WO2005047794A1 - Anlage und verfahren zum trocknen von gegenständen - Google Patents

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WO2005047794A1
WO2005047794A1 PCT/EP2004/011036 EP2004011036W WO2005047794A1 WO 2005047794 A1 WO2005047794 A1 WO 2005047794A1 EP 2004011036 W EP2004011036 W EP 2004011036W WO 2005047794 A1 WO2005047794 A1 WO 2005047794A1
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fuel cell
air
electrical
temperature fuel
energy
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PCT/EP2004/011036
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English (en)
French (fr)
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Apostolos Katefidis
Michael Hager
Werner Swoboda
Original Assignee
Eisenmann Maschinenbau Gmbh & Co. Kg
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Publication date
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    • F26B15/00—Machines or apparatus for drying objects with progressive movement; Machines or apparatus with progressive movement for drying batches of material in compact form
    • F26B15/10—Machines or apparatus for drying objects with progressive movement; Machines or apparatus with progressive movement for drying batches of material in compact form with movement in a path composed of one or more straight lines, e.g. compound, the movement being in alternate horizontal and vertical directions
    • F26B15/12—Machines or apparatus for drying objects with progressive movement; Machines or apparatus with progressive movement for drying batches of material in compact form with movement in a path composed of one or more straight lines, e.g. compound, the movement being in alternate horizontal and vertical directions the lines being all horizontal or slightly inclined
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
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    • F26B23/02—Heating arrangements using combustion heating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B2210/00—Drying processes and machines for solid objects characterised by the specific requirements of the drying good
    • F26B2210/12—Vehicle bodies, e.g. after being painted

Definitions

  • the invention relates to a system for drying objects with a) a dryer cabin, which has at least one section in which the objects are exposed to hot air;
  • thermal afterburning devices are used as heating devices for the dryer air.
  • These thermal post-combustion devices already help to save energy insofar as it removes its energy content from the hydrocarbon-containing air removed from the drying cabin by combustion and at the same time purifies this air.
  • the energy content of the exhaust air from the dryer cabin is not sufficient to reach the combustion temperature required for complete cleaning.
  • the dryer exhaust air stream to be disposed of must therefore be heated to a temperature necessary for the complete oxidation of the organic components contained in the dryer exhaust air. Appropriate fuels must be supplied for this.
  • the hot air leaving the thermal afterburning device is now fed to one or more heat exchangers by removing part of it
  • Transfer thermal energy of the air circulated in the dryer cabin is to be avoided because of the foreign substances that are still present or arising in the exhaust air, and the worse temperature control, which may disturb the quality of the paint surface.
  • the air originating from the thermal post-combustion device and cooled in the heat exchanger (s) is then fed to the chimney at a temperature which does not differ too much from the temperature prevailing inside the dryer cabin. A value of 160 ° C is typical.
  • the object of the present invention is to provide a device and a method of the type mentioned at the outset, with which drying can be carried out with less use of equipment and with less use of primary energy.
  • the heating device comprises at least one high-temperature fuel cell, the process exhaust air of which can be fed to the dryer cabin as hot air;
  • a controller which da) operates the high-temperature fuel cell regardless of the electrical energy generated by it so that the thermal energy generated by it corresponds to the demand in the dryer cabin; db) supplies the electrical energy generated by the high-temperature fuel cell in the respective amount to other consumers.
  • the high-temperature fuel cells have primarily been used with the intention of generating as much electrical energy as possible; Suitable consumers were then sought for the thermal energy that inevitably resulted. Where there were no such consumers, the thermal energy was lost.
  • this known concept of operating high-temperature fuel cells is turned upside down: for use in dryers, the fuel cell is primarily regarded as a heating device which supplies thermal energy for heating the dryer air. Accordingly, the high-temperature fuel cell is also operated in accordance with the need for thermal energy in the dryer cabin. It is initially irrelevant how much electrical energy is inevitable in this connection. The principle now applies to this electrical energy that there are always consumers to whom this electrical energy can be supplied. This is all the easier because electrical energy is a higher-quality form of energy that can be used in more ways than thermal energy.
  • the controller uses the electrical energy of the high-temperature fuel cell primarily for electrical consumers belonging to the system itself and secondarily for electrical consumers located outside the system. In this way, the system is largely self-sufficient in terms of electrical energy. Since the demand for thermal energy in dryers can be very high, in many cases more electrical energy is generated than the consumers in the system can take off. Only this excess energy is then dissipated to consumers outside the system itself.
  • thermal energy generated by the high-temperature fuel cell is not sufficient, especially when the system is started up, be fed.
  • the electrical energy of the high-temperature fuel cell is primarily used for the electrical consumers used to generate heat, e.g. B. for infrared emitters, and only secondarily for other electrical consumers, e.g. B. electric drives used.
