JP5907455B2 - プラズマトーチ - Google Patents
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Description
本発明は、プラズマトーチに関し、特に、高電圧アーク放電時、電極に異物やほこりが付着してアーク放電効果が低下することを防止するために装置を分解しなくても、電極の異物の除去が可能なプラズマトーチに関する。
一般に、プラズマトーチは、電気を用いて２０,０００℃以上の高温のプラズマジェット(火炎)を噴出する装置であって、化学元素の分析、鋼板切断、有害気体の分解などに広く使われている。
前記プラズマトーチは、プラズマを生成して電気エネルギーを熱エネルギーに変換する装置であって、プラズマガスを電極間に保有する電気アークを通過させることにより、電極と気体がアーク放電によってエネルギーが発生し、気体が高温のアーク間を通過しながらプラズマ状態に転移する原理を利用する。
従来のプラズマトーチは、電極に数千から数万ボルトの高周波数の高電圧が印加されてアーク放電を生成するので、前記電極の電圧棒にほこりや異物が付着し、これによりアーク放電効果が低下するという問題があった。
上記のような問題を解決するためには、周期的に前記プラズマトーチを分解して電圧棒を掃除しなければならないので、メンテナンスが非常に煩わしいという問題があった。
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、プラズマを生成するための反応ガスと、冷却のための冷却空気と、別の電圧棒の異物を除去するための空気注入口と、前記空気注入口を通じて流入した空気を前記電圧棒に印加する空気通路とを構成することにより、掃除およびメンテナンスが容易なプラズマトーチを提供することにある。
上記のような目的を達成するために、本発明に係るプラズマトーチは、陽極で形成されたノズルと、陰極で形成された電圧棒と、前記二つの電極間に電気的アークを発生させるアーク発生部と、前記アーク発生部に反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、プラズマの発生による高温状態を冷却させるための冷却媒体供給手段と、前記アーク発生部の電圧棒に付着した異物を除去するためのクリーン空気供給手段とを含むことを特徴とする。
ここで、前記クリーン空気供給手段は、外周面に形成されてクリーン空気が投入されるクリーン空気注入部と、前記クリーン空気注入部に投入されたクリーン空気を前記アーク発生部に送るために内部に形成されたクリーン空気通路とを含むことを特徴とする。
そして、前記クリーン空気は、高圧の圧縮空気であることを特徴とする。このために、圧縮空気を提供するエアーコンプレッサが前記クリーン空気注入部に連結されて圧縮空気を提供する。
また、前記クリーン空気供給手段は、プラズマ処理が終了した場合、前記クリーン空気注入口にクリーン空気を注入させ、前記クリーン空気がクリーン空気通路とアーク発生部を通じて前記電圧棒に加圧して異物を除去することを特徴とする。
上述したように、本発明に係るプラズマトーチは、プラズマの生成のための反応ガスと、冷却のための冷却空気と、別の電圧棒の異物を除去するための空気注入口と、前記空気注入口を通じて流入した空気を前記電圧棒に印加する空気通路とを構成することにより、掃除およびメンテナンスが容易であり、トーチの寿命を長くすることができる優れた効果がある。
本発明の望ましい実施例について図面を参照して詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
図１は、本発明の望ましい実施例に係るプラズマトーチを概略的に示す断面図である。
図１を参照すると、本発明に係るプラズマトーチは、陽極で形成されたノズル２０と、陰極で形成された電圧棒１０と、前記二つの電極間に電気的アークを発生させるアーク発生部と、前記アーク発生部に反応ガスを供給する反応ガス供給手段３０と、プラズマの発生による高温を冷却させるための冷却空気供給手段４０と、前記アーク発生部の電圧棒に付着した異物を除去するためのクリーン空気供給手段５０とを含んで構成することができる。
前記ノズル２０は、一般に、電解質銅で製造され、前記陰極の電圧棒１０は、タングステン材で製造することができる。
前記反応ガス供給手段３０は、反応ガスが注入される反応ガス注入口３１０と、前記反応ガスがトーチの内部を通じて前記アーク発生部に注入される反応ガス通路３２０とを含んで構成することができる。
前記反応ガスは、反応ガスタンクが前記反応ガス注入口３１０と連結されて前記反応ガス注入口３１０を通じて反応ガスが供給される。
ここで、反応ガスは、酸素、窒素、アルゴンなどの処理に必要な機能に応じて様々に選択することができる。
そして、前記冷却空気供給手段４０は、冷却空気が注入される冷却空気注入口４１０と、前記冷却空気注入口に流入した冷却空気が内部を循環して電極で発生した高温の熱を冷却する冷却通路４２０と、前記冷却空気が外部に流出される冷却空気出口４３０とを含んで構成することができる。
