KR100281915B1

KR100281915B1 - Large charge pseudo-discharge switch

Info

Publication number: KR100281915B1
Application number: KR1019980028649A
Authority: KR
Inventors: 제환영
Original assignee: 염태환; 주식회사수산중공업; 황준기; 제환영
Priority date: 1998-07-15
Filing date: 1998-07-15
Publication date: 2001-02-15
Also published as: KR19980072038A

Abstract

본 발명은 의사방전(Pseudo Spark)을 이용한 대전하 대전력 의사방전 스위치에 관한 것으로 특히 원통 양극과 중간 전극에 각각 전기적으로 연결되는 상태로 구성되는 양전극과 음전극을 소정의 이격을 두고 마주보게 구성시켜 전원의 인가시 중간 전극에서 흐르는 전류의 방향이 양전극과 음전극사이에 흐르는 전류의 방향과 반대가 되도록 하는 역핀치현상이 발생되도록 하여 양 전류사이에 강한 반발력이 작용토록 함으로써 양전극과 음전극의 전(全)전극 표면에 전류를 분산시킬 수 있도록 하여 전극의 손상을 막고 대용량의 전하(100 Coulomb 이상)를 순간적으로 흐르게 할 수 있도록 한 것이다.The present invention relates to a large charge pseudo-discharge switch under charge using a pseudo spark, and in particular, a positive electrode and a negative electrode, which are configured to be electrically connected to a cylindrical anode and an intermediate electrode, respectively, with a predetermined distance from each other. When the power is applied, a reverse pinch phenomenon occurs in which the direction of the current flowing in the middle electrode is opposite to the direction of the current flowing between the positive electrode and the negative electrode, so that a strong repulsion force is applied between the positive and negative electrodes. The current can be distributed on the surface of the electrode, preventing damage to the electrode and allowing a large amount of charge (over 100 coulombs) to flow instantaneously.

Description

Large charge pseudo-discharge switch

본 발명은 의사방전(Pseudo Spark)을 이용한 대전하 대전력 의사방전 스위치에 관한 것으로 특히 역 핀치현상을 이용하여 전극의 손상을 막고 대용량의 전하(100 Coulomb 이상)를 순간적으로 흐르게 할 수 있도록 한 것이다.The present invention relates to a large charge pseudo-discharge switch under charge using a pseudo spark, and in particular, a reverse pinch phenomenon is used to prevent damage to the electrode and allow a large amount of charge (over 100 coulombs) to flow instantaneously. .

밀폐된 공간내의 두 전극사이에 있는 가스의 항복전압(Breakdown Voltage)은 가스의 압력과 전극사이의 곱에 관계되는데, 이를 파센의 법칙(Paschen's Law)이라고 한다.The breakdown voltage of a gas between two electrodes in an enclosed space is related to the product of the pressure of the gas and the electrode, which is called Paschen's Law.

의사방전은 도 1에서 도시된 바와 같이 파센의 곡선(Paschen's Curve)의 최저 치의 왼쪽부근에서 일어나는 방전으로서 가스의 압력이 낮아지면 항복전압이 낮아지는 일반적인 방전과는 다르게 가스의 압력이 증가하면 항복전압이 낮아지는 방전을 말한다.As shown in FIG. 1, the pseudo discharge is a discharge occurring near the left side of the lowest Paschen's Curve, and the breakdown voltage increases when the gas pressure increases, unlike a general discharge in which the breakdown voltage decreases when the gas pressure decreases. This refers to the lowering discharge.

의사방전은 공동음극(Hollow Cathode)과 양극사이에 일어나는 방전으로서 대전류를 순식간에 흐르게 할 수 있어서 레이져, 레이다, 입자 가속기 등에 사용되는 고전압, 대전류의 펄스발생장치의 스위치에 사용되어 왔다.Pseudo-discharge is a discharge that occurs between a hollow cathode and an anode and allows a large current to flow in an instant and has been used for a switch of a high voltage and high current pulse generator used in lasers, radars, particle accelerators, and the like.

