塗膜の乾燥硬化方法および塗膜乾燥硬化装置
【課題】ＶＯＣガスを効率よく処理しつつ、発生する熱エネルギーまたは熱エネルギーと動力を究極的に有効利用して、帯状体のＶＯＣを含む塗膜を乾燥、硬化させる。
【解決手段】帯状体Ｓが通過可能な通路１６ａ，１６ｂを有する壁体で仕切られた複数の加熱パート１２ａ，１２ｂ，１２ｃを備える乾燥オーブン１１の該複数の加熱パート内に搬送しつつ帯状体Ｓに対して加熱空気を送風することにより、搬送方向下流に向けて塗膜からＶＯＣを蒸発させて硬化するに際し、ＶＯＣを蒸発させる加熱パート１２ａから排出された空気に含まれるＶＯＣを燃焼装置２３で燃焼し、この燃焼装置２３から排出される排気および／または燃焼装置２３から排出される排気中の熱を廃熱回収装置２５で回収した排気を、塗膜を硬化させる加熱パート１２ｂ，１２ｃに供給することで、加熱パート１２ｂ，１２ｃを加熱パート１２ａより高い温度に維持して、塗膜を硬化する。
【解決手段】帯状体Ｓが通過可能な通路１６ａ，１６ｂを有する壁体で仕切られた複数の加熱パート１２ａ，１２ｂ，１２ｃを備える乾燥オーブン１１の該複数の加熱パート内に搬送しつつ帯状体Ｓに対して加熱空気を送風することにより、搬送方向下流に向けて塗膜からＶＯＣを蒸発させて硬化するに際し、ＶＯＣを蒸発させる加熱パート１２ａから排出された空気に含まれるＶＯＣを燃焼装置２３で燃焼し、この燃焼装置２３から排出される排気および／または燃焼装置２３から排出される排気中の熱を廃熱回収装置２５で回収した排気を、塗膜を硬化させる加熱パート１２ｂ，１２ｃに供給することで、加熱パート１２ｂ，１２ｃを加熱パート１２ａより高い温度に維持して、塗膜を硬化する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を含有する空気との混合ガス（以下、ＶＯＣガスという場合がある。）を効率よく処理しつつ、発生する熱エネルギーまたは熱エネルギーと動力を究極的に有効利用して、帯状体上に形成された揮発性有機化合物を含む塗膜を乾燥させ、硬化させる方法および装置に関する。特に、ガスタービンなどの内燃機関を用いて熱エネルギーと動力を究極的に有効利用して揮発性有機化合物を含む塗膜が形成された帯状体の塗膜を乾燥させ、硬化させる方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
合成樹脂フィルム、アルミ箔などの金属箔、紙等の帯状の基材に塗布されたインキや塗料等からなる塗膜は、乾燥オーブンに導入され、乾燥オーブンに設けられた流入口から供給される加熱空気をノズルから吹き付けることによって塗膜に含まれる溶剤等の揮発性有機化合物を乾燥させている。（特許文献１、２参照。）
【０００３】
具体的には、印刷機や塗工機等を用いて塗膜が形成された帯状体を搬入口から乾燥オーブンに導入する。そして、乾燥オーブンに設けられた空気加熱器に吸気ファンで通常の空気を送り、乾燥する対象品の耐熱性等の物性に応じて８０〜１３０℃程度に加熱して、流入口から乾燥オーブンに供給する。乾燥オーブンにおいては、供給される加熱空気をノズルから吹き付けることによって、塗膜に含まれる溶剤等の揮発性有機化合物を乾燥させ、搬出口から搬出する。発生したＶＯＣガスは、ＶＯＣを処理して、あるいは処理することなく、乾燥オーブンの図示しない流出口から流出させ、大気中に放出する。
したがって、空気加熱器や吸気ファンを駆動させるためのエネルギーが必要である。また、空気加熱器は、ヒーターやバーナーで加熱するため、温度が安定するまでに時間がかかるという問題がある。
【０００４】
さらに、大気汚染防止法の改定に基づき、大気中への揮発性有機化合物の排出が規制され、工場等の施設から排出される排気中のＶＯＣを高いレベルで処理する必要があり、ＶＯＣの処理にもエネルギーが必要である。従来から、ＶＯＣを処理する方法としては、排気ガス中のＶＯＣを燃焼する方法が知られている。燃焼に際しては、単純に燃焼する方法と、ＶＯＣを活性炭やゼオライト等の吸着剤で吸着し濃縮して燃焼する方法、蓄熱材を用いて熱を再生しながら燃焼する方法、白金触媒等を用いて燃焼させる方法等が知られている。
【０００５】
しかし、従来、これらの方法で得られる燃焼熱は、自己の処理系を効率的に加熱するために再利用される程度であり、結局、発生する熱エネルギーのほとんどは、大気中に廃棄されている。したがって、エネルギー利用の効率化に限界があり、この点を改善すべく、併せて他のエネルギー形態で利用することで相乗効果を図る提案がなされている。
【０００６】
例えば特許文献３には、異物が含まれている空気を回収し、回収した空気を、排気浄化装置を備えた内燃機関に対して、燃焼用空気として供給し、前記内燃機関における燃焼により、前記空気に含まれている異物を燃焼あるいは熱分解して、前記空気から異物を除去する空気浄化方法が記載されている。そして、内燃機関として自動車用エンジンを用いることが提案されている。
【０００７】
また、特許文献４には、臭気ガスを含む空気を集めるための吸込みダクトと、該吸込みダクトからの吸込み空気を圧縮するコンプレッサと、該コンプレッサによる圧縮空気に燃料を投入して燃焼させる燃焼器と、該燃焼器で生成した燃焼ガスによって駆動されるタービンとを具備し、タービンとコンプレッサが回転軸で直結されてガスタービン構造をなした脱臭装置において、脱臭動作中、タービン入口部分における燃焼ガス温度を臭気ガスが分解される温度以上に制御される機能を有し、さらに前記回転軸により駆動されて臭気ガスを含まない空気を圧縮する第２のコンプレッサを具備した脱臭・圧縮装置が記載されている。そして、タービン排気の熱を乾燥対象に伝え、これを加熱することが提案されている。
【特許文献１】特開２００３−０８０１１８号公報
【特許文献２】特開２００１−１９１００８号公報
【特許文献３】特開２００５−０３７１１１号公報
【特許文献４】特開２００２−００４８９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献３に記載されるＶＯＣガスの処理方法は、内燃機関が発生させる高温の環境でＶＯＣを処理し、内燃機関が発生させる動力を電力として利用するのみである。
その点、特許文献４に記載されるＶＯＣガスの処理方法は、内燃機関が発生させる高温の環境でＶＯＣを処理し、内燃機関が発生させる動力を電力として利用することの他、臭気ガスを含む空気を集めるための吸込みおよび第２のコンプレッサの駆動にタービンの動力を利用しており、動力を電力に変換することなく利用するので効率的である。また、タービン排気の熱を乾燥対象に伝えて加熱する分、エネルギーを有効利用している。しかし、熱交換後の高温の排気は、そのまま大気中に放出しているので、まだ、有効利用の余地が残されている。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ＶＯＣガスを効率よく処理しつつ、発生する熱エネルギーまたは熱エネルギーと動力を究極的に有効利用して揮発性有機化合物を含む塗膜が形成された帯状体の塗膜を乾燥させ、硬化させる方法および装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するため、本発明の発明者は、鋭意検討した結果、ＶＯＣを含む加熱空気を燃焼装置で燃焼すると、ＶＯＣが燃焼によって処理されてＶＯＣの濃度がほとんど０％になっているので、これを乾燥後の塗膜の加熱処理に使用しても、ＶＯＣが乾燥後の塗膜に戻ることがなく、かつＶＯＣの濃度が爆発の下限界を超えることがないこと、燃焼装置を運転するための燃料およびＶＯＣの燃焼により生成する二酸化炭素や一酸化炭素および水蒸気等が塗膜の硬化に影響を及ぼさないこと、ならびに、乾燥オーブン内の温度を正確に制御することが可能との知見を得て本発明はなされたのである。
【００１１】
すなわち本発明は、揮発性有機化合物を含む塗膜が形成された帯状体を、該帯状体が通過可能な通路を有する壁体で仕切られた複数の加熱パートを備える乾燥オーブンの該複数の加熱パート内に搬送しつつ前記帯状体に対して加熱空気を送風することにより、前記帯状体の搬送方向下流に向けて前記塗膜から揮発性有機化合物を蒸発させて硬化する、塗膜の乾燥硬化方法であって、前記塗膜の揮発性有機化合物を蒸発させる加熱パートから排出された空気に含まれる揮発性有機化合物を燃焼装置で燃焼し、この燃焼装置から排出される排気および／または前記燃焼装置から排出される排気中の熱を廃熱回収装置で回収した排気を、少なくとも、前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給することで、前記塗膜を硬化させる加熱パートの温度を、揮発性有機化合物を蒸発させる加熱パートの温度より高い温度に維持して、前記塗膜を硬化することを特徴とする塗膜の乾燥硬化方法を提供する。
【００１２】
ここで、本発明においては、前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給される廃熱回収装置からの排気の温度を測定し、予め設定された上限温度および下限温度と比較して、廃熱回収装置からの排気の温度が前記上限温度より低く、かつ、前記下限温度より高いときに、廃熱回収装置からの排気を前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給し、廃熱回収装置からの排気の温度が前記下限温度より低いときに、燃焼装置から排出される排気の少なくとも一部を、廃熱回収装置を通すことなく直接、廃熱回収装置からの排気に混入し、前記上限温度より低く、かつ、前記下限温度より高い温度に調節して前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給することが好ましい。
また、本発明においては、前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給される廃熱回収装置からの排気の温度を測定し、予め設定された上限温度および下限温度と比較して、廃熱回収装置からの排気の温度が前記上限温度より高いときに、廃熱回収装置からの排気に空気を混合し、前記上限温度より低く、かつ、前記下限温度より高い温度に調節して前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給することが好ましい。
そして、本発明においては、燃焼装置として自ら気体の吸引および排出を行う内燃機関を用い、前記内燃機関の吸引力を利用して前記塗膜の揮発性有機化合物を蒸発させる加熱パートから空気を吸引し、および／または前記内燃機関の排出力を利用して前記塗膜を硬化させる加熱パートに廃熱回収装置からの排気を供給することが好ましい。
【００１３】
また、本発明は、帯状体が通過可能な通路を有する壁体で仕切られた複数の加熱パートを備える乾燥オーブンを有する塗膜乾燥硬化装置であって、前記複数の加熱パートは、それぞれ空気が流入する流入口と空気が流出する流出口とを備えて揮発性有機化合物を含む塗膜が形成された帯状体を搬送しつつ前記帯状体に対して加熱空気を送風することにより、前記帯状体の搬送方向上流で前記塗膜の揮発性有機化合物を蒸発させる加熱パートと、前記帯状体の搬送方向下流で前記塗膜を硬化させる加熱パートを含み、前記塗膜乾燥硬化装置は、さらに、前記塗膜の揮発性有機化合物を蒸発させる加熱パートの前記流出口から排出された揮発性有機化合物を含有する空気の供給を受けて該揮発性有機化合物を燃焼する燃焼装置と、前記燃焼装置から排出された排気中の熱を回収する廃熱回収装置と、前記燃焼装置から排出される排気および／または前記廃熱回収装置から排出される排気を少なくとも、前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給する排気供給装置とを備えることを特徴とする塗膜乾燥硬化装置を提供する。
【００１４】
