KR102528323B1 - 플라즈마 아크 토치용 노즐 - Google Patents

Abstract

액체-냉각 플라즈마 아크 토치 헤드용 노즐, 및 노즐 홀더와 그러한 노즐 및 플라즈마 아크 토치 헤드의 조립체, 및 이를 구비한 플라즈마 아크 토치가 개시된다.

Description

플라즈마 아크 토치용 노즐

본 발명은 액체-냉각 플라즈마 아크 토치 헤드용 노즐, 노즐 홀더 및 액체-냉각 플라즈마 아크 토치 헤드용 노즐의 조립체, 이 조립체를 구비한 플라즈마 아크 토치 헤드 및 플라즈마 아크 토치에 대한 것이다.

DE 10 2009 006 132 B4는 전체 축방향 길이를 가지는 본체, 내면과 외면, 전방 및 후방 단부 및 전방 단부에 위치한 노즐 구멍을 포함하는 액체-냉각 플라즈마 아크 토치용 노즐을 개시한다. 후방(후방 단부에서)에서 시작하여, 공지 노즐은 먼저 노즐 홀더 내에 노즐 수용을 위한 수용 부분 및 이어서 내부에 O-링이 구비되거나 배치될 수 있는 홈을 포함한다. 어떤 경우, 노즐이 플라즈마 토치 헤드에 장착된 경우, 냉매, 특히 냉각수용 공간이 노즐 홀더를 향하여 한정되므로, 냉매와 노즐 사이의 접촉 영역이 후방을 향하여 제한되는 단점을 포함할 수 있다.

홈 내에 배치될 수 있거나 홈에 있는 O-링을 가진 홈이 그 후방 단부에 직접 구비된 노즐이 또한 알려져 있다. 노즐 홀더에 노즐을 끼우기 위하여 노즐 홀더에 위치될 때, 예컨대, DE 10 2007 005 316 B4에 기재된 바와 같이, 규정된 방식으로 노즐을 안내하기 위한 돌출부들과 같은 요소들이 노즐 홀더에 있으면, 그 부품에 의해 O-링이 손상될 수 있다는 결점을 가진다.

따라서 본 발명은 노즐이 노즐 홀더 내에 배치될 때, O-링에 대한 손상이 방지되거나 또는 적어도 감소되고 동시에 냉매에 접촉할 수 있는 더 큰 면적이 제공되도록 노즐을 구성하고자 하는 문제에 기초한다.

이 문제는 본 발명의 제1 측면에 따라, 전체 축방향 길이(L)를 갖는 본체, 내면과 외면, 전방 단부와 후방 단부 및 전방 단부에 노즐 구멍를 포함하는 액체-냉각 플라즈마 아크 토치 헤드용 노즐로서, 상기 후방 단부에서 시작하는 상기 본체의 외면은 축방향 길이(L1)를 갖는 실질적으로 원통형 제1 부분을 가지며, 상기 본체의 후방 단부에는 내부에 O-링이 배치되거나 또는 O-링을 위한 바람직하게 원주방향으로 연장되는 홈이 구비되고, 이는 상기 본체의 제1 외경(D11)을 규정하는 돌출부에 의하여 상기 본체의 후방 단부를 향하여 경계가 정해지며, 전방 단부에는 본체의 제2 외경(D12)을 규정하고 전방 단부를 향하여 인접해서 축방향 길이(L2)를 가진 제2 부분를 가지며, 상기 제1 부분에 대한 경계에서 노즐 홀더용 축방향 정지면을 규정하고, 상기 본체의 제3 외경(D21)을 규정하고 상기 본체의 전방 단부를 향하여 적어도 일부분이 실질적으로 원추형으로 테이퍼되는 노즐 홀더용 조심면이 형성되고, 여기서: D12 - D11 ≥≥ 1.5mm, 및/또는, (D12 - D11)/D12≥≥0.07 인 액체-냉각 플라즈마 아크 토치 헤드용 노즐에 의하여 해소된다.

원추 형상으로 테이퍼되거나 또는 원추형인 부분은 특히, 해당 부분의 최전방 지점(에지)로의 해당 부분의 최후방 지점(에지)을 선으로 연결하면, 그 선은 노즐의 세로방향 축에 평행이거나 ±15° 이상의 최소 편차를 가지고 진행하는 부분을 의미하는 것이다.

또한, 외경은 특히 이하의 것들을 의미하는 것이다:

- 노즐의 세로방향 축에 수직으로 형성된 평면 반경을 갖는 사실상 원이 평면과 세로방향 축의 교차 지점과 노즐의 외면으로부터 최대 거리 사이에 형성되는 외경,

- 완전한 원은 노즐의 외측 경계에 의하여 평면으로 형성될 가능성이 존재할 뿐만 아니라, 단지 일부 부분 또는 단지 개별적인 부분이 존재하고 원과 직경이 실제로 존재하는 가능성이 있으며,

- 홈 또는 다른 요입부 또는 저촉부가 노즐 표면에 구비될 수 있다.