또한 도 2에 도시된 바와 같이 핀치현상은 전류와 전류에 의한 자기장의 로렌쯔 힘(Lorentz Force)이 전류의 중심방향으로 작용하는 반면, 역핀치 현상은 전류와 전류에 의한 자기장의 로렌쯔 힘(Lorentz Force)이 전류의 바깥방향으로 작용하고 있다.In addition, as shown in FIG. 2, the pinch phenomenon is a Lorentz force of a magnetic field caused by current and the current acts toward the center of the current, while the reverse pinch phenomenon is a Lorentz force of a magnetic field caused by current and the current. ) Is acting out of the current.

따라서 핀치현상으로 전류가 한 곳으로 몰려 전극을 손상시키는 것을 역핀치현상을 이용하면 전류의 흐름을 분산시켜서 전극 표면 전체를 이용할 수 있게 되므로 전극을 손상시키지 않고 대전하의 전류를 흘릴 수 있으나 역핀치를 이용하되 의사방전을 이용하지 않는 종래의 스위치는 방전초기에 균일한 원통형 플라즈마를 생성시키기 어려워서 전극의 손상을 막을 수 가 없었던 것이다.Therefore, the pinch phenomenon damages the electrode due to the current flow to one place. The reverse pinch phenomenon disperses the flow of current so that the entire surface of the electrode can be used, so that the current under charge can flow without damaging the electrode. Conventional switches that use but do not use pseudo discharge have been difficult to produce a uniform cylindrical plasma at the beginning of the discharge could not prevent damage to the electrode.

또한 지금까지 사용되어온 도 3에서와 같은 의사방전 스위치는 대용량의 전하가 흐를 때 전극의 손상이 심하여 스위치의 수명을 단축시킴은 물론 전극의 금속성분이 증발하게 되므로 항복전압이 낮아지게 되어 대용량의 전하를 흐르게 하기에는 부적합한 구조를 갖는 것이었다.In addition, the pseudo-discharge switch as used in FIG. 3 has a severe damage to the electrode when a large amount of charge flows, shortens the life of the switch, and also causes a breakdown voltage to evaporate, thereby reducing the breakdown voltage. It was to have a structure unsuitable to flow.

따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 기존의 의사방전 스위치가 갖는 제반의 문제점을 해결하기 위하여 대용량의 전하를 흐르게 할 수 있는 대전력 의사방전 스위치를 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a large power pseudo discharge switch capable of flowing a large amount of charge in order to solve the problems of the conventional pseudo discharge switch as described above.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 역핀치 현상을 이용하여 전극의 표면 전체를 통하여 전류가 흐르도록 함으로써 전극을 손상시키지 않고 대전하의 전류를 흘릴 수 있게 한 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that the current flows through the charge without damaging the electrode by using a reverse pinch phenomenon to allow the current to flow through the entire surface of the electrode.

도 1은 의사방전을 설명하기 위한 파센곡선을 보이는 도면.1 is a view showing a Parssen curve for explaining pseudo discharge.

도 2는 핀치현상과 역핀치현상의 개념도.2 is a conceptual diagram of the pinch phenomenon and the reverse pinch phenomenon.

도 3은 종래의 의사방전 스위치의 구성을 보이는 단면 예시도.Figure 3 is an exemplary cross-sectional view showing the configuration of a conventional pseudo discharge switch.

