KR20190008166A - 사출용 히팅장치의 열회수시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가열된 사출기의 배럴을 효과적으로 냉각하고 냉각시 발생하는 열을 다양한 에너지원을 활용하도록 효율적으로 회수할 수 있는 열회수 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따른 사출용 히팅장치의 열회수시스템은 배럴의 외면에 다수의 조립편이 상호 결합되어 길이방향으로 소정 간격을 두고 연속해서 감싸지고, 내부에 배럴을 가열하는 열선이 구비되며, 배럴에 결합되는 상기 조립편의 내측에 배럴의 외면 일부를 외부와 연통시키는 통로를 마련하는 냉각홈이 형성되는 가열애자와, 상기 가열애자의 외면에 결합되는 단열체와, 상기 배럴의 외면에 가열애자의 양단이 외부와 밀폐되게 감싸지고, 내면에 냉각홈들과 연통하는 냉각부스가 마련되고, 외면에 냉각부스와 연통되어 관이음을 유도하는 연결구가 돌출된 공기순환커버를 구비하는 사출용 히팅장치와, 상기 공기순환커버에 연결되어 외부공기를 상기 냉각홈을 유입시켜 상기 사출용 해팅장치를 냉각하고, 냉각한 고온의 공기를 외부로 배출하는 공기순환펌프와, 상기 고온의 공기가 유입되어 외부로부터 공급된 유체와의 열교환이 이루어지는 열교환기, 및 열교환된 고온의 상기 유체를 공급받아 저장하는 축열조를 구비한다.

Description

사출용 히팅장치의 열회수시스템 {Heat recycling system for injection heating device}

본 발명은 사출용 히팅장치로부터 발생하는 열을 회수하는 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가열된 사출기의 배럴(Barrel)을 효과적으로 냉각하고 냉각시 발생하는 열을 다양한 에너지원을 활용하도록 효율적으로 회수할 수 있는 열회수 시스템에 관한 것이다.

통상적으로, 사출가공 또는 압출가공은 사출기를 통해 펠릿형 플라스틱 원료를 호퍼에 공급하여 배럴 내부를 이동시키며, 배럴에 부착되어 있는 히터장치로 가열처리하여 액상으로 용해시킨다. 그리고 금형 속으로 가압 주입하여 정형화된 형상으로 만들고, 금형으로부터 제품을 탈착 및 배출하여 상온에서 냉각시킴으로써 제품을 제조한다.

이러한 사출기는 크게 플라스틱 원료를 녹이는 용해로인 배럴과, 배럴의 내부에 용해된 액상의 플라스틱을 이송시키는 실린더 하우징 또는 스크류 타입의 하우징과, 배럴의 외면에 소정 간격마다 원료가 용해되게 가열하는 히팅장치가 감싸고 있는 구조를 가진다.

여기서 기존의 히팅장치(히터)는 외부에 노출되어 있으므로 발열에 의한 에너지 손실이 지속적으로 발생하고 있고, 외부온도에 영향을 받기 때문에 온도편차가 발생하여 안정적인 품질 확보에 상당한 어려움이 존재하였다. 더구나 노출된 히팅장치로 인해 화재 및 화상 등의 안전상의 위험요인으로 지적되어 왔다.

따라서 이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로, 대한민국 등록특허공보 제10-0824334호 (발명의 명칭: 성형기용 단열커버)와, 대한민국 등록실용신안공보 제20-0459988호 (발명의 명칭: 사출기 배럴용 단열 커버)를 제안하고 있다. 제안된 문헌들은 그 구조가 조금씩 다르지만, 단열성능을 가지며 유연성을 가진 띠 형의 몸체가 배럴의 표면을 감싸도록 구성하였다. 이러한 단열커버는 에너지를 절감시키며 작업의 안정성을 확보할 수 있도록 하였다.

