KR102061220B1 - 열플라즈마 토치 - Google Patents

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KR102061220B1
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Abstract

이하 개시된 내용은, 주로 반도체 산업에서 PFC 가스 처리용으로 사용되는 열플라즈마 토치에 관한 것이다.
바람직한 실시예의 열플라즈마 토치는, 음극전극을 구비한 음극부와 절연체에 의해 음극전극과 절연된 양극전극을 구비한 양극부를 포함할 수 있다. 여기서, 양극부는 복수개로 이루어져 각각 상하로 차례대로 위치하고, 각각의 양극전극이 물리적 접촉에 의해 통전되어 단일의 양극전극과 동일한 전기적 성질을 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

열플라즈마 토치{THERMAL PLASMA TORCH}
이하 개시된 내용은, 주로 반도체 산업에서 PFC 가스 처리용으로 사용되는 열플라즈마 토치에 관한 것이다.
일반적으로 서로 다른 극성의 두 전극 사이에 고압의 전류를 인가하게 되면 두 전극 사이에는 연속적인 직류 아크 방전이 일어나게 되는데 이때, 방전가스(불활성가스)를 고속으로 통과시키면 방전가스가 이온화됨에 따라 아크 방전의 길이가 길어지게 되고 이에 따라 플라즈마 화염이 발생된다. 열플라즈마 토치란 이러한 원리를 이용하여 플라즈마 화염을 발생시키는 장치를 말한다.
열플라즈마 토치는 주로 반도체, TFT(Thin Film Transistor), LCD, OLED 등의 산업에서 PFC(PerFluoro-Compounds)가스 처리용으로 많이 사용되고 있으며, 폐기물 소각, 금속 용융, 탄소 나노입자 생성 등 다양한 분야에 적용되고 있다.
도 1은 종래 일반적인 열플라즈마 토치의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래 일반적인 열플라즈마 토치(10)는 직류전원의 음극과 연결되는 원통형상의 음극전극(12)과, 음극전극(12)의 내부에 형성되는 방전가스 분사구(14)와, 음극전극(12)과 절연체(16)에 의해 분리되되 음극전극(12)의 하부에 하방을 향하여 길게 연장, 형성되는 원통형상의 양극전극(22)과, 양극전극을 감싸는 케이스(24)를 포함하여 이루어진다.
상기 종래의 열플라즈마 토치(10)는 양극전극(22)을 길게 하여 높은 열의 플라즈마 화염을 발생시키는 이점이 있으나 양극전극(22)이 일체형으로 길게 제작됨에 따라 제작비용이 상승되는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 최근 양극전극을 다단화하고 그 사이에 추가적인 절연부를 두는 방법이 개시되고 있지만 이 또한 높은 제작비용이 소요되고 워킹가스의 추가 주입이 요구됨에 따라 장치가 복잡해지는 문제점이 존재하였다.
KR 10-1142366 B1
상술한 문제점을 해결하기 위하여, 양극전극을 복수개로 구성하여 제작비용을 절감하는 동시에 단일의 양극전극 효과를 갖을 수 있는 열플라즈마 토치를 제공함에 있다.
또한, 장시간의 사용으로 인해 양극전극이 노화되었을 때 복수개의 양극전극 중 노화된 양극전극만을 분리 교체함으로써 수명을 연장할 수 있는 열플라즈마 토치를 제공함에 있다.
또한, 플라즈마 화염에 의해 가열된 양극전극의 온도를 단시간 내에 효과적으로 낮출 수 있는 열플라즈마 토치를 제공함에 있다.
한편, 플라즈마 화염으로 인하여 양극전극이 침식되는 것을 방지할 수 있는 열플라즈마 토치를 제공함에 있다.
본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제들에 한정되지 않으며 언급되지 않은 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
바람직한 실시예의 열플라즈마 토치는, 음극전극을 구비한 음극부와 절연체에 의해 음극전극과 절연된 양극전극을 구비한 양극부를 포함할 수 있다.
여기서, 양극부는 복수개로 이루어져 각각 상하로 차례대로 위치하고, 각각의 양극전극이 물리적 접촉에 의해 통전되어 단일의 양극전극과 동일한 전기적 성질을 갖는 것을 특징으로 한다.
제1 실시예에 따르면, 양극부는 제1 양극전극과 제1 케이스를 구비한 제1 양극부와, 제2 양극전극과 제2 케이스를 구비한 제2 양극부를 포함할 수 있다.
여기서, 제2 양극부는, 제1 케이스의 하단부에 형성된 제1 플랜지와 제2 케이스의 상단부에 형성된 제2 플랜지의 볼트결합에 의해, 제1 양극부의 하단에 착탈가능하게 결합될 수 있다.
이때, 제1 및 제2 케이스의 볼트 결합시, 제2 양극전극의 상면과 제1 양극전극의 하면이 서로 밀착되는 것을 특징으로 한다.
