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KR101180878B1 - 증기 압축 사이클을 이용한 금형 가열 및 냉각 시스템 - Google Patents

증기 압축 사이클을 이용한 금형 가열 및 냉각 시스템 Download PDF

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KR101180878B1
KR101180878B1 KR1020100012193A KR20100012193A KR101180878B1 KR 101180878 B1 KR101180878 B1 KR 101180878B1 KR 1020100012193 A KR1020100012193 A KR 1020100012193A KR 20100012193 A KR20100012193 A KR 20100012193A KR 101180878 B1 KR101180878 B1 KR 101180878B1
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서울과학기술대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 증기 압축 사이클을 이용한 금형 급속 가열 및 냉각 시스템에 관한 것으로서, 종래의 금형 급속가열 장치가 가지고 있는 성형성 향상이라는 장점을 그대로 유지하면서, 증기 압축 사이클이 가지고 있는 높은 성능계수를 통한 에너지 절약 및 저온부를 활용한 냉각 속도 증가를 통한 생산성 향상을 가능하도록 하는 금형 가열 및 냉각 시스템에 관한 것이다.

Description

증기 압축 사이클을 이용한 금형 가열 및 냉각 시스템{Mold Heating and Cooling System Using Vapor Compression Cycle}
본 발명은 증기 압축 사이클을 이용한 금형 급속 가열 및 냉각 시스템에 관한 것으로서, 종래의 금형 급속가열 장치가 가지고 있는 성형성 향상이라는 장점을 그대로 유지하면서, 증기 압축 사이클이 가지고 있는 높은 성능계수를 통한 에너지 절약 및 저온부를 활용한 냉각 속도 증가를 통한 생산성 향상을 가능하도록 하는 금형 가열 및 냉각 시스템에 관한 것이다.
사출성형용 금형의 가열냉각 시스템은, 사출성형에서, 2종류의 상이한 온도의 매체를 동일한 금형에 성형 프로세스에 따라 바꾸어서 흘려 보내는 방법을 채용하고 있다.
구체적으로는, 소재를 금형 내에 반입하고, 금형을 가열(승온)하여 금형을 균등하게 가열하고, 형체 기구에 의해 금형을 체결하여 이 금형의 성형면을 소재에 전사하고, 그 후에 금형을 냉각하고, 금형을 상승하여 성형가공된 소재를 반출하도록 하고 있다.
그런데, 종래의 사출성형용 금형의 가열냉각 시스템에서는, 가열용 매체에 오일, 냉각용 매체에 오일을 사용하거나, 또는 가열용 매체에 온수, 냉각용 매체로 물을 사용하는 등, 2종의 매체로 금형의 가열냉각을 행하고 있다.
그러나, 사출성형용 금형에서는, 그 온도상승에 열에너지를 많이 필요로 하여, 성형 사이클을 빨리 하기 위해서는, 설비비용, 런닝 비용이 많이 들어가는 동시에, 설비의 규모도 커져, 실용적이지 못하다는 문제를 포함하고 있다.
또, 복수의 금형을 사용하는 경우, 이것들에 온도차를 내기 위해서는, 개개의 금형에 공급하는 가열용 매체 각각에 대해 독립된 온도조절장치가 필요하게 된다는 문제를 포함하고 있다.
일본 특허공개공보 제08-039642호에는, 사출성형기와 온도상승 장치와 복수의 금형을 사용하여 구성되고, 복수의 금형을 온도상승 장치로 승온한 후, 복수의 금형을 순차적으로 사출성형기로 이송하고, 각 금형을 개별적으로 온도제어 하면서 사출성형을 행하도록 한 복수의 금형을 사용하는 성형방법이 제안되어 있다.
그러나 이 성형방법의 경우, 복수의 금형의 사출성형기에의 순차 이송, 각 금형의 개별의 온도제어 등, 복잡한 구성, 복잡한 제어가 필요하게 된다는 문제를 포함하고 있다.
일본 특허공개공보 2003-311798호에는, 고정금형, 가동금형을 가지고 있는 사출성형기에 대해, 이 사출성형기의 복수의 주요부에, 복수의 온도조절장치로부터 매체를 온도제어 하면서 압송하도록 구성한 디스크 성형금형의 온도제어 기구가 제안되어 있다.
