WO2013073266A1

WO2013073266A1 - 成形用金型の温度調整システム

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Publication number: WO2013073266A1
Application number: PCT/JP2012/072613
Authority: WO
Inventors: 千葉　昇; 英雄吉留; 彰弘吉村
Original assignee: ナックス株式会社
Priority date: 2011-11-17
Filing date: 2012-09-05
Publication date: 2013-05-23
Also published as: TWI594864B; JPWO2013073266A1; TW201343353A; KR20140064998A; JP5706969B2; KR101606893B1

Abstract

　金型の廃熱と冷却機による冷熱とを利用して、金型温度を低温域から高温域にわたって安定して使用可能な成形用金型の温度調整システムを提供するために、冷却槽１からの冷却液を収納する調整槽２と、冷却液循環流路１１と、この循環流路１１から分岐されて冷却槽１に至る分岐流路１２と、分岐流路１２に設けられた制御弁１３と、調整槽２内もしくは循環流路１１の冷却液の温度を検出する温度センサ１５と、調整槽２内もしくは循環流路１１内に設けられた加熱器１７とからなり、温度センサ１５の検出温度が設定温度以上になると、制御弁１３が開いて循環流路１１の高温の冷却液が冷却槽１に戻され、冷却槽１に戻された液量だけ冷却槽１から調整槽２に低温の冷却液が流入するように形成する。

Description

成形用金型の温度調整システム

　本発明は、合成樹脂成形用金型を所望する設定温度にコントロールする温度調整システムに関する。特に本発明は、金型の廃熱と冷却機による冷熱とを利用することによって所望する金型温度をこれまでよりも広範囲の温度領域にわたって使用することができる成形用金型の温度調整システムに関するものである。

　従来、プラスチック成形において、成形機から金型内に射出された溶融樹脂は、金型内で冷却固形し、十分に冷却された後に金型外部に取り出されてプラスチック成形品が製造されている。
　金型を冷却する手段として、冷却装置で冷却した冷却液を金型に循環する手法がとられている。金型内部に冷却液を通す循環流路を設け、この冷却液を一定温度に維持することにより金型温度が成形温度に適合するように温度制御が一般的に行われている。金型温度は、成形される樹脂の熱変形温度に応じて一般的に１０℃～３０℃（以下、「低温域」ともいう）の範囲内でコントロールされている。
　しかし、熱変形温度の高い樹脂の場合には金型温度を常温以上の温度で、例えばＥＶＡ樹脂やＡＢＳ樹脂のように４０℃～６０℃（以下、「中温域」ともいう）で維持したいケースがある。このような場合、上記したような冷却液循環回路のみによる冷却システムでは対処できない。

　そこで、本出願人は、特許文献１に示すような成形用金型の温度調整システムを提案した。この発明によれば、金型の廃熱と冷却機による冷熱とを利用することによって、所望する金型温度を低温域の１０℃から中温域の６０℃近傍まで省エネで熱効率よく使用することができるようになる。

特許第４７５５６７７号公報

　しかし、ポリカーボネート樹脂のように、金型温度を約９０℃程度の高温域で維持したい場合がある。その場合には、上述したような金型の廃熱利用のみでは冷却液を９０℃に継続維持することが困難であった。
　そこで本発明は、金型の廃熱と冷却機による冷熱とを利用することによって、所望する金型温度を低温域から中温域まで使用することができるとともに、さらに高温域（すなわち１０℃～９０℃）にわたって安定して使用することができる成形用金型の温度調整システムを、簡単な構成で提供することを主たる目的とするものである。

　また、冷却機を使用する際には、電力を消費することになるが電力料金は電力使用量がピークになる昼間よりも電力使用量が少ない夜間の方が安価に設定されている。そこで、電力料金の安い夜間に冷却機を作動して氷を生成することで冷熱を蓄熱しておき、昼間の電力使用量のピーク時に氷を融解して節電を図りながら温調することができる温調システムが望まれているが、これまでの温度調整システムでは、装置の使用状態を、効率的に氷を生成するモードに変更したり、生成した氷を効率的に利用して節電するモードに変更したりすることが容易に行える工夫はなされていなかった。本発明は、温調動作をしながら積極的に氷を生成したり、積極的に氷を融解したりすることが簡単かつ効率的に行うことができる温調システムを提供することを目的とする。

　上記目的を達成するため、本発明に係る成形用金型の温度調整システムにあっては、冷却装置により冷却された冷却液を収納する冷却槽と、前記冷却槽からの冷却液を収納する調整槽と、前記調整槽から金型を経て調整槽に戻る冷却液循環流路と、前記冷却液循環流路の途中から分岐されて前記冷却槽に至る分岐流路と、前記分岐流路の途中に設けられた制御弁と、前記調整槽内もしくは前記冷却液循環流路の冷却液の温度を検出する第１の温度センサと、前記調整槽内もしくは前記冷却液循環流路内に設けられ、第１の温度センサの検出温度とあらかじめ設定された加熱開始設定温度との比較によってＯＮ／ＯＦＦ動作する制御機能を備えた加熱器とからなり、前記加熱器は加熱開始設定温度以下になるとＯＮ動作し、加熱開始設定温度以上になるとＯＦＦ動作するように形成され、第１の温度センサの検出温度があらかじめ設定された冷却開始設定温度以上になると、前記制御弁が開いて前記冷却液循環流路の高温の冷却液の一部が前記冷却槽に戻されるように形成され、冷却槽に戻された液量だけ冷却槽から前記調整槽に低温の冷却液が流入するように形成されている構成とした。