또한, 제2 양극전극과 제2 케이스 사이에는 냉각수 수용부가 형성되고, 제2 양극전극의 외주면에는 제2 양극전극과 일체로 형성되는 요철부가 구비될 수 있다.
여기서, 요철부는 다수의 환형 돌출부가 상하로 이격 배열되어 구성되거나, 수직방향의 사각절편부가 원주방향을 따라 이격 배열되어 구성될 수 있다.
또한, 요철부는 제2 양극전극의 상단에서 하단으로 이어지는 나선형 구조로 이루어질 수 있다.
한편, 제2 실시예에 따르면, 제2 양극부의 제2 양극전극 외주면은 평탄하게 이루어지고, 제2 양극전극과 제2 케이스 사이에는 냉각수 수용부가 형성될 수 있다.
여기서, 제2 양극전극의 외주면에는 방열부가 밀착 결합되며, 이 방열부는 중공의 원통형상으로 이루어져 제2 양극전극의 외주면에 결합되는 베이스와, 베이스의 외주면에 형성되는 방열핀 어레이를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 방열핀 어레이는 환형으로 이루어진 방열핀들이 상하로 배열되거나 수직방향의 사각 절편으로 이루어진 방열핀들이 베이스의 원주방향을 따라 이격 배열될 수 있으며, 다른 실시예로 제2 양극전극의 상단에서 하단으로 이어지는 나선형 구조로 이루어질 수 있다.
한편, 제2 양극전극의 내측면 하단부에는 단차홈이 형성되고, 단차홈에는 환형의 텅스텐팁이 구비될 수 있다.
또한, 냉각수 수용부는 중공의 원통챔버 형상으로 이루어지고, 제2 케이스의 상부와 하부 중 어느 한 곳에는 유입구가, 다른 곳에는 유출구가 형성될 수 있다.
개시된 내용에 따르면, 양극전극을 복수개로 구성하여 제작비용을 절감하는 동시에 단일의 양극전극 효과를 갖을 수 있다.
또한, 장시간의 사용으로 인해 양극전극이 노화되었을 때 복수개의 양극전극 중 노화된 양극전극만을 분리 교체함으로써 수명을 연장할 수 있는 효과가 있다.
또한, 플라즈마 화염에 의해 가열된 양극전극의 온도를 단시간 내에 효과적으로 낮출 수 있는 효과가 있다.
한편, 플라즈마 화염으로 인하여 양극전극이 침식되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제들에 한정되지 않으며 언급되지 않은 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 일반적인 열플라즈마 토치의 단면도.
도 2는 제1 실시예에 따른 열플라즈마 토치의 단면도.
도 3은 제1 실시예에 따른 열플라즈마 토치의 구성 중 제1 양극부와 제2 양극부의 분리된 상태를 보인 분리 사시도.
도 4는 도 2에 도시된 제2 양극전극의 사시도.
도 5는 제2 실시예에 따른 열플라즈마 토치의 단면도.
도 6은 도 5에서 제2 양극전극에 방열부가 결합된 상태를 보인 단면도.
도 7은 도 6에 도시된 방열부의 사시도((a)) 및 방열부의 다른 실시예의 사시도((b), (c)).
이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 열플라즈마 토치에 대하여 구체적으로 설명한다. 참고로 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지의 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2는 제1 실시예에 따른 열플라즈마 토치의 단면도이고, 도 3은 제1 실시예에 따른 열플라즈마 토치의 구성 중 제1 양극부와 제2 양극부의 분리된 상태를 보인 분리 사시도이며, 도 4는 도 2에 도시된 제2 양극전극의 사시도이다.
본 실시예에 따른 열플라즈마 토치(100)는, 직류전원의 음극(미도시)과 연결되는 음극전극(122)을 구비한 음극부(120)와, 직류전원의 양극(미도시)과 연결되고 내부에 관통공이 형성된 양극전극(142, 162)을 구비한 양극부(140, 160)를 포함할 수 있다. 여기서, 음극전극(122)의 내측에는 방전가스가 하측으로 분사될 수 있도록 가스분사부(128)가 형성된다.
한편, 양극부는 복수개로 이루어져 각각 상하로 차례대로 위치하고, 각각의 양극전극(142, 162)들은 물리적 접촉에 의해 통전되도록 구성된다. 이에 따라 본 실시예의 열플라즈마 토치(100)는 복수개로 이루어진 양극전극(142, 162)이 길게 제작된 단일의 양극전극과 같이 동일한 전기적 성질을 갖게 되고 그 결과 높은 플라즈마 화염을 발생시킬 수 있다. 또한 양극전극(142, 162)이 복수개로 이루어짐에 따라 제작비용을 크게 절감할 수 있는 이점이 있다.