그러나 온도제어 기구의 경우도, 성형기의 복수의 주요부에, 복수의 온도조절장치로부터 매체를 온도제어 하면서 압송하는 구성이기 때문에, 역시 복잡한 구성, 복잡한 제어가 필요하게 된다는 문제를 포함하고 있다.
따라서, 통상 열가소성 수지를 사출성형이나 압축성형에 의해 성형할 경우, 금형온도변화에 의해서 성형사이클이 길어지는 것을 피하기 위하여, 용융물을 금형에 간신히 충전하는 것이 가능하고, 금형으로부터 꺼낸 제품의 변형을 간신히 방지하는 것이 가능한 한계온도영역에서 성형을 행하고 있다.
또, 열가소성 수지를 사출성형할 경우, 용융물을 금형에 충전할 때 금형온도를 고온으로 유지해 놓으면, 수지의 유동성이 향상되므로, 얇은 벽두께의 제품의 성형에 유리할 뿐만 아니라, 전사성이 양호, 즉 캐비티표면의 형상이 제품의 표면에 양호하게 전사되고, 또, 접합선도 현저하지 않으므로, 용융물을 금형에 충전하는 사이에 캐비티표면에만 열이 가해지는 내용에 대한 발명이 다수 제안되어 있다.
열을 가열하는 방법과 관련하여, 열풍에 의한 가열방법은, 가열능력이 적다고 하는 문제점이 있고, 전기히터에 의한 가열방법은, 금형의 형판이 전체적으로 가열되어 가열 및 냉각에 소요되는 시간이 길다는 문제점이 있다. 또, 고주파유도에 의한 가열방법은, 가열장치의 출입에 시간이 많이 소요되어 급속가열의 효과가 반감되는 문제점이 있으며, 캐비티 내에 증기를 공급하는 방법은, 지속적으로 증기를 발생시키기 위해 에너지가 많이 소요되는 문제가 있고, 캐비티와 코어사이에 열판을 삽입하는 가열방법은, 금형구조가 복잡해져 금형제작 비용이 증가되는 문제점이 있다.
또한, 공통유로를 사용해서 가열과 냉각을 하는 방법은, 유로가 캐비티표면으로부터 떨어져 있으면 캐비티표면부분뿐만 아니라 금형의 심부까지도 가열 및 냉각되므로, 불필요한 가열과 냉각을 행함으로써, 가열과 냉각의 전환에 많은 시간이 걸리는 동시에, 가열과 냉각의 응답성이 저하되는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 증기 압축 싸이클이 가지고 있는 높은 성능계수의 특성을 이용하여 운전비용을 낮추고, 싸이클이 가지는 고온부와 저온부를 이용하여 기존의 스팀방식을 사용하는 금형을 그대로 사용하여, 급속가열과 냉각이 가능한 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에서는 상기의 문제점을 해결하기 위해 다음과 같은 과제 해결 수단을 제공한다.
열전달을 수행하는 냉매를 포함하고, 증기 압축 사이클(cycle)을 이용한 금형 가열 및 냉각 시스템은, 기체 상태의 냉매를 압축하는 압축기(17)와, 상기 압축기(17)를 통과한 냉매의 열을 상기 압축기(17)로 유입되는 냉매로 전달하는 제1 내부 열교환기(10)와, 상기 제1 내부 열교환기(10)의 하류에 제공되고, 냉매의 흐름 방향을 조절할 수 있는 제1 가변밸브(31)와, 상기 제1 가변밸브(31)의 하류에 제공되고, 냉매가 지나갈 수 있는 유로가 제공되는 금형(12, 13)과, 상기 제1 가변밸브(31)의 하류에 제공되고, 냉매로부터 상기 시스템의 외부로 열전달을 가능하게 하는 제1 외부 열교환기(11)와, 상기 금형(12, 13)과 상기 제1 외부 열교환기(11)의 하류가 만나는 곳에 제공되고, 냉매의 흐름 방향을 조절할 수 있는 제2 가변밸브(33)와, 상기 제2 가변밸브(33)의 하류에 제공되고, 냉매를 팽창시키는 팽창기(16)와, 상기 제2 가변밸브(33)와 상기 팽창기(16) 사이에 제공되고, 상기 팽창기(16)로 유입되는 냉매의 열을 상기 팽창기(16)을 통과한 냉매로 전달하는 제2 내부 열교환기(15)와, 상기 제2 내부 열교환기(15)의 하류와 상기 금형(12, 13)이 만나는 곳에 제공되고, 냉매의 흐름 방향을 조절할 수 있는 제3 가변밸브(34)와, 상기 제3 가변밸브(34)의 하류에 제공되고, 냉매와 상기 시스템의 외부로부터 냉매로 열전달을 가능하게 하는 제2 외부 열교환기(14)와, 제2 외부 열교환기(14)의 하류와, 상기 금형(12, 13)과 상기 제1 내부 열교환기(10)가 만나는 곳에 제공되는 제4 가변밸브(32)를 포함한다.