　本発明は上記のごとく構成されているので、冷却槽と区分けされた調整槽内の冷却液の循環によって金型が冷却され、金型温度により循環冷却液があらかじめ設定された冷却開始設定温度以上に上昇すると、冷却液循環流路の高温の冷却液の一部が冷却槽に戻されて、この戻された液量だけ冷却槽から調整槽に低温の冷却液が流入して、調整槽内の循環冷却液を自動的に設定温度に調整することができ、これにより、金型の廃熱の有効利用と、冷却機による冷熱とによって、金型冷却液の温度を約１０℃の低温域から約６０℃の中温域までは省エネで得ることができる。
　さらに、ポリカーボネート樹脂のような６０℃より高温、具体的には９０℃程度の高温域での樹脂成形が要求される場合には、システムに付加された加熱器を使用する。これにより、調整槽の金型冷却液の温度を例えば９０℃の高温まで昇温させることができ、ポリカーボネート樹脂のような高温域での樹脂成形を行う場合にも使用可能となる。なお、加熱器は調整槽または循環流路の途中に取り付けるだけでよいので、構成が簡単であり、コストの低減化を図ることができるといった効果もある。

　上記発明において、前記冷却槽と調整槽が隔壁で区分けされた一体構造で形成され、冷却槽には冷却槽内の冷却液の温度を検出する第２の温度センサが設けられ、その検出温度により冷却機を制御して、冷却槽内の冷却液の温度を一定に維持するように形成されている構成とするのが好ましい。
　この二槽一体構造により、槽全体をコンパクトにして設置スペースを小さくすることができるとともに、第２の温度センサにより冷却槽内の冷却液の温度を一定に維持して金型の冷却をコンスタントに行うことができる。

　また、上記発明において、冷却槽内部に冷却液を冷却する冷却装置のエバポレータが配置され、このエバポレータにより冷却槽内に氷が生成するように形成されている構成とするのがよい。
　これにより、エバポレータが隠れて外観イメージがスマートになるとともに、冷却槽内に生成された氷により、多量の冷熱を蓄熱させることができて熱効率を高めることができる。

　ここで、エバポレータが冷却槽内部に配置された上記発明において、前記冷却槽は、上流側を閉塞端にして前記エバポレータが配置される冷却空間と当該冷却空間の下流側に連通し冷却液を調整槽に送る流路となる送液空間とからなり、前記分岐流路の末端部分は少なくとも二つに分岐されて複数の冷却槽接続流路が形成され、前記冷却槽接続流路の一つが前記冷却空間に設けられた氷融解用接続口に接続され、前記冷却槽接続流路の一つが前記送液空間または送液空間近傍の冷却空間に設けられた氷生成用接続口に接続され、前記分岐流路には前記冷却液循環流路からの高温の冷却液を送る冷却槽接続流路を切り替える流路切替機構を設けてもよい。
　この発明によれば、冷却槽のエバポレータが配置された冷却空間において氷を生成したり、生成した氷を融解したりするが、分岐流路からの高温の冷却液を冷却槽へ導入する位置を、氷生成時と氷融解時とで変更できるように流路切替機構を設けてある。
　すなわち氷融解時には冷却空間に生成された氷が融解されやすくするために、冷却空間自体に設けた接続口（氷融解用接続口）から生成されている氷に向けて高温の冷却液を導入する。
　また、氷生成時には冷却空間のエバポレータ近傍にできるだけ低温の冷却液が淀んで冷却が促進されるようにするため、送液空間または送液空間近傍の冷却空間に設けた接続口（氷生成用接続口）から冷却液を導入する

　上記発明において、前記制御弁は、前記分岐流路が各冷却槽接続流路に分岐した後の流路上にそれぞれ設けられ、当該制御弁が前記流路切替機構の機能を兼ねてもよい。
　また、前記制御弁は、前記分岐流路が各冷却槽接続流路に分岐するよりも前段側に設けられ、前記制御弁とは別に、各冷却槽接続流路上に流路を切り替える流路切替機構を設けてもよい。

本発明に係る金型温度調整システムの第１実施例を示す説明図。図１に示す第１実施例のブロック図。本発明に係る金型温度調整システムの第２実施例を示す説明図。本発明に係る金型温度調整システムの第３実施例を示すブロック図。本発明に係る金型温度調整システムの第４実施例を示すブロック図。本発明に係る金型温度調整システムの第５実施例を示すブロック図。

（実施形態１）
以下において、本発明に係る成形用金型の温度調整システムについて図面に示した実施例に基づき説明する。
　図１は本発明に係る成形用金型の温度調整システムの第１実施例を示す説明図であり、図２はそのブロック図である。この温度調整システムは、冷却液を収納する冷却槽１と、冷却槽１からの冷却液を収納する調整槽２を備えている。冷却槽１は、上流側の冷却空間１ａと下流側の送液空間１ｂとからなる。冷却空間１ａは上流側が壁で閉じられ、後述する冷却装置５のエバポレータ８が空間内に配設される。送液空間１ｂは冷却空間１ａの下流側に連通し、冷却空間１ａで冷やされた冷却液がこの送液空間１ｂを介して調整槽２に送られる。
　冷却槽１と調整槽２は隔壁３で区分けされた二槽一体構造で形成されており、冷却槽１の送液空間１ｂの液面が調整槽２の液面より上位となるように配置され、冷却槽１の隔壁３の上縁が切除されてオーバーフロー口４を形成しており、このオーバーフロー口４から溢れた分が調整槽２へ流入するように設けられている。

