KR101577603B1 - 사출 금형의 가열 및 냉각을 위한 매체를 공급하는 밸브유닛을 포함하는 사출 스팀 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사출 금형의 가열 및 냉각을 위한 매체를 공급하는 밸브유닛을 포함하는 사출 스팀 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 가열기 및 냉각수에 의해 사출 금형으로 공급되는 스팀과 냉각수의 이동로를 단속하는 각종 단속밸브들을 일체로 묶어 모듈화하고, 스팀의 열에너지를 재활용하기 위해 응축기를 가열기의 상측에 구비한다.
위와 같은 본 발명에 따르면, 각종 단속밸브들이 일목요연하게 모듈화되어 있기 때문에 사후 관리가 편리하며, 열에너지를 재활용하기 때문에 생산성이 향상되는 효과가 있다.

Description

사출 금형의 가열 및 냉각을 위한 매체를 공급하는 밸브유닛을 포함하는 사출 스팀 시스템{Injection Steam System Including A Valve Unit For Supplying A Medium For Heating And Cooling The Mold}

본 발명은 사출 금형의 가열 및 냉각을 위한 매체를 공급하는 밸브유닛을 포함하는 사출 스팀 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 사출 성형은 열경화성 수지 또는 열가소성수지와 같은 재질을 다양한 형태의 사출물로 제조하는 기술로서, 금형내의 용융된 수지를 계량하는 계량공정과, 금형내의 용융된 수지를 충진시키는 사출 공정과, 금형 내의 충진이 완료된 수지를 고화시키는 냉각공정과, 냉각이 완료된 금형을 여는 형개공정과, 금형내에 구성된 사출물을 취출하는 취출 공정 등이 순차적으로 진행된다.

한편, 사출 성형시 사출 공정 이후에 수지를 고화시키기 위한 공정인 냉각 공정은 금형의 열전도를 균일하게 하고, 제품인 사출 성형물의 모양을 양호하게 하기 위하여 필요하다. 냉각 방식으로는 사출 금형의 내부에 냉각수를 흐르게 하는 매체 냉각 방식과 자연적으로 냉각되도록 하는 자연 냉각 방식이 있다. 본 발명은 매체 냉각 방식과 관계가 있으며, 매체 냉각 방식에 관한 기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0022251호 등이 있다.

종래기술들에 의하면, 사출 금형의 온도에 따라 불량 제품이 양산되고 있고, 현재 최대 160℃ 이하의 온도에서 성형을 진행하므로, 유지비용이 너무 크고 설비가 대형화될 수밖에 없다. 또한, 용융된 합성수지가 사출 금형의 캐비티(cavity)에 채워지는 과정에서 냉각되어 사출 성형물의 외관에 많은 결함을 발생시키는 요인이 되고 있으며, 사출 성형물의 온도분포가 불균일하여 변형 또는 뒤틀림 현상이 발생되고 있다.

또한, 종래기술에 따른 사출 금형의 냉각 시스템은 안전 설계 내지 공장의 배치 상 쿨링 타워(Cooling Tower), 냉각장치, 가열장치 등의 구성으로부터 사출 금형까지의 거리가 너무 멀리 떨어져 있어 공급되는 냉각수를 다시 회수하기 어렵기 때문에 이를 극복하고자 공급라인 및 회수라인 등의 배관라인들이 서로 복잡하게 뒤엉켜 구성될 수밖에 없는 문제점이 있었다.

이에 따라, 복잡하게 구성되는 배관라인들로 인하여 이 배관라인을 통해 이동되는 냉각수 또는 가열매체 등의 열손실이 발생할 뿐만 아니라, 각종 단속밸브들에 의해 통로가 단속되는 배관라인들의 유지 보수가 용이하지 못한 문제점이 있었다.

특히, 사출 금형의 냉각 시스템에 구성된 가열장치를 냉각시키는 가열장치용 냉각수단의 경우 별도의 배관라인을 통해 구성함으로써, 더욱 복잡한 배관라인으로 구성될 수밖에 없다. 그리고 배관라인들을 단속하는 단속밸브들의 오작동이 발생한다 하더라도 숙련된 기술자가 아니면, 신속하게 이를 처리할 수 없어 사출 성형에 소요되는 시간을 단축하기 어려울 뿐만 아니라, 사출 성형품의 품질을 저하시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 개선하기 위하여 창작된 것으로써 다음과 같은 목적을 가진다.

첫째, 사출 금형과 이를 가열 및 냉각시키는 매체공급유닛의 연결에 있어서, 공급라인, 회수라인 등의 배관라인들을 일목요연하고 간결하게 정리하는 밸브유닛을 포함하는 사출 스팀 시스템을 제공한다.

