KR20180062446A - Multi-Electrode Plasma Torch - Google Patents

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조현제
황석주
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한국수력원자력 주식회사
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Abstract

The present invention provides a device in which multiple electrode plates are installed to increase an arc length. According to an embodiment of the present invention, a multi-electrode plasma torch comprises: a rear electrode; a front electrode; the multiple electrode plates located between the rear electrode and the front electrode; an auxiliary electrode plate adjacent to the rear electrode among the electrode plates, and having a polarity opposite to the rear electrode; and a power supply part connected between the rear electrode and the front electrode, and supplying a power.

Description

다중전극 플라즈마 토치{Multi-Electrode Plasma Torch}Multi-Electrode Plasma Torch}

본 발명은 다중전극 플라즈마 토치에 관한 것으로서, 더 자세하게는 아크길이를 늘일 수 있는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-electrode plasma torch and, more particularly, to an apparatus capable of increasing arc length.

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. 전극 내면에 부착되는 아크점이 전극 내면 전체를 자유롭게 이동할 수 있고, 이 경우, 양극(Anode)과 음극(Cathode) 사이에 형성되는 아크의 길이는 전극 도체 길이 범위 내에서, 아크 전류와 가스 유량 등 운전 조건에 따라 결정된다. 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.In the case of common rod-nozzle or cavity torches, the entire inner surface of the electrode, given as a nozzle or cavity, is constructed as a single conductor that can accept an arc current anywhere. The length of the arc formed between the anode and the cathode can be controlled by controlling the arc current and the gas flow rate within the electrode conductor length range. It depends on the condition. For example, when the gas flow rate is increased, the arc spot is pushed by the gas flow, thereby increasing the arc length and the arc voltage. In this case, however, the increased arc length is limited by the length of the electrode conductor given as a nozzle type or a cavity type, and when the arc current is increased, the arc length can be reduced again by Lorentz force or the like.

또한, 사용되는 플라즈마 기체의 방전 전압을 떨어뜨리기 위해, 진공 조건에서 DC 펄스 전원의 주파수를 높여 점화를 시도하기도 한다. 그러나, 출력 증가를 위해 간극을 다수 삽입하고 이에 따라 전극 간 간격이 길어지면, DC 펄스의 주파수를 높이더라도 플라즈마 아크 발생을 위한 초기 방전이 어려워질 뿐만 아니라 방전이 되더라도 길어진 전극 간 간격 때문에 인가전압이 크게 걸려 상대적으로 초기 저출력 운전이 어려워지게 되는 단점이 발생한다. Further, in order to lower the discharge voltage of the plasma gas used, the frequency of the DC pulse power source is raised in a vacuum condition to attempt ignition. However, if a large number of gaps are inserted to increase the output and thus the interval between the electrodes is increased, the initial discharge for plasma arc generation becomes difficult even if the frequency of the DC pulse is increased. In addition, So that the initial low output operation is relatively difficult.

등록특허공보 제10-0486939호(공고일자: 2005.05.03)Patent Registration No. 10-0486939 (Publication Date: May 3, 2005)

본 발명의 실시 예는 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 다수개의 전극판이 설치되어 아크 길이를 늘일 수 있는 장치를 제공하고자 한다.SUMMARY OF THE INVENTION An embodiment of the present invention is to solve the problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide an apparatus in which a plurality of electrode plates are installed to increase an arc length.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 다중전극 플라즈마 토치는 후방전극;과, 전방전극;과, 상기 후방전극과 상기 전방전극 사이에 다수개 배치되는 전극판;과, 상기 전극판 중 상기 후방전극에 인접하며, 상기 후방전극의 극성과 반대가 되는 보조전극판;과, 상기 후방전극과 상기 보조 전극판 사이에 연결되어 전력을 공급하는 전원부;로 구성된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a multi-electrode plasma torch including a rear electrode, a front electrode, a plurality of electrode plates disposed between the rear electrode and the front electrode, An auxiliary electrode plate adjacent to the rear electrode and opposite to the polarity of the rear electrode; and a power supply connected between the rear electrode and the auxiliary electrode plate to supply power.

