CN110036252A - 涂装干燥方法及其装置 - Google Patents

Abstract

从使工件(2)的涂膜干燥的干燥炉(1)取出炉内空气，将该空气冷却，以使该空气中的至少水分及VOC各自的一部分冷凝而去除，对该冷却后的空气进行加热并使其返回干燥炉(1)。设置有将从干燥炉(1)取出的空气作为吸热源且将上述冷却后的空气作为散热源的热泵(3)，使用该热泵(3)来进行上述空气的冷却及加热。

Description

涂装干燥方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种使涂装后的工件的涂膜干燥的涂装干燥方法及其装置。

背景技术

在车身涂装等的领域中，通常进行这样的处理：将涂装后的工件向干燥炉搬入而进行涂膜的干燥(晾干(flash-off)或烘烤(baking))。在专利文献1中记载有电沉积涂装后的车身的烘烤干燥炉之一例。在该例中，将来自外部空气导入路的导入外部空气与从干燥炉取出的空气混合并由加热器加热后供给到干燥炉。另外，在将来自干燥炉的废气(包含焦油成分等的废气)导向催化氧化装置而进行净化除臭处理之后，释放到大气中。进而，利用净化除臭处理完的高温废气对上述导入外部空气进行预热。

另外，在上述专利文献1中记载了如下内容：在干燥炉的前方和后方设置有预热炉和冷却区，利用将预热用空气作为散热源且将冷却用空气作为吸热源的热泵，来进行预热用空气的加热和冷却用空气的冷却。

专利文献1：日本公开专利公报特开2011－58081号公报

发明内容

－发明要解决的技术问题－

在上述干燥炉中，由于涂膜所含的水分、VOC(挥发性有机化合物)蒸发而使干燥炉内的蒸汽压变高，与此相伴，存在蒸发速度下降(干燥耗费时间)这样的问题。

另外，为了利用催化氧化装置对VOC进行处理(使VOC燃烧分解)而需要能量。进而，虽然通过了催化氧化装置的废气的热经过热交换而被用于导入外部空气的加热，但废气的温度即便在热交换后也比较高，因此，存在将废气排出而引起的能量损耗。

进而，还存在炉内空气从干燥炉向冷却区泄漏而导致焦油成分冷凝后附着于工件这样的问题。

－用以解决技术问题的技术方案－

本发明为了解决上述技术问题，利用热泵对从干燥炉取出的空气进行冷却，使该空气中的水分、VOC等蒸汽冷凝而去除之后，对该空气进行加热并使其返回干燥炉。

这里公开的涂装干燥方法是将涂装后的工件向干燥炉搬入并在该干燥炉中使该工件的涂膜干燥的方法，其特征在于：上述涂装干燥方法包括：从上述干燥炉取出炉内空气，将该空气冷却，以使该空气中的至少水分及挥发性有机化合物各自的一部分冷凝而去除的工序；以及对上述冷却后的空气进行加热并使该空气返回上述干燥炉的工序，设置有将从上述干燥炉取出的空气作为吸热源且将上述冷却后的空气作为散热源的热泵，使用该热泵来进行上述空气的冷却及加热。

由此，将干燥炉内的空气取出并冷却，使水分及VOC冷凝而去除后，将该干燥后的空气进行加热并使其返回干燥炉，因此，能够抑制干燥炉内的蒸汽压上升。其结果是，干燥炉内的涂膜中的水分、VOC的蒸发速度提高，因此，能够在干燥炉中迅速且高效地使工件的涂膜干燥，从而有利于品质提高。

另外，由于通过上述冷却去除了VOC，因此，不再需要用于处理VOC的排气和设置催化氧化装置，或者即便在设置催化氧化装置的情况下，也能够使其小型化及降低排气量。进而，由于在上述空气的冷却及加热中利用热泵，因此能量损耗减少。因而，有利于节能。

另外，由于通过上述冷却而实现了焦油成分的冷凝去除，因此，也防止焦油成分泄漏而附着到工件上。

在一实施方式中，设置有多个上述热泵，使用多个该热泵，阶段性地进行上述空气的冷却及加热。

在单级冷却中，难以使从干燥炉取出的空气的温度降至水分及VOC冷凝的温度，但根据该实施方式，使用多个热泵阶段性地进行空气的冷却及加热，因此，容易将空气冷却至所期望的温度，接着使空气上升至适于干燥工件的涂膜的温度。

