JP7124720B2 - 揮発性有機化合物の回収装置及び回収方法 - Google Patents

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Description

本開示は、塗装乾燥炉内の揮発性有機化合物の回収装置及び回収方法に関する。
従来、車体等の塗装工程において、塗料の損失を低減させるため、余剰の塗料を回収することが行われている（例えば特許文献１参照）。
特開平５－２１４２６７号公報
ところで、塗装されたワークを乾燥炉に搬入して塗膜の乾燥（焼付け或いはフラッシュオフ）を行なう乾燥工程では、塗膜に含まれる多量の揮発性有機化合物（Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ、以下、「ＶＯＣ」と称することがある。）が蒸発することが知られている。
このＶＯＣは、従来焼却処分することが行われているが、コスト面において問題があるとともに、ＶＯＣの焼却によりＣＯ２が多量に発生する等環境面においても問題があった。
そこで、本開示は、乾燥炉において発生するＶＯＣを効率的に回収可能であり、コスト面及び環境面において優れたＶＯＣの回収装置及び回収方法をもたらすことを課題とする。
上記の課題を解決するために、ここに開示する第１の技術に係る揮発性有機化合物の回収装置は、水溶性塗料を用いて塗装されたワークが搬入され、該ワークの塗膜を乾燥させる塗装乾燥炉内の揮発性有機化合物を回収するための装置であって、上記塗装乾燥炉は、上記ワークが搬入され、炉内温度８０℃以上１２０℃以下で上記ワークの水分を蒸発させる蒸発ゾーンと、上記蒸発ゾーンの下流側に配置され、炉内温度１５０℃以上２００℃以下で上記塗膜を硬化させる硬化ゾーンとを備え、上記蒸発ゾーンに連通し、該蒸発ゾーン内の第１炉内空気を取出すための第１取出通路と、上記硬化ゾーンに連通し、該硬化ゾーン内の第２炉内空気を取出すための第２取出通路と、上記第１炉内空気と上記第２炉内空気とを混合して混合空気を得る混合チャンバと、上記混合空気を冷却して、該混合空気に含まれる上記揮発性有機化合物を上記水分とともに凝縮物として回収する冷却回収部とを備え、上記冷却回収部は、上記混合空気を冷却する冷却器と、上記冷却器によって冷却され、上記凝縮物が除去された残空気が導入され、該残空気を加熱する加熱器と、上記加熱された残空気を上記塗装乾燥炉に戻すリターン通路と、上記冷却器と上記加熱器とを連絡し、上記冷却器に上記混合空気を冷却する冷熱を熱交換によって供給し、上記加熱器に上記残空気を加熱する温熱を熱交換によって供給するヒートポンプと、上記冷却回収部内に追加の水分を補充する水分供給器と、を備えたことを特徴とする。
水溶性塗料を用いて塗装されたワークの塗膜には、水分及び揮発性有機化合物が多量に含まれている。低温の蒸発ゾーンでは、塗膜に含まれる水分が主に蒸発し、第１炉内空気は水蒸気を多量に含む。一方、蒸発ゾーンの下流に設けられた高温の硬化ゾーンでは、塗膜に含まれるＶＯＣが主に蒸発し、第２炉内空気はＶＯＣを多量に含む。本技術では、蒸発ゾーンの第１炉内空気と硬化ゾーンの第２炉内空気とを取り出して混合し、冷却することにより、水分中にＶＯＣを溶解させながら凝縮させることができる。そうして、塗装乾燥炉内のＶＯＣを効率的に回収することができる。また、本技術によれば、ＶＯＣを凝縮物として回収するから、従来のＶＯＣ焼却処理のための排気や触媒酸化装置の設置が不要になり、若しくは、触媒酸化装置を設ける場合でも、その小型化及び排気量の低減が可能になる。
第１の技術において、上記冷却回収部は、上記混合空気を冷却する冷却器と、上記冷却器によって冷却され、上記凝縮物が除去された残空気が導入され、該残空気を加熱する加熱器と、上記加熱された残空気を上記塗装乾燥炉に戻すリターン通路と、上記冷却器と上記加熱器とを連絡し、上記冷却器に上記混合空気を冷却する冷熱を熱交換によって供給し、上記加熱器に上記残空気を加熱する温熱を熱交換によって供給するヒートポンプと、を備えている。
本技術によれば、混合空気を冷却し、水分及びＶＯＣを凝縮させて除去した後の乾燥した空気が加熱されて塗装乾燥炉に戻されるから、塗装乾燥炉内の蒸気圧の上昇が抑えられる。その結果、塗装乾燥炉における塗膜中の水分やＶＯＣの蒸発速度が高くなるため、ワークの塗膜を塗装乾燥炉において速やかに効率良く乾燥させることができ、品質向上に有利になる。さらに、混合空気の冷却及び空気の加熱にヒートポンプを利用するから、エネルギーロスが少なくなり、省エネに有利になる。
