KR101319005B1 - 진공성형물 냉각장치 - Google Patents

Abstract

진공성형물 냉각장치가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 진공성형물 냉각장치는 진공성형물을 냉각시키는 냉각장치에 있어서, 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기와, 상기 응축기에서 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브에서 팽창된 냉매를 부동액으로부터 열을 빼앗아 기화시켜 상기 압축기로 보내는 증발기를 포함하는 냉동부; 상기 증발기에서 냉매에 의해 냉각된 부동액을 저장하는 부동액 저장부; 압축공기를 공급하는 압축공기 공급부; 상기 압축공기 공급부에서 공급된 압축공기와 상기 부동액 저장부에서 공급된 부동액 사이에 열교환을 발생시켜 압축공기를 냉각시키는 열교환부; 및 상기 열교환부에서 냉각된 압축공기를 진공성형물에 분사하는 분사부;를 포함한다.

Description

진공성형물 냉각장치{Cooling system of vacuum forming product}

본 발명은 냉각장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 진공성형장치에 의해 가열된 상태에서 성형된 진공성형물에 냉각된 공기를 분사하여 냉각할 수 있는 진공성형물 냉각장치에 관한 것이다.

진공성형(BLISTER)이란 진공성형기에 금형을 부착한 후, 일정한 두께의 합성수지 시트에 열을 가하여 시트가 연화된 상태에서 금형에 접근시키고, 순간적으로 진공 상태를 만들어 연화된 시트가 금형의 형상표면에 밀착되게 한 후, 냉각공정을 거처 이형(금형에서 떼어냄)하며, 이를 필요 상태로 절단하여 제품화하는 것을 말한다.

진공성형방법에는 스트레이트 성형법과 드레이프 성형 방법이 있다.

스트레이트 성형법은 오목형 금형에 가열한 필름, 시트를 진공방법으로 밀착시켜 성형하는 방법이며 성형품 바닥의 코너부가 가장 얇아져 두께의 분포가 좋지 않은 경향이 있다.

드레이프 성형법은 볼록형 금형에 일단 시트나 필름에 열을 가하여 미리 늘려 놓은 다음 밀어 올려서 성형하는 것을 말하며 깊은 형물을 만드는데 사용된다.

진공성형은 인장강도 및 신장의 온도 변화와 압력이 중요한 과제이며 간판류, 냉장고 내의 형물, 라면용기, 야쿠르트 용기, 컵, 계란난좌, 두부케이스 등의 성형에 많이 사용된다.

이러한 진공성형에 의해 성형된 제품은 가열된 상태이기 때문에 냉각이 필요하다.

가열된 진공성형물의 냉각은 별도의 냉각장치에 의해 냉각된 에어를 분사하여 냉각하였다.

이때 상기 냉각장치는 냉동사이클에 의해 냉각된 물을 사용하여 별도로 공급되는 에어를 냉각시킨 후, 냉각된 에어를 가열된 진공성형물에 분사함으로써 제품을 냉각했다.

이러한 경우 냉동사이클에 의해 냉각된 물은 한계가 있어서 약 5℃까지만 내려가기 때문에 실제 에어와 열교환시 열교환 효율 낮아 에어의 온도를 낮추는데 한계가 있었으며 이로 인해 결국 성형물의 냉각 효율이 저하되는 결과는 가져왔다.

또 물과 에어의 열교환이 일어나는 전열면적이 작고 열전달 시간이 짧은 구조도 열교환 효율을 저하시키는 원인이 되었다.

본 발명의 실시 예들은 진공성형물에 분사하는 압축공기와 이를 냉각하기 위해 공급하는 부동액의 열교환 효율을 높이고, 이로 인해 진공성형물의 냉각 효율이 향상될 수 있는 진공성형물 냉각장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 진공성형물을 냉각시키는 냉각장치에 있어서, 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기와, 상기 응축기에서 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브에서 팽창된 냉매를 부동액으로부터 열을 빼앗아 기화시켜 상기 압축기로 보내는 증발기를 포함하는 냉동부; 상기 증발기에서 냉매에 의해 냉각된 부동액을 저장하는 부동액 저장부; 압축공기를 공급하는 압축공기 공급부; 상기 압축공기 공급부에서 공급된 압축공기와 상기 부동액 저장부에서 공급된 부동액 사이에 열교환을 발생시켜 압축공기를 냉각시키는 열교환부; 및 상기 열교환부에서 냉각된 압축공기를 진공성형물에 분사하는 분사부;를 포함하는 진공성형물 냉각장치가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 열교환부는 상기 압축공기 공급부에서 공급된 압축공기가 통과하는 냉각탱크와, 상기 냉각탱크 내부에 설치되고 상기 부동액 저장부에서 공급된 부동액이 흐르는 열교환모듈로 구성될 수 있다.

