KR100522658B1 - 마이크로웨이브 플라즈마 버너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고열의 플라즈마를 발생하는 마이크로웨이브 플라즈마 버너에 관한 것이다. 마이크로웨이브 플라즈마 버너는 웨이브 가이드 공진기(200)의 내부에서 마그네트론(100)의 안테나(110)로부터 송신 및 공진되는 마이크로웨이브를 수신 및 유도하고, 내부로 주입된 기체가 단부(211)에서 배출되면서 유도된 마이크로웨이브에 의해 진동하여 고열 및 플라즈마를 발생하는 유도관(210)으로 이루어진다. 본 발명에 따른 마이크로웨이브 플라즈마 버너는 다음과 같은 효과를 제공한다. 진공을 사용하지 않은 구조로 강력한 고온의 플라즈마를 발생할 수 있다. 공기의 진동에 의해 발생된 열로 불꽃이 발생하므로 점화시 별도의 점화기가 필요없다. 고열의 불꽃이 발생하므로 용접과 컷팅에 사용할 수 있다. 진동에 의해 발생된 열에 의해 완전 연소가 이루어지므로 공기 오염을 방지할 수 있다. 원하는 기체를 주입하여 사용함으로써 용접시 산화를 방지할 수 있다.

Description

마이크로웨이브 플라즈마 버너{Microwave Plasma Burner}

본 발명은 마이크로웨이브 플라즈마 버너에 관한 것으로, 특히 고열의 플라즈마를 발생하는 버너에 관한 것이다.

마이크로웨이브는 30MHz 내지 30GHz 범위의 주파수대를 갖는 파장으로서, 이러한 마이크로웨이브는 실생활에서 전자 레인지 등 그 응용 범위가 다양하며, 특히 플라즈마를 발생하는데 많이 사용되고 있다.

플라즈마는 고도로 전리되어 (+)이온과 (-)이온이 동일한 밀도로 존재하여 전기적으로 균형을 이루어 중성이 되어 있는 상태나 또는 그 이온들을 말하며, 방전관이나 아크주가 가장 전형적인 것이다.

이러한 마이크로웨이브를 이용하여 플라즈마를 발생하기 위해서, 종래에는 챔버를 고진공 상태로 만들고 챔버내에 플라즈마를 발생시킬 수 있는 가스 또는 가스 혼합물을 주입한 후 마이크로웨이브를 챔버의 내부로 유도한다. 그러면 챔버의 내부에서 플라즈마가 발생하게 되고 발생된 플라즈마는 침착등에 이용된다.

그러나 이러한 고진공 챔버를 이용하는 종래의 플라즈마 발생 장치는 마이크로웨이브가 유도되는 챔버의 내부를 고진공으로 만들게 되는데, 이와 같이 챔버의 내부를 고진공으로 만들기 위해서는 정밀한 설계가 요구되므로 구현하기 어려운 문제점이 있었다.

또한, 용접에 사용되는 버너는 용접시 점화를 위한 점화기가 필요하여 별도로 부착되어야 하므로 사용상 불편한 문제점이 있었다.

본 발명의 목적과 이점은 다음과 같은 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하는 양호한 실시예로부터 보다 명확해질 것이다.

도1은 본 발명에 따른 마이크로웨이브 플라즈마 버너의 구조도이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 고진공 상태를 만들지 않고 마이크로웨이브를 유도하여 플라즈마를 발생하도록 하기 위한 마이크로웨이브 플라즈마 버너를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 점화기를 제거하여 사용이 간편하도록 하기 위한 마이크로웨이브 플라즈마 버너를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 웨이브 가이드 공진기의 내부에서 마그네트론의 안테나로부터 송신 및 공진되는 마이크로웨이브를 수신 및 유도하고, 내부로 주입된 기체가 단부에서 배출되면서 유도된 마이크로웨이브에 의해 진동하여 고열 및 플라즈마를 발생하는 유도관으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 플라즈마 버너를 제공한다.

