KR101469883B1 - 회전 아크 플라즈마 전원장치 - Google Patents

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Abstract

회전 아크 플라즈마 전원장치가 개시된다. 본 발명에 따른 회전 아크 플라즈마 전원장치는, 아크플라즈마 반응기에 플라즈마를 발생시키기 위하여 전력을 공급하는 아크 플라즈마 전원장치에 있어서, 교류 상용전원을 입력받아 직류전압으로 변환시키는 상용전원정류부; 상용전원정류부에서 변환된 직류전압의 크기를 조절하는 컨버터부; 컨버터부에서 조절된 직류전압을 고주파로 변환시키는 인버터부; 및 인버터부를 통하여 출력되는 고주파를 아크방전에 필요한 고전압으로 승압시키는 고전압발생부를 포함하고, 컨버터부의 인덕터는 아크플라즈마 반응기의 전극 주변에 형성되어, 플라즈마가스 토출방향으로 스월(swirl)이 발생되도록 하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 아크플라즈마 반응기에 있어서 아크방전에 필요한 전원장치의 전력변환 회로를 이용하여 아크플라즈마 전극에 자기장을 생성시켜 아크플라즈마 발생에 소요되는 아크전류를 저감시켜 전력소모를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 아크전극에 형성되는 자기장으로 인하여 일반적인 전극 국부에서 발생하는 아크방전이 자기장 스월 현상에 의하여 확장되기 때문에 전극의 국부마모를 피함으로 인하여 전극의 수명을 연장시키며, 아크플라즈마 영역을 자기장에 의하여 균일하게 확장시켜서 아크플라즈마를 이용한 처리공정에 낮은 비용으로 효율적이 처리가 가능하다.

Description

회전 아크 플라즈마 전원장치{POWER SYSTEM FOR ROTATING ARC PLASMA}
본 발명은 회전 아크 플라즈마 전원장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 고주파 또는 고전압 아크플라즈마 반응기에 플라즈마를 발생시키기 위하여 전력을 공급하는 회전 아크 플라즈마 전원장치에 관한 것이다.
일반적으로 아크(Arc) 방전을 이용한 플라즈마 기술은, 고온 열분해, 열처리 용융, 플라즈마 용접 및 절단 등에 널리 사용되고 있다.
이러한 플라즈마 기술은 다양한 형태로 개발되고 있으며, 예컨대, 한국등록특허 제10-1173088호는 "플라즈마 토치"를 개시하며, 구체적으로 고전압 아크 방전시 전극에 이물질이나 먼지가 부착되어 아크 방전 효과가 저하되는 것을 방지하기 위해 장치의 분해 없이도 전극의 이물질 제거가 가능한 플라즈마 토치에 관한 기술을 개시하고 있다.
그리고 아크플라즈마 반응기에 플라즈마를 발생시키기 위하여 전력을 공급하는 전원장치가 사용되는데, 이와 관련하여 한국등록특허 제10-1272794호는 "펄스 출력을 갖는 플라즈마용 고전압 전원장치"를 개시하며, 구체적으로 전원장치의 컨버터 출력단 이후에서 펄스를 생성하는 인버터를 구현함에 있어, 인버터의 구조를 복수의 H형 인버터 스택을 병렬로 연결함으로써 전원장치의 용량을 분산하며, 각 H형 인버터 스택의 스위칭 소자 또한 병렬 구조로 구성함으로써 H형 인버터 스택 별 스위치의 도통 손실을 줄이고 스위칭 소자의 내압 및 용량을 최소화할 수 있도록 하고 있다.
한편, 아크 방전의 특성상 전극 간의 절연파괴를 유도하여 지속적으로 큰 전류를 흐르게 함으로써 대 전력의 전원장치가 필요하다. 아울러 아크방전을 이용한 플라즈마는 아크 전극의 국부 방전을 이용하기 때문에 아크방전 시 전자의 전극 탈출온도인 10,000°K의 고온으로 급격한 전극마모를 수반한다. 따라서 아크플라즈마를 이용한 용융이나 열분해 장치들은 높은 전력소모와 빈번한 전극교체로 장기가동이 불가하고 비효율성으로 높은 운전비용이 발생한다.