그러나 단열커버는 배럴에 상시 감싸져 있으므로 경우에 따라 배럴의 온도를 조정하는데 상당한 시간이 소요되는 문제가 있다. 즉, 사출의 원료에 따라 용융점에 차이가 있는데, 원료를 변경할 경우 이에 적합한 온도로 신속하게 낮춰줄 필요가 있다. 그런데 단열성을 가진 커버에 의해 신속한 대응이 불가능한 문제가 있다.

최근에는 이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로 대한민국 등록특허공보 제10-1293406호 (발명의 명칭: 성형기 배럴용 전열히터의 냉각장치)와, 대한민국 등록특허공보 제10-1544276호 (발명의 명칭: 성형기 배럴 내부 자열의 방출장치)를 제안하고 있다. 제안된 문헌들은 그 구조가 조금씩 다르지만, 히터의 외면에 감싸지며 히터를 냉각하는 유로와 구멍을 형성하였다. 따라서 원료 변경 시 유로와 구멍으로 기류를 순환시켜 신속하게 냉각할 수 있도록 하였다.

하지만, 이와 같은 장치는 고온으로 가열된 배럴을 냉각할 뿐, 가열된 배럴로부터 열전달된 기류가 순환되어 외부로 그대로 배출됨에 따라 고온으로 가열된 유체의 열에너지가 제대로 활용되지 문제가 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0824334호 (발명의 명칭: 성형기용 단열커버) 대한민국 등록실용신안공보 제20-0459988호 (발명의 명칭: 사출기 배럴용 단열 커버) 대한민국 등록특허공보 제10-1293406호 (발명의 명칭: 성형기 배럴용 전열히터의 냉각장치) 대한민국 등록특허공보 제10-1544276호 (발명의 명칭: 성형기 배럴 내부 자열의 방출장치)

이에 따라 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 근본적으로 해결하기 위한 것으로서, 가열된 사출기의 배럴을 효과적으로 냉각하면서도 냉각시 발생하는 열을 효율적으로 회수할 수 있는 사출용 히팅장치의 열회수시스템을 제공하려는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 배럴의 외면에 다수의 조립편이 상호 결합되어 길이방향으로 소정 간격을 두고 연속해서 감싸지고, 내부에 배럴을 가열하는 열선이 구비되며, 배럴에 결합되는 상기 조립편의 내측에 배럴의 외면 일부를 외부와 연통시키는 통로를 마련하는 냉각홈이 형성되는 가열애자와, 상기 가열애자의 외면에 결합되는 단열체와, 상기 배럴의 외면에 가열애자의 양단이 외부와 밀폐되게 감싸지고, 내면에 냉각홈들과 연통하는 냉각부스가 마련되고, 외면에 냉각부스와 연통되어 관이음을 유도하는 연결구가 돌출된 공기순환커버를 구비하는 사출용 히팅장치와, 상기 공기순환커버에 연결되어 외부공기를 상기 냉각홈을 유입시켜 상기 사출용 해팅장치를 냉각하고, 냉각한 고온의 공기를 외부로 배출하는 공기순환펌프와, 상기 고온의 공기가 유입되어 외부로부터 공급된 유체와의 열교환이 이루어지는 열교환기, 및 열교환된 고온의 상기 유체를 공급받아 저장하는 축열조를 구비하는 사출용 히팅장치의 열회수시스템을 제공한다.

이때, 본 발명에 의한 상기 열교환기는 외부로부터 유체를 공급하는 유체공급관을 구비한다.

또한, 본 발명에 의한 상기 조립편은 이웃하는 조립편과 결합을 위해 양측면에 제1결합돌기와 제1결합돌기 수용홈이 형성되며, 상기 제1결합돌기와 제1결합돌기 수용홈은 단면이 원형으로 이루어져 회동이 가능한 연결편을 포함한다.

또한, 본 발명은 상기 배럴의 외면에 결합되는 상기 조립편의 내측에는 오목하게 만입되는 냉각홈이 형성된다.

