KR101873241B1 - 고온제어 및 스케일 자동 제거기능을 포함하는 금형 자동 온도조절장치 - Google Patents

고온제어 및 스케일 자동 제거기능을 포함하는 금형 자동 온도조절장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 금형에 열을 갖는 매체를 공급하여 금형의 온도를 사출에 필요한 온도 조건으로 유지하기 위한 금형 온도조절장치로서, 금형(10)과의 사이에 공급라인(20)과 회수라인(30)으로 연결되고, 상기 공급라인(20)과 회수라인(30)을 통하여 순환되는 매체를 저장하고 상기 매체의 온도를 높이기 위한 히터(101)를 포함하는 히터탱크(100), 상기 히터탱크(100)와 상기 금형(10) 사이의 회수라인(30) 상에 설치되어 매체의 순환을 강제하는 매체순환용 펌프(200), 상기 매체순환용 펌프(200)와 상기 금형(10) 사이에 설치되어 히터탱크(100)의 매체의 양을 보충하기 위한 보조탱크(300), 상기 히터탱크(100) 및 상기 보조탱크(300)와 냉각탑과의 사이에 형성된 냉각수 배수라인(40) 상에 설치된 전자변(44), 상기 전자변(44)에 병렬로 연결되고, 상기 냉각수 배수라인(40) 상의 매체의 압력이 설정된 압력 이상일 때에 동작하는 안전변(45), 상기 보조탱크(300)와 냉각탑과의 사이에 형성된 냉각수 입수라인(50)에 연결되고 상기 전자변(44) 또는 상기 안전변(45)이 동작할 때에 냉각수가 입수되도록 동작하는 냉각수 입수 체크밸브(52), 상기 보조탱크(300)와 상기 냉각수 배수라인(40) 및 상기 냉각수 입수라인(50)에 연결되어 금형의 고온제어를 위하여 상기 냉각수 입수라인(50)을 통하여 냉각수를 상기 보조탱크(300)로 강제로 유입시키기 위한 냉각수 공급용 가압펌프(400)로서, 상기 보조탱크(300)로 공급되는 냉각수의 압력이 금형의 고온제어를 위한 기준 압력 이상의 정상 운전상태에서는 냉각수가 상기 냉각수 입수라인(50)과 상기 냉각수 배수라인(40)을 순환하도록 동작하고, 기준 압력 이하에서는 상기 냉각수 입수라인(50)을 통하여 상기 보조탱크(300)로 냉각수가 유입되는 방식으로 금형의 고온제어 동작시에는 지속적으로 동작하도록 구성되는 냉각수 공급용 가압펌프(400), 상기 냉각수 공급용 가압펌프(400)의 후단에서 상기 냉각수 배수라인(40)으로 우회하는 우회라인(44) 상에 설치되어 상기 냉각수 공급용 가압펌프(400)의 순환수의 양을 조절하여 상기 보조탱크(300)로 공급되는 냉각수의 압력을 상기 금형의 고온제어를 위한 기준 압력 이상으로 유지시키기 위한 나비 밸브(404)를 포함한다.

Description

고온제어 및 스케일 자동 제거기능을 포함하는 금형 자동 온도조절장치{Temperature Adjusting Apparatus for Mold Having High Temperature Control and Scale Removal Function}
본 발명은 금형에 열을 갖는 매체를 공급하여 금형의 온도를 사출에 필요한 온도 조건으로 유지하기 위한 금형 온도조절장치로서, 특히 히터탱크에 설치된 가열히터와 순환라인을 통하여 매체가 강제로 순화되도록 하는 순환펌프, 냉각수의 공급을 위한 전자변의 자동적 온/오프에 의하여 금형의 온도를 자동으로 제어할 수 있는 금형 자동 온도조절장치에 관한 것이다.
사출을 위한 금형은 성형 제품의 불량률을 최소화하기 위하여 안정적인 온도로 유지되어야 하는데, 이를 위하여 사출 금형을 위한 온조기나 P.I.D 제어에 의한 금형 온도조절기가 개발되어 사용되고 있다.
종래의 금형 온도조절장치는 시동시 순환라인에 잔유하는 공기에 의하여 가열히터가 과열되어 파손되거나 과열에 의하여 펌프의 씰에 고장을 일으킴으로써 금형의 온도를 원하는 온도로 유지시키지 못하여 제품의 불량률이 높았고, 전력의 낭비와 부품의 내구성이 낮아 경제적이지 못하는 문제가 있었다.
또한, 종종 120℃ 이상의 고온에서 사출이 이루어지는 금형의 경우 일반적인 온도조절장치에 의하여 제어될 때에 순환라인의 매체의 부족시 냉각수가 자동으로 보충되지 않는 문제가 발생한다.
즉, 일반적인 성형품 생산 현장에서 냉각수의 압력은 1 ~ 2kg/cm2 정도로 공급되고 있어서 120℃ 이상의 고온에서는 히터탱크, 보조탱크, 및 순환라인의 매체의 압력이 높아져서 냉각수 공급 압력이 순환라인의 매체의 압력보다 낮아 냉각수 보충이 되지 않는다.
순환라인으로 냉각수가 보충되지 않으면 히터탱크의 과열, 히터의 고장, 매체순환용 펌프의 씰의 손상을 초래하게 된다. 또한, 고온 제어 온도값이 일정하게 제어되지 못하고 오르락 내리락 요동치게 되어 사출품의 불량을 초래하게 된다.
한편, 종래의 사출을 위한 금형온도조절기에서는 히터탱크 내에 누적되는 스케일에 의하여 종종 배관, 호스를 막히게 하여 온도전달 효율을 낮추어 이 또한 사출품의 불량을 초래하게 됨으로써 히터탱크 내에 누적되는 스케일을 효과적으로 제거할 수 있는 기술을 개발해야 할 필요가 있었다.
