JP2009126089A - プラスチック成形機の温調システム - Google Patents

Abstract

【課題】従来の冷却塔を必要とせず、省エネルギー化を図り得るプラスチック成形機用の温調システムを提供する。
【解決手段】熱媒体としての液体Ｍを所定温度に調整してプラスチック成形機に供給する温調システムであって、空冷式冷凍ユニットＨのコンプレッサ14の廃熱を利用する液体加熱手段Ｋを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラスチック成形機の温調システムに関する。

従来、プラスチック成形は、油圧駆動式が主流であり（例えば、特許文献１参照）、オイルポンプで昇圧された油圧を駆動源として、金型の開閉、樹脂の射出注入に必要な動作が行われ、このときオイルポンプ駆動により作動油が昇温される。そこで、昇温を防止するためにオイルクーラーが設けられている。一般的に、油圧駆動式のプラスチック成形機では、オイルクーラー、金型、ホッパー下の３箇所が冷却・温調が必要となる。
プラスチック成形工場では、屋内の成形機に対応して、屋外に冷却塔が設けられており、この冷却塔で冷却された冷却水が直接的に、あるいは冷凍機付冷水機（チラー）で冷却された冷却水が、オイルクーラー、金型、ホッパー下に送られ、温調が行われる。
最近、プラスチック成形機は、従来の油圧駆動式から電動モーター駆動式へと急速に変化している。プラスチック成形機を電動モータ駆動にすることにより、油圧駆動式で使用されていたオイルクーラーは不要となり、冷却熱量負荷が減少した。
また、最近のプラスチック成形品では、精密成形が増加している。精密成形品は、通常の成形品より高い温度（50〜80℃）で成形されるものが多く、金型温調機は低温から高温まで広範囲の温度域を制御する必要がある。
特開２００１−３００９８３号

最近のプラスチック成形は冷却熱量負荷が減少したにも関わらず、冷却設備は大きな熱量負荷に耐え得る従来のシステムを使用していたため無駄が生じている。
地域、既設、時間帯による外気温度の変化で、外気温が０℃以下になる場合は、不凍液を使用するか、配管システム内の冷却水をヒーターなどで温めながら循環使用して冷却水の凍結防止を図ってきた。しかしながら、ヒーターを使用することは電力コストを増やすと言う欠点となる。

また、従来から図６に示すようなプラスチック成形機用温調システムが用いられている。即ち、図６に示すように、屋外に冷却塔（クーリングタワー）24及び地下水槽27と循環ポンプ25を設け、屋内に設置したプラスチック成形機80とは、多数の長い配管29, 30, 56, 57にて、接続する必要があった。なお、52, 53は金型50の温調のための温調器であり、配管56, 57の途中に設けられる。また、48は射出成形機80の射出スクリュー部であり、ホッパー47から原料（チップ）が投入され、射出スクリュー部48にて、加熱され、溶融されて、ノズル48ａから金型50へ射出（注入）される。49はホッパー下冷却部を示し、配管29, 30の途中から分岐した別の配管29ａ，30ａにて接続される。
このように、初期段階で長い配管29, 30，29ａ，30ａ, 56, 57を要するという問題があった。しかも、屋外に設置したクーリングタワー24が、大気中の粉埃や砂、枯葉などの外部からの異物を巻き込み、藻類などの不純物の発生によって冷却水が汚染され、それらが濃縮・蓄積する事により、成形不良の原因の１つになるといった問題もあり、また、これらの異物により温調器52, 53が壊れる原因にもなっていた。

また最近では上記対策として、屋外からの水（クーリングタワーの水や井戸水）と工場内の設備との縁を切るために、工場入り口に「熱交換機」を採用している事例もあるが、この方法でも熱交換機の１次側（クーリングタワー側又は井戸水側）に外部からの異物による汚染や水中のスケール成分が付着するため、生産を中断して、熱交換機をクリーニングする必要があった。
そこで、本発明は上述の多くの問題を解決して、故障が少なく、保守・点検が楽であって、省エネルギー化に優れ、低温から高温までの広範囲の温度域を高精度に制御可能な温調システムを提供することを目的とする。

