KR101993098B1 - 예열부를 구비한 다이캐스팅 시스템 - Google Patents

예열부를 구비한 다이캐스팅 시스템 Download PDF

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Abstract

예열부를 구비한 다이캐스팅 시스템이 제공된다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 예열부를 구비한 다이캐스팅 시스템은 내부에 금속이 저장되고, 열에너지를 통해 금속을 용융시키는 용융부; 상기 용융부에서 용융된 상기 금속이 주입되는 형틀을 구비하는 다이캐스팅부; 상기 용융부에 인접하게 위치하고, 내부에 상기 금속이 저장되며, 반용융된 상기 금속을 상기 용융부로 전달하는 예열부; 및 상기 용융부 및 상기 예열부와 연결되어, 상기 용융부에서 발생한 열에너지를 상기 예열부로 전달하는 열전달부를 포함할 수 있다.

Description

예열부를 구비한 다이캐스팅 시스템{DIE CASTING SYSTEM HAVING PREHEATING PORTION}
본 발명은 예열부를 구비한 다이캐스팅 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 다이캐스트(Die Cast)는 다이(Die)라고 칭해지는 형틀에 용융 또는 반용융된 금속을 고압으로 밀어내는 금속 성형방식 또는 금속 성형 시스템을 일컫는다.
그러나, 통상적으로 다이캐스팅에 사용되는 금속들은 주석(231.9℃)이나 알루미늄(660.3℃) 등으로, 이러한 금속들의 용융점은 상온(20℃ 내지 30℃)과 비교하면 상당히 높다.
따라서, 상온에 오래 노출된 고형 금속과 고온의 용융 금속 간에는 적어도 200℃ 내지 1000℃ 이상 온도 차이가 발생할 수 있다. 이러한 온도 차이는 고형 금속이 용융로에 투입될 때, 고형 금속이 용융 금속의 열에너지를 빼앗아 용융 금속을 다시 응고시키게 된다.
이로 인해, 응고된 금속을 재용융시키기 위해 추가적인 에너지 투입이 필요하고, 또한 급격한 온도 변화로 인해 금속의 내부 결정 구조에도 악영향을 미치는 경우가 발생하곤 하였다.
또한, 상온에 오래 노출된 고형 금속의 표면에는 공기 중의 습기가 응축되곤 하였다. 특히 온도가 낮은 겨울철에 이러한 현상이 심화되는데, 금속의 표면에 응축된 응축수는 고온의 용융로와 접할 경우, 급격하게 팽창하며 폭발을 일으키는 원인이 되곤 하였다. 따라서, 토치 등의 가열 기구나 건조 챔버 등을 통해 용융로에 투입 전 금속 표면의 응축수를 제거하는 과정이 필수적이였고, 이로 인해 시간, 전력 및 인력을 사용하게 되어 공정상의 손실이 발생하곤 하였다.
본 발명의 일 실시예는 예열부를 구비한 다이캐스팅 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 내부에 금속이 저장되고, 열에너지를 통해 금속을 용융시키는 용융부; 상기 용융부에서 용융된 상기 금속이 주입되는 형틀을 구비하는 다이캐스팅부; 상기 용융부에 인접하게 위치하고, 내부에 상기 금속이 저장되며, 반용융된 상기 금속을 상기 용융부로 전달하는 예열부; 및 상기 용융부 및 상기 예열부와 연결되어, 상기 용융부에서 발생한 열에너지를 상기 예열부로 전달하는 열전달부를 포함하는 예열부를 구비한 다이캐스팅 시스템이 제공된다.
또한, 상기 용융부는 상기 금속이 저장되고, 일측면에 제1 개구가 형성되는 제1 도가니; 상기 제1 도가니의 외측면에 인접하게 위치하여, 상기 제1 도가니의 외측면을 감싸도록 구비되는 용융케이스; 상기 제1 도가니의 외측면에 위치하여, 상기 금속을 가열하여 용융시키는 제1 열원을 포함하되, 상기 용융케이스의 내측면은 상기 제1 도가니의 외측면과 이격되어 위치할 수 있다.
또한, 상기 예열부는 상기 금속이 저장되고 일측면에 제2 개구가 형성되는 제2 도가니; 상기 제2 도가니의 외측면에 인접하게 위치하여, 상기 제2 도가니의 외측면을 감싸도록 구비되는 예열케이스; 및 상기 제2 개구의 상부면에 위치하여, 상기 제2 도가니에 저장된 상기 금속에 빛에너지를 통해 상기 금속을 가열하는 제2 열원을 포함하되, 상기 예열케이스의 내측면은 상기 제2 도가니의 외측면과 이격되어 위치할 수 있다.
또한, 상기 열전달부는 상기 용융부의 상부에 위치하여, 상기 금속이 가열되며 발생하는 폐열을 수집하는 열수집부재; 상기 열수집부재에서 수집된 상기 폐열을 상기 예열부로 전송하는 열전송관; 및 상기 열전송관에서 전송된 상기 폐열을 상기 예열부의 내부에 배출하는 열배출부재를 포함할 수 있다.