第２の技術は、第１の技術において、上記冷却器の上流側に、上記混合空気を予備冷却する追加の冷却器を備えたことを特徴とする。
本技術によれば、予備冷却により混合空気をある程度冷却することができるから、混合空気のヒートポンプによる所定温度までの冷却が容易になる。
第１の技術において、上記冷却回収部は、該冷却回収部内に追加の水分を補充する水分供給器を備えている。
第１炉内空気に含まれる水分が少ない場合、冷却回収部においてＶＯＣを十分回収可能な水分量を確保しがたくなり得る。本技術によれば、冷却回収部において、追加の水分を補充することにより、ＶＯＣを効率的に回収することができる。
ここに開示する第３の技術に係る揮発性有機化合物の回収方法は、水溶性塗料を用いて塗装されたワークが搬入され、該ワークの塗膜を乾燥させる塗装乾燥炉内の揮発性有機化合物を回収するための方法であって、上記塗装乾燥炉は、上記ワークが搬入され、炉内温度８０℃以上１２０℃以下で上記ワークの水分を蒸発させる蒸発ゾーンと、上記蒸発ゾーンの下流側に配置され、炉内温度１５０℃以上２００℃以下で上記塗膜を硬化させる硬化ゾーンとを備え、上記蒸発ゾーン内の第１炉内空気を取出す第１取出工程と、上記硬化ゾーン内の第２炉内空気を取出す第２取出工程と、上記第１炉内空気と上記第２炉内空気とを混合して混合空気を得る混合工程と、上記混合空気を冷却して、該混合空気に含まれる上記揮発性有機化合物を上記水分とともに凝縮物として回収する冷却回収工程とを備え、上記水溶性塗料は、電着塗料であり、上記ワークは、上記電着塗料を用いた電着工程後に、洗浄水に浸漬されて洗浄される水洗工程を経た状態で、上記塗装乾燥炉に搬入されるものであることを特徴とする。
本技術によれば、第１炉内空気と第２炉内空気とを取り出して混合し、冷却することにより、水分中にＶＯＣを溶解させながら凝縮させることができる。そうして、塗装乾燥炉内において蒸発したＶＯＣを効率的に回収することができる。また、従来のＶＯＣ焼却処理のための排気や触媒酸化装置の設置が不要になり、若しくは、触媒酸化装置を設ける場合でも、その小型化及び排気量の低減が可能になる。
第４の技術は、第３の技術において、上記冷却回収工程後の上記凝縮物が除去された残空気を加熱して上記塗装乾燥炉に戻すリターン工程を備え、上記混合空気を吸熱源とし、上記残空気を放熱源とするヒートポンプを用いて上記混合空気の冷却及び上記残空気の加熱を行なうことを特徴とする。
本技術によれば、混合空気を冷却し、水分及びＶＯＣを凝縮させて除去した後の乾燥した空気が加熱されて塗装乾燥炉に戻されるから、塗装乾燥炉内の蒸気圧の上昇が抑えられる。その結果、塗装乾燥炉における塗膜中の水分やＶＯＣの蒸発速度が高くなるため、ワークの塗膜を塗装乾燥炉において速やかに効率良く乾燥させることができ、品質向上に有利になる。さらに、混合空気の冷却及び空気の加熱にヒートポンプを利用するから、エネルギーロスが少なくなり、省エネに有利になる。
第５の技術は、第４の技術において、上記混合空気を、上記ヒートポンプによる冷却前に予備冷却することを特徴とする。
本技術によれば、予備冷却により混合空気をある程度冷却することができるから、混合空気のヒートポンプによる所定温度までの冷却が容易になる。
第６の技術は、第４又は第５の技術において、上記リターン工程で、上記ヒートポンプによって加熱された残空気をさらに加熱して上記塗装乾燥炉に戻すことを特徴とする。
本技術によれば、塗装乾燥炉に戻す残空気の温度調整が容易になる。また、操業開始時の塗装乾燥炉の昇温を早めることができる。
第７の技術は、第４乃至第６の技術のいずれか一において、上記混合空気に含まれる上記水分の重量絶対湿度は、２１ｇ／ｋｇ以上であり、上記混合空気に含まれる上記揮発性有機化合物の濃度は、５００ｐｐｍＣ以上であり、上記残空気に含まれる上記水分の重量絶対湿度は、１８ｇ／ｋｇ以下であり、上記残空気に含まれる上記揮発性有機化合物の濃度は、８０ｐｐｍＣ以下であることを特徴とする。
本技術によれば、冷却回収工程において、水分とともに効率的にＶＯＣを回収することができるから、コスト面及び環境面において優れた揮発性有機化合物の回収方法をもたらすことができる。
第３の技術において、上記水溶性塗料は、電着塗料であり、上記ワークは、上記電着塗料を用いた電着工程後に、洗浄水に浸漬されて洗浄される水洗工程を経た状態で、上記塗装乾燥炉に搬入されるものである。
