０）を有しており、そのプロセス排気が乾燥室（１）へ熱い空気として供給可能であって；
ｄ）制御装置が設けられており、前記制御装置が、
ｄａ）高温燃料電池（１０）を、それによって発生される電気エネルギにかかわらず、それによって発生される熱エネルギが乾燥室（１）内の需要に相当するように、駆動し；
ｄｂ）高温燃料電池（１０）によって発生される電気エネルギをそれぞれ生じる量において他の電気的負荷に供給する、
ことを特徴とする、対象を乾燥させるシステム。
【請求項２】
制御装置が、高温燃料電池（１０）の電気エネルギを、第１にシステム自体に属する電気的負荷（６、１２、１５）のために、そして第２にシステムの外部にある電気的負荷のために使用することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
制御装置が、高温燃料電池（１０）の電気エネルギを、システム自体の内部で、第１に熱発生に用いられる電気的負荷（６）のため、たとえば赤外線放射器のために、第２に、他の電気的負荷、たとえば電気的駆動装置のために使用することを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
制御装置が、高温燃料電池（１０）の余分の、システム自体内で消費されない電気エネルギを、第１にエネルギ貯蔵器へ、第２に一般的な電気系統へ供給することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項５】
再生的再燃焼装置（１１）が設けられており、前記再燃焼装置に、乾燥室（１）から取り出された炭化水素を含む空気が浄化のために供給されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項６】
熱交換器（１４）が設けられており、その中で再生的再燃焼装置（１１）から取り出された熱い空気と外の雰囲気から取り出された、乾燥室（１）へ供給される空気との間で熱交換が行われることを特徴とする請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
対象を乾燥させる方法であって、同方法において空気が加熱され、対象が加熱された空気を供給される、前記方法において、
ａ）熱い空気として、高温燃料電池（１０）のプロセス排気が使用され；
ｂ）高温燃料電池（１０）が、その際に発生される電気エネルギにかかわらず、乾燥プロセスのための熱エネルギの需要に応じて駆動され；
ｃ）高温燃料電池（１０）によって発生される電気エネルギが、それぞれ生じる量において電気的負荷へ供給される、
ことを特徴とする、対象を乾燥させる方法。
【請求項８】
高温燃料電池（１０）の電気エネルギが、第１に、システム自体に属する電気的負荷（６、１２、１５）のために、第２に、システムの外部にある電気的負荷のために使用されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
高温燃料電池（１０）の電気エネルギが、システム自体の内部で、第１に、熱発生のために用いられる電気的負荷のため、たとえば赤外線放射器のために、第２に、他の電気的負荷、たとえば電気的駆動装置のために使用されることを特徴とする請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
高温燃料電池（１０）の余分の、システム自体内で消費されない電気エネルギが、第１に、エネルギ貯蔵装置に、第２に一般的な電気系統に供給されることを特徴とする請求項７から９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
乾燥の際に発生する炭化水素を含む空気が再生的に再燃焼されることを特徴とする請求項７から１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
再燃焼によって加熱された空気が、外部雰囲気から取り出されて乾燥プロセスへ供給される空気の加熱のために使用されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