등록특허 제10-1330525호 (2013.11.18. 공고) 등록특허 제10-1678311호 (2016.11.15. 등록)
본 발명의 목적은 사출금형의 온도를 안정적으로 제어하기 위하여, 순환라인에 잔존할 수 있는 공기를 자동으로 제거하고, 히터탱크와 보조탱크의 수위를 자동으로 조절하고, 스케일 제거과정이 자동으로 이루어지도록 하고, 고온제어를 위한 냉각수 가압펌프를 구비하는 고온제어 및 스케일 자동 제거기능을 포함하는 금형 자동 온도조절장치를 제공하기 위한 것이다. 기타 본 발명의 다른 목적은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 본 발명의 상세한 설명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 고온제어 및 스케일 자동 제거기능을 포함하는 금형 자동 온도조절장치는 금형(10)과의 사이에 공급라인(20)과 회수라인(30)으로 연결되고, 상기 공급라인(20)과 회수라인(30)을 통하여 순환되는 매체를 저장하고 상기 매체의 온도를 높이기 위한 히터(101)를 포함하는 히터탱크(100); 상기 히터탱크(100)와 상기 금형(10) 사이의 회수라인(30) 상에 설치되어 매체의 순환을 강제하는 매체순환용 펌프(200); 상기 매체순환용 펌프(200)와 상기 금형(10) 사이에 설치되어 히터탱크(100)의 매체의 양을 보충하기 위한 보조탱크(300); 상기 히터탱크(100) 및 상기 보조탱크(300)와 냉각탑과의 사이에 형성된 냉각수 배수라인(40) 상에 설치된 전자변(44); 상기 전자변(44)에 병렬로 연결되고, 상기 냉각수 배수라인(40) 상의 매체의 압력이 설정된 압력 이상일 때에 동작하는 안전변(45); 상기 보조탱크(300)와 냉각탑과의 사이에 형성된 냉각수 입수라인(50)에 연결되고 상기 전자변(44) 또는 상기 안전변(45)이 동작할 때에 냉각수가 입수되도록 동작하는 냉각수 입수 체크밸브(52); 상기 보조탱크(300)와 상기 냉각수 배수라인(40) 및 상기 냉각수 입수라인(50)에 연결되어 금형의 고온제어를 위하여 상기 냉각수 입수라인(50)을 통하여 냉각수를 상기 보조탱크(300)로 강제로 유입시키기 위한 냉각수 공급용 가압펌프(400)로서, 상기 보조탱크(300)로 공급되는 냉각수의 압력이 금형의 고온제어를 위한 기준 압력 이상의 정상 운전상태에서는 냉각수가 상기 냉각수 입수라인(50)과 상기 냉각수 배수라인(40)을 순환하도록 동작하고, 기준 압력 이하에서는 상기 냉각수 입수라인(50)을 통하여 상기 보조탱크(300)로 냉각수가 유입되는 방식으로 금형의 고온제어 동작시에는 지속적으로 동작하도록 구성되는 냉각수 공급용 가압펌프(400); 상기 냉각수 공급용 가압펌프(400)의 후단에서 상기 냉각수 배수라인(40)으로 우회하는 우회라인(44) 상에 설치되어 상기 냉각수 공급용 가압펌프(400)의 순환수의 양을 조절하여 상기 보조탱크(300)로 공급되는 냉각수의 압력을 상기 금형의 고온제어를 위한 기준 압력 이상으로 유지시키기 위한 나비 밸브(404); 상기 냉각수 공급용 가압펌프(400)의 후단에서 상기 냉각수 입수라인(50) 상에 설치되어 냉각수의 공급 여부를 확인하여 온/오프 신호를 발생하기 위한 유량스위치(55); 상기 전자변(44)과 상기 안전변(45)의 후단에서 상기 냉각수 배수라인(40) 상에 설치되어 냉각수의 역류를 방지하기 위한 냉각수 배수 체크밸브(47); 상기 보조탱크(300)와 상기 금형(10) 사이의 매체 회수라인(30) 상에 설치되어 매체가 금형(10)으로 역류되지 않도록 하는 매체 회수 체크밸브(32); 상기 히터탱크(100)의 온도센서(102), 상기 보조탱크(300)의 온도센서(304)와 수위센서(302), 상기 금형(10)의 온도센서(12)를 입력으로, 상기 히터(101), 전자변(44), 매체순환용 펌프(200)의 온/오프 및 동작을 제어하기 위한 제어부; 상기 히터탱크(100)의 저부에서 상기 냉각수 배수라인(40)에 연결되는 스케일제거라인, 및 상기 스케일 제거라인 상에 설치되는 스케일제거밸브(603); 상기 보조탱크(300)에 설치되어 상기 히터탱크(100)와 상기 보조탱크(300)의 매체의 유량을 점검하여 저수위시 저수위경보를 발하기 위한 수위센서(302) - 상기 히터탱크(100)와 상기 보조탱크(300)는 용기의 상면이 동일 높이로 형성되고 용기의 하면은 상기 보조탱크(300)가 상기 히터탱크(100)보다 높게 형성됨;를 포함하고,
중온제어 일반모드에서는 상기 냉각수 공급용 가압펌프(400)가 동작하지 않고 냉수 제어에 따른 매체순환용 펌프(200)의 동작으로 상기 냉각수 입수라인(50)으로 자연적 냉각수의 유입이 이루어지도록 동작하고, 고온제어 모드에서는 상기 냉각수 공급용 가압펌프(400)가 항시 가동하고, 나비 밸브(404)에 의하여 순환수의 양을 조절하여 고온제어를 위한 냉각수의 공급 압력이 유지되도록 동작하고,
스케일 제거 과정에서는 스케일제거밸브(603)를 개방하고 매체순환용 펌프(200)를 작동하여 히터탱크(100)의 내부에 누적된 스케일이 냉각수 배수라인(40)을 따라 냉각탑으로 배출될 수 있도록 동작한다.
