KR102110377B1 - 전방전극이 다중전극이면서 후방전극이 버튼형으로 구성된 플라즈마 토치 - Google Patents

전방전극이 다중전극이면서 후방전극이 버튼형으로 구성된 플라즈마 토치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라즈마 토치에 관한 것으로, 전방전극이 다중전극이면서 후방전극이 버튼형으로 구성된 플라즈마 토치에 관한 것이다.
버튼형 후방전극과 방전용 보조전극을 이용하여 초기 방전을 쉽게 해주도록 하고, 후방전극과 초기 방전용 보조전극 사이에 원활한 방전이 없더라도 자연스럽게 후방전극과 전방전극 사이의 아크기둥을 형성시켜 고출력 아크 플라즈마 토치의 초기 점화를 손쉽게 할 수 있는 효과가 있다.

Description

전방전극이 다중전극이면서 후방전극이 버튼형으로 구성된 플라즈마 토치{Plasma Torch with Rear-Electrode of Button-Type and Front-Electrode of Multi-Type}
본 발명은 플라즈마 토치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전방전극이 다중전극이면서 후방전극이 버튼형으로 구성된 플라즈마 토치에 관한 것이다.
일반적인 막대-노즐형 또는 공동형 토치들의 경우, 노즐형 또는 공동형으로 주어지는 전극의 내면 전체가 하나의 도체로서 아크 전류를 어디서든지 받아들일 수 있는 구조로 되어 있다. 이 경우 토치 기동시 부분적으로 이상방전(abnormal or side arcking)이 발생하여 토치의 안정적 운전에 방해요인으로 작용하게 된다.
또한 후방전극이 버튼형으로 구성된 토치의 경우, 버튼형 후방전극과 토치 프레임(flame) 출구쪽에 위치한 전방전극으로 초기 방전(ignition)을 할 경우, 초기 기동(start-ignition)이 쉽지 않는 경향이 있으며, 버튼형으로 구성된 후방전극의 손실률이 높아질 수 있다.
공동형 토치의 플라즈마 프레임(flame)은 전극 내면에 형성되는 아크점(arc-point)이 전극 내면 전체로 자유롭게 이동할 수 있으며, 양극(Anode)과 음극(Cathode) 사이에 형성되는 아크의 길이는 전극 도체 길이 범위 내에서, 아크 전류와 가스 유량 등 운전 조건에 따라 결정되기 때문에, 초기 플라즈마 발생시 전극의 안정성이 무엇보다 중요하다. 예를 들어, 가스 유량을 늘일 경우, 아크 점이 가스 유동에 의해 밀려나게 되고, 이에 따라, 아크 길이와 아크 전압을 늘일 수 있다. 그러나 이 경우에도 늘어나는 아크 길이는 노즐형 또는 공동형으로 주어지는 전극 도체의 길이에 의해 제한되며, 아크 전류를 증가시킬 경우, 로렌쯔 힘 등에 의해, 아크 길이가 다시 줄어들 수 있다.
그러나 공동형 다중전극의 경우 수명을 늘릴 수 있는 장점이 있는 반면에 플라즈마를 발생시키는 후방전극의 문제 발생시 교체가 쉽지 않은 단점이 있다. 그리고 버튼형 후방전극의 경우 교체가 용이한 반면 초기 기동의 어려움이 발생할 수 있다.
등록번호 : 10-1629683
본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하고자 고안한 것으로, 버튼형 후방전극과 방전용 보조전극을 이용하여 초기 방전을 쉽게 해주도록 하는 전방전극이 다중전극이면서 후방전극이 버튼형으로 구성된 플라즈마 토치를 제공함에 있다.
또한 후방전극을 삽입형으로 구성하고, 전방전극을 다중전극으로 구성하여 전극의 수명을 확대하도록 하는 전방전극이 다중전극이면서 후방전극이 버튼형으로 구성된 플라즈마 토치를 제공함에 있다.
본 발명은 절연 몸체의 일측에 안착되어 버튼형으로 구성되는 양극 또는 음극의 후방전극; 상기 절연 몸체의 타측에 안착되어 다중전극으로 구성되는 양극 또는 음극의 전방전극; 및 상기 후방전극과 전방전극 사이에 전기적으로 절연된 다수의 간극이 구성되는 간극부;를 포함할 수 있다.
바람직하게 후방전극은 삽입형으로 구성되고, 상기 전방전극은 탈부착형으로 구성된다.
바람직하게 전방전극과 후방전극 사이에 배치되어 전기적으로 절연된 초기 방전용 보조전극;을 포함할 수 있다.