　さらに、本発明の温度調整システムでは、冷却液を冷却する冷却装置５が設けられている。この冷却装置５は、フロン等の冷媒を圧縮するコンプレッサ６と、コンプレッサ６からの圧縮冷媒を凝縮するコンデンサ７、螺管式のエバポレータ（熱交換器）８並びにこれら機器をつなぐ冷媒循環回路９とからなり、前記エバポレータ８が冷却槽１の冷却空間１aの内部に配置されて、冷却槽１内の冷却液を熱交換により直接冷却するように構成されている。
　なお、冷却装置５は、冷媒の蒸発熱を利用したヒートポンプ式の冷却装置である。これは冷却槽１内でエバポレータ８の螺管周辺部に冷温水を生成するだけでなく、氷が生成できる温度に設定することもできるように構成されている。
　これにより、氷の潜熱（融解熱）を利用して多量の冷熱を蓄熱すること、すなわち、氷蓄熱が可能となる。その結果、冷却槽１内の冷却液温度を概ね０℃に安定維持することができるとともに、熱効率を高めることができる。冷却槽１内の冷却液は、冷却槽１内に設けられた第２温度センサ１８による検出温度により、冷却装置５を制御して冷却槽１内の冷却液温度を一定に維持するように形成されている。
　前記冷却槽１に装着される第２温度センサ１８は、エバポレータ８の螺管表面に近接し、感温部が螺管に接触しない位置に設置するのがよい。具体的には、エバポレータ８の螺管表面から１ｃｍ～１０ｃｍ、好ましくは、３ｃｍ離れた位置で、槽壁面に接触しない位置に温度センサの感温部を設置するのがよい。また、冷却空間１内での第２温度センサ１８の取り付け位置としては、冷却空間１aと送液空間１ｂとの境界近傍に設けるのが好ましい。このような取り付け位置を確保することにより、螺管表面に氷が生成してもセンサー感温部回りが水相を維持している間は、第２温度センサは概ね氷点温度（０℃）を検出し表示するので、氷生成を継続させることが出来る。氷が成長して厚みを増しセンサー感温部に接触すると氷点以下の低温度を検出することになる。その結果、氷生成とその成長を第２温度センサの表示温度から監視することが出来る。

　また、調整槽２からポンプＰ、プラスチック成形機の金型１０を通って調整槽２に戻る冷却液循環流路１１と、この循環流路１１の金型１０に至る流路途中から分岐されて冷却槽１に至る分岐流路１２と、調整槽２内の冷却液の温度を検出する第１温度センサ１５とが設けられている。さらに、ポンプＰから金型１０に至る循環流路１１の途中から分岐されて調整槽２に戻るバイパス流路１４が設けられ、このバイパス流路１４の途中にバルブ１６が設けられている。

　分岐流路１２に設けられた制御弁１３は、常時は閉じた状態にある。第１温度センサ１５による調整槽２内の冷却液の検出温度が、予め設定してある所望の冷却開始設定温度以上になると、制御弁１３が開いて分岐流路１２の冷却槽１に至る流路が開放され、循環流路１１の冷却液の一部が分岐流路１２を経て冷却槽１に戻され、検出温度が冷却開始設定温度以下になると、制御弁１３が閉じて冷却槽１への分岐流路１２が閉ざされるように設定されている。このような設定を制御する手段は、制御プログラムを組み込んだコンピュータによって容易に行うことができる。また、電子制御ユニットの組み合わせによっても実施することができる。
　なお、バイパス流路１４は、何らかの原因で金型１０内の流路にトラブルが生じた場合に、循環流路１１の冷却液を調整槽２に還流させるためのものであり、バイパス流路１４中の流量はバルブ１６によって適宜調整され、バイパスを必要としない場合はバルブ１６が閉ざされている。また、このバイパス流路１４は、本システムから省略することも可能である。

　また、調整槽２には、高温域での使用の際に、調整槽２並びに冷却液循環流路１１内の冷却液を加熱する加熱器１７が設けられている。この加熱器１７は、金型１０を、５０℃～９０℃の高温域の冷却液で冷却する必要のあるときに動作させるものであって、第１温度センサ１５の検出温度が予め設定してある所望の加熱開始設定温度以下になるとＯＮ動作し、設定温度以上になるとＯＦＦ動作するように設定されている。

　さらに、調整槽２内の水位を一定に調整するために、外部に設けた冷水塔２３からの冷却液供給流路１９がフロート弁２０を介して連通されており、水位が設定値から下がるとフロート２０ａが下動してフロート弁２０が開き、冷水塔２３からの冷却液を補給して水位を一定値に維持する。

　また、本システムのメンテナンスおよび冷却槽１や調整槽２の清掃のために、システム中の冷却液を冷水塔２３に戻す還元流路２１が、分岐流路１２の途中から冷水塔２３に連通して設けられており、還元流路２１の途中には、還元流路２１を開閉するバルブ２２が設けられている。

　本システムで使用される冷却液としては、通常、水が使用されるが、水にエチレングリコール等の不凍剤を混入した不凍液や、同等の物性を有する液体を使用することが可能である。