  • the high-temperature fuel cell is regarded as a source of thermal energy. If there is excess electrical energy, it can be used to heat the objects to be dried, which in turn reduces the need for heated air. The fuel cell can then be operated with a lower output overall if the aim is to operate the entire system as autonomously as possible.
  • the excess energy is primarily supplied to an energy store and secondly to the general electrical network.
  • Both a battery and an electrolysis device for generating hydrogen come into consideration as energy stores.
  • the energy storage devices also increase the self-sufficiency of the system, since they are in phases in which the electrical and / or thermal output of the high-temperature fuel cell is insufficient, energy can be drawn.
  • thermal afterburning devices were used, as already mentioned above, in order to obtain the considerable amounts of energy that are required and at the same time to clean the dryer exhaust air.
  • a regenerative afterburning device can be provided for cleaning the hydrocarbon-containing air leaving the drying chamber. This carries out the cleaning process with less energy expenditure than a thermal afterburning device. The excess thermal energy released in this process is not sufficient to operate the dryer.
  • a heat exchanger in which there is a heat exchange between hot air removed from the regenerative afterburning device and air removed from the outside atmosphere and air supplied to the dryer cabin.
  • this heat exchanger further heat is thus extracted from the gas leaving the regenerative afterburning device and only having a low temperature, in order to supply it for use within the dryer cabin.
  • the process flow of a high-temperature Fuel cell is used; b) the high-temperature fuel cell is operated regardless of the electrical energy generated thereby in accordance with the need for thermal energy in the drying process; c) the electrical energy generated by the high-temperature fuel cell is supplied in the respective amount of electrical consumers.
  • the process exhaust air from the high-temperature fuel cell can directly form the inert atmosphere. It is sufficiently clean from the start and exists almost exclusively, especially when using natural gas as fuel gas from carbon dioxide, which plays an important role in the curing of UV coatings.
  • FIG. 1 schematically shows a system for drying vehicle bodies
  • FIG. 2 shows, in somewhat more detail, a high-temperature fuel cell contained in the system in FIG. 1 and the immediate vicinity thereof;
  • FIG 3 shows a second embodiment of a system according to the invention.
  • the plant for drying vehicle bodies shown in the drawing comprises, as a central component, the actual dryer cabin 1, which is divided by a partition 2 into a preheating zone 3 and a main drying zone 4.
  • the freshly painted vehicle bodies are first introduced into the preheating zone 3 with the aid of a conveyor system (not shown) and are brought to a temperature of slightly below 100 ° C. there by the combined action of hot air introduced via a line 5 and electrically operated infrared radiator 6. Most of the solvent is expelled.
  • the highly solvent-containing air is removed from the dryer cabin via a line 7 and fed to an aftertreatment described below.
  • the vehicle bodies preheated in this way then reach the main drying zone 4, which in turn can be subdivided into a warming-up and a holding zone.
  • the greater length of the main drying zone 4 compared to the preheating zone 3 indicates that the vehicle bodies in the main drying zone 4 are longer than in the preheating zone 3. With a continuous flow, these different treatment times are reflected in different system lengths.
  • the vehicle bodies are brought to a temperature of 180 ° C. on the one hand with hot air, which is likewise supplied via line 5, and on the other hand with process exhaust air, which is fed in via lines 8.
  • the hot air inside the main dryer section 4 is circulated by means of fans 9 for uniform heating. At the temperature described, the remaining solvents escape from the paint on the vehicle bodies; the paint is hardened.
  • One or more high-temperature fuel cells 10 are used to generate the hot process exhaust air fed into the main dryer section 4 via the lines 8.
  • Such high-temperature fuel cells 10 can be operated with practically all hydrocarbon-containing fuel gases, but in particular also with natural gas
  • Biogas, sewage gas, landfill gas or other industrial residual gases as they occur in painting technology The fuel gas is supplied to the high-temperature fuel cell 10 via line 21. It is brought up to operating temperature there with the aid of an electrical heating device 22 (cf. FIG. 2).
  • the heating device 22 is supplied with external current during the start-up of the system and, after the operating temperature has been reached, is operated with the current generated by the high-temperature fuel cell 10 itself. This is because electrical Energy is generally present in excess, while the thermal energy of the high-temperature fuel cell 10 should be fed as completely as possible to the dryer cabin 1.
  • the air required for combustion is supplied via a line 23 connected to the outside atmosphere, in which a controllable flap 24 is located.
  • a temperature of approximately 650 prevails inside the high-temperature fuel cell 10.
  • a process exhaust air is formed which leaves the high-temperature fuel cell 10 at a temperature of approximately 600 ° C. This process exhaust air is practically free of impurities, so that it can be connected via lines 8 without interposing one
  • Heat exchanger can be entered directly into the dryer cabin 1, where a temperature of about 180 C is set. If UV-curing lacquers are processed in the dryer cabin 1, the inert atmosphere required for this can be formed directly from the process exhaust air, which consists largely of carbon dioxide, particularly when using natural gas as fuel gas.