燃料電池（１０）の駆動温度に達した後に、可燃性ガスが少なくとも部分的に、燃料電池（１０）自体から供給される電気エネルギによって加熱されることを特徴とする請求項７から１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
高温燃料電池（１０）のプロセス排気が、乾燥室（１）内で不活性雰囲気を形成することを特徴とする請求項７から１３のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ａ）少なくとも１つの部分を有し、その中で対象が熱い空気にさらされる、乾燥室と；ｂ）乾燥室内へ導入される空気を加熱する加熱装置とを有する、対象を乾燥させるシステムおよび
空気が加熱されて、加熱された空気が対象に供給される、対象を乾燥させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境の理由からもコストの理由からも、対象を乾燥させる際のエネルギの取扱いに注意が払われることが多くなってきている。特に、たとえば車両ボディのような、大型の塗装された対象を乾燥させる場合には、著しいエネルギ量を使用しなければならないので、エネルギの節約が著しいコスト削減をもたらす。
【０００３】
特に新しく塗装された車両ボディを乾燥させるために使用されるような、冒頭で挙げた種類の既知の乾燥器においては、乾燥空気のための加熱装置として、熱による再燃焼装置が使用される。この熱による再燃焼装置は、乾燥室から取り出される、炭化水素を含む空気から燃焼によりそのエネルギ含有量を引出し、同時にその空気を浄化する限りにおいてすでに、エネルギ節約に寄与している。
【０００４】
しかし一般に、乾燥室の排気のエネルギ含有量では、完全に浄化するために必要な燃焼温度を達成するには、十分ではない。従って廃棄すべき乾燥器排気流は、乾燥器排気内に含まれる有機成分を完全に酸化させるのに必要な温度に加熱されなければならない。そのためには、それに応じた燃料が供給される。熱による再燃焼装置を出た熱い空気は、その熱エネルギの一部を乾燥室内を循環する空気へ引き渡すことによって、１つまたは複数の熱交換器へ供給される。熱による再燃焼装置の燃焼空気を乾燥室内へ直接導入することは避けるべきである、というのは排気内に残存している、あるいは、生じる異物が塗装表面の品質を損なうからであり、これは不適切な温度制御装置に起因している。熱による再燃焼装置からもたらされて、１つまたは複数の熱交換器内で冷却された空気は、その後、乾燥室の内部を支配している温度とあまり甚だしくは違わない温度で熱気路へ案内される。１６０℃の値が、代表的である。
【０００５】
この既知の乾燥器によってすでに著しいエネルギ節約が達成されるが、エネルギを節約するさらなる可能性が求められている。さらに、上述した理由から使用されなければならない熱交換器は、比較的高価でかつ複雑である。
【発明の開示】
【０００６】
本発明の課題は、わずかな装置的費用において一次エネルギのより少ない使用で乾燥させることのできる、冒頭で挙げた種類の装置と方法を提供することである。
【０００７】
この課題は、装置に関しては、
ｃ）加熱装置が少なくとも１つの高温燃料電池を有しており、そのプロセス排気が熱い空気として乾燥室へ供給可能であって；
ｄ）制御装置が設けられており、前記制御装置が、
ｄａ）高温燃料電池を、それによって発生される電気エネルギにかかわらず、それによって発生される熱エネルギが乾燥室内の需要に相当するように駆動し；
ｄｂ）高温燃料電池によって発生される電気エネルギが、それぞれ生じる量において他の負荷へ供給される、
ことによって解決される。
【０００８】
高温燃料電池内で２種類のエネルギ、すなわち電気エネルギと熱エネルギが発生することは、知られている。同様に、２種類のエネルギが使用できる場合に、一次エネルギの利用度が９０％までに達することがあることも、知られている。これまでは、もちろん高温燃料電池は、第１に、可能な限り多くの電気エネルギを発生させることを考えて、使用されてきた；その場合に必然的に生じる熱エネルギについては、適切な負荷が探された。この種の負荷が存在しないところでは、熱エネルギは失われてしまっていた。