또한, 본 발명은 상기 공급라인(20)에서 분기되어 형성된 공기 유입라인 상에 설치된 공기 입수용 볼밸브(601); 상기 히터탱크(100)와 상기 공급라인(20)의 상기 공기 유입라인의 분기 노드 사이에 설치된 매체 공급 차단용 볼밸브(501); 상기 매체 회수 체크밸브(32)와 상기 금형(10) 사이에 설치된 상기 보조탱크(300)와 매체 회수 차단용 볼밸브(502); 및 상기 냉각수 배수 체크밸브(47)의 후단의 상기 냉각수 배수라인(40)과 상기 매체 회수 체크밸브(32)의 후단의 상기 매체 회수라인(30) 사이를 연결하는 중간 연결라인 상에 설치된 중간 연결용 볼밸브(507);를 더 포함하여, 금형 교환시 공기 입수용 볼밸브(601)를 개방하고, 상기 매체 공급 차단용 볼밸브(501)와 상기 매체 회수 차단용 볼밸브(502)를 차단하여 상기 공기 유입라인을 통하여 압축 공기를 불어넣어 상기 금형 내에 잔류하는 매체를 상기 냉각수 배수라인(40)을 통하여 강제로 배출시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 히터탱크(100)는 단면이 원형인 원통으로 구성되고, 상기 히터탱크(100)의 상기 매체순환용 펌프(200)로부터의 매체 입수로(110)는 서로 대응하여 배치된 2 이상의 분기 입수로(110a, 110b)를 포함하고, 상기 분기 입수로(110a, 110b)는 상기 히터탱크(100)의 중심에서 벗어난 위치로 향하도록 배향되어 물줄기의 회전을 일으키고, 각각의 분기 입수로는 모두 동일한 방향의 회전 물줄기를 발생하도록 배향되어 상기 스케일 제거 과정에서 상기 히터탱크(100) 내부의 스케일이 회전 물줄기의 영향으로 더 효과적으로 제거되도록 구성될 수 있다.
이와 같은 본 발명의 고온제어 및 스케일 자동 제거기능을 포함하는 금형 자동 온도조절장치에 의하면, 시동과정에서 저수위 점검이 자동으로 이루어져 히터와 펌프의 씰을 보호하고, 다음으로 배관과 호스에 차 있는 공기를 자동으로 배출시키는 과정이 2단계로 이루어져 히터탱크의 열원이 금형으로 전달되는 효율을 극대화할 수 있고, 오랜 사용으로 히터탱크 내에 누적되는 스케일을 정기적으로 간편하게 해소할 수 있으며, 통상의 중온 제어 이외에 120도 이상의 고온제어가 필요한 사출제품의 성형시에도 고온제어에 의하여 순환라인에 가해지는 고압의 매체에 불구하고 외부에서 강제로 펌프에 의하여 냉각수를 유입시켜 매체의 부족을 해결할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 고온제어 및 스케일 자동 제거기능을 포함하는 금형 자동 온도조절장치의 전체 구성도로서, 순환라인을 굵은 선으로 표현한 통상의 온수제어에서 동작할 때의 모습이다.
도 2는 본 발명이 냉각수 유입라인과 냉각수 배수라인을 굵은 선으로 표현한 통상의 냉수제어에서 동작할 때의 모습이다.
도 3은 본 발명이 고온제어 모드에서 동작할 때의 모습으로서, 냉각수 공급용 가압펌프와 나비 밸브를 포함하는 우회라인이 굵은 선으로 표현되어 있다.
도 4는 본 발명이 스케일 제거 과정을 거칠 때의 모습으로서, 히터탱크의 하단으로 매체가 빠져나와 냉각탑으로 배출되는 경로가 굵은 선으로 표현되어 있다.
도 5는 본 발명이 금형교체를 위한 잔수 제거과정을 거칠 때의 모습으로서, 외부에서 압축공기가 유입되어 금형 내의 잔수를 밀어 냉각탑으로 배출시키는 과정이 나타난다.
도 6은 본 발명의 스케일 제거를 효과적으로 수행하기 위하여 히터탱크에 분기입수로를 특별한 배향으로 형성하여 히터탱크 내에 회전류를 발생시키는 모습을 나타내는 도면이다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 고온제어 및 스케일 자동 제거기능을 포함하는 금형 자동 온도조절장치의 전체 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명은 히터탱크(100), 매체순환용 펌프(200), 보조탱크(300), 및 제어부(도시되지 않음)를 포함하여 구성된다.
상기 히터탱크(100)는 금형(10)과의 사이에 공급라인(20)과 회수라인(30)으로 연결되고, 상기 공급라인(20)과 회수라인(30)을 통하여 순환되는 매체를 저장하고 상기 매체의 온도를 높이기 위한 히터(101)를 포함한다.
상기 매체순환용 펌프(200)는 상기 히터탱크(100)와 상기 금형(10) 사이의 회수라인(30) 상에 설치되어 매체의 순환을 강제한다.
상기 보조탱크(300)는 상기 매체순환용 펌프(200)와 상기 금형(10) 사이에 설치되어 히터탱크(100)의 매체의 양을 보충한다.
이와 같은 히터탱크(100)와 매체순환용 펌프(200)의 P.I.D 제어 방식에 의한 온/오프 동작에 의하여 순환라인의 매체의 온도를 사출을 위하여 원하는 온도로 유지시키는 과정이 온수제어 과정이고, 온수제어 과정은 순환라인의 매체의 온도가 일정 온도 이하로 낮아지기까지 지속적으로 수행된다.
도 2는 본 발명이 냉각수 유입라인과 냉각수 배수라인을 굵은 선으로 표현한 통상의 냉수제어에서 동작할 때의 모습이다. 본 발명은 상기 온수제어 과정과 별도로 냉수제어 과정을 수행하기 위하여, 전자변(44), 및 냉각수 입수 체크밸브(52)를 더 포함하여 구성된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 냉수제어 과정은 히터(101)가 오프되고 냉각수의 온/오프 공급에 의하여 순환라인의 매체의 온도를 제어하는 과정이다.
