KR101563216B1 - 폐열 회수 기능을 구비하는 스팀 공급 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐열 회수 기능을 구비하는 스팀 공급 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 스팀의 공급에 필요한 에너지를 절감하기 위해 회수되는 스팀을 액화시켜 가열유닛으로 보내는 응축유닛이 구성되며, 응축유닛은 가열유닛의 상측에 구비됨으로써 응축유닛에 의해 액화된 물은 중력에 의해 상기 가열유닛으로 이동될 수 있도록 되어 있다.
따라서 사출 성형물 가공에 이용된 스팀을 회수하여 스팀 발생에 재사용함으로써 폐열 회수를 구현할 수 있고, 이에 따라 스팀을 발생시키는 가열유닛의 구동 효율 증대 및 에너지 절감을 꾀할 수 있다.

Description

폐열 회수 기능을 구비하는 스팀 공급 시스템{Steam Supply System With Waste heat Recovery Function}

본 발명은 폐열 회수 기능을 구비하는 스팀 공급 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 사출 스팀 시스템에 적용될 수 있는 수냉식 응축유닛을 구비한 폐열 회수 시스템에 관한 것이다.

일반적인 사출 성형의 프로세스를 살펴보면 대체적으로 아래와 같다.

먼저, 고체상태의 칩이나 펠렛상으로 되어 있는 합성수지 원료를 호퍼에 투입하여 실린더에 공급하면, 실린더의 외부에 있는 밴드히터와 스크루의 마찰열에 의하여 상기 합성수지 원료가 용융되어지게 된다.

이어서, 용융된 액체상태의 합성수지는 소정의 형상을 가진 금형의 내부에 사출되어지고, 그 금형의 내부에서 소정의 형상을 이루게 되며, 그 상태에서 상기 금형을 냉각시키게 되면, 상기 금형 내부의 합성수지 형상이 냉각되어지면서 고형의 형상을 유지하게 된다.

이후, 상기의 금형으로부터 냉각된 합성수지 형상을 분리시키게 되면, 소정의 고형화된 형상을 가진 사출 성형물을 얻게 되는 것이다.

한편, 사출 성형물은 보통 TV, 모니터 등의 영상출력장치 또는 노트북의 프레임으로 이용되며, 전자기기들의 외관의 미려함을 위하여 상기 합성수지 원료에 유리섬유(Glass Fiber) 성분을 첨가하여 광택 효과를 도모한다.

이러한 광택 효과는 스팀으로 인하여 용융된 성형물이 냉각되어 고형화될 때 스팀에 의해 성형물에 포함된 유리섬유가 일정정도 녹으면서 나타나게 된다.

일반적으로 스팀은, 압력을 15Kg/㎠ 이상으로 하여 200 ℃ 정도로 가열하여 공급하는데, 스팀의 가열에 들어가는 유지비용이 너무 크다는 단점이 있다.

이를 해결하기 위한 종래기술로는, 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0056097호(2012.06.01. 공개)가 있었다.

상기 종래기술은 냉각 시스템과 가열 시스템을 포함하여 사출 금형을 냉각 및 가열시키는 것에 대한 발명으로 가열 시스템에서 스팀을 이용하고 있지만, 스팀의 회수가 어렵고 금형의 가열시간을 줄이는 데 한계가 있다.

또한, 종래기술의 경우, 스팀의 회수를 냉각 시스템으로 전달하여 잔여 스팀을 냉각수로 액화시키는 구성을 채택하고 있어 비교적 고온을 가지는 스팀에 대한 폐열 회수 기능은 구비하지 못하며, 폐열 회수 시 잔여 스팀을 액화시키는 응축유닛의 구성이 미비하다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 개선하기 위하여 창작된 것으로써, 본 발명의 목적은, 성형물 가공에 이용된 스팀을 회수하여 스팀 발생에 재사용함으로써 스팀을 발생시키는 가열유닛의 구동 효율을 증대시킬 수 있는 폐열 회수 기능을 구비하는 스팀 공급 시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 사출 스팀 시스템의 공랭식 응축유닛을 구비한 폐열 회수 시스템은, 정수 장치로부터 온 물을 가열하여 스팀을 발생시키는 가열유닛; 상기 가열유닛으로부터 발생된 스팀을 사출 금형으로 공급하기 위한 스팀공급배관; 상기 사출 금형으로부 스팀을 회수하기 위한 스팀회수배관; 상기 스팀회수배관 상에 설치되며 회수되는 스팀을 액화시키는 응축유닛; 및 상기 스팀공급배관 및 스팀회수배관 상에 설치되는 복수의 밸브 개폐를 제어하는 밸브제어유닛; 을 포함하며, 상기 응축유닛은, 상기 스팀회수배관 상 일부분에 연결 설치되는 응축배관; 및 상기 응축배관 내부의 스팀을 액화시키기 위하여 상기 응축배관의 표면에 접촉하여 다수 회 감기는 냉각배관; 을 포함하고, 상기 응축유닛은 상기 가열유닛의 상측에 구비됨으로써 상기 응축유닛에 의해 액화된 물은 중력에 의해 상기 가열유닛으로 이동될 수 있도록 되어 있으며, 상기 정수 장치로부터 상기 가열유닛으로 온 물은 상기 가열유닛에 의해 스팀으로 변환된 후 상기 스팀공급배관을 통해 상기 사출 금형으로 공급되고, 상기 사출 금형으로부터 상기 스팀회수배관을 통해 회수되는 스팀은 상기 응축유닛에서 물로 액화된 후 중력에 의해 상기 가열유닛으로 복귀된다.

