Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trocknung von oberflächenbeschichteten Werkteilen, insbesondere Fahrzeugkarossen, in einem Trocknungsraum, dem aufgeheizte Zuluft zugeführt und lösemittelhaltige Abluft entzogen wird, wobei eine Aufheizung der Zuluft durch Energieumwandlung eines Energieträgers erfolgt. Die Erfindung betrifft zudem eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem Trocknungsraum, der zur Hindurchführung von oberflächenbeschichteten Werkteilen, insbesondere Fahrzeugkarossen, ausgebildet ist, und dem eine Zuluftleitung zur Zufuhr von aufgeheizter Zuluft und eine Abluftleitung zum Entziehen von lösemittelhaltiger Abluft zugeordnet sind, wobei der Zuluftleitung eine Heizeinrichtung zum Aufheizen der Zuluft zugeordnet ist, die mittels eines Energieträgers betreibbar ist.

Aus der DE 10 2020 119 381 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Trocknung oberflächenbeschichteter Werkstücke bekannt mit einem Trocknungsraum, dem aufgeheizte Zuluft zugeführt wird zur Trocknung der oberflächenbeschichteten Werkstücke. Der Trocknungsraum weist zudem eine Abluftleitung auf, um lösemittelhaltige Abluft aus dem Trocknungsraum zu entfernen. Die Zuluft wird durch eine Heizvorrichtung erwärmt und mittels eines Ventilators in den Trocknungsraum gefördert. Der Ventilator ist mit einer Prozesssteuerung elektrisch verbunden, die eine Drehzahl des Ventilators einstellt abhängig von einer Belegung des Trocknungsraums durch zu trocknende Werkstücke. Die Heizvorrichtung ist erdgasbetrieben.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die umweltfreundlich betrieben werden können.

Diese Aufgabe wird für das Verfahren dadurch gelöst, dass ein wasserstoffbasierter Energieträger eingesetzt wird. Der wasserstoffbasierte Energieträger ist insbesondere gasförmig. Er kann in flüssiger Aggregatform gespeichert werden und wird dann für die Aufheizung der Zuluft in den gasförmigen Zustand überführt. Ein wasserstoffbasierter Energieträger wie Wasserstoff oder Ammoniak sind keine fossilen Energieträger wie Erdgas oder Erdöl und können so eine umweltfreundliche Trocknung von oberflächenbeschichteten Werkteilen ermöglichen. Zudem wird durch den Einsatz eines wasserstoffbasierten Energieträgers die Abhängigkeit von Produktionsanlagen, bei denen oberflächenbeschichtete Werkteile getrocknet werden müssen, von Erdgas reduziert. Die Energieumwandlung des wasserstoffbasierten Energieträgers kann durch Verbrennung des insbesondere gasförmigen, wasserstoffbasierten Energieträgers wie insbesondere Wasserstoff oder Ammoniak oder auch durch Umwandlung der chemischen Energie des wasserstoffbasierten Energieträgers in elektrische Energie mittels einer Brennstoffzelle erfolgen. In letzterem Fall erfolgt die Aufheizung der Zuluft dann durch entstehende Wärmeenergie oder durch die elektrische Energie, die mittels der Brennstoffzelle gewonnen wird. Der wasserstoffbasierte Energieträger kann in gasförmiger oder in flüssiger Form eingesetzt werden. In flüssiger Form wird vorzugsweise Wasserstoff (H2) eingesetzt, der unter hohem Druck gespeichert und gefördert wird. Auch Ammoniak (NH3) kann gasförmig oder flüssig eingesetzt werden. Wenn die Energieumwandlung durch Verbrennung erfolgt, wird ein vorzugsweise gasförmiger wasserstoffbasierter Energieträger eingesetzt. Wenn die Energieumwandlung mittels einer Brennstoffzelle erfolgt, kann ein flüssiger, wasserstoffbasierter Energieträger eingesetzt werden. Bei der Energieumwandlung durch Verbrennung kann der wasserstoffbasierte Energieträger zwar in flüssiger Form, insbesondere in einem Speicher, vorgehalten werden, wird aber vorteilhaft für die Verbrennung in den gasförmigen Zustand überführt. Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich in besonders vorteilhafter Weise zur Trocknung von großflächigen oberflächenbeschichteten Werkteilen. Unter oberflächenbeschichteten Werkteilen sind Werkteile zu verstehen, die mit Lackschichten und/oder Schutzschichten überzogen sind. Besonders vorteilhaft sind derartige großflächige oberflächenbeschichtete Werkteile Fahrzeugkarossen für Personenkraftwagen, für Nutz- und Lastkraftwagen oder für andere Fahrzeuge zu Lande, zu Luft und zu Wasser.