そこで、本発明は、熱媒体としての液体を所定温度に調整してプラスチック成形機に供給する温調システムに於て、上記液体と該液体を冷却するための冷媒との熱交換を行う冷媒・液体熱交換器と、（冷媒ガスの）高温側流路を介して上記冷媒・液体熱交換器からの冷媒が流入して該冷媒の熱を空気によって奪う冷媒・空気熱交換器と、該冷媒・空気熱交換器からの冷媒を上記冷媒・液体熱交換器へ流すための低温側流路と、上記高温側流路に設けられたコンプレッサとを、具備した空冷式冷凍ユニットを設け、さらに、熱媒体としての上記液体を所定温度に制御してプラスチック成形機へ供給する液体循環系路の途中にて、上記空冷式冷凍ユニットの上記高温側流路の冷媒の流れを切換手段にて切換えて、上記液体循環系路を流れる液体を、上記冷媒によって加熱する液体加熱手段を、備えている。
また、上記液体循環系路は熱媒体としての上記液体を加熱するヒータータンクを有し、かつ、上記液体加熱手段は、上記ヒータータンク内に設けた加熱器と、上記高温側流路から分岐して該加熱器に接続され上記切換手段にて切換えられると冷媒が流れる分岐流路とを、備えている。
また、上記液体循環系路には液体温度制御用電気ヒーターが設けられ、かつ、該電気ヒーターの作動よりも、上記液体加熱手段による加熱作動を、優先させる制御手段を備えている。
また、上記液体循環系路は、無機凝集剤注入手段，及び／又は、高分子凝集剤注入手段、及び、フィルタを具備している。

本発明は、次のような著大な効果を奏する。
即ち、屋外に（図６に示したような）大きな冷却塔24や地下水槽27が不要となり、特に、長い配管29, 30等も省略できて、設備の設置工事が容易・簡略化される。さらに、屋外から供給される（従来の）水による悪影響も解消できる。特に、省エネルギー化に優れたシステムである。

以下、図示の実施の形態に基づき、本発明を詳説する。
図１と図２に示す第１の実施の形態に於て、符号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは相互に配管にて接続されるべき対応関係を示し、図１と図２とは連続した配管接続図である。

80はプラスチック成形機であって、好ましくは電動サーボモータ駆動式であって、先端にノズル48ａを有する射出スクリュー部（シリンダ部）48を有し、ホッパー47からプラスチック原料（チップ）が投入されて、射出スクリュー部（シリンダ部）48の基端へ導入される。この導入部位（ホッパー47の下方位置）にはホッパー下冷却部49が設けられる。また、50ａは第１金型、50ｂは第２金型であって、例えば、一方はキャビティ金型とし、他方をコア金型として、合わせて、ノズル48ａから射出されたノズルを受けるキャビティ部を形成する。このように、金型50は、合体分離自在な第１金型50ａと第２金型50ｂとから成る。そして、第１金型50ａ・第２金型50ｂには、（金型冷却のための）金型冷却部81, 81が各々設けられている。

本発明は、熱媒体としての冷却水や防錆剤入りの水等の液体Ｍを所定温度に調整して、プラスチック成形機80（のホッパー下冷却部49及び金型冷却部81, 81）に供給する温調システムに関する発明であって、図１に一点鎖線にて囲って示す温調基本部Ｚは工場等の屋内に設置される。この温調基本部Ｚは、熱媒体としての液体Ｍ（以下単に液体Ｍという場合もある）を貯留するタンク２を有し、このタンク２には凍結防止検出部10と液面制御部11が設けられる。

18は、冷媒・液体熱交換器であて、上記液体Ｍと、この液体Ｍを冷却するための冷媒との間で熱交換を行う熱交換器である。図１中に２点鎖線にて囲んだ範囲は、空冷式冷凍ユニットＨである。
この空冷式冷凍ユニットＨは、上記冷媒・液体熱交換器18と、高温側流路（配管）82と、この高温側流路82を介して冷媒・液体熱交換器18からの冷媒が（矢印ａのように）流入して冷媒の熱を空気流れｂによって奪う冷媒・空気熱交換器（凝縮機）15と、該冷媒・空気熱交換器（凝縮機）15からの冷媒を、矢印Ｃのように冷媒・流体熱交換器18へ流すための低温側流路（配管）19と、その流路（配管）19の途中に設けられたキャピラリーチューブ（又は膨張弁）17と、上記高温側流路82の途中に設けられたコンプレッサ14とを、具備している。

