KR20180061967A - 다중전극 플라즈마 토치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 다중전극 플라즈마 토치는 후방전극;과, 전방전극;과, 상기 후방전극과 상기 전방전극 사이에 다수개 배치되는 전극판;과, 상기 전극판 중 상기 후방전극에 인접하며, 상기 후방전극의 극성과 반대가 되는 보조 전극판;과, 상기 후방전극과 상기 보조 전극판 사이에 연결되어 전력을 공급하는 전원부;로 구성된다.

Description

다중전극 플라즈마 토치{Multi-Electrode Plasma Torch}

본 발명은 다중전극 플라즈마 토치에 관한 것으로서, 더 자세하게는 아크길이를 늘일 수 있는 장치에 관한 것이다.

일반적인 막대-노즐형 또는 공동형 토치들의 경우, 노즐형 또는 공동형으로 주어지는 전극의 내면 전체가 하나의 도체로서 아크 전류를 어디서든지 받아들일 수 있는 구조로 되어 있다. 전극 내면에 부착되는 아크점이 전극 내면 전체를 자유롭게 이동할 수 있고, 이 경우, 양극(Anode)과 음극(Cathode) 사이에 형성되는 아크의 길이는 전극 도체 길이 범위 내에서, 아크 전류와 가스 유량 등 운전 조건에 따라 결정된다. 예를 들어, 가스 유량을 늘일 경우, 아크 점이 가스 유동에 의해 밀려나게 되고, 이에 따라, 아크 길이와 아크 전압을 늘일 수 있다. 그러나 이 경우에도 늘어나는 아크 길이는 노즐형 또는 공동형으로 주어지는 전극 도체의 길이에 의해 제한되며, 아크 전류를 증가시킬 경우, 로렌쯔 힘 등에 의해, 아크 길이가 다시 줄어들 수 있다.

또한, 사용되는 플라즈마 기체의 방전 전압을 떨어뜨리기 위해, 진공 조건에서 DC 펄스 전원의 주파수를 높여 점화를 시도하기도 한다. 그러나, 출력 증가를 위해 간극을 다수 삽입하고 이에 따라 전극 간 간격이 길어지면, DC 펄스의 주파수를 높이더라도 플라즈마 아크 발생을 위한 초기 방전이 어려워질 뿐만 아니라 방전이 되더라도 길어진 전극 간 간격 때문에 인가전압이 크게 걸려 상대적으로 초기 저출력 운전이 어려워지게 되는 단점이 발생한다.

등록특허공보 제10-0486939호(공고일자: 2005.05.03)

본 발명의 실시 예는 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 다수개의 전극판이 설치되어 아크 길이를 늘일 수 있는 장치를 제공하고자 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 다중전극 플라즈마 토치는 후방전극;과, 전방전극;과, 상기 후방전극과 상기 전방전극 사이에 다수개 배치되는 전극판;과, 상기 전극판 중 상기 후방전극에 인접하며, 상기 후방전극의 극성과 반대가 되는 보조전극판;과, 상기 후방전극과 상기 보조 전극판 사이에 연결되어 전력을 공급하는 전원부;로 구성된다.

바람직하게, 상기 전극판은 원판형태로 되어있으며, 상기 전극판 사이가 밀봉 결합되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 전극판은 외측면에 냉각수가 공급되는 냉각수관, 가스가 공급되는 가스관, 전력이 공급되어 전극으로서 기능을 할 수 있는 전력관이 일정간격 이격되어 돌출 형성된다.

바람직하게, 전원부는 보조전극과 전방전극 사이를 절환 시켜 보조전극을 전기적으로 절연시키는 스위치를 더 포함한다.

본 발명 다중전극 플라즈마 토치는 전극판을 다수개 설치하여 아크길이를 원하는 만큼 늘일 수 있으며, 양극과 음극 사이에 자연스럽게 아크 기둥을 형성시켜 토치의 초기 점화를 손쉽게 할 수 있고, 저출력에서 고출력까지 출력제어를 용이하게 할 수 있다.