【０００９】
本発明によれば、高温燃料電池を駆動する、この既知のコンセプトが逆にされる；
乾燥器において使用する場合に、燃料電池は、第１に、乾燥空気を加熱するために熱エネルギを供給する、加熱装置と考えられる。したがって、高温燃料電池は、乾燥室内の熱エネルギの需要に応じて駆動される。その場合には、まず、これに関連してどれだけ多くの電気エネルギが付随して発生するか、は重要ではない。この電気エネルギについては、常にこの電気エネルギを供給可能な負荷が見つかる、という原理が当てはまる。これは、電気エネルギが、熱エネルギよりも多様に使用することのできる、高価値のエネルギ形態であるので、それだけ容易になる。
【００１０】
発生する電気エネルギを使用するために、好ましくは、以下の考え方が適用される：
制御装置は、高温燃料電池の電気エネルギを、第１に、システム自体に属する電気的負荷のために使用し、第２にシステムの外部にある電気的負荷のために使用する。このようにして、システムは電気エネルギに関してはほぼ自給自足となる。乾燥室内の熱エネルギの需要は、極めて大きくなる可能性があるので、多くの場合に、システム自体の内部の負荷が取り出すことができるより多くの電気エネルギが発生される。その場合に初めてこの余分なエネルギが、システム自体の外部へ搬出される。
【００１１】
高温燃料電池から発生される熱エネルギが、特にシステムの始動の際に十分でない場合には、電気系統から追加給電されなければならない。
【００１２】
システム自体の内部で、高温燃料電池の電気エネルギは、第１に、熱発生のために用いられる電気的負荷のため、たとえば赤外線放射器のために使用され、第２に初めて他の電気的負荷、たとえば、電気的駆動装置のために使用される。
【００１３】
この原理は、本発明に基づいて高温燃料電池が熱エネルギのソースとして使用される、ということも反映している。従って電気エネルギが過剰である限り、それは乾燥すべき対象を加熱するために使用することができ、それがまた加熱された空気の需要を減少させる。燃料電池は、システム全体のできる限り自足した駆動が望まれる場合に、全体としてより少ないパワーで駆動することができる。
【００１４】
システムの、熱発生のために用いられる電気的負荷の給電後も、まだ電気エネルギが余っている場合には、それはできるだけシステム自体の内部の電気的負荷のために、従ってたとえば使用される送風機または移送装置用のモータのために使用される。
【００１５】
システム自体の内部の電気エネルギが消費できない場合に初めて、本発明に基づくシステムの好ましい実施形態においては、余分なエネルギは、第１に、エネルギ蓄積装置へ供給され、第２に、一般的な電気系統へ供給される。エネルギ蓄積装置として、バッテリも、水素を発生させるための電解装置も考えられる。エネルギ蓄積装置が、システムの自給自足性を向上させる。というのは、高温燃料電池の電気的および／または熱的エネルギが十分でない段階において、そのエネルギ蓄積装置からエネルギを取り出すことができるからである。
【００１６】
冒頭で挙げた種類の既知のシステムにおいては、すでに説明したように、必要とされる著しいエネルギ量を獲得し、同時に乾燥器排気を浄化するために、熱による再燃焼装置が使用されていた。本発明に基づくシステムにおいては、加熱された乾燥器空気はいずれにせよ圧倒的な割合で高温燃料電池に基づいているので、乾燥室を出る炭化水素を含む空気を浄化するために、再生的な再燃焼装置を設けることができる。その再燃焼装置は、熱による再燃焼装置よりも少ないエネルギ消費で浄化プロセスを実施する。その場合に自由になる余分な熱エネルギは、乾燥器を駆動するのに十分ではない。
【００１７】
それにもかかわらず、本発明の他の好ましい実施形態によれば、熱交換器を設け、その中で再生的な再燃焼装置から取り出された熱い空気と外部雰囲気から取り出されて乾燥室へ供給される空気との間で熱交換が行われると、有意義であろう。従ってこの熱交換器内で、再生的な再燃焼装置を出た、まだ低い温度しか持たないガスから、さらに熱が取り出されて、それが乾燥室の内部の利用に供給される。