상기 열수집부재는, 상기 용융부의 상부면에 위치하고, 내부에 중공부가 형성되며, 상기 중공부에 유체가 충진되는 열수집케이스; 및 상기 열수집케이스의 상기 용융로를 향한 내측면에서 돌출 형성되는 하나 이상의 열수집돌기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 열전송관은 내부에 유체가 충진되는 내부관; 상기 내부관의 내측면에서 돌출 형성되는 복수개의 내부돌기; 상기 내부관의 외측면을 덮도록 구비되는 외부관; 및 상기 외부관의 외측면을 덮도록 구비되어, 내부에서 전송되는 상기 폐열의 유출을 방지하는 단열부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 내부돌기는 상기 내부관의 내측면과 연결된 일단부에서 타단부로 갈수록 폭 방향 단면적이 커질 수 있다.
또한, 상기 열배출부재는, 상기 예열부의 내측면에 위치하고, 내부에 중공부가 형성되며, 상기 중공부에 유체가 충진되는 열배출케이스; 및 상기 열배출케이스의 내측면에서 돌출 형성되는 하나 이상의 열배출돌기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 열배출케이스는 외측면에 빛을 반사하는 반사면이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 예열부를 구비한 다이캐스팅 시스템은 가열 과정에서 발생하는 폐열로 금속을 예열할 수 있어, 용융된 금속이 굳는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다이캐스팅 시스템의 전체 도면이다.
도 2는 도 1에 도시한 용융부 및 예열부를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시한 "A"영역의 확대도이다.
도 4은 도 2에 도시한 "B"영역의 확대도이다.
도 5는 도 2에 도시한 열전송관의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전달부의 작동 상태를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다이캐스팅 시스템의 전체 도면이고, 도 2는 도 1에 도시한 용융부 및 예열부를 나타낸 도면이다.
이때, 도 1에서 보았을 때, 제1 도가니(110)에서 열수집부재(910) 방향을 상방으로 규정하고, 열수집부재(910)에서 제1 도가니(110) 방향을 하방으로 규정하여 설명한다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다이캐스팅 시스템(1)은 용융부(100), 예열부(300), 열전달부(900) 및 다이캐스팅부(700)를 포함할 수 있다.
또한, 도 1 및 도 2를 참고하면, 용융부(100)는 제1 도가니(110), 용융케이스(130) 및 제1 열원(150)을 포함할 수 있다.
제1 도가니(110)는 내부에 용융된 금속인 용융 금속(4)이 저장될 수 있도록 중공부가 형성될 수 있다. 이때, 제1 도가니(110)의 상부에는 용융부 개구(101)가 형성되어, 용융 금속(4)을 인출하거나, 후술할 예열부(300)에서 반용융된 반용융 금속(3)이 투입될 수 있다.
이때, 제1 도가니(110)의 하부에는 제1 지지부재(111)가 형성될 수 있다. 제1 지지부재(111)는 제1 도가니(110)를 하면에서 지지하여, 지면과 제1 도가니(110)가 상호 이격되도록 할 수 있다. 이를 통해, 제1 지지부재(111)는 제1 도가니(110)에서 발생하는 열이 지면으로 바로 유출되는 것을 방지하여 가열 효율을 높일 수 있다.
한편, 제1 도가니(110)는 금속을 용융시키면서 발생하는 열에 변성이나 변형되지 않도록 알루미나(Alumina), 지르코니아(Zirconia) 등의 세라믹 재질로 구성될 수 있다. 내화성이 높은 세라믹 재질로 구성된 제1 도가니(110)는 금속이 용융하면서 발생할 수 있는 열충격이나 고온 등의 상황에서 변성이나 파손을 방지할 수 있다.
한편, 제1 도가니(110)의 외측면에는 제1 열원(150)이 위치할 수 있다. 예를 들어, 제1 열원(150)은 가스 등의 연료를 연소시키며 발생하는 열을 제1 도가니(110)에 직접 조사하는 토치(Torch)일 수 있고, 도 1에 도시한 바와 같이 도전체로 구성된 도선을 제1 도가니(110)의 외측면을 따라 감아 만든 코일(Coil) 형태일 수 있다.
이때, 제1 열원(150)이 코일 형태일 경우, 작업자는 제1 열원(150)에 고주파의 교류 전류를 흐르도록 할 수 있다. 코일 내부를 흐르는 전류는 도선의 전기적 저항에 의해 열을 발생시킬 수 있다. 또는, 제1 열원(150)은 고주파의 전류가 제1 도가니(110)의 내부에 저장된 금속의 표면에 유도 전류를 발생시킬 수 있다. 금속 표면에 흐르는 유도 전류는 금속이 가진 자체적인 저항으로 인해 열을 발생시키게 되고, 이를 통해 금속을 용융 금속(4)으로 용융시킬 수 있다.
