TWM500222U

TWM500222U - 具有熱泵之溫度恆定設備、射出成型系統、壓鑄系統及電鍍槽系統

Info

Publication number: TWM500222U
Application number: TW103215659U
Authority: TW
Inventors: Xing-Qian Li; He-Rong Qiu; zheng-fu Yang; Zheng-Yi Chen
Original assignee: Xing-Qian Li; He-Rong Qiu; zheng-fu Yang; Zheng-Yi Chen
Priority date: 2014-09-02
Filing date: 2014-09-02
Publication date: 2015-05-01

Description

具有熱泵之溫度恆定設備、射出成型系統、壓鑄系統及電鍍槽系統

本新型關於一種具有熱泵之溫度恆定設備，特別是有關於一種具有熱泵之溫度恆定設備，可應用於射出成型系統、壓鑄系統及電鍍槽系統。

模溫機全名叫模具溫度控制機，是一種溫度控制設備，包含加熱和冷凍兩個方面的溫度控制。模溫機主要是應用於塑膠射出成型製程。塑件的表面絕大部份是由於噴泉效應(Fountain Effect)所形成，纖維由內部隨著塑料向模具內表面移動，由於模具內表面的溫度低於塑料溫度，塑料在接觸到模具內表面時瞬間凍結流動使纖維凝固在表皮層。若與塑料與纖維的結合性不佳時，便會有明顯的浮出或分離現象，此謂之浮纖現象。在成型條件中如果可提高塑料和模具的溫度，使纖維塑料在流動過程中的厚度方向擁有相近的溫度，則可以使纖維與塑料在噴流過程中緊密的抓住，致使浮纖現象可較不明顯。由於變模溫技術可以讓模具溫度高於塑料的玻璃轉移溫度或熱變形溫度(頂出溫度)，因此對於改善浮纖現象會有更顯著的效果。

控制模具溫度的主要是將射出成型機之模具加熱到製程溫度，然後將模具溫度恆定在該製程溫度，如此可把迴圈時間最優化，進而保證注塑件穩定的高品質。模具溫度會影響表面品質、流動性、收縮率、注塑週期以及變形等幾方面。模具溫度過高或不足對不同的材料會帶來不同的影響。對熱塑性塑膠而言，模具溫度高一點通常會改善表面品質和流動性，但會延長冷卻時間和注塑週期。模具溫度低一點會降低在模具內的收縮，但會增加脫模後注塑件的收縮率。而對熱固性塑膠來說，高一點的模具溫度通常會減少迴圈時間，且時間由零件冷卻所需時間決定。此外，在塑膠的加工中，高一點的模具溫度還會減少塑化時間，減少迴圈次數。

有效控制模具溫度的預備條件由射出成型機之模具、模溫機、製程流體三部分組成。為了確保熱量能傳送給模具或自模具移走，必須滿足以下條件：首先是在模具內部，冷卻通道的表面積必須足夠大，流道直徑要匹配泵浦的能力(泵浦的壓力)。模具內部的溫度分佈對零件變形和內在壓力有很大的影響。合理設置冷卻通道可以降低內在壓力，從而提高了注塑件的品質。它還可以縮短迴圈時間，降低產品成本。其次是模溫機必須能夠使製程流體的溫度恆定在1℃~3℃的範圍內，具體根據注塑件品質要求來定。製程流體必須具有良好的熱傳導能力，最重要的是，它要能在短時間內導入或導出大量的熱量。從熱力學的角度來看，水作為製程流體明顯比油好。

參考圖1，習知模溫機20之冷水使用冰水機22來製冷，模溫機之熱水使用電熱器24來製熱。在射出成型製程中，當射出成型機10之模具12的溫度超過設定值時，就會打開電磁閥接通模溫機20之冰水機22的冷水，將冷水注入模具12之溫控入口14，然後該冷水再由模具12之溫控出口16排出回到模溫機20或外界，如此使該模具12的溫度下降到設定值。當模具的溫度低於設定值時，就會打開電磁閥接通模溫機20之電熱器24的熱水，將熱水注入模具12之溫控入口14，然後該熱水再由模具12之溫控出口16排出回到模溫機20或外界，如此使該模具的溫度上升到設定值。