【００１８】
上述した課題は、対象を乾燥させる方法に関しては、
ａ）熱い空気として、高温燃料電池のプロセス排気が使用され、
ｂ）高温燃料電池は、その際に発生される電気エネルギにかかわらず、乾燥プロセスにおける熱エネルギの需要に応じて駆動され、
ｃ）高温燃料電池から発生される電気エネルギは、それぞれ発生する量において電気的負荷へ供給される、
ことによって、解決される。
【００１９】
本発明に基づく方法の利点は、主旨に従って、上述した本発明に基づく装置の利点に相当する。
【００２０】
同様に上述した本発明に基づく装置の実施形態にその類似を見出す、本発明に基づく方法の好ましい実施形態が、請求項８から１２に記載されている。
【００２１】
本発明に基づく方法において、一般に、電気エネルギは自由に提供されるので、燃焼電池の駆動温度に達した後に、少なくとも部分的に可燃性ガスを電気エネルギによって加熱すると、有意義である。それによって、熱効率が向上する。それによってプロセス排気の流出温度は、約６００℃に高まる。
【００２２】
乾燥室内で、特にＵＶ硬化する塗料を処理する場合に、不活性雰囲気が必要とされる場所では、高温燃料電池のプロセス排気が直接不活性雰囲気を形成することができる。それは、もともと十分にきれいであって、特に可燃性ガスとして天然ガスを使用する場合には、ほぼ二酸化炭素だけからなり、それがＵＶ塗料を硬化させる場合に重要な役割を果たす。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施例を、図面を用いて詳細に説明する。
図面に示す、車両ボディを乾燥させるシステムは、中央のコンポーネントとして本来の乾燥室１を有しており、それが分離壁２によって予熱ゾーン３とメイン乾燥ゾーン４に分割されている。新しく塗装された車両ボディは、図示されていないコンベアシステムを用いてまず予熱ゾーン３内へ導入されて、そこで導管５を介して投入される熱い空気と電気的に駆動される赤外線放射器６との組み合わされた作用によって１００℃の少し下の温度にされる。その際に溶剤の大部分が追い出される。著しく溶剤を含む空気が導管７を介して乾燥室から取り出されて、後述する後処理部へ供給される。
【００２４】
このように予熱された車両ボディは、その後メイン乾燥ゾーン４内へ達し、そのメイン乾燥ゾーン自体さらに加熱ゾーンと保持ゾーンに分割することができる。
予熱ゾーン３に比較して、メイン乾燥ゾーン４の長さが長いことによって、車両ボディが予熱ゾーン３におけるより長くメイン乾燥ゾーン４内に留まることが示唆されている。連続的な通り抜け方法においては、この異なる処理時間が異なるシステム長さに反映される。
【００２５】
メイン乾燥ゾーン４の内部で、車両ボディは一方で、同様に導管５を介して供給される熱い空気によって、そして他方では導管８を介して供給される、プロセス排気によって、１８０℃の温度にされる。メイン乾燥ゾーン４の内部の熱い空気は、均一に加熱するために、送風機９によって循環される。上述した温度において残りの溶剤が車両ボディ上の塗装から逃げる；そして、塗装が硬化される。
【００２６】
導管８を介してメイン乾燥ゾーン４内へ供給される熱いプロセス排気を形成するために、１つまたは複数の高温燃料電池１０が使用される。この種の高温燃料電池１０は、実際にすべての炭化水素を含む可燃性ガスによって、特に天然ガス、あるいはまたバイオガス、汚泥ガス、ゴミ捨て場ガスあるいは、塗装技術においても付随発生するような、その他の工業的残留ガスで駆動することができる。可燃性ガスは、導管２１を介して高温燃料電池１０へ供給される。その可燃性ガスは、そこで、電気的な加熱装置２２（図２を参照）を用いて駆動温度にされる。加熱装置２２は、システムの始動の間は外部電流から供給を受け、駆動温度に達した後は高温燃料電池１０自体によって発生される電流によって駆動される。これは、電気的エネルギは一般に過剰に存在しており、高温燃料電池１０の熱エネルギはできるだけ完全に乾燥室１へ供給されるべきだからである。
【００２７】
燃焼に必要な空気は、外気と接続されている導管２３を介して供給され、その導管内に制御装置可能なフラップ２４が設けられている。
