KR100497067B1 - Device for air plasma torch having low power, long life and non feeding - Google Patents
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Abstract
본 발명은 효율적인 냉각수 유동 패턴 구조를 가짐과 아울러 세라믹 자석의 적정 설치에 의해 하프늄 재질의 전극봉이 구비된 캐소드팁과 애노드의 수명을 연장시킬 수 있고, 더욱이 특수한 애노드의 설계로 아크 전압을 높이며, 보다 안정된 아크 전압을 유지할 수 있으며, 부가적으로 소형화에도 기여할 수 있도록 한 저전력용 장수명 비이송형 공기 플라즈마 토치장치를 제공하는 것을 목적으로 하며,The present invention has an efficient cooling water flow pattern structure, and by appropriate installation of a ceramic magnet can extend the life of the cathode tip and the anode with a hafnium electrode electrode, and further increase the arc voltage by a special anode design, It is an object of the present invention to provide a low power, long life non-conveying air plasma torch device that can maintain a stable arc voltage and contribute to further miniaturization.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 양단이 관통된 내부통로를 구비한 제1절연체와; 양단이 관통된 내부통로를 구비하며, 일단이 상기 제1절연체의 일측에 착탈 가능하게 결합되는 제2절연체와; 상기 제1절연체의 내부통로에 삽입되는 도전성 재질의 파이프와; 상기 파이프와 전기적으로 접촉 가능하게 연결되고, 상기 파이프와 연통되도록 양단이 관통된 내부통로를 구비하여 상기 제2절연체의 내부에 설치되는 도전성 재질의 지지부재와; 일단부가 상기 지지부재의 내부통로에 착탈 가능하게 연결되어 상기 제2절연체의 내부통로상에 배치되고, 타단부에 하프늄 재질의 전극봉이 구비된 캐소드팁과; 상기 캐소드팁과 인접하여 설치되며, 양단이 관통된 애노드와; 상기 전극봉에서 발생된 아크가 상기 애노드의 내부를 통해 이송되도록 하는 아크이동수단과; 상기 캐소드팁과 애노드를 냉각수로 냉각시키는 냉각수공급수단과; 상기 전극봉에서 발생된 아크에 의해 화염이 상기 애노드의 내부를 통해 분출되도록 가스를 공급하는 가스공급수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object, the first insulator having an inner passage through both ends; A second insulator having an inner passage penetrating at both ends thereof and having one end detachably coupled to one side of the first insulator; A pipe made of a conductive material inserted into the inner passage of the first insulator; A support member made of a conductive material connected to the pipe so as to be in electrical contact with the pipe and having an inner passage through both ends thereof so as to communicate with the pipe and installed inside the second insulator; A cathode tip having one end detachably connected to an inner passage of the support member and disposed on the inner passage of the second insulator, and having a hafnium electrode rod at the other end; An anode installed adjacent to the cathode tip and having both ends penetrated therethrough; Arc moving means for transferring the arc generated in the electrode through the inside of the anode; Cooling water supply means for cooling the cathode tip and the anode with cooling water; It characterized in that it comprises a gas supply means for supplying a gas so that the flame is ejected through the interior of the anode by the arc generated in the electrode.
Description
본 발명은 플라즈마 토치장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 효율적인 냉각수 유동 패턴 구조를 가짐과 아울러 세라믹 자석의 적정 설치에 의해 하프늄 재질의 전극봉이 구비된 캐소드팁과 애노드의 수명을 연장시킬 수 있고, 더욱이 특수한 애노드의 설계로 아크 전압을 높이며, 보다 안정된 아크 전압을 유지할 수 있도록 하며, 소형화에도 기여할 수 있도록 한 저전력용 장수명 비이송형 공기 플라즈마 토치장치에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma torch device, and more particularly, to have an efficient cooling water flow pattern structure and to prolong the life of a cathode tip and an anode provided with a hafnium electrode by proper installation of a ceramic magnet. It is a low power long life non-feed type air plasma torch device that can increase the arc voltage, maintain a more stable arc voltage, and contribute to the miniaturization through the design of a special anode.
플라즈마 토치장치는 두 전극 사이에서 형성된 고전압, 고전류의 아크속으로 차가운 가스를 통과시켜 초고온의 플라즈마를 발생시키는 장치로서, 이에 대한 종래 기술로써 본 발명자가 발명하여 2001년 07월 04일자 특허2001년 제39657호로 출원한 후, 2003년 01월 14일자로 공개된 공개특허 제2003-3827호인『초강력 세라믹 자석을 이용한 공동형 플라즈마 토치장치』가 있다.The plasma torch device is a device for generating ultra-high temperature plasma by passing a cold gas into an arc of high voltage and high current formed between two electrodes. As a prior art, the inventor of the present invention invented the patent of July 04, 2001. Patent Application No. 39657, published on Jan. 14, 2003, Patent Publication No. 2003-3827, "Cavity Plasma Torch Apparatus Using Super Strong Ceramic Magnet."
