KR101180878B1 - Mold Heating and Cooling System Using Vapor Compression Cycle - Google Patents
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Abstract
본 발명은 증기 압축 사이클을 이용한 금형 급속 가열 및 냉각 시스템에 관한 것으로서, 종래의 금형 급속가열 장치가 가지고 있는 성형성 향상이라는 장점을 그대로 유지하면서, 증기 압축 사이클이 가지고 있는 높은 성능계수를 통한 에너지 절약 및 저온부를 활용한 냉각 속도 증가를 통한 생산성 향상을 가능하도록 하는 금형 가열 및 냉각 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a rapid mold heating and cooling system using a steam compression cycle, while maintaining the advantages of improved moldability of the conventional mold rapid heating apparatus, while saving energy through the high coefficient of performance of the steam compression cycle And it relates to a mold heating and cooling system to enable improved productivity by increasing the cooling rate utilizing the low temperature portion.
Description
본 발명은 증기 압축 사이클을 이용한 금형 급속 가열 및 냉각 시스템에 관한 것으로서, 종래의 금형 급속가열 장치가 가지고 있는 성형성 향상이라는 장점을 그대로 유지하면서, 증기 압축 사이클이 가지고 있는 높은 성능계수를 통한 에너지 절약 및 저온부를 활용한 냉각 속도 증가를 통한 생산성 향상을 가능하도록 하는 금형 가열 및 냉각 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a rapid mold heating and cooling system using a steam compression cycle, while maintaining the advantages of improved moldability of the conventional mold rapid heating apparatus, while saving energy through the high coefficient of performance of the steam compression cycle And it relates to a mold heating and cooling system to enable improved productivity by increasing the cooling rate utilizing the low temperature portion.
사출성형용 금형의 가열냉각 시스템은, 사출성형에서, 2종류의 상이한 온도의 매체를 동일한 금형에 성형 프로세스에 따라 바꾸어서 흘려 보내는 방법을 채용하고 있다. The heating and cooling system of the injection molding die employs a method of changing two kinds of medium having different temperatures into the same mold and flowing the same to the same molding process.
구체적으로는, 소재를 금형 내에 반입하고, 금형을 가열(승온)하여 금형을 균등하게 가열하고, 형체 기구에 의해 금형을 체결하여 이 금형의 성형면을 소재에 전사하고, 그 후에 금형을 냉각하고, 금형을 상승하여 성형가공된 소재를 반출하도록 하고 있다. Specifically, the material is brought into the mold, the mold is heated (heated), the mold is heated evenly, the mold is fastened by a mold clamping mechanism, the molding surface of the mold is transferred to the material, and then the mold is cooled. As a result, the mold is raised to take out the molded material.
그런데, 종래의 사출성형용 금형의 가열냉각 시스템에서는, 가열용 매체에 오일, 냉각용 매체에 오일을 사용하거나, 또는 가열용 매체에 온수, 냉각용 매체로 물을 사용하는 등, 2종의 매체로 금형의 가열냉각을 행하고 있다. By the way, in the conventional heating and cooling system of an injection molding die, two types of media, such as using oil as a heating medium, oil as a cooling medium, or using hot water as a heating medium and water as a cooling medium, are used. The furnace is cooled by heating.
그러나, 사출성형용 금형에서는, 그 온도상승에 열에너지를 많이 필요로 하여, 성형 사이클을 빨리 하기 위해서는, 설비비용, 런닝 비용이 많이 들어가는 동시에, 설비의 규모도 커져, 실용적이지 못하다는 문제를 포함하고 있다. However, in the injection molding die, a large amount of thermal energy is required for the temperature rise, and in order to speed up the molding cycle, a large amount of equipment cost and running cost are required, and the size of the facility is also large, and it is not practical. have.
또, 복수의 금형을 사용하는 경우, 이것들에 온도차를 내기 위해서는, 개개의 금형에 공급하는 가열용 매체 각각에 대해 독립된 온도조절장치가 필요하게 된다는 문제를 포함하고 있다. Moreover, when using a some metal mold | die, in order to make a temperature difference to these, it includes the problem that an independent temperature control apparatus is needed for each heating medium supplied to each metal mold | die.
일본 특허공개공보 제08-039642호에는, 사출성형기와 온도상승 장치와 복수의 금형을 사용하여 구성되고, 복수의 금형을 온도상승 장치로 승온한 후, 복수의 금형을 순차적으로 사출성형기로 이송하고, 각 금형을 개별적으로 온도제어 하면서 사출성형을 행하도록 한 복수의 금형을 사용하는 성형방법이 제안되어 있다. In Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-039642, an injection molding machine, a temperature riser, and a plurality of molds are used, and after heating up a plurality of molds with a temperature riser, a plurality of molds are sequentially transferred to the injection molding machine. There has been proposed a molding method using a plurality of molds in which injection molding is carried out while controlling the temperature of each mold individually.