바람직하게, 상기 전극판은 원판형태로 되어있으며, 상기 전극판 사이가 밀봉 결합되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the electrode plate is in the form of a disk, and the electrode plates are sealed to each other.

바람직하게, 상기 전극판은 외측면에 냉각수가 공급되는 냉각수관, 가스가 공급되는 가스관, 전력이 공급되어 전극으로서 기능을 할 수 있는 전력관이 일정간격 이격되어 돌출 형성된다.Preferably, the electrode plate has a cooling water pipe to which cooling water is supplied, a gas pipe to which gas is supplied, and a power pipe capable of functioning as an electrode by being supplied with electric power.

바람직하게, 전원부는 보조전극과 전방전극 사이를 절환 시켜 보조전극을 전기적으로 절연시키는 스위치를 더 포함한다.Preferably, the power supply further includes a switch for switching the auxiliary electrode and the front electrode to electrically isolate the auxiliary electrode.

본 발명 다중전극 플라즈마 토치는 전극판을 다수개 설치하여 아크길이를 원하는 만큼 늘일 수 있으며, 양극과 음극 사이에 자연스럽게 아크 기둥을 형성시켜 토치의 초기 점화를 손쉽게 할 수 있고, 저출력에서 고출력까지 출력제어를 용이하게 할 수 있다.In the multi-electrode plasma torch of the present invention, a plurality of electrode plates can be provided to extend the arc length as desired, and an arc column is naturally formed between the anode and the cathode to facilitate initial ignition of the torch, .

도 1은 본 발명 다중전극 플라즈마 토치의 부분 단면도,
도 2는 본 발명 다중전극 플라즈마 토치 전극판의 조립도,
도 3은 본 발명 다중전극 플라즈마 토치 전극판 사시도,
도 4는 본 발명 다중전극 플라즈마 토치의 전극판 측면도,
도 5는 본 발명 다중전극 플라즈마 토치의 단면도.1 is a partial cross-sectional view of a multi-electrode plasma torch of the present invention,
FIG. 2 is an assembled view of the inventive multi-electrode plasma torch electrode plate,
3 is a perspective view of a multi-electrode plasma torch electrode plate of the present invention,
4 is a side view of an electrode plate of a multi-electrode plasma torch according to the present invention,
5 is a cross-sectional view of the inventive multi-electrode plasma torch.

본 발명의 실시 예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The specific structure or functional description presented in the embodiment of the present invention is merely illustrative for the purpose of illustrating an embodiment according to the concept of the present invention, and embodiments according to the concept of the present invention can be implemented in various forms. And should not be construed as limited to the embodiments set forth herein, but should be understood to include all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명 다중전극 플라즈마 토치의 부분 단면도이다.1 is a partial cross-sectional view of a multi-electrode plasma torch of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이 다중전극 플라즈마 토치는, 후방전극(100)과, 전방전극(200)과, 후방전극(100)과 전방전극(200) 사이에 다수개 배치되는 전극판(300)과, 전극판(300) 중 후방전극(100)에 인접하고 후방전극(100)의 극성과 반대가 되는 보조전극판(400)과, 후방전극(100)과 보조전극판(400) 사이에 연결되어 전력을 공급하는 전원부(500)로 구성된다.As shown in FIG. 1, the multi-electrode plasma torch includes a rear electrode 100, a front electrode 200, a plurality of electrode plates 300 disposed between the rear electrode 100 and the front electrode 200, An auxiliary electrode plate 400 adjacent to the rear electrode 100 of the electrode plate 300 and opposite to the polarity of the rear electrode 100 and an auxiliary electrode plate 400 connected between the rear electrode 100 and the auxiliary electrode plate 400 And a power supply unit 500 for supplying power.