ここで、本発明の塗膜乾燥硬化装置が、さらに、前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給される廃熱回収装置からの排気の温度を測定する温度計と、該温度計で測定した前記排気の温度を予め設定された上限温度および下限温度と比較して、廃熱回収装置からの排気の温度が前記上限温度より低く、かつ、前記下限温度より高いときに、廃熱回収装置からの排気を前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給し、廃熱回収装置からの排気の温度が前記下限温度より低いときに、前記燃焼装置から排出される排気の少なくとも一部を、廃熱回収装置を通すことなく直接、廃熱回収装置からの排気に混入し、前記上限温度より低く、かつ、前記下限温度より高い温度に調節して前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給するように流路を変更する流路切替弁とを有することが好ましい。
また、本発明の塗膜乾燥硬化装置が、さらに、前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給される廃熱回収装置からの排気の温度を測定する温度計と、該温度計で測定した前記排気の温度を予め設定された上限温度および下限温度と比較して、廃熱回収装置からの排気の温度が前記上限温度より高いときに、廃熱回収装置からの排気に空気を混合し、前記上限温度より低く、かつ、前記下限温度より高い温度に調節して前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給する空気混合弁とを有することが好ましい。
【００１５】
また、本発明の塗膜乾燥硬化装置において、前記燃焼装置が自ら気体の吸引および排出を行う内燃機関であることが好ましい。
また、本発明の塗膜乾燥硬化装置が、さらに、前記燃焼装置の動力を利用して発電を行う発電機を有することが好ましい。
また、本発明の塗膜乾燥硬化装置において、前記燃焼装置がガスタービンであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、塗膜から蒸発させた揮発性有機化合物を燃焼装置の燃料として有効活用し、塗膜を硬化させる加熱パートの温度を維持することができる。
また、廃熱回収装置が、ボイラーである場合、乾燥オーブンに供給する空気として１３０℃前後の加熱空気が得られ、そのまま塗膜を硬化させる加熱パートに流入させることができる。また、ボイラーは、汎用的なエネルギー供給装置であるので、長時間運転される場合が多く、２４時間常時運転される場合もある。そのため、塗膜を硬化させる加熱パートに流入させる排気の温度が安定するまでに時間がかかるという問題がない。そして、ＶＯＣの燃焼装置からの排気は、乾燥オーブンに供給する空気に比べて十分に温度が高いので、排気の温度や流量の変更が容易である。
【００１７】
本発明においては、乾燥するＶＯＣの性状や廃熱回収装置の稼働状況によっては排気の温度が適用可能でない場合に備えて、塗膜を硬化させる加熱パートに供給される廃熱回収装置からの排気の温度を測定し、予め設定された上限温度および下限温度と比較して、廃熱回収装置からの排気の温度が前記上限温度より低く、かつ、前記下限温度より高いときに、廃熱回収装置からの排気を前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給し、廃熱回収装置からの排気の温度が前記下限温度より低いときに、燃焼装置から排出される排気の少なくとも一部を、廃熱回収装置を通すことなく直接、廃熱回収装置からの排気に混入し、前記上限温度より低く、かつ、前記下限温度より高い温度に調節して前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給することによって、塗膜材料の種類や乾燥条件によって、廃熱回収装置からの排気の温度よりも高い温度が要求される場合に、塗膜を硬化させる加熱パートに供給される排気の温度を所定の温度へと上げることができる。
また、万が一、加熱空気の温度が高すぎて適用可能でない場合に備えて、前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給される廃熱回収装置からの排気の温度を測定し、予め設定された上限温度および下限温度と比較して、廃熱回収装置からの排気の温度が前記上限温度より高いときに、廃熱回収装置からの排気に外気を混合することによって、塗膜を硬化させる加熱パートに供給する空気として、適用可能な温度とすることができる。
【００１８】
本発明の塗膜乾燥硬化装置の燃焼装置が自ら気体の吸引および排出を行う内燃機関であることによって、乾燥オーブンのＶＯＣを蒸発させる加熱パートから空気を吸引する吸引装置、および／または、塗膜を硬化させる加熱パートに排気を供給する送風装置として活用することができる。これにより、吸引装置または送風装置を小型化ないしは省略が可能となる。
また、本発明の塗膜乾燥硬化装置が、さらに、燃焼装置の動力を利用して発電を行う発電機を有することによって、エネルギーの利用形態を多様化させることができ、ＶＯＣの燃焼装置を２４時間常時運転してもエネルギーが無駄となることがない。
そして、本発明の塗膜乾燥硬化装置の燃焼装置がマイクロガスタービンであることによって、大量のＶＯＣを処理することができ、高温の排気を、塗膜を硬化させる加熱パートに安定して供給することができる。また、強力な圧縮装置を備えることができるので、塗膜を硬化させる加熱パートに排気を供給、排出するための送風装置を省略することも可能である。また、マイクロガスタービンを用いることでＶＯＣを効率よく処理すると同時に、タービンを駆動して発電及び廃熱利用を行うことが可能となる。したがって、ＶＯＣガスを処理する装置及びそれに掛かる運転費用も抑制でき、低コストにて大気汚染防止法のＶＯＣ排出規制に対応することができる。また、ＶＯＣのもつ燃焼エネルギーを利用することで、ガスタービンの燃料消費を減少させることができるので、省エネルギーのコージェネレーションシステム（ＣＧＳ）として用いることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、最良の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
図１は、本発明の塗膜乾燥硬化装置の一例を示す概略構成図である。本発明の塗膜乾燥硬化装置１０は、帯状体Ｓが通過可能な通路１６ａ，１６ｂを有する壁体で仕切られた複数の加熱パート１２ａ，１２ｂ，１２ｃを備える乾燥オーブン１１と、ＶＯＣガスを燃焼して処理する燃焼装置２３としてマイクロガスタービン（以下、ＭＧＴという場合がある。）と、廃熱回収装置２５としてのボイラーと、燃焼装置２３から排出される排気および／または燃焼装置２３から排出される排気中の熱の一部を廃熱回収装置２５で回収した排気を、少なくとも、前記乾燥オーブン１１の塗膜を硬化させる加熱パート１２ｂ，１２ｃに供給する排気供給装置２４を接続して構成される。本発明の塗膜乾燥硬化装置１０において、それらの接続は、具体的には配管やダクトなどが用いられる。排気供給装置２４は、少なくとも燃焼装置２３及び廃熱回収装置２５と乾燥オーブン１１とを接続する流路を備えるものである。
【００２０】
印刷機や塗工機等を用いて塗膜が形成された帯状体Ｓは、搬入口１５から乾燥オーブン１１に導入される。そして、乾燥する対象品の耐熱性等の物性に応じて８０〜１３０℃程度に加熱された空気を、乾燥オーブン１１の上流に設けられた空気供給装置２１の吸気ファン３１を用いて、あるいは用いることなく、流入口１３から乾燥オーブン１１に供給する。乾燥オーブン１１中、塗膜のＶＯＣを蒸発させる加熱パート１２ａにおいては、流入口１３から供給された加熱空気を図示しない複数のノズルから吹き付けることによって、塗膜に含まれる溶剤等のＶＯＣを乾燥させる。
【００２１】
なお、ＶＯＣの蒸発は、帯状体Ｓの搬送方向上流で多く蒸発し、下流に向かうにしたがい蒸発量は漸減し、少なくとも乾燥オーブン１１の終端近傍、好ましくは、乾燥オーブン１１の中間付近で蒸発が終了する様に設定される。したがって、塗膜のＶＯＣを蒸発させる加熱パートは、特定の加熱パートが割り当てられるわけではなく、乾燥条件等によって、流動的で、例えば、加熱パートが５つに仕切られている場合は、上流の２つ、あるいは、３つが塗膜のＶＯＣを蒸発させる加熱パートとなる。また、ＶＯＣの蒸発と熱硬化が並行して進行する加熱パートもあり得る。本形態例では、加熱パート１２ａで蒸発が終了する様に設定されている。加熱パート１２ａは、壁体で加熱パート１２ｂと仕切られているので、加熱パート１２ａの温度条件や風速、風量等を的確に制御することができ、蒸発したＶＯＣを効率よく回収することができる。
【００２２】
乾燥オーブン１１中、塗膜のＶＯＣを蒸発させる加熱パート１２ａよりも帯状体Ｓの搬送方向下流（図１の右側）には、塗膜を硬化させる加熱パート１２ｂ、１２ｃが配置されており、ＶＯＣを乾燥させた後の塗膜を加熱処理して硬化させる。塗膜を硬化させる加熱パート１２ｂ、１２ｃ内の温度は、通常、塗膜のＶＯＣを蒸発させる加熱パート１２ａ内の温度より高く維持されており、その温度は、塗膜や帯状体Ｓの材料などによるが、例えば１００〜１５０℃程度である。また、材質により、熱硬化（キュア）を２段階もしくはそれ以上の多段階の温度で行うことが望ましい場合が多く、本形態例においては、複数の加熱パート１２ｂ、１２ｃにかけて硬化処理を行うように設定されている。加熱パート１２ｂは、壁体で加熱パート１２ａおよび加熱パート１２ｃと仕切られているので、それぞれの加熱パートにおける熱硬化の温度条件や風量を的確に制御することができる。通常は、加熱パート１２ｃの温度を加熱パート１２ｂの温度より高く設定することで、帯状体Ｓと硬化した塗膜の密着度を高くすることができる。そして、塗膜を硬化させた帯状体Ｓは、最終的に、乾燥オーブン１１の搬出口１７から搬出される。
なお、加熱パート１２ａの温度を加熱パート１２ｂ、１２ｃの温度より低く設定するのは、ＶＯＣの蒸発中に塗膜の表面が硬化して皮膜が形成されると内部にＶＯＣが残留して硬化した塗膜の強度等の物性が低下するので、これを防ぐためである。この様な問題が小さいか無い場合は、加熱パート１２ａでも熱硬化が進行する様に設定してもよい。
【００２３】
図１に示す本発明の塗膜乾燥硬化装置１０においては、乾燥オーブン１１のＶＯＣを蒸発させる加熱パート１２ａから発生したＶＯＣガスは、この加熱パート１２ａの流出口１４から流出させ、流路２２を通じて下流に設置されたＭＧＴ２３で吸引し、ＭＧＴ２３内で燃焼処理され、排気される。流路２２には、乾燥オーブン１１のＶＯＣを蒸発させる加熱パート１２ａからＶＯＣガスの吸引を補助するための吸気ファン３２を設けても良い。また、ＭＧＴ２３の上流側で流路２２に外気を取り入れるための空気混合弁３８を設けて、ＶＯＣガス中のＶＯＣ濃度の調整（希釈）やＭＧＴ２３の運転に必要な空気が不足する場合に空気の補充を可能にすることが好ましい。
【００２４】
ＭＧＴ２３からの排気は、５５０〜６５０℃程度の高温であり、これを廃熱回収装置２５であるボイラーで廃熱を回収し、ボイラー２５からの排気を１５０℃前後に調整して、塗膜を硬化させる加熱パート１２ｂ，１２ｃに供給する。途中の経路で温度が下がるので、加熱パート１２ｂ，１２ｃに供給されるときには、８０〜１３０℃程度となる。このように高温の加熱空気である排気を、少なくとも、塗膜を硬化させる加熱パート１２ｂ，１２ｃに供給することで、塗膜から蒸発させたＶＯＣをＭＧＴ２３の燃料として有効活用し、加熱パート１２ｂ，１２ｃの温度を維持することができる。途中の経路で温度が下がる程度によっては、ボイラー２５からの排気をもっと高い温度に設定してもよい。
【００２５】
また、加熱パート１２ｂ，１２ｃ内に赤外線ヒーターなどの加熱手段を補助的に設置してもよい。さらに、ＶＯＣをＭＧＴ２３で処理すると燃焼装置を運転するための燃料およびＶＯＣの燃焼により水蒸気が発生し、加熱パート１２ｂ，１２ｃが停止して冷えている場合、運転開始に際してボイラー２５からの排気を供給すると結露する場合があるが、加熱手段が設置されていれば、加熱パート１２ｂ，１２ｃ内を６０℃ないし７０℃程度に予備加熱しておくことで、結露を防止することもできるので好ましい。