在一实施方式中，作为多个上述热泵，设置有将CO₂作为制冷剂的第一热泵、以及将氟利昂类介质作为制冷剂的第二热泵，按照从上述第一热泵到上述第二热泵的顺序阶段性地进行上述空气的冷却，按照从上述第二热泵到上述第一热泵的顺序阶段性地进行上述空气的加热。

将CO₂作为制冷剂的第一热泵适于高温侧的吸热和散热，将氟利昂类介质作为制冷剂的第二热泵适于低温侧的吸热和散热。因此，在该实施方式中，按照从上述第一热泵到上述第二热泵的顺序阶段性地进行空气的冷却，按照从上述第二热泵到上述第一热泵的顺序阶段性地进行空气的加热。

在一实施方式中，在利用上述热泵进行冷却之前，对从上述干燥炉取出的空气进行预备冷却。

在利用热泵进行的冷却中，伴随着压缩机的驱动等而产生热，但根据该实施方式，通过预备冷却，容易利用热泵将空气冷却至所期望的温度。

在一实施方式中，对由上述热泵加热后的空气进一步进行加热后使该空气返回上述干燥炉。

通过对由热泵加热后的空气进一步进行加热，而容易将返回干燥炉的空气调节到所期望的温度。

在一实施方式中，上述工件是安装在搬运用吊架上并向上述干燥炉搬入的工件，在将上述空气冷却的工序中，使从上述干燥炉取出的空气中的水分冷凝而去除，以使得上述干燥炉内的空气的露点温度在向该干燥炉搬入的上述吊架的表面温度以下。

由此，防止在干燥炉内在吊架上产生结露，其结果是，避免结露水向工件滴下而导致涂膜品质下降。

这里公开的涂装干燥装置是使涂装后的工件的涂膜干燥的装置，其特征在于：上述涂装干燥装置包括：干燥炉，上述工件被搬入该干燥炉中；冷却器，从上述干燥炉向该冷却器导入炉内空气，该冷却器将该空气冷却，以使该空气中的至少水分及挥发性有机化合物各自的一部分冷凝而去除；加热器，已由上述冷却器冷却后的空气被导入该加热器，该加热器对该空气进行加热；循环通道，其使上述干燥炉内的空气以从上述冷却器经过上述加热器而返回上述干燥炉的方式循环；以及热泵，其将上述冷却器与上述加热器连接，通过热交换向上述冷却器供给用于冷却上述空气的冷能，并通过热交换向上述加热器供给用于加热上述空气的热能。

根据该装置，能够从干燥炉取出炉内空气，利用热泵将该空气冷却，以使该空气中的至少水分及VOC各自的一部分冷凝而去除，进而，使用该热泵对冷却后的空气进行加热并使其返回干燥炉。因而，能够抑制干燥炉内的蒸汽压上升，能够迅速且高效地使工件的涂膜干燥，并且，不再需要用于处理VOC的排气和设置催化氧化装置，或者能够使催化氧化装置小型化及降低排气量，有利于节能，进而，还防止焦油成分泄漏而附着到工件上。

在涂装干燥装置的一实施方式中，在上述循环通道中设置有多个由热泵连接上述冷却器与上述加热器而成的组，以便阶段性地进行上述空气的冷却及加热。

由此，容易将从干燥炉取出的空气冷却至所期望的温度，接着使该空气上升至适于干燥工件的涂膜的温度。

在涂装干燥装置的一实施方式中，作为多个上述组，包括使用了将CO₂作为制冷剂的第一热泵的第一组、以及使用了将氟利昂类介质作为制冷剂的第二热泵的第二组，上述第一组及上述第二组这两组设置在上述循环通道中，以便按照从上述第一热泵到上述第二热泵的顺序阶段性地进行上述空气的冷却，并按照从上述第二热泵到上述第一热泵的顺序阶段性地进行上述空气的加热。

