KR20010000115A - 휴대용 교류 아크 용접기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 절연 및 열전달매질로 사용되는 파라핀 왁스와, 화학 첨가제 또는 열전도성이 우수한 열전달물질을 섞어서 이루어진 매질을 이용하여 용접시 발생하는 열을 빠르게 분산,전달시킴으로써 우수한 용접효율이 발휘되도록 용접 사용률을 향상시킨 휴대용 교류 아크 용접기에 관한 것으로, 열의 전달 및 방출이 쉽게 이루어지도록 표면적이 넓게 형성된 다수의 핀이 내,외측면에 형성되어 있는 용기 몸체와, 상기 용기 몸체의 내측 중앙에 삽입되고, 다수의 권선이 감겨진 변압기와, 상기 용기 몸체의 상부에 설치되며, 상기 변압기와 전기적으로 연결되는 다수의 단자가 구비된 뚜껑과, 상기 변압기에서 발생한 열을 절연하거나 용기 외부로 방출시키기 위해 상기 변압기가 잠기도록 용기 내부에 채워진 냉매로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

휴대용 교류 아크 용접기{A portable AC arc welding machine}

본 발명은 용접 사용률이 우수한 휴대용 교류 용접기에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 절연 및 열전달매질로 사용되는 파라핀 왁스와, 화학 첨가제 또는 열전도성이 우수한 열전달물질을 섞어서 이루어진 매질을 이용하여 용접시 발생하는 열을 빠르게 분산,전달시킴으로써 우수한 용접효율이 발휘되도록 용접 사용률을 향상시킨 휴대용 교류 용접기에 관한 것이다.

현재 사용되는 있는 휴대용 교류 용접기는 용접을 하는 동안 용접기 내부의 전기적 저항으로 인하여 과도하게 뜨거워진다. 이러한 전기적 저항으로 인한 내부손실들은 용접기의 사용효율을 저하시키는 주요 원인이되므로 용접기를 사용하는 도중 과열이 되면 용접기의 사용을 중지하여야 한다.

이때, 용접기의 냉각이 잘 이루어지 않고, 과열상태를 유지하는 경우, 용접기의 고장을 불러오고, 수리 또는 교환을 해야 한다.

따라서, 상기와 같이 용접기의 과열을 방지하기 위한 수단으로 공기를 공급하는 팬(fan)을 이용하는 경우가 제시되어 있기도 하다.

그러나, 상기와 같이 팬(fan)이 적용된 교류 용접기는 전체의 부피가 커서 휴대용으로 사용하기에 어려움이 있었으며, 용접기의 효율은 거의 30% - 40%이고, 효율이 50%이상에 이르도록 하는 것은 대단히 어렵다. 왜냐하면, 용접시 용접기에 발생하는 내부저항에 의해서 출력부하가 없는 동안에도 교류전원에 연결되어 열이 발생되고, 그 열로 인하여 용접시간의 20% - 50%는 작업할 수 있는 시간이 되고, 나머지 80% - 50%는 용접기를 냉각시켜야 하기 때문이다.

이를 위하여, 좀 더 개발된 휴대용 용접기로서, 미국특허 제 4,694,140호에 "교류 용접기"가 개시되어 있다.

계속해서, 상기에 개시된 종래의 기술을 좀 더 살펴보기로 한다.

도 1은 종래의 미국특허 제 4,694,140호에 개시된 교류 용접기를 보여주는 사시도이고, 도 2는 종래의 휴대용 교류 아크 용접기의 외부 냉각수단을 보여주는 사시도이다.

우선, 종래에 개시된 용접기(10)는 변압기 오일이나 녹여진 왁스와 같은 냉매(16)를 담고 있는 저장조(14)가 구비되고, 상기 저장조(14)에 담겨진 왁스는 내부 순환온도인 낮은 용융온도를 가진 어떠한 종류의 왁스여도 된다.

상기 저장조(14)는 가스켓(20)에 의해서 봉합되어 지는 뚜껑(18)에 의해서 닫혀 진다. 그리고, 상기 뚜껑(18)은 캡 스크류나 볼트(22)와 홀(24)과 나사홀(26)에 의해서 결합관계를 갖는다.

뚜껑(18)은 전기적으로 절연된 다수의 잭(28,30,32,34)를 구비한다.

파워 변압기(12)는 코어(70)의 중앙에 관통된 중심공(72)을 가지고 있고, 1차 권선(48)과 2차 권선(50)이 각각 이격되어 감겨져 있다.

상기와 같은 파워 변압기(12)는 상기 저장조(14)내부에 설치되어 진다.