바람직하게 간극부는 전방전극 측으로 간극이 확장되어 전방전극과의 연결을 위한 보조전극으로 하여 구성되는 간극 확장부;를 포함할 수 있다.
또한 바람직하게 전방전극은 다중으로 구성되어 초기 방전용 보조전극과 동일극으로 구성하고, 후방에 삽입되는 버튼형의 후방전극과 극성이 반대가 되도록 전기 결선되는 것을 특징으로 한다.
그리고 바람직하게 간극부는 전방전극과 후방전극 사이에 배치되는 초기 방전용 보조전극으로 기동한 후, 후방전극과 전방전극에 의한 플라즈마 프레임이 형성되도록 전압 및 가스를 조절할 수 있다.
본 발명은 상술한 기술적 구성으로 인해 버튼형 후방전극과 방전용 보조전극을 이용하여 초기 방전을 쉽게 해주도록 하고, 후방전극과 초기 방전용 보조전극 사이에 원활한 방전이 없더라도 자연스럽게 후방전극과 전방전극 사이의 아크기둥을 형성시켜 고출력 아크 플라즈마 토치의 초기 점화를 손쉽게 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전방전극이 다중전극이면서 후방전극이 버튼형으로 구성된 플라즈마 토치를 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전방전극이 다중전극이면서 후방전극이 버튼형으로 구성된 플라즈마 토치의 결선을 나타낸 예시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 다만, 첨부된 도면은 요부에 대한 설명의 편의를 위해 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시될 수 있고, 설명에 사용되는 용어 및 명칭은 사전적인 의미가 아닌 구성의 형상이나 작용, 역할 등에 의해 함축적으로 정해질 수 있으며, 위치에 대한 설명은 특별한 언급이 없는 한 도면을 기준으로 설명한다. 그리고 선등록된 공지기술 및 통상적 기술에 대한 구체적인 설명은 요지를 흐릴 수 있어 생략 또는 간단한 부호나 명칭으로 대체한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전방전극이 다중전극이면서 후방전극이 버튼형으로 구성된 플라즈마 토치를 나타낸 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 후방전극(1), 전방전극(5), 간극부(4), 초기 방전용 보조전극(3)을 포함할 수 있다.
후방전극(1)은 절연 몸체의 일측에 안착되어 버튼형으로 구성되는 양극 또는 음극의 후방전극이다. 이러한 후방전극(1)은 삽입형으로 구성될 수 있다.
전방전극(5)은 절연 몸체의 타측에 안착되어 다중전극으로 구성되는 양극 또는 음극의 전방전극이다. 이러한 전방전극(5)은 탈부착형으로 구성될 수 있다.
본 실시예에 따른 전방전극(5)은 다중으로 구성되어 초기 방전용 보조전극과 동일 극으로 구성하고, 후방에 삽입되는 버튼형의 후방전극과 극성이 반대가 되도록 전기 결선된다.
간극부(4)는 후방전극과 전방전극 사이에 전기적으로 절연된 다수의 간극이 구성된다. 간극부는 전방전극 측으로 간극이 확장되어 전방전극과의 연결을 위한 보조전극으로 활용할 수 있는 간극 확장부(7)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 간극부(4)는 전방전극과 후방전극 사이에 배치되는 초기 방전용 보조전극으로 기동한 후, 후방전극과 전방전극에 의한 안정적 플라즈마 프레임이 형성되도록 전압 및 가스를 조절할 수 있다.
이러한 안정적으로 플라즈마 방전이 형성되면 후방전극(1)과 전방전극(5)을 통해 플라즈마 프레임을 만들고 플라즈마 가이드(6)를 통해 대상물질(8)을 용융시키게 된다.
초기 방전용 보조전극(3)은 전방전극과 후방전극 사이에 배치되어 전기적으로 절연된 보조전극이다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 전기 아크를 형성하기 위해 후방전극[양극(음극)]은 버튼형으로 구성되고 전방전극[음극(양극)]은 다중전극으로 구성되며, 후방전극과 전방전극 사이에 전기적으로 절연된 다수의 간극이 구성되며, 후방전극(1)은 삽입형으로 전방전극은 탈부착형으로 구성될 수 있다.
그리고 전방전극(5)은 다중으로 구성되며 초기 방전용 보조전극(3)과 동일 극으로 구성하여 후방에 삽입되는 버튼형의 후방전극과 극성이 반대가 되도록 전기 결선하고, 후방전극과 최기방전용 보조전극(3)으로 기동한 후 후방전극과 전방전극에 의한 안정적 플라즈마 프레임이 형성되도록 간극부(4)에서 전압 및 가스를 안정적으로 조절하는 다중전극을 갖는 버튼형 플라즈마 토치에 특징이 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 전방전극이 다중전극이면서 후방전극이 버튼형으로 구성된 플라즈마 토치는 버튼형 후방전극(1)과 방전용 보조전극(3)을 이용하여 초기 방전(ignition)을 손쉽게 해주도록 할 수 있다.