그러나 이 성형방법의 경우, 복수의 금형의 사출성형기에의 순차 이송, 각 금형의 개별의 온도제어 등, 복잡한 구성, 복잡한 제어가 필요하게 된다는 문제를 포함하고 있다. However, this molding method includes a problem that complicated configuration and complicated control, such as sequential transfer of a plurality of molds to an injection molding machine, individual temperature control of each mold, are required.
일본 특허공개공보 2003-311798호에는, 고정금형, 가동금형을 가지고 있는 사출성형기에 대해, 이 사출성형기의 복수의 주요부에, 복수의 온도조절장치로부터 매체를 온도제어 하면서 압송하도록 구성한 디스크 성형금형의 온도제어 기구가 제안되어 있다. Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2003-311798 discloses an injection molding machine having a fixed mold and a movable mold, wherein a plurality of main parts of the injection molding machine are configured to press and feed the medium from a plurality of temperature control devices while controlling the temperature. A temperature control mechanism has been proposed.
그러나 온도제어 기구의 경우도, 성형기의 복수의 주요부에, 복수의 온도조절장치로부터 매체를 온도제어 하면서 압송하는 구성이기 때문에, 역시 복잡한 구성, 복잡한 제어가 필요하게 된다는 문제를 포함하고 있다. However, also in the case of the temperature control mechanism, since it is the structure which carries out the pressure control of the medium from a some temperature control apparatus to the some main part of a molding machine, it also contains the problem that complicated structure and complicated control are needed.
따라서, 통상 열가소성 수지를 사출성형이나 압축성형에 의해 성형할 경우, 금형온도변화에 의해서 성형사이클이 길어지는 것을 피하기 위하여, 용융물을 금형에 간신히 충전하는 것이 가능하고, 금형으로부터 꺼낸 제품의 변형을 간신히 방지하는 것이 가능한 한계온도영역에서 성형을 행하고 있다. Therefore, in the case of molding a thermoplastic resin by injection molding or compression molding, it is possible to barely fill the mold with a melt in order to avoid lengthening the molding cycle due to the change in the mold temperature, and barely deform the product taken out of the mold. Molding is performed in the limit temperature range where it can be prevented.
또, 열가소성 수지를 사출성형할 경우, 용융물을 금형에 충전할 때 금형온도를 고온으로 유지해 놓으면, 수지의 유동성이 향상되므로, 얇은 벽두께의 제품의 성형에 유리할 뿐만 아니라, 전사성이 양호, 즉 캐비티표면의 형상이 제품의 표면에 양호하게 전사되고, 또, 접합선도 현저하지 않으므로, 용융물을 금형에 충전하는 사이에 캐비티표면에만 열이 가해지는 내용에 대한 발명이 다수 제안되어 있다. In the case of injection molding a thermoplastic resin, if the mold temperature is maintained at a high temperature when the melt is filled into the mold, the fluidity of the resin is improved, which is not only advantageous for forming a thin wall product but also has good transferability, namely, Since the shape of the cavity surface is transferred to the surface of the product satisfactorily, and the joining line is also not remarkable, many inventions have been proposed for the contents in which heat is applied only to the cavity surface while the melt is filled into the mold.
열을 가열하는 방법과 관련하여, 열풍에 의한 가열방법은, 가열능력이 적다고 하는 문제점이 있고, 전기히터에 의한 가열방법은, 금형의 형판이 전체적으로 가열되어 가열 및 냉각에 소요되는 시간이 길다는 문제점이 있다. 또, 고주파유도에 의한 가열방법은, 가열장치의 출입에 시간이 많이 소요되어 급속가열의 효과가 반감되는 문제점이 있으며, 캐비티 내에 증기를 공급하는 방법은, 지속적으로 증기를 발생시키기 위해 에너지가 많이 소요되는 문제가 있고, 캐비티와 코어사이에 열판을 삽입하는 가열방법은, 금형구조가 복잡해져 금형제작 비용이 증가되는 문제점이 있다. In connection with the method of heating the heat, the heating method by the hot air has a problem that the heating capacity is low, and the heating method by the electric heater has a long time for heating and cooling because the mold of the mold is heated as a whole. Has a problem. In addition, the high frequency induction heating method takes a long time to enter and exit the heating apparatus, and the effect of rapid heating is halved. In the method of supplying steam into the cavity, a large amount of energy is required to continuously generate steam. There is a problem, and the heating method for inserting the hot plate between the cavity and the core has a problem that the mold structure is complicated and the mold manufacturing cost is increased.
또한, 공통유로를 사용해서 가열과 냉각을 하는 방법은, 유로가 캐비티표면으로부터 떨어져 있으면 캐비티표면부분뿐만 아니라 금형의 심부까지도 가열 및 냉각되므로, 불필요한 가열과 냉각을 행함으로써, 가열과 냉각의 전환에 많은 시간이 걸리는 동시에, 가열과 냉각의 응답성이 저하되는 문제점이 있다. In the method of heating and cooling using a common flow path, when the flow path is separated from the cavity surface, not only the cavity surface portion but also the core portion of the mold is heated and cooled. Therefore, unnecessary heating and cooling is performed to switch between heating and cooling. At the same time, there is a problem in that the responsiveness of heating and cooling is deteriorated.
