KR101858736B1 - 사출시스템을 위한 폐스팀 재활용장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 합성수지를 사출함에 있어 몰드 내부에 사용된 후 배출되는 스팀의 열을 회수하여 활용하게 하는 폐스팀 재활용장치에 관한 것이다. 그 구성은; 성형몰드 내부로 스팀을 공급하여 상기 성형몰드의 온도를 상승시키는 스팀공급부; 사용된 후 상기 성형몰드에서 토출되는 스팀과 용수를 열교환시킴으로써 상기 스팀의 열을 회수하기 위한 열교환장치; 상기 열교환장치에 용수를 공급하는 용수공급부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

사출시스템을 위한 폐스팀 재활용장치{Apparatus For Reusing Steam For Injection System}

본 발명은 사출시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 합성수지를 사출함에 있어 몰드 내부에 사용된 후 배출되는 스팀의 열을 회수하여 활용하게 하는 폐스팀 재활용장치에 관한 것이다.

합성수지제품을 사출 성형함에 있어서, 제품의 표면을 매끄럽게 하는 등 품질을 개선하기 위한 다방면의 노력이 있어왔다. 그중 하나로는 금형의 온도를 정밀하게 제어하는 방식이 있다. 이것은 고온의 스팀을 몰드에 공급함으로써 몰드의 온도를 신속하게 제어하는 방식이다. 고온의 스팀은 과열증기로서 압력에 따라 매우 높은 온도까지 이를 수 있다. 고온의 스팀이 공급된 몰드는 신속하게 온도가 상승하게 된다. 성형을 마친 후에는 고온의 스팀은 순간적으로 방출되고 이어 필요에 따라 냉각수가 몰드에 공급되어 몰드를 냉각한다.

몰드에서 방출되는 스팀은 몰드로 재차 공급되지 못하는데, 사용과정에서 오일, 스케일 등의 이물질이 혼입되어 오염되기 때문이다. 그래서 한 번 사용한 스팀이 폐기처분되는 것은 일반화되어 있다. 그러나 폐기되는 스팀은 여전히 많은 열량을 보유하고 있다. 이를 전량 폐기하는 것은 상당한 열손실이 되지만, 과열증기 상태의 스팀이 가지고 있는 열량을 회수하는 것은 쉽지 않다. 왜냐하면 보통의 열교환은 상이 같은 물질 간에 이루어지도록 하는 것이 일반적이며, 과열증기가 일정하게 공급되지 않고 높은 압력을 갖고 간헐적으로(그 주기는 변동됨) 분출되며 외기로 방출시 금방 소멸하여 없어져 폐기에도 큰 부담이 없기 때문이다.

대한민국 특허출원 제10-1992-0002520호 대한민국 특허출원 제10-2015-0129727호

위와 같은 문제에 대한 본 발명의 목적은, 가열을 위하여 스팀을 몰드 내부에 공급하는 사출성형시스템에 있어서 사용후 배출되는 스팀이 보유하고 있는 열을 회수하여 활용할 수 있게 하는 사출시스템을 위한 폐스팀 재활용장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 좀 더 구체적으로는 고압으로 분출되는 스팀으로부터 열을 보다 효율적으로 회수할 수 있도록 하는 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 목적은, 성형몰드 내부로 스팀을 공급하여 상기 성형몰드의 온도를 상승시키는 스팀공급부; 사용된 후 상기 성형몰드에서 토출되는 스팀과 용수를 열교환시킴으로써 상기 스팀의 열을 회수하기 위한 열교환장치; 상기 열교환장치에 용수를 공급하는 용수공급부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 사출시스템을 위한 폐스팀 재활용장치에 의해 달성된다.

본 발명의 특징에 의하면, 상기 열교환장치는 내압용기의 형태로 되어 있는 것으로서 직립 설치되는 탱크; 공간을 분리하기 위하여 상기 탱크의 내부 상측에 횡방향으로 고정되는 상판; 공간을 분리하기 위하여 상기 탱크의 내부 하측에 횡방향으로 고정되는 하판; 일단은 상기 상판에 연결되고, 타단은 상기 하판에 연결됨으로써 상기 하판의 하부에서 유입되는 유체가 상기 상판의 상부로 유출될 수 있도록 하는 복수 개의 열교환관; 상기 상판과 하판 사이의 주열교환공간에 마련되는 용수유입구와 용수배출구; 상기 하판의 하측에 마련되는 스팀유입구 및 상기 상판의 상측에 마련되는 스팀배출구;를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 스팀유입구의 토출구는 상기 탱크의 중심으로부터 빗겨나도록 설치될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 스팀과 열교환을 하여 온도가 상승된 용수는 상기 스팀을 생성하기 위한스팀생성부로 공급되도록 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 성형몰드에서 사용된 후 배출되는 스팀으로부터 열을 일부 회수하여 용수를 가열함으로써 용수의 온도를 상승시킬 수 있는 성형장치의 폐스팀 재활용장치가 제공된다. 이로써 에너지를 절약할 수 있으며 스팀 생성시간을 단축시켜 생산성을 높일 수 있게 된다.