　上記の構成において、金型１０を循環する冷却液の検出設定温度（冷却開始設定温度）を、例えば４０℃に設定して駆動すると、調整槽２の冷却液がポンプＰによって循環流路１１を循環し、金型１０を冷却する。この段階では、冷却槽１内の冷却液は調整槽２に流入していない。また、調整槽２内の加熱器１７は、その電源を切断しておく。

　循環流路１１から還流される調整槽２内の冷却液が金型１０の熱を吸収して４０℃（冷却開始設定温度）を超えると、第１温度センサ１５によって温度が検出されて制御弁１３が開き、冷却槽１に至る分岐流路１２が開放されて循環流路１１の温度の高い冷却液の一部が冷却槽１に戻される。この戻された液量だけ冷却槽１内の液量が増加して液面が上昇し、オーバーフロー口４から溢れて調整槽２に流入して調整槽２内の液温が低下する。調整槽２内の冷却液が４０℃以下になると、第１温度センサ１５が検知して制御弁１３により冷却槽１に至る分岐流路１２が閉ざされる。この動作の繰り返しにより、金型１０に流れる冷却液の温度を常に設定温度（冷却開始設定温度）の４０℃に自動調整することができる。
　また、制御弁１３により、金型１０からの高温環流液の冷却槽１への流入を抑制することにより、調整槽２内の冷却液温度の上昇を抑えることができるとともに、冷却槽１内での氷の生成と融解とを継続して行うことができる。さらに、第２温度センサ１８は、エバポレータ８の螺管表面から離れて槽壁面に接触しない位置に設けられているので、前記した通り、感温部回りが水相を維持している間は、氷点下以下にはならず、冷却槽１内の冷却水温度を正確に検出することができる。

　なお、冷却槽１内での継続した氷の生成には、第２温度センサ１８の感温部の取付位置と、分岐流路１２から冷却槽１に流入する冷却液の流量制御とが重要な要素となる。
　本発明者の実験によれば、調整槽２内の冷却液が４０℃以下になっても制御弁１３が完全に閉じるのではなく、少量の冷却液が流通するように設定するとともに、第２温度センサ１８を、エバポレータ８の螺管表面から３ｃｍ程度離れた位置に設置して冷却水温度が約１０℃以上、好ましくは５℃以上でＯＮ動作するように設定することにより、エバポレータ８の螺管表面における氷の生成を継続して維持することができるとともに、冷却槽１内部の冷却水温度を設定温度に安定維持することができた。

　次いで、ポリカーボネート樹脂などのように、金型１０を例えば８５℃の高温域の冷却液で冷却する場合について説明する。
　まず、加熱器１７の電源を入れ、加熱器１７がＯＮ動作する温度（加熱開始設定温度）を８５℃に設定するとともに、冷却槽１に連なる分岐流路１２の制御弁１３の開動作を行う冷却液の温度（冷却開始設定温度）を８５℃以上、例えば９０℃に設定する。
　これにより、循環流路１１から還流される調整槽２内の冷却液は加熱器１７によって９０℃まで暖められ、９０℃を超えると、第１温度センサ１５によって温度が検出されて加熱器１７がＯＦＦに切り替わり、冷却液は概ね９０℃に維持される。もし、冷却液が金型からの熱を吸収して異常に上昇して９０℃（冷却開始設定温度）に達すると、制御弁１３が開いて冷却槽１に至る流路が開放され、循環流路１１の温度の高い冷却液の一部が冷却槽１に戻される。この戻された液量だけ冷却槽１内の液量が増加して液面が上昇し、オーバーフロー口４から溢れて調整槽２に流入して調整槽２内の液温が低下する。調整槽２内の冷却液の温度が下がると、第１温度センサ１５が検知して制御弁１３により冷却槽１に至る分岐流路１２が閉ざされる。これにより、金型１０を通る冷却液の温度が設定温度範囲から逸脱するのを確実に防ぐことができる。

　上記のように本発明では、金型１０の廃熱の有効利用と、冷却装置５による冷熱とによって、金型冷却液の温度を約１０℃の低温域から約５０℃～６０℃の中温域まで省エネで得ることができる。また、システムに付加された加熱器１７を使用することにより、金型冷却液の温度を例えば９０℃の高温まで昇温させることができ、ポリカーボネート樹脂のような高温域での樹脂成形が可能となる。これにより、金型冷却温度を低温域から高温域まで広範囲にカバーできて多様な需要に対処することができる。加えて、加熱器１７は調整槽２または循環流路１１の途中に取り付けるだけでよいので、構成が簡単であり、コストの低減化を図ることができる。

　また、本実施例では、冷却槽１の冷却空間１aの内部に冷却装置５の螺管式エバポレータ８を配置して冷却液を直接冷却するようにしたので、エバポレータ８が隠れて外観イメージがスマートになるとともに、エバポレータ８を冷却槽１の外部に設置した場合に比べて、エバポレータ８と冷却槽１とに冷却液を循環させるパイプラインやポンプを省略できて、構成を簡略化することが可能となる。また、冷却槽１内のエバポレータ８に氷を生成することによって多量の冷熱を蓄熱させることができ、熱効率を高めることができる。さらに、冷却装置５について、予約した時間に冷却を行うタイマ機能を設けておくことで、電気料金の安価な深夜の内に氷を生成しておくこともできる。

　図３は本発明に係る成形用金型の温度調整システムの第２実施例を示す説明図である。第２実施例では、加熱器１７を金型１０から調整槽２に至る冷却液循環流路１１の途中に設けるようにしている。この場合には、加熱器１７が調整槽２の外部にあるので加熱器１７のメンテナンスが容易となる。