なお、高温側流路82には、上記コンプレッサ14の他に、冷媒ルート切換用電磁弁55が設けられ、この流路82が後述のように、連通・遮断自在である。また、バイパス流路（配管）20が、熱交換器18と並列に設けられ、このバイパス流路20には、電磁弁21が介設され、コンプレッサ14の吸込温度が高過ぎる場合にはバイパス流路20へ冷媒を流して、冷やす作用をも行う。
そして、熱媒体としての液体Ｍを所定温度に制御して、プラスチック成形機80へ供給する液体循環系路Ｙの途中にて、前述の空冷式冷凍ユニットＨの高温側流路82の冷媒の流れを切換手段Ｇにて切換えて、液体循環系路Ｙを流れる液体Ｍを、冷媒によって加熱する液体加熱手段Ｋを、設ける。

この液体循環系路Ｙは、熱媒体としての液体Ｍを貯留するタンク２、及び、液体Ｍを加熱するヒータータンク39を、有している（含んでいる）。そして、液体加熱手段Ｋは、具体的には、上記ヒータータンク39内に設けた加熱器（ヒートポンプ）83と、高温側流路82から分岐して加熱器83に接続され、上記切換手段Ｇにて切換えられると、冷媒が流れる分岐流路84とを、備える。
さらに詳しく説明すると、コンプレッサ14と冷媒・空気熱交換器（凝縮機）15との間に於て、高圧側流路82に冷媒ルート切換用電磁弁55が介装され、この電磁弁55とコンプレッサ14との間の分岐点84ａから分岐して、加熱器83へ連通連結状に分岐流路84の往路が設けられ、かつ、その往路の途中に（冷媒ルート切換用の別の）電磁弁54が介設され、さらに、冷媒ルート切換用電磁弁55と熱交換器（凝縮機）15との間の分岐点84ｂと、加熱器83の出口側とを、分岐流路84の帰路にて、連通連結される。言い換えると、液体加熱手段Ｋは、ヒータータンク39内の加熱器83と、電磁弁55, 54を有する切換手段Ｇによって切換えられると、冷媒が、分岐点84ａから分岐点84ｂへ択一的に選択されて流れる（往路と帰路を有する）分岐流路84とを、具備している。

43′はヒータータンク39の吐出部の液体Ｍの温度を検出する温度センサーであり、ヒータータンク39内へ直接挿入することも自由であり（図示省略）、あるいは、後述の温度センサー43と共用することも自由である（図３参照）。９は冷媒回路温度制御部であって、電磁弁55, 54を開閉制御する。即ち、温度センサー43′によって、ヒータータンク39内の液体Ｍの温度が所定値以下となると、電磁弁54を開くと同時に、電磁弁55を閉じて、コンプレッサ14の吐出側からの冷媒を、分岐流路84（加熱器83）へ流し、空冷式冷凍ユニットＨを、ヒートポンプとして使用する。つまり、空冷式冷凍ユニットＨの廃熱を、液体循環系路Ｙの液体を加熱する加熱熱源に、利用したシステムであり、省エネルギー化を図ることができる。

次に、熱媒体としての液体Ｍを所定温度に制御して、プラスチック成形機80へ供給する液体循環系路Ｙについて説明する。この液体循環系路Ｙは、第１ポンプ５と第２ポンプ35とを有し、タンク２と第１ポンプ５の吸込孔とは、吸込配管（流路）85を介して接続され、第１ポンプ５の吐出孔に接続された配管３は、ホッパー下冷却部49へ接続され、また、戻り配管４は、ホッパー下冷却部49とタンク２と接続され、上記第１ポンプ５によって、タンク２内の熱媒体としての液体を、ホッパー下冷却部49へ送ると同時に、そこからタンク２へ還流させる。さらに、分岐点86にて、送り配管３と分岐して、配管87を設け、この配管87は途中に第１温度制御用電磁弁41を介して第２ポンプ35の吸込孔へ接続される。第２ポンプ35の吐出孔は、配管88をもって（第１）ヒータータンク39へ接続される。このヒータータンク39内には、液体温度制御用（第１）電気ヒーター37が挿入されている。さらに、加熱器（ヒートポンプ）83が挿入されている。31は第１温調液送り配管であり、第１ヒータータンク39と金型50とを接続して、第１電気ヒーター37、又は、加熱器83にて温調した液体Ｍを、金型50へ送る。32は、金型50内を流れて温度が変化した液体Ｍを、ヒータータンク39へ還流させる（第１）温調液戻り配管である。
なお、一部はバイパス配管89にて、タンク２と接続する。