따라서 본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 증기 압축 싸이클이 가지고 있는 높은 성능계수의 특성을 이용하여 운전비용을 낮추고, 싸이클이 가지는 고온부와 저온부를 이용하여 기존의 스팀방식을 사용하는 금형을 그대로 사용하여, 급속가열과 냉각이 가능한 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. Therefore, in order to solve the conventional problem, the operation cost is reduced by using the high performance coefficient characteristic of the steam compression cycle, and the mold using the existing steam method is used as it is by using the high and low temperature portions of the cycle. The present invention aims to provide a system capable of rapid heating and cooling.
본 발명에서는 상기의 문제점을 해결하기 위해 다음과 같은 과제 해결 수단을 제공한다. The present invention provides the following problem solving means to solve the above problems.
열전달을 수행하는 냉매를 포함하고, 증기 압축 사이클(cycle)을 이용한 금형 가열 및 냉각 시스템은, 기체 상태의 냉매를 압축하는 압축기(17)와, 상기 압축기(17)를 통과한 냉매의 열을 상기 압축기(17)로 유입되는 냉매로 전달하는 제1 내부 열교환기(10)와, 상기 제1 내부 열교환기(10)의 하류에 제공되고, 냉매의 흐름 방향을 조절할 수 있는 제1 가변밸브(31)와, 상기 제1 가변밸브(31)의 하류에 제공되고, 냉매가 지나갈 수 있는 유로가 제공되는 금형(12, 13)과, 상기 제1 가변밸브(31)의 하류에 제공되고, 냉매로부터 상기 시스템의 외부로 열전달을 가능하게 하는 제1 외부 열교환기(11)와, 상기 금형(12, 13)과 상기 제1 외부 열교환기(11)의 하류가 만나는 곳에 제공되고, 냉매의 흐름 방향을 조절할 수 있는 제2 가변밸브(33)와, 상기 제2 가변밸브(33)의 하류에 제공되고, 냉매를 팽창시키는 팽창기(16)와, 상기 제2 가변밸브(33)와 상기 팽창기(16) 사이에 제공되고, 상기 팽창기(16)로 유입되는 냉매의 열을 상기 팽창기(16)을 통과한 냉매로 전달하는 제2 내부 열교환기(15)와, 상기 제2 내부 열교환기(15)의 하류와 상기 금형(12, 13)이 만나는 곳에 제공되고, 냉매의 흐름 방향을 조절할 수 있는 제3 가변밸브(34)와, 상기 제3 가변밸브(34)의 하류에 제공되고, 냉매와 상기 시스템의 외부로부터 냉매로 열전달을 가능하게 하는 제2 외부 열교환기(14)와, 제2 외부 열교환기(14)의 하류와, 상기 금형(12, 13)과 상기 제1 내부 열교환기(10)가 만나는 곳에 제공되는 제4 가변밸브(32)를 포함한다. A mold heating and cooling system including a refrigerant for performing heat transfer, and using a steam compression cycle, includes a compressor (17) for compressing a refrigerant in a gaseous state and heat of the refrigerant passing through the compressor (17). The first
가열 사이클인 경우에는, 상기 제1 가변밸브(31)는 상기 제1 내부 열교환기(10)를 통과한 냉매를 상기 금형(12, 13)으로 공급하고, 상기 제2 가변밸브(33)는 상기 금형(12, 13)을 통과한 냉매를 상기 제2 내부 열교환기(15)로 공급하고, 상기 제3 가변밸브(34)는 상기 2 내부 열교환기(15)를 통과한 냉매를 상기 제2 외부 열교환기(14)로 공급하고, 상기 제4 가변밸브(32)는 상기 제2 외부 열교환기(14)를 통과한 냉매를 상기 제1 내부 열교환기(10)로 공급하고, 상기 제1 내부 열교환기(10)를 통과한 냉매는 상기 압축기(17)에서 압축되고, 압축된 냉매는 상기 제1 내부 열교환기(10)를 통과하고, 상기 제1 가변밸브(31)를 통하여 상기 금형(12, 13)으로 공급되는 냉매는, 상기 금형(12, 13)을 가열하도록 유동한다. In the case of a heating cycle, the first
냉각 사이클인 경우, 상기 제1 가변밸브(31)는 상기 제1 내부 열교환기(10)를 통과한 냉매를 상기 제1 외부 열교환기(11)로 공급하고, 상기 제2 가변밸브(33)는 상기 제1 외부 열교환기(11)를 통과한 냉매를 상기 제2 내부 열교환기(15)로 공급하고, 상기 제3 가변밸브(34)는 상기 제2 내부 열교환기(15)를 통과한 냉매를 상기 금형(12, 13)으로 공급하고, 상기 제4 가변밸브(32)는 상기 금형(12, 13)을 통과한 냉매를 상기 제1 내부 열교환기(10)로 공급하고, 상기 제3 가변밸브(34)를 통하여 상기 금형(12, 13)으로 공급되는 냉매는, 상기 금형(12, 13)을 냉각하도록 유동한다. In the case of a cooling cycle, the first
또한, 상기 제1 내부 열교환기(10)를 통과하여 상기 제1 가변밸브(31)로 공급되는 냉매는 액체와 기체가 공존하는 상태이다. In addition, the refrigerant passing through the first
또한, 상기 제2 내부 열교환기(10)를 통과하여 상기 팽창기(16)으로 공급되는 냉매는 액체 상태이다. In addition, the refrigerant supplied to the
또한, 상기 팽창기(16)를 통과한 냉매는 액체와 기체가 공존하는 상태이다.In addition, the refrigerant passing through the
또한, 상기 제4 가변밸브로 공급되는 냉매는 액체와 기체가 공존하는 상태이다.In addition, the refrigerant supplied to the fourth variable valve is in a state where liquid and gas coexist.
