KR101585689B1 - 피드스루 - Google Patents

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KR101585689B1
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엄문종
이상철
박상훈
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Abstract

고주파 전력의 손실을 감소시켜 유도가열 코일에 인가되는 전력효율을 향상시킬 수 있는 피드스루가 개시된다.
상기한 피드스루는 전원공급부와 유도가열 코일의 일단을 연결하며 몸체부와 상기 몸체부로부터 연장되는 연장부를 구비하는 제1 전극과, 전원공급부와 유도가열 코일의 타단을 연결하며, 상기 몸체부를 관통하도록 상기 제1 전극에 장착되되 상기 몸체부에서 상기 제1 전극의 중심과 기하학적으로는 편심되고 전기적으로 동축을 형성하며 동시에 상기 연장부와는 나란하게 배치되는 제2 전극을 포함한다.
이러한 피드스루에 의하면, 기하학적으로는 동일한 중심축을 가지지 않으면서 전기적으로는 동일한 중심축을 갖는 제1,2 전극을 통해 고주파 전력의 손실을 감소시켜 유도가열 코일에 인가되는 전력효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 피드스루의 크기를 감소시킬 수 있다.
피드스루, 유도가열코일, 동축, 냉각

Description

피드스루{FEEDTHROUGHT}
본 발명은 피드스루에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가압 또는 진공 용기 내부에 위치한 유도가열 코일에 고주파 전류를 인가하는 피드스루에 관한 것이다.
원형 또는 타원형으로 감은 코일에 고주파 전류를 인가하면, 코일에서 발생된 자기장에 의해 코일 내부에 존재하는 전기적 전도체 물질에 유도전류가 발생하게 되고 이 유도전류에 의해 코일 내부에 위치한 전기적 전도체 물질이 전기저항에 의해 가열되는데, 이를 고주파 유도가열이라 한다.
고주파 유도가열은 고온 가열이 가능하고, 가열 효율이 높으며, 가열 중 불순물의 인입이 없어 용해, 열처리, 건식코팅 등의 산업분야에 널리 적용되고 있다.
전통적인 응용분야로는 아연, 티타늄, 알루미늄 등의 금속 용해, 철강 부품의 열처리 및 연속 스트립(strip)의 가열 등이 있으며, 최근에는 플라즈마(plasma) 식각, 플라즈마 코팅(coating) 등 진공분야에도 널리 사용되고 있다.
고주파 유도가열은 대기 중에서 수행되기도 하지만 고순도 금속의 용해, 진공 또는 특정 가스 분위기에서의 열처리 및 플라즈마 공정 등에서는 진공 또는 가압 분위기의 용기 내부에서 수행되는 경우가 많다.
이러한 경우 고주파 전원에서 발생된 전류를 압력용기 내부에 위치한 유도가열 코일에 전달할 수 있는 장치가 압력용기에 장착되어야 하는데, 이러한 장치를 피드스루(feedthrough)라 부른다.
고주파 전류의 특징으로 인해 고주파 전원용 피드스루는 일반 직류 전원용 피드스루와 완전히 다르다. 고주파 전류는 일반적으로 1kHz이상의 주파수를 가지는 교류전류를 의미하는데, 도선에 고주파 전류가 흐르면 도선 주위에 자기장이 생성되고 이 생성된 자기장만큼 전력 손실이 발생하게 된다.
이러한 전력 손실을 최소화하기 위해서는 고주파 전류의 입출력 도선이 서로 근접하여 상호간의 자기장을 상쇄시켜야 한다. 이를 고주파 전류의 근접효과라고 하며, 근접효과를 극대화하여 전력 손실을 최소화 할 수 있는 방법이 입출력 도선이 동축(coaxial)을 형성하여 상호간의 자기장을 완벽하게 상쇄시키는 것이다. 이와 같은 원리로 피드스루에서의 전력손실을 최소화하기 위해 두개의 전극이 동축 형태를 이루고 있는 것이 동축 피드스루이다.