由此，能够利用使用了适于高温侧的吸热和散热的CO₂制冷剂的第一热泵以及使用了适于低温侧的吸热和散热的氟利昂类制冷剂的第二热泵，高效地进行空气的冷却及加热。

在涂装干燥装置的一实施方式中，该涂装干燥装置包括前置冷却器，该前置冷却器设置在上述循环通道中，将从上述干燥炉取出的空气冷却并向上述冷却器导入。

由此，通过利用前置冷却器进行的预备冷却，容易利用热泵将空气冷却至所期望的温度。

在涂装干燥装置的一实施方式中，该涂装干燥装置包括后置加热器，该后置加热器设置在上述循环通道中，对由上述加热器加热后的空气进一步进行加热并使该空气返回上述干燥炉。

通过利用后置加热器进行的加热，容易将返回干燥炉的空气调节到所期望的温度。另外，能够利用后置加热器来加快作业开始时干燥炉的升温。

在涂装干燥装置的一实施方式中，上述工件是安装在搬运用吊架上并向上述干燥炉搬入的工件，上述冷却器使从上述干燥炉取出的空气中的水分冷凝而去除，以使得上述干燥炉内的空气的露点温度在向该干燥炉搬入的上述吊架的表面温度以下。

因此，防止在干燥炉内在吊架上产生结露，其结果是，避免结露水向工件滴下而导致涂膜品质下降。

－发明的效果－

根据本发明，利用热泵，将从干燥炉取出的空气冷却并使该空气中的至少水分及VOC各自的一部分冷凝而去除，对该冷却后的空气进行加热并使其返回上述干燥炉，因此，能够抑制干燥炉内的蒸汽压上升，能够迅速且高效地使工件的涂膜干燥，并且，不再需要用于处理VOC的排气和设置催化氧化装置，或者能够使催化氧化装置小型化及降低排气量，有利于节能，进而，还防止焦油成分泄漏而附着到工件上。

附图说明

图1是示出第一实施方式所涉及的涂装干燥装置的方框图。

图2是示出该装置的干燥炉、工件及搬运用吊架的剖视图。

图3是示出第二实施方式所涉及的涂装干燥装置的冷却/加热系统的图。

图4是示出第三实施方式所涉及的涂装干燥装置的冷却/加热系统的图。

具体实施方式

下面，基于附图对用以实施本发明的实施方式进行说明。以下对优选实施方式的说明本质上只不过是例示，并非意在限制本发明、其应用物或其用途。

＜第一实施方式＞

在图1所示的涂装干燥装置中，1是供涂装后的工件2搬入的干燥炉。在干燥炉1的外部，设置有用于将从干燥炉1取出的空气冷却之后进行加热的热泵3、对由热泵3加热后的空气进行加热的后置加热器4、以及循环用风扇5。干燥炉1、热泵3、后置加热器4及循环用风扇5通过循环通道6连接起来，该循环通道6使从干燥炉1取出的空气依次通过热泵3、后置加热器4及循环用风扇5后返回干燥炉1。

热泵3是使制冷剂按照压缩机→冷凝器→膨胀阀→蒸发器的顺序循环的蒸汽压缩式热泵，将CO₂作为制冷剂。热泵3的蒸发器构成冷却器，该冷却器通过热交换将从干燥炉1取出的空气冷却，以使该空气中的至少水分及VOC各自的一部分冷凝而去除。另外，热泵3的冷凝器构成加热器，该加热器通过热交换对由上述蒸发器冷却后的空气进行加热。换言之，热泵3成为将从干燥炉1取出的空气作为吸热源且将上述冷却后的空气作为散热源的热泵。

作为后置加热器4而使用气体燃烧器，向该后置加热器4供给气体燃料及外部空气。根据作业开始时干燥炉1内的空气的早期升温、干燥炉1内的温度调节等的需要而利用该后置加热器4。

本例的工件2是汽车车身，将其装在图2所示的吊架式搬运装置(悬挂式输送机)的吊架10上而向干燥炉1搬入。

吊架式搬运装置包括沿着涂装线延伸的导轨11、以及借助辊12与该导轨11接合而沿着该导轨11移动的前后的吊运车13，吊架10悬吊于吊运车13上。吊架10包括用于从两侧支承工件2的、经由C型颈部14而悬吊于吊运车13上的前后的门型框架15。在门型框架15的下端部设置有工件承接件16。

在干燥炉1的相面对的内侧壁17上，设置有将从循环通道6供给的暖风吹向安装在吊架10上的工件2的喷嘴箱18。在内侧壁17的上部开设有将干燥炉1内的空气向循环通道排出的空气吸入口19。在干燥炉1的壁上设置有隔热材料8。