그리고 상기 열교환모듈은 압축공기가 통과하는 덕트 형상의 프레임과, 상기 프레임의 일측에서 타측으로 배치되고 내부에 부동액이 흐르는 복수개의 튜브와, 상기 튜브의 일측에 연통되어 부동액이 주입되는 주입구 및 상기 튜브의 타측에 연통되어 열교환을 끝낸 부동액이 배출되어 상기 부동액 저장부로 리턴시키는 배출구로 구성될 수 있다.

또 상기 각 튜브에는 복수개의 핀이 형성될 수 있다.

바람직하게는 상기 압축공기 공급부와 열교환부 사이에는 상기 압축공기 공급부에서 분기되어 압축공기에 포함된 수분을 제거한 후 상기 열교환부에 공급하는 드라이어가 더 구비될 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 약 -10℃까지 내려가는 부동액과 열교환부를 사용하여 압축공기를 냉각시키기 압축공기의 온도를 거의 10℃에서 -5℃정도 까지 내릴 수 있어서 진공성형물의 냉각효율이 매우 우수하고 짧은 시간 내에 냉각이 완료되어 생산성이 향상된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 따른 진공성형물 냉각용 에어 냉각장치를 나타내는 구성도.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 열교환 모듈의 구조를 나타내는 사시도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 상세하게 설명하고자 한다. 하기 설명 및 첨부 도면에 나타난 바는 본 발명의 전반적인 이해를 위해 제시된 것이므로 본 발명의 기술적 범위가 그것들에 한정되는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 구성 및 기능에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 따른 진공성형물 냉각용 에어 냉각장치를 나타내는 구성도이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 진공성형물 냉각장치는 크게 냉동부(100), 부동액 저장부(200), 압축공기 공급부(300), 열교환부(400), 분사부(500)로 구성될 수 있다.

먼저, 냉동부(100)는 부동액을 냉각시키는 것으로 압축기(120), 응축기(140), 팽창밸브(160), 증발기(180)가 냉동사이클을 구성한다.

상기 압축기(120)는 기화된 냉매를 고온고압으로 압축하고, 상기 응축기(140)는 액화가 용이하도록 고온고압의 부동액을 중온고압으로 응축하며, 상기 팽창밸브(160)는 중온고압의 부동액을 저온저압으로 팽창시키고, 상기 증발기(180)는 부동액으로부터 열을 빼앗아 냉매를 기화시킨 후 다시 상기 압축기(120)에 공급되는 과정이 반복된다.

이러한 냉동사이클은 공지된 기술이므로 상세한 설명을 생략한다.

다음으로 상기 부동액 저장부(200)는 부동액을 저장하는 구성으로서 상기 냉동부(100)의 증발기(180)에 의해 냉각된 부동액을 저장하면서 후술하는 열교환부(400)에 부동액을 공급한다.

상기 부동액 저장부(200)는 부동액을 수용할 수 있는 용기나 탱크 형상일 수 있으며 일측에 부동액 펌프(220)가 구비되어 냉각된 부동액은 상기 열교환부(400)로 보내지고 다시 상기 부동액 저장부(200)로 복귀되도록 순환한다.

이때, 부동액은 순환하면서 상기 증발기(180)로부터 열을 빼앗겨 냉각된 후 상기 부동액 저장부(200)에 저장된다.

다음으로 상기 압축공기 공급부(300)는 공기를 압축하여 상기 열교환부(400)로 공급하는 구성으로서 일반적으로 컴프레서(Compressor)와 같은 장비일 수 있다.

공기를 압축하여 공급할 경우 공기 속에 포함된 이물질을 제거하기 위해 공기 이송라인에 공기필터(f)를 구비할 수 있다.

또한 공기에 포함된 수분을 제거하기 위해 드라이어(600)를 더 구비할 수 있다.

상기 드라이어(600)는 상기 압축공기 공급부(300)에서 상기 열교환부(400)로 이어지는 이송라인과 별개로 분기된 이송라인에 설치될 수 있으며 기체 속에 포함된 수분을 제거할 수 있는 구성이면 어떤 것이라도 적용될 수 있다.

또한 상기 드라이어(600)는 선택적으로 사용될 수 있는 것이 바람직하다. 즉, 압축된 공기를 바로 열교환부(400)로 보낼 수도 있고 상기 드라이어(600)를 통과시킨 후 열교환부로 보낼 수도 있을 것이다.

다음으로 도 2를 함께 참조하여 열교환부(400)에 대해 설명한다. 도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 열교환 모듈의 구조를 나타내는 사시도이다.

상기 열교환부(400)는 상기 부동액 저장부(200)에서 냉각된 부동액과 상기 압축공기 공급부(300)에서 공급된 압축공기 간에 열교환이 일어나게 함으로써 압축공기를 냉각시킬 수 있는 구성에 해당하는데, 도시된 바를 참조하면 상기 압축공기 공급부(300)에서 공급된 압축공기가 통과하는 냉각탱크(420)와, 상기 냉각탱크(420) 내부에 설치되고 상기 부동액 저장부(200)에서 공급된 부동액이 흐르는 열교환모듈(440)로 구성될 수 있다.