模溫機在壓鑄行業的運用也有很大的空間，特別是在鎂合金及鋁合金的製造中，不平均或不適當的模具溫度會導致鑄件尺寸不穩定，在生產過程中頂出鑄件變形，產生熱壓力、黏模、表面凹陷、內縮孔及熱泡等缺陷。對生產周期也產生影響，如填充時間、冷卻時間及噴涂時間都產生不穩定的變數。另外，模具的壽命也會因受到過冷過熱的沖擊而導致昂貴的鋼材產生熱裂，加速其老化。在現代化的工廠中，因應市場的競爭，節省人力，提高品質，降低成本的經營策略是刻不容緩的。模溫機的使用，可使模具預熱時間減少，成品表面質量提升及可完全自動化生產。

然而，上述習知模溫機皆使用冷熱分開處理機製，亦即冷水的部分使用冰水機來製冷，熱水的部分採用電熱器來製熱，無法達到熱回收的節能要求。因此，便有需要提供一種具有熱泵之溫度恆定設備，以解決前述的問題。

本新型的目的在於提供一種具有熱泵之溫度恆定設備，可達到所需工作溫度並保持該工作溫度。

為達成上述目的，本新型提供一種具有熱泵之溫度恆定設備，包括：一熱水桶及一冷水桶；一熱泵，用以同時製造熱水到該熱水桶，並同時製造冷水到該冷水桶；一管路單元，用以連接於該熱水桶、該冷水桶及該熱泵之間；以及一控制單元，用以控制該管路單元，使該熱水出水而進行升溫，並使該冷水出水而進行降溫，如此重複不斷升溫及降溫的循環以達到所需工作溫度並保持該工作溫度。

本新型之溫度恆定設備具有節能功能。本新型之溫度恆定設備可達到所需工作溫度並保持該工作溫度，具有快速變模溫，讓射出成型系統具有較高之品質、提高良率。

為了讓本新型之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯，下文將配合所附圖示，作詳細說明如下。

10‧‧‧射出成型機

12‧‧‧模具

14‧‧‧溫控入口

16‧‧‧溫控出口

20‧‧‧模溫機

22‧‧‧冰水機

24‧‧‧電熱器

110‧‧‧射出成型系統

112‧‧‧射出成型模具

114‧‧‧溫控入口

116‧‧‧溫控出口

120‧‧‧溫度恆定設備

130‧‧‧熱泵

132‧‧‧壓縮機

134‧‧‧冷凝器

136‧‧‧蒸發器

138‧‧‧膨脹閥

140‧‧‧熱水桶

150‧‧‧冷水桶

160‧‧‧管路單元

170‧‧‧控制單元

A‧‧‧壓縮狀態

B‧‧‧冷凝狀態

C‧‧‧膨脹狀態

D‧‧‧蒸發狀態

圖1為習知模溫機及射出成型機之冷水及熱水的交換示意圖。

圖2為本新型之熱泵之熱能循環示意圖。

圖3為本新型之一實施例之射出成型系統之結構示意圖。

本新型採用熱泵來製造溫度恆定設備，例如模溫機，說明如後。熱泵之架構主要有空氣對水及水對水二種，熱泵熱水系統一種是吸取外界熱能或回收廢熱加以利用，而產生熱水的高效能科技產品，而不是傳統使用電或瓦斯、柴油燃料加熱。水對水的熱泵製熱效率COP(效能係數值)介於3.8-6.0，受熱水及冷水溫度設定變化。