電着工程後は洗浄水に浸漬されて洗浄されるディップ水洗が行われ得る。本技術によれば、蒸発ゾーンに搬入されるワークの塗膜には、洗浄水に由来する水分が多量に含まれている。そうすると、第１炉内空気に多量の水分が含まれるから、当該水分を用いてＶＯＣを効率的に回収することができる。
以上述べたように、本開示によると、蒸発ゾーンの第１炉内空気と硬化ゾーンの第２炉内空気とを取り出して混合し、冷却することにより、水分中にＶＯＣを溶解させながら凝縮させることができる。そうして、塗装乾燥炉内のＶＯＣを効率的に回収することができる。また、本技術によれば、ＶＯＣを凝縮物として回収するから、従来のＶＯＣ焼却処理のための排気や触媒酸化装置の設置が不要になり、若しくは、触媒酸化装置を設ける場合でも、その小型化及び排気量の低減が可能になる。
電着塗装ラインの一例を示す図である。 図１のＡ－Ａ線における模式的な断面図である。 実施形態１に係る回収装置を備えた塗装乾燥炉を示す図である。 実施形態２に係る回収装置を備えた塗装乾燥炉を示す図３相当図である。
以下、本開示の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。
（実施形態１）
＜電着塗装ラインの構成＞
図１に示す電着塗装ライン９００のワーク２は自動車ボディである。この電着塗装ライン９００は、上流側から順に配置された、電着ステーション９１０、水洗ステーション９２０及び乾燥ステーション９３０と、ワーク２を各ステーション９１０，９２０，９３０に順に案内するハンガー式搬送装置９０とを備える。
なお、本明細書において、「上流側」、「下流側」とは、電着塗装ライン９００においてはワーク２の流れる方向、後述する循環路６においては空気の流れる方向を基準とする。
＜ハンガー式搬送装置＞
図２は、乾燥ステーション９３０の後述する塗装乾燥炉１００の模式的な断面図である。図１，図２に示すように、ハンガー式搬送装置９０は、オーバーヘッドコンベアであり、電着塗装ライン９００に沿って延びるガイドレール１１と、このガイドレール１１にローラ１２によって係合し該ガイドレール１１に沿って移動する前後のトロリー１３とを備え、トロリー１３にハンガー１０が吊り下げられている。ハンガー１０は、ワーク２を両側から支持するための、トロリー１３にＣネック１４を介して吊り下げられた前後の門型フレーム１５を備えている。門型フレーム１５の下端部にはワーク受け１６が設けられている。ワーク２は、ハンガー１０に吊り下げられて、各ステーション９１０，９２０，９３０に順に搬入される。そうして、各ステーション９１０，９２０，９３０における電着工程、水洗工程、及び乾燥工程を経てワーク２の電着塗装が完了する。
＜電着ステーション＞
電着ステーション９１０には、電着塗料９１２を貯留した電着槽９１１が設けられている。ワーク２は、例えば化成処理が施された上で、この電着槽９１１に浸漬される。そして、ワーク２を陰極とし、電着槽９１１内に設けられた対極（不図示）を陽極としてカチオン電着塗装が行なわれる（電着工程）。
＜水洗ステーション＞
水洗ステーション９２０では、電着塗料９１２が電着したワーク２のＵＦろ液９２３（洗浄水）によるディップ水洗とこれに続くスプレー水洗、及び、工業用水９２７（洗浄水）によるディップ水洗とこれに続くスプレー水洗を行う（水洗工程）。
そのために、水洗ステーション９２０は、上流側から順に配置された、ＵＦろ液９２３が貯留されるＵＦディップ水洗槽９２１及びＵＦろ液９２３噴霧用のＵＦスプレーノズル９２２と、工業用水９２７が貯留される工業用水ディップ水洗槽９２５及び工業用水９２７噴霧用の工業用水スプレーノズル９２６とを備えている。ワーク２は、各ディップ水洗槽９２１，９２５に貯留されたＵＦろ液９２３又は工業用水９２７に浸漬されることにより洗浄された後、各スプレーノズル９２２，９２６を介して吹き付けられたＵＦろ液９２３又は工業用水９２７によりさらに洗浄される。
ＵＦろ液９２３は、電着槽９１１の電着塗料９１２を限外ろ過（Ｕｌｔｒａｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ、「ＵＦ」と称することがある。）することにより得られるろ液である。そのために、電着槽９１１には、図示しないＵＦ装置及びＵＦタンクが付設されている。電着槽９１１の電着塗料９１２は、その損失を減らすべく、ＵＦ装置により限外ろ過され、そのＵＦろ液９２３がＵＦタンクに貯留される。ＵＦタンクに貯留されたＵＦろ液９２３は、ＵＦスプレーノズル９２２に供給され、スプレー済みのＵＦろ液９２３がＵＦディップ水洗槽９２１に回収される。そして、ＵＦディップ水洗槽９２１からのオーバーフロー水が電着槽９１１に回収される。