전술한 종래 기술은 전기아크에 의해 고온의 플라즈마 가스를 배출시키는 역전극 방식의 공동형 플라즈마 토치장치에 있어서, 소정 간격을 두고 동일 축상에 배치된 공동형 아크발생용 후방전극 및 전방전극; 상기 전극들 사이에 설치되어 전극들간의 간격으로 와류가스를 주입시키고 전극간을 절연시키는 와류발생기; 전극내 아크의 접촉점을 회전시키고, 전극내 자속 밀도를 변화시켜 축방향의 자장의 합이 최소가 되는 위치를 조정하여 아크의 접촉점을 축방향으로 이동시키도록 상기 전극들의 외부 둘레 각각에 재배치 가능하게 하우징에 의해 수용 설치된 복수개의 링형 세라믹 자석; 상기 세라믹 자석 및 와류발생기의 외부 둘레에 설치되며 상기 와류 발생기로 가스를 공급하는 절연체; 토치 부품 전체를 둘러싸고 있는 이중벽 스텐리스 스틸로 만들어진 원통형의 토치본체; 사기 토치본체 및 전방전극과 결합되어 내부의 부품을 고정시키는 전방전극 지지링; 토치내 부품을 냉각시켜 과열을 방지하기 위해 하우징 및 와류발생기에 의해 형성된 제1, 제2, 제3 냉각수 채널 및 상기 토치본체내에 형성된 제4 냉각수 채널을 포함하여 구성되어 있습니다.The above-mentioned conventional technique is a cavity type plasma torch apparatus of a reverse electrode type for discharging high temperature plasma gas by an electric arc, comprising: a cavity type arc generating rear electrode and a front electrode disposed on the same axis at a predetermined interval; A vortex generator installed between the electrodes to inject vortex gas at intervals between the electrodes and insulate the electrodes; Rotate the contact points of the arc in the electrode and change the magnetic flux density in the electrode to adjust the position where the sum of the axial magnetic fields is minimal so as to be repositionable on each of the outer perimeters of the electrodes to move the arc's contact point axially A plurality of ring-shaped ceramic magnets accommodated and installed by the housing; An insulator installed around the outside of the ceramic magnet and the vortex generator and supplying gas to the vortex generator; A cylindrical torch body made of double wall stainless steel that surrounds the torch part; A front electrode support ring coupled to the torch body and the front electrode to fix an internal part thereof; It includes the first, second and third coolant channels formed by the housing and the vortex generator and the fourth coolant channel formed in the torch body to cool the parts in the torch to prevent overheating.
그러나, 종래 기술에 의한 플라즈마 토치장치는 다음과 같은 문제점이 있었다.However, the plasma torch apparatus according to the prior art has the following problems.
첫째, 종래 기술은 아크 발생용 전극인 후방전극은 전방이 개구됨과 아울러 내부에 후방측으로 소정 깊이의 공동부가 형성된 타입으로 이루어져 있으며, 전체 형상이 소정의 크기로 되어 있기 때문에, 상기 후방전극의 내면 전체로부터 아크를 발생시키기 위해서는 고전력이 소모되는 문제점이 있었다.First, according to the related art, the rear electrode, which is an arc generating electrode, has a type in which a front portion is opened and a cavity having a predetermined depth is formed inside the rear side, and since the overall shape is a predetermined size, the entire inner surface of the rear electrode is formed. In order to generate an arc from the high power consumption was a problem.
둘째, 종래 기술은 후방전극이 일정한 길이를 가지고 있음과 아울러 내면 전체로부터 아크를 발생시키는 구조이기 때문에 토치장치 전체가 대형화되어 소형화에는 부적합하였다.Second, the prior art has a constant length and the structure to generate an arc from the entire inner surface, so that the entire torch device is large and unsuitable for miniaturization.