본 발명에 따르면 배럴을 가열하는 애자 주위로 공기순환이 이루어져 냉각효율이 우수하며, 냉각에 따라 고온으로 가열된 공기를 열매로 사용함으로써 열을 효과적으로 회수할 수 있어 다양한 용도에 회수된 열에너지를 활용할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 사출용 히팅장치의 열회수시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 히팅장치를 나타내는 정면도.
도 3은 본 발명에 따른 히팅장치를 나타내는 평면도.
도 4 및 도 5는 발명에 따른 히팅장치의 주요부를 나타내는 단면도.
도 6은 본 발명의 히팅장치의 냉각홈을 따라 공기가 유동되는 흐름을 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 가열애자 조립편을 나타내는 사시도.
도 8 및 도 9는 본 발명의 가열애자 조립편의 결합상태를 도시한 도면.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로서, 도면에서의 요소의 형상, 요소의 크기, 요소간의 간격 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되거나 축소되어 표현될 수 있다.

또한, 실시예를 설명하는데 있어서, 만일 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “형성되어”, “구비되어”, “결합되어”, “고정되어” 있다고 기재된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 형성, 구비, 결합 또는 고정되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

또한, 실시예를 설명하는데 있어서 원칙적으로 관련된 공지의 기능이나 공지의 구성과 같이 이미 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 기술적 특징을 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 사출용 히팅장치의 열회수시스템은 플라스틱 원료를 고온으로 가열하는 사출용 히팅장치(10), 사출용 히팅장치(10)의 내부로 공기를 순환시키는 공기순환펌프(20), 공기순환펌프(20)에 의해 사출용 히팅장치(10)를 냉각하여 배출되는 고온의 공기와 외부로부터 공급되는 피가열액체를 열교환시키는 열교환기(30), 및 열교환되어 고온인 피가열액체를 저장하는 축열조(40)를 포함하여 이루어진다.

사출용 히팅장치(10)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 가열애자(11), 단열체(12) 및 공기순환커버(13)을 구비한다. 가열애자(11)는 사출원료를 용해하도록 배럴(B)을 가열하는 것으로, 도 7 내지 9에 도시한 바와 같이, 다수개의 조립편이 체인과 같이 조립되어 배럴(B) 외경에 설치된다. 가열애자(11)의 조립편은 내부에 배럴(B)을 가열하는 열선(14)에 의해 서로 연결되어 조립되는데, 가열애자(11)는 배럴(B)의 가열은 물론, 가열된 배럴(B)의 냉각을 위해 조립되는 조립편의 내측에는 배럴(B)의 외면 일부를 외부와 연통시키는 통로인 냉각홈(15)이 형성된다. 가열애자(11)의 조립편은 배럴(B) 외면에 조립되는 다수의 연결편(16)과, 연결편(16)의 양 끝단에 조립되어 마감되는 마감편(17)으로 이루어진다. 연결편(16)은 소정 길이를 가지며 양측면에는 이웃하는 다른 연결편(16) 또는 마감편(17)과 결합을 위해 제1결합돌기(18)와 제1결합돌기 수용홈(18a)이 형성되며, 폭방향으로 소정간격에 따라 평행하게 다수개로 형성된 열선 관통홀(14a)에 열선(14)이 관통 결합되어 다수의 연결편(16)과 마감편(17)이 결합된다. 연결편(16)의 제1결합돌기(18)와 제1결합돌기 수용홈(18a)은 회동이 가능하도록 단면이 원형으로 형성되며, 이에 따라 연결편(16)의 회동에 의해 원통형상의 배럴(B) 외면에 밀착될 수 있다.

배럴(B)의 외면에 접촉하는 연결편(16)의 내측에는 오목하게 만입되어 냉각홈(15)이 형성되며, 후술하는 공기순환펌프(20)에 의해 공기가 흐르는 통로로 전환되어 가열된 배럴(B)을 냉각시킨다. 따라서, 냉각홈(15)으로 흐르는 공기는 가열애자(11)의 내면과 배럴(B)의 표면에 직접적으로 접촉됨에 따라 신속한 냉각을 기대할 수 있다. 냉각홈(15)이 형성된 연결편(16)의 내측에는 산란돌기(15a)를 형성할 수도 있는데, 냉각홈(15)으로 흐르는 유체는 산란돌기(15a)에 부딪히며 유속이 증가되고, 소용돌이가 발생됨에 따라 냉각속도를 가중시킬 수가 있다.