상기 전자변(44)은 상기 히터탱크(100) 및 상기 보조탱크(300)와 냉각탑과의 사이에 형성된 냉각수 배수라인(40) 상에 설치되고, 상기 냉각수 입수 체크밸브(52)는 상기 보조탱크(300)와 냉각탑과의 사이에 형성된 냉각수 입수라인(50)에 연결되고 상기 전자변(44) 또는 상기 안전변(45)이 동작할 때에 냉각수가 입수되도록 동작한다.
본 발명은 또한 상기 전자변(44)에 병렬로 연결되고, 상기 냉각수 배수라인(40) 상의 매체의 압력이 설정된 압력 이상일 때에 동작하는 안전변(45)을 더 포함할 수 있다. 도면에서 냉각수 배수라인(40) 상에 압력계(42)를 설치하여 실시간으로 압력이 측정되고 이에 따라 안전변(45)이 자동으로 동작하여 순환라인의 스팀을 냉각탑으로 배출할 수 있도록 한다. 안전변(45)이 작동하여 내부 압력이 낮아져 냉각수 입수 체크밸브(52)가 열려 냉각수가 유입되어 진다.
도 3은 본 발명이 고온제어 모드에서 동작할 때의 모습으로서, 냉각수 공급용 가압펌프와 나비 밸브를 포함하는 우회라인이 굵은 선으로 표현되어 있다. 도 3을 참조하면, 본 발명은 또한 금형의 고온제어를 위하여 냉각수 공급용 가압펌프(400)와 이에 부속하는 나비 밸브(404)를 포함하여 구성된다.
상기 냉각수 공급용 가압펌프(400)는 상기 보조탱크(300)와 상기 냉각수 배수라인(40) 및 상기 냉각수 입수라인(50)에 연결되어 금형의 고온제어를 위하여 상기 냉각수 입수라인(50)을 통하여 냉각수를 상기 보조탱크(300)로 강제로 유입시키기 위한 펌프로서, 상기 보조탱크(300)로 공급되는 냉각수의 압력이 금형의 고온제어를 위한 기준 압력 이상의 정상 운전상태에서는 냉각수가 상기 냉각수 입수라인(50)과 상기 냉각수 배수라인(40)을 순환하도록 동작하고, 기준 압력 이하에서는 상기 냉각수 입수라인(50)을 통하여 상기 보조탱크(300)로 냉각수가 유입되는 방식으로 금형의 고온제어 동작시에는 지속적으로 동작하도록 구성된다.
상기 나비 밸브(404)는 상기 냉각수 공급용 가압펌프(400)의 후단에서 상기 냉각수 배수라인(40)으로 우회하는 우회라인(44) 상에 설치되어 상기 냉각수 공급용 가압펌프(400)의 순환수의 양을 조절하여 상기 보조탱크(300)로 공급되는 냉각수의 압력을 상기 금형의 고온제어를 위한 기준 압력 이상으로 유지시킬 수 있다.
일반적인 중온으로 제어되는 과정에서는 상기 냉각수 공급용 가압펌프(400)가 동작하지 않고 냉수 제어에 따른 매체순환용 펌프(200)의 동작으로 상기 냉각수 입수라인(50)으로 자연적 냉각수의 유입이 이루어지도록 동작하는데, 본 발명의 120℃ 이상의 고온제어 모드에서는 상기 냉각수 공급용 가압펌프(400)가 항시 가동하고, 나비 밸브(404)에 의하여 순환수의 양을 조절하여 고온제어를 위한 냉각수의 공급 압력이 유지되도록 동작한다.
즉, 고온제어의 정상 운전시에 냉각수 공급용 가압펌프(400)는 정지하지 않고 항상 냉각수를 기준 압력으로 공급할 수 있도록 도 3에 굵은 선으로 표현된 냉각수 순환 경로를 따라 충분한 기준 압력으로 계속하여 순환하고 있다가 매체의 순환라인의 히터탱크(100)와 보조탱크(300)에 물부족이 발생하면 즉시 순환되고 있던 냉각수를 기준 압력으로 공급할 수 있게 된다. 여기에서의 기준 압력은 통상 5kg/cm2 이상이다.
본 발명은 또한, 상기 냉각수 공급용 가압펌프(400)의 후단에서 상기 냉각수 입수라인(50) 상에 설치되어 냉각수의 공급 여부를 확인하여 온/오프 신호를 발생하기 위한 유량스위치(55)를 더 포함할 수 있다. 유량스위치(55)에 의하여 냉각수 공급이 되지 않을 때에 즉시 펌프(200)의 작동을 중지시킬 수 있으므로 펌프 씰의 고장이 발생하지 않고, 순환라인에 냉각수의 공급이 되지 않을 때에 경보 신호를 발생할 수 있으므로 물부족 상태에서의 작동을 원천적으로 방지할 수 있다.
본 발명은 또한, 전자변(44)과 상기 안전변(45)의 후단에서 상기 냉각수 배수라인(40) 상에 설치되어 냉각수의 역류를 방지하기 위한 냉각수 배수 체크밸브(47)를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 보조탱크(300)와 상기 금형(10) 사이의 매체 회수라인(30) 상에 설치되어 매체가 금형(10)으로 역류되지 않도록 하는 매체 회수 체크밸브(32)를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 히터탱크(100)의 온도센서(102), 상기 보조탱크(300)의 온도센서(304)와 수위센서(302), 상기 금형(10)의 온도센서(12)를 입력으로, 상기 히터(101), 전자변(44), 매체순환용 펌프(200)의 온/오프 및 동작을 제어하기 위한 제어부를 포함한다.