【００２６】
加熱パート１２ｂ，１２ｃ内の余剰空気は、流出口１９ｂ，１９ｃを通じて排出経路２６から排出される。このとき、吸気ファン３９で吸気して排出を補助することが好ましい。
【００２７】
本形態例においては、ＶＯＣガスを燃焼して処理する燃焼装置２３としてＭＧＴを用いるが、レシプロエンジンやロータリーエンジンなどの内燃機関を用いてもよい。あるいは、蓄熱燃焼や触媒燃焼などの燃焼方式の燃焼装置を用いてもよい。ＭＧＴを含む上記の内燃機関は、熱とともに動力も発生させるので好ましい。発生した動力は、そのまま他の装置を駆動させるために用いてもよいが、発電機２７に接続して電力の形態で取り出すことで利用の自由度が高まり、２４時間常時運転が容易となるので好ましい。そして、ＶＯＣの燃焼装置を２４時間常時運転することで、得られる排気の温度も安定したものとなる。
【００２８】
また、燃焼装置２３で発生した熱は、そのまま他の装置に利用してもよいが、排気の経路２４をボイラー２５に接続して蒸気の形態で取り出すことで利用の自由度が高まるので好ましい。特に、本形態例においては、ＭＧＴなどの内燃機関を用いるので、燃焼装置２３から排出される排気の温度は十分高く、ボイラー２５で高温の蒸気を発生させることができる。そして、ボイラー２５から排出される排気の温度も１５０℃程度と設定することで、この排気をそのまま加熱パート１２ｂ，１２ｃの流入口１８ｂ，１８ｃに加熱空気として流入させることができる。
【００２９】
本形態例で用いるＭＧＴ２３は、ＶＯＣガスを吸入して圧縮する圧縮機と、圧縮機にて圧縮されたＶＯＣガスに燃料を補給して燃焼させる燃焼器と、燃焼器にて生成した燃焼ガスが噴射されて回転駆動されるタービンとを備えて構成されている。タービンと圧縮機は、一本の回転軸で接続されており、圧縮機はタービンで得られた駆動力を利用してＶＯＣガスを吸入して圧縮するようになっている。タービンを回転駆動した燃焼ガスは、タービンから下流に排気される。したがって、タービンは、自身を駆動した燃焼ガスを排出する排気装置でもあり、圧縮機は、吸気装置でもある。
【００３０】
燃料供給装置から燃焼器に供給される燃料としては特に限定されないが、天然ガス、液化天然ガス（ＬＮＧ）、液化石油ガス（ＬＰＧ）、重油などが挙げられる。処理すべきＶＯＣが液状で存在する場合は、タービンの排気の廃熱で気化または蒸留して燃料としてもよい。燃焼器内でＶＯＣガスに燃料を補給して燃焼させることで、ＶＯＣは水や二酸化炭素に分解され、処理することができる。
【００３１】
ただし、市販のコージェネレーション用のＭＧＴは、吸気した空気の一部のみを燃焼器に送り、大部分は、燃焼ガスの冷却に用いるので、吸気装置にＶＯＣガスを供給する場合は、ＶＯＣガスが完全には分解されず、一部、一酸化炭素が発生する場合がある。したがって、ＭＧＴの下流に図示しない触媒燃焼装置を付設することが好ましい。触媒燃焼装置は、一酸化炭素の酸化反応を触媒する白金やパラジウム等の酸化作用の強い活性金属を担持させたハニカム、ぺレット、メタルフォーム、繊維状等の酸化触媒を備える装置であり、一酸化炭素を酸化して分解処理することが可能である。
【００３２】
なお、ＭＧＴは、大量の排気を生成するので、排気を乾燥オーブン１１の塗膜を硬化させる加熱パート１２ｂ，１２ｃに流入させても余剰の排気が残る場合がある。この余剰の排気は、接続経路２４ｄを通じて空気供給経路２１に接続し、空気と混ぜて所定の温度に下げて、加熱パート１２ａに流入させることが好ましい。それでも排気が余る場合は、加熱パート１２ｂ，１２ｃの直前の経路２４ｃに余剰排気排出弁（不図示）を設けて排出するのであるが、この排気中の一酸化炭素も処理する必要がある。燃焼装置として他には、ガス、灯油、重油等により、ＶＯＣを７５０℃から９５０℃の高温下で直接酸化分解（燃焼）する装置、砂やセラミック等の耐熱性、蓄熱性のある固定床（蓄熱床）を媒体として８００℃から１０００℃の高温下にてＶＯＣを接触させて酸化分解する蓄熱燃焼装置を用いても良い。
【００３３】
触媒燃焼装置に使用される酸化触媒の予備加熱のため、ＭＧＴ２３のタービンから排出された排気をそのまま、あるいは排気の経路を２つに分岐させ、経路の一方を触媒燃焼装置と熱交換可能に通じることにより、排気が保有する廃熱を利用して酸化触媒を加熱できるように構成することがエネルギーの有効利用の観点からは好ましい。
【００３４】
また、燃焼装置２３として、吸気装置にＶＯＣガスを供給してＶＯＣを処理する専用のＭＧＴを用いることもできる。その様なＭＧＴとしては、例えば、特表２０００−５００８３７号公報に記載されるような、燃焼器に隣接して反応室を設け、燃焼器にて生成した燃焼ガスを反応室内で螺旋状に旋回させて反応させるＭＧＴを用いれば、一酸化炭素の処理の必要はない。なお、ＶＯＣガスのＶＯＣ濃度が著しく低い場合は、例えば、特開２００１−７０７５０号公報に記載されるような、吸脱着装置を用いて、吸着時より小風量の通過ガスで脱着を行う吸脱着操作を繰り返すことで吸気装置に供給するＶＯＣガスを濃縮するＭＧＴを用いれば、効率よくＶＯＣガスを処理することができる。
【００３５】
本形態例の塗膜乾燥硬化装置１０は、廃熱回収装置２５として最も一般的なボイラーを有する。ボイラーは、汎用的なエネルギー供給装置であるので、長時間運転される場合が多く、２４時間常時運転される場合もある。そのため、塗膜を硬化させる加熱パート１２ｂ，１２ｃに供給する排気の温度を安定したものとすることができる。
本形態例においては燃焼装置２３としてＭＧＴを用いるのでボイラー２５において高温の蒸気が得られ、廃熱利用の自由度が高い。熱水が必要な場合は、このボイラーで熱水を生成してもよい。そして、廃熱回収装置２５を作動させる場合は、廃熱回収装置２５から排出される排気の温度が１５０℃前後に設定することが好ましい。この様に設定することによって、本形態例においては、乾燥オーブン１１の塗膜を硬化させる加熱パート１２ｂ，１２ｃに供給する排気として１３０℃前後の加熱空気が得られ、そのまま、通常の塗膜に適用可能となる。この温度は、加熱処理する塗膜の性状によって多少異なるので、加熱処理する塗膜に合わせて調整することが好ましい。
【００３６】
本形態例の塗膜乾燥硬化装置１０は、塗膜を硬化させる加熱パート１２ｂ，１２ｃに排気を供給する流入口１８ｂ，１８ｃの上流に、廃熱回収装置２５からの排気の温度を測定する温度計３４を有することが好ましい。そして、この温度計３４で排気の温度を測定し、予め設定された上限温度および下限温度と比較する。その結果、廃熱回収装置２５からの排気の温度が上限温度より低く、かつ、下限温度より高いときには、廃熱回収装置２５からの排気をそのまま加熱パート１２ｂ，１２ｃに供給する。一方、廃熱回収装置２５からの排気の温度が前記下限温度より低いときには、ＭＧＴ２３から排出される排気の少なくとも一部を、廃熱回収装置２５を通すことなく、廃熱回収装置２５からの排気に混入し、前記上限温度より低く、かつ、前記下限温度より高い温度に調節して加熱パート１２ｂ，１２ｃに供給するように流路を変更する流路切替弁３５を有することが好ましい。
【００３７】
具体的には、ＭＧＴ２３から排出される排気の経路２４を２つの経路２４ａ，２４ｂに分岐させ、一方の排気経路２４ｂは、排気に含まれる熱量の一部を回収するためのボイラー２５に接続させ、他方の排気経路２４ａは、ボイラー２５を通すことなく加熱パート１２ｂ，１２ｃに直接流入させるように接続させ、ＭＧＴ２３から排出される高温の排気の少なくとも一部を流入させるように流路を切り替える。この様に流路を切り替えることによって、加熱パート１２ｂ，１２ｃで熱処理される塗膜材料の種類や熱処理条件によっては、ボイラー２５からの排気の温度よりも高い温度が要求される場合に、ＭＧＴ２３から排出される高温の排気を一部混入させることで、加熱パート１２ｂ，１２ｃに供給される排気の温度を所定の温度へと上げることができる。
【００３８】
本形態例の塗膜乾燥硬化装置１０は、さらに、この温度計３４で廃熱回収装置２５からの排気の温度を測定し、予め設定された上限温度および下限温度と比較して、廃熱回収装置２５からの排気の温度が上限温度より高いときに、廃熱回収装置２５からの排気に外気（装置外から取り込まれる空気）を混合し、前記上限温度より低く、かつ、前記下限温度より高い温度に調節してから加熱パート１２ｂ，１２ｃに供給されるようにする空気混合弁３６を有することが好ましい。この様に外から空気を混合することによって、例えば、ＭＧＴ２３に発電機２７が付設され、ＭＧＴ２３の運転が発電機２７の稼働に依存し、かつ、発電機２７に大きな電力が要求されると、ＭＧＴ２３からの排気が高温になり、加熱パート１２ｂ，１２ｃで熱処理される塗膜材料の種類や熱処理条件によっては、ボイラー２５からの排気の温度が塗膜の熱処理に必要な温度よりも高くなる場合があるが、その様な場合に加熱パート１２ｂ，１２ｃに供給される排気の温度を所定の温度へと下げることができる。温度計３４による温度情報は、加熱空気制御装置３７に送られ、加熱空気制御装置３７により、流路切替弁３５および空気混合弁３６の作動が制御される。
【００３９】
本形態例の塗膜乾燥硬化装置１０は、排気経路２４から分岐した加熱パート１２ｂ，１２ｃに排気を供給する経路２４ｅ，２４ｆに吸気ファン３３を有することが好ましい。ＭＧＴ２３からの排気は、塗膜を硬化させる加熱パート１２ｂ，１２ｃに供給する加熱空気を賄うには余りある大量かつ高圧の排気ではあるが、ＭＧＴ２３に発電機２７が付設されて、ＭＧＴ２３の運転が発電機２７の稼働に依存し、かつ、発電機２７に要求される電力が小さい場合に、ＭＧＴ２３の運転が絞られ排気の圧力も低下するが、この様な場合において、塗膜を硬化させる加熱パート１２ｂ，１２ｃで熱処理される塗膜材料の種類や熱処理条件によっては、ボイラー２５からの排気の圧力が加熱パート１２ｂ，１２ｃで必要な圧力よりも低い場合に、排気の圧力を所定の圧力へと上げることができる。
【００４０】
吸気ファン３３は、加熱パート１２ｂ，１２ｃが停止して冷えている場合のボイラー２５からの排気に含まれる水蒸気による結露を防止するために、外部空気を吸入して加熱パート１２ｂ，１２ｃ内を６０℃ないし７０℃程度に予備加熱する加熱手段（不図示）を備えることが好ましい。吸気ファン３３に設ける加熱手段の熱源は、ヒーターやバーナーであってもよいが、ボイラー２５で生成された蒸気を熱源として用いてもよい。また、吸気ファン３３は、流量計（不図示）を備えることが好ましく、流量計による流量情報は、図示しない加熱空気制御装置に送られ、この加熱空気制御装置により、ボイラー２５からの排気の内、加熱パート１２ｂ，１２ｃに供給する排気と大気中に放出する余剰の排気を振り分ける余剰排気排出弁（不図示）および吸気ファン３３の作動が制御される。
【００４１】
本発明におけるＭＧＴ２３は、発電機２７を有することが好ましい。発電機２７は、図示しないタービンの回転軸および必要に応じて変速機を介してＭＧＴ２３に連結されており、タービンの動力によって発電機２７が回転駆動されるように構成されている。ＭＧＴ２３の燃焼器内でＶＯＣガスと燃料とを混合して燃焼させたとき生成する燃焼ガスは、タービンの回転駆動に利用される。タービンが回転すると、回転軸に連結された発電機２７が駆動され、発電を行う。発電機２７で起こした電力は、電力利用設備（不図示）で利用することができる。なお、発電に際しては、回転軸の回転数を一定に制御するか、インバーターなどを使用して周波数を一定に制御することが好ましい。
【００４２】