또한, 본 발명은 마이크로웨이브를 발생하여 안테나를 통해 송신하는 마그네트론과; 상기 안테나로부터 송신되는 마이크로웨이브가 공진되는 웨이브 가이드 공진기와; 상기 웨이브 가이드 공진기의 내부에 설치되어 상기 안테나로부터 송신된 마이크로웨이브를 수신 및 유도하며 내부로 주입된 기체가 단부로 배출되면서 상기 유도된 마이크로웨이브에 의해 진동하여 고열 및 플라즈마가 발생하는 유도관을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 마이크로웨이브 플라즈마 버너를 제공한다.

본 발명에 의한 마이크로웨이브 플라즈마 버너는 도1에 도시한 바와 같이, 공진기(200)의 내부에서 마그네트론(100)의 안테나(110)로부터 송신 및 공진되는 마이크로웨이브를 수신 및 유도하고, 내부로 주입된 기체가 단부(211)에서 배출되면서 유도된 마이크로웨이브에 의해 진동하여 고열 및 플라즈마를 발생하는 유도관(210)으로 이루어진다.

여기서, 상기 유도관(210)은 상기 안테나(110)와 그 크기가 비례하며 동일한 형태로 이루어진다. 특히 상기 유도관(210) 중 웨이브 가이드 공진기(200)의 내부에 위치하는 부분은 마그네트론의 안테나(110)와 동일한 형태로 그 크기가 2배로 이루어진다.

즉, 본 발명에 의한 마이크로웨이브 플라즈마 버너는 마이크로웨이브를 발생하여 안테나(110)를 통해 송신하는 마그네트론(100)과; 상기 안테나(110)로부터 송신되는 마이크로웨이브가 공진되는 웨이브 가이드 공진기(200)와; 상기 웨이브가이드 공진기(200)의 내부에 설치되어 상기 안테나(110)로부터 송신된 마이크로웨이브를 수신 및 유도하며 내부로 주입된 기체가 단부(211)로 배출되면서 상기 유도된 마이크로웨이브에 의해 진동하여 고열 및 플라즈마가 발생하는 유도관(210)과; 상기 유도관(210)의 단부(211)에서 발생되는 고열을 집중시키기 위해 상기 유도관(210)의 외부를 감싸는 가이드관(320)과; 상기 유도관(210)의 단부(211)에서 방출되는 마이크로웨이브의 외부 유출을 방지하기 위해 상기 가이드관(320)의 외부를 감싸는 외부 전극관(330)으로 구성된다.

여기서, 상기 유도관(210)은 상기 안테나(110)와 그 크기가 비례하며 동일한 형태로 이루어지며, 구리와 같은 도체로 이루어진다.

또한, 상기 가이드관(320)은 고열에 의한 불꽃이 집중되도록 하는 것으로, 고열에도 강한 석영과 같은 부도체로 이루어지고, 상기 외부 전극관(330)은 스테인레스 스틸과 같이 강한 도체로 이루어진다.

한편, 상기 웨이브 가이드 공진기(200)에서 상기 유도관(210)이 통과하면서 접하는 부분(220)은 유도관(210)과 웨이브 가이드 공진기(200)가 전도되지 않도록 세라믹과 같은 부도체로 형성하고, 상기 마그네트론(100)과 웨이브 가이드 공진기(200)가 내부에 설치되는 하우징(400)은 접지 기능을 하면서 마이크로웨이브가 외부로 방출되지 않도록 강철로 이루어지며, 상기 하우징(400)에서 상기 유도관(210)이 통과하면서 접하는 부분(410)은 하우징(400)과 유도관(210)이 전도되지 않도록 부도체로 형성하며, 상기 유도관(210)이 하우징(400)의 외부에서 지지되도록 하는 가이드(350)는 상기 유도관(210)과 전도되지 않도록 부도체로 형성하며, 상기 가이드(350)의 외주면에 위치하며 상기 가이드관(320)과 외부 전극관(330)을 고정시키기 위한 고정 부재(340)는 도체로 형성한다. 이 때 상기 하우징(400)에서 상기 유도관(210)이 통과하면서 접하는 부분(410)에 상기 고정 부재(340)가 접하도록 한다.

또한, 상기 마그네트론(100)에서는 열이 많이 발생하므로 발생된 열을 제거하기 위해 송풍팬(120)을 설치하여 에어 쿨링(Air Cooling)을 하도록 한다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 의한 마이크로웨이브 플라즈마 버너의 작용을 설명한다.