＜乾燥ステーション＞
乾燥ステーション９３０は、図３に示すように、塗装乾燥炉１００と、塗装乾燥炉１００に配設された本実施形態に係る揮発性有機化合物（Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ、「ＶＯＣ」と称することがある。）の回収装置２００とを備えている。
＜塗装乾燥炉＞
塗装乾燥炉１００は、電着工程及び水洗工程を経たワーク２が搬入され、該ワーク２の塗膜を乾燥させる（乾燥工程）。塗装乾燥炉１００は、上流側から順に、入口１１０と、蒸発ゾーン１２０と、硬化ゾーン１３０と、出口１４０とを備える。蒸発ゾーン１２０は、塗膜に含まれる水分を主に蒸発させるためのゾーンである。また、硬化ゾーン１３０は、塗膜に含まれるＶＯＣを主に蒸発させて塗膜を硬化させるためのゾーンである。水洗ステーション９２０を通過したワーク２は、塗装乾燥炉１００の入口１１０に搬入され、蒸発ゾーン１２０及び硬化ゾーン１３０を順に通過して、出口１４０から塗装乾燥炉１００外に搬出される。
図２に示すように、塗装乾燥炉１００の蒸発ゾーン１２０及び硬化ゾーン１３０の相対する内側壁１７には、後述する循環路６から供給される温風をハンガー１０に搭載されたワーク２に向けて吹き出すノズルボックス１８が設けられている。内側壁１７の上部には、塗装乾燥炉１００内の空気を、循環用ファン（不図示）の作動により循環路６に排出するエア吸込み口１９が開口している。塗装乾燥炉１００の壁には断熱材８が設けられている。
ここに、蒸発ゾーン１２０の炉内温度は、例えば８０℃以上１２０℃以下に保たれている。一方、硬化ゾーン１３０の炉内温度は、例えば１５０℃以上２００℃以下に保たれている。すなわち、硬化ゾーン１３０の炉内温度は、塗膜の硬化を促進させるべく、ＶＯＣの沸点近傍の温度に保たれている。そして、硬化ゾーン１３０の上流側に設けられた蒸発ゾーン１２０の炉内温度は、硬化ゾーン１３０の炉内温度に比べて低温であり、且つ水分の沸点近傍の温度に保たれている。
電着工程及び水洗工程を経た状態のワーク２の塗膜には、電着塗料９１２に含まれるＶＯＣが多量に含まれるとともに、水分が多量に含まれる。上流側に設けられた低温の蒸発ゾーン１２０では、予めワーク２の塗膜に含まれる水分を主に蒸発させる。そうして、蒸発ゾーン１２０において十分に水分を蒸発させた後、蒸発ゾーン１２０の下流側に設けられた高温の硬化ゾーン１３０において、塗膜に含まれるＶＯＣを主に蒸発させ、塗膜を硬化させる。
仮に、水洗工程を経たワーク２を直接硬化ゾーン１３０に搬入すると、塗膜に含まれる水分とＶＯＣとが一気に蒸発する。そうすると、塗膜からの蒸発成分の量が過多となり、塗膜に空隙が発生する等塗膜品質の低下に繋がる虞がある。
蒸発ゾーン１２０及び硬化ゾーン１３０を設けて、水分及びＶＯＣを段階的に蒸発させることにより、高品質の塗膜をもたらすことができる。なお、上記構成によれば、蒸発ゾーン１２０の第１炉内空気１２１は水蒸気を多量に含む。一方、第２炉内空気１３１にはＶＯＣが多量に含まれる。
蒸発ゾーン１２０内の第１炉内空気１２１の重量絶対湿度（以下、単に「湿度」と称することがある。）は、例えば２０ｇ／ｋｇ以上２５ｇ／ｋｇ以下である。一方、硬化ゾーン１３０内の第２炉内空気１３１の湿度は、第１炉内空気１２１の湿度より低く、例えば１５ｇ／ｋｇ以上２０ｇ／ｋｇ以下である。
また、第１炉内空気１２１に含まれるＶＯＣの濃度は、例えば６０ｐｐｍＣ以上１００ｐｐｍＣ以下程度である。一方、第２炉内空気１３１に含まれるＶＯＣの濃度は、第１炉内空気１２１のＶＯＣ濃度よりも高く、例えば６００ｐｐｍＣ以上１０００ｐｐｍＣ以下程度である。
＜回収装置＞
回収装置２００は、塗装乾燥炉１００内のＶＯＣを回収するための装置である。
図３に示すように、回収装置２００は、塗装乾燥炉１００内の空気を取り出して循環させる循環路６と、循環路６上に配設された混合チャンバ２３０、冷却回収部３００、ヒートポンプ６００、及び第２加熱器２１０、第３加熱器２２０と、冷却回収部３００に接続された冷却塔４００及びタンク５００とを備えている。
循環路６は、第１取出通路２０２と、第２取出通路２０３と、蒸発ゾーン取出通路２０１と、第１連通路２０４と、第２連通路２０５と、蒸発ゾーンリターン通路２０７と、硬化ゾーン循環通路２０９とを備えている。
