CN1871486A - 用于干燥物体的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于干燥物体的设备，它已知具有一个干燥室(1)，在该干燥室中物体受到热空气作用。将高温－燃料电池(10)直接导入干燥室(1)中的过程－排出气用作热空气。高温－燃料电池(10)在此过程中根据干燥过程的热能需求运行；在此过程中也产生的电能的大小程度，高温－燃料电池(10)的控制装置不予考虑；对于这些电能总是存在电耗能器。结果就获得这样的用于干燥物体的设备和方法，所述设备和方法可以用较低的设备上的花费实现，并具有很高的能量利用率。

Description

用于干燥物体的设备和方法
技术领域
本发明涉及一种用于干燥物体的设备，它具有
a)一个具有至少一个这样的区域的干燥室，在该区域内物体受到热空气的作用；
b)一个加热装置，它加热被导入干燥室中的空气；
以及，
还涉及一种用于干燥物体的方法，在该方法中加热空气并且用加热的空气对物体进行加载作用。
背景技术
由于环境和成本的原因，在物体干燥过程中能量的使用越来越引起关注。尤其在干燥大型涂漆的物体，例如汽车车身时，必须使用大量的能量，因此节约能量可大量降低成本。
在已知的开头所述类型的干燥设备中，特别是如它们用于干燥新涂装的汽车车身那样，使用了热的后燃烧设备作为用于干燥器空气的加热装置。因为热能后燃烧装置通过燃烧从由干燥室提取出的含有碳氢化合物的空气中获取其能量(Energiegehalt)，并且在此过程中同时净化空气，所以该热能后燃烧装置对于能量节约的确有所贡献。
但通常干燥室的排出气的能量不足以达到完全净化所要求的燃烧温度。因此必须将待处理的干燥器-排出气气流加热到完全氧化干燥器-排出气中所含的有机组成成份所必需的温度。为此必须供给相应的燃料。现在将高温的、离开热能后燃烧装置的空气输入一个或多个热交换器，在所述热交换器内所述空气将其一部分热能传输给在干燥室中循环的空气。因为在一些情况下在排出气中仍存在或出现的干扰涂漆表面质量的异物，以及因为较差的温度调节，所以必须避免直接将热后燃烧装置的燃烧用空气导入干燥室内。然后来自热能后燃烧装置的并且在一个或多个热交换器中冷却的空气以一定温度被导入烟囱，该温度与干燥室内的温度相差不大。常见的值为160℃。
尽管使用这些已知的干燥设备已实现了明显的能量节约，但是仍希望获得节约能量的其它可能性。此外由于上述原因必须使用的热交换器意味着较高的设备上的花费。
发明内容
本发明的目的是提供一种开头所述类型的设备和方法，利用该设备和方法可在设备上花费较少情况下使用较少的原始能量(Primrenergie)进行干燥。
在设备方面，该目的这样来实现，
c)加热装置包括至少一个高温燃料电池，该高温燃料电池的过程排出气可作为热空气供给干燥室；
d)设有控制装置，该控制装置
da)可以不考虑由该燃料电池所产生的电能而使高温-燃料电池这样运行，即，由所述燃料电池产生的热能符合干燥室内的需求；
db)由高温-燃料电池所产生的电能以当时产生的量来供给其它耗能器。
已知在高温-燃料电池中出现两种能量，即电能和热能。同样已知，当能够使用两种能量时，则原始能量的利用率可达到90％。不过至今为止使用高温-燃料电池的首要目的是尽量多地产生电能；然后再为在此过程中所必然产生的热能寻找适合的耗能器。如果没有这种耗能器，热能就会损失。
根据本发明，以相反的方式应用已知的运行高温-燃料电池的方案：对于在干燥器中燃料电池的使用来说，燃料电池首先被视为加热装置，该加热装置向干燥器空气提供热量以进行加热。因此高温-燃料电池也根据干燥室中对热能的需求而进行工作。在这种情况下必然会附带产生多少电能，在此首先是不重要的。现在对于所述电能适用的原则是，总是能够找到这样的耗能器，即可向这种耗能器供给所述电能。这比较容易做到，因为电能是高值的能量形式，它可用于比热能多的用途。
