JP2014502215A - 金型のための一体化した余熱および冷却システム - Google Patents

Abstract

本発明は、ダイカスト用金型、チル鋳造用金型などの温度調節のためのシステムに関する。本システムは、冷却流体を含むタンク（１１）；タンクから、冷却される金型へ、および熱交換器（ＳＣ）を通して金型からタンクへ、冷却流体を循環させるための一次流体回路（１２）；交互にでも、液状の冷却流体と混合した形態でも、冷却される金型内に気体状の流体を循環させるために一次流体回路（１２）に接続された二次空気圧回路（１３）；および一次流体回路（１２）と一体化され、かつ温度調節される金型を予熱するための熱い液状の流体の生成および循環を割り当てられた予熱流体回路（１１２）を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、高温で動作している工業プロセスプラント内の装置の、詳細には、ダイカスト用金型、チル鋳造用金型などの、温度調節のためのシステムに関する。

上記の金型はまた、高温で、たとえば約３５０℃以上で動作する場合がある。金型成形プロセスの現場で金型を正しく使用するためには、金型の温度が極端な、許容できない値になる傾向がある場合に、少なくとも金型を冷却することにより、金型を温度調節しなければならない。

通常、冷却は、タンクから得られる水または透熱性油（ｄｉａｔｈｅｒｍｉｃ ｏｉｌ）などの伝熱流体を用いて行われ、金型内で得られるダクト内で循環させられ、その後、今度はタンクに戻す前に冷却するために熱交換器内で循環させられる。

主要な技術によれば、冷却流体は、水の場合には、加圧タンク内に含まれ、たとえば３５０℃で約１６９バールの高圧閉回路内で循環させられ、高圧閉回路は、回路自体の密閉および安全性に関する、関連する構造上の問題を必然的に伴う。

同一出願人の、先行する伊国特許第１３６８４７５号明細書では、ダイカスト用金型、チル鋳造用金型などの温度調節のためのシステムであって、液状の冷却流体を、詳細には水を含む開放タンク、前記液状の流体を前記タンクから、温度を調節される金型へ、および熱交換器を通して金型からタンクへ循環させるための一次流体回路を備えるシステムについて記載され、特許請求されている。一次回路は、液状の流体と交互に、および液状の流体と混合した形態の両方で調整される金型内にガス状の流体を、典型的には空気を循環させることを意図した二次回路、ならびにシステム動作のため、および金型の温度調節のために、液状の流体だけを使って、ガス状の流体だけを使って、または液状の流体と混合したガス状の流体を使って、一次流体回路および二次空気圧回路を制御し、動作させるユニットと一体化される。

このシステムは、使用可能であり、信頼でき、有利には、比較的低い圧力レベルで液状の伝熱流体の循環を可能にするが、金型の冷却だけにしか適していない。

しかしながら、この実行には、金型形成プロセスの開始を、同じく、同一金型の実際の作業温度よりもいずれにしろ低い温度、たとえば１４０〜１６０℃での金型の予熱を、より適切に動作させ、加速させることが必要とされ、都合がよいことがある。

金型から戻り、かつ熱交換器を通過した後にシステムタンクで集められた液状の流体を使って予熱が行われてもよいが、タンク内の流体温度は、通常、９０〜１００℃の範囲内であり、本来、適切な金型加熱には十分ではない。一方、温度調節システムの同一タンク内で、または他の追加のタンク内で所望の温度まで加熱された液状の流体を使った金型の予熱は、加圧された状態ではない場合、望ましくない蒸気形成、熱損失およびエネルギー消費につながることがある。

伊国特許第１３６８４７５号明細書

本発明は、この必要も満たすために設計され、実際は、比較的低い圧力で液状の流体および／またはガス状の流体を使って金型を冷却するための状態に加えて、同じく、所望の温度まで金型自体を随時予熱するための状態を確立することが本発明の主要な目的である。

次いで、本発明の他の目的が、詳細には、比較的高温で動作するダイカスト用金型、チル鋳造用金型などで、冷却回路および加熱回路が結合され、一体化された、金型の温度調節のためのシステムを提供することである。

