JP2006136823A - コーティングシステム - Google Patents

Abstract

【課題】高品質の塗膜を容易かつ安価に製造することのできるコーティングシステムを提供することを目的とする。
【解決手段】塗工部２aおよび乾燥部２bを備えたコーティングシステム２の作動部分の駆動電源が燃料電池１とされてなり、燃料電池１に生じる廃熱、貧酸素排気を乾燥部２bに供給し、あるいは乾燥部２bで発生する炭化水素系ガスを燃料電池１へ供給可能とする。
【選択図】図２

Description

この発明はコーティングシステムに関し、詳しくは、塗工部および乾燥部を備えたコーティングシステムの作動部分が電気駆動とされたコーティングシステムに関する。

近年、塗膜をフィルムにコーティングしてなる製品の需要が非常に高まっている。例えば燃料電池の分野では、薄い電解質膜の表面に触媒層をコーティングし、さらに乾燥させるといったことが広く行われている(特許文献1)。

ところで、上記のように薄い電解質膜の表面に触媒層をコーティングしてなるような燃料電池のセルなどの単位体は、燃料電池として機能する場合の種々の反応が確実にかつ効率良く行われるよう、できるだけ高品質に製造する必要がある。しかも、これらセルは多数枚を一体に積層することが通常行われるので、一枚々々の品質にばらつきがあると、それがわずかなものであっても製品全体としての性能に影響する問題がある。従って、これらの製品の品質には厚さ、形態、均質性、緻密性などの種々な面での高度な品質性能が要求される。

一方、従来のコーティングシステムとしては薄いフィルムなどをコンベヤ装置で搬送し、その搬送中にフィルムに必要な塗液を塗工し、ついで熱風を吹きつけるあるいは乾燥炉内を通過させることにより塗工された塗液を乾燥することが行われている(特許文献２)。
特開２００４−１４６３６７号公報、段落「００３０」〜「００３３」の記載 特開２００３−１１２１０９号公報、段落「００１５」〜「００１７」ならびに図１の記載

上記のような極めて繊細な塗膜を形成するためのコーティングシステムは、塗工部におけるコンベアの駆動源となる電動モーターや、ロールコーターやスプレー装置の駆動源となる電動モーター、さらには乾燥部に設けられる乾燥室に加熱空気を送るためのヒーターおよびブロワーなどの駆動電源が安定していないとミクロ的にまで精度が要求される塗膜の均一な生成が困難となる問題があった。

さらに、塗膜の種類によってはコーティング後、乾燥部での塗膜の酸化が問題となる場合もあり、塗膜の溶剤が有機溶剤の場合は、乾燥部で発生する排気ガスの大気放散が問題となる場合もある。

従来ではこのような問題に対処するためには特殊な電源回路を設けたり、乾燥室に不活性ガスを供給して炉内に充満させたり、あるいは発生する排気ガスの処理装置を設けることが行われていたが、設備に多大なコストを要し安価に製造するのは困難となる問題があった。

この発明は、上記問題を一気に解決し、高品質の塗膜を容易かつ安価に製造することのできるコーティングシステムを提供することを目的としてなされたものである。

すなわち、上記目的を達成するためこの発明は、塗工部および乾燥部を備えたコーティングシステムの作動部分の駆動電源が燃料電池とされたことを特徴とするものである。

このコーティングシステムの乾燥部における乾燥用熱として、前記燃料電池の廃熱を利用するように構成することもできる。この場合の燃料電池としては固体高分子型燃料電池、リン酸型燃料のいずれかを使用することが好適である。さらに、前記コーティングシステムの乾燥部に燃料電池から排出される貧酸素状態の排気ガスを供給可能とすることもできる。

そして、前記コーティングシステムにおいて、乾燥部で塗料から発生する炭化水素系の溶剤の蒸発ガスを燃料電池の水素源として利用するようにすることもできる。

さらに、前記コーティングシステムにおいて、乾燥部で発生した炭化水素系の塗料溶剤の揮発ガスを燃焼させその際の燃焼熱を燃料電池の温度調節用熱源として利用することもできる。

そして、前記コーティングシステムとして、燃料電池のセルを構成する電解質膜に触媒層を塗工するシステムについても適用できる。

工場設備的な大掛かりなコーティングシステムを駆動するために必要とされるような大電力であっても、燃料電池を大型化することで電力供給が可能である。しかも燃料電池により得られる電力は安定しており、ミクロ的にまで厳格に制御される精密なコーティング装置の駆動電源として非常に適している。また、発電に要するコストもかからないので、精度の高いコーティング製品が安価に得られる。そして、通常、燃料電池は発電時に加熱する状態とする必要があるので、この熱を塗膜の乾燥熱として利用すれば熱源のコストもかからなくなる。