또한, 상기 제1 내부 열교환기(10)를 통과하여 상기 압축기(17)로 유입되는 냉매는 기체 상태이다. In addition, the refrigerant flowing into the
또한, 상기 압축기에서 2단 이상의 다단 압축 시스템을 이용하여 기체를 압축하는 방식을 포함한다. In addition, the compressor includes a method of compressing the gas using two or more stages of the multi-stage compression system.
본 발명의 증기 압축 사이클을 적용한 금형 급속가열 및 냉각 시스템은, 현재 사용되는 국부가열 기술이나 스팀몰드 기술을 대체하여, 소요되는 에너지 비용을 감소시키고, 성형이 이루어지는 동안 가열이 가능하여 성형공정에서 미세 구조물의 성형성 향상, 웰드라인 제거 등 사출품의 성형성 및 품질을 향상시키는 효과를 제공한다. Mold rapid heating and cooling system applying the steam compression cycle of the present invention replaces the local heating technology or steam mold technology currently used, reducing the energy cost required, and can be heated during the molding process is fine in the molding process It provides the effect of improving the formability and quality of the injection molded products, such as improving the formability of the structure, removing the weld line.
또한, 사이클의 특성을 이용하여 금형의 냉각 속도를 높이게 되면 생산성 향상의 효과도 제공한다.In addition, increasing the cooling rate of the mold by using the characteristics of the cycle also provides the effect of improving productivity.
도 1은 본 발명에서 사용되는 금형의 단면도.
도 2는 본 발명에서 사용되는 금형의 단면도.
도 3은 본 발명의 전체적인 시스템 구성도.
도 4는 본 발명의 증기 압축 사이클의 선도.1 is a cross-sectional view of a mold used in the present invention.
2 is a cross-sectional view of a mold used in the present invention.
3 is an overall system configuration of the present invention.
4 is a diagram of a vapor compression cycle of the present invention.
이하 본 발명에 대해 도면을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 및 도 2는 본 발명에서 사용되는 합성수지성형용 금형의 단면을 개략적으로 도시한 도면이다. 다만, 본 금형의 단면은 본 발명에 사용되는 일실시예에 불과한 것으로서 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니다. 도 1에 표시한 바와 같이, 성형용 금형은 모금형(1)과 해당 모금형내에 설치된 캐비티블록(2)으로 이루어져 있다. 이 캐비티블록(2)은 캐비티(3)를 형성하도록 구성되어 있다. 1 and 2 are cross-sectional views schematically showing a mold for molding a resin used in the present invention. However, the cross section of the mold is only one embodiment used in the present invention and does not limit the scope of the present invention. As shown in FIG. 1, the molding die consists of a
본 발명의 특허청구범위에서 금형은 실질적으로 캐비티블록(2) 및 모금형(1)을 포함하는 개념으로 이해될 수 있다. In the claims of the present invention, a mold may be understood as a concept including a
캐비티표면 근방에는, 가열매체와 냉각매체를 교대로 반복해서 유입시키는 유로(7)가 형성되어 있다. In the vicinity of the cavity surface, a
종래에는 가열매체로서는, 포화증기, 과열증기, 가압수, 온수 등이 이용되고, 냉각매체로서는 냉각수가 이용되었다. 다만, 본 발명에서 상기의 매체를 이용할 수도 있으나, R-11(trichlorofluoromethane, CCl3F), R-113(1,1,2-trichloro-1,2,2,-trifluoroethane, CCl2FClF2), R-123(2,2-dichloro-1,1,1,-trifluoroethane, CHCl2CF3) 등의 냉매를 사용하는 것이 바람직하다. Conventionally, saturated steam, superheated steam, pressurized water, hot water, etc. are used as a heating medium, and cooling water is used as a cooling medium. However, the above medium may be used in the present invention, but R-11 (trichlorofluoromethane, CCl3F), R-113 (1,1,2-trichloro-1,2,2, -trifluoroethane, CCl2FClF2), and R-123 ( It is preferable to use a refrigerant such as 2,2-dichloro-1,1,1, -trifluoroethane, CHCl 2 CF 3).