도 4는 본 발명이 스케일 제거 과정을 거칠 때의 모습으로서, 히터탱크의 하단으로 매체가 빠져나와 냉각탑으로 배출되는 경로가 굵은 선으로 표현되어 있다. 도 4를 참조하면, 본 발명은 히터탱크(100)의 저부에서 상기 냉각수 배수라인(40)에 연결되는 스케일제거라인, 및 상기 스케일 제거라인 상에 설치되는 스케일제거밸브(603), 상기 보조탱크(300)에 설치되어 상기 히터탱크(100)와 상기 보조탱크(300)의 매체의 유량을 점검하여 저수위시 저수위경보를 발하기 위한 수위센서(302)를 더 포함하여 구성된다. 여기에서 히터탱크(100)와 상기 보조탱크(300)는 용기의 상면이 동일 높이로 형성되고 용기의 하면은 상기 보조탱크(300)가 상기 히터탱크(100)보다 높게 형성된다.
스케일 제거 과정에서는 스케일제거밸브(603)를 개방하고 매체순환용 펌프(200)를 작동하여 히터탱크(100)의 내부에 누적된 스케일이 냉각수 배수라인(40)을 따라 냉각탑으로 배출될 수 있도록 동작한다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 새롭게 제안하는 기술로서 상기 히터탱크(100)는 단면이 원형인 원통으로 구성되고, 상기 히터탱크(100)의 상기 매체순환용 펌프(200)로부터의 매체 입수로(110)는 서로 대응하여 배치된 2 이상의 분기 입수로(110a, 110b)를 포함하고, 상기 분기 입수로(110a, 110b)는 상기 히터탱크(100)의 중심에서 벗어난 위치로 향하도록 배향되어 물줄기의 회전을 일으키고, 각각의 분기 입수로는 모두 동일한 방향의 회전 물줄기를 발생하도록 배향되어 상기 스케일 제거 과정에서 상기 히터탱크(100) 내부의 스케일이 회전 물줄기의 영향으로 더 효과적으로 제거될 수 있다. 도면에서 매체순환용 펌프(200)에 연결된 매체 입수로(110)가 서로 대응하도록 배치된 분기 입수로(110a, 110b)로 분기되어 히터탱크(100)에 서로 다른 방향에서 유입되도록 배치되어 있고, 냉각수의 유입 방향도 도 6(b)의 평면 구성도에 도시된 바와 같이, 히터탱크(100)의 중심부에서 벗어난 외주면을 따라 회전하면서 유입되도록 배치되어 있음을 알 수 있다.
도면에서 복수로 형성된 분기 입수로는 모두 동일 평면상에 설치하였으나, 히터탱크(100)의 하부에서 서로 다른 높이에 설치하여 히터탱크(100)의 넓은 영역으로 회전류가 형성되도록 하여 스케일을 제거하도록 하는 것도 바람직하다.
이와 같은 기술은 새로운 동력이나 장치의 추가 없이 단순히 매체 입수로의 형태를 바꾸는 것으로서 동일하게 공급되는 냉각수의 압력으로 더 큰 스케일 제거 효과를 발휘할 수 있는 진보된 기술이다.
도 5는 본 발명이 금형교체를 위한 잔수 제거과정을 거칠 때의 모습으로서, 외부에서 압축공기가 유입되어 금형 내의 잔수를 밀어 냉각탑으로 배출시키는 과정이 나타난다.
또한, 본 발명은 상기 공급라인(20)에서 분기되어 형성된 공기 유입라인 상에 설치된 공기 입수용 볼밸브(601); 상기 히터탱크(100)와 상기 공급라인(20)의 상기 공기 유입라인의 분기 노드 사이에 설치된 매체 공급 차단용 볼밸브(501); 상기 매체 회수 체크밸브(32)와 상기 금형(10) 사이에 설치된 상기 보조탱크(300)와 매체 회수 차단용 볼밸브(502); 및 상기 냉각수 배수 체크밸브(47)의 후단의 상기 냉각수 배수라인(40)과 상기 매체 회수 체크밸브(32)의 후단의 상기 매체 회수라인(30) 사이를 연결하는 중간 연결라인 상에 설치된 중간 연결용 볼밸브(507);를 더 포함하여, 금형 교환시 공기 입수용 볼밸브(601)를 개방하고, 상기 매체 공급 차단용 볼밸브(501)와 상기 매체 회수 차단용 볼밸브(502)를 차단하여 상기 공기 유입라인을 통하여 압축 공기를 불어넣어 상기 금형 내에 잔류하는 매체를 상기 냉각수 배수라인(40)을 통하여 강제로 배출시킬 수 있다.
구체적인 구성에 있어서, 본 발명은 제어부를 구성하는 PCB보드를 포함하고, PCB보드에 전원을 공급 제어하기 위한 전기패널, 및 PCB보드에 연결되어 입출력을 담당하는 디스플레이보드를 포함하여 구성될 수 있다. PCB보드는 가열히터, 매체순환용 펌프, 전자변에 연결되어 이들의 온/오프를 제어하고, 온도센서와 수위센서에 연결되어 제어변수로서의 온도값과 수위값을 입력받는다.
또한, 프로그램입력부를 포함하여 PCB보드의 메모리에 제어부의 동작을 위한 프로그램이나 동작변수를 입력받을 수 있도록 구성된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 작동 순서를 시동과정에서부터 자세하게 설명한다.
1. 3상 동력전원의 상(Phase) 점검 과정
본 발명의 작동은 장치의 전기패널 상에 설치된 주된 누전차단기(ELB, Electronic Leak Break)의 동작으로 개시된다.
펌프 구동용으로 3상(phase) 동력 R S T 상을 사용하는데, 메인보드에서 상 이상 여부를 점검하여, 동력 전원 3상 정상의 경우 메인보드 정상 LED(예로서, 녹색등)를 점등하고, 3상 이상의 경우 역상 LED(예로서, 적색등)를 점등함과 동시에 디스플레이보드의 역상 경보 LED(예로서, 적색등)를 점등한다. 이때 디스플레이보드 운전 버튼(운전/정지)는 눌러도 작동되지 않는다.