도 1은 본 발명 다중전극 플라즈마 토치의 부분 단면도,
도 2는 본 발명 다중전극 플라즈마 토치 전극판의 조립도,
도 3은 본 발명 다중전극 플라즈마 토치 전극판 사시도,
도 4는 본 발명 다중전극 플라즈마 토치의 전극판 측면도,
도 5는 본 발명 다중전극 플라즈마 토치의 단면도.

본 발명의 실시 예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명 다중전극 플라즈마 토치의 부분 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 다중전극 플라즈마 토치는, 후방전극(100)과, 전방전극(200)과, 후방전극(100)과 전방전극(200) 사이에 다수개 배치되는 전극판(300)과, 전극판(300) 중 후방전극(100)에 인접하고 후방전극(100)의 극성과 반대가 되는 보조전극판(400)과, 후방전극(100)과 보조전극판(400) 사이에 연결되어 전력을 공급하는 전원부(500)로 구성된다.

이하에서는 원활한 이해를 돕기 위해 후방전극(이하 양전극)(100), 전방전극(이하 음전극)(200), 보조전극판(이하 보조음전극판)(400)으로 설명 하도록 한다.

양전극(100)과 음전극(200)은 링 형태로 되어있으며, 양전극(100)과 보조음극판(400)이 동축으로 배치되어 마주보는 면을 극대화 할 수 있어서 방전 초기 안정적으로 아크기둥(30)을 형성 할 수 있다.

전극판(300)은 원판형태로 되어 있으며, 복수개가 결합되는 전극판 (300) 사이가 밀봉 되어 결합되고 외측 면에 냉각수와 전력이 동시에 공급 가능한 수냉식 전력관(310)과, 가스가 공급되는 가스관(320), 공급된 냉각수 배출관 (330)이 일정간격 이격되어 돌출 형성된다.

전원부(500)는 보조음극판(400)과 음전극(200) 사이를 절환 시켜 보조음극판(400)을 전기적으로 절연시키는 스위치(510)를 더 포함한다.

도 2는 본 발명 다중전극 플라즈마 토치 전극판의 조립도이다.

도 3는 본 발명 다중전극 플라즈마 토치 전극판 사시도이다.

도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 전극판(300)은 7개가 결합되어 1PACK으로 구성된다. 7개의 전극판(300)으로 구성된 1PACK은 수냉식 전력관(310)과 가스관(320)과 냉각수 배출관(330)이 각각 나란하게 위치하고, 7개의 수냉식 전력관(310)에 냉각수 또는 냉각수와 전력을 동시에 공급하고, 가스관(320)에는 가스를 동시에 공급하고 공급된 냉각수 배출관(330)을 통해 냉각수가 순환되는 구조로 전극판(300) 내부로 냉각수와 가스 및 전력이 1PACK 단위로 공급된다.

아크길이를 늘이기 위해서는 전극판(300)을 다수개 결합하여야 하는데 낱개로 연결하게 되면 하나씩 결합하고 밀봉해야 되므로 소요되는 시간 및 비용이 많아지게 되므로 1PACK단위로 사용하게 되면 효율적으로 아크길이를 늘일 수 있다.

단, 전극판(300)의 1PACK은 7개로 한정하는 것은 아니며 1PACK에 들어가는 전극판(300)의 개수는 사용자의 편의에 따라 설정하여 사용할 수 있다.

또한 전극판(300)은 중심에 원형의 홀이 형성되어 있어 복수개의 전극판(300)이 결합되어 긴 통로를 형성하게 되고, 가스관(320)에서 공급되는 가스가 아크기둥(30)에 의해 플라즈마 상태가 되어 토치노즐(20)을 통해 빠져나가게 된다.

도 4는 본 발명 다중전극 플라즈마 토치의 전극판 측면도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 전극판(300)은 7개가 결합되어 1PACK으로 형성된다. 복수개의 전극판(300) 사이는 가스가 새어 나가지 못하도록 밀봉하여 결합된다.

또한 아크 길이를 늘이기 위해서 다수의 PACK을 연결하여 원하는 아크 길이를 손쉽게 얻을 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 1PACK은 7개의 전극판(300)이 결합되어 있고 냉각수관(310)과 가스관(320) 및 전력관(330)이 각각 나란하게 형성되어있다. 다수 PACK을 연결할 경우에는 도 4에 도시된 바와 같이 PACK에 따라 냉각수관(310)과 가스관(320) 및 전력관(330)이 구분되게 결합 되거나 다수 PACK의 냉각수관(310)과 가스관(320) 및 전력관(330)이 각각 나란하게 결합될 수 있다.