【００２８】
高温燃料電池１０の内部は、約６５０℃の温度となっている。約６００℃の温度で高温燃料電池１０を出る、プロセス排気が生じる。このプロセス排気は、実際に不純物を含んでいないので、導管８を介して熱交換器を介在させることなく直接乾燥室１内へ導入することができ、そこで約１８０℃の温度が調節される。乾燥室１内でＵＶ硬化する塗料が処理される場合に、そのために必要な不活性雰囲気を直接プロセス排気から形成することができ、そのプロセス排気は、特に可燃性ガスとして天然ガスを使用する場合に、ほぼ二酸化炭素からなる。
【００２９】
全エネルギの辛うじて６０％が電気的エネルギとして得られ、残り４０％は熱エネルギとして得られる。
【００３０】
種々のエネルギ種類の使用とそのために使用される、高温燃料電池１０の制御装置に詳しく触れる前に、まず、システム全体の説明をする。：
導管７を介して乾燥室１を出る、著しく溶剤を含んだ排気が、まず再生再加熱装置１１へ供給されて、その中で有機不純物が燃焼され、従って排気が浄化される。この浄化された、約２３０℃の熱い排気が、送風機１２によって暖炉１３へ直接に、あるいは熱交換器１４を介して迂回して供給される。熱い浄化された空気は、そこでその熱の一部を約２０℃の雰囲気空気へ放出し、その雰囲気空気が他の送風機１５によって吸い込まれ、熱交換器１４を通して押し出されて、その後上述した導管５を介して約１８０℃の温度で乾燥室１内へ導入される。導管５は、さらに、制御装置可能なフラップ２５へ通じており、フラップ２４と高温燃料電池１０の間において導管２３内へ連通する。明らかなように、フラップ２４と２５の調節によって、高温燃料電池１０へ供給される空気の量と温度を定めることができる。
【００３１】
装置全体のエネルギマネージメントは、電子的な制御装置を用いて以下のように行われる：
一次制御装置量は、メイン乾燥ゾーン４内で必要とされる、熱エネルギの需要である。燃料電池１０は、必要な熱エネルギが生成されて、それに応じた量の加熱された排気が導管８を介してメイン乾燥ゾーン４内へ投入できるように、駆動される。その場合にそれに伴って同時に生じる電気的エネルギは、考慮されない。この電気エネルギによって、以下のように処理される：まず、導線１８を介して、システム自体の、熱獲得のために用いられる電気的負荷、従って特に赤外線放射器６と電気的加熱装置２２に供給される。余分な電気エネルギは、導線１７を介してシステムの内部に設けられている送風機１２、１６へ供給される。通常の乾燥システムにおいては、まだ余分な電気エネルギが残っており、それが導線１９を介して、たとえば車両ボディを移送するコンベアの、電気的駆動装置に供給される。その後まだ電気エネルギが残っている場合には、それが導線２０を介して電気系統へ放出されるか、あるいはたとえば電解による水素発生の形式で、一時的に貯蔵される。
【００３２】
図３に示す、乾燥システムの実施例は、上で図１と２を用いて説明したものとは、再燃焼装置とその後段に接続された、再生的再燃焼装置を出る空気の熱を外部雰囲気から吸い込んだ空気へ伝達する、熱交換器が設けられていないことによってのみ、区別される。その代りに、導管５は制御装置可能なフラップ２８を介して、暖炉１３へ通じる導管２６内へ連通し；新しい空気を吸い込む導管２７は、同様に制御装置可能なフラップ２９を有しており、送風機１５と導管２６の間において導管５内へ連通する。明らかなように、フラップ２８と２９を介して、乾燥室１へ供給される空気の量と温度が定められる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】車両ボディを乾燥させるシステムを概略的に示している。
【図２】図１のシステム内に含まれる高温燃料電池とその最も近い周囲を幾分詳細に示している。
【図３】本発明に基づくシステムの他の実施形態を示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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