동축 피드스루의 우수성은 이미 입증되었으나, 실제로 산업계에서 널리 사용되고 있지는 않다. 그 이유는 산업용 고주파 유도가열 코일의 경우, 수십 ~ 수천 kW의 대전력 인가를 위하여 넓은 접촉 면적, 접촉저항 최소화, 우수한 냉각 및 절연뿐만 아니라 진공 또는 가압 분위기 유지를 위한 압력 밀폐 기술이 모두 만족되어 하기 때문이다.
따라서 일반적으로 일정량의 전력손실이 발생되는 두개의 전극이 나란히 배열된 평행형 피드스루가 사용되고 있다.
압력용기용 동축 피드스루 장치가 미국특허 4694264 및 4799036에 제시되었다. 이 발명은 동축을 가지는 내부전극과 외부전극 사이에 원통형의 세라믹 절연체를 장착한 형태로써 동축 피드스루의 전형전인 형태를 갖는다.
특징으로는 내부전극에 냉각수 입출력이 가능한 장치를 제공함으로써 고전류를 인가할 수 있고, 유도가열 코일 연결부측에 오링 실(O-ring seal)을 장착하고 세라믹 절연체와 내, 외부전극 사이를 브레이징(brazing)함으로써 압력용기부와 대기부 사이의 실링을 유지하는 것이다.
그러나 상기 발명은 외부전극이 접지가 되는 단극 전원에만 사용이 가능한 구조로써 양극 전원을 인가하는 장치에는 사용이 불가능하다. 또한 고주파 전원과 내부전극의 연결 방식에 대한 상세한 고려가 없고, 유도가열 코일에 필수적으로 입출되어야 하는 냉각수와 전원이 별도로 구성될 수 밖에 없는 복잡한 구조를 가지게 된다.
그리고 전체적 구조가 동일 중심을 가지는 완전한 기계적 동심원 구조를 이룸으로써 대용량 전원의 인가를 위해서는 동축 피드스루 자체의 크기가 상당히 커지는 단점이 있다.
특히, 브레이징을 이용하여 세라믹 절연체와 내, 외부전극을 접합하여야 하는데, 금속과 세라믹간의 브레이징은 고가의 특수 기술일 뿐만 아니라 일단 접합이 되면 재수정 및 조립시의 미세 위치 조정이 불가능한 단점을 가지고 있다.
R. M. Leonhardt에 의해 제안된 동축 피드스루(J. Phys. E: Sci. Instrum., Vol. 15, 1982)는 상술한 단점이 상당히 보완된 형태이다. 상기 발명은 동축을 이 루는 내부전극과 외부전극 사이에 원통형의 세라믹 또는 석영 절연체를 장착한 구조로써, 내부전극으로 입력된 냉각수가 유도가열 코일을 통과한 후 외부전극과 절연체 사이의 공간을 통과하여 외부전극 외부에 용접된 구리관을 통해 출수됨으로써 내부전극뿐만 아니라 외부전극도 냉각을 할 수 있는 장치를 제공한다.
상술한 미국특허 4694264 및 4799036와 대별되는 가장 큰 특징은 단극 전원용이 아니라 양극 전원용으로 설계되어 있고, 또한 내, 외부전극과 세라믹 절연체를 브레이징하지 않고 오링에 의해 실링함으로써 조립 및 응용의 유연성을 높인 것이다.
그러나, 고주파 전원과 피드스루, 피드스루와 유도가열 코일의 연결 방식에 대한 상세한 고려가 없고, 전체적 구조가 동일 중심을 가지는 완전한 기계적 동심원 구조를 이룸으로써 대용량 전원의 인가를 위해서는 동축 피드스루 자체의 크기가 상당히 커지는 단점이 있다.
또한 나선형의 냉각용 구리관이 용접된 외부전극은 제작이 용이하지 않을 뿐만 아니라, 간접 냉각이므로 냉각 효율이 높지 않은 문제가 있다.