また、温調液戻り配管32の途中には、不純物凝集除去手段Ｓが介設される。即ち、図５に例示の如く、不純物凝集除去手段Ｓは、無機凝集剤注入手段Ｔ₁ 、及び、高分子凝集剤注入手段Ｔ₂ と、フィルター68を、具備している。
無機凝集剤注入手段Ｔ₁ は、無機凝集剤を貯留したタンク60と注入ポンプ62と注入バルブ64と配管90から成り、戻り配管32の途中に連通接続される。なお、その合流点91の直下（下流）には、無機凝集剤ミキサー66を設ける。
また、高分子凝集剤注入手段Ｔ₂ は、高分子凝集剤を貯留したタンク61と注入ポンプ63と注入バルブ65と配管92から成り、戻り配管32の途中に連通接続される。なお、その合流点93の直下（下流）には、別のミキサー67を設ける。

このように、流体循環系路Ｙは、例えば、戻り配管32に、無機凝集剤注入手段Ｔ₁ 、及び、高分子凝集剤注入手段Ｔ₂ 、及び、フィルター68を、備える。なお、両注入手段Ｔ₁ ，Ｔ₂ の内のいずれか一方のみを備えるように構成することも可能である。金型50、配管類等から発生する錆や水垢を回収して、清浄な熱媒体としての液体Ｍを、循環させることができる。特に、注入手段Ｔ₁ ，Ｔ₂ によって、無機凝集剤・高分子凝集剤が液体Ｍ中に混合され、液体Ｍ中のコロイド粒子（微小サイズの錆成分等の不純物が浮遊している状況）のサイズを大きくして、砂濾過やフィルター68にて、除去する。

ところで、仮に、上記凝集剤を注入・混合せず、フィルターのみで液体Ｍ中のコロイド粒子を除去しようとしても、粒子のサイズが小さ過ぎてフィルターを通過してしまう。仮にコロイド粒子よりも細かいフィルターを使用した場合、短時間でフィルターが目詰まりを起こすという問題がある。
なお、43，43′は各々温度センサーであり、電気ヒータ37のあるヒータータンク39の直下（下流）に設けられ、その温度センサー43，43′の出力信号は、各々、温調（第１）温度制御部45，冷媒回路温度制御部９へ送られ、この制御部45，９にて、各々、電気ヒーター37のＯＮ−ＯＦＦ制御、ユニットＨの高温側流路82の冷媒の流れの切換えを、を行っている。

上述のように、図１では、液体循環系路Ｙは、タンク２、ポンプ５、送り配管３、戻り配管４、ポンプ35、ヒータータンク39（液体温度制御用電気ヒーター37）、送り配管31、戻り配管32、不純物凝集除去手段Ｓ等を、具備している。そして、液体温度制御用電気ヒーター37の作動（ＯＮへの切換）よりも、（前述した）液体加熱手段Ｋによる加熱作動を、優先させる制御手段を、設ける。
即ち、温度制御部９と温調温度制御部45とを、電気的に接続し、乃至、同一の電気電子制御回路にて構成して、温度センサー８，43の検出信号が送られた場合に、電気ヒータ37よりも優先的に、液体加熱手段Ｋによる加熱作動を、先に行うように制御する。

ところで、図１では、熱交換入口配管22をもって、ポンプ５の吐出側分岐点94と、熱交換器18と接続すると共に、熱交換出口配管23をもって、熱交換器18とタンク２とを、接続して、熱媒体としての液体Ｍを空冷式冷凍ユニットＨにて冷却可能に構成している。なお、独立した別のポンプを介して、タンク２と熱交換器18とを接続するも自由である（図示省略）。また、図２では、第１・第２金型50ａ，50ｂは、共通した配管31にて、同一温度の熱媒体としての液体Ｍが供給されるように、金型間配管系 100をもって、第１・第２金型50ａ，50ｂが連通接続されている。
なお、図１に於て、12は排水用配管である。