둘째, 밸브유닛을 통해 매체공급유닛과 사출 금형 간의 순환라인을 형성함으로써, 금형의 가열 및 냉각 기능이 통합적으로 적절히 제어될 수 있어 효율성이 증대된 사출 스팀 시스템을 제공한다.

셋째, 각 구성을 상호 연결하는 배관라인들을 밸브유닛에 의해 연결 구성함으로써, 각각의 구성요소들 간의 편리하고 간편한 결합이 구현되는 기술을 제공한다.

넷째, 스팀의 공급을 위해 사용된 열에너지를 재활용할 수 있는 기술을 제공한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 사출 금형의 가열 및 냉각을 위한 매체를 공급하는 밸브유닛을 포함하는 사출 스팀 시스템은, 사출 성형품을 생산하기 위한 사출 금형; 상기 금형의 가열 및 냉각을 위한 매체를 공급하는 매체공급유닛; 및 상기 금형과 매체공급유닛 사이에 위치하여 금형으로 공급되거나 금형으로부터 배출되는 매체에 대한 공급 및 회수를 제어하는 밸브유닛; 을 포함하며, 상기 매체공급유닛은, 스팀을 발생시켜 공급하는 가열기; 냉각수를 공급하는 냉각기; 및 상기 가열기에서 공급된 후 상기 사출 금형으로부터 회수되어 상기 밸브유닛을 거쳐 오는 스팀을 요구되는 소정 온도 범위로 냉각시킴으로써 스팀을 액화시키는 응축기; 를 포함하고, 상기 밸브유닛은, 상기 가열기에서 상기 사출 금형으로 이동하는 스팀의 이동을 단속하는 스팀단속밸브; 상기 냉각기에서 상기 사출 금형으로 이동하는 냉각수의 이동을 단속하는 냉각수단속밸브; 상기 사출 금형으로부터 회수되어서 상기 응축기로 이동하는 스팀의 이동을 단속하는 제1 회수단속밸브; 및 상기 사출 금형으로부터 회수되어서 상기 냉각기로 이동하는 냉각수의 이동을 단속하는 제2 회수단속밸브; 를 포함하며, 상기 스팀단속밸브, 냉각수단속밸브, 제1 회수단속밸브 및 제2 회수단속밸브는 일체로 묶여 모듈화되어 있고, 상기 응축기는 상기 가열기보다 상측에 위치함으로써 상기 응축기에서 액화된 물이 중력에 의해 상기 가열기로 이동한다.

상기 가열기에서 공급된 스팀은 상기 스팀단속밸브를 거쳐 상기 사출 금형으로 이동하고, 상기 사출 금형으로부터 회수된 스팀은 상기 제1 회수단속밸브를 거쳐 상기 응축기로 이동하며, 상기 응축기에서 액화된 물은 중력에 의해 상기 가열기로 복귀 이동하는 순환 경로를 따라서 순환한다.

상기 응축기는, 스팀을 액화시키는 응축수단; 상기 응축수단에서 액화된 물을 저장하는 저장수단; 및 상기 제어유닛에 의해 제어되며, 상기 저장수단에 저장된 물이 중력에 의해 가열기로 이동하는 것을 단속하는 이동단속밸브; 를 포함한다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 사출 금형과 이를 가열 및 냉각시키는 매체공급유닛의 연결에 있어서, 공급라인, 회수라인 등의 배관라인들을 밸브유닛을 통해 일목요연하고 간결하게 정리할 수 있기 때문에 사후 관리가 용이하다.

둘째, 밸브유닛을 통해 매체공급유닛과 사출 금형 간의 순환라인을 형성함으로써, 금형의 가열 및 냉각 기능이 통합적으로 제어될 수 있어 효율성이 증대된다.

셋째, 각 구성을 상호 연결하는 배관들을 밸브유닛에 의해 연결 구성함으로써, 각각의 구성요소들 간의 편리하고 간편한 결합이 구현된다.

넷째, 열에너지를 재활용함으로써 생산성이 향상된다.

도 1은 본 발명에 따른 사출 스팀 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 도 1의 사출 스팀 시스템에서 스팀의 순환을 설명하기 위한 발췌도이다.
도 3은 도 1의 사출 스팀 시스템에 적용된 가열기와 응축기의 위치 관계를 설명하기 위한 참조도이다.
도 4는 도 1의 사출 스팀 시스템에 적용된 응축기에 대한 개념도이다.