본 발명은 고주파 전력의 손실을 감소시켜 유도가열 코일에 인가되는 전력효율을 향상시킬 수 있는 피드스루를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 피드스루는 전원공급부와 유도가열 코일의 일단을 연결하며 몸체부와 상기 몸체부로부터 연장되는 연장부를 구비하는 제1 전극과, 전원공급부와 유도가열 코일의 타단을 연결하며, 상기 몸체부를 관통하도록 상기 제1 전극에 장착되되 상기 몸체부에서 상기 제1 전극의 중심과 기하학적으로는 편심되고 전기적으로 동축을 형성하며 동시에 상기 연장부와는 나란하게 배치되는 제2 전극을 포함한다.
상기한 피드스루는 상기 제1,2 전극이 관통되도록 장착되고, 상기 유도가열 코일이 내부에 배치되는 압력용기에 고정 설치되는 플랜지를 더 포함할 수 있다.
상기한 피드스루는 상기 몸체부에서 상기 제1 전극과 제2 전극을 절연시키도록 상기 제2 전극에 결합되는 절연체를 더 포함할 수 있다.
상기한 피드스루는 상기 연장부와 상기 제2 전극을 절연시키도록 상기 연장부와 상기 제2 전극의 이격된 공간에 배치되는 절연부재를 더 포함할 수 있다.
상기 제1,2 전극은 상기 전원공급부로부터 공급되는 전류에 의해 과열되는 것을 방지토록 내부로 냉각수가 흐르는 제1,2 냉각수 통로를 구비할 수 있다.
상기 제1,2 전극은 상기 유도가열 코일의 리드가 착탈 가능하게 체결되는 제 1,2 체결부를 구비할 수 있다.
상기 제1,2 체결부는 상기 제1,2 전극에 착탈 가능하게 결합되는 제1,2 분리부재, 및 상기 제1,2 분리부재가 상기 제1,2 전극에 결합되는 경우 상기 제1,2 분리부재와 상기 제1,2 전극에 구비되어 연통되는 체결홀에 체결되는 다수개의 체결부재를 구비할 수 있다.
상기 제1 전극의 상기 연장부와, 상기 제2 전극의 상기 연장부와 이격되도록 배치되는 일부분에는 상기 전원공급부와의 연결을 위한 연결부재가 결합되는 제1,2 결합부가 구비될 수 있다.
상기 몸체부와 제2 전극의 상기 몸체부의 내부에 배치되는 측은 원통 형상을 가지도록 형성되고, 상기 연장부와 제2 전극의 상기 연장부와 이격되도록 배치되는 측은 직육면체 형상을 가지도록 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 기하학적으로는 동일한 중심축을 가지지 않으면서 전기적으로는 동일한 중심축을 갖는 제1,2 전극을 통해 고주파 전력의 손실을 감소시켜 유도가열 코일에 인가되는 전력효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 피드스루의 크기를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 제1,2 전극의 제1,2 체결부를 통해 유도가열 코일의 리드를 제1,2 전극의 내부로 삽입시켜 체결할 수 있으므로, 접촉이 견고하고 접촉면적이 넓어 접촉저항을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
이에 따라 유도가열 코일의 리드와 제1,2 전극의 접촉부에서의 전력 손실을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 제1,2 체결부를 통해 유도가열 코일의 리드와 제1,2 전극을 체결할 수 있으므로 유도가열 코일의 교환이 용이하고, 미세한 위치조정을 하여 유도가열 코일을 제1,2 전극에 연결할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명에 따르면, 직육면체 형상을 가진 연장부와 직육면체 형상을 가진 제2 전극의 일부분이 연결부재에 연결되므로, 넓고 견고한 면접촉을 형성하게 되어 접촉저항을 감소시킬 수 있다.
이에 따라 대용량 고주파 전력의 인가가 가능한 효과가 있고, 기계적 조립에 의한 연결로 인하여 유지,보수가 용이한 효과가 있다.
한편, 본 발명에 따르면, 제1,2 전극에 구비되는 냉각수 통로를 통해 냉각수가 흐르게 하여 제1,2 전극을 직접 냉각할 수 있으므로 냉각효율이 향상될 수 있는 효과가 있다.