또한, 캐비티블록(2)과 모금형(1)사이에 공기에 의해 형성된 단열층(5)이 설치되어 있다. 이 단열층(5)은, 공기이외의 열전도율이 낮은 재료로 형성되어 있어도 된다. 이 단열층(5)에 의해, 캐비티블록(2)이 모금형(1)으로부터 단열되므로, 소량의 열부하로 금형의 온도를 제어할 수 있어, 캐비티블록(2)의 캐비티표면의 가열냉각을 급속하게 행하는 것이 가능하진다. In addition, a
또, 상기 모금형(1)에는, 냉각매체를 상시 유입시키는 유로(8)가 형성되어 있다. 이 유로(8)는 금형의 온도를 조절하기 위한 것으로, 이 유로(8)의 구성에 의해, 금형 전체는 캐비티표면의 온도변화의 영향없이, 성형용 금형을 폐쇄할 때, 상부 금형과 하부 금형 사이의 열팽창차에 의한 마손(摩損)을 피하는 것이 가능하다. 또, 도면에는 단열층(5)을 설치하고 있으나, 금형의 설계에 따라 단열층(5)은 설치하지 않아도 된다. 또한, 모금형(1)을 가동측 금형과 고정측 금형으로 분리하여, 이들 각각의 금형에 캐비티블록(2)를 설치하고, 캐비티블록(2)내에 유로(7)를 형성하고 있으나, 캐비티블록의 어느 한쪽내에만 유로(7)를 형성해도 된다. 캐비티블록(2) 내에 형성되는 유로(7)는 다양한 형상으로 제공될 수 있다. In addition, the
이하, 도 3 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 의한 증기 압축 사이클을 이용한 금형 가열 및 냉각 시스템에 관해 구체적으로 설명하기로 한다. Hereinafter, a mold heating and cooling system using a steam compression cycle according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 4.
열전달을 수행하는 냉매를 포함하고, 증기 압축 사이클(cycle)을 이용한 금형 가열 및 냉각 시스템은, 기체 상태의 냉매를 압축하는 압축기(17)와, 압축기(17)를 통과한 냉매의 열을 압축기(17)로 유입되는 냉매로 전달하는 제1 내부 열교환기(10)와, 제1 내부 열교환기(10)의 하류에 제공되고, 냉매의 흐름 방향을 조절할 수 있는 제1 가변밸브(31)와, 제1 가변밸브(31)의 하류에 제공되고, 냉매가 지나갈 수 있는 유로가 제공되는 금형(12, 13)과, 제1 가변밸브(31)의 하류에 제공되고, 냉매로부터 시스템의 외부로 열전달을 가능하게 하는 제1 외부 열교환기(11)와, 금형(12, 13)과 제1 외부 열교환기(11)의 하류가 만나는 곳에 제공되고, 냉매의 흐름 방향을 조절할 수 있는 제2 가변밸브(33)와, 제2 가변밸브(33)의 하류에 제공되고, 냉매를 팽창시키는 팽창기(16)와, 제2 가변밸브(33)와 팽창기(16) 사이에 제공되고, 팽창기(16)로 유입되는 냉매의 열을 팽창기(16)을 통과한 냉매로 전달하는 제2 내부 열교환기(15)와, 제2 내부 열교환기(15)의 하류와 금형(12, 13)이 만나는 곳에 제공되고, 냉매의 흐름 방향을 조절할 수 있는 제3 가변밸브(34)와, 제3 가변밸브(34)의 하류에 제공되고, 냉매와 시스템의 외부로부터 냉매로 열전달을 가능하게 하는 제2 외부 열교환기(14)와, 제2 외부 열교환기(14)의 하류와, 금형(12, 13)과 제1 내부 열교환기(10)가 만나는 곳에 제공되는 제4 가변밸브(32)를 포함한다. A mold heating and cooling system including a refrigerant for performing heat transfer and using a steam compression cycle includes a compressor (17) for compressing a refrigerant in a gaseous state, and a heat of the refrigerant passing through the compressor (17). A first
먼저, 금형을 가열하는 과정에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. First, the process of heating the mold will be described in detail.
가열 사이클인 경우에는, 제1 가변밸브(31)는 제1 내부 열교환기(10)를 통과한 냉매를 금형(12, 13)으로 공급하고, 제2 가변밸브(33)는 금형(12, 13)을 통과한 냉매를 제2 내부 열교환기(15)로 공급하고, 제3 가변밸브(34)는 제2 내부 열교환기(15)를 통과한 냉매를 제2 외부 열교환기(14)로 공급하고, 제4 가변밸브(32)는 제2 외부 열교환기(14)를 통과한 냉매를 제1 내부 열교환기(10)로 공급하고, 제1 내부 열교환기(10)를 통과한 냉매는 압축기(17)에서 압축되고, 압축된 냉매는 제1 내부 열교환기(10)를 통과하고, 제1 가변밸브(31)를 통하여 금형(12, 13)으로 공급되는 냉매는, 금형(12, 13)을 가열하도록 유동한다. In the case of a heating cycle, the first
①에서 ②의 과정은, 기체 상태의 냉매를 압축기(17)를 통해 압축하는 과정이다. ②에서 ③의 과정은, 제1 내부 열교환기(10)를 통해 내부적으로 열교환이 이루어지는 과정이다. 고압의 기체 상태의 냉매를 2상 상태로 근접시키는 과정이다. 2상 상태란 액체와 기체가 혼합된 상태를 말한다. The process of ① to ② is a process of compressing the refrigerant | coolant of a gas state through the
도 4의 증기 압축 사이클에서 점선으로 표시된 곡선의 안쪽은 2상 상태를 나타내고, 왼쪽은 액체 상태를, 오른쪽은 기체 상태를 의미한다. 또한, P는 압력을, h는 엔탈피를 의미한다. In the steam compression cycle of FIG. 4, the inside of the curve indicated by the dotted line represents a two-phase state, the left side represents a liquid state, and the right side represents a gas state. In addition, P means pressure and h means enthalpy.