이하, 복수개의 양극부를 가진 열플라즈마 토치의 바람직한 실시예로, 두 개의 제1 양극부(140)와 제2 양극부(160)를 포함한 제1 및 제2 실시예의 열플라즈마 토치(100)에 대하여 설명하기로 한다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 제1 실시예에 따른 열플라즈마 토치(100)는, 음극전극(122)을 구비한 음극부(120)와, 양극전극(142, 162)을 구비한 다수개의 양극부(120, 140)를 포함할 수 있다.
음극전극(122)은 소정의 두께를 가진 원판형상으로 이루어지며, 전기전도율이 높은 구리로 제작될 수 있다. 이때 음극전극(122)의 내측에는 음극전극(122)의 내구성을 강화하기 위하여 텅스텐 전극부(122a)가 구비될 수 있다. 또한 음극전극(122)의 내측에는 방전가스가 분사되도록 가스분사부(128)가 형성된다.
상부캡(124)과 음극전극(122) 사이에는 냉각수 수용부(126)가 형성되는데, 이를 위해 상부캡(124)의 하면에는 소정의 깊이를 가진 홈이 형성될 수 있다.
양극부는 제1 양극부(140)와 제2 양극부(160)를 포함한다. 여기서, 제1 양극부(140)는 제1 양극전극(142)과 제1 케이스(144)를 구비하고, 제2 양극부(160)는 제2 양극전극(162)과 제2 케이스(164)를 포함할 수 있다.
제1 양극전극(140)은 아크방전을 위해 소정의 길이를 가지며 직류전원의 양극과 연결되고 절연체(110)에 의해 음극전극(122)과 절연된다. 여기서, 절연체(110)는 소정의 두께를 가진 원통형의 링으로 이루어져 제1 양극전극(142)의 상단에 구비되며, 음극전극(122)의 외측에 결합되어 제1 양극전극(142)과 음극전극(122)을 이격시킨다. 이를 위해 그 내경은 음극전극(122)의 외경과 일치하도록 제작됨이 바람직하다.
제1 양극전극(142)의 상단부와 하단부에는 각각 외측으로 연장되어 이루어진 상단돌출부(142a)와 하단돌출부(142b)가 형성될 수 있다.
제1 케이스(144)는 중공의 원통형케이스로 이루어져 제1 양극전극(142)의 외측에 결합되며, 제1 케이스(144)의 상단부와 하단부에는 각각 제1 양극전극(142)의 상단돌출부(142a)와 하단돌출부(142b)가 결합되도록 단차홈(144a, 144b)이 형성된다.
또한 제1 케이스(144)의 하단부에는 그 둘레를 따라 제1 플랜지(145)가 형성되는 이 플랜지(145)는 후술할 제2 케이스(164)의 제2 플랜지(165)와 볼트결합된다. 이를 위해 제1 플랜지(145)에는 원주방향을 따라 다수의 제1 볼트공(145a)이 형성된다.
그리고, 제1 양극전극(142)과 제1 케이스(144)의 사이에는 플라즈마 화염에 의해 가열된 제1 양극전극(142)의 온도를 냉각시키기 위해 냉각수 수용부(146)가 형성될 수 있다. 여기서 제1 양극전극(142)의 외주면은 도 2에 도시된 바와 같이 평탄하게 구성될 수 있지만 바람직하게는 후술할 제2 양극전극(162, 182)과 동일하게 구성될 수 있다.
제2 양극전극(162)은 내부에 관통공이 형성된 원통형 구조로 이루어지며, 제1 양극전극(142)의 하부에 위치하여 제1 양극전극(142)과 물리적 접촉에 의해 전기적으로 연결된다.
제2 양극전극(162) 또한 제1 양극전극(142)과 마찬가지로 소정의 길이를 가지며, 제1 양극전극(142)과 동일하게 구리로 제작된다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고 재료비 절감을 위해 작업 대상물에 따라 구리 이외 열전도율이 높은 황동이나 알루미늄 등의 금속으로 제작될 수 있다.
한편, 제2 양극전극(162)의 상단부와 하단부에는 제2 케이스(164)와 결합을 위해 각각 외측으로 연장되어 이루어진 환형의 상단돌출부(162a)와 하단돌출부(162b)가 형성된다.
제2 케이스(164)는 중공의 원통형케이스로 이루어져 제2 양극전극(162)의 외측에 결합되며, 제2 케이스(164)의 상단부와 하단부에는 각각 상술한 제2 양극전극(162)의 상·하단돌출부(162a, 162b)에 결합될 수 있도록 단차홈(164a, 164b)이 형성된다. 그리고 제2 케이스(164)의 상단부에는 제 1 케이스(144)의 제1 플랜지(145)와 결합을 위해 그 둘레를 따라 제2 플랜지(165)가 형성된다.
여기서, 제2 플랜지(165)에는 상술한 제1 플랜지(145)와 결합될 수 있도록 제1 플랜지(145)에 형성된 제1 볼트공(145a)과 대응되는 위치에 제2 볼트공(165a)이 형성된다. 이때, 제1 및 제2 볼트공(145a, 165a)에는 체결볼트(152)가 삽입되고, 삽입된 체결볼트(152)는 너트(154)에 의해 조여지게 된다. 여기서 체결볼트(152) 또는 너트(154)와 플랜지(145, 165) 사이에는 와셔(156)가 개재될 수 있다.