ＶＯＣは、回収装置２００を用いることにより、以下の各工程を経て回収される。すなわち、蒸発ゾーン１２０内の第１炉内空気１２１を取出す第１取出工程、硬化ゾーン１３０内の第２炉内空気１３１を取出す第２取出工程、混合チャンバ２３０において第１炉内空気１２１と第２炉内空気１３１とを混合して混合空気２３１を得る混合工程、冷却回収部３００において混合空気２３１を冷却して、混合空気２３１に含まれるＶＯＣを水分とともに凝縮物５０１として回収する冷却回収工程、及び冷却回収工程後の凝縮物５０１が除去された残空気３０１を加熱して塗装乾燥炉１００に戻すリターン工程である。なお、本実施形態に係る回収装置２００では、ＶＯＣの回収と併せて、又はこれとは別に、硬化ゾーン１３０の第２炉内空気１３１を取り出して第３加熱器２２０により加熱し、そのまま硬化ゾーン１３０に戻す硬化ゾーン循環工程も行うことができる。以下、回収装置２００の各部の説明と対応させて、上記各工程によるＶＯＣの回収方法について説明する。
－第１取出通路－
第１取出通路２０２は、蒸発ゾーン１２０に設けられたエア吸い込み口１９を介して当該蒸発ゾーン１２０に連通している。符号Ｇ１２の矢印で示すように、蒸発ゾーン１２０内の第１炉内空気１２１は、第１取出通路２０２を通じて取り出される（第１取出工程）。第１取出通路２０２には、流量調整バルブ２０２Ａが設けられており、第１炉内空気１２１の流量を調節することができる。
－第２取出通路－
第２取出通路２０３は、硬化ゾーン１３０に設けられたエア吸い込み口１９を介して当該硬化ゾーン１３０に連通している。符号Ｇ２１の矢印で示すように、硬化ゾーン１３０内の第２炉内空気１３１は、第２取出通路２０３を通じて取り出される（第２取出工程）。第２取出通路２０３にも、流量調整バルブ２０３Ａが設けられており、第２炉内空気１３１の流量を調節することができる。
－混合チャンバ－
第１取出通路２０２を通じて蒸発ゾーン１２０から導かれた第１炉内空気１２１と、第２取出通路２０３を通じて硬化ゾーン１３０から導かれた第２炉内空気１３１とは、混合チャンバ２３０に導入され混合される（混合工程）。そうして、混合チャンバ２３０で生成された混合空気２３１は、符号Ｇ３１の矢印で示すように、第１連通路２０４を通じて冷却回収部３００に送られる。
－冷却回収部－
冷却回収部３００は、混合空気２３１を冷却して、混合空気２３１に含まれるＶＯＣを水分とともに凝縮物５０１として回収するためのものである（冷却回収工程）。冷却回収部３００は、第１冷却器３２０（追加の冷却器）と、第２冷却器３３０（冷却器）とを備えている。
第１冷却器３２０は、例えば金属製の冷却用コイルであり、電着塗装ライン９００の外部に設けられた冷却塔４００に接続されている。そうして、冷却水Ｗ２１を冷媒として、混合空気２３１を予備冷却する。これにより、第２冷却器３３０による冷却前に、予備冷却により混合空気２３１をある程度冷却することができるから、混合空気２３１の第２冷却器３３０による所定温度までの冷却が容易になる。
第１冷却器３２０により予備冷却された混合空気２３１は、さらに第２冷却器３３０により冷却される。第２冷却器３３０は、第１冷却器３２０と同様に、例えば金属製の冷却用コイルであり、後述するヒートポンプ６００の蒸発器を構成している。混合空気２３１が第２冷却器３３０により冷却されると、混合空気２３１内に含まれるＶＯＣの一部が、水分とともに凝縮する。そうして、得られた凝縮物５０１は、混合空気２３１から除去されて、図３中符号Ｖ１１の破線矢印で示すように、タンク５００に回収される。そして、例えば、タンク５００の凝縮物５０１からＶＯＣが分離されて再利用される。
なお、混合空気２３１には、塗料成分の酸化分解等によって生ずるヤニ成分が含まれ得る。ヤニ成分の一部も凝縮物５０１として混合空気２３１から除去することが可能である。また、冷却回収部３００に、混合空気２３１からヤニ成分を除去するためのフィルタ等を配置してもよい。
凝縮物５０１が除去された冷却後の残空気３０１は、符号Ｇ３２の矢印で示すように、第２連通路２０５を通じて、第１加熱器２４０に送られ、加熱される（リターン工程）。
ここに、第２冷却器３３０と第１加熱器２４０とは、ヒートポンプ６００により連絡されている。具体的には、ヒートポンプ６００は、例えばＣＯ２やフロン系媒体、水等を冷媒とし、圧縮機→凝縮器→膨張弁→蒸発器の順に冷媒を循環させる蒸気圧縮式である。そして、ヒートポンプ６００の蒸発器は、混合空気２３１を熱交換によって冷却する第２冷却器３３０を構成する。一方、ヒートポンプ６００の凝縮器は、残空気３０１を熱交換によって加熱する第１加熱器２４０を構成する。そうして、ヒートポンプ６００は、第２冷却器３３０に対し、混合空気２３１を冷却する冷熱を熱交換によって供給する一方、第１加熱器２４０に対し、残空気３０１を加熱する温熱を熱交換によって供給する。換言すれば、ヒートポンプ６００は、混合空気２３１を吸熱源とし、残空気３０１を放熱源とするヒートポンプになっている。なお、図３中符号Ｗ２２は冷媒の流れを示している。