셋째, 종래 기술은 안정된 아크 전압을 유지할 수 있도록 할 수 없는 문제점도 있었다.Third, there is a problem that the prior art can not maintain a stable arc voltage.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해 창안된 것으로, 효율적인 냉각수 유동 패턴 구조를 가짐과 아울러 세라믹 자석의 적정 설치에 의해 하프늄 재질의 전극봉이 구비된 캐소드팁과 애노드의 수명을 연장시킬 수 있고, 더욱이 특수한 애노드의 설계로 아크 전압을 높이며, 보다 안정된 아크 전압을 유지할 수 있도록 하며, 소형화에도 기여할 수 있도록 한 저전력용 장수명 비이송형 공기 플라즈마 토치장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention was devised to achieve the above object, and has an efficient cooling water flow pattern structure and can extend the life of the cathode tip and the anode provided with a hafnium electrode by appropriate installation of a ceramic magnet, Furthermore, the purpose of the present invention is to provide a low-power, long-life, non-conveying air plasma torch device that can increase the arc voltage, maintain a more stable arc voltage, and contribute to miniaturization through a special anode design.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 양단이 관통된 내부통로를 구비한 제1절연체와; 양단이 관통된 내부통로를 구비하며, 일단이 상기 제1절연체의 일측에 착탈 가능하게 결합되는 제2절연체와; 상기 제1절연체의 내부통로에 삽입되는 도전성 재질의 파이프와; 상기 파이프와 전기적으로 접촉 가능하게 연결되고, 상기 파이프와 연통되도록 양단이 관통된 내부통로를 구비하여 상기 제2절연체의 내부에 설치되는 도전성 재질의 지지부재와; 일단부가 상기 지지부재의 내부통로에 착탈 가능하게 연결되어 상기 제2절연체의 내부통로상에 배치되고, 타단부에 하프늄 재질의 전극봉이 구비된 캐소드팁과; 상기 캐소드팁과 인접하여 설치되며, 양단이 관통된 애노드와; 상기 전극봉에서 발생된 아크가 상기 애노드의 내부를 통해 이송되도록 하는 아크이동수단과; 상기 캐소드팁과 애노드를 냉각수로 냉각시키는 냉각수공급수단과; 상기 전극봉에서 발생된 아크에 의해 화염이 상기 애노드의 내부를 통해 분출되도록 가스를 공급하는 가스공급수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object, the first insulator having an inner passage through both ends; A second insulator having an inner passage penetrating at both ends thereof and having one end detachably coupled to one side of the first insulator; A pipe made of a conductive material inserted into the inner passage of the first insulator; A support member made of a conductive material connected to the pipe so as to be in electrical contact with the pipe and having an inner passage through both ends thereof so as to communicate with the pipe and installed inside the second insulator; A cathode tip having one end detachably connected to an inner passage of the support member and disposed on the inner passage of the second insulator, and having a hafnium electrode rod at the other end; An anode installed adjacent to the cathode tip and having both ends penetrated therethrough; Arc moving means for transferring the arc generated in the electrode through the inside of the anode; Cooling water supply means for cooling the cathode tip and the anode with cooling water; It characterized in that it comprises a gas supply means for supplying a gas so that the flame is ejected through the interior of the anode by the arc generated in the electrode.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 의한 저전력용 장수명 비이송형 공기 플라즈마 토치장치의 내부 구성을 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing the internal structure of a low power long life non-conveying air plasma torch device according to the present invention.
도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 플라즈마 토치장치는 크게 제1절연체(100)와, 제2절연체(110)와, 파이프(120)와, 지지부재(130)와, 캐소드팁(140)와, 애노드(150)와, 아크이동수단(200)과, 냉각수공급수단(300)과, 가스공급수단(400)을 포함하여 이루어진다.As shown, the plasma torch device according to the present invention includes a first insulator 100, a second insulator 110, a pipe 120, a support member 130, a cathode tip 140, It comprises an anode 150, the arc moving means 200, the cooling water supply means 300, and the gas supply means (400).
이하 상기와 같이 구성된 본 발명의 구성들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter will be described in more detail the configuration of the present invention configured as described above.
먼저, 상기 제1 절연체(100)는 중앙에 양단이 관통된 내부통로(100a)를 구비함과 아울러 일정한 길이를 가지고 있다.First, the first insulator 100 has an inner passage 100a having both ends penetrated at the center thereof, and has a predetermined length.
상기 제2절연체(110)는 양단이 관통된 내부통로(110a)를 구비하여 일단이 상기 제1절연체(100)의 일측에 착탈 가능하게 결합된다.The second insulator 110 includes an inner passage 110a through which both ends thereof are detachably coupled to one side of the first insulator 100.
여기서, 상기 제2절연체(110)와 제1절연체(100)는 서로 나사부(111)에 의해 결합된다.Here, the second insulator 110 and the first insulator 100 are coupled to each other by a screw 111.