국부마모에 따른 전극 수명을 연장시키기 위하여 물리적으로 고전압 대 전력이 인가되는 전극 또는 주변에 복잡한 기계장치를 부가하여 전극을 회전시켜 전극의 국소마모를 다소 연장시키는 방법들을 사용하고 있으나, 이 또한 높은 전력소모와 상대적으로 피할 수 없는 전극에 인가되는 대단히 큰 전류로 인하여 전극의 마모를 연장시키는 효과는 미미할 수밖에 없다.
다른 한편으로, 아크방전에 이용되는 전원장치에서는, 필요로 하는 전력을 제어하기 용이하도록 전력변환장치를 사용하는데, 특히 소요용량대비 전원장치의 크기 축소와 제어 반응속도를 높이기 위하여 고주파 전력변환 기술을 사용한다. 이러한 전력변환장치에는 스위칭소자를 포함한 인덕터 코일 등의 능동소자(Active Elements)들이 사용되는데, 각 변환부마다 손실이 발생하게 되어 동일한 크기의 전력에 있어서도 아크방전과 같은 높은 전류에서 전력손실은 배가된다.
이처럼, 일반적인 고주파 아크플라즈마 발생장치들이 널리 이용되고 있음에도 전극의 급격한 마모문제가 해결되지 못하고 있고, 높은 전류를 출력해야만 하는 대 전력 전원장치의 높은 전기사용량에 따른 공정비용이 증가하는 문제점이 발생한다.
본 발명의 목적은, 고주파 또는 고전압 아크플라즈마 반응기에 플라즈마를 발생시키기 위하여 전력을 공급하는 전원장치의 전력변환부에 이용되는 회로소자를 이용하여 아크플라즈마 전극에 자기장을 발생시키고, 이에 따라 아크플라즈마의 반응구간을 넓히는 동시에 상대적으로 아크플라즈마 전력을 낮추어 전극의 국부마모를 완화시키고 전력손실을 저감시킬 수 있는 회전 아크 플라즈마 전원장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 아크플라즈마 반응기에 플라즈마를 발생시키기 위하여 전력을 공급하는 아크 플라즈마 전원장치에 있어서, 교류 상용전원을 입력받아 직류전압으로 변환시키는 상용전원정류부; 상기 상용전원정류부에서 변환된 직류전압의 크기를 조절하는 컨버터부; 상기 컨버터부에서 조절된 직류전압을 고주파로 변환시키는 인버터부; 및 상기 인버터부를 통하여 출력되는 고주파를 아크방전에 필요한 고전압으로 승압시키는 고전압발생부를 포함하고, 상기 컨버터부의 인덕터는 상기 아크플라즈마 반응기의 전극 주변에 형성되어, 플라즈마가스 토출방향으로 스월(swirl)이 발생되도록 하는 것을 특징으로 하는 회전 아크 플라즈마 전원장치에 의해 달성된다.
상기 상용전원정류부는, 입력되는 교류 사용전원을 정류하는 정류기; 전원 투입시 직류평활캐패시터(DC Link Capacitor)에 급격한 돌입전류가 인가되는 것을 방지하는 초기충전회로; 및 상기 초기충전회로의 직류평활캐패시터에 충전 후 회로를 구동접속시키는 계전기(Relay)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 상용전원정류부는, 전원 투입시 직류평활캐패시터에 급격한 돌입전류가 인가되는 것을 방지하는 초기충전회로; 및 상기 초기충전회로의 직류평활캐패시터에 충전 후 회로를 구동접속시키는 싸이리스터 정류기(Thyristor Rectifier)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 컨버터부는, 회로를 ON/OFF동작 제어하는 컨버터전력변환스위치; 상기 컨버터전력변환스위치의 ON/OFF동작에 따라 에너지를 축적하고 전달하는 상기 인덕터; 및 상기 컨버터전력변환스위치의 ON/OFF동작에 따라 상기 인덕터에 축적된 에너지를 충방전을 통해 저장하여 상기 인버터부에 직류전력을 공급하는 제2 캐패시터를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 컨버터부는, 상기 컨버터전력변환스위치가 요구되는 듀티비에 따라 동작하도록 펄스신호를 공급하는 컨버터게이트드라이버를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 컨버터부는 강압형(Buck), 승압형(Boost) 또는 승강압형(boost-Buck) 으로 이루어질 수 있다.