圖2為本新型之熱泵之熱能循環示意圖。熱泵130主要由四個組件所構成：壓縮機132、冷凝器134、蒸發器136與膨脹閥138。熱泵操作及設計原理係依據卡諾循環(Carnot’s cycle)，藉由壓縮機132使冷媒於封閉管路中循環。循環迴路內充滿冷媒，氣化冷媒受壓縮機132達到壓縮狀態A。冷媒流入冷凝器134與製程流體(例如水)進行熱交換使水溫升高(產生熱水桶140之高溫熱水)且達溫度平衡，並因熱能移除而達到冷凝狀態B。冷媒經一膨脹閥138降低壓力及溫度而達到膨脹狀態C。冷媒再流入蒸發器136內吸收製程流體(例如水)之熱能(產生冷水桶150之低溫冷水)後，再次氣化而達到蒸發狀態D。最後，再被壓縮機吸入繼續進行壓縮構成一循環迴路。整個原理便是：熱能在蒸發器136被低壓冷媒吸收，然後在冷凝器134處被排出並進行收集與利用，構成一種熱搬移之過程。

圖3為本新型之一實施例之射出成型系統之結構示意圖。該射出成型系統110包括一溫度恆定設備120及一射出成型模具112。該溫度恆定設備120包括一熱泵130、一熱水桶140、一冷水桶150、一管路單元160及一控制單元170。該熱泵130用以製造熱水到該熱水桶140，並同時製造冷水到該冷水桶150。該管路單元160包括熱水循環泵、冷水循環泵、升溫電動閥、熱水回水電動閥啟動、降溫電動閥、冷水回水電動閥、供水泵浦啟動、多個管路等，用以連接於該熱水桶140、該冷水桶150及該熱泵130之間。該控制單元170用以控制該管路單元160，使該熱水出水至而進行升溫，並使該冷水出水而進行降溫，如此重複不斷升溫及降溫的循環以達到所需工作溫度並保持該工作溫度。該控制單元170可為可程式邏輯控制器(PLC)。

詳言之，該溫度恆定設備120採水對水熱泵130，在製熱同時製冷。熱泵在熱水桶140及冷水桶150補滿水後，熱水循環泵及冷水循環泵會開始同時動作，一邊不斷製造熱水到熱水桶140，另一邊不斷製造冷水到冷水桶150，直到熱水桶140及冷水桶150之桶內溫度達到設定時為止，例如熱水桶140之桶內溫度設定於攝氏55~90度，冷水桶150之桶內溫度設定於攝氏7~20度。在本實施例中，熱水桶140之桶內溫度設定為攝氏75度，冷水桶150之桶內溫度設定為攝氏7度。當射出成型系統110需要升溫時，控制單元將升溫電動閥及熱水回水電動閥啟動，同時供水泵浦啟動，將熱水由熱水桶140打入射出成型模具之溫控入口114，再由溫控出口116排出回到熱水桶140中重新製熱。當射出成型系統110需要降溫時，控制單元將降溫電動閥及冷水回水電動閥啟動，同時供水泵浦啟動，將冷水由冷水桶150打入射出成型模具112之溫控入口114，再由溫控出口116排出回到冷水桶150中重新製冷。如此重複不斷升溫及降溫的循環以達到射出成型模具112所需工作溫度並保持該工作溫度。

本新型以相同加熱一噸水到75℃，採用水對水熱泵來製熱及製冷，所需消耗的電力如下：若熱泵的COP在外氣25℃，製熱COP約3.6，製冷COP約2.0，總COP達5.6

製熱成本：

△T=75-25=50℃

所需熱量Qh=1000L*50=50000Kcal=50000/860=58.1Kw

當COP達到3.6，熱泵需要的電力：

50000/(860*3.6)=16.1Kw

以一度電3元計算，每度電1kwhr

所需耗電成本：16.1*3=48.3(元)

製冷成本：

△T=25-15=10℃

所需熱量Qc=1000L*10=10000Kcal

當COP達到2.0，熱泵需要的電力：

10000/(860*2.0)=5.8Kw

以一度電3元計算，每度電1kwhr

所需耗電成本：5.8*3=17.4(元)