ＭＧＴ２３が発電機２７に連結されている場合、ＭＧＴ２３の運転が発電機２７の稼働に依存することが好ましい。本形態例の塗膜乾燥硬化装置１０を有する工場などは、通常、乾燥オーブン１１でＶＯＣを乾燥させていないときでも一定量の電力を消費しており、ＭＧＴ２３を空運転させておいても電力の利用に困ることはないからである。そして、ＭＧＴ２３を空運転させておくことで、乾燥オーブン１１でＶＯＣを乾燥させる必要が生じた場合に、ＶＯＣを含む塗膜が形成された帯状体Ｓを乾燥オーブン１１内に搬送し、加熱空気制御装置により、ボイラー２５からの排気を加熱パート１２ｂ，１２ｃへ流入させる様に余剰排気排出弁を操作するだけで乾燥作業を開始することができ、従来の空気加熱器が有していたヒーターやバーナーで加熱するため、温度が安定するまでに時間がかかるという問題がない。また、ＭＧＴ２３を空運転することで、加熱パート１２ｂ，１２ｃへ流入させる排気の温度も安定したものとなる。加熱パート１２ｂ，１２ｃに必要な加熱空気の量や温度に変動があっても、加熱空気制御装置で調整が可能であり、ＭＧＴ２３の運転を制御する必要がないので、ＭＧＴ２３の制御が容易である。なお、ＭＧＴ２３が発電機２７に連結されていない場合であっても、ＭＧＴ２３は、空運転させておくことが好ましい。この場合は、熱エネルギーしか得られないので、必要な熱エネルギー量によって、ＭＧＴ２３を制御することが好ましい。そして、いずれの場合であっても、ＭＧＴ２３の能力は、想定される処理すべきＶＯＣガスの最大量よりも大きなＶＯＣガス処理能力を有することが好ましい。
【００４３】
ＭＧＴ２３の能力は、特に制限はないが、例えば、加工幅が１０００ｍｍ程度の通常のドライラミネーター用の乾燥オーブンであれば、発電機を付設して運転したときに発電能力が３００ｋＷ・ｈ程度のものでよい。乾燥オーブンが小型の場合や大型のガスタービンを用いる場合は、一つのガスタービンに複数の乾燥オーブンを接続してもよい。また、乾燥オーブンが大型の場合は、一つの乾燥オーブンに複数のＭＧＴを接続してもよい。
【００４４】
本発明におけるボイラー２５は、水の導入及び水蒸気の導出のための管路（図示略）を備えており、タービンの排気が保有する廃熱を利用して水を加熱し、水蒸気を発生させる公知の熱交換式のボイラーを使用することができる。ボイラー２５で生成された蒸気は、蒸気利用設備（図示略）で利用することができる。あるいは、加熱パート１２ａ、１２ｂ、１２ｃに供給する空気や排気を加熱する熱源として用いてもよい。
なお、コージェネレーションにおける排気が有する廃熱の利用手段としては、水蒸気に限定されるものではなく、この他、温水などによることも可能である。
【００４５】
本発明の燃焼装置２３で処理されるＶＯＣガス中のＶＯＣの種類は、可燃性のものであれば特に限定されないが、一般的な例としてはトルエン、酢酸エチル、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）などが挙げられる。これらのＶＯＣの発火点は４００〜５００℃であるが、本発明においては、燃焼装置２３の排気を廃熱回収装置２５で温度を下げて加熱パート１２ｂ，１２ｃに流入させるので、問題はない。なお、ＭＧＴ２３の圧縮機内でＶＯＣの発火を防止するため、圧縮機内の温度は、３５０℃以下に設定することが望ましい。また、圧縮機で圧縮する前のＶＯＣガス中のＶＯＣの濃度は、当該ＶＯＣの爆発下限界の１／４以下であることが好ましい。例えばトルエンであれば、圧縮機に導入するときの濃度を３０００ｐｐｍ以下、更には１０００ｐｐｍ以下とすることが好ましい。また、ＶＯＣガスが高濃度である場合には、空気混合弁３８より空気を混入させて爆発下限界の１／４以下の濃度に調整して処理することが可能である。
【００４６】
また、ＭＧＴ２３は、燃料の効率的な消費の観点から、ＶＯＣガスを燃料と一緒に燃焼させたときに一定の出力が安定的に得られるようにするため、ＶＯＣガス中のＶＯＣの量に応じて燃料の供給量を減らすことができるように構成されている。そして、ＭＧＴ２３の出力は、回転軸の回転数を測定して出力を制御することができる。
【００４７】
以上説明したように、本形態例の塗膜乾燥硬化装置１０によれば、燃焼ガスを動力源とするガスタービンにおいて、ＶＯＣと空気との混合ガスを供給し、圧縮機で圧縮した後に燃料を補給して燃焼させることによって、ＶＯＣを効率よく処理すると同時に、タービンを駆動して発電及び廃熱利用を行うことが可能となる。したがって、ＶＯＣガスを処理する装置及びそれに掛かる運転費用も抑制でき、低コストにて大気汚染防止法のＶＯＣ排出規制に対応することができる。また、ＶＯＣのもつ燃焼エネルギーを利用することで、ガスタービンの燃料消費を減少させることができるので、省エネルギーのコージェネレーションシステム（ＣＧＳ）として用いることが可能である。
【００４８】
また、本形態例の塗膜乾燥硬化装置１０によれば、ＶＯＣガスが発生しない場合には、通常の大気を吸引した状態で運転（空運転）することで、通常のＣＧＳのガスタービンとしての使用も可能となっている。このため、ＶＯＣの発生の有無にかかわらずガスタービンを継続して安定的に運転し、いつでも乾燥オーブン１１に加熱空気を供給することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、有機溶剤などの揮発性有機化合物を使用する工場等の施設、特に、乾燥オーブンを有する溶剤型塗工機を設置した施設において、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を含有するガスを効率よく処理するために利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施形態例を説明する概略図である。
【符号の説明】
【００５１】
Ｓ…帯状体、１０…塗膜乾燥硬化装置、１１…乾燥オーブン、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…加熱パート、１３，１８ｂ，１８ｃ…流入口、１４，１９ｂ，１９ｃ…流出口、１６ａ，１６ｂ…通路、２３…燃焼装置（ＭＧＴ）、２４…排気供給装置（排気経路）、２５…廃熱回収装置（ボイラー）、２７…発電機、３４…温度計、３５…流路切替弁、３６…空気混合弁。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を含有する空気との混合ガス（以下、ＶＯＣガスという場合がある。）を効率よく処理しつつ、発生する熱エネルギーまたは熱エネルギーと動力を究極的に有効利用して、帯状体上に形成された揮発性有機化合物を含む塗膜を乾燥させ、硬化させる方法および装置に関する。特に、ガスタービンなどの内燃機関を用いて熱エネルギーと動力を究極的に有効利用して揮発性有機化合物を含む塗膜が形成された帯状体の塗膜を乾燥させ、硬化させる方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
合成樹脂フィルム、アルミ箔などの金属箔、紙等の帯状の基材に塗布されたインキや塗料等からなる塗膜は、乾燥オーブンに導入され、乾燥オーブンに設けられた流入口から供給される加熱空気をノズルから吹き付けることによって塗膜に含まれる溶剤等の揮発性有機化合物を乾燥させている。（特許文献１、２参照。）
【０００３】
具体的には、印刷機や塗工機等を用いて塗膜が形成された帯状体を搬入口から乾燥オーブンに導入する。そして、乾燥オーブンに設けられた空気加熱器に吸気ファンで通常の空気を送り、乾燥する対象品の耐熱性等の物性に応じて８０〜１３０℃程度に加熱して、流入口から乾燥オーブンに供給する。乾燥オーブンにおいては、供給される加熱空気をノズルから吹き付けることによって、塗膜に含まれる溶剤等の揮発性有機化合物を乾燥させ、搬出口から搬出する。発生したＶＯＣガスは、ＶＯＣを処理して、あるいは処理することなく、乾燥オーブンの図示しない流出口から流出させ、大気中に放出する。
したがって、空気加熱器や吸気ファンを駆動させるためのエネルギーが必要である。また、空気加熱器は、ヒーターやバーナーで加熱するため、温度が安定するまでに時間がかかるという問題がある。
【０００４】
さらに、大気汚染防止法の改定に基づき、大気中への揮発性有機化合物の排出が規制され、工場等の施設から排出される排気中のＶＯＣを高いレベルで処理する必要があり、ＶＯＣの処理にもエネルギーが必要である。従来から、ＶＯＣを処理する方法としては、排気ガス中のＶＯＣを燃焼する方法が知られている。燃焼に際しては、単純に燃焼する方法と、ＶＯＣを活性炭やゼオライト等の吸着剤で吸着し濃縮して燃焼する方法、蓄熱材を用いて熱を再生しながら燃焼する方法、白金触媒等を用いて燃焼させる方法等が知られている。
【０００５】
しかし、従来、これらの方法で得られる燃焼熱は、自己の処理系を効率的に加熱するために再利用される程度であり、結局、発生する熱エネルギーのほとんどは、大気中に廃棄されている。したがって、エネルギー利用の効率化に限界があり、この点を改善すべく、併せて他のエネルギー形態で利用することで相乗効果を図る提案がなされている。
【０００６】
例えば特許文献３には、異物が含まれている空気を回収し、回収した空気を、排気浄化装置を備えた内燃機関に対して、燃焼用空気として供給し、前記内燃機関における燃焼により、前記空気に含まれている異物を燃焼あるいは熱分解して、前記空気から異物を除去する空気浄化方法が記載されている。そして、内燃機関として自動車用エンジンを用いることが提案されている。
【０００７】
また、特許文献４には、臭気ガスを含む空気を集めるための吸込みダクトと、該吸込みダクトからの吸込み空気を圧縮するコンプレッサと、該コンプレッサによる圧縮空気に燃料を投入して燃焼させる燃焼器と、該燃焼器で生成した燃焼ガスによって駆動されるタービンとを具備し、タービンとコンプレッサが回転軸で直結されてガスタービン構造をなした脱臭装置において、脱臭動作中、タービン入口部分における燃焼ガス温度を臭気ガスが分解される温度以上に制御される機能を有し、さらに前記回転軸により駆動されて臭気ガスを含まない空気を圧縮する第２のコンプレッサを具備した脱臭・圧縮装置が記載されている。そして、タービン排気の熱を乾燥対象に伝え、これを加熱することが提案されている。
【特許文献１】特開２００３−０８０１１８号公報
【特許文献２】特開２００１−１９１００８号公報
【特許文献３】特開２００５−０３７１１１号公報
【特許文献４】特開２００２−００４８９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献３に記載されるＶＯＣガスの処理方法は、内燃機関が発生させる高温の環境でＶＯＣを処理し、内燃機関が発生させる動力を電力として利用するのみである。
その点、特許文献４に記載されるＶＯＣガスの処理方法は、内燃機関が発生させる高温の環境でＶＯＣを処理し、内燃機関が発生させる動力を電力として利用することの他、臭気ガスを含む空気を集めるための吸込みおよび第２のコンプレッサの駆動にタービンの動力を利用しており、動力を電力に変換することなく利用するので効率的である。また、タービン排気の熱を乾燥対象に伝えて加熱する分、エネルギーを有効利用している。しかし、熱交換後の高温の排気は、そのまま大気中に放出しているので、まだ、有効利用の余地が残されている。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ＶＯＣガスを効率よく処理しつつ、発生する熱エネルギーまたは熱エネルギーと動力を究極的に有効利用して揮発性有機化合物を含む塗膜が形成された帯状体の塗膜を乾燥させ、硬化させる方法および装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するため、本発明の発明者は、鋭意検討した結果、ＶＯＣを含む加熱空気を燃焼装置で燃焼すると、ＶＯＣが燃焼によって処理されてＶＯＣの濃度がほとんど０％になっているので、これを乾燥後の塗膜の加熱処理に使用しても、ＶＯＣが乾燥後の塗膜に戻ることがなく、かつＶＯＣの濃度が爆発の下限界を超えることがないこと、燃焼装置を運転するための燃料およびＶＯＣの燃焼により生成する二酸化炭素や一酸化炭素および水蒸気等が塗膜の硬化に影響を及ぼさないこと、ならびに、乾燥オーブン内の温度を正確に制御することが可能との知見を得て本発明はなされたのである。
【００１１】
