KR20010078636A - 플라즈마 아크 토치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 아크 토치에 관한 것으로, 원통형 외부몸체(10)내에 설치된 내부전극(1)과 노즐전극(3), 상기 전극들을 냉각시키기 위하여 그 주위에 마련된 냉각수 계통(4,5,6), 노즐전극(3)의 외측에 설치되어 노즐전극(3)의 내부에 자기장을 발생시키는 솔레노이드 코일(7)을 포함하는 플라즈마 아크 토치에 있어서: 내부전극(1)은 그 전극물질이 구리 또는 구리합금이며, 삼각뿔형태의 내부형상을 가지도록 성형되어, 정극성 또는 역극성으로 변경 사용이 가능하며, 내부전극의 성형 및 소형화에 매우 유리한 이점이 있다.

Description

플라즈마 아크 토치{Plasma arc torch}

본 발명은 내부전극과 노즐전극 사이에 형성되는 전기적 아크에 의해 가스를 가열하여 플라즈마를 형성하는 플라즈마 아크 토치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내부전극으로 삼각뿔형태의 내부형상을 가지는 구리 또는 구리합금 전극을 채용하여 정극성 또는 역극성으로 변경 사용이 가능하도록 한 플라즈마 아크 토치에 관한 것이다.

일반적으로 플라즈마는 고온, 고엔탈피 특성을 가지므로 통상적으로 유해폐기물처리, 플라즈마 용사, 다이아몬드 필름 형성, 금속가공 등의 작업에 이용되며, 플라즈마 아크 토치는 내부전극과 노즐전극 사이에서 발생되는 전기적 아크로써 가스를 가열하여 플라즈마를 형성시키는 장치이다.

플라즈마는 근접된 내부전극과 노즐전극 사이에서 고주파에 의해 발생된 전기 아크의 국부적인 고열에 의하여 단원자 가스 Ar, He 등이 전리되어 형성되며, 보다 강한 전력을 사용하면 이원자 가스인 N₂, H₂, O₂가스가 해리되고 전리되어 플라즈마 상태로 된다.

원통형 케이스의 내부에 설치되는 내부전극과 노즐전극 중에서 노즐전극은 원통형상을 가지고 케이스의 내부에 설치되며, 노즐의 역할을 겸하는 노즐전극은 케이스의 타단, 즉 플라즈마 토출단까지 연장되어 설치된다. 노즐전극의 내부에 자기장을 발생시켜 내부전극에서 발생하여 노즐전극의 내주면에 랜딩되는 아크를 원주방향으로 회전, 분산시키는 자기장 발생수단이 노즐전극의 외측에 설치된다.

플라즈마 아크 토치 전원으로는 직류, 교류 모두 수하특성의 것이 쓰여지며, 통상 내부전극을 음전극으로 하고 노즐전극을 양전극으로 세팅하며 전극물질로는 텅스텐이 쓰여져서 직류 정극성으로 운전된다.

플라즈마 아크 토치는 정극성 운전이 주류를 이루나 플라즈마 응용측면에 따라서는 내부전극을 양전극으로 하고 노즐전극을 음전극으로 세팅하는 역극성 운전이 요구되기도 한다.

이러한 역극성 운전시 텅스텐전극이 쓰여지면 전극 선단이 마모되어 플라즈마 아크의 안정성이 나빠지므로 전극물질로는 구리 또는 구리합금이 쓰여진다. 다시 말해서 텅스텐전극을 양극으로 사용하면 전극의 마모가 너무 심하게 일어나서 수 시간 이내에 텅스텐 전영역을 마모시켜 토치 연속운전시간에 제한을 주기 때문이다.

한편, 종래 기술에 따른 구리전극은 홀로(hollow)형태의 내부형상을 가지며 그 내경이 노즐전극 내경의 0.5∼1.5배이고 길이는 동일한 크기의 전극형상을 갖는다.

그러나, 상기와 같은 형상의 구리전극이 채용된 플라즈마 아크 토치는 그 내부를 홀로형태로 제작하였으므로 내부성형에 어려움이 따랐으며, 구조적인 특성상소형화에 어려움이 따랐다.

따라서, 본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 제안한 것으로서, 내부전극으로 삼각뿔형태의 내부형상을 가지는 구리 또는 구리합금 전극을 채용하여 정극성 또는 역극성으로 변경 사용이 가능하도록 한 플라즈마 아크 토치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 아크 토치의 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 내부전극의 단면도.