마그네트론(100)으로 전원을 공급하고 작동시키면 마이크로웨이브가 발생하게 되고 발생된 마이크로웨이브는 안테나(110)를 통해 웨이브 가이드 공진기(200)로 유입되어 공진하게 된다.

상기 웨이브 가이드 공진기(200)의 내부에서 공진하는 마이크로웨이브는 상기 유도관(210)에서 유도되어 단부(211)로 전달된다.

또한, 상기 유도관(210)의 내부로 기체를 주입시키게 되면 상기 유도관(210)을 따라 단부(211)로 배출되게 된다.

이 때 상기 유도관(210)의 단부(211)로 배출되는 기체는 상기 유도관(210)의 표면을 따라 유도된 마이크로웨이브에 의해 진동하게 되면서 고열이 발생하게 되고 발생된 고열에 의해 불꽃(500)이 생기게 된다. 주입되는 기체에 따라 단부(211)의 온도가 달라지며, 특히 대기중의 공기를 주입하는 경우 단부(211)의 불꽃의 온도는 약 3,000℃ 정도의 온도가 된다.

또한, 진동에 의해 발생된 불꽃(500)의 주변에는 플라즈마(600)가 발생하게 된다.

한편, 상기 유도관(210)의 외부에 설치된 가이드관(320)은 발생된 불꽃이 집중되도록 하며, 상기 외부 전극관(330)은 마이크로웨이브가 외부로 방출되지 못하도록 한다.

이와 같이, 유도관(210)의 단부에는 고열에 의해 불꽃(500)이 발생하게 되고, 이 때 주입되어 배출되는 기체의 종류에 따라 단부(211)에서 발생되는 열이 달라지게 되므로, 필요에 따라 주입되는 기체의 종류를 달리할 수 있다.

예를 들면, 용접에 사용시 용접할 물체의 성질에 따라 그 온도를 달리할 수 있다. 즉 산화를 방지하면서 온도를 높이기 위해서는 그에 알맞도록 질소나 탄소, 아르곤 등을 이용할 수 있다.

또한, 대기중의 공기를 유도관(210)으로 주입시켜 배출하는 경우에도 마이크로웨이브에 의한 진동에 의해 고열과 플라즈마가 발생되게 된다.

이 때 상기 유도관(210)의 단부(211)는 마이크로웨이브에 의해 자동으로 고열에 의한 불꽃이 발생되므로 별도의 점화기가 불필요하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 마이크로웨이브 플라즈마 버너는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 진공을 사용하지 않는 구조로 강력한 고온의 플라즈마를 발생할 수 있다.

둘째, 공기의 진동에 의해 발생된 열로 불꽃이 발생하므로 점화시 별도의 점화기가 필요없다.

셋째, 고열의 불꽃이 발생하므로 용접과 컷팅에 사용할 수 있다.

넷째, 진동에 의해 발생된 열에 의해 완전 연소가 이루어지므로 공기 오염을 방지할 수 있다.

다섯째, 원하는 기체를 주입하여 사용함으로써 용접시 산화를 방지할 수 있다.

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 마이크로웨이브를 발생하여 안테나(110)를 통해 송신하는 마그네트론(100)과;

   상기 안테나(110)로부터 송신되는 마이크로웨이브가 공진되는 웨이브 가이드 공진기(200)과;

   상기 웨이브 가이드 공진기(200)의 내부에 설치되어 상기 안테나(110)로 부터 송신된 마이크로웨이브를 수신 및 유도하며 내부로 주입된 기체가 단부(211)로 배출되면서 상기 유도된 마이크로웨이브에 의해 진동하여 고열 및 플라즈마가 발생하는 유도관(210)과;

   상기 유도관(210)의 단부(211)에서 발생되는 고열을 집중시키기 위해 상기 유도관(210)의 외부를 감싸는 가이드관(320) 및;

   상기 유도관(210)의 단부(211)에서 방출되는 마이크로웨이브의 외부 유출을 방지하기 위해 상기 가이드관(320)의 외부를 감싸는 외부 전극관(330)을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 마이크로웨이브 플라즈마 버너.