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 사출 금형의 가열 및 냉각을 위한 매체를 공급하는 밸브유닛을 포함하는 사출 스팀 시스템(MS, 이하 '사출 스팀 시스템'이라 약칭 함)의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 사출 스팀 시스템(MS)은, 사출 금형(M), 매체공급유닛(10), 밸브유닛(20) 및 제어유닛(30)을 포함한다.

사출 금형(M)은 내부에 사출 성형품을 성형하기 위한 수지가 수용되는 공간(cavity)을 제공함과 동시에 후술할 가열매체인 스팀과 냉각매체인 냉각수가 유동되는 매체 유동 통로를 가진다. 참고로 매체 유동 통로의 일 측은 공급라인(S)을 통해 공급부(21) 측과 연결되고, 타 측은 회수라인(B)을 통해 회수부(26) 측으로 연결된다.

매체공급유닛(10)은 사출 금형(M)을 가열시키기 위한 가열매체인 스팀 및 금형(M)을 냉각시키기 위한 냉각매체인 냉각수를 공급하는 역할을 수행한다. 이를 위해 매체공급유닛(10)은 가열기(12), 냉각기(14), 응축기(16) 및 압축공기공급기(18)를 포함한다.

가열기(12)는 스팀을 발생시켜 사출 금형(M)으로 공급한다.

냉각기(14)는 냉각수를 사출 금형(M)으로 공급한다.

응축기(16)는 가열기(12)에서 사출 금형(M)으로 공급된 후 회수된 스팀을 소정의 온도로 냉각시킨다. 이러한 응축기(16)에 대한 구체적인 설명은 후술한다.

압축공기공급기(18)는 사출 금형(M)의 매체 유동 통로, 사출 금형(M)과 연결된 공급라인(S) 및 회수라인(B) 상의 잔여 매체(스팀 또는 냉각수)를 배출시키기 위한 압축공기를 공급한다. 이러한 압축공기공급기(18)는 공장에 별도로 설치될 수 있기 때문에, 사출 스팀 시스템(MS)에서 생략이 가능한 구성일 수 있다.

밸브유닛(20)은 사출 금형(M)과 매체공급유닛(10) 사이에 위치하여 사출 금형(M)으로 공급되거나 사출 금형(M)으로부터 배출되는 매체에 대한 공급 및 회수를 단속하는 역할을 수행한다. 이를 위해 밸브유닛(20)은 매체 공급을 제어하는 공급부(21)와 매체 회수를 제어하는 회수부(26)를 포함한다.

공급부(21)는 스팀단속밸브(22), 냉각수단속밸브(23) 및 압축공기단속밸브(24)를 포함한다.

스팀단속밸브(22)는 매체공급유닛(10)의 가열부(12)로부터 스팀공급배관(a)을 거쳐 사출 금형(M)으로 공급되는 스팀의 이동을 단속한다.

냉각수단속밸브(23)는 매체공급유닛(10)의 냉각기(14)로부터 냉각수공급배관(b)을 거쳐 사출 금형(M)으로 공급되는 냉각수의 이동을 단속한다.

압축공기단속밸브(24)는 압축공기공급기(18)에서 압축공기공급배관(c)을 거쳐 사출 금형(M)으로 이동하는 압축공기의 이동을 단속한다.

여기서 매체공급유닛(10)에서 공급되는 각 매체들인 스팀 또는 냉각수 또는 압축공기는 각자 스팀단속밸브(22), 냉각수단속밸브(23) 및 압축공기단속밸브(24)의 단속 상태에서 따라서 그들 중 하나를 거친 후 하나의 공급라인(S)을 통해 사출 금형(M)으로 공급된다.

회수부(26)는 사출 금형(M)의 가열 공정 또는 냉각 공정에 사용된 매체인 스팀 또는 냉각수를 회수하며, 제1 회수단속밸브(27) 및 제2 회수단속밸브(28)를 포함한다.

제1 회수단속밸브(27)는 사출 금형(M)으로부터 회수되어 스팀회수배관(a)을 통해 응축기(16)로 이동하는 스팀의 이동을 단속한다.

제2 회수단속밸브(28)는 사출 금형(M)으로부터 회수되어 냉각수회수배관(b)을 통해 냉각기(14)로 이동하는 냉각수의 이동을 단속한다.

사출 금형(M)으로부터 하나의 회수라인(B)을 통해 회수되는 스팀 또는 냉각수는 각자 제1 회수단속밸브(27)나 제2 회수단속밸브(28)의 선택적인 개폐에 따라 스팀회수배관(d)으로 이동하거나 냉각수회수배관(e)으로 이동하게 된다.