그리고, 제1,2 전극에 구비되는 냉각수 통로와 유도가열 코일에 구비되는 냉각수 통로를 연통시킬 수 있으므로, 피드스루가 장착되는 설비의 구조를 보다 간단하게 설계할 수 있는 효과가 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 피드스루에 대하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 피드스루를 나타내는 부분 절개사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 피드스루를 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 피드스루(100)는 일예로서, 제1 전극(120), 제2 전극(140), 플랜지(160), 절연체(180),및 절연부재(190)를 포함한다.
한편, 고주파 전원에서 발생된 전류를 진공챔버(미도시) 내부에 위치한 유도가열 코일에 전달할 수 있는 장치가 압력용기, 예를 들어 진공챔버에 장착되어야 한다. 본 발명의 일실시예에 따른 피드스루는 이와 같은 압력용기에 장착될 수 있다.
다만, 이에 한정되지 않고, 고주파 전원을 전달하기 위한 어떠한 설비에도 본 발명에 따른 피드스루는 채용 가능할 것이다.
제1 전극(120)은 전원공급부(미도시)와 유도가열 코일의 일단(101)을 연결하며, 몸체부(122)와 몸체부(122)로부터 연장되는 연장부(124)를 구비한다.
한편, 몸체부(122)는 원통형상을 가지도록 형성될 수 있으며, 연장부(124)는 직육면체 형상, 즉 단면이 사각형을 가지도록 형성될 수 있다.
또한, 몸체부(122)에는 제2 전극(140)이 관통되도록 장착되는 관통홀(122a)을 구비할 수 있다.
그리고, 제1 전극(120), 즉 몸체부(122)와 연장부(124)에는 전원공급부로부터 공급되는 전류에 의해 과열되는 것을 방지토록 제1 냉각수 통로(126)를 구비할 수 있다.
한편, 제1 전극(120)의 상부측에는 제1 냉각수 통로(126)로 흐르는 냉각수의 누수되는 것을 방지하기 위한 밀폐부재(127)가 장착될 수 있다. 다만 도면에는 밀폐부재(127)가 2개인 경우를 예로 들어 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않고 밀폐 부재(127)는 하나 또는 셋 이상 구비될 수 있다.
또한, 제1 전극(120)은 유도가열 코일의 리드(101)가 착탈 가능하게 체결되는 제1 체결부(128)를 구비할 수 있다. 즉, 제1 체결부(128)에는 유도가열 코일의 리드(101) 중 일단이 착탈 가능하게 삽입되어 결합될 수 있다.
이를 위해 제1 체결부(128)는 일예로서, 제1 분리부재(130)와, 다수개의 체결부재(131)를 구비할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1 분리부재(130)는 제1 전극(120)의 절개부(132)에 착탈 가능하게 결합된다.
한편, 체결부재(131)는 제1 분리부재(130)가 제1 전극(120)에 결합되는 경우 제1 분리부재(130)와 제1 전극(120)에 구비되어 연통되는 체결홈(133)에 체결되며, 다수개가 구비될 수 있다.
유도가열 코일을 제1 전극(120)으로부터 분리하고자 하는 경우 작업자는 먼저 체결부재(131)를 체결홈(133)으로부터 이탈시키고, 이후 제1 분리부재(130)를 제1 전극(120)으로부터 분리시킨다. 이에 따라 유도가열 코일의 리드(101)가 용이하게 제1 전극(120)으로부터 분리될 수 있다.
이후 유도가열 코일을 제1 전극(120)에 결합하고자 하는 경우 작업자는 먼저, 유도가열 코일의 리드(101)를 제1 전극(120)의 절개부(132)에 삽입되도록 장착한다.
제1 분리부재(130)를 제1 전극(120)의 절개부(132)에 안착시킨 상태에서 체결부재(131)를 통해 제1 분리부재(130)를 제1 전극(120)에 결합한다.
한편, 연장부(124)에는 전원공급부와의 연결을 위한 연결부재(미도시)가 결합되는 제1 결합부(124a)가 구비될 수 있다.