第１加熱器２４０により加熱された残空気３０１は、符号Ｇ３３，Ｇ４１，Ｇ４２の矢印で示すように、蒸発ゾーンリターン通路２０７を通じて蒸発ゾーン１２０に戻される（リターン工程）。なお、蒸発ゾーンリターン通路２０７は、ノズルボックス１８を介して、蒸発ゾーン１２０に連通している。すなわち、ノズルボックス１８を介して残空気３０１の温風が蒸発ゾーン１２０内に吹き出す。
蒸発ゾーンリターン通路２０７の途中には、第２加熱器２１０が配設されており、必要に応じて第１加熱器２４０で加熱された残空気３０１をさらに加熱することができる。第２加熱器２１０としてはガスバーナーが用いられており、第２加熱器２１０にガス燃料及び外気が供給される。
なお、蒸発ゾーン１２０には、第１取出通路２０２とは別に、第１炉内空気１２１を取り出す蒸発ゾーン取出通路２０１が設けられている。この蒸発ゾーン取出通路２０１は、蒸発ゾーンリターン通路２０７において第２加熱器２１０よりも上流側に連通している。そして、蒸発ゾーン取出通路２０１には流量調整バルブ２０１Ａが設けられており、当該流量調整バルブ２０１Ａを開閉することにより、符号Ｇ１１の矢印で示すように、必要に応じて第１炉内空気１２１の一部を第２加熱器２１０に直接送り込んで加熱し蒸発ゾーン１２０に戻すことができるようになっている。そうして、第２加熱器２１０を、操業開始時の蒸発ゾーン１２０内の空気の早期昇温や蒸発ゾーン１２０内の温度調整等に利用することができる。
また、硬化ゾーン１３０にも、第２取出通路２０３とは別に、硬化ゾーン循環通路２０９が設けられており、その途中には、第３加熱器２２０が設けられている。硬化ゾーン循環通路２０９は、符号Ｇ２２，Ｇ４３の矢印で示すように、硬化ゾーン１３０から第２炉内空気１３１の一部を取り出すとともに、第３加熱器２２０により加熱して硬化ゾーン１３０に戻す通路である。本構成により、第３加熱器２２０を用いて、操業開始時の硬化ゾーン１３０内の空気の早期昇温や硬化ゾーン１３０内の温度調整等を行うことができる（硬化ゾーン循環工程）。
－循環路内空気の温度、湿度、及びＶＯＣ濃度－
混合チャンバ２３０において、例えば、混合空気２３１の湿度及びＶＯＣ濃度が、それぞれ２１ｇ／ｋｇ以上及び５００ｐｐｍＣ以上、好ましくは２１ｇ／ｋｇ以上２３ｇ／ｋｇ以下及び５００ｐｐｍＣ以上７００ｐｐｍＣ以下となるように、第１炉内空気１２１と第２炉内空気１３１とは混合される。これにより、冷却回収部３００において混合空気２３１を冷却したときに、混合空気２３１内のＶＯＣの一部を水分に溶解させて凝縮物５０１として効率的に除去することができる。なお、混合チャンバ２３０における混合空気２３１の温度は、例えば１００℃～１２０℃程度になる。
混合空気２３１は、第１冷却器３２０により、第１冷却器３２０により例えば４０℃～６０℃程度まで冷却される。そして、第１冷却器３２０で冷却された混合空気２３１は、ヒートポンプ６００を用いた第２冷却器３３０によって、混合空気２３１中の水分及びＶＯＣが凝縮する温度、例えば１０℃～３０℃程度まで冷却される。そうして、混合空気２３１中のＶＯＣの一部は、水分の一部とともに凝縮され、凝縮物５０１として除去される。
凝縮物５０１が除去されて残った残空気３０１の湿度及びＶＯＣ濃度は、例えば、それぞれ１８ｇ／ｋｇ以下及び８０ｐｐｍＣ以下、好ましくは１３ｇ／ｋｇ以上１８ｇ／ｋｇ以下及び３０ｐｐｍＣ以上８０ｐｐｍＣ以下となる。
その後、残空気３０１は、ヒートポンプ６００の第１加熱器２４０、及び第２加熱器２１０により段階的に加熱されて蒸発ゾーン１２０に戻される。具体的には例えば、第１加熱器２４０によって５０℃～８０℃程度にまで加熱され、第２加熱器２１０によって８０℃～１００℃程度にまで加熱されて蒸発ゾーン１２０に戻される。
＜作用効果＞
以上述べたように、本実施形態に係る回収装置２００では、蒸発ゾーン１２０の第１炉内空気１２１と硬化ゾーン１３０の第２炉内空気１３１とを取り出して混合し、冷却することにより、水分中にＶＯＣを溶解させながら凝縮させることができる。そうして、塗装乾燥炉１００内のＶＯＣを効率的に回収することができるとともに、塗装乾燥炉１００内の空気を取り出して触媒燃焼装置でＶＯＣを燃焼除去する従来の排気設備は不要になる、又は簡略化することができる。