상기 파이프(120)는 상기 제1절연체(100)의 내부통로(100a)에 삽입되며, 그 재질은 전기가 통하는 도전성 재질로 이루어진다.The pipe 120 is inserted into the inner passage 100a of the first insulator 100, and the material is made of a conductive material through which electricity passes.
상기 지지부재(130)는 상기 파이프(120)와 전기적으로 접촉 가능하게 연결되고, 상기 파이프(120)와 연통되도록 양단이 관통된 내부통로(130a)를 구비하여 상기 제2 절연체(110)의 내부에 설치되며, 그 재질은 전기가 통하는 도전성 재질로 이루어진다.The support member 130 is electrically connected to the pipe 120 and has an inner passage 130a through which both ends thereof are in communication with the pipe 120 to provide an interior of the second insulator 110. It is installed in, and the material is made of an electrically conductive material.
상기 지지부재(130)의 재질은 보다 바람직하게는 황동으로 이루어진다.The material of the support member 130 is more preferably made of brass.
상기 캐소드팁(140)은 일단부가 상기 지지부재(130)의 내부통로(103a)에 착탈 가능하게 연결되어 상기 제2절연체(110)의 내부통로(110a)상에 배치되고, 타단부에는 하프늄 재질의 전극봉(143)이 구비된다.One end of the cathode tip 140 is detachably connected to the inner passage 103a of the support member 130 and is disposed on the inner passage 110a of the second insulator 110, and the other end of the cathode tip 140 is made of hafnium. The electrode rod 143 is provided.
상기 전극봉(143)은 상기 캐소드팁(140)의 타단부에 진공 브레이징되어 부착된다.The electrode rod 143 is attached to the other end of the cathode tip 140 by vacuum brazing.
여기서, 캐소드팁(140)과 제2절연체(110)는 서로 나사부(145)에 의해 결합된다.Here, the cathode tip 140 and the second insulator 110 are coupled to each other by a screw portion 145.
상기 애노드(150)는 상기 캐소드팁(140)과 인접하여 설치되며, 양단이 관통된다.The anode 150 is installed adjacent to the cathode tip 140, both ends are penetrated.
한편, 상기 아크이동수단(200)은 상기 전극봉(143)에서 발생된 아크가 상기 애노드(150)의 내부를 통해 이송되도록 하는 역할을 한다.On the other hand, the arc moving means 200 serves to ensure that the arc generated in the electrode 143 is transferred through the inside of the anode 150.
상기 아크이동수단(200)은, 상기 지지부재(130)와 상기 제2 절연체(110) 사이에 개재되는 세라믹 재질의 제1 자석(210)과, 상기 애노드(150)의 외면에 배치되는 세라믹 재질의 제2 자석(220)으로 이루어진다.The arc moving means 200 is a ceramic material disposed on the outer surface of the first magnet 210 and the anode 150 of a ceramic material interposed between the support member 130 and the second insulator 110. Of the second magnet 220.
상기 자석(210)(220)으로는 스토론티움 페라이트(Strontium Ferrite), 알니코(AlniCo), 사마륨 코발트(SmCo), 네오디뮴(Nd)등 다양한 것을 이용할 수 있지만, 일반적으로 전극 내부에 아크 접촉점을 이동시키는데 요구되는 자속 밀도를 공급할 수 있는 것이라야 한다.As the magnets 210 and 220, various ones such as strontium ferrite, alnico, samarium cobalt (SmCo), and neodymium (Nd) may be used, but arc contact points are generally used in the electrode. It must be capable of supplying the magnetic flux density required for movement.
상기 자석의 배치는 요구되는 전극 내부 자속밀도 분포에 따라 다양하게 배치될 수 있다.The magnet may be arranged in various ways depending on the required magnetic flux density distribution in the electrode.
상기 냉각수공급수단(300)은 상기 캐소드팁(140)과 애노드(150)를 냉각수로 냉각시키는 역할을 한다.The cooling water supply means 300 serves to cool the cathode tip 140 and the anode 150 with cooling water.