상기 응축유닛은 상기 스팀회수배관을 통해 오는 스팀의 온도를 70~90℃로 낮추어 액화시킨다.

상기 폐열 회수 시스템은 상기 사출 금형으로 압축공기를 공급하기 위한 압축공기공급배관; 및 상기 사출 금형으로 냉각수를 공급하기 위한 냉각수공급배관; 을 더 포함할 수 있다.

상기 응축배관을 지나가면서 액화된 물을 저장하며, 상기 응축배관과 상기 가열유닛 사이에 위치하는 저장탱크; 및 상기 밸브제어유닛에 의해 제어되며, 상기 저장탱크에 저장된 물이 중력에 의해 상기 가열유닛으로 이동하는 것을 단속하는 이동단속밸브; 를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의해, 성형물 가공에 이용된 스팀을 회수하여 스팀 발생에 재사용함으로써 폐열 회수를 구현할 수 있으며, 이에 따라 스팀을 발생시키는 가열유닛의 구동 효율을 증대시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 폐열 회수 기능을 구비하는 스팀 공급 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 도 1의 스팀 공급 시스템에 적용된 응축유닛과 가열유닛의 구체적인 구성 및 위치관계를 설명하기 위한 참조도이다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다. 설명의 간결함을 위해 공지되었거나 중복되는 설명은 가급적 생략하거나 압축한다. 참고로 설명의 명확함을 위해 도면은 간결하게 표현하였다.

도 1은 본 발명에 따른 폐열 회수 기능을 구비하는 스팀 공급 시스템(이하 '스팀 공급 시스템'이라 함)의 구성을 나타낸 블럭도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 스팀 공급 시스템은 가열유닛(10), 스팀공급배관(20), 스팀회수배관(30), 응축유닛(40), 밸브제어유닛(50), 압축공기공급배관(60) 및 냉각수공급배관(70)을 포함한다.

가열유닛(10)은 정수 장치(C)로부터 정수 및 살균된 물을 공급받아 이를 가열하여 스팀을 발생시키는 역할을 수행하는 구성으로서 유입 및 유출 배관이 형성된 가열 탱크(11), 가열 탱크(11) 내부에 배치되는 히터(12) 등의 구성을 포함한다.

스팀공급배관(20)은 가열유닛(10)과 사출 금형(m) 사이에 배치되는 배관으로 가열유닛(10)으로부터 발생된 스팀이 사출 금형(m)으로 공급되는 경로를 형성한다.

스팀회수배관(30)은 사출 금형(m)과 가열유닛(10) 사이에 배치되는 배관으로 스팀공급배관(20)과는 별개로 형성되며, 사출 금형(m)으로 공급된 후 금형(m)에 대한 가열 공정이 완료된 스팀이 회수되는 경로를 형성한다.

즉, 본 발명에 따른 스팀 공급 시스템은 스팀공급배관(20)과 스팀회수배관(30)에 의해 스팀이 공급 및 회수되는 스팀순환라인을 형성한다.

응축유닛(40)은 스팀회수배관(30) 상에 설치되며, 회수되는 스팀을 냉각을 통해 액화시키는 역할을 수행한다. 이러한 응축유닛(40)은 도 2에서와 같이 응축배관(42), 냉각배관(44), 저장탱크(46) 및 이동단속밸브(48)를 포함한다.

응축배관(42)은 스팀회수배관(30) 상 일부분에 설치되어 스팀이 응축될 수 있는 영역이 확보되도록 길이가 확장된다. 이러한 응축배관(42)은 스팀회수배관(30)과 일체로 형성되거나 분리 가능하게 형성될 수 있다.