역상 확인 후 전기패널의 주된 누전차단기에 결선된 3상 R S T 상 중에서 S상과 T상 결선을 바꾸어 주면 역상 경보 LED(예로서, 적색등)이 소등되고, 디스플레이보드의 운전버튼(운전/정지)을 누르면 작동된다.
2. 디스플레이보드 상의 운전버튼에 의한 장치의 시동
(1) 저수위 자동 점검 과정
디스플레이보드 상의 운전버튼(운전/정지)을 누르면 보조탱크(300)에 있는 수위센서(302)가 보조탱크(300)와 히터탱크(100)의 냉각수 유량을 점검하고, 만충시 메인보드 정상 LED(예로서, 녹색등)를 점등하고, 저수위시 메인보드 정상 LED를 소등하고, 디스플레이보드의 저수위경보 LED(예로서, 적색등)를 점등한다. 저수위 경보시 전자변(44)이 작동하고 냉각수 입수 체크밸브(52)가 자동으로 열려서 냉각탑으로부터 냉각수가 공급된다. 이때 디스플레이보드의 운전측 냉각 LED(예로서, 녹색등)가 점등된다.
만충시까지 보조탱크(300) 및 히터탱크(100)에 냉각수가 공급되고, 만충이 되면 저수위경보가 해제되고 디스플레이보드의 저수위경보 LED가 소등된다.
이러한 저수위 자동 점검 과정에 의하여 히터와 펌프씰을 보호하고, 장치가정상 동작하여 원하는 사출품이 제조될 수 있도록 한다.
(2) 자동 공기 배출 및 청소 과정
이 과정은 2 단계로 구성되는데, 1차로 디스플레이보드의 운전측 냉각 LED(예로서, 녹색등)가 설정된 시간(예로서, 15초) 동안 점등되고 전자변(44)이 작동한다. 이때 순환라인의 압력이 낮아지면서 냉각수 입수 체크밸브(52)가 자동으로 열리고 냉각탑으로부터 냉각수가 보조탱크(300)로 유입되어 순환라인에 걸쳐 있는 배관, 펌프, 탱크에 생성되어 존재하는 공기를 냉각탑으로 자동배출한다(에어빼기 기능).
2차로 디스플레이보드의 운전측 냉각 LED(예로서, 녹색등)와 순환 LED를 설정된 시간(예로서, 15초) 동안 점등하고, 전자변(44)과 매체순환용 펌프(200)를 작동하는데, 1차와 동일하게 냉각수 입수 체크밸브(52)가 자동으로 열리고 냉각탑으로부터 냉각수가 보조탱크(300)로 유입되어 금형(10)과 호스, 배관에 발생하여 존재하는 공기를 전자변(44)을 통하여 냉각탑으로 배출한다.
이와 같은 과정에 의하여 순환라인에 존재하는 공기를 완전히 배출하면 운전 중에 장치와 금형 사이의 냉각수 순환이 원활해지고 장치의 내구성이 향상된다.
(3) 금형온도제어과정
자동 공기 배출 및 청소 과정이 끝나면 사출을 위한 금형 온도제어 과정이 개시되는데, 히터탱크의 히터 및/또는 펌프의 온/오프 동작에 의하여 금형의 온도를 설정된 온도로 유지하기 위한 온수 제어 과정과, 히터탱크의 히터를 오프시키고 냉각수의 순환 및 펌프의 온/오프 동작에 의하여 금형의 온도를 설정된 온도로 유지하기 위한 냉수 제어 과정이 선택적으로 운용된다.
(3-1) 온수제어 과정
디스플레이보드의 운전측 가열 LED와 순환 LED가 점등되며, 히터탱크(100)의 히터(101)와 매체순환용 펌프(200)가 작동한다.
디스플레이보드의 금형출수온도(보조탱크(300)에 있는 온도센서(304)에 의하여 측정된 온도) 또는 금형온도(금형(10)의 내부에 설치된 온도센서(12)에 의하여 측정된 온도)의 PV온도값이 SV온도값의 하한설정값에 도달하면 히터(101)는 정지하고 매체순환용 펌프(200)만 작동한다. 이때 디스플레이보드의 운전측 가열 LED는 소등되고, 순환 LED만 점등된다.
PV온도값이 SV온도값의 상하한설정값 이내에서 상승하다가 상승최고점에서 0.3℃ 떨어지는 시점부터 온수제어로 선택되어지면서 매체순환용 펌프(200)는 연속으로 계속 작동하고, 매체순환용 펌프(200)만이 온/오프 정밀제어로 작동한다. 이때 디스플레이보드의 운전측 순환 LED가 점등되고, 가열 LED가 점등과 소등을 반복한다.
온수제어 과정에서 매체순환용 펌프(200)가 계속하여 작동하고 있는 상태에서 히터(101)는 PV온도값을 SV온도값과 비교 학습하면서 나온 결과에 따라서 온/오프 시간을 자동으로 변화시키고 PV온도값이 SV온도값과 일치하도록 정밀 자동제어한다. 이때 디스플레이보드의 운전측 순환 LED가 점등되고, 가열 LED는 점등/소등을 반복한다.
온수제어 과정에서 기계 내부의 압력(순환라인의 매체의 압력)이 기준압력(예로서, 압력계()에서 측정되는 8 ~ 9kg/cm2을 초과하면 안전변(45)이 작동하여 스팀을 냉각탑으로 미세하게 배출한다. 안전변(45)이 작동하면 기계 내부 압력이 떨어지면서 냉각수 입수 체크밸브(52)가 미세하게 열리고 냉각탑으로부터 냉각수가 보조탱크(300)로 미세하게 유입되어 정밀한 온수제어가 수행된다.