위에서 언급된 용접기는 이동할 수 있는 뚜껑을 가진 액체용 강체 탱크와, 상기 탱크내에 위치한 파워 변압기와, 열린 관모양의 중심을 가진 원주형 코어가 형성되고, 상기 코어를 절연소재가 감싸고, 상기 절연소재위로 1차 권선이 감기며, 상기 감겨진 1차 권선위로 다공 절연소재가 감싸지고, 상기 다공 절연소재 위로 2차 권선이 감겨짐과 동시에 1,2차 권선의 끝단이 탱크 외부로 인출되도록 감겨지는 상기 파워 변압기와, 상기 파워 변압기가 잠기도록 탱크내에 채워진 절연매체와, 상기 파워 변압기가 운전에 있을 때는 최소한 액체상태이고, 상기 2차 권선의 끝단으로부터 확장된 한 쌍의 용접 케이블과, 상기 1차 권선의 끝단에 전기적으로 연결된 전원을 포함하도록 이루어져 있다.

또한, 상기 용접기는 도 2에 도시된 바와 같이, 저장조(14)의 냉각매체와 함께 외부 냉각수단(102)을 더 구비한다.

외부 냉각수단(102)은 콘테이너 내부에 있는 액체와, 유체의 유입과 유출을 자유로운 라디에이터와, 상기 라디에이터의 유입쪽에 1차 도관이 연결된 콘테이너와, 상기 라디에이터를 통하여 상기 콘테이너로 부터 액체를 순환시키고 되돌려 보내기 위한 펌핑수단과, 상기 라디에이터를 가로질러 공기를 유입하기 위한 팬과, 상기 팬과 상호 교섭하고 상기 라디에이터의 유출쪽에 연결되는 2차 도관으로 이루어져 있다.

상기 외부 냉각수단(102)의 동작은 다음과 같다.

외부 냉각수단은 저장조(14)를 유출입하는 1,2차 도관(104,16)을 구비하고, 뜨거워진 냉매(16)는 저장조(14)로부터 도시하지 않은 일반 모터에 의해 펌핑되어 지고, 라디에이터(112)를 흘러서 냉각이 이루어져 되돌아 온다. 이때, 상기 팬(114)은 상기 라디에이터(112)를 통하여 펌핑되어지는 가열된 냉매(16)를 냉각시키기 위해 라디에이터(112) 핀(111)을 엇갈리도록 설치되어 공기를 흡입함으로써 가열된 냉매(16)를 냉각시킨다.

그러므로, 도 1이나 도 2의 고안에 의해 100% 작업 사이클이 달성되어 질 수 있는 것이다.

그러나, 상기와 같이 왁스를 내부에 채워서 냉매로 이용하도록 이루어진 종래의 용접기는 왁스의 냉매로서의 열전도도가 낮아 왁스가 녹아 액체가 된 후에는 변압기에서 발생한 열을 전도에 의해서 전달하기 보다는 대류에 의해서 용기의 몸체로 전달할 수 있어야 하나 밀페된 용기 몸체 내에는 변압기가 수납되어 있으므로 용접기의 내부 구조상 왁스의 원할한 대류 현상을 기대할 수 없었다.

따라서, 왁스를 냉매로서 사용하는 경우에는 상기 용접기의 용기를 아주 크게 만들고, 그 안에 채워진 왁스의 체적이 변압기의 체적에 비해 아주 커지게 되어 상기 변압기에서 발생하는 열의 양을 다 흡수하여도 온도(변압기의 부품들을 소손시키지 않을 정도의 온도)가 크게 증가하지 않을 만큼 즉, 온도를 유지할 수 있는 정도로 열용량이 충분한 경우가 아니면 작은 용접기의 몸체 내부에 채워진 왁스만으로는 용접기 내부의 온도가 일정온도 이상으로 올라가는 것을 막을 수가 없어서 사용률의 저하를 초래하였던 것이 종래의 휴대용 교류 용접기의 문제점이었다.

또한, 상술한 바와 같이 개시된 미국특허 제 4,694,140호에 의하면, 용접기의 외부에 별도의 팬과 라디에이터를 이용한 외부 냉각수단을 사용하는 구조를 도시하였으나 이러한 경우에는 구조 자체적으로 크기와 부피가 커져서 휴대하기가 어려우므로 휴대용으로 사용할 수 없는 문제점이 있었다.

그리고, 미국특허 제 4,694,140호에 의한 상기 도 1및 도 2에 도시된 구성에 의하면, 용접기의 사용률이 100% 달성되어 질 수 있다고 기술되어 있고, 용접기의 용접효율이 80 ~ 90% 이른다고 기술되어 있으나 이는, 상기 냉매로서의 왁스가 지니는 열전도도의 측면을 고려하지 않은 상태라고 할 수 있다. 왜냐하면, 왁스의 열전도도는 0.234 (W/m ㆍK)로 상당히 낮아 용접기의 저장조 내에서 발생한 열을 효과적으로 방출하지 못하는 단점이 있기 때문이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 절연 및 열전달 매질로서 왁스만을 사용할 때의 문제점 즉, 낮은 열전도도로 인해 변압기에서 발생하는 열을 용기 벽으로 원할하게 전달하지 못하는 단점을 해결하여 용접기의 내부에서 발생한 열을 효과적으로 빨리 용기 몸체로 전달함으로써 용접기의 사용률을 높이기 위한 휴대용 교류 아크 용접기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 파라핀 왁스와 유-무기 하이브리드 화합물을 첨가, 혼합하여 열전도성을 증가시키고, 용접기의 내부에 열전도도를 향상시키기 위한 물질을 첨가하여 열전도성을 크게 향상시킬 수 있는 휴대용 교류 아크 용접기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한 본 발명의 목적은, 상온에서 휴대의 편의성은 그대로 유지하되 용접기를 사용할 때(아아크 발생시) 변압기에서 발생하는 열을 용접기의 용기 몸체로 빨리 전달함으로써 아크 발생시간의 비율 즉, 용접기의 사용률을 대폭 증가시켜 휴대용 교류 아크 용접기의 성능을 향상시키는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 휴대용 교류 용접기를 보여주는 사시도