일반적으로 대용량의 고주파 전력의 인가를 위해서는 고주파 전원, 즉 전원공급부와 제1 전극(120)은 전선의 형태가 아닌 연결부재를 통해서, 즉 부스바(bus-bar) 형태로 연결되어야 한다.
이와 같은 연결부재의 연결을 용이하게 하기 위하여 제1 결합부(124a)는 다수개의 탭으로 이루어질 수 있다.
즉, 연장부(124)의 제1 결합부(124a)를 통해 연결부재가 제1 전극(120)에 연결될 수 있으므로, 넓고 견고한 면적촉을 형성할 수 있다. 이에 따라 접촉저항을 감소시킴으로써 대용량 고주파 전력의 인가가 가능하고, 또한 기계적 조립에 의한 연결이므로 유지,보수가 용이할 수 있다.
한편, 제1 전극(120)은 냉각관(미도시)에 연결되도록 제1 냉각관 체결구(135)를 구비할 수 있다.
제2 전극(140)은 전원공급부와 유도가열 코일의 타단을 연결하며, 몸체부(122)를 관통하도록 제1 전극(120)에 장착된다. 또한 제2 전극(140)은 몸체부(122)에서 제1 전극(120)의 중심과 기하학적으로 편심되며 전기적으로 동축을 형성하는 동시에 연장부(124)와는 나란하게 배치된다.
이를 보다 자세하게 살펴보면, 제2 전극(140)의 상부측은 몸체부(122)의 내부에 배치되고, 제2 전극(140)의 하부측은 연장부(124)와 나란하게 배치된다. 즉, 제2 전극(140)의 상부측은 제1 전극(120)과 전기적으로 동축을 가지도록 몸체 부(122)의 내부에 내치되며, 제2 전극(140)의 하부측은 제1 전극(120)과 평행하게 배치된다.
결국, 제1,2 전극(120,140)은 기하학적으로는 동일한 중심축을 가지지 않으면서 전기적으로 동일한 중심축을 가지도록 결합되므로, 전력 손실을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 피드스루(100)의 크기를 획기적으로 감소시킬 수 있다.
한편, 제2 전극(140)은 상부측이 원통형상을 가지도록 형성될 수 있으며, 하부측은 직육면체 형상, 즉 단면이 사각형을 가지도록 형성될 수 있다.
또한, 제2 전극(140)에는 전원공급부로부터 공급되는 전류에 의해 과열되는 것을 방지하기 위하여 냉각수가 흐르는 제2 냉각수 통로(146)를 구비할 수 있다.한편, 제2 전극(140)의 상부측에는 제2 냉각수 통로(146)로 흐르는 냉각수의 누수되는 것을 방지하기 위한 밀폐부재(147)가 장착될 수 있다.
그리고, 제2 전극(140)은 유도가열 코일의 리드(101)가 착탈 가능하게 체결되는 제2 체결부(148)를 구비할 수 있다. 즉, 제2 체결부(148)에는 유도가열 코일의 리드(101) 중 타단이 착탈 가능하게 삽입되어 결합될 수 있다.
이를 위해 제2 체결부(148)는 제1 체결부(128)와 같이, 제2 분리부재(150), 및 다수개의 체결부재(151)를 구비할 수 있다.
한편, 제2 분리부재(150), 및 다수개의 체결부재(151)는 상기한 제1 체결부(128)에 구비되는 구성과 동일한 구성에 해당하므로, 이에 대한 설명은 그에 갈음하고 자세한 설명은 생략하기로 한다.
그리고, 제2 전극(140)의 하부측에는 전원공급부와의 연결을 위한 연결부재 (미도시)가 결합되는 제2 결합부(144a)가 구비될 수 있다. 한편 제2 결합부(144a)도 연결부재의 연결을 용이하게 하기 위하여 다수개의 탭으로 이루어질 수 있다.
또한, 제2 전극(140)은 냉각관(미도시)이 연결되도록 제2 냉각관 체결구(155)를 구비할 수 있다.