도 5은 본 발명 다중전극 플라즈마 토치의 단면도이다.

양전극(100)과 음전극(200) 사이에 배치되는 전극판(300) 중 양전극(100)에 인접하며 양전극(100)의 극성과 반대 극성을 갖는 보조음극판(400)을 설정하고, 양전극(100) 및 음전극(100)과 함께 전극으로서 기능할 수 있도록 전기 결선이 된다.

양전극(100)과 보조음극판(400) 사이에 전원을 설치하여 아크기둥(30)을 형성한다. 형성된 아크기둥(30)은 가스관(320)을 통해 유입되어 전극판(300) 내부를 흐르는 가스들을 가열하여 플라즈마 상태로 만들며 플라즈마 상태가 된 가스들은 토치(10) 내부 구조에 따라 음전극(200)을 지나 토치노즐(20) 출구로 빠져나가게 된다.

이때, 보조음극판(400)과 음전극(200) 사이에 연결된 스위치(510)를 절환 시켜 보조음극판(400)을 전기적으로 절연시켜 주면 플라즈마 상태가 된 가스들이 전도성 채널을 이미 형성하고 있으므로 양전극(100)과 음전극(200) 사이에 자연스럽게 긴 아크기둥(40)이 형성 될 수 있다.

또한 스위치(510)에 의한 전기절환 대신 별도의 회로 저항(미도시)을 이용하여 보조음극판(400)을 전기 통로로서 계속 사용하면서도 음전극(200)과 전류 분배를 하여 토치(10) 출력 증가를 막고 저출력에서 고출력으로 출력제어가 원활해 질수 있다.

상기와 같은 효과는 후방전극(이하 음전극)(100), 전방전극(이하 양전극)(200), 보조전극(이하 보조 양전극)(400)으로 바꿔서 운전할 때에도 동일하게 얻을 수 있다.

간략하게 설명하면 양전극(200)과 보조양극(400)을 전기 결선하면 음전극(100)과 보조양극(400) 사이에 아크기둥(30)이 형성되고, 아크기둥(30)에 의해 전극판(300) 내부를 지나는 가스들이 플라즈마로 가열되며, 플라즈마화 된 가스들이 양전극(200)을 지나면서 양전극(200)과 음전극(100) 사이에 전도성 채널을 형성시키고 전기 결선 조작을 통해 최종적으로 두 전극 사이에 형성된 긴 아크기둥(40)을 얻을 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

10 : 토치 20 : 노즐
30 : 아크기둥 40 : 긴 아크기둥
100 : 후방전극 200 : 전방전극
300 : 전극판 310 : 수냉식 전력관
320 : 가스관 330 : 냉각수 배출관
400 : 보조 전극판 500 : 전원부
510 : 스위치

Claims (4)

1. 플라즈마 토치에 있어서,
   후방전극;
   전방전극;
   상기 후방전극과 상기 전방전극 사이에 다수개 배치되는 전극판;
   상기 전극판 중 상기 후방전극에 인접하며, 상기 후방전극의 극성과 반대가 되는 보조 전극판;
   상기 후방전극과 상기 보조 전극판 사이에 연결되어 전력을 공급하는 전원부;
   를 포함하는 다중전극 플라즈마 토치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 전극판은 원판형태로 되어있으며, 상기 전극판 사이가 밀봉 결합되는 것을 특징으로 하는 다중전극 플라즈마 토치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 전극판은 외측면에 냉각수가 공급되는 냉각수관, 가스가 공급되는 가스관, 전력이 공급되어 전극으로서 기능을 할 수 있는 전력관이 일정간격 이격되어 돌출 형성되는 다중전극 플라즈마 토치.
   
4. 제1항에 있어서,
   전원부는 보조전극과 전방전극 사이를 절환시켜 보조전극을 전기적으로 절연시키는 스위치를 더 포함하는 다중전극 플라즈마 토치.

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