도 3은 종래 기술에 따른 내부전극의 단면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 내부전극 2 : 중간전극

3 : 노즐전극 4,5,6 : 냉각수 계통

7 : 솔레노이드 코일 8 : 보호가스 통로

9 : 소용돌이링 10 : 외부몸체

11 : 스페이서 12 : 노즐면

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 원통형 외부몸체내에 설치된 내부전극과 노즐전극, 상기 전극들을 냉각시키기 위하여 그 주위에 마련된 냉각수 계통, 상기 노즐전극의 외측에 설치되어 상기 노즐전극의 내부에 자기장을 발생시키는 솔레노이드 코일을 포함하는 플라즈마 아크 토치에 있어서: 상기 내부전극은 전극물질이 구리 또는 구리합금이며, 삼각뿔형태의 내부형상을 가지도록 성형된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예로는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이 실시예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 보다 잘 이해할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 아크 토치의 단면도이고, 도 2는 내부전극의 단면도이다.

본 발명의 플라즈마 아크 토치는 원통형의 외부몸체(10) 내에 내부전극(1)과중간전극(2)과 노즐전극(3) 및 전극들을 냉각시키기 위한 냉각수 계통(4,5,6)과 솔레노이드 코일(7)을 포함한다.

내부전극(1)은 노즐전극(3)과의 사이에 아크를 발생시키는 역할을 하며, 노즐전극(3)은 냉각수에 의해 적정 온도로 유지되고, 그 주위에 설치된 소용돌이링(9) 통로를 통해 플라즈마 가스가 주입된다.

중간전극(2)과 내부전극(1)은 초기방전을 일으키는데 필요한 교류전원을 인가할 수 있도록 소정 간격 떨어져 있으며, 소정 간격 떨어져 형성된 틈을 통해 보호가스가 공급된다.

중간전극(2)을 적정 온도로 냉각시키기 위한 냉각수 통로가 설치되며, 노즐전극(3)의 내부에 자기장을 발생시켜 노즐전극(3)의 내면에 접촉하는 아크를 원주방향으로 회전, 분산시키는 솔레노이드 코일(7)이 노즐전극(3)의 외측에 설치된다.

플라즈마 주입가스에 일정한 운동량을 가하는 소용돌이링(9)이 중간전극(2)과 노즐전극(3)의 절연을 위해 연성 재질로 사용되며, 냉각로 형성과 외부몸체(10)를 원통형으로 유지하기 위해 외부몸체(10)와 노즐전극(3) 사이에 비중이 적고 열전도율이 높은 스페이서(11)가 위치된다.

본 발명에서는 내부전극(1)의 전극물질이 구리 또는 구리합금이며, 삼각뿔형태의 내부형상을 가지도록 성형된다. 따라서 내부가 홀로형태로 제작되던 종래 기술과 비교하면 상대적으로 매우 쉽게 전극을 성형할 수 있을뿐더러 전극의 소형화에 매우 유리하다.

아울러, 내부전극의 전극물질로 텅스텐을 사용한 도 3의 기술과 비교하면 삼각뿔형태의 내부형상을 가지는 구조적인 특성상 성형 및 소형화의 장점이 있으며, 역극성 운전을 하더라도 전극물질이 구리이므로 전극의 마모가 쉽게 발생하지 않는다.

본 발명의 노즐전극(3)은 원통형 형상을 갖고 노즐면(12)은 노즐내경의 2배이상의 경을 갖으며 플라즈마 토치의 몸체에서 외부로 돌출되어 있다. 따라서 초기 운전 모드에서 내부전극(1)을 출발한 아크가 노즐전극(3)의 내부면에 고정되지 않고 외부로 분출되어 노즐면에 집속되며, 외부 노즐면(12)에 집속된 아크점이 플라즈마 가스량의 증가로 외부로 밀려나 외부 전극에 전달되므로 이송형 모드로 운전할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은, 내부전극이 삼각뿔형태의 내부형상을 가지는 구리 또는 구리합금 전극으로 채용되어 정극성 또는 역극성으로 변경 사용이 가능하며, 내부전극의 성형 및 소형화에 매우 유리하다.

아울러, 노즐전극이 원통형 형상을 갖고 노즐면은 노즐내경의 2배이상의 경을 갖으며 플라즈마 토치의 몸체에서 외부로 돌출되어 이송형 모드로 운전할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 원통형 외부몸체(10)내에 설치된 내부전극(1)과 노즐전극(3), 상기 전극들을 냉각시키기 위하여 그 주위에 마련된 냉각수 계통(4,5,6), 상기 노즐전극(3)의 외측에 설치되어 상기 노즐전극(3)의 내부에 자기장을 발생시키는 솔레노이드 코일(7)을 포함하는 플라즈마 아크 토치에 있어서:

   상기 내부전극(1)은 전극물질이 구리 또는 구리합금이며, 삼각뿔형태의 내부형상을 가지도록 성형된 것을 특징으로 하는 플라즈마 아크 토치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 노즐전극(3)은 원통형 형상을 갖고 노즐면(12)은 노즐내경의 2배이상의 경을 갖으며 플라즈마 토치의 몸체에서 외부로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 아크 토치.