온수제어 중에 PV온도값이 SV온도값의 하한설정값 이하가 되면 히터(101)는 계속하여 동작하고 하한설정값 이상부터 SV온도값 +0.1 ~ 0.5℃까지 온/오프 정밀제어 과정이 수행된다. 이때 디스플레이보드의 운전측 순환 LED가 점등되고, 가열 LED가 점등/소등을 반복한다.
온수제어 중에 SV온도값의 하한설정값 이상에서 히터(101)가 온/오프 제어되고 있는 중에 PV온도값이 SV온도값까지 도달하지 않고 온도차가 많이 나는 낮은 온도로 제어되고 있으면, 이때에는 히터(101)를 온 상태로 하여 PV온도값이 SV온도값까지 동일한 온도값이 되도록 강제로 PV온도값을 상승시키면서 온도 차이를 최소화하면서 정밀제어 작동한다.
온수제어중에 PV온도값이 SV온도값의 상한설정값을 초과하면 전자변(44)이 작동하고 냉각수 입수 체크밸브(52)가 자동으로 열려서 냉각수가 냉각탑으로부터 보조탱크(300)로 유입되어 PV온도값을 정밀 자동제어한다. 이때 디스플레이보드의 운전측 순환 LED와 냉각 LED가 점등된다.
온수제어 중에 PV온도값이 SV온도값의 상한설정값을 벗어나는 경우가 2-3회 반복해서 발생하면 이때는 금형의 열량이 높은 상태로 금형을 냉각시켜야 하는 상황이므로 자동으로 냉수제어로 전환되어 제어된다.
(3-2) 냉수제어 과정
디스플레이보드의 운전측 가열 LED와 순환 LED가 점등되고, 히터탱크(100)에 있는 히터(101)와 매체순환용 펌프(200)가 작동한다.
디스플레이보드의 금형출수온도(보조탱크(300)에 포함된 온도센서(304)가 가리키는 온도) 또는 금형온도(금형(10)에 설치된 온도센서(12)가 가리키는 온도)의 PV온도값이 SV온도값의 하한설정값에 도달하면 히터(101)는 정지하고 펌프(200)만 작동한다. 이때 디스플레이보드의 운전측 가열 LED가 소등되고, 순환 LED가 점등된다.
PV온도값이 SV온도값보다 4.0℃ 이상이 되면 그 시점부터 냉수제어로 선택되어 펌프(200)는 연속적으로 계속하여 동작하고, 전자변(44)은 SV온도값의 상한설정값까지 계속하여 작동하다가 상한설정값 이하부터 온/오프 자동제어된다. 이때 디스플레이보드의 운전측 순환 LED는 점등되고, 냉각 LED는 점등/소등을 반복한다.
냉수 제어 과정에서 펌프(200)는 계속하여 작동하고 전자변(44)은 PV온도값과 SV온도값을 비교 학습하면서 나온 결과에 따라 온/오프를 자동으로 변화시키면서 PV온도값이 SV온도값에 일치하도록 정밀 제어한다. 이때 디스플레이보드의 운전측 순환 LED는 점등하고, 냉각 LED는 점등/소등을 반복한다.
금형출수온도제어의 경우에는 SV온도값에서 + 1.3℃까지는 전자변(44)이 온/오프 작동하고 + 1.4℃부터는 전자변(44)이 온 상태로 작동된다.
금형온도제어의 경우에는 SV온도값에서 상한설정온도까지는 전자변(44)이 온/오프 작동하고 상한설정온도값 이상부터는 전자변(44)이 온 상태로 작동한다.
냉수제어중 히터(101)의 작동은 PV온도값이 SV온도값의 하한설정값 이하일 때에 온 작동하고 SV온도값부터 하한설정값 이내에서는 작동하지 않는다.
냉수제어 중 PV온도값이 SV온도값의 하한설정값을 벗어나는 경우가 2-3회 반복하여 발생하면 이때는 금형의 열량이 부족한 상태로서 금형을 가열시켜야 하는 상황이므로 자동으로 온수제어로 전환되어진다.
이상 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어나지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형실시가 가능하다. 또한, 첨부된 도면으로부터 용이하게 유추할 수 있는 사항은 상세한 설명에 기재되어 있지 않더라도 본 발명의 내용에 포함되는 것으로 보아야 할 것이며, 다양한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

Claims (3)

  1. 금형(10)과의 사이에 공급라인(20)과 회수라인(30)으로 연결되고, 상기 공급라인(20)과 회수라인(30)을 통하여 순환되는 매체를 저장하고 상기 매체의 온도를 높이기 위한 히터(101)를 포함하는 히터탱크(100);
    상기 히터탱크(100)와 상기 금형(10) 사이의 회수라인(30) 상에 설치되어 매체의 순환을 강제하는 매체순환용 펌프(200);
    상기 매체순환용 펌프(200)와 상기 금형(10) 사이에 설치되어 히터탱크(100)의 매체의 양을 보충하기 위한 보조탱크(300);
    상기 히터탱크(100) 및 상기 보조탱크(300)와 냉각탑과의 사이에 형성된 냉각수 배수라인(40) 상에 설치된 전자변(44);
    상기 전자변(44)에 병렬로 연결되고, 상기 냉각수 배수라인(40) 상의 매체의 압력이 설정된 압력 이상일 때에 동작하는 안전변(45);
    상기 보조탱크(300)와 냉각탑과의 사이에 형성된 냉각수 입수라인(50)에 연결되고 상기 전자변(44) 또는 상기 안전변(45)이 동작할 때에 냉각수가 입수되도록 동작하는 냉각수 입수 체크밸브(52);
