KR101173088B1 - 플라즈마 토치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 토치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고전압 아크 방전시 전극에 이물질이나 먼지가 부착되어 아크 방전 효과가 저하되는 것을 방지하기 위해 장치의 분해없이도 전극의 이물질 제거가 가능한 플라즈마 토치에 관한 것이다.

Description

플라즈마 토치 {Plasma Touch}

본 발명은 플라즈마 토치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고전압 아크 방전시 전극에 이물질이나 먼지가 부착되어 아크 방전 효과가 저하되는 것을 방지하기 위해 장치의 분해없이도 전극의 이물질 제거가 가능한 플라즈마 토치에 관한 것이다.

일반적으로 플라즈마 토치는 전기를 이용해 2만도 이상 고온의 불꽃을 내는 장치로 화학 원소 분석, 강판 절단, 유해기체 분해 등에 널리 쓰이고 있다.

상기 플라즈마 토치는 플라즈마를 생성하여 전기에너지를 열에너지로 변환하는 장치로서, 플라즈마 가스를 전극 사이에 보유되는 전기 아크를 통과시킴으로서 전극과 기체가 아크 방전으로 에너지가 발생하고, 기체가 고온의 아크 사이를 지나면서 플라즈마 상태로 전이되는 원리를 이용한다.

종래의 플라즈마 토치는 전극에 수천에서 수만볼트의 고주파수의 고전압이 인가되어 아크 방전을 생성하므로, 상기 전극의 전압 봉에 먼지나 이물질이 끼게되고 이로 인해 아크 방전 효과가 저하되는 문제가 있었다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위해서는 주기적으로 상기 플라즈마 토치를 분해해서 전압 봉을 청소해주어야 하므로 유지 관리가 매우 번거로운 문제가 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써 본 발명의 목적은 플라즈마 생성을 위한 반응가스와 냉각을 위한 냉각 공기와 별도로 전압 봉의 이물질을 제거하기 위한 공기 주입구와 상기 공기 주입구를 통해 유입된 공기를 상기 전압 봉에 인가하는 공기 통로를 구성함으로써 청소 및 유지 관리가 편리한 플라즈마 토치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 플라즈마 토치는 양극으로 형성된 노즐과 음극으로 형성된 전압 봉과 상기 두 전극 사이에 전기적 아크를 발생하는 아크 발생부와 상기 아크 발생부에 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급 수단과 플라즈마 발생으로 인한 고온 상태를 냉각시키기 위한 냉각 매체 공급 수단과 상기 아크 발생부의 전압 봉에 부착된 이물질을 제거하기 위한 클린 공기 공급 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 클린 공기 공급 수단은 외주면에 형성되어 클린 공기가 투입되는 클린 공기 주입부와 상기 클린 공기 주입부로 투입된 클린 공기를 상기 아크 발생부로 전송시키기 위해 내부에 형성된 클린 공기 통로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 클린 공기는 고압의 압축 공기인 것을 특징으로 한다. 이를 위해, 압축 공기를 제공하는 에어 컴프레샤가 상기 클린 공기 주입부에 연결되어 압축 공기가 제공될 수 있다.

또한, 상기 클린 공기 공급 수단은 플라즈마 처리가 종료된 경우 상기 클린 공기 주입구에 클린 공기를 주입시키고, 상기 클린 공기가 클린 공기 통로와 아크 발생부를 통해 상기 전압 봉에 가압하여 이물질을 제거하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 플라즈마 토치는 플라즈마 생성을 위한 반응가스와 냉각을 위한 냉각 공기와 별도로 전압 봉의 이물질을 제거하기 위한 공기 주입구와 상기 공기 주입구를 통해 유입된 공기를 상기 전압 봉에 인가하는 공기 통로를 구성함으로써 청소 및 유지 관리가 편리하고, 토치의 수명을 연장시킬 수 있는 탁월한 효과가 발생한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 토치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 토치 내부의 반응 가스, 냉각 공기 및 클린 공기 순환 흐름도를 개랴적으로 도시한 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 토치를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈마 토치는 도 1에 도시된 바와 같이, 내부에 원뿔 형상의 공간부가 형성되며, 양극으로 작용되는 노즐(20)과 상기 노즐의 공간부 상측에 돌출되어 형성되며, 음극으로 작용되는 전압 봉(10)과 상기 두 전극 사이에 전기적 아크를 발생하는 아크 발생부와 상기 아크 발생부에 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급 수단(30)과 플라즈마 발생으로 인한 고온을 냉각시키기 위한 냉각 공기 공급 수단(40)과 상기 아크 발생부의 전압 봉에 부착된 이물질을 제거하기 위한 클린 공기 공급 수단(50)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 노즐(20)은 일반적으로 전해질 구리로 제조되고, 상기 음극인 전압 봉(10)은 텅스텐 재질로 제조될 수 있다.

상기 반응 가스 공급 수단(30)은 반응가스가 주입되는 반응가스 주입구(310)와 상기 반응가스가 토치 내부를 통해 상기 아크 발생부로 주입되는 반응가스 통로(320)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 반응가스는 반응가스 탱크가 상기 반응가스 주입구(310)와 연결되어 상기 반응가스 주입구(310)을 통해 반응가스가 공급되어질 수 있다.

여기서, 반응 가스는 산소, 질소, 아르곤 등 처리에 필요한 기능에 따라 다양하게 선택되어 질 수 있다.