도 2는 종래의 휴대용 교류 용접기의 외부 냉각수단을 보여주는 사시도

도 3은 본 발명의 휴대용 교류 아크 용접기를 보여주는 분해 사시도

도 4는 본 발명의 뚜껑을 열었을 때의 용접기를 보여주는 단면도

도 5는 도 4의 평면도

도 6은 본 발명의 뚜껑에 안전휴즈가 설치된 상태를 보여주는 사시도.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 몸체 12,13 : 핀(fin)

14 : 왁스 16 : 백규석

18 : 뚜껑 20 : 입력단자

22 : 출력단자 24 : 그라운드단자

26 : 리크밸브 28 : 입력선

30 : 출력선 32 : 그라운드선

34,35 : 상,하부캡 36 : 코어

38 : 상부 고정구 40 : 상부 부싱

42 : 하부 고정구 44 : 하부 부싱

46 : 안전 휴즈 48 : 변압기

본 발명은 용접기의 몸체 내부에 구비된 변압기가 모재를 용접하기 위한 용접봉 및 클램프와 용접 케이블에 의해 전기적으로 연결되도록 이루어지는 휴대용 교류 용접기에 있어서, 열의 전달 및 방출이 쉽게 이루어지도록 표면적이 넓게 형성된 다수의 핀이 내,외측면에 형성되어 있는 용기 몸체와, 상기 용기 몸체의 내측 중앙에 삽입되고, 다수의 권선이 감겨진 변압기와, 상기 용기 몸체의 상부에 설치되며, 상기 변압기와 전기적으로 연결되는 다수의 단자가 구비된 뚜껑과, 상기 변압기에서 발생한 열을 절연하거나 용기 외부로 방출시키기 위해 상기 변압기가 잠기도록 용기 내부에 채워진 냉매로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 뚜껑에는 상기 변압기의 열에 의해 발생되는 왁스의 가스를 누출시키기 위해 적어도 하나 이상의 리크밸브가 더 구비된다.

상기 용기 내부의 일측부에 설치시키고, 상기 변압기의 중심 윗부분의 온도가 소정의 온도에 이를 때, 입력선과의 연결을 끊어주기 위한 안전휴즈가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기 냉매는 파라핀 왁스와 섞일 수 있는 Mn+(XR)n으로 표현되는 유기-무기 하이브리드 화합물을 첨가 또는 혼합시킨 것을 특징으로 하고, 상기 냉매는 실리카를 주성분으로 하는 백규석을 혼합하여 용기 내부에 채워서 사용하는 것을 특징으로 하고, 상기 냉매는 실리카를 주성분으로 하는 다수의 유리구슬을 혼합하여 용기 내부에 채워서 사용하는 것을 특징으로 하며, 상기 냉매는 열전도성이 뛰어난 금속부재를 혼합하여 용기 내부에 채워서 사용하는 것을 특징으로 한다.

상기 금속부재는 은박판이다.

상기 금속부재는 구리박판이다.

상기 금속부재는 알루미늄 박판이다.

상기 변압기는 입력측에 0.95Ø의 구리 와이어로 코어에 156회에 걸쳐 1차 권취하고, 상기 권취된 코어의 상하부에 상,하부 캡을 끼우고, 출력측에 2.3Ø의 구리 와이어를 이용하여 하이(high)측에는 52회에 걸쳐 권취하고, 로우(low)측에는 47회에 걸치도록 2차 권취하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 용기 몸체의 외측면에 형성된 핀에 별도의 핀부재를 결합하여 표면적을 더 넓게 사용할 수 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 휴대용 교류 용접기를 보여주는 일부 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 뚜껑을 열었을 때의 용접기를 보여주는 단면도이며, 도 5는 도 4의 평면도이고, 도 6은 본 발명의 뚜껑에 안전휴즈가 설치된 상태를 보여주는 사시도이다.