  • the highly solvent-containing exhaust air leaving the dryer cabin 1 via the line 7 is first fed to a regenerative afterburning device 11, in which the organic contaminants, which are burned Exhaust air is thus cleaned.
  • This cleaned, about 230 ° C hot exhaust air is fed to a chimney 13 with the aid of a blower 12, either directly or via a heat exchanger 14.
  • the hot cleaned air gives off part of its heat to atmospheric air of approximately 20 ° C., which is drawn in with the aid of a further fan 15, pressed through the heat exchanger 14 and then via the above-mentioned line 5 into the dryer cabin 1 at a temperature of approximately 180 C is introduced.
  • the line 5 leads further to a controllable flap 25 and opens into the line 24 between the flap 24 and the high-temperature fuel cell 10. By adjusting the flaps 24 and 25, the amount and the temperature of the air supplied to the high-temperature fuel cell 10 can be determined become.
  • the primary control variable is the need for thermal energy which is required in the main dryer zone 4.
  • the fuel cell 10 is operated in such a way that the required thermal energy is generated and the corresponding amounts of heated exhaust air can be input into the main dryer zone 4 via the lines 8. No consideration is given to the electrical energy generated at the same time.
  • the procedure for this is as follows: First, those electrical consumers of the system itself which are used for heat generation, in particular the infrared radiators 6 and the electrical heating device 22, are supplied via line 18. Excess electrical energy is supplied via lines 17 to those present in the system Blowers 12, 15 fed. Remains in conventional dryer systems even now excess electrical energy, with which 19 electric drives, for. B. the vehicle body transporting conveyor are supplied. If electrical energy then remains, it is either released into the electrical network via line 20 or temporarily stored, for example in the form of an electrolytic hydrogen production.
  • the exemplary embodiment of a dryer system shown in FIG. 3 differs from that described above with reference to FIGS. 1 and 2 only in that no post-combustion device and no heat exchanger downstream of this transfer the heat from the air leaving the regenerative post-combustion device to the air drawn in from the outside atmosphere. are provided. Instead, the line 5 opens via a controllable flap 28 into the line 26 leading to the chimney 13; the line 27, via which fresh air is drawn in, also contains a controllable flap 29 and opens into the line 5 between the blower 15 and the line 26.
  • the amount and temperature of the air supplied to the dryer cabin 1 can be determined via the flaps 28 and 29.

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Abstract

Eine Anlage zum Trocknen von Gegenständen weist in bekannter Weise eine Trocknerkabine (1) auf, in welcher die Gegenstände heisser Luft ausgesetzt sind. Als heisse Luft wird die Prozess-Abluftluft einer Hochtemperatur Brennstoffzelle (10) verwendet, die direkt in die Trocknerkabine (1) eingebracht wird. Die Hochtemperatur­Brennstoffzelle (10) wird dabei entsprechend dem Bedarf an thermischer Energie für den Trocknungsvorgang betrieben; in welchem Ausmasse dabei auch elektrische Energie anfällt, bleibt für die Steuerung der Hochtemperatur-Brennstoffzelle (10) ausser Betracht; elektrische Verbraucher für diese elektrische Energie lassen sich stets finden. Ergebnis ist eine Anlage und ein Verfahren zum Trocknen von Gegen ständen, das mit geringem apparativen Aufwand auskommt und einen sehr hohen Energienutzungsgrad aufweist.

Description

Anlage und Verfahren zum Trocknen von Gegenständen
Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Trocknen von Gegenständen mit a) einer Trocknerkabine, die mindestens einen Abschnitt aufweist, in welchem die Gegenstände heißer Luft aus gesetzt sind;
b) einer Heizeinrichtung, welche die in die Trocknerkabine eingeführte Luft erhitzt;
sowie
ein Verfahren zum Trocknen von Gegenständen, bei dem Luft erhitzt und die Gegenstände mit erhitzter Luft beaufschlagt werden.
Sowohl aus Umwelt- als auch aus Kostengründen wird dem Umgang mit Energie beim Trocknen von Gegenständen zunehmend Beachtung geschenkt . Insbesondere beim Trocknen von großen, lackierten Gegenständen, wie beispielsweise Fahrzeugkarosserien, müssen erhebliche Energiemengen eingesetzt werden, so daß Energieeinsparungen zu erheblichen Kostenreduzierungen führen.
Bei bekannten Trocknern der eingangs genannten Art, wie sie insbesondere zum Trocknen von frisch lackierten Fahrzeugkarosserien verwendet werden, finden als Heizeinrichtung für die Trocknerluft thermische Nachverbrennungs- Vorrichtungen Verwendung. Diese thermischen Nachverbren- nungsvorrichtungen tragen zur Energieeinsparung schon insoweit bei, als sie der der Trocknerkabine entnommenen, kohlenwasserstoffhaltigen Luft durch Verbrennung ihren Energiegehalt entzieht und dabei diese Luft gleichzeitig reinigt .