상기 인버터부는, 회로를 ON/OFF동작 제어하여 상기 인버터부에 입력된 직류전력을 교류 구형파로 출력되도록 하는 인버터전력변환스위치; 및 공진회로로 이루어지고 변환된 주파수의 정현파가 출력되도록 하는 공진탱크를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 인버터부는, 상기 인버터전력변환스위치의 스위칭동작을 제어하는 인버터게이트드라이버를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 고전압발생부는, 상기 인버터부에서 출력되는 교류전압을 고전압으로 승압시키는 고전압변압기; 및 상기 고전압변압기에서 출력되는 전압 및 전류를 검출하는 고전압센싱부를 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명에 의하면, 아크플라즈마 반응기에 있어서 아크방전에 필요한 전원장치의 전력변환 회로를 이용하여 아크플라즈마 전극에 자기장을 생성시켜 아크플라즈마 발생에 소요되는 아크전류를 저감시켜 전력소모를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 아크전극에 형성되는 자기장으로 인하여 일반적인 전극 국부에서 발생하는 아크방전이 자기장 스월 현상에 의하여 확장되기 때문에 전극의 국부마모를 피함으로 인하여 전극의 수명을 연장시키며, 아크플라즈마 영역을 자기장에 의하여 균일하게 확장시켜서 아크플라즈마를 이용한 처리공정에 낮은 비용으로 효율적이 처리가 가능하다.
또한 본 발명에 의하면, 아크 플라즈마 전원장치에 의하여 아크플라즈마가 발생되도록 하면서 발생된 플라즈마가스를 자기장 스월을 이용하여 확장되도록 하여, 저비용으로 플라즈마 공정에 활용할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 아크 플라즈마 전원장치를 도시한 제어블럭도,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전 아크 플라즈마 전원장치를 도시한 제어블럭도,
도 3은 강압형 컨버터부가 사용되는 회전 아크 플라즈마 전원장치를 도시한 회로도,
도 4는 승압형 컨버터부가 사용되는 회전 아크 플라즈마 전원장치를 도시한 회로도,
도 5는 고전압발생부에 고전압정류기가 포함된 회전 아크 플라즈마 전원장치를 도시한 회로도,
도 6은 본 발명에 따른 회전 아크 플라즈마 전원장치가 사용되는 아크플라즈마 반응기를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 아크 플라즈마 전원장치(1)를 도시한 제어블럭도이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 회전 아크 플라즈마 전원장치(1)를 도시한 제어블럭도이고, 도 3은 강압형 컨버터부(200)가 사용되는 회전 아크 플라즈마 전원장치(1)를 도시한 회로도이고, 도 4는 승압형 컨버터부(200)가 사용되는 회전 아크 플라즈마 전원장치(1)를 도시한 회로도이며, 도 5는 고전압발생부(400)에 고전압정류기가 포함된 회전 아크 플라즈마 전원장치(1)를 도시한 회로도이다.
본 발명에 따른 회전 아크 플라즈마 전원장치(1)는, 상용전원정류부(100), 컨버터부(200), 인버터부(300) 및 고전압발생부(400)를 포함하여 이루어진다.
상용전원정류부(100)는 교류 사용전원을 입력받아 직류전압으로 변환시키는 부분으로서, 정류기(107), 초기충전회로(103) 및 계전기(Relay, 108)를 포함하여 이루어질 수 있다. 또한 상용전원정류부(100)에는, 입력전원을 ON/OFF 제어하기 위한 메인파워스위치(111) 및 노이즈 제거를 위한 필터(102)가 포함된다. 이러한 형태가 도 1에 도시된다.