また、蒸発ゾーン１２０に戻される残空気３０１は、冷却回収部３００における冷却及び凝縮物５０１の除去によって湿度が下がっているから、蒸発ゾーン１２０には乾燥した温風が供給されることになる。そうすると、塗装乾燥炉１００内の蒸気圧の上昇が抑えられ、塗装乾燥炉１００における塗膜中の水分やＶＯＣの蒸発速度が高くなる。そうして、ワーク２の塗膜を塗装乾燥炉１００において速やかに効率良く乾燥させることができ、塗膜品質の向上に有利になる。さらに、混合空気２３１の冷却及び残空気３０１の加熱にヒートポンプ６００を利用するから、エネルギーロスが少なくなり、省エネに有利になる。また、塗装乾燥炉１００に搬入されるハンガー１０の表面温度は２７～２８℃程度であるところ、乾燥した残空気３０１が塗装乾燥炉１００に供給されると、塗装乾燥炉１００の空気の露点温度はハンガー１０の表面温度よりも低くなる。よって、ハンガー１０への結露が避けられ、例えば結露水のワーク２への落下による塗膜の品質低下が避けられる。
（実施形態２）
以下、本開示に係る他の実施形態について詳述する。なお、これらの実施形態の説明において、実施形態１と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
回収装置２００は、ディップ水洗を行なわず、例えばスプレー水洗のみを行う水洗工程を備えた塗装工程や、水洗工程を備えない塗装工程の乾燥炉にも適用できる。この場合、混合空気２３１の湿度が例えば２０ｇ／ｋｇ未満になり得る。そうすると、混合空気２３１の湿度が不足し、効率的なＶＯＣの回収が難しくなる可能性がある。このため、図４に示すように、冷却回収部３００は、該冷却回収部３００内に追加の水分を補充する例えばスプレーノズル式の水分供給器３１０を備えるようにしてもよい。水分供給器３１０には、例えば回収装置２００の外部から、符号Ｗ１１の矢印で示すように、工業用水等が供給される。そうして、混合空気２３１に対し、効率的なＶＯＣの回収に必要な水分を補充することができる。
（その他の実施形態）
回収装置２００は、電着塗装ラインの塗装乾燥炉に限らず、水溶性塗料を用いるその他の塗装ラインの塗装乾燥炉に適用することができる。また、焼付け用の塗装乾燥炉に限らず、フラッシュオフ用の塗装乾燥炉にも適用することができる。具体的には例えば、電着塗装後における水溶性塗料を用いた中塗り塗装や上塗り塗装等の塗装乾燥炉にも用いることができる。
また、冷却回収部３００に、予備冷却用の冷却器を複数台設置して、混合空気２３１の冷却を多段階としてもよい。
さらに、循環路６にヒートポンプ６００を複数台設置して、混合空気２３１の冷却及び残空気３０１の加熱を多段階で行う構成としてもよい。この場合、混合空気２３１の温度に応じて異なる冷媒のヒートポンプを配置するようにしてもよい。具体的には、より高温の混合空気２３１の冷却には高温側での吸放熱に適したＣＯ２を冷媒とするヒートポンプを用い、より低温の混合空気２３１の冷却には、低温側での吸放熱に適したフロン系媒体を冷媒とするヒートポンプを用いるようにしてもよい。これにより、混合空気２３１の冷却及び加熱を効率良く行なうことができる。
循環路６は、蒸発ゾーン取出通路２０１及び硬化ゾーン循環通路２０９のいずれか一方のみ備える構成、又は両方とも備えない構成としてもよい。
また、冷却回収部３００の第２冷却器３３０は、ヒートポンプ６００の蒸発器の代わりに、例えばチラー（冷却水循環装置）等を用いた他の冷却器であってもよい。また、第１加熱器２４０は、ヒートポンプ６００の凝縮器の代わりに、例えばガスバーナー等の他の加熱器であってもよい。また、回収装置２００は、残空気３０１のリターン工程を設けない構成としてもよい。
ワーク２は、自動車ボディに限らず、バンパー（プラスチック）、フィラーリッド（給油口の蓋）、ドアミラー、アンテナ、スポイラー等の自動車部品やその他自動車部品以外の金属及び樹脂からなる塗装品であってもよい。
２ ワーク
６ 循環路
１００ 塗装乾燥炉
１２０ 蒸発ゾーン
１２１ 第１炉内空気
１３０ 硬化ゾーン
１３１ 第２炉内空気
２００ 回収装置
２０１ 蒸発ゾーン取出通路
２０２ 第１取出通路
２０３ 第２取出通路
２０４ 第１連通路
２０５ 第２連通路
２０７ 蒸発ゾーンリターン通路
２０９ 硬化ゾーン循環通路
２１０ 第２加熱器
２２０ 第３加熱器
２３０ 混合チャンバ
２３１ 混合空気
２４０ 第１加熱器
３００ 冷却回収部