Im allgemeinen reicht jedoch der Energiegehalt der Abluft der Trocknerkabine nicht aus, um die zur vollständigen Reinigung erforderliche Verbrennungstemperatur zu erreichen. Der zu entsorgende Trockner-Abluftstrom muß daher auf eine zur vollständigen Oxidation der in der Trockner-Abluft enthaltenen organischen Bestandteile notwendige Temperatur aufgeheizt werden. Hierzu sind entsprechende Brennstoffe zuzuführen. Die heiße, die thermische NachverbrennungsVorrichtung verlassende Luft wird nunmehr einem oder mehreren Wärmetauschern zugeführt, indem sie einen Teil ihrer
Wärmeenergie der in der Trocknerkabine umgewälzten Luft übergeben. Ein direktes Einleiten der Verbrennungsluft der thermischen Nachverbrennungsvorrichtung in die Trocknerkabine ist wegen der unter Umständen die Qualität der Lackoberfläche störenden in der Abluft noch verhandenen bzw. entstehenden Fremdstoffe und der schechteren Temperaturregelung zu vermeiden. Die aus der thermischen Nachverbrennungsvorrichtung stammenden und in dem oder den Wärmetauschern abgekühlte Luft wird sodann mit einer Temperatur dem Kamin zugeleitet, die sich nicht allzusehr von der im Inneren der Trocknerkabine herrschenden Temperatur unterscheidet. Typisch ist ein Wert von 160° C.
Obwohl mit diesen bekannten Trocknern bereits erhebliche Energieeinsparungen erzielt werden, wird nach weiteren
Möglichkeiten gesucht, Energie zu sparen. Außerdem bedeuten die Wärmetauscher, die aus den oben erwähnten Gründen eingesetzt werden müssen, einen verhältnismäßig hohen apparativen Aufwand. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit denen bei geringerem apparativem Aufwand mit geringerem Einsatz an Primärenergie getrocknet werden kann .
Diese Aufgabe wird, was die Vorrichtung angeht, dadurch gelöst, daß c) die Heizeinrichtung mindestens eine HochtemperaturBrennstoffzelle umfaßt, deren Prozess-Abluft der Trocknerkabine als heiße Luft zuführbar ist;
d) eine Steuerung vorgesehen ist, welche da) die Hochtemperatur-Brennstoffzelle ungeachtet der von ihr erzeugten elektrischen Energie so betreibt, daß die von ihr erzeugte thermische Energie dem Bedarf in der Trocknerkabine entspricht; db) die von der Hochtemperatur-Brennstoffzelle erzeugte elektrische Energie in der jeweils anfallenden Menge anderen Verbrauchern zuführt.
Es ist bekannt, daß in Hochtemperatur-Brennstoffzellen zwei Arten von Energie, nämlich elektrische und thermische Energie anfallen. Ebenso bekannt ist, daß dann, wenn beide Arten von Energie verwendet werden können, ein Nutzungsgrad der Primärenergie von bis zu 90 % erreicht werden kann.
Bisher wurden die Hochtemperatur-Brennstoffzellen allerdings primär in der Absicht eingesetzt, so viel wie möglich elektrische Energie zu erzeugen; für die thermische Energie, die sich dabei zwangsläufig ergab, wurden dann geeignete Verbraucher gesucht. Wo es solche Verbraucher nicht gab, ging die thermische Energie verloren.
Erfindungsgemäß wird dieses bekannte Konzept, Hochtemperatur-Brennstoffzellen zu betreiben, auf den Kopf gestellt: Für den Einsatz bei Trocknern wird die Brennstoffzelle primär als Heizeinrichtung betrachtet, welche zur Erhitzung der Trocknerluft thermische Energie liefert. Dementsprechend wird die Hochtemperatur-Brennstoffzelle auch entsprechend dem Bedarf an thermischer Energie in der Trock- nerkabine betrieben. Dabei ist es zunächst unerheblich, wieviel elektrische Energie in diesem Zusammenhang zwangsläufig mit anfällt. Für diese elektrische Energie gilt nunmehr das Prinzip, daß sich immer Verbraucher finden, denen diese elektrische Energie zuführbar ist. Dies fällt umso leichter, als elektrische Energie eine höherwertige Energieform ist, die vielseitiger einsetzbar ist als thermische Energie.
Für die Verwertung der anfallenden elektrischen Energie wird vorteilhaft die folgende Philosophie befolgt: Die
Steuerung setzt die elektrische Energie der HochtemperaturBrennstoffzelle primär für zur Anlage selbst gehörende elektrische Verbraucher und sekundär für außerhalb der Anlage befindliche elektrische Verbraucher ein. Auf diese Weise wird die Anlage hinsichtlich der elektrischen Energie weitgehend autark. Da der Bedarf an thermischer Energie in Trocknern sehr hoch sein kann, wird in vielen Fällen mehr elektrische Energie erzeugt, als die Verbraucher in der Anlage selbst abnehmen können. Erst diese überschüssige Energie wird dann an Verbraucher außerhalb der Anlage selbst abgeführ .