總消耗成本：48.3+17.4=65.7(元)

然而，習知模溫機皆使用冷熱分開處理機製，亦即冷水的部分使用冰水機來製冷，熱水的部分採用電熱器來製熱。雖然一樣可以達到恆溫的效果，但是在能源使用上相對耗能。習知模溫機以一小時產生一噸75℃熱水，所消耗的能量成本約為：

製熱成本：

△T=75-25=50℃

所需熱量Qh=1000L*50=50000Kcal=50000/860=58.1Kw

以一度電3元計算，每度電1kwhr

所需耗電成本：58.1*3=174.3(元)

製冷成本：

△T=25-15=10℃

所需熱量Qc=1000*10=10000Kcal=10000/860=11.6Kw

所需耗電成本：11.6*3=34.8(元)

總成本：174.3+34.8=209.1(元)

本新型之溫度恆定設備與習知模溫機比較，可節省成本：209.1-65.7=143.4元，節能效益：68.6%。因此，本新型之溫度恆定設備具有節能功能。本新型之溫度恆定設備可達到所需工作溫度並保持該工作溫度，具有快速變模溫，讓射出成型系統具有較高之品質、提高良率。

再參考圖3，在另一實施例中，本新型之溫度恆定設備120可應用於壓鑄系統(該壓鑄系統之結構示意圖類似於圖3之射出成型系統110的結構示意圖)。該壓鑄系統包括：一壓鑄模具(該壓鑄模具之結構示意圖類似於圖3之射出成型模具112的結構示意圖)及本新型之溫度恆定設備120。該壓鑄模具包括一溫控入口及一溫控出口(類似於圖3之溫控入口114及溫控出口116之配置)。當該壓鑄系統需要升溫時，該控制單元將該熱水由該熱水桶打入該壓鑄模具之溫控入口，再由該溫控出口排出回到該熱水桶中重新製熱。當該壓鑄系統需要降溫時，該控制單元將該冷水由該冷水桶打入該壓鑄模具之溫控入口，再由該溫控出口排出回到該冷水桶中重新製冷。如此重複不斷升溫及降溫的循環以達到該壓鑄模具所需工作溫度並保持該工作溫度。

再參考圖3，在又一實施例中，本新型之溫度恆定設備120可應用於電鍍槽系統(該電鍍槽系統之結構示意圖類似於圖3之射出成型系統110的結構示意圖)。該電鍍槽系統包括：一電鍍槽(該電鍍槽之結構示意圖類似於圖3之射出成型模具112的結構示意圖)及本新型之溫度恆定設備120。該電鍍槽包括一溫控入口及一溫控出口(類似於圖3之溫控入口114及溫控出口116之配置)。當該電鍍槽系統需要升溫時，該控制單元將該熱水由該熱水桶打入該電鍍槽之溫控入口，再由該溫控出口排出回到該熱水桶中重新製熱。當該電鍍槽系統需要降溫時，該控制單元將該冷水由該冷水桶打入該電鍍槽之溫控入口，再由該溫控出口排出回到該冷水桶中重新製冷。如此重複不斷升溫及降溫的循環以達到該電鍍槽所需工作溫度並保持該工作溫度。

綜上所述，乃僅記載本新型為呈現解決問題所採用的技術手段之實施方式或實施例而已，並非用來限定本新型專利實施之範圍。即凡與本新型專利申請範圍文義相符，或依本新型專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本新型專利範圍所涵蓋。