추가적인 측면에 따라, 이 문제는 전체 축방향 길이(L)를 갖는 본체, 내면과 외면, 전방 단부와 후방 단부 및 전방 단부에 노즐 개구를 포함하는 액체-냉각 플라즈마 아크 토치용 노즐로서, 상기 후방 단부에서 시작하는 상기 본체의 외면은 축방향 길이(L1)를 갖는 실질적으로 원통형 제1 부분을 가지며, 상기 본체의 후방 단부에는 내부에 O-링이 배치되거나 또는 O-링 을 위한 바람직하게 원주방향으로 연장되는 홈이 구비되며 이 홈은 상기 본체의 외경(D11)을 규정하는 돌출부에 의하여 상기 본체(2)의 후방 단부를 향하여 경계가 정해지고, 전방 단부에는, 본체의 외경(D12)을 규정하고 전방 단부를 향하여 인접해서 축방향 길이(L2)를 가진 제2 부분를 가지며, 상기 제1 부분에 대한 경계에서 노즐 홀더용 축방향 정지면(B11)을 규정하고, 상기 본체(2)의 외경(D21)을 규정하고 상기 본체의 전방 단부를 향하여 적어도 일부분에서 실질적으로 원추형으로 테이퍼되는, 특히 청구범위 1에 따라, 노즐 홀더용 조심면이 형성되고, 제2 부분의 축방향 정지면과 홈의 최근 에지 라인 사이의 거리(L12)와 상기 에지 라인과 본체의 후방 단부 사이의 거의 길이(L13)에 대해, 원칙은 L12/L13≥≥3, 바람직하게 L12/L13≥≥3.3 이며, 및/또는 제2 부분의 축방향 정지면과 홈의 최근 에지 라인 사이의 거리(L12)와 제1 부분의 길이(L1)에 대해, 원칙은 L12/L1≥≥0.75이며 특히 바람직하게 L12/L1≥≥0.77이며, 및/또는 원칙은 D12/L1≤≤2.3인 액체-냉각 플라즈마 아크 토치용 노즐에 의하여 해소된다.

추가적인 측면에 따라, 이 문제는 특허청구범위 1 내지 16의 어느 한 항에 따른 노즐과 노즐 홀더의 조립체에 의하여 해소된다.

최종적으로, 이 문제는 특허청구범위 17 내지 19의 어느 한 항에 따른 조립체 또는 특허청구범위 1 내지 16의 어느 한 항에 따른 노즐을 포함하는 액체-냉각 플라즈마 아크 토치 헤드에 의하여 해소된다. 노즐의 경우, 외경(D12)은 제1 부분의 최대 외경으로 생각될 수 있다.

또한, 외경(D12)은 제2 부분의 최대 외경으로 생각될 수 있다.

제1 부분의 최대 외경은 제2 부분의 최대 외경보다 더 작은 것이 바람직하다.

제1 부분의 외면에 적어도 하나의 추가적인 홈이 있으면 바람직하다.

특히, 적어도 하나의 추가적인 홈은 적어도 3㎟의 단면적을 가지는 것으로 생각될 수 있다. “단면적(cross-sectional area)”이라는 용어는 홈의 세로방향 영역에 수직인 영역을 의미하는 것이다.

또한, 추가적인 홈은 바람직하게 본체의 원주 방향으로 연장한다.

특히, 이러한 문맥에서 추가적인 홈은 대략 20°내지 대략 360° 범위의 각도에 걸쳐 본체의 원주 방향으로 연장하는 것으로 생각될 수 있다.

하나의 특정 실시예에 따라, 추가적인 홈은 본체의 원주 방향(둘레 방향)으로 연장하고 그 외면이 조심면에 의하여 형성되는 전방 돌출부에 의하여 본체의 전방 단부를 향하여 한정되고, 및/또는 추가적인 홈(2.11)은 본체의 원주 방향으로 연장하는 후방 돌출부에 의하여 본체의 후방 단부를 향하여 한정된다.

특히, 이러한 실시예에서 전방 돌출부는 본체의 외경 또는 국부적인 최대 외경을 형성하고 후방 돌출부는 외경 또는 국부적인 최대 외경을 형성하며, 전방 및 후방 돌출부의 외경 또는 국부적인 최대 외경은 동일한 크기이거나 또는 최대 대략 0.2mm만큼 서로 다르다.

본 발명의 추가적인 특별한 실시예에 따라, 외면의 제2 부분에 적어도 하나의 홈 및/또는 천공된 홀 및/또는 요입부 및/또는 다른 구멍 및/또는 채널이 형성되고, 이들은 외면의 제1 부분에 유체 연통한다.

외면의 제2 부분에 적어도 하나의 홈 및/또는 천공된 홀 및/또는 요입부 및/또는 다른 구멍 및/또는 채널이 형성되면 바람직하고, 이들은 외면의 제1 부분의 추가적인 홈에 유체 연통한다.

내부에 O-링이 배치된 홈 또는O-링용 홈과 추가적인 홈 사이에 본체의 외면에 노즐 홀더에 연결하기 위한 둘레 수용 영역이 형성되면 바람직하다.

대신해서, 내부에 O-링이 배치된 홈 또는 O-링용 홈과 추가적인 홈 사이의 본체의 외면에 노즐 홀더에 연결하기 위한 둘레 수용 영역이 형성되는 것으로 생각될 수 있다.