③에서 ④의 과정은, 금형을 2상 상태의 냉매가 가열하는 과정이다. 2상 상태의 냉매로 가열하는 이유는 유로 내에서 2상 상태의 유체가 가지는 열전달 계수가 액체나 기체상태의 그것에 비해 훨씬 높아 급속 가열에 적합하기 때문이다. ④에서 ⑤의 과정은, 추가적인 냉각을 통해 팽창기(16) 입구를 액체상태의 냉매로 만드는 내부 열교환을 거치는 과정이다. The process of ③ to ④ is a process in which the refrigerant | coolant of a 2-phase state is heated. The reason for heating with the refrigerant in the two-phase state is that the heat transfer coefficient of the two-phase fluid in the flow path is much higher than that in the liquid or gaseous state, which is suitable for rapid heating. The process of ④ to ⑤ is a process of going through the internal heat exchange which makes the inlet of the
⑤에서 ⑥의 과정은, 고압의 액체 상태의 냉매를 저온의 2상 유동 상태로 팽창시키는 과정이다. The process of ⑤ to ⑥ is a process of expanding the high pressure liquid refrigerant into a low temperature two-phase flow state.
⑥에서 ⑦의 과정은, ④에서 ⑤의 과정에서 발생한 열로 팽창기(16)를 통해 나온 냉매를 가열하는 과정이다. ⑦에서 ⑧의 과정은, 외부 열교환을 의미하는 것으로 시스템 외부의 열을 냉매로 전달하는 과정이다. 즉, 냉매에 열을 가해주고, 주변의 물질을 냉각시킬 수 있는 과정을 의미한다. The process of ⑥ to ⑦ is a process of heating the refrigerant which came out through the
⑧에서 ①의 과정은, ②에서 ③으로의 과정에서 나오는 열을 이용하여 혹시 있을 수 있는 냉매의 2상 상태를 제거하여 완전한 기체 상태로 만들어 압축기로 공급하는 과정을 의미한다. The process of ⑧ to ① means the process of removing two-phase state of the refrigerant and making it into a complete gas state by using heat from ② to ③ to supply it to the compressor.
상기 과정을 통해 냉매는 본 발명에 의한 시스템을 순환하면서 금형을 가열하게 된다.
Through the above process, the refrigerant heats the mold while circulating the system according to the present invention.
이하, 금형을 냉각하는 과정에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. Hereinafter, a process of cooling the mold will be described in detail.
냉각 사이클인 경우, 제1 가변밸브(31)는 제1 내부 열교환기(10)를 통과한 냉매를 제1 외부 열교환기(11)로 공급하고, 제2 가변밸브(33)는 제1 외부 열교환기(11)를 통과한 냉매를 제2 내부 열교환기(15)로 공급하고, 제3 가변밸브(34)는 제2 내부 열교환기(15)를 통과한 냉매를 금형(12, 13)으로 공급하고, 제4 가변밸브(32)는 금형(12, 13)을 통과한 냉매를 제1 내부 열교환기(10)로 공급하고, 제3 가변밸브(33)를 통하여 금형(12, 13)으로 공급되는 냉매는, 금형(12, 13)을 2상 상태의 냉매로 급속 냉각하도록 유동한다.
In the case of a cooling cycle, the first
①에서 ②의 과정은, 기체 상태의 냉매를 압축기(17)를 통해 압축하는 과정이다. ②에서 ③의 과정은, 제1 내부 열교환기(10)를 통해 내부적으로 열교환이 이루어지는 과정이다. 고압의 기체 상태의 냉매를 2상 상태로 만드는 과정이다.The process of ① to ② is a process of compressing the refrigerant | coolant of a gas state through the
③에서 ⓐ를 거치는 ⓑ의 과정은, 냉매가 가진 열을 주변으로 전달해주는 과정이다. 예를 들어, 주변 물을 가열하여 온수를 생산하는 것이 그 예이다. The process of ⓑ through ⓐ in ③ is a process of transferring the heat of the refrigerant to the surroundings. For example, hot water is produced by heating the surrounding water.
ⓑ에서 ⑤의 과정은 추가적인 냉각을 통해 팽창기(16) 입구를 액체상태의 냉매로 만드는 내부 열교환을 거치는 과정이다. The process of ⓑ to ⑤ is the process of going through the internal heat exchange which makes the inlet of the
⑤에서 ⑥의 과정은, 고압의 액체 상태의 냉매를 저온의 2상 유동 상태로 팽창시키는 과정이다. The process of ⑤ to ⑥ is a process of expanding the high pressure liquid refrigerant into a low temperature two-phase flow state.