도 4는 본 발명에 의한 대전하 대전력 의사방전 스위치의 구성을 보이는 단면 예시도.Figure 4 is an exemplary cross-sectional view showing the configuration of a large charge pseudo-discharge switch under charge according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1:중간 전극 2:가스흡입구1: middle electrode 2: gas inlet

3:가스유통로 10:원통 양극3: Gas passage 10: Cylindrical anode

11:가스배출구 20:음전극11: gas outlet 20: negative electrode

21:원통형 음극체 30:양전극21: cylindrical cathode body 30: positive electrode

31:원판형 양극체 40:원판형 절연판31: disk-shaped anode 40: disk-shaped insulating plate

50:관체형의 절연체 60:원통형의 절연체50: tubular insulator 60: cylindrical insulator

본 발명의 대전하 대전력 의사방전 스위치는 도 4에서와 같이 체결 보울트(70)와 고정 플랜지(80)(80')를 이용하여 원판형 절연판(40)을 사이에 두고 진공용기의 기능을 하면서 외부 전극을 이루고 있는 원통 양극(10)과 중간 전극(1)을 각각 상호 결합 체결시키며, 상기 중간 전극(1)에는 길이 방향으로 관통되는 상태로 가스 흡입구(2)와 연결되는 가스유통로(3) 및 음극단자(90)가 마련되고 원통 양극(10)에는 내부와 연결되는 상태의 가스 배출구(11)가 마련됨과 동시에 양극단자(90')가 고정 설치된다.The high-charge pseudo-discharge switch of the present invention uses a fastening bolt 70 and a fixing flange 80, 80 ′ as shown in FIG. 4 while functioning as a vacuum container with a disc-shaped insulating plate 40 interposed therebetween. The cylindrical anode 10 constituting the external electrode and the intermediate electrode 1 are coupled to each other, the gas flow passage (3) connected to the gas inlet (2) in a state penetrating in the longitudinal direction (3) ) And the cathode terminal 90 is provided, and the cylindrical anode 10 is provided with a gas outlet 11 connected to the inside and the anode terminal 90 'is fixedly installed.

또한 중간 전극(1)의 상단에 고정되는 원통형 음극체(21)의 하단부에는 음전극(20)을 일체로 형성시키며, 원통 양극(10)의 하단과 전기적으로 연결되는 상태로 원판형 절연판(40)의 상면에 고정 설치되는 원판형 양극체(31)의 상단부에는 음전극(20)과 마주보는 상태로 양전극(30)을 구비시킨다.In addition, the negative electrode 20 is integrally formed at the lower end of the cylindrical cathode body 21 fixed to the upper end of the intermediate electrode 1, and the disk-shaped insulating plate 40 is electrically connected to the lower end of the cylindrical anode 10. The upper end of the disk-shaped anode body 31 fixed to the upper surface of the negative electrode 20 in the state facing the negative electrode 30 is provided with.

그리고 상기 음, 양전극(20)(30)과 중간 전극(1)사이에는 관체형의 절연체(50)를 설치한다.A tubular insulator 50 is provided between the negative and positive electrodes 20 and 30 and the intermediate electrode 1.

또한 상기 원통형 음극체(60)의 상부에는 음, 양전극(20)(30)의 방전시 원통 양극(10)을 절연시켜 주기 위한 원통형 절연체(60)를 체결 고정시킨다.In addition, the cylindrical insulator 60 is fastened and fixed to the upper portion of the cylindrical cathode body 60 to insulate the cylindrical anode 10 during discharge of the negative and positive electrodes 20 and 30.

한편 본 발명의 대전하 대전력 의사방전 스위치에 적용되는 원통 양극(10) 및 중간 전극(1)은 스테인레스 강으로 구성되며 원통형 음극체(21)와 원판형 양극체(31)는 구리로 구성되며, 원통형 음극체(21)와 원판형 양극체(31)에 형성된 음, 양전극(20)(30)은 내아크성이 강한 동 텅스텐이나 은 텅스텐으로 구성되며, 상기 원판형 절연판(40), 원통형 절연체(60), 관체형 절연체(50)는 고온의 플라즈마에 잘 견디는 테프론이나 세라믹으로 구성된다.Meanwhile, the cylindrical anode 10 and the intermediate electrode 1 applied to the large charge pseudo-discharge switch of the present invention are made of stainless steel, and the cylindrical cathode body 21 and the disk-shaped anode body 31 are made of copper. The negative and positive electrodes 20 and 30 formed on the cylindrical cathode body 21 and the disc-shaped positive electrode 31 are made of copper tungsten or silver tungsten with strong arc resistance. The insulator 60 and the tubular insulator 50 are made of Teflon or ceramic that withstands high temperature plasma well.