한편, 용융케이스(130)는 제1 도가니(110)의 상면을 제외한 외측면을 감싸도록 구비될 수 있다. 이때, 도 2에 도시한 바와 같이, 제1 도가니(110)의 외측면과 용융케이스(130)의 내측면은 소정의 거리를 두고 이격되도록 위치할 수 있다. 이를 통해, 용융케이스(130)는 제1 도가니(110)의 외측면과의 사이에서 제1 단열공간(131)을 형성할 수 있다.
예를 들어, 제1 단열공간(131)은 진공 또는 진공에 가까운 저밀도의 공기만 충진될 수 있다. 이를 통해, 용융케이스(130)는 제1 도가니(110)와의 사이에 제1 단열공간(131)을 형성하여, 제1 도가니(110) 및 제1 도가니(110) 내부에 저장된 용융 금속(4)의 열이 용융케이스(130) 외부로 확산되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2를 참고하면, 용융부(100)와 인접하여 이송부(500)가 위치할 수 있다. 예를 들어, 이송부(500)는 이송암(510) 및 이송래들(530)을 포함할 수 있다.
이송암(510)은 로봇 등의 이송 장치(미도시)와 연결되어, 용융부(100) 및 다이캐스팅부(700)의 상면에서 이동될 수 있다. 또한, 이송부(500)의 단부에는 컵 형상의 이송래들(530)이 형성될 수 있다.
작업자는 이송 장치를 조작하여, 이송암(510)을 용융부(100)의 용융부 개구(101)의 내부로 투입시켜, 단부의 이송래들(530)로 용융 금속(4)의 일부를 떠내 용융 금속(4)을 이송래들(530) 내부에 저장할 수 있다.
이후, 작업자는 이송 장치를 조작하여, 이송암(510)을 상방으로 이송시킨 뒤, 다이캐스팅부(700)로 이송시켜, 이송래들(530)의 내부에 저장된 용융 금속(4)을 다이캐스팅부(700)로 투입시킬 수 있다.
이를 통해, 이송부(500)는 용융부(100)에 저장된 용융 금속(4)을 다이캐스팅부(700)로 전송할 수 있다.
한편, 예열부(300)는 용융부(100)의 상부에서 용융부(100)와 인접하게 위치할 수 있다. 또한, 예열부(300)는 제2 도가니(310), 개폐부재(350) 및 예열케이스(330)를 포함할 수 있다.
제2 도가니(310)는 내부에 용해되기 전 금속인 고형 금속(2)이 저장될 수 있도록 중공부가 형성될 수 있다. 이때, 제2 도가니(310)의 상부에는 예열부 개구(301)가 형성되어, 작업자가 예열부 개구(301)를 통해 고형 금속(2)을 제2 도가니(310) 내부로 투입할 수 있다.
이때, 제2 도가니(310)의 하부에는 제2 지지부재(311)가 형성될 수 있다. 제2 지지부재(311)는 제2 도가니(310)를 하면에서 지지하여, 예열케이스(330)와 제2 도가니(310)가 상호 이격되도록 할 수 있다. 이를 통해, 제2 지지부재(311)는 제2 도가니(310)에서 발생하는 열이 외부로 유출되는 것을 방지하여 예열 효율을 높일 수 있다.
또한, 제2 도가니(310)의 예열부 개구(301)의 일측면에는 개폐부재(350)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 개폐부재(350)는 제2 도가니(310)의 상방 측면에 형성된 힌지부재(353)와 연결될 수 있다. 개폐부재(350)는 힌지부재(353)를 중심축으로 상하방으로 회전하며, 예열부 개구(301)의 개폐 유무를 결정할 수 있다.
이때, 개폐부재(350)는 제2 도가니(310)의 내부 공간과 맞닿는 면에 제2 열원(351)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 열원(351)은 할로겐 히터나 탄소봉 등 열에너지를 복사광의 형태로 발산하는 복사광 히터로 구비될 수 있다.
제2 열원(351)은 제2 도가니(310)의 내부에 저장된 고형 금속(2)에 복사광을 조사하여, 복사광이 가진 에너지를 통해 고형 금속(2)을 고형과 액상이 혼합된 반용융 금속(3)으로 용해시킬 수 있다. 즉, 제2 열원(351)은 고형 금속(2)이 어느 정도의 유동성을 가지도록 반용융시켜, 제2 도가니(310)의 내부에 반용융 금속(3)이 저장되도록 할 수 있다.
이를 위해, 제2 도가니(310)는 금속을 용융시키면서 발생하는 열에 변성이나 변형되지 않도록 알루미나(Alumina), 지르코니아(Zirconia) 등의 세라믹 재질로 구성될 수 있다. 내화성이 높은 세라믹 재질로 구성된 제2 도가니(310)는 금속이 반용융하면서 발생할 수 있는 열충격이나 고온 등의 상황에서 제2 도가니(310)의 변성이나 파손을 방지할 수 있다.