도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 휴대용 교류 용접기를 설명하여 보면, 우선, 용접기의 용기 몸체(10)와, 상기 용기 몸체(10)에 삽입 설치되는 변압기(48)와, 상기 변압기(48)가 삽입된 후, 상기 몸체(10)의 상부에 덮여지도록 고정 설치되는 뚜껑(18)으로 이루어지고, 상기 용접기의 사용시 변압기(48)에서 발생되는 열을 냉각시키기 위해 몸체(10) 내부에 채워진 냉매로 이루어진다.

이때, 상기 몸체(10)의 내,외측면에는 열방출이 용이하도록 표면적이 키워진 다수의 핀(fin)(12,13)이 형성되어 있다. 상기 핀(fin)(12)은 외측면에 형성되어 있는 바, 상단부의 일측이 경사지도록 절단되어 아래로 내려갈수록 표면적이 넓어지도록 형성시키고, 상기 핀(fin)(13)은 내측면에 다수개 형성시켜서 구역을 분할하듯이 형성되어 있다. 상기 외측의 핀(fin)(12)은 방열성을 향상시키기 위해 조립식으로 별도의 핀을 구성하여도 바람직하다. 즉, 도시하지 않은 홈을 형성하여 상기 홈에 결합될 수 있도록 다양한 재질과 형상을 갖는 핀을 형성하여 용접시에 끼워서 사용함으로써 용접 사용률을 향상시킬 수 있는 것이다.

상기와 같이 형성된 용기 몸체(10)의 중앙에는 변압기(48)가 삽입 설치되어 진다.

상기 변압기(48)는 중앙이 관통된 코어(36)의 외측에 전원이 인가되는 입력선(28)이 1차 권선되고, 1차 권선이 이루어진 상기 코어(36)의 상,하부 외측에 상,하부 캡(34,35)이 끼워짐과 동시에 출력선(30)이 그 위에 2차로 권선된다.

상기 상,하부 캡(34,35)은 용접기의 사용시 온도가 250℃가 되어도 변형이 일어나지 않는 수지재질을 사용하였다.

상기 변압기(48)의 상부에는 상부 고정구(38)와 상부 부싱(40)이 얹혀지고, 하부에는 하부 고정구(42)와 하부 부싱(44)이 결합되어 상기 코어(36)의 중앙을 통과하는 롱볼트 등의 고정수단(50)에 의해 체결되어져 고정된다.

상기 상부 고정구(38)와 상부 부싱(40) 그리고 하부 고정구(42)와 하부 부싱(44) 또는 입출력 라인 및 용접기 내부에 사용되는 수지제품 등도 용접기의 온도(250℃)가 충분히 상승하여도 견딜 수 있는 재질을 사용함은 물론이다.

또한, 상기 하부 고정구(42)와 하부부싱(44) 등은 본 발명의 용기 몸체(10)와 일체형으로 제작 가능하다.

그리고, 도 4에서 보여주는 바와 같이, 상기 용기 몸체(10)내부에는 변압기(48)가 잠기도록 냉매를 채운다. 이때, 상기 냉매로는 일반적으로 열전달 및 절연을 위해 왁스(14)를 사용하는데, 본 발명에서는 상기 왁스(14)와 유-무기 하이브리드 혼합물로 이루어진 냉매를 사용하고, 바람직하게는 상기 혼합물 냉매에 실리카 계열의 재료를 사용하며, 특히, 열전도도가 뛰어난 백규석(16)을 첨가하여 사용한다.

또한, 본 발명의 냉매에 첨가되는 재료로로서는 열전도도는 상기 백규석에 비하여 다소 떨어지는 유리구슬을 사용할 수 있으며, 은, 구리, 알루미늄 등의 금속부재를 사용할 수 있다.

상기 휴대용 용접기의 열전달 및 절연을 위하여 사용되는 왁스는 비교적 낮은 온도(45-60℃)에서 녹아 고체가 아닌 액체 상태로 되어 고체상태에 비해 효과적으로 열을 외부로 방출할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 높은 온도에서는 기화하여 사용하는데 문제점이 있으므로 상기 왁스에 무기물을 첨가하여 절연 특성을 유지하면서도 외부로 열을 효과적으로 전달하여 용접기의 사용시간을 늘릴 수 있도록 구성했다. 단, 상기 무기물은 왁스와 섞일 수 있거나 또 섞이지 않는 무기물이다.

특히, 상기 냉매에 첨가되는 금속부재들은 그 끝이 뾰족하지 않도록 가공한 후, 고정시켜서 사용하고, 백규석(16)은 뾰족한 끝을 연마하여 첨가하는 것이 좋다. 왜냐하면, 상기 금속부재나 백규석(16) 등의 뾰족한 끝이 변압기(48)의 부품들을 손상시킬 우려가 있기 때문이다.

또한, 상기 용기 몸체(10)의 상부면에는 뚜껑(18)을 덮어서 볼트,스크류 등의 미도시된 체결수단으로 고정시킨다.