상용전원정류부(100)에서는 상용전원입력부(101)를 통하여 단상 또는 삼상 교류전압이 인가되며, 단상으로서 220V, 삼상으로서 220V, 380V 또는 440V의 전압이 인가된다.
정류기(107)는 입력되는 교류전원을 정류하는 일반적인 다이오드가 사용될 수 있다. 정류기(107)는 전파정류기 또는 반파정류기가 사용될 수 있는데, 후단의 전력변환회로 및 직류전원의 리플이 작아야 하는 경우에는 전파정류를 사용하는 것이 유리하며, 출력되는 직류전압은 입력교류전압 실효치의 1.414배의 값이 출력된다.
메인파워스위치(111)를 ON하여 전원투입시 직류평활캐패시터(106)(DC Link Capacitor)(제1 캐패시터, 컨버터부(200)의 캐패시터와 구분하기 위하여 컨버터부(200)의 캐패시터는 제2 캐패시터(204)로 칭함)에 급격한 돌입전류를 방지하기 위하여, 초기충전회로(103)에는 저항 R이 형성되며, 초기에 저항 R을 통하여 RC 시정수에 따라 투입된 전원전압이 완만하게 직류평활캐패시터(106)에 충전된다.
이후, 계전기(108)는 회로를 구동접속시켜 전원을 공급한다.
종래 전원공급장치의 경우 초기충전회로(103)를 사용하지 않아 돌입전류로 인한 부품손상 등이 야기되었으며, 본 발명에서는 초기충전회로(103)를 통하여 이러한 문제점을 해소하고 있다.
본 발명에 따른 회전 아크 플라즈마 전원장치(1)에서, 상용전원정류부(100)는 상술한 계전기(108) 대신에 싸이리스터 정류기(104)(Thyristor Rectifier)를 포함하여 이루어질 수 있다. 이러한 형태가 도 2에 도시된다.
계전기(Relay)를 사용하는 경우 접점 구동으로 인하여, 소음 접점노이즈 및 동작회수에 따른 수명 감소의 문제점이 유발될 수 있으며, 반도체인 싸이리스터 정류기(104)를 사용함으로써 이러한 문제점을 해소할 수 있다.
이처럼 본 발명에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 단방향 제어 정류소자인 싸이리스터 정류기(104)를 릴레이(계전기) 대신 사용하여 입력전원을 검출하고 제어하여 돌입전류를 안정적으로 제어하도록 이루어진다.
상용전원정류부(100)에는, 싸이리스터 정류기(104)의 제어를 위하여 싸이리스터 정류기 제어회로(105)가 형성된다.
컨버터부(200)는 상용전원정류부(100)로부터 출력되는 직류전압을 아크플라즈마의 소요 출력전력을 제어하기 위하여 직류전압의 크기를 변화하는 부분이다.
이러한 컨버터부(200)는 컨버터전력변환스위치(201), 컨버터게이트드라이버(202) 및 제2 캐패시터(204)를 포함하여 이루어진다.
컨버터전력변환스위치(201)는 컨버터부(200)의 회로를 ON/OFF 제어하도록 이루어진다. 컨버터전력변환스위치(201)는 반파정류(Half Bridge), 전파정류(Full Bridge) 등의 스위칭회로에 사용되는 Transistor, MOSFET, IGBT 등의 반도체 소자로 이루어질 수 있고, 컨버터게이트드라이버(202)의 게이트 신호(Gate Signal)에 따라 반도체소자가 ON/OFF 동작을 한다. 이러한 ON/OFF 시간의 비를 듀티비(Duty Ratio)라고 하며, 듀티 제어에 따라 출력 값이 변화한다.
한편, 본 발명에 따른 회전 아크 플라즈마 전원장치(1)에서, 컨버터부(200)는 강압형(Buck), 승압형(Boost) 또는 승강압형(boost-Buck)으로 이루어질 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이 컨버터부(200)가 강압형(Buck)의 경우, 입력부 앞에 컨버터전력변환스위치(201)가 위치하고, 컨버터전력변환스위치(201)가 ON/OFF시 입력단(ON), 코일(인덕터(203), OFF) 에너지가 출력단에 걸려서 듀티비로 출력이 결정되고, 전압이득이 1 이하로서 출력이 입력보다 작게 된다.