한편, 냉각수를 통한 제1,2 전극(120,140)의 냉각에 대하여 보다 자세하게 살펴보면, 일예로서, 제2 전극(140)을 통해 냉각수가 유입된다. 유입된 냉각수는 제2 냉각수 통로(146)을 통해 흘러 유도가열 코일(미도시)의 내부로 유입된다.
이후, 유도가열 코일을 냉각시킨 냉각수는 제1 전극(120)의 상부측을 통해 제1 전극(120)으로 유입된다. 이후 제1 냉각수 통로(126)를 통해 흘러 제2 냉각관 체결구(135)를 거쳐 제1 전극(120)으로부터 배출된다.
다만, 냉각수는 제1 전극(120)으로 유입되어 제2 전극(140)으로 배출되도록 흐를 수 있다.
이와 같이 냉각수를 통해 제1,2 전극(120,140)을 직접 냉각하므로, 냉각효율을 높일 수 있다. 또한, 제1,2 전극(120,140)과 유도가열 코일을 동시에 냉각시킬 수 있으므로, 유도가열 코일과의 연결구조를 간단하게 설계할 수 있다.
플랜지(160)는 제1,2 전극(120,140)이 관통되도록 장착되고, 유도가열 코일이 내부에 배치되는 압력용기(미도시)에 고정 설치된다. 즉, 플랜지(160)가 압력용기에 고정 설치됨에 따라 제1,2 전극(120,140)의 상부측은 압력용기의 내부(A)에 위치되고, 제1,2 전극(120,140)의 하부측은 압력용기의 외부(B)에 위치된다.
한편, 플랜지(160)는 제1,2 전극(120,140)이 장착되는 설치부(162)를 구비할 수 있다. 즉, 제1,2 전극(120,140)은 플랜지(160)를 관통하도록 설치부(162)에 장착되므로, 플랜지(160)가 압력용기에 고정 설치되면, 제1,2 전극(120,140)의 상부측은 압력용기의 내부(A)에 위치되고, 제1,2 전극(120,140)의 하부측은 압력용기의 외부(B)에 위치될 수 있다.
또한, 플랜지(160)에는 압력용기에 설치되는 경우 압력용기의 실링을 위한 다수개의 실링부재가 장착될 수 있다.
그리고, 절연체(180)는 몸체부(122)에서 제1,2 전극(120,140)을 절연시키도록 제2 전극(140)에 결합된다. 즉, 절연체(180)를 통해 제1,2 전극(120,140)이 절연되어 제1,2 전극(120,140) 사이에서의 아크 발생을 감소시킬 수 있다.
한편, 절연체(180)는 원통형상으로 형성될 수 있다. 다만 이에 한정되지 않고 절연체(180)는 제2 전극(140)의 형상에 따라 형상이 변경될 수 있다.
절연부재(190)는 연장부(124)와 제2 전극(140)을 절연시키도록 연장부(144)와 제2 전극(120)의 이격된 공간에 배치된다. 즉, 절연부재(190)는 제1,2 전극(120,140)의 사이 공간에 배치되도록 일측이 플랜지(160)에 삽입되어 결합된다.
이에 따라, 절연부재(190)는 제1 전극(120)의 연장부(124)와 제2 전극(140)의 하부에서의 아크 발생을 감소시킬 수 있다.
또한, 절연부재(190)는 플레이트 형상을 가질 수 있으며, 플랜지(160)에 장착시 플랜지(160)의 하부에 배치되는 제1 전극(120)의 연장부(124)와, 제2 전극(140)보다 보다 긴 길이를 가지도록 형성될 수 있다.
상기한 바와 같이, 기하학적으로는 동일한 중심축을 가지지 않으면서 전기적 으로 동일한 중심축을 갖는 제1,2 전극(120,140)을 통해 고주파 전력의 손실을 감소시켜 유도가열 코일에 인가되는 전력효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 피드스루(100)의 크기를 감소시킬 수 있다.
또한, 제1,2 전극(120,140)의 제1,2 체결부(128,148)를 통해 유도가열 코일의 리드(101)를 제1,2 전극(120,140)의 내부로 삽입시켜 체결할 수 있으므로, 접촉이 견고하고 접촉면적이 넓어 접촉저항을 감소시킬 수 있다.