상기 뚜껑(18)에는 일측편에 각각의 입력선(28)이 연결되는 입력단자(20)와 가스를 배출하기 위한 리크밸브(26)가 소정의 거리만큼 이격되어 설치되어 있고, 타측편에는 각각의 출력선(30)이 연결되는 출력단자(22) 및 그라운드단자(24)가 소정의 거리만큼 이격되어 설치되어 있다.

상기 리크밸브(26)는 용접작업시 용기 내부에서 왁스가 기화하면서 발생하는 가스를 배출시키기 위한 것으로 한 개가 설치되어 있으나, 두개 이상이어도 무방하며, 그 위치도 또한 한정되지 않는다.

한편, 상기 용접기 용기 몸체(10) 내부에는 안전휴즈(46)를 설치하고, 상기 안전휴즈(46)의 라인은 상기 입력선(28)과 직렬로 연결하여 상기 용접기 내부의 온도가 200℃ 이상으로 과열되면 전원 공급을 자동적으로 중단시킬 수 있도록 설치한다.

상기 안전휴즈(46)는 용기 몸체(10) 내부 어디라도 좋으나 바람직하게는 상기 변압기(48)의 중심 하부 가까이에 설치하는 것이 좋으며, 상기 변압기의 윗부분 보다는 아래부분에 설치하는 것이 현명하다.

좀 더 구체적으로 설명하면, 입력선(28)에 전원(120V)이 공급되면, 일정시간이 흐른후 변압기(48)의 밑부분 근방은 150℃에 도달하게 된다. 이때, 상기 변압기(48)의 중심 윗부분은 180 ~ 190℃가 된다. 그러므로 상기 안전휴즈(46)를 150℃에서 동작되도록 설치하여 사용하게 되면, 용접기의 내부 온도가 200℃가 넘어 무리하게 과열되는 것을 방지함으로써 즉, 용접기 내부에 설치된 변압기 등의 부품을 소손시킬 수 있는 온도에 도달하기 전에 입력선과의 연결을 차단함으로써 용접기가 소손되어 일어날 수 있는 안전사고를 미연에 예방하게 되는 것이다.

이때, 상기 몸체(10) 내부에 채워진 왁스(14)는 상기 변압기(48)와 접촉하고 있는 부분부터 녹기 시작하고, 녹은 상태에서는 변압기의 중심 윗부분의 온도가 가장 높으며, 그 가운데 부분이 200℃로 상승하게 되는 경우, 용기의 밑부분은 160 - 170℃에 이르게 되나 변압기(48)의 밑부분의 온도는 170℃이상은 절대 올라가지 않는다.

상기 안전휴즈(46)는 바이메탈식 서멀 프로텍터를 사용한다.

그리고 한편으로는, 본 발명의 용접기를 사용하는 도중 용접봉이 접지 금속에 달라붙는 경우가 있는데, 이 시간이 짧을 경우에는 문제가 되지 않으나 길어지는 경우에는 전기적으로 완전 단락상태가 되어 오래 지속되면 정격전류를 훨씬 초과하는 큰 전류(과전류)가 발생한다. 따라서, 상기와 같이 일정시간 지속되어 과부하가 걸릴 때 전원을 끊어 줄 수 있도록 과전류 단속용으로 별도의 안전휴즈(47)를 설치한다. 상기 안전휴즈는 용접기 용기 몸체(10) 외부에 동작되도록 설치함과 아울러 가능하면 근접한 위치 또는 몸체에 삽재토록 구성함으로써 용접기의 소형화를 지향하도록 한다.

또한, 상기 안전휴즈(46)는 용접기의 내부에 설치하지 않고, 도 6에 도시된 바와 같이, 과전류를 단속하기 위한 안전휴즈(47)와 함께 뚜껑(18)의 상부에 설치가능함은 물론이며, 그 위치는 뚜껑의 어느 곳에도 가능하다고 할 것이다.

도 6에 도시되어 있는 바를 참조하여 본 발명의 안전휴즈(46,47)의 구조를 좀 더 구체적으로 살펴보기로 한다.

우선, 상기 뚜껑(18)의 소정의 부위에 제 1단자(50)가 설치되고, 일정 거리 떨어진 위치에 제 2단자(52)가 설치되며, 상기 제 1단자(50)와 제 2단자(52) 사이에는 원통형상의 안전휴즈(46)를 설치한다.

이때, 상기 안전휴즈(46)와 상기 제 1단자(50) 사이에는 과전류를 방지하기 위한 안전휴즈(47)가 끼워져 설치되는 한 쌍의 브라켓(54)이 각각 연결되어 지고, 상기 일측의 브라켓(54)은 제 1단자(50) 상부에 체결되는 고정수단(56)에 의해 고정되고, 타측의 브라켓(54)은 볼트, 너트 등의 고정수단(56)에 의해 체결 고정되어 진다.

그리고, 상기 브라켓(54)과 연결되지 않은 안전휴즈(46)의 타측은 제 2단자(52)의 상부에 끼워져 전기적으로 설치됨과 동시에 고정수단(56)에 의해 체결 고정된다.