이에 따라, 제2 양극부(160)는 제1 케이스(144)의 하단부에 형성된 제1 플랜지(145)와 제2 케이스(164)의 상단부에 형성된 제2 플랜지(165)의 볼트결합에 의해, 제1 양극부(140)의 하단에 착탈가능하게 결합될 수 있다. 본 실시예에서는 착탈가능한 결합구조로서 볼트결합을 예로 들었으나 이에 한정되는 것은 아니고 끼움결합 등 다양한 체결방식에 의해 결합될 수 있음은 물론이다.
한편, 제2 양극전극(162)의 상면과 제1 양극전극(142)의 하면은 평탄하게 이루어지고 제2 양극전극(162)의 상면은 위쪽으로 노출되고, 제1 양극전극(142)의 하면은 아래쪽으로 노출될 수 있다. 이러한 구성에 의해, 제1 및 제2 케이스(144, 164)가 볼트 결합하게 되면 제2 양극전극(162)의 상면과 제1 양극전극의(142) 하면이 서로 밀착되게 될 수 있고 이에 따라 제1 및 제2 양극전극(142, 162)의 통전율을 극대화할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 양극전극이 제1 양극전극(142)과 제2 양극전극(162)의 2단 전극으로 제작되는바 양극전극이 일체로 길게 제작되었을 때 제작비용 상승되는 단점을 극복할 수 있고, 일체로 길게 제작된 단일의 양극전극과 동일한 효과를 갖게 되어 그 만큼 강한 플라즈마 화염을 발생시킬 수 있다.
또한, 제2 양극전극(162)이 제2 케이스(164)와 함께 제1 양극부(140)에 볼트결합에 의해 착탈가능하게 결합되므로, 장시간 사용으로 인하여 제2 양극전극(162)이 노화되었을 때 노화된 제2 양극부(160)만을 분리 교체함으로써 수명을 연장할 수 있는 효과가 있다.
본 실시예에서는 바람직한 실시예로 양극부를 2단으로 구성하였으나, 플라즈마 화염의 세기를 강화시키기 위해 3단 내지 4단 등의 다단으로 구성할 수 있음은 물론이다. 이 경우 최하단의 양극부를 교체함으로써 상술한 효과를 구현할 수 있다. 또한, 제2 양극부(160) 전체를 교체할 수도 있지만 바람직하게는 제2 양극부(160)의 제2 양극전극(162)만을 분리 교체할 수 있음은 물론이다.
제2 양극전극(162)의 내경은 바람직하게는 제1 양극전극(142)의 내경과 일치하도록 제작될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니고 제1 양극전극(142)의 내경보다 크거나 작게 형성하여 열플라즈마 토치의 적용대상에 따라 플라즈마 화염의 세기나 폭을 달리할 수 있다.
한편, 제2 양극전극(162)의 내측면 하단부에는 일정 깊이의 단차홈(165)이 형성되게 되는데, 이 단차홈(165)에는, 플라즈마 화염으로부터 제2 양극전극(162)을 보호하기 위하여, 환형의 텅스텐팁(170)이 구비될 수 있다. 본 실시예에서는 텅스텐팁(170)을 예로 들었으나 원형단면형상의 텅스텐링으로 구현될 수 있음은 물론이다.
제2 양극전극(162) 중 플라즈마 화염이 분출되는 하단부분은 플라즈마 화염의 세기가 매우 강하고 CL2, BCL3 등 염소계가스와 직접 맞닿기 때문에 침식의 우려가 있는데, 본 실시예에서는 내식성이 좋은 텅스텐팁(170) 또는 텅스텐링을 제2 양극전극(162)의 하단부분에 설치함으로써 제2 양극전극(162)의 침식을 방지할 수 있다.
한편, 제2 양극전극(162)과 제2 케이스(164)의 사이에는 냉각수 수용부(166)가 형성되고, 제2 양극전극(162)의 외주면에는 제2 양극전극(162)과 일체로 형성되는 요철부(162c)가 구비될 수 있다.
여기서 요철부(162c)는, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 다수의 환형 돌출부가 상하로 이격 배열되어 구성될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니고 수직방향의 사각절편부가 원주방향을 따라 이격 배열되어 구성되거나 제2 양극전극(162)의 상단에서 하단으로 이어지는 나선형 구조로 이루어질 수 있다. 이에 대해서는 도면에 도시되지는 않았지만 다른 실시예인 도 7의 (b) 및 (c)와 같은 형상으로 구현될 수 있다.
냉각수 수용부(162c)는 상하단에 돌출부가 형성된 제2 양극전극(162)과 원통형의 제2 케이스(164)가 결합됨에 따라 형성되는 구조로서, 중공의 원통챔버 형상으로 이루어지게 된다.
이때, 제2 케이스(164)의 상부와 하부 중 어느 한 곳에는 냉각수가 유입되는 유입구(164c)가 다른 곳에는 가열된 냉각수가 유출되는 유출구(164d)가 형성될 수 있는데, 바람직하게는 도 2에 도시된 바와 같이 유입구(164c)가 제2 케이스(164)의 상부에, 유출구(164d)가 하부에 형성될 수 있다.