도 4에 도시된 바와 같이 승압형(Boost)의 경우, 컨버터전력변환스위치(201)가 인덕터(203) 뒤에 위치하고, 컨버터전력변환스위치(201)가 ON/OFF 시 항상 입력단이 연결되고 OFF시에 입력단과 인덕터(203)에 쌓인 에너지가 합쳐져 출력단으로 전달되므로, 출력이 입력보다 크게 된다.
컨버터게이트드라이버(202)(Gate Driver)는 컨버터전력변환스위치(201)를 필요한 듀티비에 따라 동작시키기 위한 펄스신호 공급회로로서 절연(Isolation)이 필요하고, 전력변환장치의 용량에 따른 스위칭소자(컨버터전력변환스위치(201))의 특성에 따라 동작시켜야 하는 신호의 전압/전류 크기가 달라져야 하며, 스위칭소자의 동작 이상여부를 판단하는 보호회로기능이 필요하다.
컨버터부(200)의 인덕터(203)는 컨버터전력변환스위치(201)의 스위칭 동작에 따라 직류전류를 제어한다. 이러한 인덕터(203)에는 컨버터부(200)의 컨버터전력변환스위치(201)에서 출력하는 듀티비에 따라 직류전류가 흐르게 된다.
본 발명에서는 자기장 코일에 대한 자기장 발생 원리를 이용하여 도 6의 아크플라즈마 반응기(500)에 전력변환 컨버터부(200)의 인덕터(203)가 설치되도록 하여 아크플라즈마 방전시 자기장을 발생시키도록 하고 있다.
즉, 본 발명에서는 인덕터(203)에 흐르는 전류를 이용하여 아크플라즈마 반응기(500)에 인덕터(203)를 구성하여 플라즈마 방전시 전극 사이 및 플라즈마 이온들에 자기장을 형성시켜 플라즈마 발생 역역을 확장시키고, 스월(Swirl)을 형성시켜 플라즈마를 회전 확장시키는 역할을 하도록 한다.
인버터부(300)는 컨버터부(200)에서 변환된 직류전압을 교류전압으로 변환하는 부분이다.
이러한 인버터부(300)는 인버터전력변환스위치(301) 및 공진탱크(303)를 포함하여 이루어질 수 있다. 또한, 인버터전력변환스위치(301)의 스위칭 동작을 제어하는 인버터게이트드라이버(302)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
인버터전력변환스위치(301)는 인버터부(300)의 회로를 ON/OFF 제어하도록 이루어진다. 그리고 인버터전력변환스위치(301)는 반파정류(Half Bridge), 전파정류(Full Bridge) 등의 스위칭회로에 사용되는 Transistor, MOSFET, IGBT 등의 반도체 소자로 이루어질 수 있고, 인버터게이트드라이버(302)의 게이트 신호(Gate Signal)에 따라 이러한 반도체소자가 ON/OFF 동작을 한다.
인버터전력변환스위치(301)는 인버터부(300)에 입력된 직류전력이 교류 구형파로 출력되도록 하며, 듀티비에 따라 펄스폭이 변환되어 출력되도록 한다.
인버터게이트드라이버(302)(Gate Driver)는 인버터부(300)의 인버터전력변환스위치(301)에서 교류의 상부 및 하부 스위치를 교대로 구동시키고, 필요한 구형파 펄스폭에 따라 펄스폭 변조(PWM: Pulse Wide Modulation) 제어동작신호를 생성시킨다. 상부 스위칭 신호는 반듯이 절연(Isolation)시켜 단락(Shot)을 방지하도록 한다.