한편, 예열케이스(330)는 제2 도가니(310)의 상면을 제외한 외측면을 감싸도록 구비될 수 있다. 이때, 도 2에 도시한 바와 같이, 제2 도가니(310)의 외측면과 예열케이스(330)의 내측면은 소정의 거리를 두고 이격되도록 위치할 수 있다. 이를 통해, 예열케이스(330)는 제2 도가니(310)의 외측면과의 사이에서 제2 단열공간(331)을 형성할 수 있다.
예를 들어, 제2 단열공간(331)은 진공 또는 진공에 가까운 저밀도의 공기만 충진될 수 있다. 이를 통해, 예열케이스(330)는 제2 도가니(310)와의 사이에 제2 단열공간(331)을 형성하여, 제2 도가니(310) 및 제2 도가니(310) 내부에 저장된 반용융 금속(3)의 열이 예열케이스(330) 외부로 확산되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 예열케이스(330) 및 제2 도가니(310)의 일측면에는 내부에 중공부가 형성된 관재 형상의 배출관(313)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 배출관(313)은 예열케이스(330) 및 제2 도가니(310)의 일측면을 관통하여, 일단부는 제2 도가니(310)의 내측면에 위치하고, 타단부는 용융부 개구(101)의 상부에 위치할 수 있다.
또한, 배출관(313)의 일단부는 타단부보다 상방에 위치하여, 중력을 통해 반용융 금속(3)이 용이하게 배출관(313)을 통과하도록 할 수 있다.
제2 도가니(310)에서 반용융된 반용융 금속(3)은 배출관(313)의 내부를 타고 용융부(100)로 이동할 수 있다. 이때, 배출관(313)은 반용융 금속(3)이 배출관(313) 내부에서 응고되는 것을 방지하기 위해 외측면에 단열재(미도시)가 부착될 수 있지만, 이에 한정하지 않는다.
이를 통해, 예열부(300)는 외부의 외부 동력 공급 없이 반용융 금속(3)을 용융부(100)에 지속적으로 공급할 수 있다.
또한, 배출관(313)은 제2 도가니(310)의 내측면과 연결된 일단부의 위치를 제2 도가니(310)의 하면과 이격되어, 제2 도가니(310)의 상측면에 위치하도록 할 수 있다.
제2 도가니(310)에 투입되는 고형 금속(2)의 크기는 다양할 수 있다. 예를 들어, 바(Bar) 형태의 고형 금속이 투입될 수 있지만, 바가 아닌 작은 크기의 칩(Chip)이나 파우더(Powder) 형태일 수 있다.
이때, 소형 칩 또는 파우더 형태의 고형 금속(2)은 크기가 작아 용융 또는 반용융되지 않더라도 배출관(313)에 의해 배출될 수 있다. 즉, 배출관(313)은 제2 도가니(310)와 연결된 일단부를 제2 도가니의 하부면보다 상방에 위치하도록 하여, 작은 고형 금속(2)들이 배출관(313)을 통해 배출되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 고형 금속(2)과 반용융 금속(3)은 동일 온도라 하더라도 분자의 구조에 차이가 있고, 이에 따라 밀도 차이가 생겨 반용융 금속(3)이 고형 금속(2)의 상부로 부양하게 된다. 이를 통해, 배출관(313)은 고형 금속(2)이 침전된 하부가 아닌, 반용융 금속(3)이 위치한 상부 측면과 연결되어, 반용융 금속(3)만을 선별적으로 용융부에 투입할 수 있다.
이를 통해, 배출관(313)은 제2 도가니(310)의 하부면과 이격된 위치에서 제2 도가니(310)와 연결됨으로써, 반용융 금속(3)만을 선별적으로 용융부(100)에 투입할 수 있다.
도 3은 도 2에 도시한 "A"영역의 확대도이고, 도 4은 도 2에 도시한 "B"영역의 확대도이다.
열전달부(900)는 열수집부재(910), 열배출부재(950) 및 열전송관(930)을 포함할 수 있다.
또한, 도 3을 참고하면, 열수집부재(910)는 열수집케이스(911) 및 열수집돌기(915)를 포함할 수 있다.
열수집케이스(911)는 제1 도가니(110)의 상부면에서 용융부 개구(101)의 외주면을 따라 감싸도록 구비될 수 있다. 또한, 열수집케이스(911)의 내부에는 중공부인 제1 전열공간(913)이 형성될 수 있다. 제1 전열공간(913)의 내부에는 열을 전달하는 액체인 전열액(5)이 소량 충진될 수 있다.