그리고 상기 냉각 공기 공급 수단(40)은 냉각 공기가 주입되는 냉각 공기 주입구(410)와 상기 냉각 공기 주입구로 유입된 냉각 공기가 내부를 순환하여 전극에서 발생한 고온의 열을 냉각하는 냉각 통로(420)와 상기 냉각 공기가 외부로 유출되는 냉각 공기 출구(430)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 냉각 공기는 냉각 공기 탱크와 상기 냉각 공기 주입구(410)가 연결되어 상기 냉각 공기 탱크 내부의 냉각 공기가 상기 냉각 공기 주입구(410)를 통해 주입될 수 있다.

본 발명은 플라즈마 토치의 고온을 공기에 의해 냉각시키는 공냉식에 대한 실시예이지만, 이외에도 유체에 의해 냉각시키는 수냉식에도 적용할 수 있음은 자명한 것이다.

또한, 상기 클린 공기 공급 수단(50)은 플라즈마 처리시 전압 봉(10)에 부착된 이물질을 제거하는 역할을 담당한다.

보다 구체적으로, 상기 클린 공기 공급 수단(50)은 공기가 유입되는 클린 공기 주입구(510)와 상기 클린 공기 주입구를 통해 주입된 클린 공기를 상기 아크 발생부에 전달하기 위한 클린 공기 통로(520)를 포함하여 구성된다.

상기와 같이 아크 발생부로 클린 공기가 전달되면 아크 발생부를 통해 전압 봉(10)에 클린 공기가 가압되어 전압 봉에 부착된 이물질을 제거할 수 있다.

여기서, 상기 전압 봉(10)에 부착된 이물질 제거효과를 높이기 위해 상기 클린 공기는 고압의 압축 공기를 이용하는 것이 바람직하다.

이를 위해, 압축 공기를 수용한 에어 컴프레샤가 상기 클린 공기 주입부(510)와 연결되고, 상기 클린 공기 주입부(510)를 통해 압축 공기가 공급될 수 있다.

상기 클린 공기 공급 수단(50)은 플라즈마 토치 내에 하나만 형성될 수 있으나, 이물질 제거 효과를 높이기 위해 2개 이상 형성될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 플라즈마 토치의 동작 방법에 대해 살펴보기로 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 토치 내부의 반응 가스, 냉각 공기 및 클린 공기 순환 흐름도를 개랴적으로 도시한 것이다.

도 2를 참조하면, 플라즈마 처리를 위해 양극인 노즐과 음극인 전압 봉에 고전압이 인가되고, 반응가스 공급 수단에 의해 반응가스가 도 2와 같이 아크 발생부에 공급되면 상기 전극 사이에 도입된 반응가스를 이온화시켜 전기에너지를 열에너지로 변환시켜 아크 플라즈마를 생성한다.

상기와 같이 아크 플라즈마가 생성되는 플라즈마 토치의 전극 내부가 고온이 되어 용융될 수 있으므로, 냉각공기 공급수단을 통해 도 2와 같이 냉각 공기를 플라즈마 토치 내부로 순환시켜 내부의 고열을 방출하여 냉각시킨다.

상기와 같은 동작을 통해 플라즈마 처리를 수행하고, 플라즈마 처리가 종료되면 상기 클린 공기 공급수단을 통해 클린 공기를 아크 발생부로 유입시키고, 클린 공기가 아크 발생부를 통해 전압 봉에 전달되어 전압 봉에 부착된 먼지나 이물질을 제거하게 된다.

따라서, 본 발명은 전압 봉에 부착된 이물질 제거를 위해 플라즈마 토치를 분해할 필요없이 클린 공기 주입만으로 이물질 제거가 가능하여 청소가 편리하고, 유지 관리가 매우 편리한 특징을 가진다.

10 : 전압 봉 20 : 노즐
30 : 반응가스 공급수단 40 : 냉각공기 공급수단
50 : 클린가스 공급수단

Claims (4)

1. 내부에 원뿔 형상의 공간부가 형성되며, 양극으로 작용하는 노즐;
   상기 공간부의 상부에 돌출되어 형성되며, 음극으로 작용하는 전압 봉;
   상기 노즐과 전압 봉 사이의 공간부에 전기적 아크를 발생하는 아크 발생부와;
   상기 공간부에 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급 수단과;
   플라즈마 발생으로 인한 고온 상태를 냉각시키기 위하여 상기 전압 봉 내부에 냉각 매체를 공급하고 순환시키는 냉각 매체 공급 수단과;
   상기 아크 발생부의 전압 봉에 부착된 이물질을 제거하기 위하여 상기 전압봉 중 상기 공간부에 노출된 부분에 고압의 클린 공기를 분사하는 클린 공기 공급 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 클린 공기 공급 수단은
   외주면에 형성되어 클린 공기가 투입되는 클린 공기 주입부와;
   상기 클린 공기 주입부로 투입된 클린 공기를 상기 공간부로 전송시키기 위해 내부에 형성된 클린 공기 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치.
   
3. 삭제
4. 제 2항에 있어서,
   상기 클린 공기 공급 수단은
   플라즈마 처리가 종료된 경우 상기 클린 공기 주입구에 클린 공기를 주입시키고, 상기 클린 공기가 클린 공기 통로와 아크 발생부를 통해 상기 전압 봉에 가압하여 이물질을 제거하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치.
   

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