Sollte die von der Hochtemperatur-Brennstoffzelle erzeugte thermische Energie insbesondere beim Anfahren der Anlage, nicht ausreichen, muß aus dem elektrischen Netz nachge- speist werden.
Innerhalb der Anlage selbst wird die elektrische Energie der Hochtemperatur-Brennstoffzelle primär für die der Wärmeerzeugung dienenden elektrischen Verbraucher, z. B. für Infrarot-Strahler, und erst sekundär für andere elektrische Verbraucher, z. B. elektrische Antriebe, eingesetzt .
Auch dieses Prinzip spiegelt wieder, daß erfindungsgemäß die Hochtemperatur-Brennstoffzelle als Quelle thermischer Energie betrachtet wird. Soweit also elektrische Energie überschüssig ist, kann diese zur Erwärmung der zu trocknenden Gegenstände verwendet werden, was wiederum den Bedarf an erhitzter Luft reduziert. Die Brennstoffzelle kann dann insgesamt mit geringerer Leistung betrieben werden, wenn ein möglichst autarker Betrieb der gesamten Anlage angestrebt wird.
Wenn nach dem Speisen der der Wärmeerzeugung dienenden elektrischen Verbraucher der Anlage noch elektrische Energie übrigbleibt, wird diese für elektrische Antriebe möglichst innerhalb der Anlage selbst, also beispielsweise für die Motoren von verwendeten Gebläsen oder auch von Fördereinrichtungen verwendet.
Erst wenn die elektrische Energie innerhalb der Anlage selbst nicht verbraucht werden kann, wird bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage die überschüssige Energie primär einem Energiespeicher und sekundär dem allgemeinen elektrischen Netz zugeführt . Als Energiespeicher kommen sowohl eine Batterie als auch eine Elektrolyseeinrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff in Betracht. Auch die Energiespeicher erhöhen die Autarkie der Anlage, da ihnen in Phasen, in denen die elektrische und/oder thermische Leistung der Hochtemperatur-Brennstoffzelle nicht ausreicht, Energie entnommen werden kann. Bei bekannten Anlagen der eingangs genannten Art wurden, wie oben schon erwähnt, thermische Nachverbrennungsvorrichtungen eingesetzt, um die erheblichen Energiemengen, die benötigt werden, zu gewinnen und gleichzeitig die Trockner-Abluft zu reinigen. Da bei erfindungsgemäßen Anlagen die erhitzte Trocknerluft jedenfalls zum überwiegenden Anteil aus der Hochtemperatur-Brennstof zelle stammt, kann zum Reinigen der die Trockenkammer verlassenden kohlenwasserstoffhaltigen Luft eine regenerative Nachverbrennungsvorrichtung vorgesehen werden. Diese führt den Reinigungsvorgang mit geringerem Energieaufwand als eine thermische Nachverbrennungsvorrichtung durch. Die hierbei freiwerdende überschüssige thermische Energie reicht zum Betrieb des Trockners nicht aus.
Gleichwohl kann es nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sinnvoll sein, einen Wärmetauscher vorzusehen, in welchem ein Wärmetausch zwischen der regenerativen NachverbrennungsVorrichtung entnommener heißer Luft und der Außenatmosphäre entnommener und der Trocknerkabine zugeführter Luft stattfindet. In diesem Wärmetauscher wird also dem die regenerative Nachverbrennungseinrichtung verlassenden, nur noch eine geringe Temperatur aufweisendem Gas, noch weitere Wärme entnommen, um sie der Nutzung innerhalb der Trocknerkabine zuzuführen.
Die o. g. Aufgabe wird, was das Verfahren zum Trocknen von Gegenständen angeht, dadurch gelöst, daß
a) als heiße Luft die Prozess-Abluf einer Hochtemperatur- Brennstoffzelle verwendet wird; b) die Hochtemperatur-Brennstoffzelle ungeachtet der dabei erzeugten elektrischen Energie entsprechend dem Bedarf an thermischer Energie bei dem Trocknervorgang betrieben wird; c) die von der Hochtemperatur-Brennstoffzelle erzeugte elektrische Energie in der jeweils anfallenden Menge elektrischen Verbrauchern zugeführt wird.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen sinngemäß den o. g. Vorteilen der erfindungsgemäßen Vorrichtung .
Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die ebenfalls ihr Analogon in oben schon erläuterten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung finden, sind in den Ansprüchen 8 bis 12 angegeben.