또한, 열수집케이스(911)는 전열성이 크고 용융점이 높은 철(Fe, 1535℃), 타이타늄(Ti, 1660℃), 텅스텐(W, 3422℃) 또는 이들의 합금으로 구성될 수 있다. 이때, 열수집케이스(911)를 구성하는 재질은 용융점이 용융 금속(4)의 용융점보다 높을 수 있다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 용융 금속(4)을 용융시키고 남은 폐열은 대류 현상을 통해 제1 도가니(110)의 상부로 이동하게 된다.
이때, 제1 도가니(110)의 상부에 위치한 열수집케이스(911)는 용융부(100)에서 발생한 폐열을 흡수하고, 전도의 형태로 열수집케이스(911)의 일측에 연결된 열전송관(930)에 전달할 수 있다.
또한, 제1 전열공간(913)에 저장된 전열액(5)은 열수집케이스(911)가 용융부(100)에서 수집한 폐열로 인해 가열되고 기화된다. 기화된 전열액(5)은 대류 현상으로 인해 상승하며 열수집케이스(911)의 상면과 접하게 된다. 열수집케이스(911)의 상면과 접하는 과정에서, 전열액(5)이 가진 열에너지는 열수집케이스(911)로 이동하고, 전열액(5)은 액화되어 액체의 형태로 열수집케이스(911)의 하면으로 떨어지게 된다.
이를 통해, 열수집케이스(911)는 전도 및 상변화 과정으로 열에너지를 용이하게 열전송관(930)으로 전달할 수 있다.
한편, 열수집돌기(915)는 금속 재질로 구성되어, 제1 전열공간(913)의 용융 금속(4) 방향의 내측면, 즉 하부면에서 상방을 향해 돌출 형성될 수 있다.
이때, 열수집돌기(915)는 복수개로 구비되되 복수개의 열수집돌기(915)의 상단부는 제1 전열공간(913)의 상방면과 소정의 거리를 두고 이격되어 위치할 수 있다.
열수집케이스(911)가 용융부(100)에서 발생한 폐열로 인해 가열될 경우, 제1 전열공간(913)에 위치한 열수집돌기(915) 또한 가열되며 열팽창하게 된다. 팽창된 열수집돌기(915)의 상단부는 온도가 기 설정된 온도 이상일 경우, 제1 전열공간(913)의 상방면과 접하게 된다.
즉, 열수집케이스(911)의 하부면과 상부면은 팽창된 열수집돌기(915)로 인해 직접 연결된다. 팽창된 열수집돌기(915)는 전도의 형태로 열수집케이스(911)의 하부면의 열을 상부면으로 전달하게 된다.
열에너지가 이동되면 열수집케이스(911)의 하부면의 온도는 하강하고, 이로 인해 열팽창된 열수집돌기(915) 또한 수축하여 제1 전열공간(913)의 상부면과 분리된다.
이를 통해, 열수집돌기(915)는 열수집케이스(911)의 가열 정도에 따라 팽창 및 수축하며, 작업자의 제어 또는 외부 동력 공급 없이 열에너지의 전달량을 조절할 수 있다.
한편, 도 2 및 도 4를 참고하면, 열배출부재(950)는 열배출케이스(951) 및 열배출돌기(955)를 포함할 수 있다.
열배출케이스(951)는 도 2 및 도 4에 도시한 바와 같이, 제2 도가니(310)의 내측면을 감싸도록 구비될 수 있다. 또한, 열배출케이스(951)의 내부에는 중공부인 제2 전열공간(953)이 형성될 수 있다. 제2 전열공간(953)의 내부에는 열을 전달하는 액체인 전열액(5)이 소량 충진될 수 있다.
또한, 열배출케이스(951)는 전열성이 크고 용융점이 높은 철(Fe, 1535℃), 타이타늄(Ti, 1660℃), 텅스텐(W, 3422℃) 또는 이들의 합금으로 구성될 수 있다. 이때, 열배출케이스(951)를 구성하는 재질은 용융점이 반용융 금속(3) 또는 고형 금속(2)의 온도보다 높을 수 있다.
열전송관(930)을 통해 열수집부재(910)에서 전송된 폐열은 열배출케이스(951)에 도달하여, 전도의 형태로 열배출케이스(951)의 내측면으로 확산된다. 이후, 폐열은 고형 금속(2)으로 전도되어, 제2 도가니(310)의 상부면에 위치한 제2 열원(351)의 열과 함께 고형 금속(2)을 가열시켜 반용융 금속(3)으로의 상변화를 유도할 수 있다.
또한, 제2 전열공간(953)에 저장된 전열액(5)은 열전송관(930)에서 전송된 폐열로 인해 가열되고 기화된다. 기화된 전열액(5)은 제2 전열공간(953) 내부에 확산된다. 확산되는 과정에서 전열액(5)은 상대적으로 온도가 낮은 열배출케이스(951)의 고형 금속(2)을 향한 방향의 내측면과 접하게 된다. 열배출케이스(951)의 내측면은 전열액(5)의 열에너지를 빼앗게 되고, 열에너지를 빼앗긴 전열액(5)은 액화되어 제2 전열공간(953) 내부에 위치하게 된다.