수용 영역이 적어도 하나의 반경 돌출부 및/또는 적어도 하나의 반경 요입부를 가지면 바람직하다. 반경 돌출부 및/또는 반경 요입부들은 둘레 방향으로 단지 한정된 각도만큼 연장하거나 및/또는 등거리로 배치될 수 있다.

조립체의 특별한 실시예에 따라, 노즐 홀더는 그 연결 측에 노즐의 축방향 정지면에 접하는 유지링 면과 노즐의 조심면에 접하는, 바람직하게 약간의 유격 또는 유격 없이 접하는 내면을 갖는 원통형 벽을 가진다.원통형 벽의 내면에는 노즐 홀더가 바람직하게 노즐 수용 영역을 상보하는 수용 영역을 가진다.

마지막으로, 본 발명은 액체 냉각 플라즈마 아크 토치 헤드 및 액체-냉각 플라즈마 아크 토치를 제공하며, 각각 청구범위 1 내지 16의 어느 하나의 노즐과 청구범위 17 내지 19의 어느 하나의 조립체를 포함한다.본 발명은 노즐의 외면의 특수한 설계에 기인해서 O-링을 갖는 홈이 노즐의 후방 단부를 향하여 가능한 멀리 배치될 수 있고, 그 과정에서 O-링이 손상되지 않고, 동시에 냉매와 접촉하는 더 큰 면적이 제공된다는 놀라운 발견에 기초한다. 더욱이, 노즐 홀더에서의 노즐의 조심은 더욱 향상된다.

예컨대, 가능한 긴 노즐 본체의 제1 부분에 의하여 노즐 홀더와 노즐 사이의 전이 지점의 양호한 냉각이 가능해지고 노즐 홀더에 노즐을 양호하게 조심할 수 있다. 전극과 플라즈마 아크 토치의 노즐 사이에서 연소하는, 파일럿 아크 점화시, 전이 지점의 양호한 냉각은 필요하다.

이것은 플라즈마 아크 토치가 간접적으로 작동된 때 또한 필요하다. 후자의 경우, 플라즈마 아크는 전극과 노즐 사이에 수 kW와 같은 높은 전력에 의하여 자주 연소한다. 100A 이상의 전류가 공정 중에 흐를 수 있다.

기재 없음

본 발명의 추가적인 특징들과 이점들은 첨부의 특허청구범위와, 개략적인 도면들을 참조하여 두 개의 실시예들이 상세하게 설명된 이하의 상세한 설명으로부터 보다 명확해질 것이며, 여기서:
도 1은 본 발명의 제1의 특정 실시예에 따른 노즐의 측면도(좌측) 및 후면도(우측)을 도시하며;
도 2는 본 발명의 추가적인 특정 실시예에 따른 노즐의 측면도(좌측) 및 후면도(우측)을 도시하며;
도 3은 본 발명의 추가적인 특정 실시예에 따른 노즐의 측면도(좌측) 및 후면도(우측)을 도시하며;
도 4는 도 1의 노즐을 가지는 플라즈마 아크 토치 헤드의 측면도를 도시하며;
도 5는 도 2의 노즐을 가지는 플라즈마 아크 토치 헤드의 측면도를 도시하며;
도 6은 도 3의 노즐을 가지는 플라즈마 아크 토치 헤드의 측면도를 도시한다.

도 4 내지 6의 도면들로부터의 각각의 확대된 요부는 노즐과 노즐 홀더의 조립체의 상세 내용을 도시한다.

도 1에 도시된 액체-냉각 플라즈마 아크 토치용 노즐은 전체 축방향 길이(L), 즉, 세로방향 축(M1)을 따른 길이를 갖는 본체(2), 내면(2.20) 및 외면(2.22), 전방 단부(2.24) 및 후방 단부(2.26) 및 전방 단부(2.24)에서의 노즐 구멍(2.28)을 포함한다. 또한, 본체(2)는 전방 단부(2.24)에 홈(2.38)을 갖는다. 홈(2.38)에는, 노즐이 플라즈마 아크 토치에 고정될 때, 노즐과 노즐 캡(3) 사이의 공간을 밀봉하기 위하여 O-링(2.40)이 제공된다(도 4 및 도 5 참조). 후방 단부(2.26)로부터 이어지는, 본체(2)의 외면(2.22)은 축방향 길이(L1)를 갖는 실질적으로 원통형 제1 부분(2.1)을 가지며, 본체(2)의 후방 단부(2.26)에는, 본체(2)의 외경(D11)을 규정하는 돌출부(2.30)에 의하여 본체(2)의 후방 단부(2.26)를 향하여 한정되는, O-링(미도시)에 대해 원주 방향으로 연장하는 홈(2. 10)이 형성되며, 본체(2)의 외경(D12)을 규정하는 노즐 홀더(미도시)에 대해 전방 단부(2.24)에 조심면(A11)이 형성된다. 또한, 외면은 전방 단부(2. 24)를 향해 제1 부분(2.1)에 직접 인접하고 축방향 길이(L2)를 가지는 제2 부분(2.2)을 가지며, 제1 부분(2.1)에 대한 경계에서 노즐 홀더(미도시)에 대한 축방향 정지면(B11)을 가지며, 본체(2)의 외경(D21)을 규정하고, 본체의 전방 단부(2.24)를 향하여 적어도 부분적으로 실질적으로 원추형으로 테이퍼된다.