마감편(17)은 다수개로 연결된 연결편(16)의 양측에 결합되어 마감처리하는 조립편으로, 일측단을 마감처리하는 제1마감편(17-1)과, 다른 측단을 마감처리하는 제2마감편(17-2)으로 이루어진다. 제1마감편(17-1)은 이웃하는 연결편(16)의 제1결합돌기 수용홈(16a)에 결합되는 제2결합돌기(19)가 측면에 형성되며, 제2마감편(17-2)은 이웃하는 연결편(16)의 제1결합돌기(18)에 결합되는 제2결합돌기 수용홈(19a)이 형성되어 연결편(16)과 연결된다. 마감편(17)의 폭방향에는 열선(14)이 결합되도록 열선 관통홀(14a)이 형성된다. 또한, 마감편(17)이 내측에도 오목하게 만입되어 냉각홈(15)이 형성되며, 냉각홈(15)이 형성된 마감편(17)의 내측에도 산란돌기(15a)를 더 형성할 수도 있다. 이와 같이 본 발명의 가열애자(11)는 다수의 연결편(16)과 마감편(17)을 조립하여 구성함에 따라, 배럴(B)의 외경 크기에 상관없이 외경에 밀착하도록 가열애자(11)을 연결 구성할 수 있어 배럴(B)로 열전달 효율을 향상시킬 수 있으며, 내측에 다수의 냉각홈(15)이 마련됨에 따라 가열 및 냉각이 가능하다.

단열체(12)는 가열애자(11) 둘레에 구비되어 가열애자(11)의 열 이동을 차단하기 위한 것으로, 도 3처럼 단열보드(12-1)와 단열커버(12-2)로 구성된다. 단열보드(12-1)는 세라믹으로 형성되어 가열애자(11)의 외면에 접착 또는 부착된다. 단열보드(12-1)는 가열애자(11)의 외면과 밀착 가능한 반경을 가지며, 부착이 용이하도록 반원의 링 형으로 형성된다. 단열커버(12-2)는 단열성 금속판이 반원의 링 형으로 절곡된 것으로, 단열보드(12-1)의 외면에 볼트로 부착된다. 그리고, 단열보드(12-1)와 단열커버(12-2)는 열선(14)을 외부로 노출시키는 통로가 마련되고, 단열커버(12-2)의 외면에는 노출된 열선(14)과 연결되어 전원을 공급하는 단자(T)가 결합된다.

이어서 공기순환커버(13)는 가열애자(11)의 냉각홈(15)들을 공기순환펌프(20)와 연통시키는 것으로, 도 2 및 도 4처럼 배럴(B)의 외면에 가열애자(10)의 일단이 외부와 밀폐되게 감싸진다. 이러한 공기순환커버(13)는 도 5처럼 단열성 금속판이 반원의 링 형으로 절곡되어 내면에는 공기순환부스(13-1)를 마련하고, 외면에는 공기순환부스(13-1)와 연통되어 공기순환펌프(20)와 관이음을 유도하는 연결구(13-2)가 돌출된다.

공기순환펌프(20)는 공기를 흡입 및 토출하는 것으로, 도 2 및 도 4처럼 공기순환커버(13)의 연결구(13-2)와 배관으로 연결되어 배럴(B)이 냉각되게 유체를 흡입한다. 즉, 공기순환펌프(20)가 작동하면, 공기순환부스(13-2)로 진공이 형성되면서 도 6처럼 타측에 가열애자(11)의 일단의 냉각홈(15)으로 외부공기가 유입되어 배럴(B)과 가열애자(10) 사이로 흘러 열을 흡수해 냉각하고, 고온으로 상승하고 가열애자(11)의 타단의 냉각홈(15)을 거쳐 외부로 배출된다. 배출된 고온의 공기는 열교환기(30)로 유입된다.