이하에서는 원활한 이해를 돕기 위해 후방전극(이하 양전극)(100), 전방전극(이하 음전극)(200), 보조전극판(이하 보조음전극판)(100)으로 설명 하도록 한다.Hereinafter, a back electrode (hereinafter, referred to as a positive electrode) 100, a front electrode (hereinafter referred to as a negative electrode) 200, and a supplementary electrode plate (hereinafter referred to as an auxiliary negative electrode plate)

양전극(100)과 음전극(200)은 링 형태로 되어있으며, 양전극(100)과 보조음극판(400)이 동축으로 배치되어 마주보는 면을 극대화 할 수 있어서 안정적으로 아크기둥(30)을 형성 할 수 있다.The positive electrode 100 and the negative electrode 200 are in the form of a ring and the positive electrode 100 and the auxiliary negative electrode plate 400 are disposed coaxially with each other to maximize a facing surface to form the arc column 30 stably have.

전극판(300)은 원판형태로 되어 있으며, 복수개가 결합되는 전극판 (300) 사이가 밀봉 되어 결합되고 외측 면에 냉각수가 공급되는 냉각수관(310)과, 가스가 공급되는 가스관(320), 전력이 공급되어 전극으로서 기능을 할 수 있는 전력관(330)이 일정간격 이격되어 돌출 형성된다.The electrode plate 300 is in the shape of a disk and includes a cooling water pipe 310 in which a plurality of electrode plates 300 to which a plurality of electrode plates 300 are coupled are hermetically sealed and cooling water is supplied to the outer surface, Power pipes 330 capable of functioning as electrodes are protruded at a predetermined interval.

전원부(500)는 보조음극판(400)과 음전극(200) 사이를 절환 시켜 보조음극판(400)을 전기적으로 절연시키는 스위치(510)를 더 포함한다.The power source unit 500 further includes a switch 510 for electrically insulating the auxiliary negative electrode plate 400 by switching the auxiliary negative electrode plate 400 and the negative electrode plate 200.

도 2는 본 발명 다중전극 플라즈마 토치 전극판의 조립도이다.2 is an assembled view of the inventive multi-electrode plasma torch electrode plate.

도 3는 본 발명 다중전극 플라즈마 토치 전극판 사시도이다.3 is a perspective view of a multi-electrode plasma torch electrode plate of the present invention.

도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 전극판(300)은 7개가 결합되어 1PACK으로 구성된다. 7개의 전극판(300)으로 구성된 1PACK은 냉각수관(310)과 가스관(320)과 전력관(330)이 각각 나란하게 위치하고, 7개의 냉각수관(310)에 냉각수를 동시에 공급하고, 가스관(320)에는 가스를 동시에 공급하고 전력관(320)에는 전력을 동시에 공급하여 전극판(300) 내부로 냉각수, 가스 및 전력이 1PACK 단위로 공급된다.As shown in FIG. 2 and FIG. 3, seven electrode plates 300 are combined to form a 1-pack. The 1PACK composed of the seven electrode plates 300 is arranged such that the cooling water pipe 310, the gas pipe 320 and the electric power pipe 330 are arranged side by side and the cooling water is simultaneously supplied to the seven cooling water pipes 310, And the power is supplied to the power pipe 320 at the same time to supply cooling water, gas, and electric power to the electrode plate 300 in units of one pack.

아크길이를 늘이기 위해서는 전극판(300)을 다수개 결합하여야 하는데 낱개로 연결하게 되면 하나씩 결합하고 밀봉해야 되므로 소요되는 시간 및 비용이 많아지게 되므로 1PACK단위로 사용하게 되면 효율적으로 아크길이를 늘일 수 있다.In order to increase the arc length, a plurality of electrode plates 300 must be coupled. However, since the electrode plates 300 need to be combined and sealed one by one when they are connected one by one, time and cost are increased, .

단, 전극판(300)의 1PACK은 7개로 한정하는 것은 아니며 1PACK에 들어가는 전극판(300)의 개수는 사용자의 편의에 따라 설정하여 사용할 수 있다.However, the number of the electrode plates 300 of the electrode plate 300 is not limited to seven, and the number of the electrode plates 300 to be included in one pack may be set according to the user's convenience.