제1 부분(2.1)과 제2 부분(2.2) 사이 경계와 홈(2.10) 사이에, 외면(2.22)의 제1 부분(2.1)은 이와 같이 외면(A13), 특히 큰 외면(A13)을 가지며, 이는 노즐이 플라즈마 아크 토치 헤드(미도시) 내에 고정될 때 냉매와 접촉될 수 있어, 그 결과 냉각이 향상된다.

이 실시예에서 직경(D12)이 22.8mm이며 이 실시예에서 직경(D11)이 20.8mm이므로, 차이는 D12 - D11 = 2mm이다. 또한, 그 결과로서, (D12 - D11)/(D12)=0.088이다.

또한 도 1로부터 외경(D12)이 제1 부분(2.1)의 최대 외경이고 외경(D21)이 제2 부분(2.2)의 최대 외경이며, 제1 부분(2.1)의 최대 외경(D12)은 제2 부분(2.2)의 최대 외경(D21)보다 더 작음이 명확하다. 또한, 홈(2. 10)의 좌(D11) 및 우(D12a)로의 도 1의 본체(2)의 외경은 동일하며, 즉, D11=D12a인 것을 의미한다.

또한, 외면(2.22)의 제2 부분(2.2)에 외면(2.22)의 제1 부분(2.1)과 유체 연통하는 채널(B13)이 형성된다. 채널(B13)은 또한 제1 부분(2.1)으로 적어도 부분적으로 연장할 수 있다.

L12=8.2mm, L13=2.3mm이며 L1=10.5mm이면, 그 결과, L12/L13=8.2mm/2.3mm =3.565이며 L12/L1=0.781이면 D12/L1=2.171이다.

도 2는 전체 축방향 길이(L)의 본체(2), 내면(2.20)과 외면(2.22), 전방 단부(2.24)와 후방 단부(2.26) 및 전방 단부(2.24)에 노즐 구멍(2.28)을 포함하는 액체-냉각 플라즈마 아크 토치 헤드(미도시)용 노즐을 도시한다. 또한, 본체(2)는 전방 단부(2.24)에 홈(2.38)을 가진다. 홈(2.38)에서, 노즐이 플라즈마 아크 토치에 고정될 때, 노즐과 노즐 캡(3) 사이 공간을 밀봉하기 위하여 O-링(2.40)이 배치된다(도 4 및 도 5 참조).

후방 단부(2.26)로부터 이어지는, 본체(2)의 외면(2.22)은 축방향 길이(L1)를 가진 실질적으로 원통형 제1 부분(2.1)을 가지며, 여기서 본체(2)의 후방 단부(2.26)에는 O-링(미도시)을 위한 원주 방향으로 연장하는 홈(2.10)이 형성되고 이는 본체(2)의 외경(D11)을 규정하는 돌출부(2.30)에 의하여 본체(2)의 후방 단부(2.26)를 향하여 한정되며, 또한 상기 외면(2.22)는 본체(2)의 외경(D12)을 규정하는 노즐 홀더(미도시)용 전방 단부(2.24)에서의 조심면(A11)을 포함한다.

더욱이, 외면(2.22)은 축방향 길이(L2)를 갖고 전방 단부(2.24)를 향하여 직접 인접하는 제2 부분(2.2)을 가지며, 이는 제1 부분(2.1)으로의 경계에서 본체(2)의 외경(D21)을 규정하는 노즐 홀더용 축방향 정지면(B11)을 가지며, 본체(2)의 전방 단부(2.24)를 향하여 적어도 일 부분 실질적으로 원추형으로 테이퍼된다. 치수(D12 및 D11)에 대해, 도 1 도시 노즐에 대해서와 같이 동일한 값과 비율 또는 차이가 적용된다. 그러나, 제1 부분(2.1)의 외면(2.22)에는, 추가적인 홈(2.11)이 형성된다. 이는 바람직하게 적어도 3㎟의 단면적을 가진다. 또한, 본체(2)의 원주 방향으로 바람직하게 연장한다. 추가 홈(2.11)은 본체(2)의 원주 방향으로 연장하는 전방 돌출부(2.34)에 의하여 본체(2)의 전방 단부(2.24)를 향하여 한정되고 그 외면은 조심면(A11)에 의하여 형성되고, 추가 홈(2.11)은 본체(2)의 원주 방향으로 연장하는 후방 돌출부(2.36)에 의하여 본체(2)의 후방 단부(2.26)를 향하여 한정되고 그 외면은 조심면(A12) 또는 영역에 의하여 형성된다. L12/L13, L12/L1 및 D12/L1에 대해 도 2에 도시된 노즐에 동일한 값들이 적용된다.