또한, 상기 안전휴즈(47)의 하부에는 안전휴즈를 받쳐주기 위해 절연체인 안전휴즈 지지구(58)가 설치되고, 상기 안전휴즈(46,47)의 위에는 보호캡(60)이 씌워진다.

본 발명의 변압기(48)를 좀 더 구체적으로 살펴보면, 코어(36)의 외측에 입력측 1차 라인이 되는 2줄의 입력선(28)이 156회 권선되어져 입력단자(20)와 전기적으로 연결된다. 이때, 상기 입력선(28)의 직경은 0.95Ø이며, 입력시에 120V 또는 220V가 인가되어 진다.

그리고, 상기 코어(36)의 외측 상하부에 각각의 상부 캡(34)과, 하부 캡(35)을 끼우고, 상기 상,하부 캡(34,35)의 외측으로는 출력측 2차 라인이 되는 출력선(30)이 감겨진다. 이때에는 직경 2.3Ø의 구리 와이어를 이용하여 52회 및 47회에 걸쳐서 출력선(30)을 권선시킨 후에 출력단자(24)와 연결시킨다.

상기 출력단자(24)는 하이(High)측 단자와 로우(Low)측 단자로 이루어진다. 상기와 같이 코어(36)에 권선된 출력측의 하이(High)측 출력선(30)에는 무부하시 40V가 출력되고, 로우(Low)측 출력선(30)에는 36V가 출력된다.

이상에서와 같이, 본 발명의 휴대용 용접기는 용기 내에 사용되는 절연 및 냉각매질로 사용되는 왁스가 열전도율(0.234 W/mK)이 낮아 용접기의 사용률을 저하시키는 단점을 보완하기 위해 왁스와 실리카 계열의 백규석 또는 유리구슬을 혼합하여 사용하였다.

또한, 상기와 같이 왁스와 자연산 백규석(SiO₂가 99%이상의 결정질)을 사용하는 이유는 상기 유리구슬(열전도율 0.84W/mㆍ K)에 비하여 단가가 저렴할 뿐 아니라 열전도율(14W/mㆍK)도 아주 우수하기 때문이다.

그리고, 상기 백규석 및 유리 구슬 이외에도 알루미늄 박판 또는 구리 박판 등의 열전도율이 우수한 금속부재를 사용할 수 있음은 부언하지 않더라도 당업자라면 누구라도 쉽게 이용할 수 있는 것이라 할 것이다.

상기와 같이 금속부재의 박판을 이용하는 경우에는 그 부재를 수평 또는 수직으로 다양하게 설치하여도 무방하다.

상술한 바와 같은 본 발명의 휴대용 교류 아크 용접기는 120V일 경우를 설명하였으나, 220V를 채택하여 사용할 수 있음은 당업자라면 당연하다고 할 것이다.

하기에는 상기와 같은 구조로 이루어진 본 발명의 용접기를 테스트했을 때의 다양한 실시예를 참고로 하여 설명하기로 한다.

상기 실시예에 의한 테스트 조건은 다음과 같다.

조건 : 실내온도 16℃에서 용접기 뚜껑을 열어 놓은 상태에서 실제 용접을 할 때와 동일한 조건(1차 무부하 전압: 120, 1차 무부하 전압: 112V, 1차 부하전류: 23A, 2차 무부하전압: 40V, 2차 부하전압: 20V, 2차 부하전류: 70A)에서 실시하였다.

(실시예 1)

1. 파라핀 왁스만 넣었을 경우:

본 발명의 용접기 내부에 변압기를 설치하고, 왁스를 녹인 상태에서 변압기가 잠기도록 변압기 위의 3cm까지 채운다.

그리고, 용접기에 초기 전원을 넣게 되면, 상기 변압기에서는 계속적으로 열이 발생하게 된다.

이때, 상기 변압기 중심의 바로 윗 부분에서 온도를 측정하면, 온도가 계속적으로 상승하여 26분 정도되면 파라핀 왁스의 온도가 200℃로 상승하게 되고, 상기 용기 속의 아랫부분 온도는 위치에 따라 약간의 차이를 보이면서 대략 145 - 150℃의 분포를 이룬다.

상기와 같이, 상기 변압기 윗부분의 온도가 200℃에 달한 후, 바로 전원을 끊어 버린다. 그러면, 용기 내부의 온도가 서서히 하강하게 되는데 상기 변압기 윗부분의 온도는 약 15분 30초 정도가 되면 150℃로 내려가는 것이 측정되었다. 즉, 변압기 윗부분의 온도는 200℃ 상승하는데 결과적으로 26분이 소요되고, 변압기 하부의 아랫부분 온도는 150℃로 하강하는데 15분 30초가 소요된 것이다.