상기 냉각수공급수단(300)은 상기 지지부재(130)의 측부에 외측면을 향해 사방으로 다수의 제1 냉각수 유동로(310)를 형성하고, 상기 제1 냉각수 유동로(310)와 연통되게 상기 제2절연체(110)의 내부에 제2 냉각수 유동로(320)를 형성하며, 상기 제2 냉각수 유동로(320)를 통과한 냉매가 유동되도록 상기 애노드(150)와 아크이동수단(200) 사이의 유동 간극(t)을 외부와 연통되게 구성하며, 상기 파이프(120)의 내부로 냉각수를 강제 유입시킨 후, 상기 지지부재(130)의 내부통로(130a)로 냉각수를 유동한 다음, 상기 제1 냉각수 유동로(310)로 유동되도록 하여 구성한다.The cooling water supply means 300 forms a plurality of first cooling water flow paths 310 in all directions toward the outer side of the support member 130 and communicates with the first cooling water flow paths 310. A second cooling water flow path 320 is formed inside the second insulator 110, and the refrigerant flows through the second cooling water flow path 320 to flow between the anode 150 and the arc moving means 200. The flow gap (t) is configured to be in communication with the outside, forcibly introducing the coolant into the inside of the pipe 120, the coolant flows into the inner passage (130a) of the support member 130, and then 1 is configured to flow in the cooling water flow path (310).
상기 가스공급수단(400)은 상기 전극봉(143)에서 발생된 아크에 의해 화염이 상기 애노드(150)의 내부를 통해 분출되도록 가스를 공급하는 역할을 한다.The gas supply means 400 serves to supply gas such that the flame is ejected through the inside of the anode 150 by the arc generated by the electrode rod 143.
이의 상세 구성은 가스유동로 형성체(410)와, 와류발생기(420)와, 가스유동로(430)와, 가스주입포트(440)를 포함하여 이루어진다.The detailed configuration thereof includes a gas flow path forming body 410, a vortex generator 420, a gas flow path 430, and a gas injection port 440.
상기 가스유동로 형성체(410)는 상기 제1절연체(100)와 상기 제2절연체(110)가 내부에 삽입됨과 아울러 이들의 외측면과 일정한 간극(t)을 구비하고, 일단은 상기 제1절연체(100)와 연결되며, 타단은 상기 아크이동수단(200)과 연결된 통체 형상으로 이루어진다.The gas flow path forming member 410 has the first insulator 100 and the second insulator 110 inserted therein and has a constant gap t with an outer surface thereof, and one end of the first insulator 100 and the second insulator 110. Is connected to the insulator 100, the other end is made of a cylindrical shape connected to the arc moving means 200.
상기 와류발생기(420)는 상기 제2절연체(10)의 내면에는 상기 캐소드팁(140)과 이격되게 설치되어 가스를 상기 캐소드팁(140)과 애노드(150) 사이로 와류 상태로 분사하는 역할을 한다.The vortex generator 420 is installed on the inner surface of the second insulator 10 to be spaced apart from the cathode tip 140 to inject gas into the vortex between the cathode tip 140 and the anode 150. .
상기 와류 분사기(420)는 접선 방향으로 가스를 분사하는 분사공(421)이 형성된다.The vortex injector 420 has an injection hole 421 for injecting gas in a tangential direction.
상기 가스유동로(430)는 상기 제2절연체(110)의 내부에 상기 간극(t)을 통해 유동하는 가스를 상기 와류 분사기(420)로 유동되도록 형성된다.The gas flow path 430 is formed to flow the gas flowing through the gap t into the vortex injector 420 inside the second insulator 110.
상기 가스주입포트(440)는 상기 간극(t)으로 외부의 가스를 주입하는 역할을 한다.The gas injection port 440 serves to inject external gas into the gap t.
상기와 같이 구성된 본 발명의 구성에서 상기 가스유동로 형성체(410)가 내부에 삽입됨과 아울러 이와 일정한 간극(t)을 구비하고, 일단은 상기 가스유동로 형성체(410)에 고정되는 외관본체(330)와, 상기 외관본체(330)의 타단과 상기 애노드(150) 사이에 설치되고 상기 아크이동수단(200)과 이격되어 상기 간극(t)과 연통됨과 아울러 상기 유동 간극(t)과 연통되게 설치되는 애노드 지지부재(340)와, 상기 외관본체(330)의 상기 냉각수가 외부로 배출되도록 하는 냉각수 배출포트(350)를 더 구비한다.In the configuration of the present invention configured as described above, the gas flow path forming body 410 is inserted therein and has a constant gap t, and one end of which is fixed to the gas flow path forming body 410. 330 and the other end of the exterior body 330 and the anode 150 are spaced apart from the arc moving means 200 to communicate with the gap t and to communicate with the flow gap t. It further comprises an anode support member 340 is installed so as to, and the cooling water discharge port 350 for discharging the cooling water of the exterior body 330 to the outside.
여기서, 상기 외관본체(330)는 재질이 스테인레스 스틸로 이루어진다.Here, the exterior body 330 is made of stainless steel material.