（実験１）
　下記表１は、本発明の実施品と、比較品１、比較品２並びに比較品３とによる冷却効率の試験結果を示すものである。
　比較品１は、冷凍機のみで金型冷却水を冷却する市販金型冷却装置であり、比較品２は、特許文献１の機構を備えた金型冷却装置であり、比較品３は、冷凍機と加熱器とを備え、冷却槽１槽のみの循環経路で５℃～９０℃の温度範囲で冷温水を生成する金型冷却装置である。
　表中の数位は、ＪＩＳＢ８６１３「ウォーターチリングユニット」付属書１の冷却能力試験法に準拠して測定したＣＯＰ簡易値を示すものであり、ＣＯＰ値は次の算出式によって得られる。
　　ＣＯＰ値＝冷却能力（ｋｃａｌ）÷ 消費電力（ｋＷｈ）
　試験では、１ｋＷｈ＝８６０ｋｃａｌに換算して、約１時間金型冷却装置を運転し、所定の設定温度の冷却水を生成するに要した電力を計測し、上記式によって計算した。ＣＯＰ値が大きくなる程、電力→熱量の変換効率が高いことを示す。本試験によって、下記表１に示すように、本発明の実施品が比較品のいずれよりも変換効率が優れていることが判る。

（実施形態２）
　次に、本発明の他の実施形態の温度調整システムについて説明する。ここで説明する実施形態２では、積極的に氷を生成する「氷生成モード」と、節電のために積極的に氷を融解する「氷融解モード」とを簡単に切り替えることができるようにして、例えば電力料金が安い時間帯に冷却槽に「氷生成モード」で多量の氷を作成しておき、電力使用量がピークとなる時間帯に「氷融解モード」で氷を融解することでその時間帯での電力使用量を抑制することが簡単に実現できるようにして、氷蓄熱を第一の実施形態よりも効率的に利用できるようにしている。

　図４は本発明に係る成形用金型の温度調整システムの第３実施例を示す説明図である。なお、図１で示した温度調整システムの同じ構成部分については同符号を付すことにより、説明の一部を省略する。

　本実施例では、冷却液循環流路１１の金型１０に至る流路途中から分岐して冷却槽１に至る分岐流路１２が、分岐流路１２の末端側で、さらに第１冷却槽接続流路３１と第２冷却槽接続流路３２とに分岐するようにしてある。第１冷却槽接続流路３１は冷却槽１の冷却空間１aに設けた氷融解用接続口３３に接続される。この氷融解用接続口３３は冷却空間１ａのできるだけ上流側に設ける方が好ましい。また、第２冷却槽接続流路３２は、送液空間１ｂ近傍の冷却空間１ａ（あるいは送液空間１ｂでもよい）に設けた氷生成用接続口３４に接続される。このようにして氷融解用接続口３３を氷生成用接続口３４よりも上流側に設けるようにしてある。
　分岐流路１２から分岐した後の第１冷却槽接続流路３１の途中には、開閉制御を行う第１制御弁３５が設けられ、同様に、分岐流路１２から分岐した後の第２冷却槽接続流路３２の途中にも開閉制御を行う第２制御弁３６がそれぞれ設けられている。

　調整槽２内には冷却液の温度を検出する第１温度センサ１５が設けられている。
　分岐流路１２に設けられた第１制御弁３５、第２制御弁３６は、常時は閉じた状態にある。第１温度センサ１５による調整槽２内の冷却液の検出温度が、予め設定してある冷却開始設定温度以上になると、第１制御弁３５、または、第２制御弁３６（あるいは両方でもよい）が開いて分岐流路１２から（第１冷却槽接続流路３１または第２冷却槽接続流路３２を経て）冷却槽１に至る流路が開放され、循環流路１１の冷却液の一部が分岐流路１２を経て冷却槽１に戻される。第１温度センサ１５の検出温度が冷却開始設定温度以下になると、開いていた第１制御弁３５、または、第２制御弁３６が閉じて冷却槽１への分岐流路１２が閉ざされるようにしてある。このような設定を制御する手段は、制御プログラムを組み込んだコンピュータによって容易に行うことができる。また、電子制御ユニットの組み合わせによっても実施することができる。

　冷却槽１の冷却空間１ａでは、エバポレータ８が冷却槽１の内部に配置されて、冷却槽１内の冷却液を熱交換により直接冷却するように構成され、氷が生成できる温度に維持することもできるように構成されている。

　さらに、本実施形態では、冷却槽１内に氷を生成して氷蓄熱を促進する状態（氷生成モード）と、蓄積された氷を融解する状態（氷融解モード）とを簡単に切り替えることができるようにするために、循環流路１１からの高温の冷却液を分岐流路１２から冷却槽１に戻す流路を複数に分岐し、冷却槽への冷却液の導入位置の切替ができるようにしてある。　具体的には、上述した制御プログラムを組み込んだコンピュータあるいは電子制御ユニットなどの制御手段に付設される入力装置（不図示）での入力によって「氷生成モード」を選択することにより、或いは単純に手動操作によって、第２制御弁３６が開閉制御されて制御弁（図１の制御弁１３）として機能するようになり（第１制御弁３５は閉止）、「氷融解モード」を選択することによって第１制御弁３５が開閉制御されて制御弁として機能するようになる（第２制御弁３６は閉止）。すなわち、第１制御弁３５と第２制御弁３６とによって、第１冷却槽接続流路３１と第２冷却槽接続流路３２とを切り替える流路切替機構としての機能と制御弁としての機能とが兼用されている。