이와 같이 구성되는 본 발명의 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the present invention configured as described in detail as follows.

먼저 원통 양극(10)과 원통형 음극체(21)내의 가스압력이 파센곡선의 최소 항복전압에 해당하는 가스압력보다 적은 상태에서 음극단자(90)와 양극단자(90')에 항복전압보다 낮은 전압을 인가하고 , 가스통에 있는 가스를 전자기식 밸브를 통하여 가스 흡입구(2)로 주입하면 원통 양극(10)과 원통형 음극체(21)내의 가스압력이 증가하면서 항복전압이 인가된 전압보다 낮아지게 되고 양전극(30)과 음전극(20)사이에 방전이 일어나면서 전류가 흐르게 된다.First, a voltage lower than the breakdown voltage at the cathode terminal 90 and the anode terminal 90 'while the gas pressure in the cylindrical anode 10 and the cylindrical cathode body 21 is less than the gas pressure corresponding to the minimum breakdown voltage of the Passen curve. When the gas in the gas cylinder is injected into the gas inlet 2 through the electromagnetic valve, the gas pressure in the cylindrical anode 10 and the cylindrical cathode body 21 increases and the breakdown voltage becomes lower than the applied voltage. As the discharge occurs between the positive electrode 30 and the negative electrode 20, current flows.

이때 중간 전극(1)에서 흐르는 전류의 방향이 양전극(30)과 음전극(20)사이에 흐르는 전류의 방향과 반대이므로 이 양 전류사이에 강한 반발력이 작용하여 양전극(30)과 음전극(20)의 전(全)전극 표면에 전류를 분산시키는 기능을 한다.At this time, since the direction of the current flowing in the intermediate electrode 1 is opposite to the direction of the current flowing between the positive electrode 30 and the negative electrode 20, a strong repulsive force acts between the positive currents so that the positive electrode 30 and the negative electrode 20 It serves to disperse current on the entire electrode surface.

따라서 전류가 한곳으로 몰리는 것이 방지되고 이로 인해 전극을 손상시키지 않고도 대용량의 전하를 흘릴 수 있게 된다.This prevents current from gathering in one place, allowing large amounts of charge to flow without damaging the electrodes.

기본적으로 의사방전 스위치의 항복전압은 원통 양극(10)과 원통형 음극체(21)내의 가스압력과 음, 양전극(20)(30)사이 거리의 곱에 관계되며, 흘릴 수 있는 전하의 용량은 음, 양전극(20)(30)의 크기에 따라 증가한다.Basically, the breakdown voltage of the pseudo-discharge switch is related to the product of the gas pressure in the cylindrical anode 10 and the cylindrical cathode body 21 and the distance between the negative and positive electrodes 20 and 30, and the amount of charge that can flow is negative. This increases with the size of the positive electrode 20, 30.

한편 가스 흡입구(2)로 주입되는 가스는 의사방전 스위치의 방전을 시작하게 하므로써 스위치의 트리거링 역할을 함과 아울러 원통 양극(10)과 원통형 음극체(21)내에서 발생한 불순물을 가스 배출구(11)를 통하여 진공펌프로 배출시키는 역할도 한다.On the other hand, the gas injected into the gas inlet 2 serves to trigger the switch by starting the discharge of the pseudo-discharge switch, and the gas discharge port 11 receives impurities generated in the cylindrical anode 10 and the cylindrical cathode body 21. It also serves to discharge through the vacuum pump.