본 실시예에 의할 경우, 제2 양극전극(162)의 외주면에 요철부(162c)를 형성하여 제2 양극전극(162)과 냉각수의 접촉면적을 최대화하고, 냉각수가 요철부(162c)와 직접 접촉될 수 있도록 함에 따라 플라즈마 화염에 의해 가열된 제2 양극전극(162)의 온도를 빠른 시간 내에 낮출 수 있는 이점이 있다. 특히, 나선형의 요철부(162c)의 경우 냉각수 수용부 내의 냉각수 흐름을 상부에서 하부로 유도함으로써 열순환율을 극대화시킬 수 있다.
도 5는 제2 실시예에 따른 열플라즈마 토치의 단면도이고, 도 6은 도 5에서 제2 양극전극에 방열부가 결합된 상태를 보인 단면도이며, 도 7은 도 6에 도시된 방열부의 사시도((a)) 및 방열부의 다른 실시예의 사시도((b), (c))이다.
도 5 내지 도 7를 참조하면, 제2 실시예에 따른 열플라즈마 토치(100)는, 직류전원의 음극과 연결되며 방전가스가 하측으로 분사되도록 내측에 가스분사부(128)가 형성된 음극전극(122)을 구비한 음극부(120)와, 직류전원의 양극과 연결되고 내부에 관통공이 형성된 양극전극(142, 182)을 구비한 양극부를 포함하며, 양극부는 제1 양극부(140)와 제2 양극부(180)를 포함한다.
이하, 음극부(120), 양극부의 제 1 양극부(140)는 제1 실시예와 동일한 바 중복적인 설명은 생략하기로 한다. 또한 제1 양극부(140)와 제2 양극부(180)의 결합관계 및 제2 양극전극(182)과 제2 케이스(180)의 결합관계도 제1 실시예와 동일한 바 이에 대한 설명은 생략하고 차별적 구성에 대하여만 설명하기로 한다.
제2 실시예의 제2 양극전극(182)은 제1 실시예와 달리 도 5에 도시된 바와 같이 그 외주면이 평탄하게 이루어게 이루어지며, 제2 양극전극(182)과 제2 케이스(184) 사이에는 제1 실시예와 마찬가지로 냉각수 수용부(186)가 형성될 수 있다.
도 6을 참조하면, 플라즈마 화염에 의해 가열된 제2 양극전극(182)의 온도를 효과적으로 낮출수 있도록 제2 양극전극(182)의 외주면에는 방열부(190)가 밀착 결합될 수 있다.
방열부(190)는, 열전도율이 높은 구리나 알루미늄 소재로 구성되며, 중공의 원통형상으로 이루어져 제2 양극전극(182)의 외주면에 결합되는 베이스(192)와, 베이스(192)의 외주면에 형성되는 방열핀 어레이(194a, 194b, 194c)를 구비한다.
여기서, 방열핀 어레이(194a, 194b, 194c)는, 도 7의 (a)와 같이, 환형으로 이루어진 방열핀들이 상하로 배열(194a)되거나, (b)와 같이, 수직방향의 사각 절편으로 이루어진 방열핀들이 베이스의 원주방향을 따라 이격 배열(194b)되거나, 또는 (c)와 같이, 제2 양극전극의 상단에서 하단으로 이어지는 나선형 구조(194c)로 이루어질 수 있다.
한편, 제2 양극전극(182)과 제2 케이스(184) 사이에는 냉각수 수용부(186)가 형성될 수 있다.
냉각수 수용부(186)는 상·하단에 돌출부(182a, 182b)가 형성된 제2 양극전극(182)과 원통형의 제2 케이스(184)가 결합됨에 따라 형성되는 구조로서, 중공의 원통챔버 형상으로 이루어지게 된다.
제2 케이스(184)의 상단부와 하단부에는 각각 제2 양극전극(182)의 상단돌출부(148a)와 하단돌출부(182b)가 결합되도록 단차홈(184a, 184b)이 형성되며, 제2 케이스(184)의 상부와 하부 중 어느 한 곳에는 냉각수가 유입되는 유입구(184c)가 다른 곳에는 가열된 냉각수가 유출되는 유출구(184d)가 형성된다. 이때, 바람직하게는 도 6에 도시된 바와 같이 상부에는 유입구(184c)가 하부에는 유출구(184d)가 형성될 수 있다.
본 실시예에 의할 경우, 제2 양극전극(182)의 외주면에 방열핀 어레이(194a, 194b, 194c)가 포함된 방열부(190)가 결합됨에 따라, 플라즈마 화염에 의해 가열된 제2 양극전극(182)의 온도를 빠른 시간 내에 낮출 수 있다. 또한, 특히, 나선형의 구조로 이루어진 방열핀 어레이(182c)의 경우 냉각수 수용부(186) 내의 냉각수 흐름을 상부에서 하부로 유도함으로써 열순환율을 극대화시킬 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
100: 열플라즈마 토치 110: 절연체
120: 음극부 122: 음극전극
124: 상부캡 126, 146, 166, 186:냉각수 수용부
128: 가스 분사부 140: 제1 양극부
142: 제1 양극전극 144: 제1 케이스
160, 180: 제2 양극부 162, 182: 제2 양극전극
164, 184: 제2 케이스 170: 텅스텐팁
190: 방열부 192: 베이스
194a, 194b, 194c: 방열핀 어레이