すなわち本発明は、揮発性有機化合物を含む塗膜が形成された帯状体を、該帯状体が通過可能な通路を有する壁体で仕切られた複数の加熱パートを備える乾燥オーブンの該複数の加熱パート内に搬送しつつ前記帯状体に対して加熱空気を送風することにより、前記帯状体の搬送方向下流に向けて前記塗膜から揮発性有機化合物を蒸発させて硬化する、塗膜の乾燥硬化方法であって、前記塗膜の揮発性有機化合物を蒸発させる加熱パートから排出された空気に含まれる揮発性有機化合物を燃焼装置で燃焼し、この燃焼装置から排出される排気および／または前記燃焼装置から排出される排気中の熱を廃熱回収装置で回収した排気を、少なくとも、前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給することで、前記塗膜を硬化させる加熱パートの温度を、揮発性有機化合物を蒸発させる加熱パートの温度より高い温度に維持して、前記塗膜を硬化することを特徴とする塗膜の乾燥硬化方法を提供する。
【００１２】
ここで、本発明においては、前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給される廃熱回収装置からの排気の温度を測定し、予め設定された上限温度および下限温度と比較して、廃熱回収装置からの排気の温度が前記上限温度より低く、かつ、前記下限温度より高いときに、廃熱回収装置からの排気を前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給し、廃熱回収装置からの排気の温度が前記下限温度より低いときに、燃焼装置から排出される排気の少なくとも一部を、廃熱回収装置を通すことなく直接、廃熱回収装置からの排気に混入し、前記上限温度より低く、かつ、前記下限温度より高い温度に調節して前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給することが好ましい。
また、本発明においては、前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給される廃熱回収装置からの排気の温度を測定し、予め設定された上限温度および下限温度と比較して、廃熱回収装置からの排気の温度が前記上限温度より高いときに、廃熱回収装置からの排気に空気を混合し、前記上限温度より低く、かつ、前記下限温度より高い温度に調節して前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給することが好ましい。
そして、本発明においては、燃焼装置として自ら気体の吸引および排出を行う内燃機関を用い、前記内燃機関の吸引力を利用して前記塗膜の揮発性有機化合物を蒸発させる加熱パートから空気を吸引し、および／または前記内燃機関の排出力を利用して前記塗膜を硬化させる加熱パートに廃熱回収装置からの排気を供給することが好ましい。
【００１３】
また、本発明は、帯状体が通過可能な通路を有する壁体で仕切られた複数の加熱パートを備える乾燥オーブンを有する塗膜乾燥硬化装置であって、前記複数の加熱パートは、それぞれ空気が流入する流入口と空気が流出する流出口とを備えて揮発性有機化合物を含む塗膜が形成された帯状体を搬送しつつ前記帯状体に対して加熱空気を送風することにより、前記帯状体の搬送方向上流で前記塗膜の揮発性有機化合物を蒸発させる加熱パートと、前記帯状体の搬送方向下流で前記塗膜を硬化させる加熱パートを含み、前記塗膜乾燥硬化装置は、さらに、前記塗膜の揮発性有機化合物を蒸発させる加熱パートの前記流出口から排出された揮発性有機化合物を含有する空気の供給を受けて該揮発性有機化合物を燃焼する燃焼装置と、前記燃焼装置から排出された排気中の熱を回収する廃熱回収装置と、前記燃焼装置から排出される排気および／または前記廃熱回収装置から排出される排気を少なくとも、前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給する排気供給装置とを備えることを特徴とする塗膜乾燥硬化装置を提供する。
【００１４】
ここで、本発明の塗膜乾燥硬化装置が、さらに、前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給される廃熱回収装置からの排気の温度を測定する温度計と、該温度計で測定した前記排気の温度を予め設定された上限温度および下限温度と比較して、廃熱回収装置からの排気の温度が前記上限温度より低く、かつ、前記下限温度より高いときに、廃熱回収装置からの排気を前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給し、廃熱回収装置からの排気の温度が前記下限温度より低いときに、前記燃焼装置から排出される排気の少なくとも一部を、廃熱回収装置を通すことなく直接、廃熱回収装置からの排気に混入し、前記上限温度より低く、かつ、前記下限温度より高い温度に調節して前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給するように流路を変更する流路切替弁とを有することが好ましい。
また、本発明の塗膜乾燥硬化装置が、さらに、前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給される廃熱回収装置からの排気の温度を測定する温度計と、該温度計で測定した前記排気の温度を予め設定された上限温度および下限温度と比較して、廃熱回収装置からの排気の温度が前記上限温度より高いときに、廃熱回収装置からの排気に空気を混合し、前記上限温度より低く、かつ、前記下限温度より高い温度に調節して前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給する空気混合弁とを有することが好ましい。
【００１５】
また、本発明の塗膜乾燥硬化装置において、前記燃焼装置が自ら気体の吸引および排出を行う内燃機関であることが好ましい。
また、本発明の塗膜乾燥硬化装置が、さらに、前記燃焼装置の動力を利用して発電を行う発電機を有することが好ましい。
また、本発明の塗膜乾燥硬化装置において、前記燃焼装置がガスタービンであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、塗膜から蒸発させた揮発性有機化合物を燃焼装置の燃料として有効活用し、塗膜を硬化させる加熱パートの温度を維持することができる。
また、廃熱回収装置が、ボイラーである場合、乾燥オーブンに供給する空気として１３０℃前後の加熱空気が得られ、そのまま塗膜を硬化させる加熱パートに流入させることができる。また、ボイラーは、汎用的なエネルギー供給装置であるので、長時間運転される場合が多く、２４時間常時運転される場合もある。そのため、塗膜を硬化させる加熱パートに流入させる排気の温度が安定するまでに時間がかかるという問題がない。そして、ＶＯＣの燃焼装置からの排気は、乾燥オーブンに供給する空気に比べて十分に温度が高いので、排気の温度や流量の変更が容易である。
【００１７】
本発明においては、乾燥するＶＯＣの性状や廃熱回収装置の稼働状況によっては排気の温度が適用可能でない場合に備えて、塗膜を硬化させる加熱パートに供給される廃熱回収装置からの排気の温度を測定し、予め設定された上限温度および下限温度と比較して、廃熱回収装置からの排気の温度が前記上限温度より低く、かつ、前記下限温度より高いときに、廃熱回収装置からの排気を前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給し、廃熱回収装置からの排気の温度が前記下限温度より低いときに、燃焼装置から排出される排気の少なくとも一部を、廃熱回収装置を通すことなく直接、廃熱回収装置からの排気に混入し、前記上限温度より低く、かつ、前記下限温度より高い温度に調節して前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給することによって、塗膜材料の種類や乾燥条件によって、廃熱回収装置からの排気の温度よりも高い温度が要求される場合に、塗膜を硬化させる加熱パートに供給される排気の温度を所定の温度へと上げることができる。
また、万が一、加熱空気の温度が高すぎて適用可能でない場合に備えて、前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給される廃熱回収装置からの排気の温度を測定し、予め設定された上限温度および下限温度と比較して、廃熱回収装置からの排気の温度が前記上限温度より高いときに、廃熱回収装置からの排気に外気を混合することによって、塗膜を硬化させる加熱パートに供給する空気として、適用可能な温度とすることができる。
【００１８】
本発明の塗膜乾燥硬化装置の燃焼装置が自ら気体の吸引および排出を行う内燃機関であることによって、乾燥オーブンのＶＯＣを蒸発させる加熱パートから空気を吸引する吸引装置、および／または、塗膜を硬化させる加熱パートに排気を供給する送風装置として活用することができる。これにより、吸引装置または送風装置を小型化ないしは省略が可能となる。
また、本発明の塗膜乾燥硬化装置が、さらに、燃焼装置の動力を利用して発電を行う発電機を有することによって、エネルギーの利用形態を多様化させることができ、ＶＯＣの燃焼装置を２４時間常時運転してもエネルギーが無駄となることがない。
そして、本発明の塗膜乾燥硬化装置の燃焼装置がマイクロガスタービンであることによって、大量のＶＯＣを処理することができ、高温の排気を、塗膜を硬化させる加熱パートに安定して供給することができる。また、強力な圧縮装置を備えることができるので、塗膜を硬化させる加熱パートに排気を供給、排出するための送風装置を省略することも可能である。また、マイクロガスタービンを用いることでＶＯＣを効率よく処理すると同時に、タービンを駆動して発電及び廃熱利用を行うことが可能となる。したがって、ＶＯＣガスを処理する装置及びそれに掛かる運転費用も抑制でき、低コストにて大気汚染防止法のＶＯＣ排出規制に対応することができる。また、ＶＯＣのもつ燃焼エネルギーを利用することで、ガスタービンの燃料消費を減少させることができるので、省エネルギーのコージェネレーションシステム（ＣＧＳ）として用いることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、最良の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
図１は、本発明の塗膜乾燥硬化装置の一例を示す概略構成図である。本発明の塗膜乾燥硬化装置１０は、帯状体Ｓが通過可能な通路１６ａ，１６ｂを有する壁体で仕切られた複数の加熱パート１２ａ，１２ｂ，１２ｃを備える乾燥オーブン１１と、ＶＯＣガスを燃焼して処理する燃焼装置２３としてマイクロガスタービン（以下、ＭＧＴという場合がある。）と、廃熱回収装置２５としてのボイラーと、燃焼装置２３から排出される排気および／または燃焼装置２３から排出される排気中の熱の一部を廃熱回収装置２５で回収した排気を、少なくとも、前記乾燥オーブン１１の塗膜を硬化させる加熱パート１２ｂ，１２ｃに供給する排気供給装置２４を接続して構成される。本発明の塗膜乾燥硬化装置１０において、それらの接続は、具体的には配管やダクトなどが用いられる。排気供給装置２４は、少なくとも燃焼装置２３及び廃熱回収装置２５と乾燥オーブン１１とを接続する流路を備えるものである。
【００２０】
印刷機や塗工機等を用いて塗膜が形成された帯状体Ｓは、搬入口１５から乾燥オーブン１１に導入される。そして、乾燥する対象品の耐熱性等の物性に応じて８０〜１３０℃程度に加熱された空気を、乾燥オーブン１１の上流に設けられた空気供給装置２１の吸気ファン３１を用いて、あるいは用いることなく、流入口１３から乾燥オーブン１１に供給する。乾燥オーブン１１中、塗膜のＶＯＣを蒸発させる加熱パート１２ａにおいては、流入口１３から供給された加熱空気を図示しない複数のノズルから吹き付けることによって、塗膜に含まれる溶剤等のＶＯＣを乾燥させる。
【００２１】