In Ausgestaltung des Verfahrens wird die lösemittelhaltige Abluft mittels einer Verbrennung des Energieträgers gereinigt. Bei der Trocknung der oberflächenbeschichteten Werkteile gelangen Lösemittel in Gasform in den Trocknungsraum, die mit der Abluft aus dem Trocknungsraum entweichen. Da diese Lösemittel umweltschädlich sind, werden die Lösemittel durch starke Aufheizung der Abluft verbrannt. Diese Aufheizung erfolgt mittels einer Brennereinheit, die den gasförmigen, wasserstoffbasierten Energieträger ggf. unter ergänzender Zufuhr von Sauerstoff verbrennt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die gereinigte heiße Abluft zur Aufheizung von Frischluft eingesetzt, die dem Trocknungsraum als Zuluft zugeführt wird. Bei dieser Ausgestaltung wird die gereinigte heiße Abluft nicht oder nicht vollständig in die Umgebung entlassen, sondern dient vielmehr zur Aufheizung von Frischluft mit Hilfe wenigstens eines Wärmetauschers.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Wärmeenergie der gereinigten heißen Abluft zur Aufheizung des wasserstoffbasierten Energieträgers, insbesondere zur Überführung des wasserstoffbasierten Energieträgers aus einem flüssigen in einen gasförmigen Zustand, verwendet. Diese Ausgestaltung ist insbesondere vorteilhaft, falls als Energieträger flüssiger Wasserstoff in einem Speicher bei starken Minusgraden vorgehalten wird. Um einen solchermaßen vorgehaltenen Energieträger für die gewünschte Aufheizung nutzen zu können, muss dieser Energieträger vorgewärmt werden.

Für die Vorrichtung der eingangs genannten Art wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe dadurch gelöst, dass die Heizeinrichtung mit einem Speicher für einen wasserstoffbasierten Energieträger, insbesondere Wasserstoff oder Ammoniak, verbunden ist. Hierzu ist eine Verbindungsleitung zwischen einem solchen Speicher und der Heizeinrichtung vorgesehen. Die Heizeinrichtung kann direkt oder indirekt zum Aufheizen der Zuluft eingesetzt werden. Bei einer direkten Aufheizung ist die Heizeinrichtung vorzugsweise als Brennersystem unter Verwendung wenigstens einer Brennereinheit ausgeführt. Bei einer indirekten Aufheizung ist die Heizeinrichtung vorzugsweise elektrisch ausgeführt unter Verwendung einer Brennstoffzelle.