초기 기동 후, 간극(Constictor)부(4)는 전압조절용 및 가스조절용으로서 아크가 벽면에 붙지 않도록 가스를 일정하게 불어넣어 안정적인 플라즈마 다발이 전방으로 유도되도록 한다.
안정적으로 플라즈마 방전이 형성되면 후방전극(1)과 전방전극(5)을 통해 플라즈마 프레임을 만들고 플라즈마 가이드(6)를 통해 대상물질(8)을 용융시키게 된다.
또한 후방전극을 버튼형 음극(양극)(2)으로 전기 결선하고 이?? 초기 방전용 보조전극(3)과 전방전극(5)을 양극(음극)으로 DC펄스 전원을 연결한 다음, DC펄스에 의한 초기 방전을 쉽게 유도하기 위해 후방전극(1)과 초기 방전용 보조전극(3) 사이에 아크 기둥을 형성시키고, 이 아크 기둥에 의해 내부 플라즈마 가스를 충분히 가열시키고 간극부(4)를 통해 안정적이고 일정하게 유입된 가스를 통해 플라즈마 기둥을 확장시키게 된다.
그리고 후방전극(1)과 전방전극(5)으로 정상 플라즈마 프레임을 안정적이고 일정하게 유지하여 플라즈마 가이드(6) 관을 통해 방출시키는데 있다.
한편, 음극(양극)(1)과 초기방전용 보조전극(3)사이에 형성된 아크 기둥이 간극(Constrictor) (4) 내부를 통과할 때, 내부를 구성하는 각각의 디스크 타입의 구성체는 별도의 가스가 유입되고 개별적으로 냉각유로가 형성되도록 구성되며, 안정적인 가스 유량을 형성해주는 역할을 하게 된다.
그리고 다중전극으로 형성된 전방전극(5)은 후방전극(1)과 스위치 등에 의한 전기절환 대신 별도의 회로 저항 등을 이용하여, 초기방전용 보조전극(3)을 보조 양극(음극)의 전기 통로로서 계속 사용하면서도 다중전극으로 형성된 전방전극(5)과 전류 분배도 할 수 있는데, 이를 통해, 갑작스런 토치 출력 증가를 막고, 저출력에서 고출력으로 출력 제어가 원활해 질 수 있다. 여기서, 회로 저항은 전방전극과 후방전극 사이에 배치되는 초기방전용 보조전극을 전기통로로 사용하는 저항이 전방전극에 연결되고, 이때 전방전극의 다중전극에 저항이 각각 연결되어 초기 방전용 보조전극을 통해 상기 전방전극의 다중전극으로 흐르는 전류를 분배할 수 있도록 하는데 특징이 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 음극(양극)(1)과 양극(음극)(5) 사이에 전기적으로 절연된 초기 방전용 보조전극(3)을 위치하게 하고 보조전극(3)과 전방전극(5) 사이에 전압 및 가스조절용 간극(4)을 다수 삽입하여 아크 길이를 안정적으로 늘일 수 있는 디스크 타입의 분절형으로써, 구성되는 토치에 있어서, 간극(Constrictor)(4) 부분에 구성되는 간극 확장부(7)는 전방전극과의 연결을 위한 보조전극으로도 할용 할 수 있으며, 이를 통해, 후방전극(1)과 초기 방전용 보조전극(3) 사이에 원활한 방전(ignition)이 없더라도 자연스럽게 후방전극과 전방전극 사이의 아크기둥을 형성시켜 고출력 아크 플라즈마 토치의 초기 점화를 손쉽게 할 수 있다는 효과뿐만 아니라, 저출력에서 고출력까지 출력 제어를 용이하게 하는 효과를 가져 올 수 있다.
또한 후방전극을 삽입형으로 구성함으로써 탈부착이 수월하며, 전방전극을 다중전극으로 구성함으로써 전극의 수명을 확대하여 토치의 수명을 연장할 수 있는 효과를 가져 올 수 있다.
이하, 본 발명에서 제안한 구성의 응용을 설명을 하면 다음과 같다.