가열 사이클인 경우에는, 상기 제1 가변밸브(31)는 상기 제1 내부 열교환기(10)를 통과한 냉매를 상기 금형(12, 13)으로 공급하고, 상기 제2 가변밸브(33)는 상기 금형(12, 13)을 통과한 냉매를 상기 제2 내부 열교환기(15)로 공급하고, 상기 제3 가변밸브(34)는 상기 2 내부 열교환기(15)를 통과한 냉매를 상기 제2 외부 열교환기(14)로 공급하고, 상기 제4 가변밸브(32)는 상기 제2 외부 열교환기(14)를 통과한 냉매를 상기 제1 내부 열교환기(10)로 공급하고, 상기 제1 내부 열교환기(10)를 통과한 냉매는 상기 압축기(17)에서 압축되고, 압축된 냉매는 상기 제1 내부 열교환기(10)를 통과하고, 상기 제1 가변밸브(31)를 통하여 상기 금형(12, 13)으로 공급되는 냉매는, 상기 금형(12, 13)을 가열하도록 유동한다.
냉각 사이클인 경우, 상기 제1 가변밸브(31)는 상기 제1 내부 열교환기(10)를 통과한 냉매를 상기 제1 외부 열교환기(11)로 공급하고, 상기 제2 가변밸브(33)는 상기 제1 외부 열교환기(11)를 통과한 냉매를 상기 제2 내부 열교환기(15)로 공급하고, 상기 제3 가변밸브(34)는 상기 제2 내부 열교환기(15)를 통과한 냉매를 상기 금형(12, 13)으로 공급하고, 상기 제4 가변밸브(32)는 상기 금형(12, 13)을 통과한 냉매를 상기 제1 내부 열교환기(10)로 공급하고, 상기 제3 가변밸브(34)를 통하여 상기 금형(12, 13)으로 공급되는 냉매는, 상기 금형(12, 13)을 냉각하도록 유동한다.
또한, 상기 제1 내부 열교환기(10)를 통과하여 상기 제1 가변밸브(31)로 공급되는 냉매는 액체와 기체가 공존하는 상태이다.
또한, 상기 제2 내부 열교환기(10)를 통과하여 상기 팽창기(16)으로 공급되는 냉매는 액체 상태이다.
또한, 상기 팽창기(16)를 통과한 냉매는 액체와 기체가 공존하는 상태이다.
또한, 상기 제4 가변밸브로 공급되는 냉매는 액체와 기체가 공존하는 상태이다.
또한, 상기 제1 내부 열교환기(10)를 통과하여 상기 압축기(17)로 유입되는 냉매는 기체 상태이다.
또한, 상기 압축기에서 2단 이상의 다단 압축 시스템을 이용하여 기체를 압축하는 방식을 포함한다.
본 발명의 증기 압축 사이클을 적용한 금형 급속가열 및 냉각 시스템은, 현재 사용되는 국부가열 기술이나 스팀몰드 기술을 대체하여, 소요되는 에너지 비용을 감소시키고, 성형이 이루어지는 동안 가열이 가능하여 성형공정에서 미세 구조물의 성형성 향상, 웰드라인 제거 등 사출품의 성형성 및 품질을 향상시키는 효과를 제공한다.