Claims (12)

  1. 직류전원의 음극과 연결되며 방전가스가 하측으로 분사되도록 내측에 가스분사부가 형성된 음극전극을 구비한 음극부; 및
    직류전원의 양극과 연결되고 내부에 관통공이 형성된 양극전극을 구비한 양극부;를 포함하되,
    상기 양극부는 복수개로 이루어져 각각 상하로 차례대로 위치하되, 각각의 상기 양극부의 양극전극들은 물리적 접촉에 의해 통전되어 단일의 양극전극과 동일한 전기적 성질을 가지며,

    상기 양극부는,
    상기 직류전원의 양극과 연결되고 절연체에 의해 상기 음극전극과 절연되는 제1 양극전극과, 상기 제1 양극전극의 외측에 결합되는 제1 케이스를 구비한 제1 양극부와,
    상기 제1 양극전극의 하부에 위치하여 상기 양극전극과 물리적 접촉에 의해 전기적으로 연결되는 제2 양극전극과, 상기 제2 양극전극의 외측에 결합되는 제2 케이스를 구비한 제2 양극부를 포함하여 이루어지되,
    상기 제2 양극부는, 상기 제1 케이스의 하단부에 형성된 제1 플랜지와 상기 제2 케이스의 상단부에 형성된 제2 플랜지의 볼트결합에 의해, 상기 제1 양극부의 하단에 착탈가능하게 결합되며,