在上述结构中，将涂装后的工件2安装在吊架10上而向干燥炉1搬入。在干燥炉1中，一边搬运工件2，一边对工件2的涂膜进行干燥。循环用风扇5工作，而使得干燥炉1内的空气从空气吸入口19被导向热泵3的蒸发器(冷却器)，并由该蒸发器进行冷却。

由此，从干燥炉1取出的空气中的水分的一部分冷凝。同时，该空气中所含的VOC的一部分、通过涂料成分的氧化分解等而产生的焦油成分的一部分也冷凝。通过冷却该空气而产生的冷凝液被贮存在贮存罐7中。从该贮存罐7的冷凝液中回收VOC并重新利用。

去除了水分、VOC等的冷却后的空气被导向热泵3的冷凝器(加热器)，由该冷凝器进行加热。由冷凝器加热后的空气根据需要在后置加热器4中进一步被加热后，从干燥炉1的喷嘴箱18返回干燥炉1内。即，向干燥炉1内吹送暖风。

如上述那样，通过利用热泵3将从干燥炉1取出的空气冷却，从而不仅去除该空气中的水分的一部分，还去除VOC的一部分。因此，在该涂装干燥装置中，无需设置将干燥炉1内的空气取出后利用催化燃烧装置对VOC进行燃烧并去除的排气设备。

这样一来，就会向干燥炉1供给去除了上述水分而使得湿度变低的、即被干燥后的暖风。因而，在干燥炉1中，来自工件2的涂膜的水分及VOC的蒸发速度提高，实现了涂膜的快速干燥及品质提高。另外，通过向干燥炉1供给干燥后的暖风，而使得干燥炉1中的空气的露点温度变低，避免了向吊架10产生结露，因此，避免了因该结露水向工件2落下而引起涂膜的品质下降。

＜第二实施方式＞

图3示出第二实施方式所涉及的涂装干燥装置的主要部分。该图中仅示出循环通道6的一部分。该涂装干燥装置与第一实施方式同样地包括干燥炉及循环用风扇，不过这并未图示出来。

涂装干燥装置是晾干用涂装干燥装置，在其循环通道6中，从上游侧朝向下游侧依次布置有第一前置冷却器21、第二前置冷却器22、使用了与第一实施方式同样地将CO₂作为制冷剂的热泵23的冷却器24、前置加热器25、使用了热泵23的加热器26、以及与第一实施方式的后置加热器同样的后置加热器4。因此，从干燥炉1取出的空气依次通过冷却器21、22、24及加热器25、26、4而返回干燥炉1。

第一前置冷却器21及前置加热器25分别通过制冷剂与空气的热交换而进行冷却及加热，并构成为使制冷剂在第一前置冷却器21与前置加热器25之间循环。第二前置冷却器22通过使从第一前置冷却器21送出的空气与在冷却塔27中得到的冷水进行热交换而对该空气进行冷却。

由热泵23的蒸发器28冷却后的冷水通过送水泵(省略图示)而被供向冷水贮存罐29。冷却器24通过使从第二前置冷却器22送出的空气与从冷水贮存罐29由送水泵(省略图示)送出的冷水进行热交换而对该空气进行冷却。该热泵23的冷凝器构成加热器26。在冷却器24附设有对通过冷却空气而产生的冷凝液进行贮存的贮存罐7。

在上述结构中，从干燥炉取出的空气通过第一前置冷却器21、第二前置冷却器22及使用了热泵23的冷却器24而被阶段性地冷却。

即，第一前置冷却器21使用由冷却器24冷却后的空气的冷能对从干燥炉取出的空气进行冷却。例如，当从干燥炉取出的空气的温度为80℃时，该空气被第一前置冷却器21冷却至60℃左右。第二前置冷却器22利用在冷却塔27中得到的冷水而将由第一前置冷却器21冷却后的空气进一步冷却至例如40℃左右。

使用了热泵23的冷却器24将由第二前置冷却器22冷却后的空气冷却至该空气中的水分、VOC及焦油成分冷凝的温度，例如20℃左右。通过该冷却使空气中的水分的一部分冷凝而去除，由此，从干燥炉取出时例如为22g/kg的空气的重量绝对湿度降至15g/kg左右。