냉각배관(44)은 응축배관(42)의 표면에 접촉하여 다수 회 감기는 형태로 구비된다. 이러한 냉각배관(44)의 내부로는 공급원(도시되지 않음)으로부터 온 상온의 물이 지나간다. 따라서 상온의 물이 가지는 냉기가 냉각배관(44) 및 응축배관(42)을 거쳐 응축배관(42)의 내부를 지나가는 스팀으로 전도됨으로써 응축배관(42) 내부의 스팀이 응축된다.

저장탱크(46)는 응축배관(42)을 지나가면서 액화된 물(w)을 저장한다. 그리고 저장탱크(46)에 저장된 물(w)은 가열유닛(10)으로 재공급된다. 이를 위해 저장탱크(46)는 응축배관(42)과 가열유닛(10) 사이에 위치한다.

이동단속밸브(46)는 밸브제어유닛(50)에 의해 제어되며, 저장탱크(46)에 저장된 물(W)이 중력에 의해 가열유닛(10)으로 이동하는 것을 단속한다. 따라서 가열유닛(10)에서 물(W)이 필요한 경우, 밸브제어유닛(50)은 이동단속밸브(48)를 개방시킴으로써 액화된 후 저장탱크(46)에 저장된 물(W)이 중력에 의해 가열유닛(10)으로 이동되도록 한다. 이를 위해 응축유닛(40)은 가열유닛(10)의 상측에 구비되는 것이 바람직하다. 그리고 가열유닛(10)에 요구되는 정도의 물(w)이 충족되면, 밸브제어유닛(50)은 스팀의 역방향 이동을 차단하기 위해 이동단속밸브(46)를 폐쇄 상태로 제어한다. 물론, 가열유닛(10)으로 공급된 물(W)은 히터(12)에 의해 스팀으로 변환된 후 스팀공급배관(20)을 통해 금형(m)으로 공급된다.

일반적으로 가열유닛(10)에서 발생되는 스팀의 온도는 대략 160~200℃(이 범위는 성형물의 재질, 성형물의 가공 형태에 따라 달라질 수 있음)이다. 이러한 고온의 스팀이 스팀공급배관(20)을 통해 사출 금형(m)으로 공급된다. 고온의 스팀은 사출 금형(m)을 가열시킨 후 스팀회수배관(30)으로 회수되어서 응축유닛(40)으로 도착될 때 대략 120~150℃ 정도의 온도 상태가 된다. 응축유닛(40)은 이렇게 사출 금형(m)을 가열하면서 일정 정도 온도가 떨어진 상태의 스팀을 대략 70~90℃ 정도의 물로 액화한다. 이렇게 응축유닛(40)을 거쳐 스팀에서 물로 변환된 70~90℃ 정도의 물은 가열유닛(10)으로 복귀 이동함으로써 폐열 회수가 구현될 수 있는 것이다. 따라서 상온의 물을 70~90℃ 정도까지 올리는데 드는 에너지가 절감될 수 있게 된다.

정리하면, 스팀을 발생시키는 가열유닛(10)으로 스팀이 스팀회수배관(30)을 통해 회수되는 중 응축유닛(40)에 의해 소정의 열을 내포한 상태의 물로 액화되고, 액화된 물이 스팀을 발생시키는 가열유닛(10)으로 회수됨으로써 가열유닛(10)에서 스팀을 발생시키기 위한 에너지(정수 장치로부터 공급된 물이 목표 스팀 온도까지 도달하는 에너지 - 회수된 물이 가지는 온도에서 목표 스팀 온도까지 도달하는 에너지)를 절감할 수 있게 되는 것이다.

밸브제어유닛(50)은 스팀공급배관(20) 및 스팀회수배관(30) 상에 설치되는 복수의 밸브(v)와 응축유닛(40)에 구성되는 이동단속밸브(48)의 개폐를 제어한다. 즉, 밸브제어유닛(50)은 정수 장치(C)와 가열유닛(10)의 사이, 스팀공급배관(20), 스팀회수배관(30), 응축유닛(40), 압축공기공급배관(60) 및 냉각수공급배관(70) 상에 설치되는 복수의 밸브(v, 48)에 대한 개폐 제어를 통해 발생된 스팀의 공급, 스팀의 회수, 사출 금형(m)의 가열 및 냉각, 응축배관(42)에 흐르는 매체의 이동을 제어한다. 아울러, 밸브제어유닛(50)에 의한 각 밸브들(v, 48)의 제어를 통해 스팀의 공급 및 스팀의 회수 동작이 동시에 이루어질 수 있으며, 스팀의 공급과 스팀의 회수 동작이 순차적으로 이루어질 수도 있다.

압축공기공급배관(60)은 사출 금형(m)으로 압축공기를 공급하는 경로를 제공한다.