なお、ＶＯＣの蒸発は、帯状体Ｓの搬送方向上流で多く蒸発し、下流に向かうにしたがい蒸発量は漸減し、少なくとも乾燥オーブン１１の終端近傍、好ましくは、乾燥オーブン１１の中間付近で蒸発が終了する様に設定される。したがって、塗膜のＶＯＣを蒸発させる加熱パートは、特定の加熱パートが割り当てられるわけではなく、乾燥条件等によって、流動的で、例えば、加熱パートが５つに仕切られている場合は、上流の２つ、あるいは、３つが塗膜のＶＯＣを蒸発させる加熱パートとなる。また、ＶＯＣの蒸発と熱硬化が並行して進行する加熱パートもあり得る。本形態例では、加熱パート１２ａで蒸発が終了する様に設定されている。加熱パート１２ａは、壁体で加熱パート１２ｂと仕切られているので、加熱パート１２ａの温度条件や風速、風量等を的確に制御することができ、蒸発したＶＯＣを効率よく回収することができる。
【００２２】
乾燥オーブン１１中、塗膜のＶＯＣを蒸発させる加熱パート１２ａよりも帯状体Ｓの搬送方向下流（図１の右側）には、塗膜を硬化させる加熱パート１２ｂ、１２ｃが配置されており、ＶＯＣを乾燥させた後の塗膜を加熱処理して硬化させる。塗膜を硬化させる加熱パート１２ｂ、１２ｃ内の温度は、通常、塗膜のＶＯＣを蒸発させる加熱パート１２ａ内の温度より高く維持されており、その温度は、塗膜や帯状体Ｓの材料などによるが、例えば１００〜１５０℃程度である。また、材質により、熱硬化（キュア）を２段階もしくはそれ以上の多段階の温度で行うことが望ましい場合が多く、本形態例においては、複数の加熱パート１２ｂ、１２ｃにかけて硬化処理を行うように設定されている。加熱パート１２ｂは、壁体で加熱パート１２ａおよび加熱パート１２ｃと仕切られているので、それぞれの加熱パートにおける熱硬化の温度条件や風量を的確に制御することができる。通常は、加熱パート１２ｃの温度を加熱パート１２ｂの温度より高く設定することで、帯状体Ｓと硬化した塗膜の密着度を高くすることができる。そして、塗膜を硬化させた帯状体Ｓは、最終的に、乾燥オーブン１１の搬出口１７から搬出される。
なお、加熱パート１２ａの温度を加熱パート１２ｂ、１２ｃの温度より低く設定するのは、ＶＯＣの蒸発中に塗膜の表面が硬化して皮膜が形成されると内部にＶＯＣが残留して硬化した塗膜の強度等の物性が低下するので、これを防ぐためである。この様な問題が小さいか無い場合は、加熱パート１２ａでも熱硬化が進行する様に設定してもよい。
【００２３】
図１に示す本発明の塗膜乾燥硬化装置１０においては、乾燥オーブン１１のＶＯＣを蒸発させる加熱パート１２ａから発生したＶＯＣガスは、この加熱パート１２ａの流出口１４から流出させ、流路２２を通じて下流に設置されたＭＧＴ２３で吸引し、ＭＧＴ２３内で燃焼処理され、排気される。流路２２には、乾燥オーブン１１のＶＯＣを蒸発させる加熱パート１２ａからＶＯＣガスの吸引を補助するための吸気ファン３２を設けても良い。また、ＭＧＴ２３の上流側で流路２２に外気を取り入れるための空気混合弁３８を設けて、ＶＯＣガス中のＶＯＣ濃度の調整（希釈）やＭＧＴ２３の運転に必要な空気が不足する場合に空気の補充を可能にすることが好ましい。
【００２４】
ＭＧＴ２３からの排気は、５５０〜６５０℃程度の高温であり、これを廃熱回収装置２５であるボイラーで廃熱を回収し、ボイラー２５からの排気を１５０℃前後に調整して、塗膜を硬化させる加熱パート１２ｂ，１２ｃに供給する。途中の経路で温度が下がるので、加熱パート１２ｂ，１２ｃに供給されるときには、８０〜１３０℃程度となる。このように高温の加熱空気である排気を、少なくとも、塗膜を硬化させる加熱パート１２ｂ，１２ｃに供給することで、塗膜から蒸発させたＶＯＣをＭＧＴ２３の燃料として有効活用し、加熱パート１２ｂ，１２ｃの温度を維持することができる。途中の経路で温度が下がる程度によっては、ボイラー２５からの排気をもっと高い温度に設定してもよい。
【００２５】
また、加熱パート１２ｂ，１２ｃ内に赤外線ヒーターなどの加熱手段を補助的に設置してもよい。さらに、ＶＯＣをＭＧＴ２３で処理すると燃焼装置を運転するための燃料およびＶＯＣの燃焼により水蒸気が発生し、加熱パート１２ｂ，１２ｃが停止して冷えている場合、運転開始に際してボイラー２５からの排気を供給すると結露する場合があるが、加熱手段が設置されていれば、加熱パート１２ｂ，１２ｃ内を６０℃ないし７０℃程度に予備加熱しておくことで、結露を防止することもできるので好ましい。
【００２６】
加熱パート１２ｂ，１２ｃ内の余剰空気は、流出口１９ｂ，１９ｃを通じて排出経路２６から排出される。このとき、吸気ファン３９で吸気して排出を補助することが好ましい。
【００２７】
本形態例においては、ＶＯＣガスを燃焼して処理する燃焼装置２３としてＭＧＴを用いるが、レシプロエンジンやロータリーエンジンなどの内燃機関を用いてもよい。あるいは、蓄熱燃焼や触媒燃焼などの燃焼方式の燃焼装置を用いてもよい。ＭＧＴを含む上記の内燃機関は、熱とともに動力も発生させるので好ましい。発生した動力は、そのまま他の装置を駆動させるために用いてもよいが、発電機２７に接続して電力の形態で取り出すことで利用の自由度が高まり、２４時間常時運転が容易となるので好ましい。そして、ＶＯＣの燃焼装置を２４時間常時運転することで、得られる排気の温度も安定したものとなる。
【００２８】
また、燃焼装置２３で発生した熱は、そのまま他の装置に利用してもよいが、排気の経路２４をボイラー２５に接続して蒸気の形態で取り出すことで利用の自由度が高まるので好ましい。特に、本形態例においては、ＭＧＴなどの内燃機関を用いるので、燃焼装置２３から排出される排気の温度は十分高く、ボイラー２５で高温の蒸気を発生させることができる。そして、ボイラー２５から排出される排気の温度も１５０℃程度と設定することで、この排気をそのまま加熱パート１２ｂ，１２ｃの流入口１８ｂ，１８ｃに加熱空気として流入させることができる。
【００２９】
本形態例で用いるＭＧＴ２３は、ＶＯＣガスを吸入して圧縮する圧縮機と、圧縮機にて圧縮されたＶＯＣガスに燃料を補給して燃焼させる燃焼器と、燃焼器にて生成した燃焼ガスが噴射されて回転駆動されるタービンとを備えて構成されている。タービンと圧縮機は、一本の回転軸で接続されており、圧縮機はタービンで得られた駆動力を利用してＶＯＣガスを吸入して圧縮するようになっている。タービンを回転駆動した燃焼ガスは、タービンから下流に排気される。したがって、タービンは、自身を駆動した燃焼ガスを排出する排気装置でもあり、圧縮機は、吸気装置でもある。
【００３０】
燃料供給装置から燃焼器に供給される燃料としては特に限定されないが、天然ガス、液化天然ガス（ＬＮＧ）、液化石油ガス（ＬＰＧ）、重油などが挙げられる。処理すべきＶＯＣが液状で存在する場合は、タービンの排気の廃熱で気化または蒸留して燃料としてもよい。燃焼器内でＶＯＣガスに燃料を補給して燃焼させることで、ＶＯＣは水や二酸化炭素に分解され、処理することができる。
【００３１】
ただし、市販のコージェネレーション用のＭＧＴは、吸気した空気の一部のみを燃焼器に送り、大部分は、燃焼ガスの冷却に用いるので、吸気装置にＶＯＣガスを供給する場合は、ＶＯＣガスが完全には分解されず、一部、一酸化炭素が発生する場合がある。したがって、ＭＧＴの下流に図示しない触媒燃焼装置を付設することが好ましい。触媒燃焼装置は、一酸化炭素の酸化反応を触媒する白金やパラジウム等の酸化作用の強い活性金属を担持させたハニカム、ぺレット、メタルフォーム、繊維状等の酸化触媒を備える装置であり、一酸化炭素を酸化して分解処理することが可能である。
【００３２】
なお、ＭＧＴは、大量の排気を生成するので、排気を乾燥オーブン１１の塗膜を硬化させる加熱パート１２ｂ，１２ｃに流入させても余剰の排気が残る場合がある。この余剰の排気は、接続経路２４ｄを通じて空気供給経路２１に接続し、空気と混ぜて所定の温度に下げて、加熱パート１２ａに流入させることが好ましい。それでも排気が余る場合は、加熱パート１２ｂ，１２ｃの直前の経路２４ｃに余剰排気排出弁（不図示）を設けて排出するのであるが、この排気中の一酸化炭素も処理する必要がある。燃焼装置として他には、ガス、灯油、重油等により、ＶＯＣを７５０℃から９５０℃の高温下で直接酸化分解（燃焼）する装置、砂やセラミック等の耐熱性、蓄熱性のある固定床（蓄熱床）を媒体として８００℃から１０００℃の高温下にてＶＯＣを接触させて酸化分解する蓄熱燃焼装置を用いても良い。
【００３３】
触媒燃焼装置に使用される酸化触媒の予備加熱のため、ＭＧＴ２３のタービンから排出された排気をそのまま、あるいは排気の経路を２つに分岐させ、経路の一方を触媒燃焼装置と熱交換可能に通じることにより、排気が保有する廃熱を利用して酸化触媒を加熱できるように構成することがエネルギーの有効利用の観点からは好ましい。
【００３４】
また、燃焼装置２３として、吸気装置にＶＯＣガスを供給してＶＯＣを処理する専用のＭＧＴを用いることもできる。その様なＭＧＴとしては、例えば、特表２０００−５００８３７号公報に記載されるような、燃焼器に隣接して反応室を設け、燃焼器にて生成した燃焼ガスを反応室内で螺旋状に旋回させて反応させるＭＧＴを用いれば、一酸化炭素の処理の必要はない。なお、ＶＯＣガスのＶＯＣ濃度が著しく低い場合は、例えば、特開２００１−７０７５０号公報に記載されるような、吸脱着装置を用いて、吸着時より小風量の通過ガスで脱着を行う吸脱着操作を繰り返すことで吸気装置に供給するＶＯＣガスを濃縮するＭＧＴを用いれば、効率よくＶＯＣガスを処理することができる。
【００３５】
本形態例の塗膜乾燥硬化装置１０は、廃熱回収装置２５として最も一般的なボイラーを有する。ボイラーは、汎用的なエネルギー供給装置であるので、長時間運転される場合が多く、２４時間常時運転される場合もある。そのため、塗膜を硬化させる加熱パート１２ｂ，１２ｃに供給する排気の温度を安定したものとすることができる。
本形態例においては燃焼装置２３としてＭＧＴを用いるのでボイラー２５において高温の蒸気が得られ、廃熱利用の自由度が高い。熱水が必要な場合は、このボイラーで熱水を生成してもよい。そして、廃熱回収装置２５を作動させる場合は、廃熱回収装置２５から排出される排気の温度が１５０℃前後に設定することが好ましい。この様に設定することによって、本形態例においては、乾燥オーブン１１の塗膜を硬化させる加熱パート１２ｂ，１２ｃに供給する排気として１３０℃前後の加熱空気が得られ、そのまま、通常の塗膜に適用可能となる。この温度は、加熱処理する塗膜の性状によって多少異なるので、加熱処理する塗膜に合わせて調整することが好ましい。
【００３６】
本形態例の塗膜乾燥硬化装置１０は、塗膜を硬化させる加熱パート１２ｂ，１２ｃに排気を供給する流入口１８ｂ，１８ｃの上流に、廃熱回収装置２５からの排気の温度を測定する温度計３４を有することが好ましい。そして、この温度計３４で排気の温度を測定し、予め設定された上限温度および下限温度と比較する。その結果、廃熱回収装置２５からの排気の温度が上限温度より低く、かつ、下限温度より高いときには、廃熱回収装置２５からの排気をそのまま加熱パート１２ｂ，１２ｃに供給する。一方、廃熱回収装置２５からの排気の温度が前記下限温度より低いときには、ＭＧＴ２３から排出される排気の少なくとも一部を、廃熱回収装置２５を通すことなく、廃熱回収装置２５からの排気に混入し、前記上限温度より低く、かつ、前記下限温度より高い温度に調節して加熱パート１２ｂ，１２ｃに供給するように流路を変更する流路切替弁３５を有することが好ましい。
【００３７】
具体的には、ＭＧＴ２３から排出される排気の経路２４を２つの経路２４ａ，２４ｂに分岐させ、一方の排気経路２４ｂは、排気に含まれる熱量の一部を回収するためのボイラー２５に接続させ、他方の排気経路２４ａは、ボイラー２５を通すことなく加熱パート１２ｂ，１２ｃに直接流入させるように接続させ、ＭＧＴ２３から排出される高温の排気の少なくとも一部を流入させるように流路を切り替える。この様に流路を切り替えることによって、加熱パート１２ｂ，１２ｃで熱処理される塗膜材料の種類や熱処理条件によっては、ボイラー２５からの排気の温度よりも高い温度が要求される場合に、ＭＧＴ２３から排出される高温の排気を一部混入させることで、加熱パート１２ｂ，１２ｃに供給される排気の温度を所定の温度へと上げることができる。