对于所产生的电能的利用应有利地遵循以下原则：控制装置将高温-燃料电池的电能首先用于属于设备本身的电耗能器，并且其次将其用于设备以外的电耗能器。这样设备在电能上基本上可以自给自足。因为在干燥器中对热能的需求非常大，在很多情况下会产生多于设备本身中的耗能器可消耗的电能。此时才将多余的电能导出给设备本身以外的耗能器。
如果由高温-燃料电池所产生的热能尤其在设备起动时不足，必须由电网进行补充输入。
在设备本身内部，高温-燃料电池的电能首先用于用来产生热量的电耗能器，例如用于红外-辐射器，而其次才用于其它电耗能器，如电驱动装置。
该原则也反映出，根据本发明该高温-燃料电池可视为热能的源。只要电能有剩余，就可将其用于加热待干燥物体，这同时又减少了对加热的空气的需求。当希望整个设备的尽可能自给自足地运行时，燃烧电池总体上才能够以较小的功率运行。
如果在给设备用于产生热量的耗能器供电后电能仍有剩余，则将电能尽可能地用于设备本身内部的电驱动装置，就是说，例如用于所使用的鼓风机的电机，或者也可用于传送装置的电机。
只有当设备内部本身不能消耗所述电能时，在根据本发明的设备的有利的实施形式中，该剩余能量才首先供给能量存储器，并且其次供给通用电网。作为能量存储器可以采用电池，也可以采用用于产成氢的电解装置。能量存储器也能够提高设备的自给自足的能力，因为在高温-燃料电池的电和/或热功率不足的阶段可以从所述能量存储器获取能量。
在开头所述类型的上述已知设备中，使用了热的后燃烧装置，以获得大量所需的能量，并且同时用以净化干燥器-排出气。因为在根据本发明的设备中，被加热的干燥器空气的绝大部分总是来自高温-燃料电池，所以可以设置蓄热式/再生(regenerativ)后燃烧装置，以净化离开干燥室的含有碳氢化合物的空气。蓄热式后燃烧装置能够以比热后燃烧装置少的能量消耗来进行净化过程。在此过程中所释放的多余的热能不足以使干燥器运行。
根据本发明的另一种优选实施形式，设置热交换器同样可能是合理的，在所述热交换器内，在从蓄热式后燃烧装置中提取的热空气和从外部大气中提取并供给干燥室的空气之间可进行热交换。即，在所述热交换器中仍可从离开蓄热式后燃烧装置的、仅还具有较低温度的气体中进一步获取热量，以将其供给干燥室内部使用。
在用于干燥物体的方法方面，上述目的可这样来实现，即
a)将高温-燃料电池的过程-排出气用作热空气；
b)高温-燃料电池根据在干燥过程中对热能的需求运行，而不考虑在此过程中所产生的电能；
c)由高温-燃料电池所产生的电能以当时产生的量供给耗能器。
根据本发明的方法的优点类似地对应于根据本发明的装置的优点。
根据本发明方法的有利的实施形式在权利要求8至12中进行了说明，所述实施形式与上述根据本发明的装置的实施形式相类似。
因为在根据本发明的方法中，通常电能可自由地供给使用，所以在达到燃料电池的工作温度后通过电能至少部分地对燃气进行加热是合理的。因此可提高热效率。这样过程-排出气的排出温度可提高至大约600℃。
如果干燥室内需要惰性气氛，尤其在加工处理UV-硬化的油漆时，高温-燃料电池的过程-排出气可直接形成惰性气氛。这种排出气本来就是足够清洁的，并且尤其在使用天然气作为燃烧气体时几乎仅由二氧化碳所组成，二氧化碳在UV-漆的硬化中起重要作用。
附图说明
下面根据附图对本发明的实施例进行详细地说明；其中
图1示意性地示出用于干燥汽车车身的设备；
图2较详细地示出图1的设备中所包含的高温-燃料电池和其周围的环境；
图3示出根据本发明设备的第二实施形式。
具体实施方式