또한, 사이클의 특성을 이용하여 금형의 냉각 속도를 높이게 되면 생산성 향상의 효과도 제공한다.
도 1은 본 발명에서 사용되는 금형의 단면도.
도 2는 본 발명에서 사용되는 금형의 단면도.
도 3은 본 발명의 전체적인 시스템 구성도.
도 4는 본 발명의 증기 압축 사이클의 선도.
이하 본 발명에 대해 도면을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명에서 사용되는 합성수지성형용 금형의 단면을 개략적으로 도시한 도면이다. 다만, 본 금형의 단면은 본 발명에 사용되는 일실시예에 불과한 것으로서 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니다. 도 1에 표시한 바와 같이, 성형용 금형은 모금형(1)과 해당 모금형내에 설치된 캐비티블록(2)으로 이루어져 있다. 이 캐비티블록(2)은 캐비티(3)를 형성하도록 구성되어 있다.
본 발명의 특허청구범위에서 금형은 실질적으로 캐비티블록(2) 및 모금형(1)을 포함하는 개념으로 이해될 수 있다.
캐비티표면 근방에는, 가열매체와 냉각매체를 교대로 반복해서 유입시키는 유로(7)가 형성되어 있다.
종래에는 가열매체로서는, 포화증기, 과열증기, 가압수, 온수 등이 이용되고, 냉각매체로서는 냉각수가 이용되었다. 다만, 본 발명에서 상기의 매체를 이용할 수도 있으나, R-11(trichlorofluoromethane, CCl3F), R-113(1,1,2-trichloro-1,2,2,-trifluoroethane, CCl2FClF2), R-123(2,2-dichloro-1,1,1,-trifluoroethane, CHCl2CF3) 등의 냉매를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 캐비티블록(2)과 모금형(1)사이에 공기에 의해 형성된 단열층(5)이 설치되어 있다. 이 단열층(5)은, 공기이외의 열전도율이 낮은 재료로 형성되어 있어도 된다. 이 단열층(5)에 의해, 캐비티블록(2)이 모금형(1)으로부터 단열되므로, 소량의 열부하로 금형의 온도를 제어할 수 있어, 캐비티블록(2)의 캐비티표면의 가열냉각을 급속하게 행하는 것이 가능하진다.
또, 상기 모금형(1)에는, 냉각매체를 상시 유입시키는 유로(8)가 형성되어 있다. 이 유로(8)는 금형의 온도를 조절하기 위한 것으로, 이 유로(8)의 구성에 의해, 금형 전체는 캐비티표면의 온도변화의 영향없이, 성형용 금형을 폐쇄할 때, 상부 금형과 하부 금형 사이의 열팽창차에 의한 마손(摩損)을 피하는 것이 가능하다. 또, 도면에는 단열층(5)을 설치하고 있으나, 금형의 설계에 따라 단열층(5)은 설치하지 않아도 된다. 또한, 모금형(1)을 가동측 금형과 고정측 금형으로 분리하여, 이들 각각의 금형에 캐비티블록(2)를 설치하고, 캐비티블록(2)내에 유로(7)를 형성하고 있으나, 캐비티블록의 어느 한쪽내에만 유로(7)를 형성해도 된다. 캐비티블록(2) 내에 형성되는 유로(7)는 다양한 형상으로 제공될 수 있다.
이하, 도 3 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 의한 증기 압축 사이클을 이용한 금형 가열 및 냉각 시스템에 관해 구체적으로 설명하기로 한다.