　次に各モードでの動作について説明する。「氷生成モード」が選択された状態においては、第１温度センサ１５による調整槽２内の冷却液の検出温度が、予め設定してある冷却開始設定温度以上になると、第２制御弁３６が開いて第２冷却槽接続流路３２から冷却槽１に至る流路が開放され、循環流路１１の冷却液の一部が氷生成用接続口３４から冷却槽１に戻される。検出温度が冷却開始設定温度以下になると、第２制御弁３６が閉じて冷却槽１への分岐流路１２が閉ざされる。
　この場合、冷却槽１に氷生成用接続口３４から入り込んだ高温の冷却液は冷却空間１ａの下流側近傍だけに触れて熱交換されて送液空間１ｂに送られる。そして送液空間１ｂの冷却液が調整槽２へ流入するようになり、調整槽２の冷却液の温度が冷却開始設定温度になるように第２制御弁３６が開閉制御される。その際に、冷却空間１ａに存在する多量の冷却液は氷生成用接続口３４から入り込んだ高温の冷却液の影響をほとんど受けることなく、淀んだ状態でエバポレータ８により冷却され続け、効率的に０℃以下まで冷却されて氷が生成されるようになる。このとき冷却機５で消費された電力は氷の潜熱になり冷熱エネルギーとして蓄積されることになる。

　「氷融解モード」が選択された状態においては、第１温度センサ１５による調整槽２内の冷却液の検出温度が、予め設定してある冷却開始設定温度以上になると、第１制御弁３５が開いて第１冷却槽接続流路３１から冷却槽１に至る流路が開放され、循環流路１１の冷却液の一部が氷融解用接続口３３から冷却槽１に戻される。検出温度が冷却開始設定温度以下になると、第１制御弁３５が閉じて冷却槽１への分岐流路１２が閉ざされる。
　この場合、冷却槽１に入り込んだ高温の冷却液は、（既に冷却空間１ａに氷蓄熱がなされているとして）冷却空間１ａに蓄積された氷を融解しながら熱交換されていく。氷が融解するときの潜熱（融解熱）を利用して冷却できるので、冷却機５で冷却する必要がなくなり、電力消費を抑えることができる。そして送液空間１ｂの冷却液が調整槽２へ流入するようになるので、調整槽２の冷却液の温度が冷却開始設定温度になるように第１制御弁３５が開閉制御される。そして蓄積された氷が融けるまで節電しながら冷却液を調整槽２に送ることができる。
　したがって、夜間の電気料金が安価な時間に「氷生成モード」で氷を生成しておき、昼間の電力使用量のピーク時間に「氷融解モード」で節電しながら冷却することで、電力コストを低減でき、電力使用量のピーク時の節電を実現することができる。

　次に、変形例について説明する。図５は第４実施例を示す説明図である。なお、図４で示した温度調整システムの同じ構成部分については同符号を付すことにより、説明の一部を省略する。
　本実施例では、冷却液循環流路１１の金型１０に至る流路途中から分岐して冷却槽１に至る分岐流路１２が、分岐流路１２の末端側で、第１冷却槽接続流路４１と第２冷却槽接続流路４２とに分岐する。図４の実施形態と同様に、第１冷却槽接続流路４１は冷却槽１の冷却空間１ａの上流側に設けた氷融解用接続口４３に接続される。第２冷却槽接続流路４２は、冷却空間１ａの下流側に設けた氷生成用接続口４４に接続される。
　分岐流路１２の途中には制御弁１３が設けてあり、制御弁１３の下流側で第１冷却槽接続流路４１と第２冷却槽接続流路４２とに分岐する。そして、第１冷却槽接続流路４１の途中には流路切替を行うための第１切替弁４５が設けられ、第２冷却槽接続流路４２の途中にも流路切替を行うための第２制御弁４６がそれぞれ設けられる。すなわち、本実施例では、制御弁１３の後段に流路切替機構となる第１切替弁４５、第２切替弁４６が別に設けられている。

　そして「氷生成モード」が選択されたときは、第２切替弁４６が開き、第１切替弁４５が閉じる。「氷融解モード」が選択されたときは、第１切替弁４５が開き、第２切替弁４６が閉じる。

　次に各モードでの動作について説明する。「氷生成モード」が選択された状態（第２切替弁４６が開状態）においては、第１温度センサ１５による調整槽２内の冷却液の検出温度が、予め設定してある所望の冷却開始設定温度以上になると、制御弁１３が開いて第２冷却槽接続流路４２から冷却槽１に至る流路が開放され、循環流路１１の冷却液の一部が氷生成用接続口４４から冷却槽１に戻される。検出温度が冷却開始設定温度以下になると、制御弁１３が閉じて冷却槽１への分岐流路１２が閉ざされる。

　「氷融解モード」が選択された状態（第１切替弁４５が開状態）においては、第１温度センサ１５による調整槽２内の冷却液の検出温度が、予め設定してある冷却開始設定温度以上になると、制御弁１３が開いて第１冷却槽接続流路４１から冷却槽１に至る流路が開放され、循環流路１１の冷却液の一部が氷融解用接続口４３から冷却槽１に戻される。検出温度が冷却開始設定温度以下になると、制御弁１３が閉じて冷却槽１への分岐流路１２が閉ざされる。
　このようにして、制御弁１３と流路切替機構（第１切替弁４５、第２切替弁４６）とを別に設けても同様の制御を実現することができる。