由冷却器24冷却后的空气通过前置加热器25、使用了热泵23的加热器26及后置加热器4而被阶段性地加热。即，通过前置加热器25加热至40℃左右，通过加热器26加热至80℃左右，通过后置加热器4加热至100℃左右后返回干燥炉。返回该干燥炉的空气通过之前的冷却、凝集而使绝对湿度降至15g/kg左右，因此，就会向干燥炉供给干燥后的暖风。

当搬入到干燥炉的吊架的表面温度为27～28℃左右而向干燥炉供给绝对湿度为15g/kg左右的空气时，干燥炉中的空气的露点温度低于吊架的表面温度。因而，避免向吊架产生结露(结露水向涂膜落下)。

另外，根据本实施方式，由于设置第一前置冷却器21和前置加热器25，且在从干燥炉取出的高温的空气与通过了冷却器24的低温的空气之间进行热交换，因此热效率变高。另外，热泵23的驱动能量作用于加热循环空气，通过利用了冷却塔27的第二前置冷却器22进行冷却，从而容易将该空气冷却至所期望的温度。

＜第三实施方式＞

图4示出第三实施方式所涉及的涂装干燥装置的主要部分。该图中仅示出循环通道6的一部分，该涂装干燥装置与第一实施方式同样地包括干燥炉及循环用风扇。

本实施方式的特征在于，除了利用第二实施方式的将CO₂作为制冷剂的热泵(以下称为“第一热泵”。)23之外，还利用了将氟利昂类介质作为制冷剂的第二热泵31对上述空气进行冷却及加热。其他结构与第二实施方式实质上相同。

即，在循环通道6中，接着使用了将CO₂作为制冷剂的第一热泵23的冷却器(以下称为“第一冷却器”。)24，设置有使用了第二热泵31的第二冷却器32和第二加热器33。与第一热泵23相同，第二热泵31为使氟利昂类介质按照压缩机→冷凝器→膨胀阀→蒸发器的顺序循环的蒸汽压缩式热泵。

与第一热泵23的情况相同，向冷水贮存罐供给由第二热泵31的蒸发器冷却后的冷水，第二冷却器32通过使从第一冷却器24送出的空气与冷水贮存罐中的冷水进行热交换而对该空气加以冷却。需要说明的是，省略了冷水贮存罐及送水泵的图示。另一方面，第二热泵31的冷凝器构成第二加热器33。另外，从第一冷却器24及第二冷却器32分别向贮存罐7延伸设置有冷凝液用排液管道。

总之，本实施方式包括：利用以CO₂作为制冷剂的第一热泵23将第一冷却器24与加热器(以下称为“第一加热器”。)26连接而成的第一组；以及利用以氟利昂类介质作为制冷剂的第二热泵31将第二冷却器32与第二加热器33连接而成的第二组。

因此，从干燥炉取出的空气在通过了前置冷却器21、22之后，按照使用了第一热泵23的第一冷却器24、使用了第二热泵31的第二冷却器32、使用了第二热泵31的第二加热器33及使用了第一热泵23的第一加热器26的顺序流动。

根据本实施方式，能够利用使用了适于高温侧的吸热和散热的CO₂介质的第一热泵23、以及使用了适于低温侧的吸热和散热的氟利昂类介质的第二热泵31，高效地进行空气的冷却及加热。

＜其他＞

上述第二实施方式、第三实施方式对涂膜进行晾干，但本发明也能够应用于用来烘烤涂膜的干燥。

另外，本发明不局限于汽车车身的涂膜的干燥，也能够应用于其他涂装产品的涂膜的干燥。

－符号说明－

1 干燥炉

2 工件

3 热泵(冷却器、加热器)

4 后置加热器

6 循环通道

7 贮存罐

10 吊架

21 前置冷却器

22 前置冷却器

23 热泵(将CO₂作为制冷剂的第一热泵)

24 冷却器(第一冷却器)

26 加热器(第一加热器)

31 将氟利昂类介质作为制冷剂的第二热泵

32 第二冷却器

33 第二加热器

Claims (12)