그리고, 상기와 같이 구성된 본 발명의 구성에서 상기 캐소드팁(140)의 상기 전극봉(143)의 반대편측에 일정 깊이의 수용홈부(141)가 형성되고, 상기 수용홈부(141)내에 일부가 수용되며, 양단이 관통됨과 아울러 외주면이 상기 지지부재(130)의 내면과 캐소드팁(140)의 내면과 일정한 간극(t)을 유지하는 냉각수 안내관(142)이 더 구비된다.And, in the configuration of the present invention configured as described above, the receiving groove portion 141 of a predetermined depth is formed on the opposite side of the electrode rod 143 of the cathode tip 140, a portion is accommodated in the receiving groove portion 141 The coolant guide pipe 142 further includes a coolant guide tube 142 having both ends penetrated therein and an outer circumferential surface maintaining a constant gap t with an inner surface of the support member 130 and an inner surface of the cathode tip 140.
여기서, 본 발명의 도면에서는 전기를 공급하는 전워공급원 및 냉각수를 공급하는 냉각수 공급원은 별도로 도시하지 않았다.Here, in the drawings of the present invention, a power supply source for supplying electricity and a cooling water supply source for supplying cooling water are not separately illustrated.
상기와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the present invention configured as described above are as follows.
본 발명의 작용을 아크에 대한 설명과, 가스 공급에 대한 설명과 냉각수 공급에 대한 세부분으로 나누어 설명하고자 한다.The operation of the present invention will be described by dividing the description of the arc, the description of the gas supply and the details of the cooling water supply.
먼저, 아크에 대한 설명을 하기로 한다.First, the arc will be described.
전원공급장치(미도시)에 의해 파이프(120)로 전력이 공급되면, 이 전력은 파이프(120)를 통해 지지부재(130)를 지나 캐소드팁(140)으로 전달된다. 이렇게 캐소드팁(140)으로 전달된 전력에 의해 하프늄 재질의 전극봉(143)에서 (-)극을 띠는 아크가 발생된다.When power is supplied to the pipe 120 by a power supply (not shown), this power is transmitted to the cathode tip 140 through the support member 130 through the pipe 120. Thus, an arc having a negative (-) pole is generated in the electrode 143 made of hafnium by the power transmitted to the cathode tip 140.
이후, 상기 전극봉(143)에서 발생된 아크는 애노드(150)의 내부통로측으로 이동하려 한다.Thereafter, the arc generated in the electrode 143 tries to move toward the inner passage side of the anode 150.
상기와 같이 아크가 발생되면, 아크이동수단중의 하나인 제1 자석(210)과 제2 자석(220)에 의해 아크가 애노드(150)측으로 이동하게 되는 데, 이 과정을 설명하기로 한다.When the arc is generated as described above, the arc is moved to the anode 150 by the first magnet 210 and the second magnet 220 which is one of the arc moving means, this process will be described.
먼저, 상기 제1 자석(210)은 상기 캐소드팁(140)에 설치된 하프늄 재질의 전극봉(143)에서 아크가 접촉되는 지점의 위치를 회전시키는 역할을 한다.First, the first magnet 210 serves to rotate the position of the contact point of the arc in the electrode rod 143 of the hafnium material installed on the cathode tip 140.
따라서, 전극봉(143)이 분균일하게 분포되지 않고 골고루 분포되어 사용 수명을 장기간 연장시킬 수 있다.Therefore, the electrode rods 143 are not evenly distributed but are evenly distributed, thereby extending the service life for a long time.
반면에 상기 제2 자석(220)은 전극봉(143)에서 발생된 아크가 애노드(150)의 내부통로면을 아크접촉점(155)을 회전시키도록 하는 역할을 한다.On the other hand, the second magnet 220 serves to rotate the arc contact point 155 on the inner passage surface of the anode 150 by the arc generated from the electrode 143.
즉, 아크가 회전되면서 애노드(150)의 내면에 도달하여 접촉되기 때문에 애노드(150)가 어느 한지점에서 편파적으로 마모되지 않고 골고루 마모되기 때문에 사용 수명을 연장시킬 수 있게 된다.That is, since the arc is rotated to reach and contact the inner surface of the anode 150, the anode 150 is not polarized to wear at any one point, and evenly worn, it is possible to extend the service life.
따라서, 전체적으로 보았을 때 교체 부품인 캐소드팁(140)과 애노드(150)의 교체 주기를 연장하여 기기를 오랜 시간동안 사용할 수 있는 등 비용 절감 측면에서 우수하다.Therefore, as a whole, it is excellent in terms of cost reduction, such as being able to use the device for a long time by extending the replacement cycle of the cathode tip 140 and the anode 150 which are replacement parts.