これらの目的は、本発明によれば、請求項１の導入部による、水および流体回路を予熱して、前記手段から得られる熱水を使って金型またはチルを予熱するための手段をさらに一体化することを特徴とする温度調節システムにより到達される。

金型のために一体化された予熱および冷却システムの、さらには別個にでも、一緒にでも、水および空気を使用する可能性、安全性、清浄度および経済面に関する前述の伊国特許第１３６８４７５号明細書に関連する金型に対する利点が、大気圧にある伝熱流体の開放貯蔵タンクを使用可能であること、および同一プラント内で同一の流体を２つのモード：予熱および冷却のために交互に移送し、使用することであることは明らかであるが、予熱を意図された流体が、貯蔵タンクの外の圧力下で、金型を予熱する際に必要な温度で蒸気が形成されるのを未然に防ぐように生成される可能性を有する。

本発明のさらなる詳細が、添付図面を参照して行われる以下の説明により明らかになるであろう。

システムの一般的な方式を示す。

したがって、図に表されるように、金型またはチル１０の温度調節のためのシステムが、実質的に、開放貯蔵タンク１１、一次流体回路１２、二次空気圧回路１３、および一次流体回路に接続された補助予熱回路１１２を備える。

貯蔵タンク１１は、多量の伝熱流体を有し、好ましくは、必要に応じて、フィルタＦＡおよび充填ソレノイド弁ＥＶ１を有する供給ライン１４を通して、水が貯蔵タンクの中に充填され、さらに、いっぱいに満たされる。タンク１１内の流体レベルが、レベルセンサＳＬおよび排水口装置１５により制御される。

一次流体回路１２が、タンクから金型１０への配送管路１２’、および金型からタンクへの戻り管路１２”を有するが、空気圧回路１３が、エジェクタＥＪＴを用いて一次回路の配送管路１２’に接続される。

配送管路１２’に沿って少なくとも１つの再循環ポンプＰ１、およびこの下流であるがエジェクタＥＪＴの上流に、調節可能な開口を有するソレノイド弁ＥＶ４、および前記エジェクタの下流に、同一管路１２’内で、最小圧力で動作する送り出し圧力スイッチＰｍ１、マノメータＭ１および安全弁ＶＳが挿入される。再循環ポンプＰ１およびソレノイド弁ＥＶ４の間の長さの中で、配送管路１２’が、開閉弁ＥＶＢＰを有するバイパス管路１６を通して貯蔵タンク１１に再接続される。

戻り管路１２”が、少なくとも１つの熱交換器ＳＣを通過し、最小の戻り圧力を生じさせる可能な圧力スイッチおよび調整絞り弁ＤＲＬを備えてもよい。今回は、熱交換器ＳＣは、吸込管路上のソレノイド弁ＥＶ５の制御下で吸入および放出管路１７を通して冷却流体を供給される。

空気圧回路１３には、気体状の流体、典型的には空気を循環させるために提供され、エジェクタＥＪＴを通して流体回路１２の配送管路１２’に接続され、少なくとも１つのマノメータＭ２、吸入ソレノイド弁ＥＶ２および逆止め弁ＶＲ１を備える。

金型の流体予熱回路１１２が、その内側が実質的に環状であり、これまで説明されたシステムと一体化される。本発明によれば、一次回路１２の戻り管路１２”上に三方ソレノイド弁ＥＶ５が挿入され、予熱回路１１２が、好ましくは一次流体回路１２の同一配送管路１２’と共通であり、一致する、金型に向かう配送管路１１２’、および一部、再循環ポンプＰ１の上流で、一次回路１２および予熱回路１１２と共通の配送管路１２’、１１２’と接合するまで、前記三方弁ＥＶ５の放出口から伸びる戻り管路１１２”を備える。

さらに、２つの一次回路１２および予熱回路１１２の共通管路１２’、１１２’上に、第２のタンク１１１が挿入され、第２のタンク１１１も水を含み、この中に含まれる液体を加熱し、この液体の温度を維持するための電気抵抗器Ｒを備える。