도 2로부터 또한 알 수 있는 바와 같이, 전방 돌출부(2.34)는 본체(2)의 국부 최대 외경(D12)을 규정하고, 후방 돌출부(2.36)은 본체(2)의 국부 최대 외경(D12)을 규정한다. 즉, 전방 및 후방 돌출부(2.34 및 2.36)들의 국부적인 최대 외경들은 이 예에서 동일한 크기이다. 그러나, 전방 및 후방 돌출부들의 국부적인 최대 외경들은 동일한 크기일 필요는 없다. 그러나, 원칙적으로 후방 돌출부(2.36)는 전방 돌출부(2.34)보다 더 크지 않아야 한다. 동일한 외경을 가지는 전방 및 후방 돌출부(2.34 및 2.36)는 이 노즐에서 노즐이 고정될 때 노즐 홀더(미도시)에 접촉하는 두 개의 접촉면들이 있음을 의미한다. 이들은 조심면(a11)과 영역 또는 조심면(A12)이다.

도 2로부터 유사하게 도시될 수 있는 바와 같이, 제2 부분(2.2)은 추가 홈(2.11)과 유체 연통하는 홈(B12)을 가진다. 홈(B12)은 또한 제1 부분(2.1) 내에 적어도 부분적으로 연장할 수 있다.

도 3은 세로방향 축(M1)을 따라 전체 축방향 길이(L)를 갖는 본체(2), 내면(2.20)과 외면(2.22), 전방 단부(2.24)와 후방 단부(2.26) 및 전방 단부(2.24)에 노즐 구멍(2.28)을 포함하는 액체-냉각 플라즈마 아크 토치용 노즐을 도시한다. 후방 단부(2.26)에서 시작해서, 본체(2)의 외면(2.22)은 도 2에 도시된 노즐의 제1 부분(2.1)과 같은 특징을 갖는 제1 부분(2.1) 및 전방 단부(2.24)를 향하여 제1 부분(2.1)에 직접 인접하는 축방향 길이(L2)를 갖는 제2 부분(2.2)을 가진다. 제2 부분(2.2), 특히 전방 단부(2.24)는 예로서 다르게 구성된다. 전방 단부(2.24)에서, 도 2의 본체와 대조적으로, 본체(2)는 홈(2.38)을 가지지 않는다. 도 3의 노즐이 플라즈마 아크 토치 헤드에 고정된 형태는 도 6에 도시된다. 여기서 노즐과 노즐 캡(3) 사이의 공간의 밀봉은 노즐과 노즐 캡(3)의 금속면들 사이의 접촉에 의하여 달성된다. 또한, 노즐 또는 본체의 다른 내부 형상이 예로서 도시된다. 이 노즐은 예컨대, 간접 작동을 위하여 사용될 수 있다.

도 4는 도 1의 노즐을 구비한 액체-냉각 플라즈마 아크 토치 헤드를 도시한다. 노즐의 본체(2)는 노즐 홀더(7)에 고정되고 노즐 캡(3)에 의하여 제 위치에 유지된다. 전극(1)은 본체(2)의 내부 공동에 배치된다. 전극(1)과 본체(2) 사이에는 플라즈마 가스(PG)용 플라즈마 가스 도관이 구비되고, 가스는 플라즈마 가스 도관(4)을 통과하여 흐르고, 이어서 전극(1)과 노즐 사이의 공간을 통과하고 최종적으로 노즐 구멍(2.28)으로부터 배출된다. 또한, 플라즈마 아크 토치 헤드에는 노즐커버 가드 브래킷(8)에 의하여 유지되는, 노즐커버 가드(5)가 구비된다. 노즐 캡(3)과 노즐커버 가드(5) 사이에는 제2 가스(SG)용 제2 가스 도관(6)이 구비된다. 제2 가스(SG)는 제2 가스 도관(6)의 구멍(미도시)들을 통해 흐르고, 이어서 노즐 캡(3)과 노즐커버 가드(5) 사이의 공간을 통과하며 최종적으로 노즐커버 가드(5)의 전방 구멍(5.1)을 통해 배출된다. 노즐과 노즐 캡(3)이 하나의 부품으로서 구성될 수도 있다. 또한 플라즈마 아크 토치 헤드가 제2 가스 없이 작동될 수 있다. 이어서, 통상, 노즐커버 가드가 없고, 노즐커버가드 브래킷이 없으며, 제2 가스 도관이 없을 수 있다.

냉매는 노즐 홀더(7)를 통과하는 냉매 흡입구(WV)를 통해 흐르고, 노즐 홀더(7)와 노즐 사이의 공간(10)을 통해 흐르며, 이어서 냉매 복귀라인(WR)을 통해 다시 복귀해서 흐르기 전에, 노즐의 채널(B13)을 통해 흘러서 노즐과 노즐 캡(3) 사이 공간으로 흐른다.

본체(2)의 제1 부분(2.1)은 노즐 홀더(7) 내에 삽입된다.