(실시예 2)

2. 파라핀 왁스에 유리구슬을 채운 경우:

상기와 같이 용접기에 초기 전원을 넣은 상태에서 변압기의 온도를 측정하여 보면, 그 중심 윗부분의 온도가 200℃에 도달하는 데에는 34분 정도가 걸렸으며, 이때 용기내의 아랫부분의 온도는 대략 142 - 145℃의 분포를 보이는 것을 측정할 수 있었다.

그리고, 상기와 같이 200℃가 된 상태에서 전원을 끊게되면, 상승했던 온도는 서서히 하강하게 되는데, 상기 변압기 윗 부분의 온도가 150℃로 내려가는 데 약 14분이 소요됨을 측정결과 알 수 있게 되었다.

계속해서, 본 발명이 용접기에 사용되는 냉각 수단으로 백규석을 사용하는 경우를 실시예로서 설명하기로 한다.

(실시예 3)

3. 파라핀 왁스에 백규석을 채운 경우:

마찬가지로 본 발명의 용접기에 초기 전원을 넣으면 상기 변압기가 서서히 과열되어 변압기 중심 윗부분의 온도가 200℃에 도달하게 되고, 이때 도달하는 시간을 측정한 결과 39분이 소요됨을 알게 되었다. 그리고, 용접기내의 용기 아랫부분의 온도를 측정해 보면, 전 영역이 140℃ 이하의 온도분포를 나타내고 있음을 동시에 알게 되었다.

이어서, 상기와 같이 변압기 중심 윗부분의 온도가 200℃에 도달하였을 때, 전원을 끊으면, 온도는 서서히 하강하게 되는데, 상기 변압기 윗 부분의 온도가 150℃로 내려가는 데 걸리는 시간을 측정한 결과 약 13분이 소요되었음을 측정할 수 있었다.

(실시예 4)

4. 상기 실시예 3의 조건에 실제 용접봉(2.6)으로 아크용접을 시행했을 때이다.

실질적으로 용접을 시작한 후, 용접봉이 소모될때마다 계속적으로 용접봉을 교체해 가면서 용접을 할 때 측정된 결과이다.

우선, 상기 변압기의 중심 윗부분의 온도가 200℃에 도달하는데 걸린 시간을 측정하여 본 결과 45분 정도가 소요되었는데, 이는 용접봉을 교체할 때마다 무부하 상태를 유지하게 되어 계속적으로 부하가 걸리는 경우보다 동일온도에 도달하는데 더 많은 시간이 소요되기 때문이다.

상기에 설명된 다양한 실시예는 120V를 기준으로 테스트하였을 경우의 본 발명의 용접기에 관한 설명이 주를 이루고 있으나 다양하게는 220V를 기준으로 하는 경우도 참조할 수 있도록 본 출원인은 구비하고 있다.

그리고, 상기 220V를 기준으로 실험한 결과에 의하면, 상기 120V의 조건에서와 같은 대등한 실험결과를 얻을 수 있었다.

본 발명의 220V용의 용접기의 구조를 살펴보면, 코어(36)의 외측에 입력측 1차 라인이 되는 2줄의 입력선(28)이 286회 권선되어져 입력단자(20)와 전기적으로 연결된다. 이때, 상기 입력선(28)의 직경은 0.7Ø이며, 입력시에 220V가 인가되고, 평균 13A의 전류가 인가된다.

그리고, 상기 코어(36)의 외측 상하부에 각각의 상부 캡(34)과, 하부 캡(35)을 끼우고, 상기 상,하부 캡(34,35)의 외측으로는 출력측 2차 라인이 되는 출력선(30)이 감겨진다. 이때에는 직경 2.3Ø의 구리 와이어를 이용하여 52회 및 47회에 걸쳐서 출력선(30)을 권선시킨 후에 출력단자(24)와 연결시킨다.

상기 출력단자(24)는 하이(High)측 단자와 로우(Low)측 단자로 이루어진다. 상기와 같이 코어(36)에 권선된 출력측의 하이(High)측 출력선(30)에는 무부하시 40V가 출력되고, 로우(Low)측 출력선(30)에는 36V가 출력된다. 이때, 상기와 같은 2차 라인에는 평균 70A의 전류가 인가된다.

상기한 바와 같은 실험에 의하면, 본 발명의 용접기는 용접 사용률이 70 ~ 80%에 이르는 우수한 용접효율을 발휘하는 것이 밝혀졌다. 즉, 총 용접시간을 10분으로 볼때 7-8분 동안 용접작업을 하고, 용접봉을 갈아주는 동안의 2-3분을 휴식한다고 할 때, 본 발명의 용접기를 사용할 경우 별도의 용접기 냉각시간이 필요치 않으므로 작업효율은 100%에 이른다고 할 수 있는 것이다.

즉, 종래의 왁스만을 냉매로 이용하는 경우에는 변압기의 중심 윗부분의 온도가 200℃가 되기 위해서는 그 상승시간이 25분 정도 필요하였으나 본 발명의 용접기를 사용할 경우에는 36 ~ 37분 정도 필요하였으므로 결과적으로 11분 내지 12분 정도의 상승지연이 이루어지므로 용접기의 사용률면에서 살펴볼 때, 종래의 용접기에 비하여 약 40% 정도의 향상을 이루었음을 알 수 있으며, 또한, 이러한 용접기의 사용률에 비추어 볼 때 그 용접기의 효율은 70% - 80%에 이루는 우수한 효과를 얻게 된 것이다.