상기 냉각탱크(420)는 도 1에 도시된 바와 같이 일측은 상기 압축공기 공급부(300)와 연통되고 타측은 후술하는 분사부(500)와 연통된 용기 형상일 수 있다.

그리고 상기 열교환모듈(440)은 도 2에 도시된 바와 같이 전체적으로 대략 직육면체 형상을 이루고 일측과 타측이 관통된 덕트 형상의 프레임(442) 내부에 관 형상을 이루고 복수개가 서로 나란하게 배치된 튜브(444)가 설치된 구조를 가진다.

또한 상기 튜브(444)의 일측에는 주입구(446)가 형성되어 부동액이 주입되며, 타측에는 배출구(448)가 형성되어 부동액이 상기 튜브(444) 내부를 흐르다가 배출되어 다시 상기 부동액 저장부(200)로 되돌려 진다.

상기 튜브(444)는 내부를 흐르는 부동액과 외부를 통과하는 공기 사이에 열교환이 일어나므로 열전달 면적이 증가할 수 있도록 복수개가 왕복하면서 연결된 구조를 가진다.

바람직한 것은 상기 튜브(444) 간에 열전달 면적을 증가시킬 수 있는 핀(449)이 구비되는 것이 좋은데, 상기 핀(449)은 평판 형상으로 이루어져 다수 장이 상기 튜브(444)에 수직으로 촘촘하게 배열될 수 있다. 이러한 구조를 가지면 압축공기는 각 핀(449) 사이로 통과하면서 열전달이 활발하게 일어날 수 있다.

참고로 상기 열교환모듈(440)은 둘 이상이 적층된 구조를 가질 수 있다.

다음으로 분사부(500)는 상기 열교환부(400)에서 냉각된 압축공기를 진공성형물에 분사하는 구성이다.

상기 분사부(500)는 노즐과 같은 구조를 가질 수 있으며 복수개가 구비될 수 있다. 바람직하게는 상기 분사부(500)는 진공성형물의 형상에 따라 골고루 분사되도록 복수개가 적절한 위치에 배치되는 것이 좋을 것이다.

상기에서 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 하기의 특허청구범위에서 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 냉동부 120 : 압축기
140 : 응축기 160 : 팽창밸브
180 : 증발기
200 : 부동액 저장부 220 : 부동액 펌프
300 : 압축공기 공급부
400 : 열교환부 420 : 냉각탱크
440 : 열교환모듈 442 : 프레임
444 : 튜브 446 : 주입구
448 : 배출구 449 : 핀(Fin)
500 : 분사부
600 : 드라이어
f : 공기필터

Claims (5)

1. 진공성형물을 냉각시키는 냉각장치에 있어서,
   냉매를 압축하는 압축기(120)와, 상기 압축기(120)에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기(140)와, 상기 응축기(140)에서 응축된 냉매를 팽창시키는 팽창밸브(160)와, 상기 팽창밸브(160)에서 팽창된 냉매를 부동액으로부터 열을 빼앗아 기화시켜 상기 압축기(120)로 보내는 증발기(180)를 포함하는 냉동부(100);
   상기 증발기(180)에서 냉매에 의해 냉각된 부동액을 저장하는 부동액 저장부(200);
   압축공기를 공급하는 압축공기 공급부(300);
   상기 압축공기 공급부(300)에서 공급된 압축공기와 상기 부동액 저장부(200)에서 공급된 부동액 사이에 열교환을 발생시켜 압축공기를 냉각시키는 열교환부(400); 및
   상기 열교환부(400)에서 냉각된 압축공기를 진공성형물에 분사하는 분사부(500);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공성형물 냉각장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 열교환부(400)는,
   상기 압축공기 공급부(300)에서 공급된 압축공기가 통과하는 냉각탱크(420)와, 상기 냉각탱크(420) 내부에 설치되고 상기 부동액 저장부(200)에서 공급된 부동액이 흐르는 열교환모듈(440)로 구성되는 것을 특징으로 하는 진공성형물 냉각장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 열교환모듈(440)은,
   압축공기가 통과하는 덕트 형상의 프레임(442)과, 상기 프레임(442)의 일측에서 타측으로 배치되고 내부에 부동액이 흐르는 복수개의 튜브(444)와, 상기 튜브(444)의 일측에 연통되어 부동액이 주입되는 주입구(446) 및 상기 튜브(444)의 타측에 연통되어 열교환을 끝낸 부동액이 배출되어 상기 부동액 저장부로 리턴시키는 배출구(448)로 구성되는 것을 특징으로 하는 진공성형물 냉각장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 각 튜브(444)에는 복수개의 핀(449)이 형성되는 것을 특징으로 하는 진공성형물 냉각장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 압축공기 공급부(300)와 열교환부(400) 사이에는 상기 압축공기 공급부(300)에서 분기되어 압축공기에 포함된 수분을 제거한 후 상기 열교환부(400)에 공급하는 드라이어(600)가 더 구비될 수 있는 것을 특징으로 하는 진공성형물 냉각장치.

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