공정에서, 본체(2)의 축방향 정지면(B11)은 노즐 홀더(7)의 축방향 정지면(B71)을 접한다. 이와 같이, 플라즈마 아크 토치 헤드의 세로방향 축(M)을 따라 본체 또는 노즐의 배치가 결정된다. 본체(2)의 조심면(A11)과 노즐 홀더(7)의 조심면(A71)이 노즐 홀더(7)에서의 본체(2) 또는 노즐의 조심(centering)을 결정한다. 이러한 배치에 의하여, 양호한 조심이 달성된다. 이미 설명된 바와 같이, 냉매는 본체(2) 또는 노즐과 노즐 홀더(7) 사이의 공간(10)을 통해 흐른다. 그 공간은 노즐 홀더(7)의 면(A71)과 노즐의 면(A13) 및 홈(2.10)의 O-링(2.42) 및 정지면(B11 및 B71)들에 의하여 형성되고 여기서 해당 노즐 부분의 전체 외측 둘레를 둘러싼다. 따라서, 그 결과 노즐의 더 큰 외면(A13)이 냉매와 접촉하므로, 냉각을 향상시킨다. 또한, 본 발명의 솔루션에 의하여 홈(2.10)의 O-링(2.42)에 대한 손상은 피해지는 것이 명확해진다. 여기서, 예컨대, 조심면(A71)에 돌출부들이 형성되는 것이 특히 중요하다.

도 5는 도 2의 노즐을 구비한 액체-냉각 플라즈마 아크 토치 헤드를 도시한다.

노즐의 본체(2)는 노즐 홀더(7)에 고정되고 노즐 캡(3)에 의하여 유지된다. 전극(1)은 본체(2)의 내부 공동에 배치된다. 전극(1)과 본체(2)사이에 플라즈마 가스(PG)용 플라즈마 가스 도관(4)이 구비되고, 가스는 플라즈마 가스 도관(4)을 통해 흐르고, 이어서 전극(1)과 노즐 사이의 공간을 통과해, 그리고 최종적으로 노즐 구멍(2.28)으로부터 배출된다. 또한, 플라즈마 아크 토치 헤드에는 노즐 커버가드(5)가 구비되고, 이는 노즐커버 가드 브래킷(8)에 의해 유지된다. 노즐 캡(3)과 노즐커버 가드(5) 사이에는 제2 가스(SG)용 제2 가스 도관(6)이 배치된다. 제2 가스(SG)는 제2 가스 도관(6)의 구멍(도시 없음)들을 통해 흐르고, 이어서 노즐 캡(3)과 노즐커버 가드(5) 사이의 공간을 통과해 그리고 촤종적으로 노즐커버 가드(5)의 전방 구멍(5.1)을 통해 최종적으로 배출된다. 또한, 노즐과 노즐 캡(3)을 하나의 부품으로 구성될 수 있다. 또한, 플라즈마 아크 토치 헤드가 제2 가스 없이 작동될 수 있다. 이어서, 통상, 노즐커버 가드가 없고, 노즐커버가드 브래킷이 없으며, 제2 가스 도관이 없을 수 있다.

또한 도 3과 관련해서 설명되었던 바와 같이, 도 6의 플라즈마 아크 토치 헤드에 사용된 노즐은 도 2의 노즐에 유사하나, 차이들이 있으며, 이 예에서 구체적으로 전방 영역의 시일과 관련해서 차이가 있다. 도 2 또는 5의 노즐에서와 같이, 홈(2.38)이 없고 또는 홈에 삽입되는 O-링(2.40)도 없다. 간접 작동이 또한 가능하므로, 노즐과 노즐 캡 사이의 접촉 영역의 전류 및 열 전달은 특히 중요한 데, 통상 100A을 초과하는 높은 전류 때문이다.

냉매는 노즐 홀더(7)를 관통하는 냉매 흡입구(WV)를 통해 흐르고, 홈(2.11)과 조심면(A71)에 의하여 형성된, 노즐 홀더(7)와 노즐 사이의 공간(10)을 통해 흐르고, 이어서 냉매 복귀라인(WR)을 통해 다시 복귀해서 흐르기 전에, 홈(2.11)에 유체 연통하는 노즐 또는 본체(2)의 홈(B12)을 통해 흘러, 노즐과 노즐 캡(3) 사이 공간으로 흐른다.

조심(centring)은 도 4에서보다 도 5 및 6에 따른 장치에서 보다 잘 이루어지는 데, 노즐이 노즐 홀더(7)의 면 (A71)과 면(A11 및 A21)을 통해 조심되기 때문이다. 노즐 또는 본체와 노즐 홀더(7) 사이의 접촉 면적이 더 넓어지면, 노즐과 노즐 홀더(7) 사이의 열 전달 및 전류 전달이 추가해서커진다. 또한, 홈(2.10)에서의 O-링(2.42)의 손상은 없다(도 3 참조).

상기 상세한 설명, 도면 및 특허청구범위에 개시된 본 발명의 특징은 개별적으로 또는 어떤 조합으로 다양한 실시예로 본 발명에 적용될 수 있음은 당연한 것이다.