　上述した実施形態では、「氷生成モード」と「氷融解モード」とにより、冷却槽１に戻す流路を第１冷却槽接続流路４１と第２冷却槽接続流路４２とのいずれかに完全に切り替えたが、これに代えて、第１冷却槽接続流路４１と第２冷却槽接続流路４２とを開閉を交互に切り替えるようにして、２つの流路に戻す高温の冷却液の比率を変化させるようにしてもよい。例えば「氷生成モード」では第１冷却槽接続流路４１と第２冷却槽接続流路４２との流量比を９：１、「氷融解モード」では１：９に設定するようにしてもよい。

　また、上記各実施形態では、分岐流路を２つの冷却槽接続流路に分岐したが、３つ以上に分岐して、例えば、冷却空間１ａの上流側、下流側、中央の３箇所に接続口を設けてもよい。これにより、氷蓄熱で生成する氷の量を調整することが簡単にできるようになる。

（実験２）
　次に、実施形態２の温度調整システムでの氷蓄熱の検証実験を行った。すなわち、所定温度に設定した冷温調水を金型に循環しながら、氷生成（氷蓄熱）を併行的に実施し、その後、冷却機５を停止して氷蓄熱を利用して金型温度を調整した。そのときの実験および実験結果について説明する。

　図６は、実験２に用いた本発明に係る金型温度調整システムの第５実施例を示すブロック図である。図４、図５で示したものと同じ機能部分については同一符号を付して説明の一部を省略する。
　第５実施例では、冷却槽１への分岐流路１２の途中には制御弁１３が設けてあり、分岐流路１２の末端側が、第１冷却槽接続流路５１、第２冷却槽接続流路５２、第３冷却槽接続流路５３、第４冷却槽接続流路５４の４つの流路に分岐し、それぞれに第１切替弁５５、第２切替弁５６、第３切替弁５７、第４切替弁５８が設けられている。
　第１冷却槽接続流路５１は冷却槽１の冷却空間１ａにおける下流側に設けた氷生成用接続口５１aに接続される。第４冷却槽接続流路５４は冷却槽１の冷却空間１ａにおける上流側に設けた氷融解用接続口５４に接続される。さらに第２冷却槽接続流路５２および第３冷却槽接続流路５３は、冷却空間１ａの中央寄りに設けた中間用接続口５２ａ，５３ａに接続される。中間接続口５２ａ，５３ａは氷生成時、氷融解時のいずれで使用するかによって、氷生成用の接続口にも、氷融解用の接続口にも使用されることになる。

　このように、第１切替弁５５、第２切替弁５６、第３切替弁５７、第４切替弁５８の４つの切替弁を設置し、冷却槽１の冷却空間１ａ内の流速を調節できるようにした。なお、各接続口５１ａ～５４ａは、冷却槽１の側面又は底面の任意の部位に取付けることができるが、メンテナンスおよび取付け作業の容易さから側面に取付けるようにしている。

　本実験２では、調整槽２の設定温度によって所定の冷温調水を金型へ送出しながら、冷却槽内に氷蓄熱を行い、その後、冷却槽１内に生成した氷を融解して冷熱を取りだす事により、冷却機を停止したまま継続して所定の冷温調水で金型温度調節を実現するための好適な条件について確認した。
　氷生成と氷融解工程においては、冷却槽１へ暖められた冷却水を還流させるための接続口の選択条件が重要である。そこで本実験２では、切替弁の調整による実用的な金型温度調整システムとしての好適な使用方法を検討した。

　本実験２では、調整槽２内に設置した第１の温度センサー１５の設定温度で金型１０へ送出する冷却液温度を定め、冷却槽１内に設置した第２の温度センサー１８によって冷却機５の冷凍サイクルを稼動させた。
　通常の金型温度調整システムとして運転しながら氷蓄熱するための“氷生成運転”では、分岐流路１２以降は、第１切替弁５１を開にし、他の切替弁５２～５４を閉にした。
　氷を融解して冷熱を取り出す“解氷運転”では、逆に切替弁５２～５４を開にし、切替弁５１を閉にした。なお、一部の比較実験例（実験Ｎｏ．３）では、切替弁５４，５１を開にした。

　また、稼動状況の把握用、および、本システム構成各部位のモニタリング用に、金型流路１１（冷却液循環流路）に流量計を設置した。また、金型１０への冷却液入口および金型から調整槽２側への液戻り口の液温を熱電対にて計測した。前記した金型入口および戻り口の液温を監視することによって、金型温度調整が所定の条件にて実現しているか、或いは、制御不能になっているかの状況判断が可能であった。以下に示す表２に実験２での監視結果を一括して示す。

　表２において、実験No.２の条件では、１時間強（６７分）の通常運転下で氷蓄熱が併行して実現し、その後５１分に亘って冷却機を停止しても正常に金型温度調整が為された。これにより、本実施例の金型温度調整システムでの氷蓄熱が有効であることが確認された。
　実験No.１の条件でも、１８０分の通常運転下で氷蓄熱が実現でき、その後４９分に亘って冷却機を停止しても正常に金型温度調整が為された。

　一方、比較実験としての実験No.3では、氷蓄熱された冷熱が十分には取り出せなかった。No.３では解氷過程で全ての氷を融解させられなかったが、その原因は冷却液の流路選択（解氷時に切替弁５１を開にしたこと）が不適当であったと判断した。

