プラスチック射出成形工程の排熱を利用した金型温度制御消費エネルギーの革新的削減

2009 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21360093
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 佐藤 勲 Tokyo Institute of Technology, 大学院・理工学研究科, 教授 (10170721)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 齊藤 卓志 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 准教授 (20302937) ; 川口 達也 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助教 (40376942)
• Keywords: プラスチック射出成形 / 金型温度制御 / 排熱利用 / 消費エネルギー / 生産性 / ヒートパイプシステム

Research Abstract

研究計画の初年度である本年度は、金型温度制御に適用可能なヒートパイプシステムを実験的に構築し、プラスチック射出成形の製品品位と生産性の向上に特化した条件下で、その動作特性を評価した。主な成果は以下の通りである。
(1) 樹脂充填段階で製品の品位を向上させるための高温モード(100℃程度)と、充填修了後、成形された溶融樹脂の冷却を行うための低温モード(30℃程度)の2つを周期的に繰り返す金型温度制御に合わせて、これらの温度モード間で温度変化する2つの模擬金型をそれぞれ加熱源・冷却熱源とするバッチデバイス型ヒートパイプシステムの動作を確認した。
(2) 高温モードにある金型の有する熱エネルギーを低温モードの金型の昇温に利用する際のエネルギー有効利用率の観点では、両金型を接続する配管中での蒸気の凝縮とそれによる熱損失が効率を低下させること、その抑止のためには配管系の断熱とともに、熱容量の削減が有効であることが示された。
(3) 生産性に直結する温度制御に要する時間を短縮するため、ヒートパイプシステムの相変化室を金型キャビティ面に近づけると、(2)の結果と相まって、加熱熱源となる高温金型から供給される熱エネルギーが不足して、結果として外部から投入すべき熱エネルギーが増大する。このことから、製品の高品位化・生産性の向上・消費エネルギー削減のバランスには慎重な検討が必要であることが示唆された。
(3) の成果を受けて、次年度以降、高温モードの金型以外に適用可能な排熱源の模索と、その利用に合致したヒートパイプシステムの構築を検討する。