示される例では、このような第２のタンク１１１が、再循環ポンプＰ１の下流に、再循環ポンプＰ１およびエジェクタＥＪＴの間に位置決めされる。第２のタンク１１１は、その内部の水温を検出するためのサーマルプローブＳ３、および熱交換器ＳＣの上流にある三方ソレノイド弁ＥＶ５の下流で一次流体回路の戻り管路１２’に第２のタンク１１１を接続する通気ソレノイド弁ＥＶ６を有する通気管路１１１’をさらに備える。

予熱水を第２のタンク１１１から金型１０に向けて、および金型１０から同一の第２のタンクまで供給し、循環させるために、第２のポンプＰ２、すなわち加圧ポンプが提供されてもよく、第２のポンプＰ２は、示される例では、貯蔵タンク１１から金型１０までの配送管路１２’上に挿入される。あるいは、予熱回路１１２内での予熱流体の循環が、好都合に位置決めされ、作動された、冷却流体の同一の再循環ポンプＰ１により実現されてもよい。

プラントが温度プローブ：貯蔵タンク内の水のＳ１、金型１０の所にある温度プローブＳ２だけでなく、逆止め弁ＶＲ２、膨張容器１１４、圧力スイッチＰｍ２、および第２のポンプＰ２の管路上のマノメータＭ３をさらに備えてもよい。

本発明のシステムが、３つの異なるモードに従って動作してもよい：
１．高圧空気／水（約１４バールまで）を使って金型を交互に冷却する；
２．低圧（約１バール〜２バール）で水と混合した空気を使って金型を冷却する；
３．いくつかの制御計器、およびソレノイド弁を開閉するための計器から得られる読取値を管理するようにプログラムされた電子デバイス（ＰＬＣ）によりすべて制御された高温加圧水を使って金型を予熱する。

代わりに、一次回路上のバルブＶＢＰおよびＤＲＬの開閉が、手動で行われてもよい。

第１の動作モードでは、再循環ポンプ１２により、貯蔵タンクから取り出され、一次回路１２内で循環させられる水が、主要な冷却流体に相当する。システムには、異なる圧力および温度を有する領域があり、いずれにしろ冷却水をいつまでも蒸発させないことが可能である。一方、このとき、空気は、金型の冷却が不十分な場合に水温を調節するためにも、再循環ポンプＰ１または一次流体回路１２の他の構成要素のさまざまな警報および／または故障に応答したセキュリティ機能を備える、冷却する緊急流体としても、使用することができる。

冷却システムが始動したとき、再循環ポンプＰ１が停止し、空気圧回路１３の吸入ソレノイド弁ＥＶ２が、流体回路１２の中に空気を入れるためにあけられ、ソレノイド弁ＥＶ１が、レベルセンサＳＬの制御下で容器／タンク１１の中に水を満たすためにあけられる。所定の時間後、システム内の圧力および温度のパラメータが、所与のしきい値の範囲内に入った場合、ソレノイド弁ＥＶ２が閉じられ、ポンプＰ１が始動し、それにより、金型またはチル１０の水冷を作動する。

冷却中に、タンク１１内の水が、９０℃未満の温度を維持し、一次流体回路１２の配送管路１２’内の圧力が比較的高く、水が金型またはチル１０の中に入り、約１８０〜２００℃の温度に加熱されて出てきて、次いで、熱交換器を通過した後に、前記タンクに戻り、熱交換器では、水が冷却され、温度９０℃に戻される。

水が、絞り弁ＤＲＬまで加圧され、水の最小経路を保証するように、弁自体の上流の流体回路内で所望の圧力を維持するように、および水の出口の側から容器またはタンクに向けて水圧を低下させるように調節され、動作させられたままの状態である。

いずれにしろ、プログラムされた電子デバイス（ＰＬＣ）の制御下で、要件に従ってプログラム可能な、流体回路内の制御手段、警報または故障が要求するとき、二次空気圧回路１３が自動的に動作を開始する。