본 발명은 본 발명에서 추구하고자 하는 구성의 원리와 그 원리에 대한 이해를 돕고자 본 발명의 구성과 그 구성에 포함되는 구체적인 구성요소를 도면화하고 그 도면을 기반으로 하여 설명을 한 것이며, 본 발명에 포함되는 구성 및 그 구체적인 구성요소는 추구하고자 하는 원리를 감안하여 구조, 형태, 모양, 배치, 방향, 수량이 결정되며 이를 필요에 따라 다양하게 변경할 수 있을 것이다. 본 발명에서 제시한 구성 및 그 구체적인 구성요소는 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자가 본 발명에서 얻고자 하는 효과와 그 효과로부터 더 나은 효과를 얻기 위해 어떠한 원리를 적용하는 것이 가장 바람직한 것인지를 예시한 것이다. 이에 따라서 본 발명은 상술한 구성들을 모두 포함하여 본 발명은 완성하는 것이 가장 바람직하나, 원가절감, 제조의 편의성, 환경조건 또는 필요에 따라 상기에서 설명한 구성 중 일부를 선택 또는 배제하여 완성할 수 있고, 하나 또는 일부의 구성을 따로 떼어내어 다른 구성과 병합하여 완성할 수도 있다. 그리고 상기에서 설명한 각 구성은 원리, 용도, 기능, 역할, 작용, 효과 등을 감안하여 이 기술분야가 아닌 다른 기술분야에 독립적으로 적용될 수 있을 것이다.
이상으로, 본 발명의 설명을 모두 마치며, 이 기술분야에 통상의 지식을 가진 기술자라면 상술한 구체적인 내용을 통해 본 발명에서 추구하고자 하는 요지를 충분히 파악할 수 있을 것으로 보이고, 더 이상 설명하지 않아도 설명하지 않은 부분에 대해서도 충분히 유추 가능할 것이라 보이며, 이에 본 발명의 청구항은 상술한 설명을 기반으로 하여 권리범위를 가능한 포괄하는 범위로 특정하여 청구할 수 있을 것이고, 이를 통해 이 기술분야 및 이와 연관된 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 본 발명에서 언급한 내용을 기초로 하여 해당분야에 다양하게 수정 및 변경하여 적용할 수 있을 것이며, 이로 말미암아 이 기술분야 및 이와 연관된 기술분야의 발전은 물론 사용상의 효율성을 더욱더 증대시킬 수 있을 것이다.
1 : 후방전극
2 : 후방전극 가이드
3 : 초기 방전용 보조전극
4 : 간극부
5 : 전방전극
6 : 플라즈마 프레임 가이드
7 : 간극 확장부
8 : 용융 대상물

Claims (6)

  1. 절연 몸체의 일측에 안착되어 버튼형으로 구성되는 양극 또는 음극의 후방전극;
    상기 절연 몸체의 타측에 안착되어 다중전극으로 구성되는 양극 또는 음극의 전방전극;
    상기 후방전극과 전방전극 사이에 전기적으로 절연된 다수의 간극이 구성되는 간극부; 및
    상기 전방전극과 후방전극 사이에 배치되어 전기적으로 절연된 초기 방전용 보조전극;을 포함하고,
    상기 간극부는 전방전극 측으로 간극이 확장되어 전방전극과의 연결을 위한 보조전극으로 구성되는 간극 확장부;를 포함하며,
    상기 전방전극과 후방전극 사이에 배치되는 초기방전용 보조전극을 전기통로로 사용하는 저항이 상기 전방전극에 연결되되, 전방전극의 각 다중전극에 상기 저항이 연결되어 상기 초기 방전용 보조전극을 통해 상기 전방전극의 다중전극으로 흐르는 전류를 분배하도록 하는 것을 특징으로 하는 전방전극이 다중전극이면서 후방전극이 버튼형으로 구성된 플라즈마 토치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 후방전극은 삽입형으로 구성되고, 상기 전방전극은 탈부착형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전방전극이 다중전극이면서 후방전극이 버튼형으로 구성된 플라즈마 토치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전방전극은,
    다중으로 구성되어 초기 방전용 보조전극과 동일 극으로 구성하고, 후방에 삽입되는 버튼형의 후방전극과 극성이 반대가 되도록 전기 결선되는 것을 특징으로 하는 전방전극이 다중전극이면서 후방전극이 버튼형으로 구성된 플라즈마 토치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 간극부는,
    상기 전방전극과 후방전극 사이에 배치되는 초기 방전용 보조전극으로 기동한 후, 후방전극과 전방전극에 의한 플라즈마 프레임이 형성되도록 전압 및 가스를 조절하는 것을 특징으로 하는 전방전극이 다중전극이면서 후방전극이 버튼형으로 구성된 플라즈마 토치.
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