이를 통해, 열수집케이스(911)는 전도 및 상변화 과정으로 열에너지를 용이하게 열전송관(930)으로 전달할 수 있다.
한편, 열수집케이스(911)의 고형 금속(2) 또는 반용융 금속(3)과 접하는 면에는 빛을 반사할 수 있는 반사면(957)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 반사면(957)은 열수집케이스(911)의 외측면 중 일부를 폴리싱 표면 처리하여, 빛을 용이하게 반사시키도록 할 수 있다.
반사면(957)은 제2 열원(351)에서 발생하는 빛을 반사시켜, 제2 열원(351)에서 발생한 빛이 복수회 고형 금속(2) 또는 반용융 금속(3)에 조사되도록 할 수 있다. 이를 통해, 반사면(957)은 제2 열원(351)의 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 제2 전열공간(953)은 열전송관(930)과 연결된 방향의 내측면에 하나 이상의 열배출돌기(955)가 돌출 형성될 수 있다. 또한, 열배출돌기(955)는 금속 재질로 구성될 수 있다.
이때, 열배출돌기(955)는 복수개로 구비되되 복수개의 열배출돌기(955)의 상단부는 제2 전열공간(953)의 고형 금속(2) 방향의 내측면과 소정의 거리를 두고 이격되어 위치할 수 있다.
열배출케이스(951)가 폐열로 인해 가열될 경우, 제2 전열공간(953)에 위치한 열배출돌기(955) 또한 가열되며 열팽창하게 된다. 팽창된 열배출돌기(955)의 상단부는 온도가 기 설정된 온도 이상일 경우, 제2 전열공간(953)의 고형 금속(2) 방향 내측면과 접하게 된다.
즉, 열배출케이스(951)의 열전송관(930)과 연결된 면과 고형 금속(2) 방향의 면은 팽창된 열배출돌기(955)로 인해 직접 연결된다. 팽창된 열배출돌기(955)는 전도의 형태로 열전송관(930)으로 전송된 열은 고형 금속(2)으로 전달하게 된다.
열에너지가 이동되면 열배출케이스(951)의 열전송관(930)과 연결된 면의 온도는 하강하고, 이로 인해 열팽창된 열배출돌기(955) 또한 수축하여 제2 전열공간(953)의 고형 금속(2) 방향의 면과 분리된다.
이를 통해, 열배출돌기(955)는 열배출케이스(951)의 가열 정도에 따라 팽창 및 수축하며, 작업자의 제어 또는 외부 동력 공급 없이 열에너지의 전달량을 조절할 수 있다.
도 5는 도 2에 도시한 열전송관의 사시도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전달부의 작동 상태를 나타낸 도면이다.
한편, 열전송관(930)은 관재 형태로 형성되고, 일단부는 열수집부재(910)와 연결되고, 타단부는 열배출부재(950)와 연결될 수 있다. 예를 들어, 열전송관(930)의 개수는 제1 도가니(110) 및 제2 도가니(310)의 형태와 각 도가니의 온도 차이, 열이 전송되는 속도에 따라서 하나 이상 구비될 수 있다.
또한, 열전송관(930)은 내부관(931), 외부관(933) 및 단열부재(935)를 포함할 수 있다.
내부관(931)은 내부에 중공부가 형성된 관재 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 내부관(931)은 구리(Cu), 철(Fe), 타이타늄(Ti) 등의 전열성이 좋고, 용융점이 높은 금속으로 구성될 수 있다.
또한, 내부관(931)의 내부에는 전열액(5)이 충진될 수 있다. 내부관(931)에 충진된 전열액(5)은 내부관(931)의 온도에 따라 기화되거나 액화되며, 열에너지의 전송을 용이하게 진행되도록 할 수 있다.
한편, 내부관(931)의 내측면에는 복수개의 내부돌기(937)가 돌출 형성될 수 있다. 예를 들어, 내부돌기(937)의 폭 방향 단면적은 내부관(931)의 내측면에서 내부관(931)의 중심부로 갈수록 점차 커질 수 있다.
도 6을 참고하면, 제1 도가니(110) 및 제1 도가니의 상부면에 위치한 열수집부재(910)와 연결된 내부관(931)의 단부는 온도가 높게 형성되고, 반대로 열배출부재(950) 방향의 단부는 온도가 낮게 형성될 수 있다.
즉, 열수집부재(910) 방향에서 열배출부재(950) 방향으로 갈수록 전열액(5)은 기체 상태의 비율이 액체 상태의 비율이 커지게 된다. 이로 인해, 열배출부재(950) 방향의 단부에 위치한 기체 상태의 전열액(5)은 내부관(931)의 내부를 따라 확산되며 열배출부재(950) 방향으로 이동하게 된다.