次に、図３と図４は第２の実施の形態を示す。同一符号は、図１と図２で述べた第１の実施の形態と同様の構成であるので、主として相違する構成と作動について、以下、説明する。
まず、金型間配管系 100Ａが相違しており、第１金型50ａ，第２金型50ｂとは、独立的に温調制御できる。つまり、図３と図４の符号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆは相互に接続され、連続しているが、配管31, 32は、第１金型50ａの冷却部81のみに液体Ｍが流れるように、接続され、他方、第２温調液送り配管33と第２温調液戻り配管34を追加することで、第２金型50ｂにのみ液体Ｍが流れるように接続され、各々、独立して、適切な温度に調整可能である。なお、小文字の符号ｍ，ｎ及びｆ，ｇは、各々相互に接続されていることを示す。

さらに、図３と図４では、２つの液体温度制御用電気ヒータ37, 38、及び、２つの第１・第２ヒータータンク39, 40が設けられ、かつ、２つの電磁弁41, 42と２つのポンプ35, 36が、独立配管系をもって、配設される。２つのヒータータンク39, 40には、各々、（分岐流路84に接続された）加熱器83が挿入（内装）される。さらに、２つの温調温度制御部45, 46が、各々、第１・第２ヒーター37, 38に対応して配設される。また、不純物凝集除去手段Ｓ，Ｓは、配管32，34の各々に設けた場合を示している。その他、温度センサー43, 44も２個として送り配管31, 33に設けられる。しかも、この温度センサー43, 44は、図３中に符号ｍ，ｎにて相互に接続（配線）することで、切換手段Ｇの温度制御部９へも送信するように構成した。なお、図１の符号43′のように、別の（図示省略の）温度センサーを設けても自由であり、さらに、ヒータータンク39, 40の内部に温度センサーを設けて、温度制御部９へ送信しても良い。

上述したように、図１〜図５に於て、空冷式冷凍ユニットＨ（のコンプレッサー14）の廃熱をヒータータンク39，40等の液体循環系路Ｙ（の一部位）へ汲み上げる機能を備え、液体温度制御用電気ヒーター37, 38が作動するよりも先に、上記空冷式冷凍ユニットＨ（のコンプレッサー14）の廃熱を活用して、従来よりも少ない電気エネルギーで設定温度まで熱媒体としての液体Ｍの温度を上昇させることができる。このように省エネルギー化を達成できる。

本発明は以上説明したように、熱媒体としての液体Ｍを所定温度に調整してプラスチック成形機80に供給する温調システムに於て、上記液体Ｍと該液体Ｍを冷却するための冷媒との熱交換を行う冷媒・液体熱交換器18と、高温側流路82を介して上記冷媒・液体熱交換器18からの冷媒が流入して該冷媒の熱を空気によって奪う冷媒・空気熱交換器15と、該冷媒・空気熱交換器15からの冷媒を上記冷媒・液体熱交換器18へ流すための低温側流路19と、上記高温側流路82に設けられたコンプレッサ14とを、具備した空冷式冷凍ユニットＨを設け、さらに、熱媒体としての上記液体Ｍを所定温度に制御してプラスチック成形機80へ供給する液体循環系路Ｙの途中にて、上記空冷式冷凍ユニットＨの上記高温側流路82の冷媒の流れを切換手段Ｇにて切換えて、上記液体循環系路Ｙを流れる液体Ｍを、上記冷媒によって加熱する液体加熱手段Ｋを、備えた構成であるので、工場内（屋内）に全ての装置を設置可能となり、屋外の従来の冷却塔や地下水槽が不要となり、配管も著しく短縮され簡略化できる。特に、廃熱を活用して、省エネルギー化に優れたシステムであるといえる。