空冷中に、ポンプＰ１が停止し、弁ＥＶ２が開き、空気がエジェクタＥＪＴを通して配送管路１２’に到達し、冷却水と同一方向に回路を流れ抜けて、水自体と違ってパイプの外にどっと流れ、正しい水冷を可能にする条件が回復されるときまで金型を冷却することを決定する。

第２の動作モードでは、空気圧に応じて、時間の経過と共に、回路圧力がほぼ一定のままである。このとき、動作圧力は、前述のように、比較的低く、１バールから２バールである。

このとき、操作電子デバイスにより駆動されたソレノイド弁ＥＶ４を用いて、エジェクタＥＪＴを通して、所望される所定の量の水と混合した空気が、主要な冷却流体になる。

ローカルおよび／または遠隔の冷却開始信号の結果として、２つの可能性が存在する。

ａ．空気だけを使った金型冷却であり、このために、空気を入れるために、ソレノイド弁ＥＶ２があけられ、ポンプＰ１が始動し、バイパス管路１６上の弁ＶＢＰがあけられるが、水をタンクの中に戻すために、配送管路１２’上のソレノイド弁ＥＶ４が閉じられる；次いで、気流がエジェクタＥＪＴから入り、回路を流れ抜け、次いで、金型内を循環し、タンクの中に出る。

ｂ．水と混合した空気を使った金型冷却であり、このために、ポンプＰ１が、まだ始動していない場合、始動させられ、弁ＢＨＰがバイパス管路１６上であけられたときに、空気を入れるためにソレノイド弁ＥＶ２があけられる。同時に、電子制御手段（ＰＬＣ）がソレノイド弁ＥＶ４をあけるように動作して、エジェクタＥＪＴから入る空気と共に循環させられる、正しい量の水を量り分ける。

金型またはチル１０の予熱モードでは、貯蔵タンク１１１から得られてもよい水を予防的に充填された第２のタンク１１１に含まれる水が使用される。

このとき、再循環ポンプＰ１が依然として非作動状態であり、一次流体回路１２の配送管路１２’上のソレノイド弁ＥＶ４があけられ、金型またはチルから戻る管路１２”上の三方ソレノイド弁ＥＶ５が、このような弁が交換器と接続された側で閉じられ、かつ予熱回路１１２の戻り管路１１２”と接続された側であけられるように、切り換えられる。

これらの状態では、水が第２のタンク１１１内で電気抵抗器により加熱されてもよく、次いで、水をたとえば温度１４０〜１６０℃まで予熱するために、ポンプＰ２により金型またはチル１０に向けて水が供給される。金型から出る水が、予熱回路１１２の戻り管路１１２”を通り第２のタンク１１１に戻るために、三方ソレノイド弁ＥＶ５を通過する。

このとき、制御する電子デバイスが、独立してでも、外部インタフェースと対話しながらでも：
−システムのスイッチを入れるが、システムが空気も水も供給していないときに、金型の冷却については非作動状態にあるステップ；
−空気だけを使って金型を冷却するステップ；
−さまざまな必要な調節を行い、水と混合した空気を使って金型を冷却するステップ；
−加熱器を備える第２のタンクから得られる熱水を使って金型を予熱するステップ
を動作させるようにプログラムされる。

Claims (8)