열전달을 수행하는 냉매를 포함하고, 증기 압축 사이클(cycle)을 이용한 금형 가열 및 냉각 시스템은, 기체 상태의 냉매를 압축하는 압축기(17)와, 압축기(17)를 통과한 냉매의 열을 압축기(17)로 유입되는 냉매로 전달하는 제1 내부 열교환기(10)와, 제1 내부 열교환기(10)의 하류에 제공되고, 냉매의 흐름 방향을 조절할 수 있는 제1 가변밸브(31)와, 제1 가변밸브(31)의 하류에 제공되고, 냉매가 지나갈 수 있는 유로가 제공되는 금형(12, 13)과, 제1 가변밸브(31)의 하류에 제공되고, 냉매로부터 시스템의 외부로 열전달을 가능하게 하는 제1 외부 열교환기(11)와, 금형(12, 13)과 제1 외부 열교환기(11)의 하류가 만나는 곳에 제공되고, 냉매의 흐름 방향을 조절할 수 있는 제2 가변밸브(33)와, 제2 가변밸브(33)의 하류에 제공되고, 냉매를 팽창시키는 팽창기(16)와, 제2 가변밸브(33)와 팽창기(16) 사이에 제공되고, 팽창기(16)로 유입되는 냉매의 열을 팽창기(16)을 통과한 냉매로 전달하는 제2 내부 열교환기(15)와, 제2 내부 열교환기(15)의 하류와 금형(12, 13)이 만나는 곳에 제공되고, 냉매의 흐름 방향을 조절할 수 있는 제3 가변밸브(34)와, 제3 가변밸브(34)의 하류에 제공되고, 냉매와 시스템의 외부로부터 냉매로 열전달을 가능하게 하는 제2 외부 열교환기(14)와, 제2 외부 열교환기(14)의 하류와, 금형(12, 13)과 제1 내부 열교환기(10)가 만나는 곳에 제공되는 제4 가변밸브(32)를 포함한다.
먼저, 금형을 가열하는 과정에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
가열 사이클인 경우에는, 제1 가변밸브(31)는 제1 내부 열교환기(10)를 통과한 냉매를 금형(12, 13)으로 공급하고, 제2 가변밸브(33)는 금형(12, 13)을 통과한 냉매를 제2 내부 열교환기(15)로 공급하고, 제3 가변밸브(34)는 제2 내부 열교환기(15)를 통과한 냉매를 제2 외부 열교환기(14)로 공급하고, 제4 가변밸브(32)는 제2 외부 열교환기(14)를 통과한 냉매를 제1 내부 열교환기(10)로 공급하고, 제1 내부 열교환기(10)를 통과한 냉매는 압축기(17)에서 압축되고, 압축된 냉매는 제1 내부 열교환기(10)를 통과하고, 제1 가변밸브(31)를 통하여 금형(12, 13)으로 공급되는 냉매는, 금형(12, 13)을 가열하도록 유동한다.
①에서 ②의 과정은, 기체 상태의 냉매를 압축기(17)를 통해 압축하는 과정이다. ②에서 ③의 과정은, 제1 내부 열교환기(10)를 통해 내부적으로 열교환이 이루어지는 과정이다. 고압의 기체 상태의 냉매를 2상 상태로 근접시키는 과정이다. 2상 상태란 액체와 기체가 혼합된 상태를 말한다.
도 4의 증기 압축 사이클에서 점선으로 표시된 곡선의 안쪽은 2상 상태를 나타내고, 왼쪽은 액체 상태를, 오른쪽은 기체 상태를 의미한다. 또한, P는 압력을, h는 엔탈피를 의미한다.
③에서 ④의 과정은, 금형을 2상 상태의 냉매가 가열하는 과정이다. 2상 상태의 냉매로 가열하는 이유는 유로 내에서 2상 상태의 유체가 가지는 열전달 계수가 액체나 기체상태의 그것에 비해 훨씬 높아 급속 가열에 적합하기 때문이다. ④에서 ⑤의 과정은, 추가적인 냉각을 통해 팽창기(16) 입구를 액체상태의 냉매로 만드는 내부 열교환을 거치는 과정이다.
⑤에서 ⑥의 과정은, 고압의 액체 상태의 냉매를 저온의 2상 유동 상태로 팽창시키는 과정이다.
⑥에서 ⑦의 과정은, ④에서 ⑤의 과정에서 발생한 열로 팽창기(16)를 통해 나온 냉매를 가열하는 과정이다. ⑦에서 ⑧의 과정은, 외부 열교환을 의미하는 것으로 시스템 외부의 열을 냉매로 전달하는 과정이다. 즉, 냉매에 열을 가해주고, 주변의 물질을 냉각시킬 수 있는 과정을 의미한다.