원통 양극(10)과 원통형 음극체(21)사이에 있는 원통형 절연체(60) 및 원통형 절연체(60)와 중간 전극(1)사이에 위치되는 관체형 절연체(50)는 음, 양전극(20)(30)사이에서 방전이 일어나도록 유도하며, 원통 양극(10)의 하단부와 중간 전극(1)의 하단부사이에 위치되는 원판형 절연판(40)은 원통 양극(10)과 중간 전극(1)의 하단부를 진공 밀폐시킴과 동시에 절연시키는 기능을 갖는다.The cylindrical insulator 60 between the cylindrical anode 10 and the cylindrical cathode body 21 and the tubular insulator 50 positioned between the cylindrical insulator 60 and the intermediate electrode 1 are the negative and positive electrodes 20 ( 30 to induce discharge to occur, and the plate-shaped insulating plate 40 located between the lower end of the cylindrical anode 10 and the lower end of the intermediate electrode 1 has a lower end of the cylindrical anode 10 and the intermediate electrode 1. Vacuum insulation and at the same time has the function to insulate.

이상과 같은 본 발명의 대전하 대전력 의사방전 스위치는 핀치현상으로 전류가 한곳으로 몰려 전극이 손상되는 것을 역핀치현상을 유도하여 전류의 흐름을 분산시킴으로써 전극의 표면 전체를 이용할 수 있도록 하여 전극을 손상시키지 않고도 대전하의 전류를 흐르게 할 수 있으며, 또한 기존의 역핀치현상을 이용한 스위치가 방전 초기에 균일한 원통형 플라즈마를 생성시키기 어려워서 전극의 손상을 막을 수 없었던 문제점을 의사방전을 이용하여 균일한 원통형 플라즈마를 용이하게 발생시킬 수 있게 된다.As described above, the high-charge pseudo-discharge switch of the present invention induces a reverse pinch phenomenon that the current is gathered to one place by the pinch phenomenon and damages the electrode so that the entire surface of the electrode can be used by distributing the current flow. It is possible to flow a current under a charge without damaging it, and it is also difficult to generate a uniform cylindrical plasma at the beginning of the discharge using the conventional reverse pinch phenomenon. It is possible to easily generate a plasma.

Claims

An intermediate electrode (1) having a gas flow passage (3) connected to the gas inlet (2) in the longitudinal direction, and a gas discharge port (11) coupled to and fixed to the intermediate electrode (1) and in communication with the inside The cylindrical anode 10 which forms the external electrode in the state, the negative electrode 20 integrally comprised in the lower end of the cylindrical cathode body 21 fixed to the upper end of the intermediate electrode 1, and the cylindrical anode 10 A positive electrode 30 fixedly installed in a state of being electrically connected to a lower end and integrally formed at an upper end of the disc shaped anode body 31 in a state facing the negative electrode 20, and the intermediate electrode 1 and the cylindrical anode. And a disk-shaped insulating plate 40 fixedly installed between the intermediate electrodes 1 and 40 to insulate and simultaneously insulate between the intermediate electrode 1 and the cylindrical anode 10, and the cylindrical cathode body 21 and the intermediate electrode 1. ) Is fixedly installed between the negative electrode 20, 30 to discharge the intermediate electrode (1) The tubular insulator 50 for giving and the cylindrical insulator 60 is fastened and installed on the upper end of the cylindrical cathode body 21 to insulate the cylindrical anode 10 during the discharge of the positive and negative electrodes 20, 30. A high charge pseudo-discharge switch characterized in that it comprises a) each.

2. The material of claim 1, wherein the materials of the cylindrical anode 10 and the intermediate electrode 1 are stainless steel; The material of the cylindrical cathode body 21 and the disk-shaped anode body 31 is copper, and the material of the negative and positive electrodes 20 and 30 formed in the cylindrical anode body 21 and the disk-shaped anode body 31 is copper tungsten. Or silver tungsten, which is the same as or different from each other, and the disk-shaped insulating plate 40, the cylindrical insulator 60, and the tubular insulator 50 are made of Teflon or ceramic. switch.