다음으로, 냉각수공급과정을 설명하기로 한다.Next, the cooling water supply process will be described.
먼저, 파이프(120)의 내부로 냉각수를 유입시키면, 냉각수는 지지부재(130)의 내부통로(130a)를 지나 냉각수 안내관(142)을 지나 캐소드팁(140)과 냉각수 안내관(142) 사이의 간극(t)의 수용홈부(141)를 따라 유동된 후에, 지지부재(130)의 제1 냉각수 유동로(310)를 지나 제2절연체(110)에 형성된 제2 냉각수 유동로(320)를 경유한다.First, when the coolant is introduced into the pipe 120, the coolant passes through the inner passage 130a of the support member 130, passes through the coolant guide tube 142, and between the cathode tip 140 and the coolant guide tube 142. After flowing along the receiving groove 141 of the gap t of the second cooling water flow path 320 formed in the second insulator 110 through the first cooling water flow path 310 of the support member 130 Via.
상기 제2 냉각수 유동로(320)를 경유한 냉각수는 애노드(150)와 제2 자석(220) 사이의 간극(t) 및 제2 자석(220)과 애노드 지지부재(340) 사이의 간극(t)을 통해 가스유동로 형성체(410) 및 외관본체(330) 사이의 간극(t)을 통해 최종적으로 냉각수 배출포트(350)로 배출된다.The cooling water passing through the second cooling water flow path 320 is a gap t between the anode 150 and the second magnet 220 and a gap t between the second magnet 220 and the anode support member 340. Through the gap (t) between the gas flow path forming body 410 and the outer body 330 is finally discharged to the cooling water discharge port 350.
상기와 같은 경로를 거쳐 유동하는 냉각수에 의해 제1, 제2 자석(210)(220)은 냉각되고, 캐소드팁(140)과 애노드(150)도 냉각된다.The first and second magnets 210 and 220 are cooled by the coolant flowing through the path as described above, and the cathode tip 140 and the anode 150 are also cooled.
여기서, 전술한 설명에서 냉각수 유동 경로 표시는 이점쇄선으로 표시하였다.Here, in the above description, the coolant flow path indication is indicated by a dashed line.
상기와 같이 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 냉각수 유동 패턴 구조에 따르면, 각 부품을 효율적으로 냉각시켜 수명을 연장시킬수 있게 된다.As described above, according to the cooling water flow pattern structure according to the present invention, it is possible to efficiently cool each component to extend the life.
마지막으로, 가스공급과정을 설명하기로 한다.Finally, the gas supply process will be described.
먼저, 가스주입포트(440)을 통해 외부에서 가스가 주입되면, 이 가스는 가스유동로 형성체(410)와 제1,2절연체(100)(110) 사이의 간극(t)을 통해 유입된 후, 제2 절연체(110)의 가스유동로(430)를 지나 와류발생기(420)의 분사공(421)에서 토출되어 캐소드팁(140)과 애노드(150) 사이의 간극을 지나 애노드(150)의 내부를 따라 유동되면서 아크와 함께 점화되어 화염 상태로 애노드(150)로부터 분출되는 것이다.First, when gas is injected from the outside through the gas injection port 440, the gas is introduced through the gap t between the gas flow path forming body 410 and the first and second insulators 100 and 110. After that, the gas flow path 430 of the second insulator 110 is discharged from the injection hole 421 of the vortex generator 420 to pass the gap between the cathode tip 140 and the anode 150 to the anode 150. While flowing along the inside of the ignited with the arc is to be ejected from the anode 150 in a flame state.
여기서, 가스 유동 경로 표시는 점선으로 표시하였다.Here, the gas flow path display is indicated by a dotted line.
이상 본 발명의 구성 및 전체적인 동작을 설명하였다.The configuration and overall operation of the present invention have been described above.
이하부터는, 본 발명에 따라 하프늄 재질의 전극봉(143)의 사용 수명에 대한 실험 결과를 설명하기로 한다.Hereinafter, the experimental results for the service life of the electrode 143 made of hafnium according to the present invention will be described.