110‧‧‧射出成型系統

112‧‧‧射出成型模具

114‧‧‧溫控入口

116‧‧‧溫控出口

120‧‧‧溫度恆定設備

130‧‧‧熱泵

140‧‧‧熱水桶

150‧‧‧冷水桶

160‧‧‧管路單元

170‧‧‧控制單元

Claims

一種具有熱泵之溫度恆定設備，包括：一熱水桶及一冷水桶；一熱泵，用以同時製造熱水到該熱水桶，並同時製造冷水到該冷水桶；一管路單元，用以連接於該熱水桶、該冷水桶及該熱泵之間；以及一控制單元，用以控制該管路單元，使該熱水出水而進行升溫，並使該冷水出水而進行降溫，如此重複不斷升溫及降溫的循環以達到所需工作溫度並保持該工作溫度。
如申請專利範圍第1項所述之具有熱泵之溫度恆定設備，其中該熱泵包括：一壓縮機、一冷凝器、一蒸發器及一膨脹閥。
如申請專利範圍第1項所述之具有熱泵之溫度恆定設備，其中該熱水桶之桶內溫度設定於攝氏55~90度。
如申請專利範圍第1項所述之具有熱泵之溫度恆定設備，其中該冷水桶之桶內溫度設定於攝氏7~20度。
如申請專利範圍第1項所述之具有熱泵之溫度恆定設備，其中該控制單元將該熱水由該熱水桶打入一射出成型模具而進行升溫，並使將該冷水由該冷水桶打入該射出成型模具而進行降溫，如此重複不斷升溫及降溫的循環以達到該射出成型模具所需工作溫度並保持該工作溫度。
如申請專利範圍第1項所述之具有熱泵之溫度恆定設備，其中該控制單元將該熱水由該熱水桶打入一壓鑄模具而進行升溫，並使將該冷水由該冷水桶打入該壓鑄模具而進行降溫，如此重複不斷升溫及降溫的循環以達到該壓鑄模具所需工作溫度並保持該工作溫度。
如申請專利範圍第1項所述之具有熱泵之溫度恆定設備，其中該控制單元將該熱水由該熱水桶打入一電鍍槽而進行升溫，並使將該冷水由該冷水桶打入該電鍍槽而進行降溫，如此重複不斷升溫及降溫的循環以達到電鍍槽所需工作溫度並保持該工作溫度。
一種射出成型系統，包括：一射出成型模具，包括一溫控入口及一溫控出口；如申請專利範圍第1項所述之具有熱泵之溫度恆定設備，其中：當該射出成型系統需要升溫時，該控制單元將該熱水由該熱水桶打入該射出成型模具之溫控入口，再由該溫控出口排出回到該熱水桶中重新製熱；當該射出成型系統需要降溫時，該控制單元將該冷水由該冷水桶打入該射出成型模具之溫控入口，再由該溫控出口排出回到該冷水桶中重新製冷；以及如此重複不斷升溫及降溫的循環以達到該射出成型模具所需工作溫度並保持該工作溫度。
一種壓鑄系統，包括：一壓鑄模具，包括一溫控入口及一溫控出口；以及如申請專利範圍第1項所述之具有熱泵之溫度恆定設備，其中：當該壓鑄系統需要升溫時，該控制單元將該熱水由該熱水桶打入該壓鑄模具之溫控入口，再由該溫控出口排出回到該熱水桶中重新製熱；當該壓鑄系統需要降溫時，該控制單元將該冷水由該冷水桶打入該壓鑄模具之溫控入口，再由該溫控出口排出回到該冷水桶中重新製冷；以及如此重複不斷升溫及降溫的循環以達到該壓鑄模具所需工作溫度並保持該工作溫度。
一種電鍍槽系統，包括：一電鍍槽，包括一溫控入口及一溫控出口；以及如申請專利範圍第1項所述之具有熱泵之溫度恆定設備，其中：當該電鍍槽系統需要升溫時，該控制單元將該熱水由該熱水桶打入該電鍍槽之溫控入口，再由該溫控出口排出回到該熱水桶中重新製熱；當該電鍍槽系統需要降溫時，該控制單元將該冷水由該冷水桶打入該電鍍槽之溫控入口，再由該溫控出口排出回到該冷水桶中重新製冷；以及如此重複不斷升溫及降溫的循環以達到該電鍍槽所需工作溫度並保持該工作溫度。