Da beim erfindungsgemäßen Verfahren im allgemeinen elektrische Energie zur freien Verfügung steht, macht es Sinn, nach Erreichen der Betriebstenperatur der Brenn- stoffzelle zumindest teilweise das Brenngas durch elektrische Energie zu erhitzen. Dadurch erhöht sich der thermische Wirkungsgrad. Die Austrittstemperatur der Prozess-Abluft erhöht sich so auf etwa 600 C.
Wo in der Trocknerkabine eine Inertatmosphäre benötigt wird, insbesondere bei der Verarbeitung von UV-härtenden Lacken, kann die Prozess-Abluft der Hochtemperatur-Brennstoffzelle direkt die Inertatmosphäre bilden. Sie ist von Hause aus hinreichend sauber und besteht insbesondere bei Verwendung von Erdgas als Brenngas nahezu ausschließlich aus Kohlendioxid, das bei der Aushärtung von UV-Lacken eine wichtige Rolle spielt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen
Figur 1 schematisch eine Anlage zum Trocknen von Fahrzeugkarosserien; Figur 2 etwas detaillierter eine in der Anlage der Figur 1 enthaltene Hochtemperatur-Brennstoffzelle sowie deren nächste Umgebung;
Figur 3 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsge- mäßen Anlage.
Die in der Zeichnung dargestellte Anlage zum Trocknen von Fahrzeugkarosserien umfaßt als zentrale Komponente die eigentliche Trocknerkabine 1, die durch eine Trenn- wand 2 in eine Vorerwärmungszone 3 und eine Haupt-Trocknungszone 4 unterteilt ist. Die frisch lackierten Fahrzeugkarosserien werden mit Hilfe eines nicht dargestellten Fördersystems zunächst in die Vorerwärmungszone 3 eingebracht und dort durch die kombinierte Wirkung einer über eine Leitung 5 eingebrachten Heißluft und elektrisch betriebener Infrarotstrahler 6 auf eine Temperatur von etwas unter loo C gebracht. Dabei wird der größte Teil des Lösemittels ausgetrieben. Die stark lösemittelhaltige Luft wird über eine Leitung 7 der Trocknerkabine entnommen und einer weiter unten beschriebenen Nachbehandlung zugeführt .
Die so vorerwärmten Fahrzeugkarosserien gelangen sodann in die Haupttrocknungszone 4, die ihrerseits nocheinmal in eine Aufwärm- und eine Haltezone unterteilt sein kann. Durch die im Vergleich zur Vorerwärmungszone 3 größere Länge der Haupttrocknungszone 4 wird angedeutet, daß sich die Fahrzeugkarosserien in der Haupttrocknungszone 4 länger als in der Vorerwärmungszone 3 befinden. Bei einem kontinuierlichen Durchlauf erfahren spiegeln sich diese unterschiedlichen Behandlungszeiten in unterschiedlichen Anlagenlängen wieder.
Innerhalb der Haupttrocknungszonen 4 werden die Fahrzeug- karosserien zum einen mit heißer Luft, die ebenfalls über die Leitung 5 zugeführt wird, zum anderen aber mit Prozess-Abluft, die über Leitungen 8 eingespeist wird, auf eine Temperatur von 180 C gebracht. Die heiße Luft innerhalb des Haupttrocknerabschnitts 4 wird zur gleich- mäßigen Erwärmung mit Hilfe von Gebläsen 9 umgewälzt. Bei der geschilderten Temperatur entweichen die restlichen Lösemittel aus dem Lack auf den Fahrzeugkarosserien; der Lack wird ausgehärtet.
Zur Erzeugung der über die Leitungen 8 in den Haupttrockner- abschnitt 4 eingespeisten heißen Prozess-Abluft werden eine oder mehrere Hochtemperatur-Brennstoffzellen 10 eingesetzt. Derartige Hochtemperatur-Brennstoffzellen 10 können mit praktisch allen kohlenwasserstoffhaltigen Brenngasen betrieben werden, insbesondere mit Erdgas aber auch
Biogas, Klärgas, Deponiegas oder sonstigen industriellen Restgasen, wie sie auch in der Lackiertechnik anfallen. Das Brenngas wird der Hochtemperatur-Brennstoffzelle 10 über die Leitung 21 zugeführt. Es wird dort mit Hilfe einer elektrischen Heizvorrichtung 22 (vgl. Figur 2) auf Betriebstemperatur gebracht. Die Heiz orrichtung 22 wird während des Anfahrens der Anlage aus Fremdstrom gespeist und nach Erreichen der Betriebstemperatur mit dem von der Hochtemperatur-Brennstoffzelle 10 selbst erzeugten Strom betrieben. Dies deshalb, weil elektrische Energie im allgemeinen im Überschuß vorhanden ist, während die thermische Energie der Hochtemperatur-Brennstoffzelle 10 möglichst vollständig der Trocknerkabine 1 zugeführt werden sollte.