In Ausgestaltung der Erfindung ist der Speicher zur Speicherung von flüssigem Wasserstoff ausgebildet. Hierzu ist der Speicher stark gekühlt und/oder mit hohem Druck beaufschlagt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Elektrolyseur zur Gewinnung von Wasserstoff aus Wasser mittels Elektrolyse vorgesehen, der mittels einer Zuführleitung mit dem Speicher verbunden ist, um den gewonnenen Wasserstoff dem Speicher zuzuführen. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine Wasserstofferzeugung vor Ort. Dabei kann vorteilhaft günstiger Strom eingesetzt werden, der zu bestimmten Jahreszeiten oder zu bestimmten Tages- oder Nachtzeiten kostengünstig ist, insbesondere wenn der Strom über Photovoltaiksysteme oder Wind- oder Wasserkraftanlagen eingespeist wird. Derart günstiger Strom kann insbesondere in Produktionsanlagen eingesetzt werden, um über Elektrolyse Wasserstoff zu erzeugen. Dieser Wasserstoff wird dem Speicher zugeführt, soweit er nicht direkt für eine Aufheizung durch eine Brennstoffzelle zur Trocknung entsprechender Werkstücke verwendet wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist dem Speicher eine Ammoniakerzeugungseinrichtung vorgeschaltet, und der Speicher ist als Ammoniakspeicher ausgebildet. Durch die Zufuhr von Stickstoff reagiert Wasserstoff zu Ammoniak (NH3), der direkt oder indirekt zur Aufheizung entsprechender Zuluft für den Trocknungsraum oder zur Aufheizung der Abluft dienen kann, um die Lösemittel in der Abluft zu verbrennen. Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung, die anhand der Zeichnungen dargestellt sind.

Fig. 1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Trocknung von oberflächenbeschichteten Werkteilen,

Fig. 2 schematisch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Trocknung von oberflächenbeschichteten Werkteilen,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Trocknung von oberflächenbeschichteten Werkteilen,

Fig. 4 schematisch ein Blockschaltbild eines Teilbereichs einer Vorrichtung zur Trocknung von oberflächenbeschichteten Werkteilen gemäß den Fig. 1 bis 3 und

Fig. 5 schematisch ein weiteres Blockschaltbild zur Erzeugung von Wasserstoff, der für eine Trocknungsvorrichtung gemäß den Fig. 1 bis 4 eingesetzt wird.

Eine Vorrichtung zur Trocknung von oberflächenbeschichteten Werkstücken in Form von Fahrzeugkarossen F ist Teil einer Produktionsstraße zur Fahrzeugherstellung. In einer vorangegangenen Produktionsstufe wurden entsprechende Oberflächen der Fahrzeugkarossen F mit Lack beschichtet, der insbesondere durch eine Tauchlackierung aufgebracht wurde. Um die Lackbeschichtung zu trocknen ist die vorliegende Trocknungsvorrichtung gemäß Fig. 1 vorgesehen. Die Trocknungsvorrichtung weist einen Trocknungsraum 1 auf, durch den die Fahrzeugkarossen F kontinuierlich hindurchtransportiert werden.

Dem Trocknungsraum 1 wird heiße Zuluft über eine Zuluftleitung 4 zugeführt, wobei die heiße Zuluft in einer nachfolgend näher beschriebenen Heizeinrichtung 2 aufgeheizt wird. Die Zuluftleitung 4 saugt Frischluft über einen Frischluftanschluss 6 an. Der Zuluftleitung 4 ist zusätzlich eine Umluftleitung 7 zugeordnet, die den Trocknungsraum 1 mit der Zuluftleitung 4 unmittelbar nach der Ansaugung der Frischluft im Bereich des Frischluftanschlusses 6 verbindet. Aus dem Trocknungsraum 1 wird heiße lösemittelhaltige Abluft, die bei der Trocknung der Lackbeschichtung der Fahrzeugkarossen F entsteht, abgesaugt über eine Abluftleitung 5, die in einer Brennereinrichtung 8 stark aufgeheizt wird. Hierdurch verbrennen die Lösemittel in der Abluft, so dass Reingas entsteht. Das Reingas wird über die Reingasleitung 11 zur Heizeinrichtung 2 geleitet, in der das heiße Reingas seine Wärme abgibt im Bereich eines Wärmetauschers 3, der wiederum die Frischluft in der Zuluftleitung 4 aufheizt. Das abgekühlte Reingas wird anschließend über einen Abluftkamin 12 in die Umgebung ausgeleitet.