상기와 같은 본 발명의 휴대용 교류 용접기는 소규모의 전력(3kw이하)을 사용하도록 제작되어 가정이나 영업장의 실내 인테리어 공사와 같은 소규모의 작업장에서 사용하기 쉽도록 이동이 편리하고 소규모 사업장에서 사용되는 용접기의 사용효율이 우수한 장점이 있는 것이다.

또한, 본 발명의 휴대용 용접기의 장점은,

첫째, 용기 내에서 발생한 열의 전달이 빠르게 이루어지는 장점이 있고,

둘째, 휴대가 간편하고, 이동이 쉬우면서도 70 ~ 80%의 우수한 용접률이 발휘되고, 실질적으로는 작업시간의 휴식을 감안할 때 100%의 작업률이 달성되며,

셋째, 본 발명은 용접기의 사용률이 높아져 장시간 연속적으로 사용할 수 있으므로 작업시간이 길어짐에 따라 생산성이 향상되는 효과가 있는 것이다.

Claims (12)

1. 용접기의 몸체 내부에 구비된 변압기가 모재를 용접하기 위한 용접봉 및 클램프와 용접 케이블에 의해 전기적으로 연결되도록 이루어지는 휴대용 교류 용접기에 있어서,

   열의 전달 및 방출이 쉽게 이루어지도록 표면적이 넓게 형성된 다수의 핀이 내,외측면에 형성되어 있는 용기 몸체와;

   상기 용기 몸체의 내측 중앙에 삽입되고, 다수의 권선이 감겨진 변압기와;

   상기 용기 몸체의 상부에 설치되며, 상기 변압기와 전기적으로 연결되는 다수의 단자가 구비된 뚜껑과;

   상기 변압기에서 발생한 열을 절연하거나 용기 외부로 방출시키기 위해 상기 변압기가 잠기도록 용기 내부에 채워진 냉매로 이루어지는 것을 특징으로 하는 휴대용 교류 아크 용접기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 뚜껑에는 상기 변압기의 열에 의해 발생되는 가스를 누출시키기 위해 적어도 하나 이상의 리크밸브가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 휴대용 교류 아크 용접기.
3. 제 1항에 있어서, 상기 용기 내부의 일측부에 설치시키고, 상기 변압기의 중심 윗부분의 온도가 소정의 온도에 이를 때, 입력선과의 연결을 끊어주기 위한 안전휴즈가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 휴대용 교류 아크 용접기.
4. 제 1항에 있어서, 상기 냉매는 파라핀 왁스와 섞일 수 있는 Mn+(XR)n으로 표현되는 유기-무기 하이브리드 화합물을 첨가 또는 혼합시킨 것을 특징으로 하는 휴대용 교류 아크 용접기.
5. 제 1항 또는 4항에 있어서, 상기 냉매는 실리카를 주성분으로 하는 백규석을 혼합하여 용기 내부에 채워서 사용하는 것을 특징으로 하는 휴대용 교류 아크 용접기.
6. 제 1항 내지 5항에 있어서, 상기 냉매는 실리카를 주성분으로 하는 다수의 유리구슬을 혼합하여 용기 내부에 채워서 사용하는 것을 특징으로 하는 휴대용 교류 아크 용접기.
7. 제 1항 내지 제 6항에 있어서, 상기 냉매는 열전도성이 뛰어난 금속부재를 혼합하여 용기 내부에 채워서 사용하는 것을 특징으로 하는 휴대용 교류 아크 용접기.
8. 제 7항에 있어서, 상기 금속부재는 은박판인것을 특징으로 하는 휴대용 교류 아크 용접기
9. 제 7항에 있어서, 상기 금속부재는 구리박판인 것을 특징으로 하는 휴대용 교류 아크 용접기.
10. 제 7항에 있어서, 상기 금속부재는 알루미늄 박판인 것을 특징으로 하는 휴대용 교류 아크 용접기.
11. 제 1항에 있어서, 상기 변압기는 입력측에 0.95Ø의 구리 와이어로 코어에 156회에 걸쳐 1차 권취하고, 상기 권취된 코어의 상하부에 상,하부 캡을 끼우고, 출력측에 2.3Ø의 구리 와이어를 이용하여 하이(high)측에는 52회에 걸쳐 권취하고, 로우(low)측에는 47회에 걸쳐 2차 권취하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 휴대용 교류 아크 용접기.
12. 제 1항에 있어서, 상기 용기 몸체의 외측면에 형성된 핀에 별도 형상의 핀부재를 결합하여 표면적을 더 넓게 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 휴대용 교류 아크 용접기.