공진탱크(303)(Resonant Tank)는 공진회로로 이루어지고, 변환된 주파수의 정현파가 출력되도록 이루어진다. 공진탱크(303)는 본 발명에 따른 전원장치(1)의 전력변환 효율을 높이기 위하여, 아크플라즈마 반응기(500)의 부하장치와 임피던스 매칭이 중요하며, 스위칭 손실을 줄이기 위하여 영전압/영전류(ZVS/ZCS) 스위칭을 위하여 사용되는 회로로, 직렬연결(전류공진) 또는 병렬연결(전압공진) 모두 가능하다. 공진회로인 공진탱크(303)를 거치면 변환된 주파수의 정현파가 출력된다.
공진탱크(303) 출력단에 형성되는 전류센서를 이용하여 임피던스 매칭에 필요한 주파수를 변환 시킬 수 있다.
고전압발생부(400)는 인버터부(300)를 통하여 출력되는 고주파를 아크방전에 필요한 고전압으로 승압시키도록 이루어진다.
이를 위하여 고전압발생부(400)는 고전압변압기(401) 및 고전압센싱부(402)를 포함하여 이루어진다.
고전압변압기(401)는 인버터부(300)에서 출력되는 교류전압을 고전압으로 승압시킨다.
고전압센싱부(402)는 고전압 출력 전압과 전류를 검출하도록 이루어진다.
고전압발생부(400)에는, 직류고전압을 출력하기 위하여 도 5에 도시된 바와 같이, 고전압정류기(404)가 더 포함될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 회전 아크 플라즈마 전원장치(1)가 사용되는 아크플라즈마 반응기(500)를 도시한 도면이다.
아크플라즈마 반응기(500)는, 아크플라즈마를 발생시키기 위하여, 아크플라즈마 반응챔버(501), 반응챔버(501) 내부에 설치되는 아크접지전극(502), 아크고전압전극(503), 고전압을 절연시키기 위한 절연블럭(504), 아크고전압전극(503)에 고전압을 연결하기 위한 고전압 연결단자(505), 아크전극(아크접지전극(502) 및 아크고전압전극(503))과 반응챔버(501)를 체결하기 위한 연결블럭(506), 아크플라즈마 발생을 위한 가스유입구(508), 유입된 가스를 아크접지전극(502)과 아크고전압전극(503) 사이로 토출시키기 위한 가스노즐구멍(507), 아크플라즈마 반응가스를 배출하기 위한 배출구(509), 반응챔버(501)의 단열을 위한 단열블럭(510)을 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 아크전극(아크접지전극(502) 및 아크고전압전극(503))과 반응챔버(501)의 연결블럭(506)을 중심으로 컨버터부(200)의 인덕터(203)를 아크플라즈마 반응기(500)에 형성한다.
회전 아크 플라즈마 전원장치(1)의 전력변환 회로요소인 컨버터부(200)의 인덕터(203)를 아크플라즈마 반응기(500)에 구성함으로써, 인덕터(203)에 흐르는 전류에 의하여 접선방향으로 자기장이 발생하고, 아크플라즈마 방전시 아크고전압전극(503)과 아크접지전극(502) 사이에 생성되는 전자 및 이온들이 이러한 자기장에 의하여 가속되고 회전함으로 인해서 아크플라즈마는 반응챔버(501) 방향으로 스월(swirl)을 일으키며 확장하게 된다.
따라서, 전원장치로부터 공급되는 고전압에 의하여 아크전극(아크접지전극(502) 및 아크고전압전극(503)) 사이에서 발생한 아크가 전극 사이에 머무르지 않고 자기장의 여향으로 발달하기 때문에 전극의 국부마모를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 아크 방전의 소비전력을 현저히 줄이는 것이 가능하다.