⑧에서 ①의 과정은, ②에서 ③으로의 과정에서 나오는 열을 이용하여 혹시 있을 수 있는 냉매의 2상 상태를 제거하여 완전한 기체 상태로 만들어 압축기로 공급하는 과정을 의미한다.
상기 과정을 통해 냉매는 본 발명에 의한 시스템을 순환하면서 금형을 가열하게 된다.
이하, 금형을 냉각하는 과정에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
냉각 사이클인 경우, 제1 가변밸브(31)는 제1 내부 열교환기(10)를 통과한 냉매를 제1 외부 열교환기(11)로 공급하고, 제2 가변밸브(33)는 제1 외부 열교환기(11)를 통과한 냉매를 제2 내부 열교환기(15)로 공급하고, 제3 가변밸브(34)는 제2 내부 열교환기(15)를 통과한 냉매를 금형(12, 13)으로 공급하고, 제4 가변밸브(32)는 금형(12, 13)을 통과한 냉매를 제1 내부 열교환기(10)로 공급하고, 제3 가변밸브(33)를 통하여 금형(12, 13)으로 공급되는 냉매는, 금형(12, 13)을 2상 상태의 냉매로 급속 냉각하도록 유동한다.
①에서 ②의 과정은, 기체 상태의 냉매를 압축기(17)를 통해 압축하는 과정이다. ②에서 ③의 과정은, 제1 내부 열교환기(10)를 통해 내부적으로 열교환이 이루어지는 과정이다. 고압의 기체 상태의 냉매를 2상 상태로 만드는 과정이다.
③에서 ⓐ를 거치는 ⓑ의 과정은, 냉매가 가진 열을 주변으로 전달해주는 과정이다. 예를 들어, 주변 물을 가열하여 온수를 생산하는 것이 그 예이다.
ⓑ에서 ⑤의 과정은 추가적인 냉각을 통해 팽창기(16) 입구를 액체상태의 냉매로 만드는 내부 열교환을 거치는 과정이다.
⑤에서 ⑥의 과정은, 고압의 액체 상태의 냉매를 저온의 2상 유동 상태로 팽창시키는 과정이다.
⑥에서 ⑦의 과정은, ④에서 ⑤의 과정에서 발생한 열로 팽창기(16)를 통해 나온 냉매를 가열하는 과정이다.
ⓒ에서 ⓓ의 과정은 금형(12, 13)을 2상 상태의 액체가 증발하면서 금형을 냉각하는 과정을 의미한다.
ⓓ에서 ①의 과정은, ②에서 ③으로의 과정에서 나오는 열을 이용하여 혹시 있을 수 있는 냉매의 2상 상태를 제거하여 완전한 기체 상태로 만들어 압축기로 공급하는 과정이다.
앞에서, 제1 내부 열교환기(10)를 통과한 냉매(ⓐ의 상태)는 액체와 기체가 공존하는 상태이다.
또한, 제2 내부 열교환기(10)를 통과한 냉매(⑦의 상태)는 액체 상태이다.
또한, 제1 내부 열교환기(10)를 통과하여 상기 압축기(17)로 유입되는 냉매(①의 상태)는 기체 상태이다.
상기의 구성요소와 상기의 과정을 거쳐 본 발명에 의한 증기 압축 사이클을 이용한 금형 가열 및 냉각 시스템은, 소요되는 에너지 비용을 감소시키고, 성형이 이루어지는 동안 가열이 가능하여 성형공정에서 미세 구조물의 성형성 향상, 웰드라인 제거 등 사출품의 성형성 및 품질을 향상시키는 효과를 제공한다. 또한, 사이클의 특성을 이용하여 금형의 냉각 속도를 높이게 되면 생산성 향상의 효과도 제공한다.
본 발명은 상기와 같은 실시예에 의해 권리범위가 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적인 사상을 가지고 있다면 모두 본 발명의 권리범위에 해당된다고 볼 수 있으며, 본 발명은 특허청구범위에 의해 권리범위가 정해짐을 밝혀둔다.