1.一种涂装干燥方法，其是将涂装后的工件向干燥炉搬入并在该干燥炉中使该工件的涂膜干燥的方法，其特征在于：

上述涂装干燥方法包括：

从上述干燥炉取出炉内空气，将该空气冷却，以使该空气中的至少水分及挥发性有机化合物各自的一部分冷凝而去除的工序；以及

对上述冷却后的空气进行加热并使该空气返回上述干燥炉的工序，

设置有将从上述干燥炉取出的空气作为吸热源且将上述冷却后的空气作为散热源的热泵，使用该热泵来进行上述空气的冷却及加热。

2.根据权利要求1所述的涂装干燥方法，其特征在于：

设置有多个上述热泵，使用多个该热泵，阶段性地进行上述空气的冷却及加热。

3.根据权利要求2所述的涂装干燥方法，其特征在于：

作为多个上述热泵，设置有将CO₂作为制冷剂的第一热泵、以及将氟利昂类介质作为制冷剂的第二热泵，

按照从上述第一热泵到上述第二热泵的顺序阶段性地进行上述空气的冷却，按照从上述第二热泵到上述第一热泵的顺序阶段性地进行上述空气的加热。

4.根据权利要求1到3中任一项权利要求所述的涂装干燥方法，其特征在于：

在利用上述热泵进行冷却之前，对从上述干燥炉取出的空气进行预备冷却。

5.根据权利要求1到4中任一项权利要求所述的涂装干燥方法，其特征在于：

对由上述热泵加热后的空气进一步进行加热后使该空气返回上述干燥炉。

6.根据权利要求1到5中任一项权利要求所述的涂装干燥方法，其特征在于：

上述工件是安装在搬运用吊架上并向上述干燥炉搬入的工件，

在将上述空气冷却的工序中，使从上述干燥炉取出的空气中的水分冷凝而去除，以使得上述干燥炉内的空气的露点温度在向该干燥炉搬入的上述吊架的表面温度以下。

7.一种涂装干燥装置，其是使涂装后的工件的涂膜干燥的装置，其特征在于：

上述涂装干燥装置包括：

干燥炉，上述工件被搬入该干燥炉中；

冷却器，从上述干燥炉向该冷却器导入炉内空气，该冷却器将该空气冷却，以使该空气中的至少水分及挥发性有机化合物各自的一部分冷凝而去除；

加热器，已由上述冷却器冷却后的空气被导入该加热器，该加热器对该空气进行加热；

循环通道，其使上述干燥炉内的空气以从上述冷却器经过上述加热器而返回上述干燥炉的方式循环；以及

热泵，其将上述冷却器与上述加热器连接，通过热交换向上述冷却器供给用于冷却上述空气的冷能，并通过热交换向上述加热器供给用于加热上述空气的热能。

8.根据权利要求7所述的涂装干燥装置，其特征在于：

在上述循环通道中设置有多个由热泵连接上述冷却器与上述加热器而成的组，以便阶段性地进行上述空气的冷却及加热。

9.根据权利要求8所述的涂装干燥装置，其特征在于：

作为多个上述组，包括使用了将CO₂作为制冷剂的第一热泵的第一组、以及使用了将氟利昂类介质作为制冷剂的第二热泵的第二组，

上述第一组及上述第二组这两组设置在上述循环通道中，以便按照从上述第一热泵到上述第二热泵的顺序阶段性地进行上述空气的冷却，并按照从上述第二热泵到上述第一热泵的顺序阶段性地进行上述空气的加热。

10.根据权利要求7到9中任一项权利要求所述的涂装干燥装置，其特征在于：

该涂装干燥装置包括前置冷却器，该前置冷却器设置在上述循环通道中，将从上述干燥炉取出的空气冷却并向上述冷却器导入。

11.根据权利要求7到10中任一项权利要求所述的涂装干燥装置，其特征在于：

该涂装干燥装置包括后置加热器，该后置加热器设置在上述循环通道中，对由上述加热器加热后的空气进一步进行加热并使该空气返回上述干燥炉。

12.根据权利要求7到11中任一项权利要求所述的涂装干燥装置，其特征在于：

上述工件是安装在搬运用吊架上并向上述干燥炉搬入的工件，

上述冷却器使从上述干燥炉取出的空气中的水分冷凝而去除，以使得上述干燥炉内的空气的露点温度在向该干燥炉搬入的上述吊架的表面温度以下。