そして、前記冷却空気供給手段４０は、冷却空気が注入される冷却空気注入口４１０と、前記冷却空気注入口に流入した冷却空気が内部を循環して電極で発生した高温の熱を冷却する冷却通路４２０と、前記冷却空気が外部に流出される冷却空気出口４３０とを含んで構成することができる。
前記冷却空気は、冷却空気タンクと前記冷却空気注入口４１０とが連結されて前記冷却空気タンク内部の冷却空気が前記冷却空気注入口４１０を通じて注入される。
本発明は、高温のプラズマトーチを空気によって冷却させる空冷式についての実施例であるが、その他にも流体によって冷却させる水冷式にも適用できるということは自明である。
また、前記クリーン空気供給手段５０は、プラズマ処理時、電圧棒１０に付着した異物を除去する役割をする。
より具体的に、前記クリーン空気供給手段５０は、空気が流入するクリーン空気注入口５１０と、前記クリーン空気注入口を通じて注入されたクリーン空気を前記アーク発生部に送るためのクリーン空気通路５２０とを含んで構成される。
上記のように、アーク発生部にクリーン空気が送られるとアーク発生部を通じて電圧棒１０にクリーン空気が加圧されて電圧棒に付着した異物を除去することができる。
ここで、前記電圧棒１０に付着した異物の除去効果を高めるために、前記クリーン空気は高圧の圧縮空気を用いることが望ましい。
このために、圧縮空気を受容したエアーコンプレッサが前記クリーン空気注入部５１０と連結され、前記クリーン空気注入部５１０を通じて圧縮空気が供給される。
前記クリーン空気供給手段５０は、プラズマトーチ内に一つだけを形成するが、異物の除去効果を高めるために二つ以上を形成しても良い。
以下、本発明に係るプラズマトーチの動作方法について説明する。
図２は、本発明の望ましい実施例に係るプラズマトーチ内部の反応ガス、冷却空気およびクリーン空気の循環の流れを概略的に示す図である。
図２を参照すると、プラズマ処理のために陽極のノズルと陰極の電圧棒に高電圧が印加され、反応ガス供給手段によって反応ガスが図２のようにアーク発生部に供給されると、前記電極間に導入された反応ガスをイオン化させて電気エネルギーを熱エネルギーに変換させてアークプラズマを生成する。
上記のように、アークプラズマが生成されるプラズマトーチの電極内部が高温になって溶融される可能性があるので、冷却空気供給手段により、図２のように冷却空気をプラズマトーチの内部に循環させて内部の高熱を放出して冷却させる。
上記のような動作によりプラズマ処理を行い、プラズマ処理が終了すると前記クリーン空気供給手段によりクリーン空気をアーク発生部に流入させ、クリーン空気がアーク発生部を通じて電圧棒に送られて電圧棒に付着したほこりや異物を除去することになる。
したがって、本発明は、電圧棒に付着した異物の除去のためにプラズマトーチを分解する必要がなく、クリーン空気の注入のみで異物の除去が可能であるので、清掃が容易であり、かつメンテナンスが非常に容易であるという特徴を有する。
１０ 電圧棒
２０ ノズル
３０ 反応ガス供給手段
４０ 冷却空気供給手段
５０ クリーンガス供給手段
２０ ノズル
３０ 反応ガス供給手段
４０ 冷却空気供給手段
５０ クリーンガス供給手段
Claims (4)
- 内部に逆円錐形の空間部が形成され、陽極として作用するノズルと；
上記空間部の内側上部に突出して形成され、陰極として作用する電圧棒と；
前記ノズルと前記電圧棒の間の空間部に電気的アークを発生させるアーク発生部と；
前記電圧棒の外側に形成された反応ガス注入口を通じて、前記空間部に反応ガスを供給する反応ガス供給手段と；
プラズマ発生による前記電圧棒の高温状態を冷却させるために、前記電圧棒の内部に形成された冷却通路を通じて、前記電圧棒の内部に冷却媒体を供給して循環させる冷却媒体供給手段と；
前記アーク発生部の電圧棒に付着した異物を除去するために、前記反応ガス通路の外側に形成されたクリーン空気通路を通じて、前記反応ガスの噴出方向及び前記電気的アークの発生方向とは異なる方向で、前記空間部に露出した前記電圧棒の底部表面に向かって、圧縮された高圧のクリーン空気を噴射するクリーン空気供給手段と；
を含むことを特徴とするプラズマトーチ。 - 前記クリーン空気供給手段は、
外周面に形成されてクリーン空気が投入されるクリーン空気注入口と、
前記クリーン空気注入口に投入されたクリーン空気を前記アーク発生部に送るために内部に形成されたクリーン空気通路と、を含むことを特徴とする請求項１に記載のプラズマトーチ。 - 前記クリーン空気は、
高圧の圧縮空気であることを特徴とする請求項２に記載のプラズマトーチ。 - 前記クリーン空気供給手段は、
プラズマ処理が終了した場合、クリーン空気注入口から圧縮されたクリーン空気を注入し、前記クリーン空気をクリーン空気通路とアーク発生部を通じて、前記反応ガスの噴出方向及び前記電気的アークの発生方向とは異なる方向で、前記電圧棒の底部表面に向かって吹き付けることにより、異物を除去することを特徴とする請求項２に記載のプラズマトーチ。
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