Die Brennereinheit 8 wird beim dargestellten Ausführungsbeispiel durch einen wasserstoffbasierten Energieträger betrieben, der über eine Zuführleitung 10 der Brennereinheit 8 in gasförmigem Zustand zugeführt wird. Die Zuführleitung 10 verbindet die Brennereinheit 8 mit einem Speicher 9, in dem der wasserstoffbasierte Energieträger gespeichert ist. Als wasserstoffbasierter Energieträger ist Wasserstoff H2 oder Ammoniak NH3 vorgesehen. Alternativ kann der wasserstoffbasierte Energieträger in dem Speicher 9 auch in flüssiger Form vorgehalten werden. Auch die Zuführleitung 10 ist dann so ausgelegt, dass der wasserstoffhaltige Energieträger, insbesondere H2 oder NH3, in flüssiger Form der

Brennereinheit 8 zugeleitet wird.

Die Verbrennung des wasserstoffhaltigen Energieträgers in der Brennereinheit 8 kann durch katalytische Prozesse vereinfacht oder verbessert werden.

Die Vorrichtung zur Trocknung von oberflächenbeschichteten Fahrzeugkarossen F gemäß Fig. 2 entspricht vom grundsätzlichen Aufbau her der zuvor anhand der Fig. 1 beschriebenen Trocknungsvorrichtung. Entsprechend bau- oder funktionsgleiche Komponenten der Trocknungsvorrichtung gemäß Fig. 2 weisen demzufolge gleiche Bezugszeichen, größtenteils unter Hinzufügung des Buchstabens a, auf. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird ergänzend auf die Ausführungen zur Fig. 1 verwiesen. Nachfolgend wird auf die Unterschiede der Trocknungsvorrichtung gemäß Fig. 2 eingegangen.

Wesentlicher Unterschied bei der Trocknungsvorrichtung gemäß Fig. 2 ist es, dass zum Betreiben der Heizeinrichtung 2a für die Aufheizung der Frischluft in der Zuluftleitung 4a nicht die aufgeheizte, gereinigte Abluft der Abluftleitung 5a dient, sondern vielmehr eine zusätzliche Brennereinheit 14, die mit dem Wärmetauscher 3a kooperiert. Auch diese zusätzliche Brennereinheit 14 ist zur Verbrennung eines wasserstoffbasierten Energieträgers vorgesehen analog der Brennereinheit 8, wie sie anhand der Fig. 1 beschrieben wurde. Ein Speicher 9a speichert den wasserstoffbasierten Energieträger, insbesondere in Form von H2 oder NH3, und versorgt zum einen die erste Brennereinheit 8a über die Zuführleitung 10a mit dem Energieträger analog der Trocknungsvorrichtung gemäß Fig. 1. Zum anderen ist von dem Speicher 9a eine weitere Brennerleitung 13a abgeleitet, die den wasserstoffbasierten Energieträger der Brennereinheit 14 zuführt.

Die Brennereinheit 8a dient in gleicher Weise zur Reinigung der Abluft aus der Abluftleitung 5a, wie dies bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 der Fall ist. Beiden Brennereinheiten 8a, 14 ist jeweils eine Sauerstoffansaugung 18 zugeordnet, um die Verbrennung des wasserstoffbasierten Energieträgers zu vereinfachen. Die über die Brennereinheit 8a gereinigte Abluft wird bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 in einfacher Weise über einen Abluftkamin 12a an die Umgebung abgeleitet. Das verbrannte Luft/Gasgemisch der Brennereinheit 14 wird über eine Abluftleitung 15 und einen weiteren Abluftkamin 16 in die Umgebung geleitet, nachdem das aufgeheizte Luft/Gasgemisch seine Wärme im Wärmetauscher 3a an die Frischluft für die Zuführleitung 4a abgegeben hat.

Eine Vorrichtung zur Trocknung von oberflächenbeschichteten Fahrzeugkarossen F gemäß Fig. 3 ist gegenüber der Trocknungsvorrichtung gemäß Fig. 1 geringfügig modifiziert. Funktionsgleiche Komponenten sind mit gleichem Bezugszeichen wie bei der Trocknungsvorrichtung gemäß Fig. 1 versehen unter Hinzufügung des Buchstabens b. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird ergänzend auf die Ausführungen zu der Trocknungsvorrichtung gemäß Fig. 1 verwiesen. Nachfolgend wird auf die Unterschiede der Trocknungsvorrichtung gemäß Fig. 3 eingegangen.