1 : 모금형 2 : 캐비티블록
3, 3a : 캐비티 5 : 단열층
7, 7a, 8 : 유로
10 : 제1 내부 열교환기 11 : 제1 외부 열교환기
12 : 상부 금형 13 : 하부 금형
14 : 제2 외부 열교환기 15 : 제2 내부 열교환기
16 : 팽창기 17 : 압축기
31 : 제1 가변밸브 32 : 제4 가변밸브
33 : 제2 가변밸브 34 : 제3 가변밸브

Claims (7)

  1. 열전달을 수행하는 냉매를 포함하고, 증기 압축 사이클(cycle)을 이용한 금형 가열 및 냉각 시스템에 있어서,
    상기 시스템은,
    기체 상태의 냉매를 압축하는 압축기와,
    상기 압축기를 통과한 냉매의 열을 상기 압축기로 유입되는 냉매로 전달하여 냉매를 액체와 기체가 공존하는 상태인 2상 상태로 만드는 제1 내부 열교환기와,
    상기 제1 내부 열교환기의 하류에 제공되고, 냉매의 흐름 방향을 조절할 수 있는 제1 가변밸브와,
    상기 제1 가변밸브의 하류에 제공되고, 냉매가 지나갈 수 있는 유로가 제공되고 2상 상태의 냉매와 열전달이 일어나며 냉매를 2상 상태로 유출하는 금형과,
    상기 제1 가변밸브의 하류에 제공되고, 냉매로부터 상기 시스템의 외부로 열전달을 가능하게 하는 제1 외부 열교환기와,
    상기 금형과 상기 제1 외부 열교환기의 하류가 만나는 곳에 제공되고, 냉매의 흐름 방향을 조절할 수 있는 제2 가변밸브와,
    상기 제2 가변밸브의 하류에 제공되고, 냉매를 액체와 기체가 공존하는 2상 상태로 팽창시키는 팽창기와,
    상기 제2 가변밸브와 상기 팽창기 사이에 제공되고, 상기 팽창기로 유입되는 냉매의 열을 상기 팽창기를 통과한 냉매로 전달하여 상기 팽창기로 유입되는 냉매를 액체 상태로 만드는 제2 내부 열교환기와,
    상기 제2 내부 열교환기의 하류와 상기 금형이 만나는 곳에 제공되고, 냉매의 흐름 방향을 조절할 수 있는 제3 가변밸브와,
    상기 제3 가변밸브의 하류에 제공되고, 상기 시스템의 외부로부터 냉매로 열전달을 가능하게 하는 제2 외부 열교환기와,
    제2 외부 열교환기의 하류와, 상기 금형과 상기 제1 내부 열교환기가 만나는 곳에 제공되는 제4 가변밸브를 포함하며,
    상기 금형의 가열 사이클에서는,
    상기 제1 가변밸브는 상기 제1 내부 열교환기를 통과한 냉매를 상기 금형으로 공급하고,
    상기 제2 가변밸브는 상기 금형을 통과한 냉매를 상기 제2 내부 열교환기로 공급하고,
    상기 제3 가변밸브는 상기 2 내부 열교환기를 통과한 냉매를 상기 제2 외부 열교환기로 공급하고,
    상기 제4 가변밸브는 상기 제2 외부 열교환기를 통과한 냉매를 상기 제1 내부 열교환기로 공급하며,
    상기 금형의 냉각 사이클에서는,
    상기 제1 가변밸브는 상기 제1 내부 열교환기를 통과한 냉매를 상기 제1 외부 열교환기로 공급하고,
    상기 제2 가변밸브는 상기 제1 외부 열교환기를 통과한 냉매를 상기 제2 내부 열교환기로 공급하고,
    상기 제3 가변밸브는 상기 제2 내부 열교환기를 통과한 냉매를 상기 금형으로 공급하고,
    상기 제4 가변밸브는 상기 금형을 통과한 냉매를 상기 제1 내부 열교환기로 공급하는,
    증기 압축 사이클(cycle)을 이용한 금형 가열 및 냉각 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 압축기에서 2단 이상의 다단 압축 시스템을 이용하여 기체를 압축하는 방식을 포함하는,
    증기 압축 사이클(cycle)을 이용한 금형 가열 및 냉각 시스템.
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