Die zur Verbrennung erforderliche Luft wird über eine mit der Außenatmosphäre verbundene Leitung 23, in der eine steuerbare Klappe 24 liegt, zugeführt. Im Inneren der Hochtemperatur-Brennstoffzelle 10 herrscht eine Temperatur von etwa 650 . Es entsteht eine Prozess- Abluft, die mit einer Temperatur von etwa 600° C die Hochtemperatur-Brennstoffzelle 10 verläßt. Diese Prozess- Abluft ist praktisch frei von Verunreinigungen, so daß sie über die Leitungen 8 ohne Zwischenschalten eines
Wärmetauschers direkt in die Trocknerkabine 1 eingegeben werden kann, wo eine Temperatur von etwa 180 C eingestellt wird. Werden in der Trocknerkabine 1 UV-härtende Lacke verarbeitet, so kann die hierfür erforderliche In- ertatmosphäre direkt von der Prozess-Abluft gebildet werden, die insbesondere bei der Verwendung von Erdgas als Brenngas weit überwiegend aus Kohlendioxid besteht.
Knapp 60 % der gesamten Energie fällt als elektrische Energie, reichlich 40 % als thermische Energie an.
Bevor auf die Verwendung der verschiedenen Energiearten und die hierfür eingesetzte Steuerung der HochtemperaturBrennstoffzelle 10 eingegangen wird, sei zunächst die Beschreibung der gesamten Anlage zu Ende geführt:
Die die Trocknerkabine 1 über die Leitung 7 verlassende, stark lösemittelhaltige Abluft wird zunächst einer regenerativen Nachverbrennungsvorrichtung 11 zugeführt, in welcher die organischen Verunreinigungen verbrannt, die Abluft somit gereinigt wird. Diese gereinigte, etwa 230° C heiße Abluft wird mit Hilfe eines Gebläses 12 einem Kamin 13 entweder direkt oder auf dem Umweg über einen Wärmetauscher 14 zugeleitet. Die heiße gereinigte Luft gibt dort einen Teil ihrer Wärme an Atmosphärenluft von etwa 20 C ab, die mit Hilfe eines weiteren Gebläses 15 angesaugt , durch den Wärmetauscher 14 hindurchgedrückt und sodann über die oben schon erwähnte Leitung 5 in die Trocknerkabine 1 mit einer Temperatur von etwa 180 C eingebracht wird. Die Leitung 5 führt weiter zu einer steuerbaren Klappe 25 und mündet zwischen der Klappe 24 und der Hochtemperatur-Brennstoffzelle 10 in die Leitung 24. Durch Einstellen der Klappen 24 und 25 können ersichtlich die Menge und die Temperatur der der Hochtemperatur-Brennstoffzelle 10 zugeleiteten Luft bestimmt werden.
Das Energiemanagement der gesamten Anlage erfolgt mit Hilfe einer elektronischen Steuerung in folgender Weise:
Die primäre Steuergröße ist der Bedarf an thermischer Energie, der in der Haupttrocknerzone 4 benötigt wird. Die Brennstoffzelle 10 wird so betrieben, daß die erforderliche thermische Energie erzeugt und die entsprechenden Mengen erhitzter Abluft über die Leitungen 8 in die Haupttrocknerzone 4 eingegeben werden können. Dabei wird auf die gleichzeitig anfallende elektrische Energie keine Rücksicht genommen. Mit dieser wird wie folgt verfahren: Zunächst werden über die Leitung 18 diejenigen elektrischen Verbraucher der Anlage selbst versorgt, die der Wärmegewinnung dienen, insbesondere also den Infrarotstrahlern 6 und die elektrische Heizeinrichtung 22. Überschüssige elektrische Energie wird über die Leitungen 17 den innerhalb der Anlage vorhandenen Gebläsen 12, 15 zugeleitet. Bei üblichen Trockneranlagen verbleibt auch jetzt noch überschüssige elektrische Energie, mit welcher über die Leitung 19 elektrische Antriebe, z. B. des die Fahrzeugkarosserien transportierenden Förderers, versorgt werden. Verbleibt dann noch elektrische Energie, wird diese über die Leitung 20 entweder in das elektrische Netz abgegeben oder zwischengespeichert, beispielsweise in Form einer elektrolytischen Wasserstofferzeugung.
Das in Figur 3 dargestellte Ausführungsveispiel einer Trockneranlage unterscheidet sich von dem oben anhand der Figuren 1 und 2 beschriebenen nur dadurch, daß keine Nachverbrennungsvorrichtung und kein diesem nachgeschalteter Wärmetauscher, der Wärme von der die regenerative Nachverbrennungsvorrichtung verlassenden Luft auf die aus der Außenatmosphäre angesaugte Luft überträgt, vorgesehen sind. Statt dessen mündet die Leitung 5 über eine steuerbare Klappe 28 in die zum Kamin 13 führende Leitung 26; die Leitung 27, über welche Frischluft angesaugt wird, enthält ebenfalls eine steuerbare Klappe 29 und mündet zwischen dem Gebläse 15 und der Leitung 26 in die Leitung 5.