Wesentlicher Unterschied bei der Trocknungsvorrichtung gemäß Fig. 3 ist es, dass die gereinigte Abluft vor der Ausleitung an die Umgebung im Bereich des Abluftkamins 12b noch einen Wärmetauscher 17 durchläuft, der Restwärme der gereinigten Abluft 17 abgibt an den wasserstoffbasierten Energieträger in der Zuführleitung 10b, die den Speicher 9b des wasserstoffbasierten Energieträgers mit der Brennereinheit 8b verbindet. Dadurch ist es möglich, den wasserstoffbasierten Energieträger nach seinem Austreten aus dem Speicher 9b vorzuwärmen. Dies ist insbesondere vorteilhaft, falls als wasserstoffbasierter Energieträger H2 in flüssiger Form in dem Speicher 9b vorgehalten wird. Dabei wird der Wasserstoff H2 kryostatisch bei -253°C gelagert. Der Wärmetauscher 17 dient dazu, den Wasserstoff H2 aus dem flüssigen in den gasförmigen Zustand zu überführen, damit der Wasserstoff H2 in gasförmigem Zustand in der Brennereinheit 8b verbrannt werden kann. Analog der Trocknungsvorrichtung gemäß Fig. 1 wird dem wasserstoffbasierten Energieträger im Bereich der Brennereinheit 8b noch Sauerstoff zugeführt, um die Verbrennung zu verbessern. Wie anhand der Fig. 4 gezeigt, kann statt einer Brennereinheit 8, 8a, 8b auch eine Brennstoffzellenheizung 19 vorgesehen sein, die mit dem wasserstoffbasierten Energieträger aus dem Speicher 9c gespeist wird. Die Brennstoffzellenheizung 19 weist eine Brennstoffzelle auf, in der der Wasserstoff des wasserstoffbasierten Energieträgers durch chemische Reaktion in Wärmeenergie und elektrische Energie umgewandelt wird. Die Wärmeenergie wird über eine Wärmeleitung 20 zu dem Wärmetauscher 3 der Heizeinrichtung 2 geführt, die wiederum zum Aufheizen der Frischluft für die Zuführleitung 4 des Trocknungsraumes 1 dient. Die Wärme wird anschließend über einen Abluftkamin 21 abgeführt. Zusätzlich wird die elektrische Energie über Stromleitungen 22 geeigneten Verbrauchern 23 der Produktionsstraße 23 zugeführt oder über eine Einspeisung 24 in ein öffentliches Stromnetz eingespeist. Der wasserstoffbasierte Energieträger, der in dem zuvor beschriebenen Speicher 9, 9a, 9b gespeichert wird, kann gemäß Fig. 5 auch direkt vor Ort im Bereich der Produktionsstraße der Produktionsanlage erzeugt werden. Hierfür ist ein Elektrolyseur 27 vorgesehen, der Strom aus dem öffentlichen Stromnetz 25 oder überschüssigen Strom von Stromabnehmern der Produktionsstraße verwendet, um Wasserstoff H2 zu erzeugen. Der erzeugte Wasserstoff wird entweder unter Hinzufügung von Stickstoff in Ammoniak umgewandelt mittels einer geeigneten Einrichtung 27, oder der erzeugte Wasserstoff wird direkt einem Speicher 9d zugeführt. Auch der erzeugte Ammoniak wird alternativ zu dem direkt gespeicherten Wasserstoff in dem Speicher 9d gespeichert. Der Speicher 9d ist analog der zuvor beschriebenen Ausführungsformen über eine Zuführleitung gekoppelt mit einer Brennereinheit 8 oder einer Brennstoffzellenheizung 19, durch die der wasserstoffbasierte Energieträger weiter genutzt wird. Der Elektrolyseur 26 nutzt demzufolge sinnvoll überschüssigen Strom zur Erzeugung und Speicherung des wasserstoffbasierten Energieträgers in Form von H2 oder NH3.