1: 전극
2: 본체
2.1: 제1 부분
2.10: 홈
2.2: 제2 부분
2.20: 내면
2.22: 외면
2.24: 전방 단부
2.26: 후방 단부
2.28: 노즐 구멍
2.30: 돌출부
2.32: 에지 라인
2.34: 전방 돌출부
2.36: 후방 돌출부
2.38: 홈
2.40, 2-42: O-링
3: 노즐 캡
4: 플라즈마 가스 도관
5: 노즐 커버가드
6: 제2 가스도관
7: 노즐 홀더
8: 노즐커버 가드브래킷
10: 공간
A11: 조심면(centring surface)
A12: 영역
A13: 외면
A71: 조심면(centring surface)
B11: 축방향 정지면
B12: 홈
B13: 채널
B71: 축방향 정지면
D11, D12, D21, D12a; 외경
D13: 직경
L : 전체 축방향 길이
L1, L2: 축방향 길이
L12, L13, L14: 길이
M, M1: 세로방향축
WR: 냉매 복귀라인
WV: 냉매 흡입구

Claims (21)

1. 전체 축방향 길이(L)를 갖는 본체(2), 내면(2. 20)과 외면(2. 22), 전방 단부(2. 24)와 후방 단부(2. 26) 및 전방 단부(2. 24)에 노즐 구멍(2. 28)를 포함하는 액체-냉각 플라즈마 아크 토치 헤드용 노즐로서,
   상기 후방 단부(2. 26)에서 시작하는 상기 본체(2)의 외면(2.22)은 축방향 길이(L1)를 갖는 실질적으로 원통형 제1 부분(2.1)을 가지며, 상기 본체(2)의 후방 단부(2. 26)에는 내부에 O-링이 배치되거나 또는 O-링 (2. 42)을 위한 원주방향으로 연장하는 홈(2.10)이 형성되고, 이 홈(2.10)은 상기 본체(2)의 제1 외경(D11)을 규정하는 돌출부(2. 30)에 의하여 상기 본체(2)의 후방 단부(2. 26)를 향하여 경계가 정해지며, 전방 단부에 본체(2)의 제2 외경(D12)을 규정하는 노즐 홀더(7)를 위한 조심면(A11)이 형성되고,
   상기 제2 외경(D12)은 제1 부분(2.1)의 최대 외경이며,
   상기 본체(2)의 외면(2.22)은 전방 단부(2. 24)를 향하여 인접해서 축방향 길이(L2)를 가진 제2 부분(2.2)를 가지며, 상기 제2 부분(2.2)는 제1 부분(2.1)에 대한 경계에서 노즐 홀더용 축방향 정지면(B11)을 규정하고, 상기 본체(2)의 제3 외경(D21)을 규정하며, 상기 본체(2)의 전방 단부(2. 24)를 향하여 적어도 일부분에서 실질적으로 원추형으로 테이퍼되며, 여기서:
   D12 - D11 ≥ 1.5mm,
   및/또는,
   (D12 - D11)/D12 ≥0.07 이고,
   상기 노즐 홀더(7)에 삽입되는 노즐 또는 본체(2)는 본체(2)의 조심면(A11)을 통해 조심되는(centred), 액체-냉각 플라즈마 아크 토치 헤드용 노즐.
2. 전체 축방향 길이(L)를 갖는 본체(2), 내면(2. 20)과 외면(2. 22), 전방 단부(2. 24)와 후방 단부(2. 26) 및 전방 단부(2. 24)에 노즐 구멍(2. 28)를 포함하는 액체-냉각 플라즈마 아크 토치용 노즐로서,
   상기 후방 단부(2. 26)에서 시작하는 상기 본체(2)의 외면(2.22)은 축방향 길이(L1)를 갖는 실질적으로 원통형 제1 부분(2.1)을 가지며, 상기 본체(2)의 후방 단부(2. 26)에는 내부에 O-링이 배치되거나 또는 O-링 (2. 42)을 위한 원주방향으로 연장하는 홈(2.10)이 형성되고, 이 홈(2.10)은 상기 본체(2)의 제1 외경(D11)을 규정하는 돌출부(2. 30)에 의하여 상기 본체(2)의 후방 단부(2. 26)를 향하여 경계가 정해지며, 전방 단부에는 본체(2)의 제2 외경(D12)을 규정하는 노즐 홀더(7)용 조심면(A11)이 형성되고,
   상기 제2 외경(D12)은 제1 부분(2.1)의 최대 외경이며,
   상기 본체(2)의 외면(2.22)은 전방 단부(2. 24)를 향하여 인접해서 축방향 길이(L2)를 가진 제2 부분(2.2)를 가지며, 상기 제2 부분(2.2)는 제1 부분(2.1)에 대한 경계에서 노즐 홀더(7)용 축방향 정지면(B11)을 규정하고, 상기 본체(2)의 제3 외경(D21)을 규정하며, 상기 본체(2)의 전방 단부(2. 24)를 향하여 적어도 일부분에서 실질적으로 원추형으로 테이퍼되며,
   여기서, 제2 부분(2.2)의 축방향 정지면(B11)과 홈(2.10)의 최근 에지 라인(2.32) 사이의 거리(L12)와 상기 에지 라인(2.32)과 본체(2)의 후방 단부(2.26) 사이의 거리의 길이(L13)에 대해,