【００３８】
本形態例の塗膜乾燥硬化装置１０は、さらに、この温度計３４で廃熱回収装置２５からの排気の温度を測定し、予め設定された上限温度および下限温度と比較して、廃熱回収装置２５からの排気の温度が上限温度より高いときに、廃熱回収装置２５からの排気に外気（装置外から取り込まれる空気）を混合し、前記上限温度より低く、かつ、前記下限温度より高い温度に調節してから加熱パート１２ｂ，１２ｃに供給されるようにする空気混合弁３６を有することが好ましい。この様に外から空気を混合することによって、例えば、ＭＧＴ２３に発電機２７が付設され、ＭＧＴ２３の運転が発電機２７の稼働に依存し、かつ、発電機２７に大きな電力が要求されると、ＭＧＴ２３からの排気が高温になり、加熱パート１２ｂ，１２ｃで熱処理される塗膜材料の種類や熱処理条件によっては、ボイラー２５からの排気の温度が塗膜の熱処理に必要な温度よりも高くなる場合があるが、その様な場合に加熱パート１２ｂ，１２ｃに供給される排気の温度を所定の温度へと下げることができる。温度計３４による温度情報は、加熱空気制御装置３７に送られ、加熱空気制御装置３７により、流路切替弁３５および空気混合弁３６の作動が制御される。
【００３９】
本形態例の塗膜乾燥硬化装置１０は、排気経路２４から分岐した加熱パート１２ｂ，１２ｃに排気を供給する経路２４ｅ，２４ｆに吸気ファン３３を有することが好ましい。ＭＧＴ２３からの排気は、塗膜を硬化させる加熱パート１２ｂ，１２ｃに供給する加熱空気を賄うには余りある大量かつ高圧の排気ではあるが、ＭＧＴ２３に発電機２７が付設されて、ＭＧＴ２３の運転が発電機２７の稼働に依存し、かつ、発電機２７に要求される電力が小さい場合に、ＭＧＴ２３の運転が絞られ排気の圧力も低下するが、この様な場合において、塗膜を硬化させる加熱パート１２ｂ，１２ｃで熱処理される塗膜材料の種類や熱処理条件によっては、ボイラー２５からの排気の圧力が加熱パート１２ｂ，１２ｃで必要な圧力よりも低い場合に、排気の圧力を所定の圧力へと上げることができる。
【００４０】
吸気ファン３３は、加熱パート１２ｂ，１２ｃが停止して冷えている場合のボイラー２５からの排気に含まれる水蒸気による結露を防止するために、外部空気を吸入して加熱パート１２ｂ，１２ｃ内を６０℃ないし７０℃程度に予備加熱する加熱手段（不図示）を備えることが好ましい。吸気ファン３３に設ける加熱手段の熱源は、ヒーターやバーナーであってもよいが、ボイラー２５で生成された蒸気を熱源として用いてもよい。また、吸気ファン３３は、流量計（不図示）を備えることが好ましく、流量計による流量情報は、図示しない加熱空気制御装置に送られ、この加熱空気制御装置により、ボイラー２５からの排気の内、加熱パート１２ｂ，１２ｃに供給する排気と大気中に放出する余剰の排気を振り分ける余剰排気排出弁（不図示）および吸気ファン３３の作動が制御される。
【００４１】
本発明におけるＭＧＴ２３は、発電機２７を有することが好ましい。発電機２７は、図示しないタービンの回転軸および必要に応じて変速機を介してＭＧＴ２３に連結されており、タービンの動力によって発電機２７が回転駆動されるように構成されている。ＭＧＴ２３の燃焼器内でＶＯＣガスと燃料とを混合して燃焼させたとき生成する燃焼ガスは、タービンの回転駆動に利用される。タービンが回転すると、回転軸に連結された発電機２７が駆動され、発電を行う。発電機２７で起こした電力は、電力利用設備（不図示）で利用することができる。なお、発電に際しては、回転軸の回転数を一定に制御するか、インバーターなどを使用して周波数を一定に制御することが好ましい。
【００４２】
ＭＧＴ２３が発電機２７に連結されている場合、ＭＧＴ２３の運転が発電機２７の稼働に依存することが好ましい。本形態例の塗膜乾燥硬化装置１０を有する工場などは、通常、乾燥オーブン１１でＶＯＣを乾燥させていないときでも一定量の電力を消費しており、ＭＧＴ２３を空運転させておいても電力の利用に困ることはないからである。そして、ＭＧＴ２３を空運転させておくことで、乾燥オーブン１１でＶＯＣを乾燥させる必要が生じた場合に、ＶＯＣを含む塗膜が形成された帯状体Ｓを乾燥オーブン１１内に搬送し、加熱空気制御装置により、ボイラー２５からの排気を加熱パート１２ｂ，１２ｃへ流入させる様に余剰排気排出弁を操作するだけで乾燥作業を開始することができ、従来の空気加熱器が有していたヒーターやバーナーで加熱するため、温度が安定するまでに時間がかかるという問題がない。また、ＭＧＴ２３を空運転することで、加熱パート１２ｂ，１２ｃへ流入させる排気の温度も安定したものとなる。加熱パート１２ｂ，１２ｃに必要な加熱空気の量や温度に変動があっても、加熱空気制御装置で調整が可能であり、ＭＧＴ２３の運転を制御する必要がないので、ＭＧＴ２３の制御が容易である。なお、ＭＧＴ２３が発電機２７に連結されていない場合であっても、ＭＧＴ２３は、空運転させておくことが好ましい。この場合は、熱エネルギーしか得られないので、必要な熱エネルギー量によって、ＭＧＴ２３を制御することが好ましい。そして、いずれの場合であっても、ＭＧＴ２３の能力は、想定される処理すべきＶＯＣガスの最大量よりも大きなＶＯＣガス処理能力を有することが好ましい。
【００４３】
ＭＧＴ２３の能力は、特に制限はないが、例えば、加工幅が１０００ｍｍ程度の通常のドライラミネーター用の乾燥オーブンであれば、発電機を付設して運転したときに発電能力が３００ｋＷ・ｈ程度のものでよい。乾燥オーブンが小型の場合や大型のガスタービンを用いる場合は、一つのガスタービンに複数の乾燥オーブンを接続してもよい。また、乾燥オーブンが大型の場合は、一つの乾燥オーブンに複数のＭＧＴを接続してもよい。
【００４４】
本発明におけるボイラー２５は、水の導入及び水蒸気の導出のための管路（図示略）を備えており、タービンの排気が保有する廃熱を利用して水を加熱し、水蒸気を発生させる公知の熱交換式のボイラーを使用することができる。ボイラー２５で生成された蒸気は、蒸気利用設備（図示略）で利用することができる。あるいは、加熱パート１２ａ、１２ｂ、１２ｃに供給する空気や排気を加熱する熱源として用いてもよい。
なお、コージェネレーションにおける排気が有する廃熱の利用手段としては、水蒸気に限定されるものではなく、この他、温水などによることも可能である。
【００４５】
本発明の燃焼装置２３で処理されるＶＯＣガス中のＶＯＣの種類は、可燃性のものであれば特に限定されないが、一般的な例としてはトルエン、酢酸エチル、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）などが挙げられる。これらのＶＯＣの発火点は４００〜５００℃であるが、本発明においては、燃焼装置２３の排気を廃熱回収装置２５で温度を下げて加熱パート１２ｂ，１２ｃに流入させるので、問題はない。なお、ＭＧＴ２３の圧縮機内でＶＯＣの発火を防止するため、圧縮機内の温度は、３５０℃以下に設定することが望ましい。また、圧縮機で圧縮する前のＶＯＣガス中のＶＯＣの濃度は、当該ＶＯＣの爆発下限界の１／４以下であることが好ましい。例えばトルエンであれば、圧縮機に導入するときの濃度を３０００ｐｐｍ以下、更には１０００ｐｐｍ以下とすることが好ましい。また、ＶＯＣガスが高濃度である場合には、空気混合弁３８より空気を混入させて爆発下限界の１／４以下の濃度に調整して処理することが可能である。
【００４６】
また、ＭＧＴ２３は、燃料の効率的な消費の観点から、ＶＯＣガスを燃料と一緒に燃焼させたときに一定の出力が安定的に得られるようにするため、ＶＯＣガス中のＶＯＣの量に応じて燃料の供給量を減らすことができるように構成されている。そして、ＭＧＴ２３の出力は、回転軸の回転数を測定して出力を制御することができる。
【００４７】
以上説明したように、本形態例の塗膜乾燥硬化装置１０によれば、燃焼ガスを動力源とするガスタービンにおいて、ＶＯＣと空気との混合ガスを供給し、圧縮機で圧縮した後に燃料を補給して燃焼させることによって、ＶＯＣを効率よく処理すると同時に、タービンを駆動して発電及び廃熱利用を行うことが可能となる。したがって、ＶＯＣガスを処理する装置及びそれに掛かる運転費用も抑制でき、低コストにて大気汚染防止法のＶＯＣ排出規制に対応することができる。また、ＶＯＣのもつ燃焼エネルギーを利用することで、ガスタービンの燃料消費を減少させることができるので、省エネルギーのコージェネレーションシステム（ＣＧＳ）として用いることが可能である。
【００４８】
また、本形態例の塗膜乾燥硬化装置１０によれば、ＶＯＣガスが発生しない場合には、通常の大気を吸引した状態で運転（空運転）することで、通常のＣＧＳのガスタービンとしての使用も可能となっている。このため、ＶＯＣの発生の有無にかかわらずガスタービンを継続して安定的に運転し、いつでも乾燥オーブン１１に加熱空気を供給することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、有機溶剤などの揮発性有機化合物を使用する工場等の施設、特に、乾燥オーブンを有する溶剤型塗工機を設置した施設において、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）を含有するガスを効率よく処理するために利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施形態例を説明する概略図である。
【符号の説明】
【００５１】
Ｓ…帯状体、１０…塗膜乾燥硬化装置、１１…乾燥オーブン、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…加熱パート、１３，１８ｂ，１８ｃ…流入口、１４，１９ｂ，１９ｃ…流出口、１６ａ，１６ｂ…通路、２３…燃焼装置（ＭＧＴ）、２４…排気供給装置（排気経路）、２５…廃熱回収装置（ボイラー）、２７…発電機、３４…温度計、３５…流路切替弁、３６…空気混合弁。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
揮発性有機化合物を含む塗膜が形成された帯状体を、該帯状体が通過可能な通路を有する壁体で仕切られた複数の加熱パートを備える乾燥オーブンの該複数の加熱パート内に搬送しつつ前記帯状体に対して加熱空気を送風することにより、前記帯状体の搬送方向下流に向けて前記塗膜から揮発性有機化合物を蒸発させて硬化する、塗膜の乾燥硬化方法であって、
前記塗膜の揮発性有機化合物を蒸発させる加熱パートから排出された空気に含まれる揮発性有機化合物を燃焼装置で燃焼し、この燃焼装置から排出される排気および／または前記燃焼装置から排出される排気中の熱を廃熱回収装置で回収した排気を、少なくとも、前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給することで、前記塗膜を硬化させる加熱パートの温度を、揮発性有機化合物を蒸発させる加熱パートの温度より高い温度に維持して、前記塗膜を硬化することを特徴とする塗膜の乾燥硬化方法。
【請求項２】
前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給される廃熱回収装置からの排気の温度を測定し、予め設定された上限温度および下限温度と比較して、廃熱回収装置からの排気の温度が前記上限温度より低く、かつ、前記下限温度より高いときに、廃熱回収装置からの排気を前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給し、廃熱回収装置からの排気の温度が前記下限温度より低いときに、燃焼装置から排出される排気の少なくとも一部を、廃熱回収装置を通すことなく直接、廃熱回収装置からの排気に混入し、前記上限温度より低く、かつ、前記下限温度より高い温度に調節して前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給することを特徴とする請求項１に記載の塗膜の乾燥硬化方法。