    상기 보조탱크(300)와 상기 냉각수 배수라인(40) 및 상기 냉각수 입수라인(50)에 연결되어 금형의 고온제어를 위하여 상기 냉각수 입수라인(50)을 통하여 냉각수를 상기 보조탱크(300)로 강제로 유입시키기 위한 냉각수 공급용 가압펌프(400)로서, 상기 보조탱크(300)로 공급되는 냉각수의 압력이 금형의 고온제어를 위한 기준 압력 이상의 정상 운전상태에서는 냉각수가 상기 냉각수 입수라인(50)과 상기 냉각수 배수라인(40)을 순환하도록 동작하고, 기준 압력 이하에서는 상기 냉각수 입수라인(50)을 통하여 상기 보조탱크(300)로 냉각수가 유입되는 방식으로 금형의 고온제어 동작시에는 지속적으로 동작하도록 구성되는 냉각수 공급용 가압펌프(400);
    상기 냉각수 공급용 가압펌프(400)의 후단에서 상기 냉각수 배수라인(40)으로 우회하는 우회라인(44) 상에 설치되어 상기 냉각수 공급용 가압펌프(400)의 순환수의 양을 조절하여 상기 보조탱크(300)로 공급되는 냉각수의 압력을 상기 금형의 고온제어를 위한 기준 압력 이상으로 유지시키기 위한 나비 밸브(404);
    상기 냉각수 공급용 가압펌프(400)의 후단에서 상기 냉각수 입수라인(50) 상에 설치되어 냉각수의 공급 여부를 확인하여 온/오프 신호를 발생하기 위한 유량스위치(55);
    상기 전자변(44)과 상기 안전변(45)의 후단에서 상기 냉각수 배수라인(40) 상에 설치되어 냉각수의 역류를 방지하기 위한 냉각수 배수 체크밸브(47);
    상기 보조탱크(300)와 상기 금형(10) 사이의 매체 회수라인(30) 상에 설치되어 매체가 금형(10)으로 역류되지 않도록 하는 매체 회수 체크밸브(32);
    상기 히터탱크(100)의 온도센서(102), 상기 보조탱크(300)의 온도센서(304)와 수위센서(302), 상기 금형(10)의 온도센서(12)를 입력으로, 상기 히터(101), 전자변(44), 매체순환용 펌프(200)의 온/오프 및 동작을 제어하기 위한 제어부;
    상기 히터탱크(100)의 저부에서 상기 냉각수 배수라인(40)에 연결되는 스케일제거라인, 및 상기 스케일 제거라인 상에 설치되는 스케일제거밸브(603);
    상기 보조탱크(300)에 설치되어 상기 히터탱크(100)와 상기 보조탱크(300)의 매체의 유량을 점검하여 저수위시 저수위경보를 발하기 위한 수위센서(302) - 상기 히터탱크(100)와 상기 보조탱크(300)는 용기의 상면이 동일 높이로 형성되고 용기의 하면은 상기 보조탱크(300)가 상기 히터탱크(100)보다 높게 형성됨;
    를 포함하고,
    중온제어 일반모드에서는 상기 냉각수 공급용 가압펌프(400)가 동작하지 않고 냉수 제어에 따른 매체순환용 펌프(200)의 동작으로 상기 냉각수 입수라인(50)으로 자연적 냉각수의 유입이 이루어지도록 동작하고, 고온제어 모드에서는 상기 냉각수 공급용 가압펌프(400)가 항시 가동하고, 나비 밸브(404)에 의하여 순환수의 양을 조절하여 고온제어를 위한 냉각수의 공급 압력이 유지되도록 동작하고,
    스케일 제거 과정에서는 스케일제거밸브(603)를 개방하고 매체순환용 펌프(200)를 작동하여 히터탱크(100)의 내부에 누적된 스케일이 냉각수 배수라인(40)을 따라 냉각탑으로 배출될 수 있도록 동작하고,
    상기 공급라인(20)에서 분기되어 형성된 공기 유입라인 상에 설치된 공기 입수용 볼밸브(601);
    상기 히터탱크(100)와 상기 공급라인(20)의 상기 공기 유입라인의 분기 노드 사이에 설치된 매체 공급 차단용 볼밸브(501);
    상기 매체 회수 체크밸브(32)와 상기 금형(10) 사이에 설치된 상기 보조탱크(300)와 매체 회수 차단용 볼밸브(502); 및
    상기 냉각수 배수 체크밸브(47)의 후단의 상기 냉각수 배수라인(40)과 상기 매체 회수 체크밸브(32)의 후단의 상기 매체 회수라인(30) 사이를 연결하는 중간 연결라인 상에 설치된 중간 연결용 볼밸브(507);
    를 더 포함하여, 금형 교환시 공기 입수용 볼밸브(601)를 개방하고, 상기 매체 공급 차단용 볼밸브(501)와 상기 매체 회수 차단용 볼밸브(502)를 차단하여 상기 공기 유입라인을 통하여 압축 공기를 불어넣어 상기 금형 내에 잔류하는 매체를 상기 냉각수 배수라인(40)을 통하여 강제로 배출시키는 것을 특징으로 하는 고온제어 및 스케일 자동 제거기능을 포함하는 금형 자동 온도조절장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 히터탱크(100)는 단면이 원형인 원통으로 구성되고,
    상기 히터탱크(100)의 상기 매체순환용 펌프(200)로부터의 매체 입수로(110)는 서로 대응하여 배치된 2 이상의 분기 입수로(110a, 110b)를 포함하고,
    상기 분기 입수로(110a, 110b)는 상기 히터탱크(100)의 중심에서 벗어난 위치로 향하도록 배향되어 물줄기의 회전을 일으키고, 각각의 분기 입수로는 모두 동일한 방향의 회전 물줄기를 발생하도록 배향되어 상기 스케일 제거 과정에서 상기 히터탱크(100) 내부의 스케일이 회전 물줄기의 영향으로 더 효과적으로 제거되도록 구성된 것을 특징으로 하는 고온제어 및 스케일 자동 제거기능을 포함하는 금형 자동 온도조절장치.
  3. 삭제
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