なお、この場合、燃料電池としては、固体酸化物形燃料電池や溶融炭酸塩形燃料電池も使用可能であるが、固体高分子型燃料電池またはリン酸型燃料燃料電池を使用すれば、運転時の発熱温度が塗膜の乾燥に必要とされる温度域に近いので廃熱もそのまま利用することができ、廃熱の利用が容易となる。

また、燃料電池の空気極を経て排出される気体は、酸素が消費されているため貧酸素状態となる。従って、この貧酸素状態の気体を乾燥部に送り込み乾燥部自体の雰囲気を貧酸素状態とすることで、不活性ガスの供給源やそのための管路などを特に設備しなくても、酸化されやすい塗膜材料の乾燥を安定して行うことができる。

同時に乾燥部に充満させることで乾燥に伴い塗料から揮発する引火爆発しやすいガスの防爆にもなる。

一方、塗膜の乾燥時、溶剤が炭化水素系である場合、この蒸発ガスを回収して改質することで燃料電池の水素源として利用でき、また、そのまま燃料として用いれば燃料電池の温度調節用熱源となる。従って、高品質な製品を製造するために安定した電源を供給する燃料電池が、コーティングシステム系内での乾燥熱、乾燥雰囲気の維持にも有効に利用することができ、さらに製品から揮発するガスを燃料電池の水素源として利用できるなど、廃熱、排ガスのそれぞれが有効に利用でき、コーティングシステムのランニングコストを非常に低く抑えることができるのである。

そして、このシステムを燃料電池のセルを構成する電解質膜に触媒層を塗工するためシステムに適用した場合、燃料電池製造に際して大量に必要とされるセルが、精度よく大量にしかも安価に製造することができるのである。

図１はこの発明の実施の形態であるコーティングシステムのブロック図、図２は図１に示したコーティングシステムを実施した場合のコーティング装置の構成概念図である。

図１において、１は燃料電池を示し、２は燃料電池１から電力を供給されて駆動されるコーティング装置を示す。

燃料電池１としては、種々のものが適用可能であり固体高分子型、リン酸型、溶融炭酸塩型、固体酸化物型などの燃料電池が使用可能である。

コーティング装置２としては、例えば燃料電池のセルを製造するコーティング装置の場合は、図２に示すように燃料電池１を電源とした電動モーター２０によって駆動されるコンベヤ２１と、このコンベヤ２１により送られる電解質膜３と、この電解質膜３に触媒層となる均一な薄膜４を塗工するロールコーター２２などからなる塗工部２aと、この薄膜を乾燥させるための熱源２３を備えた乾燥室２４などからなる乾燥部２bとからなり、これら工程を連続的に経た後、薄膜の乾燥した電解質膜３を切断し集積する工程２５などから構成されている。なお、上記のロールコーター２２の駆動は電動モーター２０とされ、また乾燥室２４での熱源２３となる電熱ヒーター２３ａおよび電動ブロアー２３ｂなども燃料電池１が電源とされている。

燃料電池１から供給される電力は、燃料電池の規模により大電力とすることもでき、しかも安定した電力となるので、塗工部２aにおけるコンベヤ２１や、電解質膜３に均一な薄膜を塗工するロールコーター２２などの駆動制御や乾燥部２bにおける乾燥室２４の乾燥熱の温度管理などが正確に行え、高品質なミクロ的薄膜が容易かつ安価に得られる。

図３は、図１に示した実施の形態であるコーティングシステムの他の構成例のブロック図であり、燃料電池１の運転温度より得られる廃熱を乾燥部２bの熱源２３として利用するように構成したものである。即ち、図２に一点鎖線で示すようにヒーター２３ａに代え燃料電池１の廃熱が乾燥部２bの乾燥室２４へ熱交換器(図示省略)などを介して熱源として供給されるのである。

乾燥室２４内の雰囲気温度は塗膜の条件によって異なるがほぼ６０℃前後とされることが多く、従ってこの場合の燃料電池としては、乾燥室２４の雰囲気温度に近い６０℃前後の運転温度で、この程度の廃熱が直接得られる固体高分子型燃料電池あるいはそれよりやや高い１６０〜２１０℃で運転されるリン酸型燃料電池が適する。

もっとも、それよりも運転温度の高い燃料電池、例えば一般に運転温度が６００〜７００℃とされる溶融炭酸塩型、それよりも高い９００〜１０００℃である固体酸化物型燃料電池でも、それらの廃熱の冷却装置(図示せず)などを備えれば使用可能である。

図４はさらに他の構成例のブロック図を示したものであり、燃料電池１の酸素極から排出される気体をコーティング装置２の乾燥部２bに供給するように構成したものである。即ち、図２に二点鎖線で示すように、乾燥部２bの乾燥室２４内に上記気体を供給するのである。