【請求項３】
前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給される廃熱回収装置からの排気の温度を測定し、予め設定された上限温度および下限温度と比較して、廃熱回収装置からの排気の温度が前記上限温度より高いときに、廃熱回収装置からの排気に空気を混合し、前記上限温度より低く、かつ、前記下限温度より高い温度に調節して前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給することを特徴とする請求項１または２に記載の塗膜の乾燥硬化方法。
【請求項４】
燃焼装置として自ら気体の吸引および排出を行う内燃機関を用い、前記内燃機関の吸引力を利用して前記塗膜の揮発性有機化合物を蒸発させる加熱パートから空気を吸引し、および／または前記内燃機関の排出力を利用して前記塗膜を硬化させる加熱パートに廃熱回収装置からの排気を供給することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の塗膜の乾燥硬化方法。
【請求項５】
帯状体が通過可能な通路を有する壁体で仕切られた複数の加熱パートを備える乾燥オーブンを有する塗膜乾燥硬化装置であって、
前記複数の加熱パートは、それぞれ空気が流入する流入口と空気が流出する流出口とを備えて揮発性有機化合物を含む塗膜が形成された帯状体を搬送しつつ前記帯状体に対して加熱空気を送風することにより、前記帯状体の搬送方向上流で前記塗膜の揮発性有機化合物を蒸発させる加熱パートと、前記帯状体の搬送方向下流で前記塗膜を硬化させる加熱パートを含み、
前記塗膜乾燥硬化装置は、さらに、前記塗膜の揮発性有機化合物を蒸発させる加熱パートの前記流出口から排出された揮発性有機化合物を含有する空気の供給を受けて該揮発性有機化合物を燃焼する燃焼装置と、
前記燃焼装置から排出された排気中の熱を回収する廃熱回収装置と、
前記燃焼装置から排出される排気および／または前記廃熱回収装置から排出される排気を少なくとも、前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給する排気供給装置とを備えることを特徴とする塗膜乾燥硬化装置。
【請求項６】
前記塗膜乾燥硬化装置が、さらに、
前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給される廃熱回収装置からの排気の温度を測定する温度計と、
該温度計で測定した前記排気の温度を予め設定された上限温度および下限温度と比較して、廃熱回収装置からの排気の温度が前記上限温度より低く、かつ、前記下限温度より高いときに、廃熱回収装置からの排気を前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給し、廃熱回収装置からの排気の温度が前記下限温度より低いときに、前記燃焼装置から排出される排気の少なくとも一部を、廃熱回収装置を通すことなく直接、廃熱回収装置からの排気に混入し、前記上限温度より低く、かつ、前記下限温度より高い温度に調節して前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給するように流路を変更する流路切替弁とを有することを特徴とする請求項５に記載の塗膜乾燥硬化装置。
【請求項７】
前記塗膜乾燥硬化装置が、さらに、
前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給される廃熱回収装置からの排気の温度を測定する温度計と、
該温度計で測定した前記排気の温度を予め設定された上限温度および下限温度と比較して、廃熱回収装置からの排気の温度が前記上限温度より高いときに、廃熱回収装置からの排気に空気を混合し、前記上限温度より低く、かつ、前記下限温度より高い温度に調節して前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給する空気混合弁とを有することを特徴とする請求項５または６に記載の塗膜乾燥硬化装置。
【請求項８】
前記燃焼装置が自ら気体の吸引および排出を行う内燃機関であることを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の塗膜乾燥硬化装置。
【請求項９】
前記塗膜乾燥硬化装置が、さらに、前記燃焼装置の動力を利用して発電を行う発電機を有することを特徴とする請求項５ないし８のいずれかに記載の塗膜乾燥硬化装置。
【請求項１０】
前記燃焼装置がガスタービンであることを特徴とする請求項５ないし９のいずれかに記載の塗膜乾燥硬化装置。
【請求項１】
揮発性有機化合物を含む塗膜が形成された帯状体を、該帯状体が通過可能な通路を有する壁体で仕切られた複数の加熱パートを備える乾燥オーブンの該複数の加熱パート内に搬送しつつ前記帯状体に対して加熱空気を送風することにより、前記帯状体の搬送方向下流に向けて前記塗膜から揮発性有機化合物を蒸発させて硬化する、塗膜の乾燥硬化方法であって、
前記塗膜の揮発性有機化合物を蒸発させる加熱パートから排出された空気に含まれる揮発性有機化合物を燃焼装置で燃焼し、この燃焼装置から排出される排気および／または前記燃焼装置から排出される排気中の熱を廃熱回収装置で回収した排気を、少なくとも、前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給することで、前記塗膜を硬化させる加熱パートの温度を、揮発性有機化合物を蒸発させる加熱パートの温度より高い温度に維持して、前記塗膜を硬化することを特徴とする塗膜の乾燥硬化方法。
【請求項２】
前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給される廃熱回収装置からの排気の温度を測定し、予め設定された上限温度および下限温度と比較して、廃熱回収装置からの排気の温度が前記上限温度より低く、かつ、前記下限温度より高いときに、廃熱回収装置からの排気を前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給し、廃熱回収装置からの排気の温度が前記下限温度より低いときに、燃焼装置から排出される排気の少なくとも一部を、廃熱回収装置を通すことなく直接、廃熱回収装置からの排気に混入し、前記上限温度より低く、かつ、前記下限温度より高い温度に調節して前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給することを特徴とする請求項１に記載の塗膜の乾燥硬化方法。
【請求項３】
前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給される廃熱回収装置からの排気の温度を測定し、予め設定された上限温度および下限温度と比較して、廃熱回収装置からの排気の温度が前記上限温度より高いときに、廃熱回収装置からの排気に空気を混合し、前記上限温度より低く、かつ、前記下限温度より高い温度に調節して前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給することを特徴とする請求項１または２に記載の塗膜の乾燥硬化方法。
【請求項４】
燃焼装置として自ら気体の吸引および排出を行う内燃機関を用い、前記内燃機関の吸引力を利用して前記塗膜の揮発性有機化合物を蒸発させる加熱パートから空気を吸引し、および／または前記内燃機関の排出力を利用して前記塗膜を硬化させる加熱パートに廃熱回収装置からの排気を供給することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の塗膜の乾燥硬化方法。
【請求項５】
帯状体が通過可能な通路を有する壁体で仕切られた複数の加熱パートを備える乾燥オーブンを有する塗膜乾燥硬化装置であって、
前記複数の加熱パートは、それぞれ空気が流入する流入口と空気が流出する流出口とを備えて揮発性有機化合物を含む塗膜が形成された帯状体を搬送しつつ前記帯状体に対して加熱空気を送風することにより、前記帯状体の搬送方向上流で前記塗膜の揮発性有機化合物を蒸発させる加熱パートと、前記帯状体の搬送方向下流で前記塗膜を硬化させる加熱パートを含み、
前記塗膜乾燥硬化装置は、さらに、前記塗膜の揮発性有機化合物を蒸発させる加熱パートの前記流出口から排出された揮発性有機化合物を含有する空気の供給を受けて該揮発性有機化合物を燃焼する燃焼装置と、
前記燃焼装置から排出された排気中の熱を回収する廃熱回収装置と、
前記燃焼装置から排出される排気および／または前記廃熱回収装置から排出される排気を少なくとも、前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給する排気供給装置とを備えることを特徴とする塗膜乾燥硬化装置。
【請求項６】
前記塗膜乾燥硬化装置が、さらに、
前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給される廃熱回収装置からの排気の温度を測定する温度計と、
該温度計で測定した前記排気の温度を予め設定された上限温度および下限温度と比較して、廃熱回収装置からの排気の温度が前記上限温度より低く、かつ、前記下限温度より高いときに、廃熱回収装置からの排気を前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給し、廃熱回収装置からの排気の温度が前記下限温度より低いときに、前記燃焼装置から排出される排気の少なくとも一部を、廃熱回収装置を通すことなく直接、廃熱回収装置からの排気に混入し、前記上限温度より低く、かつ、前記下限温度より高い温度に調節して前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給するように流路を変更する流路切替弁とを有することを特徴とする請求項５に記載の塗膜乾燥硬化装置。
【請求項７】
前記塗膜乾燥硬化装置が、さらに、
前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給される廃熱回収装置からの排気の温度を測定する温度計と、
該温度計で測定した前記排気の温度を予め設定された上限温度および下限温度と比較して、廃熱回収装置からの排気の温度が前記上限温度より高いときに、廃熱回収装置からの排気に空気を混合し、前記上限温度より低く、かつ、前記下限温度より高い温度に調節して前記塗膜を硬化させる加熱パートに供給する空気混合弁とを有することを特徴とする請求項５または６に記載の塗膜乾燥硬化装置。
【請求項８】
前記燃焼装置が自ら気体の吸引および排出を行う内燃機関であることを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の塗膜乾燥硬化装置。
【請求項９】
前記塗膜乾燥硬化装置が、さらに、前記燃焼装置の動力を利用して発電を行う発電機を有することを特徴とする請求項５ないし８のいずれかに記載の塗膜乾燥硬化装置。
【請求項１０】
前記燃焼装置がガスタービンであることを特徴とする請求項５ないし９のいずれかに記載の塗膜乾燥硬化装置。
【図１】
【公開番号】特開２００９−１０１２９７（Ｐ２００９−１０１２９７Ａ）
【公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２７５６８５（Ｐ２００７−２７５６８５）
【出願日】平成１９年１０月２３日（２００７．１０．２３）
【出願人】（０００２２４１０１）藤森工業株式会社 (292)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月１４日（２００９．５．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月２３日（２００７．１０．２３）
【出願人】（０００２２４１０１）藤森工業株式会社 (292)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]