따라서 사출 금형(M)으로부터 하나의 회수라인(B)을 통해 회수되는 스팀과 냉각수는 제1 회수단속밸브(27)와 제2 회수단속밸브의 선택적인 단속 작동에 따라 각각 선택적으로 스팀회수배관(d) 또는 냉각수회수배관(e)을 거쳐 응축기(16)로 회수되거나 냉각기(14)로 회수될 수 있다.

위와 같은 구성을 가지는 밸브유닛(20)은 매체공급유닛(10)과 5개의 배관(a 내지 e)으로 연결되며, 사출 금형(M)과는 공급라인(S)과 회수라인(B)으로 연결되어 사출 금형(M)과 매체공급유닛(10) 간의 매체 순환 라인을 단속한다.

이러한 밸브유닛(20)은 스팀단속밸브(22), 냉각수단속밸브(23), 압축공기단속밸브(24), 제1 회수단속밸브(27) 및 제2 회수단속밸브(28)들이 묶여 모듈화되는 형태로 구성된다. 이에 따라 밸브유닛(20)에 구성되는 각종 단속밸브들(22, 23, 24, 27, 28)의 사후 관리가 편리해진다.

제어유닛(30)은 매체공급유닛(10)과 밸브유닛(20)을 제어한다.

계속하여 위와 같은 구성을 가지는 사출 스팀 시스템(MS)에서 제어유닛(30)의 제어에 따라 이루어지는 스팀의 순환을 도 2를 참조하여 더 구체적으로 살펴본다.

가열기(12)에서 가열된 스팀은 스팀공급배관(a)을 통과한 후 스팀단속밸브(22) 및 공급라인(S)을 거쳐 사출 금형(M)으로 이동한다. 이를 위해 제어유닛(30)은 스팀단속밸브(22)는 개방 상태로 제어하고, 냉각수단속밸브(23)와 압축공기단속밸브(24)는 폐쇄 상태로 제어한다.

그리고 사출 금형(M)을 통과하면서 사출 금형(M)에 대한 가열 공정을 완료한 스팀은 회수라인(B)으로 회수되면서 제1 회수단속밸브(27)를 거쳐 스팀회수배관(d)을 통해 응축기(16)로 이동한다. 마찬가지로 제어유닛(30)은 제1 회수단속밸브(27)를 개방 상태로 제어하고, 제2 회수단속밸브(28)를 폐쇄 상태로 제어한다.

그리고 스팀은 응축기(16)에서 액화된 후 가열기(12)로 이동한다.

여기서 응축기(16)에 대해서 더 설명한다.

응축기(16)는 사출 금형(M)의 가열 공정을 완료하고 회수되는 스팀의 폐열을 활용하기 위해 마련된다. 즉, 회수되는 스팀은 응축기(16)를 통해 요구되는 일정 범위의 온도를 가지도록 냉각되면서 액화된다. 더 구체적으로, 응축기(16)는 제1 회수단속밸브(27)을 지나 응축기(16)로 온 스팀의 온도를 70~90(℃)로 낮추어 액화시킨다.

일반적으로 가열기(12)에서 발생되는 스팀의 온도는 대략 160~200℃(이 범위는 성형물의 재질, 성형물의 가공 형태에 따라 달라질 수 있음)이다. 이러한 고온의 스팀이 스팀단속밸브(22)를 통해 사출 금형(M)으로 공급된다. 고온의 스팀은 사출 금형(M)을 가열시킨 후 회수라인(B)으로 회수되어서 제1 회수밸브(27)를 거쳐 응축기(16)로 도착될 때 대략 120~150℃ 정도의 온도 상태가 된다. 응축기(16)는 사출 금형(M)을 가열하면서 일정 정도 온도가 떨어진 상태의 스팀을 대략 70~90℃ 정도의 물로 액화한다. 이렇게 응축기(16)를 거쳐 스팀에서 물로 변환된 70~90℃ 정도의 물은 가열기(12)로 복귀 이동함으로써 폐열 회수가 구현될 수 있는 것이다. 따라서 상온의 물을 70~90℃ 정도까지 올리는데 드는 에너지가 절감될 수 있게 된다.

한편, 위와 같은 응축기(16)의 적절한 이용을 위해 응축기(16)는 도 3에서와 같이 가열기(12)의 상측에 위치되는 것이 바람직하게 고려될 수 있다. 그리고 응축기(16)는 도 4에서와 같이 응축수단(16a), 저장수단(16b) 및 이동단속밸브(16c)를 포함할 수 있다.