이에 따라 유도가열 코일의 리드(101)와 제1,2 전극(120,140)의 접촉부에서의 전력 손실을 감소시킬 수 있다.
또한, 제1,2 체결부(128,148)를 통해 유도가열 코일의 리드(101)와 제1,2 전극(120,140)을 체결할 수 있으므로 유도가열 코일의 교환이 용이하고, 미세한 위치조정을 하여 유도가열 코일을 제1,2 전극(120,140)에 연결할 수 있다.
그리고, 직육면체 형상을 가진 연장부(124)와 직육면체 형상을 가진 제2 전극(140)의 일부분이 연결부재에 연결되므로, 넓고 견고한 면접촉을 형성하게 되어 접촉저항을 감소시킬 수 있다.
이에 따라 대용량 고주파 전력의 인가가 가능한 효과가 있고, 기계적 조립에 의한 연결로 인하여 유지,보수가 용이하다.
한편, 제1,2 전극(120,140)에 구비되는 냉각수 통로(126,146)를 통해 냉각수가 흐르게 하여 제1,2 전극(120,140)을 직접 냉각할 수 있으므로 냉각효율이 향상될 수 있다.
그리고, 제1,2 전극(120,140)에 구비되는 냉각수 통로(126,146)와 유도가열 코일에 구비되는 냉각수 통로를 연통시킬 수 있으므로, 피드스루(100)가 장착되는 설비의 구조를 보다 간단하게 설계할 수 있다.
아래의 표는 본 발명의 일실시예에 따른 피드스루의 성능을 파악하기 위하여 제작된 평행형 피드스루와 본 발명의 일실시예에 따른 피드스루와의 성능을 나타내는 표이다.
평행형 피드스루는 두개의 전극이 나란히 배열된 형태의 피드스루로써, 제작된 평행형 피드스루는 본 발명의 일실시예에 따른 피드스루의 제2 전극과 동일하게 제작되었다.
각각의 피드스루에 인덕턴스 0.95μH의 유도가열 코일을 장착한 후 압력용기(즉, 진공챔버)에 설치하고, 동일한 조건의 냉각수를 공급한 상태에서 고주파 전력을 인가하였다.
또한, 피드스루의 성능을 비교, 분석하기 위하여 유도가열 코일에 2200A의 동일한 고주파 전류를 인가하여 실험을 수행하였다.
본 발명에 따른 피드스루 평행형 피드스루 비고

고주파 전원		 고주파 전류 2200A 2200A 동일
고주파 전력 71.0kW 72.6kW △P = 1.6kW
주파수 87.6kHz 84.4kHz △f = -3.2kHz

냉각수
 입수온도 20.0℃ 20.0℃ -
출수온도 29.3℃ 32.4℃ -
온도차 9.3℃ 12.4℃ △T = 3.1℃

인덕턴스
 코일 인덕턴스 0.95μH 0.95μH 동일
전체 인덕턴스 1.44μH 1.55μH △H = 0.11μH
피드스루 인덕턴스 0.49μH 0.60μH △H = 0.11μH
피드스루의 성능을 판단할 수 있는 가장 대표적인 지표는 인덕턴스이며, 인덕턴스는 고주파 전원의 출력값을 이용하여 다음과 같이 계산된다.
L = 1/[4×π2×f2 ×C]
(L : 인덕턴스, f : 주파수, C : 캐패시턴스(Capacitance))
동일한 고주파 전원과 유도가열 코일을 사용하였으므로 전체 캐패시턴스는 동일하며 인덕턴스의 차이는 피드스루의 차이에서 발생된다. 따라서, 고주파 전원의 출력 주파수가 변화된다.
상기 식을 이용하여 계산된 본원 발명의 일실시예에 따른 피드스루의 인덕턱스는 평행형 피드스루와 비교하여 약 22%의 감소효과를 나타낸다.