    상기 제2 양극전극과 상기 제2 케이스 사이에는 냉각수 수용부가 형성되고,
    상기 제2 양극전극의 외주면에는 상기 제2 양극전극과 일체로 형성되는 요철부가 구비되며, 상기 요철부는, 상기 제2 양극전극의 상단에서 하단으로 이어지는 나선형 구조로 이루어지고,

    제2 양극전극의 상단부와 하단부에는 제2 케이스와 결합을 위해 각각 외측으로 연장되어 이루어어진 환형의 상단돌출부와 하단돌출부가 형성되며,

    제2 케이스는 중공의 원통형케이스로 이루어져 제2 양극전극의 외측에 결합되며, 제2 케이스의 상단부와 하단부에는 제2 양극전극의 상단돌출부 및 하단돌출부에 결합될 수 있도록 단차홈이 형성되며,

    음극전극의 내측에는 텅스텐 전극부가 구비되며,

    상기 절연체는 소정의 두께를 가진 원통형의 링으로 이루어져 제1 양극전극의 상단에 구비되며, 음극전극의 외측에 결합되어 제1 양극전극과 음극전극을 이격시키고, 상기 절연체의 내경은 음극전극의 외경과 일치하도록 구성되며,

    제1 케이스의 상단부와 하단부에는 각각 제1 양극전극의 상단돌출부와 하단돌출부가 결합되도록 단차홈이 형성되며,

    제2 양극전극의 상면과 제1 양극전극의 하면은 평탄하게 이루어져, 제1 및 제2 케이스의 볼트 결합시 제2 양극전극의 상면과 제1 양극전극의 하면이 서로 밀착되어 제1 및 제2 양극전극의 통전율이 극대화되는 것을 특징으로 하는, 열플라즈마 토치.
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  3. 삭제
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  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 직류전원의 음극과 연결되며 방전가스가 하측으로 분사되도록 내측에 가스분사부가 형성된 음극전극을 구비한 음극부; 및
    직류전원의 양극과 연결되고 내부에 관통공이 형성된 양극전극을 구비한 양극부;를 포함하되,
    상기 양극부는 복수개로 이루어져 각각 상하로 차례대로 위치하되, 각각의 상기 양극부의 양극전극들은 물리적 접촉에 의해 통전되어 단일의 양극전극과 동일한 전기적 성질을 가지며,