1. ダイカスト用金型、チル鋳造用金型などの温度調節のためのシステムであって、
   −液状の冷却流体を、詳細には水を含む開放タンク（１１）、
   −前記タンクから、冷却される前記金型への、および熱交換器（ＳＣ）を通して前記金型から前記タンクへの、前記液状の冷却流体の循環のための一次流体回路（１２）、
   −前記一次流体回路（１２）に接続され、かつ液状の冷却流体と交互に、および液状の冷却流体と混合した形態の両方によって、気体状の流体を、冷却される前記金型内に循環させるために提供される二次空気圧回路（１３）、および
   −前記液状の冷却流体だけを使って、前記気体状の流体だけを使って、液状の流体と混合した前記気体状の流体だけを使って、前記金型の冷却を動作させるための、前記一次流体回路（１２）および前記二次空気圧回路（１３）の制御ユニットを備え、前記一次流体回路（１２）と一体化され、かつ温度調節される前記金型を予熱するための熱い液体状の流体の生成および循環を割り当てられた予熱流体回路（１１２）をさらに備えることにより特徴づけられるシステム。
2. −前記一次流体回路（１２）が、前記液状の流体の前記循環のための少なくとも１つの再循環ポンプ（Ｐ１）、前記流体タンク（１１）から前記金型までの配送管路（１２’）、および前記流体を冷却するために前記熱交換器を通る、前記金型から前記タンクまでの戻り管路（１２”）を備え、
   −前記二次空気圧回路（１３）が、前記循環ポンプおよび逆止め弁の下流に位置決めされたエジェクタ（ＥＪＴ）を用いて、前記一次流体回路（１２）の前記配送管路（１２’）に接続され、
   −前記予熱流体回路（１１２）が、
   ・前記熱交換器（ＳＣ）の上流の、前記一次流体回路（１２）の戻り管路（１２”）上の三方ソレノイド弁（ＥＶ５）、
   ・予熱する液状の流体を含み、第２のタンク（１１１）の中に含まれる前記予熱する液状の流体を加熱し、かつ温度を維持するための加熱器（Ｒ）を、詳細には電気抵抗器を備える前記第２のタンク（１１１）、
   ・前記第２のタンク（１１１）から前記金型までの、前記予熱流体の配送管路（１１２’）、
   ・前記三方弁（ＥＶ５）を通る、前記金型から前記第２のタンク（１１１）までの、前記予熱流体の戻り管路（１１２”）を備える、
   請求項１に記載のシステム。
3. 前記予熱流体を含む前記第２のタンク（１１１）から始まる、前記予熱流体回路（１１２）の前記配送管路（１１２’）が、前記一次流体回路（１２）の前記配送管路と少なくとも部分的に一致し、前記予熱流体回路（１１２）の前記戻り管路（１１２”）が、前記金型および前記三方ソレノイド弁（ＥＶ５）の間で少なくとも部分的に前記一次流体回路（１２）の前記戻り管路（１２”）と一致し、前記予熱流体回路（１１２）内での前記予熱流体の循環のためにポンプが提供される、請求項１または２に記載のシステム。
4. 前記予熱回路（１１２）内の前記流体の前記循環のための前記ポンプが、前記一次流体回路（１２）内の前記冷却流体の前記循環のための同一の前記再循環ポンプ（Ｐ１）である、請求項３に記載のシステム。
5. 前記予熱回路（１１２）内の前記流体の前記循環のための前記ポンプが、前記再循環ポンプ（Ｐ１）と交互に作動させることができる第２のポンプ（Ｐ２）で構成される、請求項３に記載のシステム。
6. 前記予熱流体のための前記第２のタンク（１１１）が、前記三方ソレノイド弁（ＥＶ５）の下流に、通気ソレノイド弁（ＥＶ６）を通して前記一次流体回路（１２）の前記戻り管路（１２”）に接続される通気管路（１１１’）、および前記同一タンク内の前記予熱流体の温度を制御するためのサーマルプローブ（Ｓ３）を備える、請求項１〜５のうちいずれか一項に記載のシステム。
7. 前記冷却流体のための前記タンク（１１）および前記金型が、サーマルプローブ（Ｓ１；Ｓ２）を備え、前記一次流体回路（１２）、前記二次空気圧回路（１３）および前記予熱回路（１１２）が、現在循環している流体を制御するためのソレノイド弁、圧力スイッチおよびマノメータを備える、請求項１〜６のうちいずれか一項に記載のシステム。
8. 前記熱交換器（ＳＣ）の下流の、前記一次流体回路（１２）の前記戻り管路（１２”）上に、最小の冷却流体経路を保証し、前記弁自体の上流の前記流体回路内で所望の圧力を維持し、前記流体回路の出口の側から前記タンクに向かって前記流体の前記圧力を低下させるための絞り弁が挿入される、請求項１〜７のうちいずれか一項に記載のシステム。

Images