고주파 시스템에 저장되는 에너지는 인덕턴스에 비례하고 전류의 제공에 반비례하므로(E= 0.5×L×I), 작은 인덕턴스는 피드스루에서 저장되고 소모되는 에너지가 작다는 것을 의미하며, 이는 결국 에너지 효율이 높아짐을 의미한다.
이러한 결과는 본 발명의 일실시예에 따른 피드스루(100)를 적용했을 때 동일한 고주파 전류를 인가하기 위해 출력되는 고주파 전원의 전력이 평행형 피드스루보다 작은 것을 통해서도 확인 가능하다.
한편, 피드스루의 성능을 판단하는 또 다른 지표는 냉각효율이다. 냉각효율이 우수할수록 발열에 의한 에너지 소모를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 더 많은 고주파 전류를 유도가열 코일에 인가할 수 있는 장점이 있다.
냉각효율은 입수온도와 출수온도의 차이를 이용하여 평가할 수 있으며, 이 실험에에서 알 수 있듯이 본 발명의 일실시예에 따른 피드스루는 평행형 피드스루에 의해 냉각효율이 약 33%의 개선 효과를 나타내는 것을 알 수 있다.
이와 같은 냉각효율의 향상은 피드스루의 우수한 냉각 설계, 작은 인덕턴스를 통한 고주파 전력의 손실감소 및 동일 고주파 전류에서의 낮은 고주파 전력에 기인한다.
상기에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 피드스루를 나타내는 부분 절개 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 피드스루를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 피드스루의 제1,2 체결부를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 피드스루를 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 피드스루를 나타내는 저면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 피드스루
120 : 제1 전극
140 : 제2 전극
160 : 플랜지
180 : 절연체
190 : 절연부재

Claims (9)

  1. 전원공급부와 유도가열 코일의 일단을 연결하며, 몸체부와 상기 몸체부로부터 연장되는 연장부를 구비하는 제1 전극; 및
    전원공급부와 유도가열 코일의 타단을 연결하며, 상기 몸체부를 관통하도록 상기 제1 전극에 장착되되, 상기 몸체부에서 상기 제1 전극의 중심과 기하학적으로는 편심되고 전기적으로 동축을 형성하며 동시에 상기 연장부와는 나란하게 배치되는 제2 전극;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 피드스루.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1,2 전극이 관통되도록 장착되고, 상기 유도가열 코일이 내부에 배치되는 압력용기에 고정 설치되는 플랜지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피드스루.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 몸체부에서 상기 제1 전극과 제2 전극을 절연시키도록 상기 제2 전극에 결합되는 절연체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피드스루.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연장부와 상기 제2 전극을 절연시키도록 상기 연장부와 상기 제2 전극의 이격된 공간에 배치되는 절연부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피드스루.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1,2 전극은
    상기 전원공급부로부터 공급되는 전류에 의해 과열되는 것을 방지토록 내부로 냉각수가 흐르는 제1,2 냉각수 통로를 구비하는 것을 특징으로 하는 피드스루.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1,2 전극은
    상기 유도가열 코일의 리드가 착탈 가능하게 체결되는 제1,2 체결부를 구비하는 것을 특징으로 하는 피드스루.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1,2 체결부는
    상기 제1,2 전극에 착탈 가능하게 결합되는 제1,2 분리부재; 및
    상기 제1,2 분리부재가 상기 제1,2 전극에 결합되는 경우 상기 제1,2 분리부재와 상기 제1,2 전극에 구비되어 연통되는 체결홀에 체결되는 다수개의 체결부재;
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 피드스루.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극의 상기 연장부와, 상기 제2 전극의 상기 연장부와 이격되도록 배치되는 일부분에는 상기 전원공급부와의 연결을 위한 연결부재가 결합되는 제1,2 결합부가 구비되는 것을 특징으로 하는 피드스루.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 몸체부와 제2 전극의 상기 몸체부의 내부에 배치되는 측은 원통 형상을 가지도록 형성되고,
    상기 연장부와 제2 전극의 상기 연장부와 이격되도록 배치되는 측은 직육면체 형상을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 피드스루.
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