열교환기(30)는 일측에 배럴(B)을 냉각한 고온의 공기가 유입되는 유입구와 유출구가 형성된 함체로, 내부에는 외부로부터 물과 같은 피가열액체가 공급되는 유체공급관(31)이 구비되어 있다. 따라서, 열교환기(30)의 내부로 유입된 고온의 공기가 유체공급관(31)에 열접촉됨에 따라, 유체공급관(31) 내의 유체는 고온상태로 된다.

축열조(40)는 열교환기(30)의 유체공급관(31)에 연결되어 열교환이 이루어진 고온의 유체를 저장하는데, 고온의 유체는 온수공급, 작동유 가열 등 다양한 용도로 열에너지를 공급할 수 있다.

이와 같이 본 발명은 가열애자(11)에 형성된 냉각홈(15)에 공기순환이 이루어짐에 따라 가열된 배럴(B) 및 애자(11)를 효과적으로 냉각할 수 있고, 또한 냉각에 따라 고온으로 가열된 공기로부터 열을 효과적으로 회수함에 따라 다양한 용도에 회수된 열에너지를 활용할 수 있다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

B: 배럴 T: 단자 10: 사출용 히팅장치
11: 가열애자 12: 단열체 12-1: 단열보드
12-2: 단열커버 13: 공기순환커버 13-1: 공기순환부스
13-2: 연결구 14: 열선 14a: 열선관통홀
15: 냉각홈 15a: 산란돌기 16: 연결편
17: 마감편 18: 제1결합돌기 18a: 제1결합돌기 수용홈
19: 제2결합돌기 19a: 제2결합돌기 수용홈 20: 공기순환펌프
30: 열교환기 40: 축열조

Claims (4)

1. 사출기의 배럴을 가열하는 히팅장치에서 발생하는 열을 회수하는 시스템에 있어서,
   상기 배럴의 외면에 다수의 조립편이 상호 결합되어 길이방향으로 소정 간격을 두고 연속해서 감싸지고, 내부에 배럴을 가열하는 열선이 구비되며, 배럴에 결합되는 상기 조립편의 내측에 배럴의 외면 일부를 외부와 연통시키는 통로를 마련하는 냉각홈이 형성되는 가열애자와, 상기 가열애자의 외면에 결합되는 단열체와, 상기 배럴의 외면에 가열애자의 양단이 외부와 밀폐되게 감싸지고, 내면에 냉각홈들과 연통하는 냉각부스가 마련되고, 외면에 냉각부스와 연통되어 관이음을 유도하는 연결구가 돌출된 공기순환커버를 구비하는 사출용 히팅장치;
   상기 공기순환커버에 연결되어 외부공기를 상기 냉각홈을 유입시켜 상기 사출용 해팅장치를 냉각하고, 냉각한 고온의 공기를 외부로 배출하는 공기순환펌프;
   상기 고온의 공기가 유입되어 외부로부터 공급된 유체와의 열교환이 이루어지는 열교환기; 및
   열교환된 고온의 상기 유체를 공급받아 저장하는 축열조;를 구비하는 것을 특징으로 하는 사출용 히팅장치의 열회수시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 열교환기는 외부로부터 유체를 공급하는 유체공급관을 구비하는 것을 특징으로 하는 사출용 히팅장치의 열회수시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 조립편은,
   이웃하는 조립편과 결합을 위해 양측면에 제1결합돌기와 제1결합돌기 수용홈이 형성되며, 상기 제1결합돌기와 제1결합돌기 수용홈은 단면이 원형으로 이루어져 회동이 가능한 연결편을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 사출용 히팅장치의 열회수시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 배럴의 외면에 결합되는 상기 조립편의 내측에는 오목하게 만입되는 냉각홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 사출용 히팅장치의 열회수시스템.

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