    상기 양극부는,
    상기 직류전원의 양극과 연결되고 절연체에 의해 상기 음극전극과 절연되는 제1 양극전극과, 상기 제1 양극전극의 외측에 결합되는 제1 케이스를 구비한 제1 양극부와,
    상기 제1 양극전극의 하부에 위치하여 상기 양극전극과 물리적 접촉에 의해 전기적으로 연결되는 제2 양극전극과, 상기 제2 양극전극의 외측에 결합되는 제2 케이스를 구비한 제2 양극부를 포함하여 이루어지되,
    상기 제2 양극부는, 상기 제1 케이스의 하단부에 형성된 제1 플랜지와 상기 제2 케이스의 상단부에 형성된 제2 플랜지의 볼트결합에 의해, 상기 제1 양극부의 하단에 착탈가능하게 결합되며,

    상기 제2 양극전극의 외주면은 평탄하게 이루어지고,
    상기 제2 양극전극과 상기 제2 케이스 사이에는 냉각수 수용부가 형성되며,

    제2 양극전극의 상단부와 하단부에는 제2 케이스와 결합을 위해 각각 외측으로 연장되어 이루어어진 환형의 상단돌출부와 하단돌출부가 형성되며,

    제2 케이스는 중공의 원통형케이스로 이루어져 제2 양극전극의 외측에 결합되며, 제2 케이스의 상단부와 하단부에는 제2 양극전극의 상단돌출부 및 하단돌출부에 결합될 수 있도록 단차홈이 형성되며,

    음극전극의 내측에는 텅스텐 전극부가 구비되며,

    상기 절연체는 소정의 두께를 가진 원통형의 링으로 이루어져 제1 양극전극의 상단에 구비되며, 음극전극의 외측에 결합되어 제1 양극전극과 음극전극을 이격시키고, 상기 절연체의 내경은 음극전극의 외경과 일치하도록 구성되며,

    제1 케이스의 상단부와 하단부에는 각각 제1 양극전극의 상단돌출부와 하단돌출부가 결합되도록 단차홈이 형성되며,

    제2 양극전극의 상면과 제1 양극전극의 하면은 평탄하게 이루어져, 제1 및 제2 케이스의 볼트 결합시 제2 양극전극의 상면과 제1 양극전극의 하면이 서로 밀착되어 제1 및 제2 양극전극의 통전율이 극대화되며,

    상기 제2 양극전극의 외주면에는 방열부가 밀착 결합되고,
    상기 방열부는, 중공의 원통형상으로 이루어져 상기 제2 양극전극의 외주면에 결합되는 베이스와, 상기 베이스의 외주면에 형성되는 방열핀 어레이를 구비하는 것을 특징으로 하는, 열플라즈마 토치.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 방열핀 어레이는,
    환형으로 이루어진 방열핀들이 상하로 배열되거나 수직방향의 사각 절편으로 이루어진 방열핀들이 상기 베이스의 원주방향을 따라 이격 배열되는 것을 특징으로 하는, 열플라즈마 토치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 방열핀 어레이는,
    상기 제2 양극전극의 상단에서 하단으로 이어지는 나선형 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 열플라즈마 토치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2 양극전극의 내측면 하단부에는 단차홈이 형성되고, 상기 단차홈에는 환형의 텅스텐팁이 구비되는 것을 특징으로 하는, 열플라즈마 토치.
  12. 제1항 또는 제7항에 있어서,
    상기 냉각수 수용부는 중공의 원통챔버 형상으로 이루어지고,
    상기 제2 케이스의 상부와 하부 중 어느 한 곳에는 유입구가, 다른 곳에는 유출구가 형성되는 것을 특징으로 하는, 열플라즈마 토치.
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