응축수단(16a)은 스팀을 액화시키는 역할을 수행한다.

저장수단(16b)은 응축수단(16a)에서 액화된 물을 저장한다.

이동단속밸브(16c)는 제어유닛(30)에 의해 제어되며, 저장수단(16b)에 저장된 물이 중력에 의해 가열기(12)로 이동하는 것을 단속한다. 따라서 가열기(12)에서 물(W)이 필요한 경우, 제어유닛(30)은 이동단속밸브(16c)를 개방시킴으로써 응축수단(160a)에 의해 액화된 후 저장수단(16b)에 저장된 물이 중력에 의해 가열기(12)로 이동되도록 한다. 물론, 가열기(12)에 요구되는 정도의 물이 충족되면, 제어유닛(30)은 스팀의 역방향 이동을 차단하기 위해 이동단속밸브(16c)를 폐쇄 상태로 제어한다. 물론, 가열기(12)로 공급된 물(W)은 히터(H)에 의해 스팀으로 변환된 후 스팀공급배관(a)을 통해 사출 금형(M)으로 공급된다.

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 : 매체공급유닛
12 : 가열기 14 : 냉각기
16 : 응축기
16a : 응축수단 16b : 저장수단
16c : 이동단속밸브
20 : 밸브유닛
21 : 공급부
22 : 스팀단속밸브 23 : 냉각수단속밸브
24 : 압축공기단속밸브
26 : 회수부
27 : 제1 회수단속밸브 28 : 제2 회수단속밸브
30 : 제어유닛
S : 공급라인
B : 회수라인
M : 사출 금형

Claims (3)

1. 사출 성형품을 생산하기 위한 사출 금형;
   상기 금형의 가열 및 냉각을 위한 매체를 공급하는 매체공급유닛; 및
   상기 금형과 매체공급유닛 사이에 위치하여 금형으로 공급되거나 금형으로부터 배출되는 매체에 대한 공급 및 회수를 제어하는 밸브유닛; 을 포함하며,
   상기 매체공급유닛은,
   스팀을 발생시켜 공급하는 가열기;
   냉각수를 공급하는 냉각기; 및
   상기 가열기에서 공급된 후 상기 사출 금형으로부터 회수되어 상기 밸브유닛을 거쳐 오는 스팀을 요구되는 소정 온도 범위로 냉각시킴으로써 스팀을 액화시키는 응축기; 를 포함하고,
   상기 밸브유닛은,
   상기 가열기에서 상기 사출 금형으로 이동하는 스팀의 이동을 단속하는 스팀단속밸브;
   상기 냉각기에서 상기 사출 금형으로 이동하는 냉각수의 이동을 단속하는 냉각수단속밸브;
   상기 사출 금형으로부터 회수되어서 상기 응축기로 이동하는 스팀의 이동을 단속하는 제1 회수단속밸브; 및
   상기 사출 금형으로부터 회수되어서 상기 냉각기로 이동하는 냉각수의 이동을 단속하는 제2 회수단속밸브; 를 포함하며,
   상기 스팀단속밸브, 냉각수단속밸브, 제1 회수단속밸브 및 제2 회수단속밸브는 일체로 묶여 모듈화되어 있고,
   상기 응축기는 상기 가열기보다 상측에 위치함으로써 상기 응축기에서 액화된 물이 중력에 의해 상기 가열기로 이동하는 것을 특징으로 하는
   사출 금형의 가열 및 냉각을 위한 매체를 공급하는 밸브유닛을 포함하는 사출 스팀 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 가열기에서 공급된 스팀은 상기 스팀단속밸브를 거쳐 상기 사출 금형으로 이동하고, 상기 사출 금형으로부터 회수된 스팀은 상기 제1 회수단속밸브를 거쳐 상기 응축기로 이동하며, 상기 응축기에서 액화된 물은 중력에 의해 상기 가열기로 복귀 이동하는 순환 경로를 따라서 순환하는 것을 특징으로 하는
   사출 금형의 가열 및 냉각을 위한 매체를 공급하는 밸브유닛을 포함하는 사출 스팀 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 응축기는,
   스팀을 액화시키는 응축수단;
   상기 응축수단에서 액화된 물을 저장하는 저장수단; 및
   상기 저장수단에 저장된 물이 중력에 의해 가열기로 이동하는 것을 단속하는 이동단속밸브; 를 포함하는 것을 특징으로 하는
   사출 금형의 가열 및 냉각을 위한 매체를 공급하는 밸브유닛을 포함하는 사출 스팀 시스템.
   
   

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