图中所示的用于汽车车身干燥的设备包括本来的干燥室1作为中心组件，该干燥室由分隔壁2分为预热区3和主干燥区4。借助未示出的运输系统，新涂漆的汽车车身首先被送入预热区3中，并在这里通过经过管道5导入的热空气和电红外辐射器6的组合作用而被加热至略低于100℃的温度。此时将绝大部分的溶剂排出。通过干燥室的管道7提取含有大量溶剂的空气并将其输送给下面说明的后处理过程。
然后这样预热的汽车车身进入主干燥区4，该主干燥区4本身又可分为加热区和保持区。由主干燥区4与预热区3相比较大的长度表明，汽车车身在主干燥区4中比在预热区3中时间长。在连续的通行的情况下不同的处理时间反映在不同的设备长度中。
在主干燥区4内，一方面利用同样也通过管道5供给的热空气，另一方面利用通过管道8输入的过程-排出气，将汽车车身加热到180℃。主干燥器区段4内的热空气借助鼓风机9循环，以均匀地升温。在所述的温度下剩余的溶剂从汽车车身上的漆中逸出；漆发生硬化。
为产生通过管道8向主干燥器区段4输入的高温过程-排出气，使用一个或多个高温-燃料电池10。这种高温-燃料电池10能够实际上利用所有的含有碳氢化合物的燃气工作，尤其是利用天然气，但也可以利用生物气体，沼气(Klrgas)，垃圾填埋气体(Deponiegas)或其它工业废气，如同样也出现在涂漆技术中的废气。通过管道21向高温-燃料电池10输入燃气。在这里借助于电加热装置22(参照图2)加热至运行温度。加热装置22在设备起动期间由外部电流供电，并且在达到运行温度后利用由高温-燃料电池10本身产生的电流工作。这是因为电能通常是多余的，而高温-燃料电池10的热能应尽可能完全地输送给干燥室1。
通过与外部大气相连的、内部装有可控制活门24的管道23来供给燃烧所需要的空气。
高温-燃料电池10内部存在的温度约为650℃。所产生的过程-排出气10以约600℃的温度离开高温-燃料电池。过程-排出气实际上不包含污染物/杂质，因此它可通过管道8直接输入干燥室1中而不必中间连接热交换器，干燥室的温度调整为约180℃。如果在干燥室1中对UV-硬化漆进行处理，则为此所需的惰性气氛可直接由过程-排出气形成，该过程-排出气特别是在使用天然气作为燃气的情况下主要由二氧化碳所组成。
电能将近占总能量的60％，热能占多于40％。
在说明不同类型能量的应用和为此所采用的高温-燃料电池10的控制装置之前，应首先结束对整个设备的描述：
通过管道7离开干燥室1的、含有大量溶剂的排出气首先输送给蓄热式后燃烧装置11，在该后燃烧装置中燃烧有机污物，排出气因此得到净化。借助鼓风机12或直接或通过热交换器间接地将已净化的、约230℃高温的排出气导入烟囱13。高温的、已净化的空气在这里向约20℃的环境空气释放其部分热量，借助另一个鼓风机15吸入所述环境空气，将其压过热交换器14，然后通过上述管道5以约180℃的温度将其引入干燥室1。管道5进一步通向可控制的活门25，并在活门24和高温-燃料电池10之间通入管道23。很明显，可通过调节活门24和25确定输入高温-燃料电池10的空气的量和温度。
可借助于电子控制装置按以下方式对整个设备进行能量管理：
主要控制参数是主干燥区4中所需的热能的需求。燃料电池10这样运行，即，可产生所需的热能，并可通过管道8将相应量的被加热的排出气导入主干燥区4。在此过程中不需考虑同时出现的电能。可用以下方式处理所述电能：首先通过导线18对设备本身的用于获取热量的电耗能器进行供电，尤其是向红外辐射器6和电加热装置22供电。多余的电能经过导线17输送给设备内存在的鼓风机12、15。在常见的干燥设备中，现在还会存在多余的电能，通过导线19将所述电能供给例如运输汽车车身的传送装置的电驱动装置。此时如果仍剩余电能，则通过导线20将其输出到电网中，或者例如以电解生成氢的形式进行临时存储。