   L12/L13 ≥3, 또는 L12/L13 ≥3.3 이며,
   및/또는
   제2 부분(2.2)의 축방향 정지면(B11)과 홈(2.10)의 최근 에지 라인(2.32) 사이의 거리(L12)와 제1 부분(2. 1)의 길이(L1)에 대해,
   1> L12/L1 ≥0.75, 또는 1> L12/L1 ≥0.77이며,
   및/또는 D12/L1≤2.3이고,
   상기 노즐 홀더(7)에 삽입되는 노즐 또는 본체(2)는 본체(2)의 조심면(A11)을 통해 조심되는(centred), 액체-냉각 플라즈마 아크 토치용 노즐.
3. 삭제
4. 청구항 1 또는 2에 있어서, 제3 외경(D21)은 제2 부분(2.2)의 최대 외경인 것을 특징으로 하는 노즐.
5. 청구항 1 또는 2에 있어서, 제1 부분(2.1)의 최대 외경은 제2 부분(2.2)의 최대 외경보다 더 작은 것을 특징으로 하는 노즐.
6. 청구항 1 또는 2에 있어서, 제1 부분(2.1)의 외면(2.22)에는 적어도 하나의 추가 홈(2.11)이 형성된 것을 특징으로 하는 노즐.
7. 청구항 6에 있어서, 적어도 하나의 추가 홈(2.11)은 적어도 3 ㎟의 단면적을 가지는 것을 특징으로 하는 노즐.
8. 청구항 6에 있어서, 추가 홈(2.11)은 본체(2)의 원주 방향으로 연장하는 것을 특징으로 하는 노즐.
9. 청구항 6에 있어서, 추가 홈(2.11)은 20°내지 360°범위의 각도로 본체(2)의 원주 방향으로 연장하는 것을 특징으로 하는 노즐.
10. 청구항 6에 있어서, 추가 홈(2.11)은 본체(2)의 원주 방향으로 연장하고 그 외면이 조심면(A11)에 의하여 형성되는 전방 돌출부(2.34)에 의하여 본체(2)의 전방 단부(2.24)를 향하여 한정되고, 및/또는 추가 홈(2.11)은 본체(2)의 원주 방향으로 연장하는 후방 돌출부(2.36)에 의하여 본체(2)의 후방 단부(2.26)를 향하여 한정되는 것을 특징으로 하는 노즐.
11. 청구항 10에 있어서, 전방 돌출부(2.34)는 본체(2)의 제2 외경 또는 국부적인 최대 외경을 규정하고 후방 돌출부(2.36)는 제2 외경 또는 국부적인 최대 외경을 규정하며, 전방 돌출부(2.34) 및 후방 돌출부(2.36)의 제2 외경 또는 국부적인 최대 외경은 동일하거나 또는 최대 0.2mm 만큼 서로 다른 것을 특징으로 하는 노즐.
12. 청구항 1 또는 2에 있어서, 외면(2.22)의 제2 부분(2.2)에는 외면(2.22)의 제1 부분(2.1)에 유체 연통하는, 적어도 하나의 홈 및/또는 천공된 홀 및/또는 요입부 및/또는 다른 개구 및/또는 채널이 형성된 것을 특징으로 하는 노즐.
13. 청구항 1 또는 2에 있어서, 외면(2.22)의 제2 부분(2.2)에는 외면(2.22)의 제1 부분(2.1) 내 추가 홈(2.11)에 유체 연통하는, 적어도 하나의 홈 및/또는 천공된 홀 및/또는 요입부 및/또는 다른 개구 및/또는 채널이 형성된 것을 특징으로 하는 노즐.
14. 청구항 1 또는 2에 있어서, 내부에 배치된 O-링을 구비한 홈(2.10) 또는 O-링용 홈(2.10)과 축방향 정지면(B11) 사이 본체(2) 외면(2.22)에는 노즐 홀더에 연결되는 둘레 수용 영역이 형성되는 것을 특징으로 하는 노즐.
15. 청구항 1 또는 2에 있어서, 내부에 배치된 O-링을 구비한 홈(2.10) 또는 O-링용 홈(2.10)과 추가 홈(2.11) 사이 본체(2)의 외면(2.22)에는 노즐 홀더에 연결되는 둘레 수용 영역이 형성되는 것을 특징으로 하는 노즐.
16. 청구항 14에 있어서, 수용 영역은 적어도 하나의 반경 돌출부 및/또는 적어도 하나의 반경 요입부가 형성된 것을 특징으로 하는 노즐.
17. 청구항 1 또는 2에 따른 따른 노즐 및 노즐 홀더의, 조립체.
18. 청구항 17에 있어서, 노즐 홀더는 그 연결 측에 노즐의 축방향 정지면(B11)에 접하는 유지 링 면을 구비하거나, 유격이 없이 노즐의 조심면(A11)에 접촉 지지되는 내면을 가진 원통 벽을 가지는 것을 특징으로 하는 조립체.
19. 청구항 18에 있어서, 원통벽의 내면에서, 노즐 홀더는 노즐의 수용 영역에 상보적인 수용 영역을 가지는 것을 특징으로 하는 조립체.
20. 청구항 1 또는 2에 따른 노즐을 포함하는 액체-냉각 플라즈마 아크 토치 헤드.
21. 청구항 1 또는 2에 따른 노즐을 포함하는 액체-냉각 플라즈마 아크 토치.
    
    

Images