또한 전극판(300)은 중심에 원형의 홀이 형성되어 있어 복수개의 전극판(300)이 결합되어 긴 통로를 형성하게 되고, 가스관(320)에서 공급되는 가스가 아크기둥(30)에 의해 플라즈마 상태가 되어 토치노즐(20)을 통해 빠져나가게 된다.In addition, the electrode plate 300 has a circular hole at its center, and a plurality of electrode plates 300 are coupled to form a long passage. The gas supplied from the gas pipe 320 is supplied to the plasma State and exits through the torch nozzle 20.

도 4는 본 발명 다중전극 플라즈마 토치의 전극판 측면도이다.4 is a side view of an electrode plate of a multi-electrode plasma torch of the present invention.

도 4에 도시된 바와 같이, 전극판(300)은 7개가 결합되어 1PACK으로 형성된다. 복수개의 전극판(300) 사이는 가스가 새어 나가지 못하도록 밀봉하여 결합된다.As shown in FIG. 4, seven electrode plates 300 are combined to form one pack. The plurality of electrode plates 300 are sealed to each other so that gas can not escape.

또한 아크 길이를 늘이기 위해서 다수의 PACK을 연결하여 원하는 아크 길이를 손쉽게 얻을 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 1PACK은 7개의 전극판(300)이 결합되어 있고 냉각수관(310)과 가스관(320) 및 전력관(330)이 각각 나란하게 형성되어있다. 다수 PACK을 연결할 경우에는 도 4에 도시된 바와 같이 PACK에 따라 냉각수관(310)과 가스관(320) 및 전력관(330)이 구분되게 결합 되거나 다수 PACK의 냉각수관(310)과 가스관(320) 및 전력관(330)이 각각 나란하게 결합될 수 있다.In order to increase the arc length, a plurality of PACKs can be connected to easily obtain a desired arc length. As described above, the one pack includes seven electrode plates 300 coupled thereto, and the cooling water pipe 310, the gas pipe 320, and the power pipe 330 are formed in parallel with each other. 4, the cooling water pipe 310, the gas pipe 320, and the electric power pipe 330 are separately connected to each other or the cooling water pipe 310 and the gas pipe 320 of the plurality of PACKs are connected to each other, And the power pipe 330 may be coupled to each other in parallel.

도 5은 본 발명 다중전극 플라즈마 토치의 단면도이다.5 is a cross-sectional view of a multi-electrode plasma torch of the present invention.

양전극(100)과 음전극(200) 사이에 배치되는 전극판(300) 중 양전극(100)에 인접하며 양전극(100)의 극성과 반대 극성을 갖는 보조음극판(400)을 설정하고, 양전극(100) 및 음전극(100)과 함께 전극으로서 기능할 수 있도록 전기 결선이 된다.An auxiliary cathode plate 400 having an opposite polarity to the polarity of the positive electrode 100 is disposed adjacent to the positive electrode 100 among the electrode plates 300 disposed between the positive electrode 100 and the negative electrode 200, And the negative electrode (100), so as to function as an electrode.

양전극(100)과 보조음극판(400) 사이에 전원을 설치하여 아크기둥(30)을 형성한다. 형성된 아크기둥(30)은 가스관(320)을 통해 유입되어 전극판(300) 내부를 흐르는 가스들을 가열하여 플라즈마 상태로 만들며 플라즈마 상태가 된 가스들은 토치(10) 내부 구조에 따라 음전극(200)을 지나 토치노즐(20) 출구로 빠져나가게 된다.A power source is provided between the positive electrode 100 and the auxiliary negative electrode plate 400 to form the arc column 30. [ The formed arc column 30 flows through the gas pipe 320 to heat the gases flowing in the electrode plate 300 into a plasma state and the gases in the plasma state enter the cathode 200 in accordance with the internal structure of the torch 10 And then escapes to the outlet of the nozzle 20.

이때, 보조음극판(400)과 음전극(200) 사이에 연결된 스위치(510)를 절환 시켜 보조음극판(400)을 전기적으로 절연시켜 주면 플라즈마 상태가 된 가스들이 전도성 채널을 이미 형성하고 있으므로 양전극(100)과 음전극(200) 사이에 자연스럽게 긴 아크기둥(40)이 형성 될 수 있다.At this time, if the auxiliary cathode plate 400 is electrically insulated by switching the switch 510 connected between the auxiliary cathode plate 400 and the cathode electrode 200, the gases in the plasma state already form the conductive channel, A long arc column 40 can be naturally formed between the cathode electrode 200 and the cathode electrode 200.