⑥에서 ⑦의 과정은, ④에서 ⑤의 과정에서 발생한 열로 팽창기(16)를 통해 나온 냉매를 가열하는 과정이다.The process of ⑥ to ⑦ is a process of heating the refrigerant which came out through the
ⓒ에서 ⓓ의 과정은 금형(12, 13)을 2상 상태의 액체가 증발하면서 금형을 냉각하는 과정을 의미한다. Ⓒ to ⓓ means a process of cooling the mold by evaporating the
ⓓ에서 ①의 과정은, ②에서 ③으로의 과정에서 나오는 열을 이용하여 혹시 있을 수 있는 냉매의 2상 상태를 제거하여 완전한 기체 상태로 만들어 압축기로 공급하는 과정이다. The process of ⓓ ~ ① is a process of removing the two-phase state of the refrigerant may be a complete gas state by using the heat from the ② to ③ to supply to the compressor.
앞에서, 제1 내부 열교환기(10)를 통과한 냉매(ⓐ의 상태)는 액체와 기체가 공존하는 상태이다. In the foregoing, the refrigerant (state of ⓐ) passing through the first
또한, 제2 내부 열교환기(10)를 통과한 냉매(⑦의 상태)는 액체 상태이다. In addition, the refrigerant (state of ⑦) passing through the second
또한, 제1 내부 열교환기(10)를 통과하여 상기 압축기(17)로 유입되는 냉매(①의 상태)는 기체 상태이다.
In addition, the refrigerant (state 1) flowing into the
상기의 구성요소와 상기의 과정을 거쳐 본 발명에 의한 증기 압축 사이클을 이용한 금형 가열 및 냉각 시스템은, 소요되는 에너지 비용을 감소시키고, 성형이 이루어지는 동안 가열이 가능하여 성형공정에서 미세 구조물의 성형성 향상, 웰드라인 제거 등 사출품의 성형성 및 품질을 향상시키는 효과를 제공한다. 또한, 사이클의 특성을 이용하여 금형의 냉각 속도를 높이게 되면 생산성 향상의 효과도 제공한다.
The mold heating and cooling system using the steam compression cycle according to the present invention through the above components and the above process, reduces the energy cost required, can be heated during the molding process, the moldability of the microstructure in the molding process It provides the effect of improving the moldability and quality of the injection molded products, such as improvement and removal of weld lines. In addition, increasing the cooling rate of the mold by using the characteristics of the cycle also provides the effect of improving productivity.
본 발명은 상기와 같은 실시예에 의해 권리범위가 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적인 사상을 가지고 있다면 모두 본 발명의 권리범위에 해당된다고 볼 수 있으며, 본 발명은 특허청구범위에 의해 권리범위가 정해짐을 밝혀둔다.The present invention is not limited to the scope of the embodiments by the above embodiments, all having the technical spirit of the present invention can be seen to fall within the scope of the present invention, the present invention is the scope of the claims by the claims Note that is determined.
1 : 모금형 2 : 캐비티블록
3, 3a : 캐비티 5 : 단열층
7, 7a, 8 : 유로
10 : 제1 내부 열교환기 11 : 제1 외부 열교환기
12 : 상부 금형 13 : 하부 금형
14 : 제2 외부 열교환기 15 : 제2 내부 열교환기
16 : 팽창기 17 : 압축기
31 : 제1 가변밸브 32 : 제4 가변밸브
33 : 제2 가변밸브 34 : 제3 가변밸브1: fundraising type 2: cavity block
3, 3a: cavity 5: heat insulation layer
7, 7a, 8: euro
10: first internal heat exchanger 11: first external heat exchanger
12: upper mold 13: lower mold
14 second
16: expander 17: compressor
31: first variable valve 32: fourth variable valve
33: second variable valve 34: third variable valve
Claims (7)
상기 시스템은,
기체 상태의 냉매를 압축하는 압축기와,
상기 압축기를 통과한 냉매의 열을 상기 압축기로 유입되는 냉매로 전달하여 냉매를 액체와 기체가 공존하는 상태인 2상 상태로 만드는 제1 내부 열교환기와,
상기 제1 내부 열교환기의 하류에 제공되고, 냉매의 흐름 방향을 조절할 수 있는 제1 가변밸브와,
상기 제1 가변밸브의 하류에 제공되고, 냉매가 지나갈 수 있는 유로가 제공되고 2상 상태의 냉매와 열전달이 일어나며 냉매를 2상 상태로 유출하는 금형과,
상기 제1 가변밸브의 하류에 제공되고, 냉매로부터 상기 시스템의 외부로 열전달을 가능하게 하는 제1 외부 열교환기와,
상기 금형과 상기 제1 외부 열교환기의 하류가 만나는 곳에 제공되고, 냉매의 흐름 방향을 조절할 수 있는 제2 가변밸브와,
상기 제2 가변밸브의 하류에 제공되고, 냉매를 액체와 기체가 공존하는 2상 상태로 팽창시키는 팽창기와,
상기 제2 가변밸브와 상기 팽창기 사이에 제공되고, 상기 팽창기로 유입되는 냉매의 열을 상기 팽창기를 통과한 냉매로 전달하여 상기 팽창기로 유입되는 냉매를 액체 상태로 만드는 제2 내부 열교환기와,
상기 제2 내부 열교환기의 하류와 상기 금형이 만나는 곳에 제공되고, 냉매의 흐름 방향을 조절할 수 있는 제3 가변밸브와,
상기 제3 가변밸브의 하류에 제공되고, 상기 시스템의 외부로부터 냉매로 열전달을 가능하게 하는 제2 외부 열교환기와,
제2 외부 열교환기의 하류와, 상기 금형과 상기 제1 내부 열교환기가 만나는 곳에 제공되는 제4 가변밸브를 포함하며,
상기 금형의 가열 사이클에서는,
상기 제1 가변밸브는 상기 제1 내부 열교환기를 통과한 냉매를 상기 금형으로 공급하고,
상기 제2 가변밸브는 상기 금형을 통과한 냉매를 상기 제2 내부 열교환기로 공급하고,
상기 제3 가변밸브는 상기 2 내부 열교환기를 통과한 냉매를 상기 제2 외부 열교환기로 공급하고,
상기 제4 가변밸브는 상기 제2 외부 열교환기를 통과한 냉매를 상기 제1 내부 열교환기로 공급하며,
상기 금형의 냉각 사이클에서는,
상기 제1 가변밸브는 상기 제1 내부 열교환기를 통과한 냉매를 상기 제1 외부 열교환기로 공급하고,