３０１ 残空気
３１０ 水分供給器
３２０ 第１冷却器
３３０ 第２冷却器
５０１ 凝縮物
６００ ヒートポンプ
９００ 電着塗装ライン
９１０ 電着ステーション
９２０ 水洗ステーション
９３０ 乾燥ステーション

Claims (7)

  1. 水溶性塗料を用いて塗装されたワークが搬入され、該ワークの塗膜を乾燥させる塗装乾燥炉内の揮発性有機化合物を回収するための装置であって、
    上記塗装乾燥炉は、
    上記ワークが搬入され、炉内温度８０℃以上１２０℃以下で上記ワークの水分を蒸発させる蒸発ゾーンと、
    上記蒸発ゾーンの下流側に配置され、炉内温度１５０℃以上２００℃以下で上記塗膜を硬化させる硬化ゾーンとを備え、
    上記蒸発ゾーンに連通し、該蒸発ゾーン内の第１炉内空気を取出すための第１取出通路と、
    上記硬化ゾーンに連通し、該硬化ゾーン内の第２炉内空気を取出すための第２取出通路と、
    上記第１炉内空気と上記第２炉内空気とを混合して混合空気を得る混合チャンバと、
    上記混合空気を冷却して、該混合空気に含まれる上記揮発性有機化合物を上記水分とともに凝縮物として回収する冷却回収部とを備え、
    上記冷却回収部は、
    上記混合空気を冷却する冷却器と、
    上記冷却器によって冷却され、上記凝縮物が除去された残空気が導入され、該残空気を加熱する加熱器と、
    上記加熱された残空気を上記塗装乾燥炉に戻すリターン通路と、
    上記冷却器と上記加熱器とを連絡し、上記冷却器に上記混合空気を冷却する冷熱を熱交換によって供給し、上記加熱器に上記残空気を加熱する温熱を熱交換によって供給するヒートポンプと、
    上記冷却回収部内に追加の水分を補充する水分供給器と、を備えた
    ことを特徴とする揮発性有機化合物の回収装置。
  2. 請求項１において、
    上記冷却器の上流側に、上記混合空気を予備冷却する追加の冷却器を備えた
    ことを特徴とする揮発性有機化合物の回収装置。
  3. 水溶性塗料を用いて塗装されたワークが搬入され、該ワークの塗膜を乾燥させる塗装乾燥炉内の揮発性有機化合物を回収するための方法であって、
    上記塗装乾燥炉は、
    上記ワークが搬入され、炉内温度８０℃以上１２０℃以下で上記ワークの水分を蒸発させる蒸発ゾーンと、
    上記蒸発ゾーンの下流側に配置され、炉内温度１５０℃以上２００℃以下で上記塗膜を硬化させる硬化ゾーンとを備え、
    上記蒸発ゾーン内の第１炉内空気を取出す第１取出工程と、
    上記硬化ゾーン内の第２炉内空気を取出す第２取出工程と、
    上記第１炉内空気と上記第２炉内空気とを混合して混合空気を得る混合工程と、
    上記混合空気を冷却して、該混合空気に含まれる上記揮発性有機化合物を上記水分とともに凝縮物として回収する冷却回収工程とを備え、
    上記水溶性塗料は、電着塗料であり、
    上記ワークは、上記電着塗料を用いた電着工程後に、洗浄水に浸漬されて洗浄される水洗工程を経た状態で、上記塗装乾燥炉に搬入されるものである
    ことを特徴とする揮発性有機化合物の回収方法。
  4. 請求項３において、
    上記冷却回収工程後の上記凝縮物が除去された残空気を加熱して上記塗装乾燥炉に戻すリターン工程を備え、
    上記混合空気を吸熱源とし、上記残空気を放熱源とするヒートポンプを用いて上記混合空気の冷却及び上記残空気の加熱を行なう
    ことを特徴とする揮発性有機化合物の回収方法。
  5. 請求項４において、
    上記混合空気を、上記ヒートポンプによる冷却前に予備冷却することを特徴とする揮発性有機化合物の回収方法。
  6. 請求項４又は請求項５において、
    上記リターン工程で、上記ヒートポンプによって加熱された残空気をさらに加熱して上記塗装乾燥炉に戻す
    ことを特徴とする揮発性有機化合物の回収方法。
  7. 請求項４乃至請求項６のいずれか一において、
    上記混合空気に含まれる上記水分の重量絶対湿度は、２１ｇ／ｋｇ以上であり、
    上記混合空気に含まれる上記揮発性有機化合物の濃度は、５００ｐｐｍＣ以上であり、
    上記残空気に含まれる上記水分の重量絶対湿度は、１８ｇ／ｋｇ以下であり、
    上記残空気に含まれる上記揮発性有機化合物の濃度は、８０ｐｐｍＣ以下である
    ことを特徴とする揮発性有機化合物の回収方法。
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