도 1은 본 발명이 적용되는 사출성형시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 열교환장치의 일부 절개 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 열교환장치의 종단면도이다.
도 4는 도 3의 A-A선을 따라 취한 열교환장치의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 열교환장치의 평면구성도이다.

이하, 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 내용을 상세하게 설명한다.

본 발명의 폐스팀 재활용장치가 설치되는 사출시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 성형몰드(1) 내부로 수지를 공급하기 위한 수지공급부(3)와, 스팀을 공급하여 성형몰드(1)의 온도를 상승시키는 스팀공급부(5)와, 성형몰드(1)에서 토출되는 스팀과 용수를 열교환시킴으로써 스팀의 열을 회수하기 위한 열교환장치(7)를 포함한다. 그리고 열교환장치(7)에 용수를 공급하기 위한 용수공급부(9)가 더 포함된다. 용수는 그 용도가 다양할 수 있겠으나, 스팀을 만들 때 사용하는 순수가 될 수 있다. 즉 온도가 상승된 상태에서 스팀공급부(5)로 공급됨으로써 열효율을 높이고 에너지를 절약할 수 있게 되는 것이다. 스팀은 과열증기로서 고온 고압상태로 되어 있다. 따라서 성형몰드(1)의 온도를 신속하게 올리는데 사용될 수 있는 것이다.

고압의 압축공기를 성형몰드 내부에 분사 공급하여 성형몰드 내부를 세척하기 위한 압축공기공급부(11)가 스팀공급관(13)에 연결된다. 또한 세척수로써 성형몰드(1)를 세척하기 위한 세척수공급부(15) 역시 세척수공급관(17)을 통해 스팀공급관(13)에 연결된다.

성형몰드(1)에서 배출되는 스팀은 일단이 성형몰드(1)에 연결된 배출관(19)으로부터 분기 연장된 스팀회수관(21)을 통해 열교환장치(7)로 공급된다. 세척을 위한 압축공기와 세척수는 배출관(19)을 통해 외부로 방출된다. 열교환장치(7)를 통과한 스팀은 스팀방출관(23)을 따라 외부로 방출된다. 본 발명의 실시예에 의하면, 열교환장치(7)로부터 열전달을 받아 승온된 용수는 스팀공급부(5)로 공급되어 사용될 수 있다. 유체의 거동은 각 라인에 화살표로 표시하였으므로 이해가 용이하다. 도시 또는 도면부호로 표시되지 않았지만 각 라인에는 유체의 유동을 제어하기 위한 각종 밸브가 당업자의 기술적 상식에 의거하여 설치되어야 할 것임이 분명하다.

이하, 본 발명의 핵심적 사항인 열교환장치(7)를 도 2 이하의 도면을 참조하여 설명한다.

열교환장치(7)는 여러 방식으로 구상될 수 있다. 열교환장치(7)는 내압용기의 형태로 되어 있는 것으로서 직립 설치되는 탱크(25)를 포함한다. 탱크(25)는 일반 내압용기와 같이 기다란 원통체(27)와, 원통체(27)의 상단과 하단에 각각 용접으로 고정되는 반구 형태의 덮개판(29)과 바닥판(31)을 포함한다. 원통체(27)의 하부 측벽에는 탱크를 직립 상태로 지지하기 위한 다리(33)가 용접에 의하여 고정된다.

탱크의 상부 공간을 둘로 분리하기 위하여 상판(35)이 탱크(25)의 내부 상측에 횡방향으로 고정 설치된다. 또한 탱크(25)의 하부 공간을 둘로 분리하기 위하여 하판(37)이 탱크(25)의 내부 하측에 횡방향으로 고정 설치된다.

이렇게 상판(35)과 하판(37)에 의해 탱크(25)의 내부 공간은 상부공간(S1)과 하부공간(S2)과 중심공간(S3)으로 구획되게 된다.

또한 상부공간(S1)과 하부공간(S2)은 복수 개의 열교환관(39)에 의해 서로 소통되어 있다. 즉 열교환관(39)의 일단은 상판(35)에 연결되고, 타단은 하판(37)에 연결됨으로써 하부공간(S2)으로 유입되는 유체는 상판의 상부, 즉 상부공간(S1)으로 유입될 수 있도록 되어 있다. 본 발명의 실시예에 의하면, 하부공간(S2)으로 유입되는 유체는 스팀, 즉 과열증기이다. 열교환관(39)은 복수 개로 구성되며 그 개수는 필요에 의해 조정될 수 있다. 열교환관(39)의 관로(39a)를 따라 상방향으로 유동하는 스팀은 중심공간(S3)을 통과하면서 중심공간(S3)에 유입되는 용수와 열교환을 하게 된다. 이 중심공간(S3)은 주열교환공간이 된다.