图3中所示的干燥设备的实施例与上面根据图1和2所述的实施例的区别仅在于，没有设置后燃烧装置和连接在其后面的、将离开蓄热式后燃烧装置的空气的热量传递至从外部大气中吸入的空气的热交换器。作为替代，管道5经过可控制的活门28通入通向烟囱13的管道26中；管道27-可通过该管道吸入新鲜空气-同样包含可控制的活门29，并在鼓风机15和管道26之间通入管道5。很明显，可通过活门28和29确定供给干燥室1的空气的量和温度。

Claims (14)

1.一种用于干燥物体的设备，具有
a)一个具有至少一个这样的区域的干燥室，在所述区域中所述物体受到热空气的作用；
b)一个加热导入干燥室内的热空气的加热装置；
其特征在于，
c)所述加热装置包括至少一个高温-燃料电池(10)，所述燃料电池的过程-排出气可作为热空气供给干燥室(1)；
d)设有控制装置，所述控制装置
da)不考虑由所述高温-燃料电池产生的电能而使高温-燃料电池(10)这样运行，即，由所述高温-燃料电池产生的热能对应于干燥室(1)中的需求；
db)将由高温-燃料电池(10)所产生的电能按当时产生的量供给其它耗能器。
2.根据权利要求1的设备，其特征在于，所述控制装置将高温-燃料电池(10)的电能首先用于属于设备本身的电耗能器(6、12、15)，而其次再将其用于位于设备外部的电耗能器。
3.根据权利要求2的设备，其特征在于，所述控制装置将高温-燃料电池(10)的电能在设备本身内部首先用于用来产生热量的电耗能器(6)—例如红外辐射器，而其次再将其用于其它电耗能器—例如电驱动装置。
4.根据上述权利要求中任一项的设备，其特征在于，所述控制装置将高温-燃料电池(10)的剩余的、未在设备本身内使用的电能首先输送给能量存储器，而其次将其输送给通用电网。
5.根据上述权利要求中任一项的设备，其特征在于，设有蓄热式后燃烧装置(11)，将从干燥室(1)取出的、含有碳氢化合物的空气输送给所述后燃烧装置，以进行净化。
6.根据权利要求5的设备，其特征在于，设有热交换器(14)，在该热交换器中，在从蓄热式后燃烧装置(11)中取出的热空气和从外部大气获取的并输送给干燥室(1)的空气之间进行热交换。
7.用于干燥物体的方法，在该方法中加热空气，并用加热的空气对所述物体进行加载作用，
其特征在于，
a)将一高温-燃料电池(10)的过程-排出气用作热空气；
b)使所述高温-燃料电池(10)根据干燥过程所需的热能来运行，而不考虑在此过程中产生的电能；
c)将由高温-燃料电池(10)产生的电能按当时产生的量供给电耗能器。
8.根据权利要求7的方法，其特征在于，将高温-燃料电池(10)的电能首先用于属于设备本身的电耗能器(6、12、15)，其次用于设备外部的电耗能器。
9.根据权利要求7或8的方法，其特征在于，高温-燃料电池的电能在设备本身内部首先用于用来产生热量的电耗能器—例如红外辐射器，其次用于其它电耗能器—例如电驱动装置。
10.根据权利要求7至9中任一项的方法，其特征在于，将高温-燃料电池(10)剩余的、未在设备本身内耗用的电能首先输送给能量存储器、其次再将其输送给通用电网。
11.根据权利要求7至10中任一项的方法，其特征在于，对干燥过程中产生的含有碳氢化合物的空气进行蓄热式后燃烧。
12.根据权利要求11的方法，其特征在于，将通过后燃烧加热的空气用于加热从外部大气中获取的、并输送给干燥过程的空气。
13.根据权利要求7至12中任一项的方法，其特征在于，在达到燃料电池(10)的运行温度以后，燃气至少部分地通过由燃料电池(10)本身提供的电能进行加热。
14.根据权利要求7至13中任一项的方法，其特征在于，高温-燃料料电池(10)的过程-排出气在干燥室(1)内形成惰性气氛。
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