냉각수공급배관(70)은 사출 금형(m)으로 냉각수를 공급하는 경로를 제공한다. 이러한 냉각수공급배관(70)은 사출 금형(m)을 냉각시키기 위한 냉각수를 공급하는 배관으로서, 회수되는 스팀을 냉각시키는 응축유닛(40)과 구분된다.

다음은 스팀의 공급과 스팀의 회수가 순차적으로 이루어질 경우를 예를 들어 설명한 것이다.

1)정수 장치(C)로부터 물이 가열유닛(10)으로 공급

2)가열유닛(10)에 의해 발생된 스팀이 스팀공급배관(20)을 통해 사출 금형(m)으로 공급

3)스팀회수배관(30)을 통해 응축 유닛(40)으로 스팀 회수(회수 동작 시 압축공기가 공급되어 사출 금형 내의 잔여 스팀을 스팀회수배관으로 밀어냄)

4)스팀이 응축유닛(40)에 의해 액화

5)소정을 열을 내포하는 액화된 스팀(물)이 중력에 의해 가열유닛(10)으로 재공급

이상의 동작이 순차적으로 순환 및 반복되어 본 발명에 따른 사출 스팀 시스템은 폐열 회수 기능을 구비할 수 있게 되며, 상기 동작 중, 또는 동작 전후에 제어에 따른 사출 금형(m)으로의 냉각수 및 압축 공기 공급 및 배출, 냉각배관(44)으로 상온의 물을 공급하는 동작 등이 부가될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 사출 스팀 시스템의 공랭식 응축유닛을 구비한 폐열 회수 시스템은, 사출 성형물 가공에 이용된 스팀을 회수하여 스팀 발생에 재사용함으로써 폐열 회수를 구현할 수 있으며, 이에 따라 스팀을 발생시키는 가열유닛(10)의 구동 효율을 증대시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예들에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예들는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시예들에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어져야 할 것이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 가열유닛
20 : 스팀공급배관
30 : 스팀회수배관
40 : 응축유닛
42 : 응축배관
44 : 냉각배관
46 : 저장탱크
48 : 이동단속밸브
50 : 밸브제어유닛
60 : 압축공기공급배관
70 : 냉각수공급배관
w : 정수 장치
m : 사출 금형
v : 밸브

Claims (4)

1. 정수 장치로부터 온 물을 가열하여 스팀을 발생시키는 가열유닛;
   상기 가열유닛으로부터 발생된 스팀을 사출 금형으로 공급하기 위한 스팀공급배관;
   상기 사출 금형으로부 스팀을 회수하기 위한 스팀회수배관;
   상기 스팀회수배관 상에 설치되며 회수되는 스팀을 액화시키는 응축유닛; 및
   상기 스팀공급배관 및 스팀회수배관 상에 설치되는 복수의 밸브 개폐를 제어하는 밸브제어유닛; 을 포함하며,
   상기 응축유닛은,
   상기 스팀회수배관 상 일부분에 연결 설치되는 응축배관; 및
   상기 응축배관 내부의 스팀을 액화시키기 위하여 상기 응축배관의 표면에 접촉하여 다수 회 감기는 냉각배관; 을 포함하고,
   상기 응축유닛은 상기 가열유닛의 상측에 구비됨으로써 상기 응축유닛에 의해 액화된 물은 중력에 의해 상기 가열유닛으로 이동될 수 있도록 되어 있으며,
   상기 정수 장치로부터 상기 가열유닛으로 온 물은 상기 가열유닛에 의해 스팀으로 변환된 후 상기 스팀공급배관을 통해 상기 사출 금형으로 공급되고, 상기 사출 금형으로부터 상기 스팀회수배관을 통해 회수되는 스팀은 상기 응축유닛에서 물로 액화된 후 중력에 의해 상기 가열유닛으로 복귀되는 것을 특징으로 하는
   폐열 회수 기능을 구비하는 스팀 공급 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 응축유닛은 상기 스팀회수배관을 통해 오는 스팀의 온도를 70~90℃로 낮추어 액화시키는 것을 특징으로 하는
   폐열 회수 기능을 구비하는 스팀 공급 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 사출 금형으로 압축공기를 공급하기 위한 압축공기공급배관; 및
   상기 사출 금형으로 냉각수를 공급하기 위한 냉각수공급배관; 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는
   폐열 회수 기능을 구비하는 스팀 공급 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 응축배관을 지나가면서 액화된 물을 저장하며, 상기 응축배관과 상기 가열유닛 사이에 위치하는 저장탱크; 및
   상기 밸브제어유닛에 의해 제어되며, 상기 저장탱크에 저장된 물이 중력에 의해 상기 가열유닛으로 이동하는 것을 단속하는 이동단속밸브; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
   폐열 회수 기능을 구비하는 스팀 공급 시스템.
   
   
   
   

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