먼저, 제1, 제2 자석(210)(220)의 자장이 없는 경우에서 아크 전류가 30A(암페어), 가스 유랑이 15ℓ/m인 조건하에서 30분동안 본 발명의 장치를 가동시킨 후, 아크 전압이 95~115V(볼트), 전극봉(143)이 1.5mm의 깊이 손실되었음을 알수 있었다.(실험1)First, the apparatus of the present invention is operated for 30 minutes under the condition that the arc current is 30 A (ampere) and the gas flow is 15 l / m in the absence of the magnetic fields of the first and second magnets 210 and 220, and then the arc It was found that the voltage was 95-115V (volts) and the electrode 143 had a depth of 1.5 mm. (Experiment 1)
반면에 제1, 제2 자석(210)(220)의 자장이 걸린 경우에서 아크 전류가 30A(암페어), 가스 유랑이 15ℓ/m인 조건하에서 30분동안 본 발명의 장치를 가동시킨 후, 아크전압이 130~190볼트, 전극봉(143)이 0.2mm의 깊이 손실되었음을 알수 있었다.(실험2)On the other hand, after operating the apparatus of the present invention for 30 minutes under the condition that the arc current is 30 A (ampere) and the gas flow is 15 l / m in the case where the magnetic fields of the first and second magnets 210 and 220 are applied, the arc Voltage was 130 ~ 190 volts, electrode 143 was found to be 0.2mm deep loss. (Experiment 2)
결과적으로 상기 실험2에서 알수 있듯이 전극봉이 월등하게 적게 소모되는 것을 알수있었다.As a result, as can be seen in Experiment 2, the electrode was consumed significantly less.
더 나아가서 상기 실험2를 실시한 후 계속해서 추가로 1시간 더 동일한 조건으로 실험을 진행한 결과, 아크전압이 130~190볼트,, 전극봉(143)이 0.3mm의 깊이 손실되었음을 알수 있었다.(실험3)Furthermore, after conducting the experiment 2, the experiment was conducted under the same conditions for an additional hour. As a result, it was found that the arc voltage was 130 to 190 volts and the electrode 143 had a depth loss of 0.3 mm. )
따라서, 본 발명은 시간이 경과하는 것에 비해 전극봉(143)이 현저하게 소모되는 비율이 감소되는 것을 알수 있었다.Therefore, the present invention was found to reduce the rate at which the electrode 143 is significantly consumed compared to the passage of time.
그리고, 아크 전압을 임의적으로 가변시켜 조절할 수 있고, 아크 전압 변화가 항상 거의 변동없이 안정됨을 알수 있었다.And, it can be seen that the arc voltage can be arbitrarily changed and adjusted, and the arc voltage change is always stable with almost no change.
이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면, 효율적인 냉각수 유동 패턴 구조를 가짐과 아울러 세라믹 자석의 적정 설치에 의해 하프늄 재질의 전극봉이 구비된 캐소드팁과 애노드의 수명을 연장시킬 수 있고, 더욱이 특수한 애노드의 설계로 아크 전압을 높이며, 보다 안정된 아크 전압을 유지할 수 있도록 하며, 소형화에도 기여할 수 있도록 하며, 소형화에도 기여할 수 있게 된다.As described above, according to the present invention, it is possible to extend the life of the cathode tip and the anode having the electrode made of hafnium material by the proper installation of the ceramic magnet, and have an efficient cooling water flow pattern structure, and further, the design of a special anode It is possible to increase the furnace arc voltage, maintain a more stable arc voltage, contribute to miniaturization, and contribute to miniaturization.
도 1은 본 발명에 의한 저전력용 장수명 비이송형 공기 플라즈마 토치장치의 내부 구성을 도시한 단면도.1 is a cross-sectional view showing the internal configuration of a low power long life non-conveying air plasma torch device according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100 : 제1절연체 110: 제2절연체100: first insulator 110: second insulator
120 : 파이프 130 : 지지부재120 pipe 130 support member
100a,110a,130a : 내부통로 140 : 캐소드팁100a, 110a, 130a: internal passage 140: cathode tip
141 : 수용홈부 142 : 냉각수 안내관141: receiving groove 142: coolant guide tube
143 : 전극봉 145 : 나사부143: electrode 145: screw
150 : 애노드 155 : 접촉점150: anode 155: contact point
200 : 아크이동수단 210,220 : 제1, 제2자석200: arc moving means 210,220: first, second magnet
300 : 냉각수공급수단 310,320 : 제1,2냉각수 유동로300: cooling water supply means 310,320: first and second cooling water flow path
t : 유동간극 330 : 외관본체t: flow gap 330: appearance
340 : 애노드 지지부재 350 : 냉각수 배출포트340: anode support member 350: cooling water discharge port
400 : 가스공급수단 t : 간극400: gas supply means t: gap
410 : 가스유동로 형성체 420 : 와류발생기410: gas flow path forming body 420: vortex generator
421 : 분사공421: injection hole
430 : 가스유동로 440 : 가스주입포트430 gas flow path 440 gas injection port
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