열배출부재(950)로 이동된 전열액(5)은 온도 차이로 인해 액화되고, 액화되며 가지고 있던 내부에너지를 열배출부재(950)에 전달하게 된다. 이후, 액화된 전열액(5)은 내부관(931)의 내부돌기(937) 사이에 위치하게 된다. 이후, 액화된 전열액(5)은 내부돌기(937) 사이에서 모세관 현상을 통해 확산되며, 상대적으로 액체 상태의 전열액(5)이 적은 열수집부재(910) 방향으로 이동하게 된다.
즉, 내부관(931)에 저장된 전열액(5)은 기체 상태와 액화 상태를 번갈아가며 내부관(931)을 이동하며 열에너지를 전송하게 된다.
이때, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 내부돌기(937)의 폭 방향 단면적은 내부관(931)의 내측면에서 내부관(931)의 중심부 방향으로 갈수록 커지면서, 각각의 내부돌기(937) 간의 간격을 내부관(931)의 내측면에서 단부 방향으로 갈수록 줄어들도록 할 수 있다.
이를 통해, 복수개의 내부돌기(937)는 내부돌기(937) 사이로 액체 상태의 전열액(5)이 이동되도록 하는 한편, 내부관(931)의 중심부에서 이동되는 기체 상태의 전열액(5)과 내부관(931)의 내부돌기(937) 사이를 흐르는 액체 상태의 전열액(5)이 상호작용하는 면적을 줄여, 전열액(5) 간의 열교환을 방지할 수 있다.
이를 통해, 열전달부(900)는 외부 동력 공급 없이, 용융부(100)에서 발생한 폐열을 용이하게 예열부(300)로 전송할 수 있다.
한편, 도 1을 참고하면, 다이캐스팅부(700)는 용융부(100)와 인접하게 위치하여, 이송부(500)를 통해 용융 금속(4)을 공급받을 수 있다.
또한, 다이캐스팅부(700)는 고정금형(710), 이동금형(730) 및 급탕부재(750)를 포함할 수 있다.
고정금형(710) 및 이동금형(730)은 상호 밀착되도록 구비되고, 고정금형(710) 및 이동금형(730) 사이에는 성형품의 형태를 금형으로 구현한 금형공간(701)이 형성된다. 이때, 이송부(500)에서 이송된 용융 금속(4)이 금형공간(701)으로 주입될 수 있다.
한편, 이동금형(730)은 금형피스톤(731)과 연결되고, 금형피스톤(731)은 실린더(미도시)와 연결되어, 유압 등의 동력을 통해 금형피스톤(731) 및 금형피스톤(731)과 연결된 이동금형(730)을 이송시킬 수 있다.
예를 들어, 고정금형(710)과 이동금형(730)이 밀착된 상태에서 금형공간(701)으로 용융 금속(4)이 주입된 후, 다이캐스팅부(700)는 냉각 수단(미도시) 또는 자연 냉각을 통해 용융 금속(4)을 굳혀 경화시키게 된다.
금속이 경화되면 이동금형(730)은 이동하며 고정금형(710)과 이격되고, 금형공간(701)에서 경화된 금속은 성형품의 형태로 외부에 노출되게 된다. 성형품은 이후 표면을 다듬는 등의 2차 작업을 거쳐 완성된다.
한편, 급탕부재(750)는 고정금형(710) 또는 이동금형(730)과 연결되어, 고정금형(710) 및 이동금형(730) 사이의 금형공간(701)과 연결될 수 있다. 예를 들어, 급탕부재(750)는 내부에 중공부가 형성된 관재 형상으로 형성되되, 급탕부재(750)의 일단부는 금형공간(701)과 연통되도록 고정금형(710) 또는 이동금형(730)과 연결되고, 일측에 급탕홀(751)이 형성될 수 있다.
또한, 급탕부재(750) 내부에서는 급탕부재(750)의 내측면과 밀착되도록 구비된 주입부재(753)가 위치할 수 있다. 또한 주입부재(753)는 공기 펌프 또는 유압 펌프 등 구동 수단과 연결되어, 급탕부재(750)의 내측면을 따라 이동될 수 있다.
일 예로, 급탕홀(751)을 통해 이송부(500)가 용융 금속(4)을 급탕부재(750) 내부로 주입하면, 구동 수단을 통해 주입부재(753)가 이동되도록 한다. 이동하는 주입부재(753)는 급탕부재(750) 내부의 용융 금속(4)을 금형공간(701) 방향으로 밀어내게 된다.