また、上記液体循環系路Ｙは熱媒体としての上記液体Ｍを加熱するヒータータンク39, 40を有し、かつ、上記液体加熱手段Ｋは、上記ヒータータンク39, 40内に設けた加熱器83と、上記高温側流路82から分岐して該加熱器83に接続され上記切換手段Ｇにて切換えられると冷媒が流れる分岐流路84とを、備えているので、配管作業が容易で、配管も簡略化できる。
また、上記液体循環系路Ｙには液体温度制御用電気ヒーター37，38が設けられ、かつ、該電気ヒーター37，38の作動よりも、上記液体加熱手段Ｋによる加熱作動を、優先させる制御手段を備えているので、電気ヒータ37による多くの電気使用量を合理的に節減可能である。

また、上記液体循環系路Ｙは、無機凝集剤注入手段Ｔ₁ 、及び／又は、高分子凝集剤注入手段Ｔ₂ 、及び、フィルタ68を具備しているので、熱媒体としての液体Ｍを長期間にわたって清浄に保って、全体の熱効率を向上して、省エネルギー化を一層図り得る。

本発明の第１の実施の形態を示すシステム概略構成図である。 本発明の第１の実施の形態を示すシステム概略構成図である。 本発明の第２の実施の形態を示すシステム概略構成図である。 本発明の第２の実施の形態を示すシステム概略構成図である。 要部の詳細説明図である。 従来例を示す説明図である。

符号の説明

２ タンク
14 コンプレッサ
15 冷媒・空気熱交換器（凝縮機）
18 冷媒・液体熱交換器
19 低温側流路（配管）
37, 38 液体温度制御用電気ヒーター
39, 40 ヒータータンク
68 フィルター
80 プラスチック成形機
82 高温側流路（配管）
83 加熱器
84 分岐流路
Ｇ 切換手段
Ｈ 空冷式冷凍ユニット
Ｋ 液体加熱手段
Ｍ 熱媒体としての液体
Ｔ₁ ，Ｔ₂ 注入手段
Ｙ 液体循環系路

Claims (4)

1. 熱媒体としての液体（Ｍ）を所定温度に調整してプラスチック成形機（80）に供給する温調システムに於て、上記液体（Ｍ）と該液体（Ｍ）を冷却するための冷媒との熱交換を行う冷媒・液体熱交換器（18）と、高温側流路（82）を介して上記冷媒・液体熱交換器（18）からの冷媒が流入して該冷媒の熱を空気によって奪う冷媒・空気熱交換器（15）と、該冷媒・空気熱交換器（15）からの冷媒を上記冷媒・液体熱交換器（18）へ流すための低温側流路（19）と、上記高温側流路（82）に設けられたコンプレッサ（14）とを、具備した空冷式冷凍ユニット（Ｈ）を設け、さらに、熱媒体としての上記液体（Ｍ）を所定温度に制御してプラスチック成形機（80）へ供給する液体循環系路（Ｙ）の途中にて、上記空冷式冷凍ユニット（Ｈ）の上記高温側流路（82）の冷媒の流れを切換手段（Ｇ）にて切換えて、上記液体循環系路（Ｙ）を流れる液体（Ｍ）を、上記冷媒によって加熱する液体加熱手段（Ｋ）を、備えたことを特徴とするプラスチック成形機の温調システム。
2. 上記液体循環系路（Ｙ）は熱媒体としての上記液体（Ｍ）を加熱するヒータータンク（39）（40）を有し、かつ、上記液体加熱手段（Ｋ）は、上記ヒータータンク（39）（40）内に設けた加熱器（83）と、上記高温側流路（82）から分岐して該加熱器（83）に接続され上記切換手段（Ｇ）にて切換えられると冷媒が流れる分岐流路（84）とを、備えている請求項１記載のプラスチック成形機の温調システム。
3. 上記液体循環系路（Ｙ）には液体温度制御用電気ヒーター（37）（38）が設けられ、かつ、該電気ヒーター（37）（38）の作動よりも、上記液体加熱手段（Ｋ）による加熱作動を、優先させる制御手段を備えた請求項１又は２記載のプラスチック成形機の温調システム。
4. 上記液体循環系路（Ｙ）は、無機凝集剤注入手段（Ｔ₁ ），及び／又は、高分子凝集剤注入手段（Ｔ₂ ）、及び、フィルタ（68）を具備している請求項１，２又は３記載のプラスチック成形機の温調システム。

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