　以上、本発明の代表的な実施例について説明したが、本発明は必ずしも上記の実施例構造のみに特定されるものでなく、その目的を達成し、請求の範囲を逸脱しない範囲内で適宜修正、変更することが可能である。各実施例のブロック図に示す冷却機は、外部冷水塔との接続を示しているが、外部冷水塔を使用する冷却機の代わりに空冷式熱交換ユニットを備えた冷却機を配置しても良い。冷却機には、冷水塔のみならず空冷式熱交換ユニットを備えたものでも適当である。

　また、各実施例では、冷却槽１内の冷却空間１ａへ接続する流路の選択により該空間内の液流を制御しているが、液流制御の手段としては、例えば調整槽２の底面に小孔を開け冷却槽に貫通させておく方法も有効である。特に、日常の金型温度調整システムの冷却用水のメンテナンスを行う際の給水時および排水時には両槽を連通構造にできるようにしておくと便利である。

　また、調整槽２は、冷却槽１との隔壁を仕切り板と底板とに分割し、底板に対して仕切り板の位置を移動調整できるような構成にしてもよい。これにより調整槽と冷却槽との容積比および両槽が隣接する隔壁面積を任意に変更することが可能になる。

　本発明は、プラスチック射出成形機における成形用金型の温度調整システムとして適用することができ、また、住環境の温度調整用として、例えば空調用温調水の生成機器として利用することができる。

　１　冷却槽
　１ａ　上流側空間
　１ｂ　下流側空間
　２　調整槽
　３　隔壁
　４　オーバーフロー口
　５　冷却装置
　８　エバポレータ
１０　金型
１１　冷却液循環流路
１２　分岐流路
１３　制御弁
１４　バイパス流路
１５　第１温度センサ
１７　加熱器
１８　第２温度センサ
３１　第１冷却槽接続流路
３２　第２冷却祖接続流路
３３　氷融解用接続口
３４　氷生成用接続口
３５　第１制御弁
３６　第２制御弁
　Ｐ　ポンプ

Claims

　冷却装置により冷却された冷却液を収納する冷却槽と、
　前記冷却槽からの冷却液を収納する調整槽と、
　前記調整槽から金型を経て調整槽に戻る冷却液循環流路と、
　前記冷却液循環流路の途中から分岐されて前記冷却槽に至る分岐流路と、
　前記分岐流路の途中に設けられた制御弁と、
　前記調整槽内もしくは前記冷却液循環流路の冷却液の温度を検出する第一の温度センサと、
　前記調整槽内もしくは前記冷却液循環流路内に設けられ、第一の温度センサの検出温度とあらかじめ設定された加熱開始設定温度との比較によってＯＮ／ＯＦＦ動作する制御機能を備えた加熱器とからなり、
　前記加熱器は加熱開始設定温度以下になるとＯＮ動作し、加熱開始設定温度以上になるとＯＦＦ動作するように形成され、第一の温度センサの検出温度があらかじめ設定された冷却開始設定温度以上になると、前記制御弁が開いて前記冷却液循環流路の高温の冷却液の一部が前記冷却槽に戻されるように形成され、冷却槽に戻された液量だけ冷却槽から前記調整槽に低温の冷却液が流入するように形成されている成形用金型の温度調整システム。
　前記冷却槽と前記調整槽が隔壁で区分けされた一体構造で形成され、前記冷却槽には冷却槽内の冷却液の温度を検出する第２の温度センサが設けられ、前記第２の温度センサの検出温度により前記冷却装置を制御して、冷却槽内の冷却液の温度を制御するように形成されている、請求項１に記載の成形用金型の温度調整システム。
　前記冷却槽内部に前記冷却装置の冷却液を冷却するエバポレータが配置され、このエバポレータにより冷却槽内に氷が生成されるように形成されている、請求項１または請求項２に記載の成形用金型の温度調整システム。
　前記冷却槽は、上流側を閉塞端にして前記エバポレータが配置される冷却空間と当該冷却空間の下流側に連通し冷却液を調整槽に送る流路となる送液空間とからなり、
　前記分岐流路の末端部分は少なくとも二つに分岐されて複数の冷却槽接続流路が形成され、前記冷却槽接続流路の一つが前記冷却空間に設けられた氷融解用接続口に接続され、前記冷却槽接続流路の一つが前記送液空間または送液空間近傍の冷却空間に設けられた氷生成用接続口に接続され、
　前記分岐流路には前記冷却液循環流路からの高温の冷却液を送る冷却槽接続流路を切り替える流路切替機構を設けた請求項３に記載の温度調整システム。
　前記制御弁は、前記分岐流路が各冷却槽接続流路に分岐した後の流路上にそれぞれ設けられ、当該制御弁が前記流路切替機構の機能を兼ねる請求項４に記載の温度調整システム。
　前記制御弁は、前記分岐流路が各冷却槽接続流路に分岐するよりも前段側に設けられ、前記制御弁とは別に、各冷却槽接続流路上に流路を切り替える流路切替機構を設けた請求項４に記載の温調システム。
　前記冷却槽内に設けられた第２の温度センサは、エバポレータの螺管表面から１ｃｍ～１０ｃｍ離れて槽壁面に接触しない位置に配置されている、請求項１～請求項６のいずれか１項に記載の成形用金型の温度調整システム。