燃料電池１の酸素極に供給される気体は、酸素が反応に消費されるので、燃料電池1から排出される気体は貧酸素状態となっている。従って酸化されやすい、あるいは酸化されると不都合な塗膜を乾燥させる場合、この排ガスを乾燥室２４に充満させれば乾燥室内の雰囲気を容易に貧酸素状態とすることができ、不活性ガスの供給源や配管経路を設けることなく乾燥部２bの稼動が可能となり、ひいてはコーティング装置２全体を低コストで稼動させることが可能となる。なお、溶剤が引火爆発しやすい性質の場合は防爆にもなり、コーティング装置２全体の安全も図られる。

図５はさらに他の構成例のブロック図を示したものであり、コーティング装置２の乾燥部２bで塗膜が乾燥するときに揮発する溶剤ガスを燃料電池１の水素源としたものである。

即ち、塗膜の溶剤が炭化水素系の溶剤、例えば、アルコール系溶剤であるメタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノール、２−ブタノール、t−ブタノール、ｔ−ヘキサノール、ｔ−ヘプタノール、プロピレングリコール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ジアセトンアルコール、グリコール・ジアセテート、メチルセルソルブ、カルビトール、シクロヘキサン、テルピネオール、グリセリン、ジブチルフタレート、ジオクチルフタレートや芳香族炭化水素系の溶剤であるトルエン、キシレン、ケトン系の溶剤であるメチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、エステル系の溶剤である酢酸エチル、酢酸メチルなどの場合は、乾燥部２bの乾燥室２４内などで揮発する溶剤ガスは水素を含むので、凝縮装置５、改質装置６を介することにより燃料電池１の水素源とすることができる。従って、水素源を容易に得ることができ、燃料電池１の稼動が安価に可能となる。

なお、この溶剤ガスは可燃性であるから図６に示すように燃焼炉7で燃焼させ、得た熱を燃料電池1の起動、出力調整時の調整用熱源として利用することもできる。

このように乾燥部２bから出る廃棄ガスも燃料電池１の水素源や燃料電池の運転用熱源の燃料として利用できるのでコーティングシステム系全体として効率の良い稼動が可能となるのである。

なお、上記実施の形態のコーティングシステムとして燃料電池のセルを製造する場合のコーティングシステムを例に説明したが、これに限らず、フィルムに各種塗料を塗工する装置全般について適用できることはいうまでもない。

この発明のコーティングシステムのブロック図である。 図１に示したコーティングシステムを実施した場合のコーティング装置の構成概念図である。 図１に示した実施の形態であるコーティングシステムの他の構成例のブロック図である。 図１に示した実施の形態であるコーティングシステムのさらに他の構成例のブロック図である。 図１に示した実施の形態であるコーティングシステムのさらに他の構成例のブロック図である。 図１に示した実施の形態であるコーティングシステムのさらに他の構成例のブロック図である。

符号の説明

１…燃料電池
２…コーティング装置
２a…塗工部
２b…乾燥部
３…電解質膜
４…薄層
５…凝縮装置
６…改質装置
７…燃焼炉
２０…電動モーター
２１…送りロール
２２…ロールコーター
２３…熱源
２４…乾燥室

Claims (7)

1. 塗工部および乾燥部を備えたコーティングシステムの作動部分の駆動電源が燃料電池とされたことを特徴とするコーティングシステム。
2. 前記コーティングシステムの前記乾燥部における乾燥用熱源として、前記燃料電池の廃熱を利用するように構成した請求項１記載のコーティングシステム。
3. 前記燃料電池が固体高分子型燃料電池、リン酸型燃料のいずれかである請求項１または２のコーティングシステム。
4. 前記コーティングシステムの乾燥部に燃料電池から排出されるガスが供給可能とされた請求項１〜3いずれかのコーティングシステム。
5. 前記コーティングシステムにおいて、前記塗工部で塗工される塗料の溶剤が炭化水素系溶剤であり、前記乾燥部で発生する炭化水素系溶剤の揮発ガスを燃料電池の水素源として利用するように構成された請求項１〜４いずれかのコーティングシステム。
6. 前記コーティングシステムにおいて、前記塗工部で塗工される塗料の溶剤が炭化水素系溶剤であり、前記乾燥部で発生した炭化水素系の揮発ガスを燃料電池の温度調節用熱源の燃料として利用する請求項１〜５いずれかのコーティングシステム。
7. 前記コーティングシステムが燃料電池のセルを構成する電解質膜に触媒層を塗工するためのものである請求項１〜６いずれかのコーティングシステム。

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