상기 제2 가변밸브는 상기 제1 외부 열교환기를 통과한 냉매를 상기 제2 내부 열교환기로 공급하고,
상기 제3 가변밸브는 상기 제2 내부 열교환기를 통과한 냉매를 상기 금형으로 공급하고,
상기 제4 가변밸브는 상기 금형을 통과한 냉매를 상기 제1 내부 열교환기로 공급하는,
증기 압축 사이클(cycle)을 이용한 금형 가열 및 냉각 시스템.
In the mold heating and cooling system comprising a refrigerant for performing heat transfer, using a steam compression cycle,
The system comprises:
A compressor for compressing a refrigerant in a gaseous state,
A first internal heat exchanger configured to transfer heat of the refrigerant passing through the compressor to the refrigerant flowing into the compressor, thereby making the refrigerant into a two-phase state in which liquid and gas coexist;
A first variable valve provided downstream of the first internal heat exchanger and capable of adjusting a flow direction of the refrigerant;
A mold provided downstream of the first variable valve and provided with a flow path through which the refrigerant can pass, heat transfer with the refrigerant in a two-phase state, and a refrigerant flowing into the two-phase state;
A first external heat exchanger provided downstream of the first variable valve, the first external heat exchanger enabling heat transfer from the refrigerant to the outside of the system;
A second variable valve provided at a downstream location of the mold and the first external heat exchanger and configured to adjust a flow direction of the refrigerant;
An expander provided downstream of the second variable valve and expanding the refrigerant to a two-phase state in which liquid and gas coexist;
A second internal heat exchanger provided between the second variable valve and the expander and transferring heat of the refrigerant flowing into the expander to the refrigerant passing through the expander to make the refrigerant flowing into the expander into a liquid state;
A third variable valve provided at a downstream side of the second internal heat exchanger and the mold and configured to adjust a flow direction of the refrigerant;
A second external heat exchanger provided downstream of the third variable valve, the second external heat exchanger enabling heat transfer from the outside of the system to the refrigerant;
A fourth variable valve provided downstream of a second external heat exchanger and where the mold and the first internal heat exchanger meet,
In the heating cycle of the mold,
The first variable valve supplies a refrigerant passing through the first internal heat exchanger to the mold,
The second variable valve supplies the refrigerant passing through the mold to the second internal heat exchanger,
The third variable valve supplies a refrigerant passing through the second internal heat exchanger to the second external heat exchanger,
The fourth variable valve supplies the refrigerant passing through the second external heat exchanger to the first internal heat exchanger,
In the cooling cycle of the mold,
The first variable valve supplies a refrigerant passing through the first internal heat exchanger to the first external heat exchanger,
The second variable valve supplies the refrigerant passing through the first external heat exchanger to the second internal heat exchanger,
The third variable valve supplies the refrigerant passing through the second internal heat exchanger to the mold,
The fourth variable valve supplies the refrigerant passing through the mold to the first internal heat exchanger,
Mold heating and cooling system using a vapor compression cycle.
상기 압축기에서 2단 이상의 다단 압축 시스템을 이용하여 기체를 압축하는 방식을 포함하는,
증기 압축 사이클(cycle)을 이용한 금형 가열 및 냉각 시스템.The method according to claim 1,
Compressing the gas using the two or more stages multi-stage compression system in the compressor,
Mold heating and cooling system using a vapor compression cycle.
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