용수유입구(41)와 용수배출구(43)는 상판(35)과 하판(37) 사이의 원통체(27) 측벽에 마련된다. 용수유입구(41)가 상측에 있는 것으로 도시되었지만, 이에 한정되지는 아니하며 아래에 위치될 수도 있다.

그리고 하부공간(S2)으로 통하도록 스팀유입구(45)가 하판(37)의 하측에 마련되며, 상부공간(S1)으로 통하도록 스팀배출구(47)가 상판(35)의 상측에 마련된다.

스팀은 고압상태로 공급된다. 따라서 스팀이 직접 탱크 내부로 분사되는 경우 소음과 진동이 발생될 수 있으며 탱크 벽면에 지속적 충격하중이 가해져서 바람직할 것이 없다. 따라서 본 발명의 실시예에 의하면 스팀유입구(45)의 토출구(49)는 도 5에 도시된 것처럼 상기 탱크(25)의 중심으로부터 빗겨나도록 설치될 수 있다. 즉 스팀유입구의 토출구(49)의 개구 방향은 탱크의 중심선에 대하여 소정의 각도(K), 예를 들어 30 ~ 70˚로 경사지게 설치되어 유입되는 스팀은 회전력을 갖고 탱크(25) 내부로 유입될 수 있다. 그리고 이에 더 나아가 스팀이 직접 탱크(25)의 내벽면을 충격하지 않도록 충격흡수판(51)이 바닥판(31) 내부에 고정 설치될 수 있다.

미설명된 도면부호 53은 드레인(drain)관을 도시한다. 드레인관(53)은 이물질을 빼내거나 탱크(25) 내부를 세척할 때 사용될 수 있다.

위에 도시 및 설명된 구성은 본 발명의 기술적 사상에 근거한 바람직한 실시예에 지나지 아니한다. 당업자는 통상의 기술적 상식을 바탕으로 다양한 변경실시를 할 수 있을 것이지만 이는 본 발명의 보호범위에 포함될 수 있음을 주지해야 할 것이다.

1 : 성형몰드 3 : 수지공급부
5 : 스팀공급부 7 : 열교환장치
9 : 용수공급부 11 : 압축공기공급부
13 : 스팀공급관 15 : 세척수공급부
17 : 세척수공급관 19 : 배출관
21 : 스팀회수관 23 : 스팀방출관
25 : 탱크 27 : 원통체
29 : 덮개판 31 : 바닥판
33 : 다리 35 : 상판
37 : 하판 39 : 열교환관
41 : 용수유입구 43 : 용수배출구
45 : 스팀유입구 47 : 스팀배출구
49 : 토출구 51 : 충격흡수판
53 : 드레인

Claims (4)

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2. 성형몰드 내부로 스팀을 공급하여 상기 성형몰드의 온도를 상승시키는 스팀공급부;
   사용된 후 상기 성형몰드에서 토출되는 스팀과 용수를 열교환시킴으로써 상기 스팀의 열을 회수하기 위한 열교환장치;
   상기 열교환장치에 용수를 공급하는 용수공급부를 포함하되;
   상기 열교환장치는;
   직립 설치되는 것으로서 원통체(27)와, 상기 원통체(27)의 상단과 하단에 각각 용접으로 고정되는 반구 형태의 덮개판(29)과 바닥판(31)을 포함하는 탱크(25);
   상기 탱크(25)의 상부공간을 분리하기 위하여 상기 탱크(25)의 내부 상측에 횡방향으로 고정되는 상판(35);
   상기 탱크(25)의 하부공간을 분리하기 위하여 상기 탱크(25)의 내부 하측에 횡방향으로 고정되는 하판(37);
   일단은 상기 상판(35)에 연결되고, 타단은 상기 하판(37)에 연결됨으로써 상기 하판(37)의 하부에서 유입되는 유체가 상기 상판(35)의 상부로 유출될 수 있도록 하는 복수 개의 열교환관(39);
   상기 상판(35)과 하판(37) 사이의 주열교환공간에 마련되는 용수유입구(41)와 용수배출구(43);
   상기 탱크(25)의 바닥판(31)에 마련되는 스팀유입구(45) 및 상기 덮개판(29)에 마련되는 스팀배출구(47);를 포함하며;
   상기 스팀유입구(45)의 토출구(49)의 개구 방향은 상기 탱크(25)의 중심선에 대하여 30 ~ 70˚의 각도(K)로 경사지게 설치됨으로써, 스팀은 상기 탱크(25) 내부로 회전력을 갖고 유입되도록 구성되며;
   유입되는 스팀이 상기 탱크(25)의 바닥판(31)에 직접 충격하지 않도록 충격흡수판(51)이 상기 바닥판(31) 내부에 고정 설치되는 것을 특징으로 하는 사출시스템을 위한 폐스팀 재활용장치.
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