아크플라즈마 반응챔버(501) 내에 열교환장치를 구성하여 처리공정가스 또는 처리대상물질을 가열할 경우에는 아크 소비전력을 더 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 자기장 스월에 의하여 접촉면적 및 반응체류시간을 연장시키는 효과를 얻을 수 있다.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
1 : 회전 아크 플라즈마 전원장치 100 : 상용전원정류부
101 : 상용전원입력부 102 : 필터
103 : 초기충전회로 104 : 싸이리스터 정류기
105 : 싸이리스터정류기제어회로 106 : 직류평활캐패시터
107 : 정류기 108 : 계전기
111 : 메인파워스위치 200 : 컨버터부
201 : 컨버터전력변환스위치 202 : 컨버터게이트드라이버
203 : 인덕터 204 : 제2 캐패시터
300 : 인버터부 301 : 인버터전력변환스위치
302 : 인버터게이트드라이버 303 : 공진탱크
400 : 고전압발생부 401 : 고전압변압기
402 : 고전압센싱부 404 : 고전압정류부
500 : 아크플라즈마 반응기 501 : 반응챔버
502 : 아크접지전극 503 : 아크고전압전극
504 : 절연블럭 505 : 고전압 연결단자
506 : 연결블럭 507 : 가스노즐구멍
508 : 가스유입구 509 : 가스배출구
510 : 단열블럭

Claims (9)

  1. 아크플라즈마 반응기에 플라즈마를 발생시키기 위하여 전력을 공급하는 아크 플라즈마 전원장치에 있어서,
    교류 상용전원을 입력받아 직류전압으로 변환시키는 상용전원정류부;
    상기 상용전원정류부에서 변환된 직류전압의 크기를 조절하는 컨버터부;
    상기 컨버터부에서 조절된 직류전압을 고주파로 변환시키는 인버터부; 및
    상기 인버터부를 통하여 출력되는 고주파를 아크방전에 필요한 고전압으로 승압시키는 고전압발생부를 포함하고,
    상기 컨버터부의 인덕터는 상기 아크플라즈마 반응기의 전극 주변에 형성되어, 플라즈마가스 토출방향으로 스월(swirl)이 발생되도록 하며,
    상기 컨버터부는,
    회로를 ON/OFF동작 제어하는 컨버터전력변환스위치;
    상기 컨버터전력변환스위치의 ON/OFF동작에 따라 에너지를 축적하고 전달하는 상기 인덕터; 및
    상기 컨버터전력변환스위치의 ON/OFF동작에 따라 상기 인덕터에 축적된 에너지를 충방전을 통해 저장하여 상기 인버터부에 직류전력을 공급하는 제2 캐패시터를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전 아크 플라즈마 전원장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상용전원정류부는,
    입력되는 교류 사용전원을 정류하는 정류기;
    전원 투입시 직류평활캐패시터(DC Link Capacitor)에 급격한 돌입전류가 인가되는 것을 방지하는 초기충전회로; 및
    상기 초기충전회로의 직류평활캐패시터에 충전 후 회로를 구동접속시키는 계전기(Relay)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전 아크 플라즈마 전원장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상용전원정류부는,
    전원 투입시 직류평활캐패시터에 급격한 돌입전류가 인가되는 것을 방지하는 초기충전회로; 및
    상기 초기충전회로의 직류평활캐패시터에 충전 후 회로를 구동접속시키는 싸이리스터 정류기(Thyristor Rectifier)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전 아크 플라즈마 전원장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 컨버터부는,
    상기 컨버터전력변환스위치가 요구되는 듀티비에 따라 동작하도록 펄스신호를 공급하는 컨버터게이트드라이버를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전 아크 플라즈마 전원장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 컨버터부는 강압형(Buck), 승압형(Boost) 또는 승강압형(boost-Buck) 으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전 아크 플라즈마 전원장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 인버터부는,
    회로를 ON/OFF동작 제어하여 상기 인버터부에 입력된 직류전력을 교류 구형파로 출력되도록 하는 인버터전력변환스위치; 및
    공진회로로 이루어지고 변환된 주파수의 정현파가 출력되도록 하는 공진탱크를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전 아크 플라즈마 전원장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 인버터부는,
    상기 인버터전력변환스위치의 스위칭동작을 제어하는 인버터게이트드라이버를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전 아크 플라즈마 전원장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 고전압발생부는,
    상기 인버터부에서 출력되는 교류전압을 고전압으로 승압시키는 고전압변압기; 및
    상기 고전압변압기에서 출력되는 전압 및 전류를 검출하는 고전압센싱부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전 아크 플라즈마 전원장치.
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