Über die Klappen 28 und 29 lassen sich ersichtlich Menge und Temperatur der der Trocknerkabine 1 zugeführten Luft bestimmen.

Claims

Patentansprüche
Anlage zum Trocknen von Gegenständen mit a) einer Trocknerkabine, die mindestens einen Abschnitt aufweist, in welchem die Gegenstände heißer Luft ausgesetzt sind;
b) einer Heizeinrichtung, welche die in die Trocknerkabine eingeführte heiße Luft erhitzt;
dadurch gekennzeichnet, daß
c) die Heizeinrichtung mindestens eine HochtemperaturBrennstoffzelle (10) umfasst, deren Prozess-Abluf der Trocknerkabine (1) als heiße Luft zuführbar ist;
d) eine Steuerung vorgesehen ist, welche da) die Hochtemperatur-Brennstoffzelle (10) ungeachtet der von ihr erzeugten elektrischen Ener- gie so betreibt, daß die von ihr erzeugte thermische Energie dem Bedarf in der Trocknerkabine (1) entspricht; db) die von der Hochtemperatur-Brennstoffzelle (10) erzeugte elektrische Energie in der jeweils anfallenden Menge anderen elektrischen Verbrauchern zuführt .
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung die elektrische Energie der Hochtempe- ratur-Brennstoffzelle (10) primär für zur Anlage selbst gehörende elektrische Verbraucher (6, 12, 15) und sekundär für außerhalb der Anlage befindliche elektrische Verbraucher einsetzt.
3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, da die Steuerung die elektrische Energie der Hochtemperatur-Brennstoffzelle (10) innerhalb der Anlage selbst primär für die der Wärmeerzeugung dienenden elektrischen Verbraucher (6), z. B. für Infrarotstrahler, und sekundär für andere elektrische Verbraucher, z. B. elektrische Antriebe, einsetzt.
4. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, daß die Steuerung die überschüssige, nicht in der Anlage selbst verbrauchte elektrische Energie der Hochtemperatur-Brennstoffzelle (10) primär einem Energiespeicher und sekundär dem allgemeinen elektrischen Netz zuführt.
5. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine regenerative Nachverbrennungsvorrichtung (11) vorgesehen ist, welcher der Trockenkammer (1) entnommene kohlenwasserstoff- haltige Luft zur Reinigung zugeführt wird.
6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmetauscher (14) vorgesehen ist, in welchem ein Wärmetausch zwischen der regenerativen Nachver- brennungsvorrichtung (11) entnommener heißer Luft und der Außenatmosphäre entnommener und der Trocknerkabine (1) zugeführter Luft stattfindet.
7. Verfahren zum Trocknen von Gegenständen, bei dem Luft erhitzt und die Gegenstände mit der erhitzten Luft beaufschlagt werden, dadurch gekennzeichnet, daß a) als heiße Luft die Prozess-Abluft einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle (10) verwendet wird; b) die Hochtemperatur-Brennstoffzelle (10) ungeachtet der dabei erzeugten elektrischen Energie entsprechend dem Bedarf an thermischer Energie für den Trocknungs- vorgang betrieben wird; c) die von der Hochtemperatur-Brennstoffzelle (10) erzeugte elektrische Energie in der jeweils anfallenden Menge elektrischen Verbrauchern zugeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Energie der HochtemperaturBrennstoffzelle (10) primär für zur Anlage selbst ge- hörende elektrische Verbraucher (6, 12, 15) und sekundär für außerhalb der Anlage befindliche elektrische Verbraucher verwendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8 , dadurch gekenn- zeichnet, daß die elektrische Energie der Hochtemperatur-Brennstoffzelle innerhalb der Anlage selbst primär für die der Wärmeerzeugung dienende elektrischen Verbraucher, z. B. für Infrarot-Strahler und sekundär für andere elektrische Verbraucher, z. B. elektrische Antriebe, verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die überschüssige, nicht in der Anlage selbst verbrauchte elektrische Energie der Hochtemperatur-Brennstoffzelle (10) primär einem Ener- giespeicher und sekundär dem allgemeinen elektrischen Netz zugeführt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die beim Trocknen entstehende kohlenwasserstoffhaltige Luft regenerativ nachverbrannt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Nachverbrennen erhitzte Luft zur Erwärmung von Luft verwendet wird, die der Außenatmosphäre entnommen und dem Trocknungsvorgang zugeführt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erreichen der Betriebstemperatur der Brennstoffzelle (10) das Brenngas zumindest teilweise durch von der Brennstoffzelle (10) sewlbst gelieferte elektrische Energie erwämt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozess-Abluft der Hochtemperatur-Brennstoffzelle (10) in der Trocknerkabine (1) eine Inertatmosphäre bildet.
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