또한 스위치(510)에 의한 전기절환 대신 별도의 회로 저항(미도시)을 이용하여 보조음극판(400)을 전기 통로로서 계속 사용하면서도 음전극(200)과 전류 분배를 하여 토치(10) 출력 증가를 막고 저출력에서 고출력으로 출력제어가 원활해 질수 있다.Also, instead of using the switch 510 to switch the electric power, the auxiliary cathode plate 400 is continuously used as an electric path by using a separate circuit resistance (not shown), but current distribution with the cathode electrode 200 is prevented to increase the output of the torch 10 Output control can be smooth from a low output to a high output.

상기와 같은 효과는 후방전극(이하 음전극)(100), 전방전극(이하 양전극)(200), 보조전극(이하 보조 양전극)(400)으로 바꿔서 운전할 때에도 동일하게 얻을 수 있다.The same effect can be obtained when the rear electrode (hereinafter referred to as negative electrode) 100, the front electrode (hereinafter, referred to as the positive electrode) 200, and the auxiliary electrode (hereinafter referred to as the auxiliary positive electrode)

간략하게 설명하면 양전극(200)과 보조양극(400)을 전기 결선하면 음전극(100)과 보조양극(400) 사이에 아크기둥(30)이 형성되고, 아크기둥(30)에 의해 전극판(300) 내부를 지나는 가스들이 플라즈마로 가열되며, 플라즈마화 된 가스들이 양전극(200)을 지나면서 양전극(200)과 음전극(100) 사이에 전도성 채널을 형성시키고 전기 결선 조작을 통해 최종적으로 두 전극 사이에 형성된 긴 아크기둥(40)을 얻을 수 있다.An arc column 30 is formed between the negative electrode 100 and the auxiliary electrode 400 and the arc column 30 is formed between the negative electrode 100 and the auxiliary electrode 400, ) Are heated by the plasma, and the plasmaized gases pass through the anode 200 to form a conductive channel between the anode 200 and the cathode 100, and finally a conductive channel is formed between the two electrodes The formed long arc column 40 can be obtained.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the inventions. It will be apparent to those of ordinary skill in the art.

10 : 토치 20 : 노즐
30 : 아크기둥 40 : 긴 아크기둥
100 : 후방전극 200 : 전방전극
300 : 전극판 310 : 냉각수관
320 : 가스관 330 : 전력관
400 : 보조 전극판 500 : 전원부
510 : 스위치 10: torch 20: nozzle
30: Arc pillar 40: Long arc pillar
100: rear electrode 200: front electrode
300: electrode plate 310: cooling water tube
320: Gas pipe 330: Power pipe
400: auxiliary electrode plate 500: power supply unit
510: switch

Claims (1)

플라즈마 토치에 있어서,
후방전극;
전방전극;
상기 후방전극과 상기 전방전극 사이에 다수개 배치되는 전극판;
상기 전극판 중 상기 후방전극에 인접하며, 상기 후방전극의 극성과 반대가 되는 보조 전극판;
상기 후방전극과 상기 보조 전극판 사이에 연결되어 전력을 공급하는 전원부;를 포함하며,
전원부는 보조전극과 전방전극 사이를 절환시켜 보조전극을 전기적으로 절연시키는 스위치를 더 포함하는 다중전극 플라즈마 토치.
In the plasma torch,
A rear electrode;
A front electrode;
A plurality of electrode plates disposed between the rear electrode and the front electrode;
An auxiliary electrode plate adjacent to the rear electrode of the electrode plate and opposite to the polarity of the rear electrode;
And a power unit connected between the rear electrode and the auxiliary electrode plate to supply electric power,
Wherein the power supply further comprises a switch for electrically insulating the auxiliary electrode by switching between the auxiliary electrode and the forward electrode.
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