밀려난 용융 금속(4)은 급탕부재(750)의 내부를 거쳐 금형공간(701)으로 이동하여 금형공간(701)의 내부를 채우게 된다. 이후 용융 금속(4)이 금형공간(701)의 형태로 냉각되며, 성형품을 형성하게 된다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
1 : 다이캐스팅 시스템 2 : 고형 금속
3 : 반용융 금속 4 : 용융 금속
5 : 전열액 100 : 용융부
101 : 용융부 개구 110 : 제1 도가니
111 : 제1 지지부재 130 : 용융케이스
131 : 제1 단열공간 150 : 제1 열원
300 : 예열부 301 : 예열부 개구
310 : 제2 도가니 311 : 제2 지지부재
313 : 배출관 330 : 예열케이스
331 : 제2 단열공간 350 : 개폐부재
351 : 제2 열원 353 : 힌지부재
500 : 이송부 510 : 이송암
530 : 이송래들 700 : 다이캐스팅부
701: 금형공간 710 : 고정금형
730 : 이동금형 731 : 금형피스톤
750 : 급탕부재 751 : 급탕홀
753 : 주입부재 900 : 열전달부
910 : 열수집부재 911 : 열수집케이스
913 : 제1 전열공간 915 : 열수집돌기
930 : 열전송관 931 : 내부관
933 : 외부관 935 : 단열부재
937 : 내부돌기 950 : 열배출부재
951 : 열배출케이스 953 : 제2 전열공간
955 : 열배출돌기 957 : 반사면

Claims (9)

  1. 내부에 금속이 저장되고, 열에너지를 통해 금속을 용융시키는 용융부;
    상기 용융부에서 용융된 상기 금속이 주입되는 형틀을 구비하는 다이캐스팅부;
    상기 용융부에 인접하게 위치하고, 내부에 금속이 저장되며, 상기 금속을 예열하여 상기 용융부로 전달하는 예열부; 및
    상기 용융부 및 상기 예열부와 연결되어, 상기 용융부에서 발생한 열에너지를 상기 예열부로 전달하는 열전달부를 포함하는 예열부를 구비한 다이캐스팅 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 용융부는,
    상기 금속이 저장되고, 일측면에 제1 개구가 형성되는 제1 도가니;
    상기 제1 도가니의 외측면에 인접하게 위치하여, 상기 제1 도가니의 외측면을 감싸도록 구비되는 용융케이스;
    상기 제1 도가니의 외측면에 위치하여, 상기 금속을 가열하여 용융시키는 제1 열원을 포함하되,
    상기 용융케이스의 내측면은 상기 제1 도가니의 외측면과 이격되어 위치하는 예열부를 구비한 다이캐스팅 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 예열부는,
    상기 금속이 저장되고 일측면에 제2 개구가 형성되는 제2 도가니;
    상기 제2 도가니의 외측면에 인접하게 위치하여, 상기 제2 도가니의 외측면을 감싸도록 구비되는 예열케이스; 및
    상기 제2 개구의 상부면에 위치하여, 상기 제2 도가니에 저장된 상기 금속에 빛에너지를 통해 상기 금속을 가열하는 제2 열원을 포함하되,
    상기 예열케이스의 내측면은 상기 제2 도가니의 외측면과 이격되어 위치하는 예열부를 구비한 다이캐스팅 시스템.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 열전달부는,
    상기 용융부의 상부에 위치하여, 상기 금속이 가열되며 발생하는 폐열을 수집하는 열수집부재;
    상기 열수집부재에서 수집된 상기 폐열을 상기 예열부로 전송하는 열전송관; 및
    상기 열전송관에서 전송된 상기 폐열을 상기 예열부의 내부에 배출하는 열배출부재를 포함하는 예열부를 구비한 다이캐스팅 시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 열수집부재는,
    상기 용융부의 상부면에 위치하고, 내부에 중공부가 형성되며, 상기 중공부에 유체가 충진되는 열수집케이스; 및
    상기 열수집케이스의 상기 용융로 방향의 내측면에서 돌출 형성되는 하나 이상의 열수집돌기를 포함하는 예열부를 구비한 다이캐스팅 시스템.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 열전송관은,
    내부에 유체가 충진되는 내부관;
    상기 내부관의 내측면에서 돌출 형성되는 복수개의 내부돌기;
    상기 내부관의 외측면을 덮도록 구비되는 외부관; 및
    상기 외부관의 외측면을 덮도록 구비되어, 내부에서 전송되는 상기 폐열의 유출을 방지하는 단열부재를 포함하는 예열부를 구비한 다이캐스팅 시스템.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 내부돌기는,
    상기 내부관의 내측면과 연결된 일단부에서 타단부로 갈수록 폭 방향 단면적이 커지는 예열부를 구비한 다이캐스팅 시스템.
  8. 제4 항에 있어서,
    상기 열배출부재는,
    상기 예열부의 내측면에 위치하고, 내부에 중공부가 형성되며, 상기 중공부에 유체가 충진되는 열배출케이스; 및
    상기 열배출케이스의 내측면에서 돌출 형성되는 하나 이상의 열배출돌기를 포함하는 예열부를 구비한 다이캐스팅 시스템.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 열배출케이스는,
    외측면에 빛을 반사하는 반사면이 형성되는 예열부를 구비한 다이캐스팅 시스템.
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