KR20200117366A - Plasma torch with protruding front electrode protection nozzle - Google Patents

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KR20200117366A KR1020190039373A KR20190039373A KR20200117366A KR 20200117366 A KR20200117366 A KR 20200117366A KR 1020190039373 A KR1020190039373 A KR 1020190039373A KR 20190039373 A KR20190039373 A KR 20190039373A KR 20200117366 A KR20200117366 A KR 20200117366A
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Abstract

Disclosed is a plasma torch with a protruding type front electrode protecting nozzle, comprising: a hollow rear electrode having a closed end and an open end on one side and the other side, respectively; a hollow front electrode having an inlet and an outlet and disposed coaxially with a rear electrode to allow the inlet to face the open end of the rear electrode at regular intervals; and a hollow outer body having sufficient diameter and length to accommodate the rear and front electrodes and a gas supply port, and accommodating the rear and front electrodes and the gas support port therein. The front electrode is divided into a first area protruding from the outer body by a predetermined length and a second area accommodated inside the outer body. Also, the second area is disposed to be spaced apart from the outer body at a predetermined interval, and further includes a ceramic insulating material for insulating the outer body from the front electrode by sealing a gap therebetween. The front electrode has a cooling gas line formed on one side thereof to inject a cooling gas between the ceramic insulating material and the front electrode. The outer body is provided with a carbon cover at an outer end, wherein the carbon cover is spaced apart from the front electrode. According to the present invention, the plasma torch with improved durability is provided.

Description

돌출형 전방전극 보호노즐이 구비된 플라즈마 토치{Plasma torch with protruding front electrode protection nozzle}Plasma torch with protruding front electrode protection nozzle

본 발명은 돌출형 전방전극 보호노즐이 구비된 플라즈마 토치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라즈마 토치 운전시 사이드 아킹을 방지함으로써 돌출형 전방전극을 보호하는 노즐이 구비된 플라즈마 토치에 관한 것이다. The present invention relates to a plasma torch provided with a protruding front electrode protection nozzle, and more particularly, to a plasma torch provided with a nozzle that protects the protruding front electrode by preventing side arcing during operation of the plasma torch.

물질을 고온상태에서 용융하기 위해서는 플라즈마를 발생시키는 토치의 기능이 중요한 역할을 차지한다. 일반적으로 열 플라즈마를 이용해 물질을 용융시키는데, 보통 직류 아크 플라즈마 토치 도는 공동형 토치가 활용되고 있다.In order to melt the material in a high temperature state, the function of the torch generating plasma plays an important role. In general, a material is melted using a thermal plasma, and a DC arc plasma torch or a cavity type torch is usually used.

공동형 플라즈마 토치는 내부에 직류 아크를 발생시키는 전극으로 구성되며, 이 전극은 초고온의 전도성 유체인 플라즈마를 집속시키면서 용융대상 물체로 이동시키기 위해 전방전극 및 후방전극으로 형성되며, 공동형 특성상 플라즈마 기동이 쉽고 플라즈마 프레임을 집속시켜 출력 상승을 쉽게 하면서 원활한 플라즈마 프레임을 운영할 수 있게 해준다.The cavity type plasma torch is composed of an electrode that generates a DC arc inside, and this electrode is formed of a front electrode and a rear electrode to move to the object to be melted while focusing the plasma, which is an ultra-high temperature conductive fluid. This easy-to-focus plasma frame makes it easy to operate the plasma frame while increasing the power.

일반적으로, 플라즈마 토치는 아크의 점화를 쉽게 하기 위해 무산소동 재질의 전극을 사용한다. 그러나 이 전극은 플라즈마 생성시 아크점이 집중되는 곳으로서 고온 아크열에 의해 침식이 빠르게 진행된다. 특히 역극성 토치의 경우 음극점에서의 침식은 양극점에 비해 침식이 크게 일어난다. In general, the plasma torch uses an electrode made of oxygen-free copper to facilitate the ignition of the arc. However, this electrode is a place where arc points are concentrated when plasma is generated, and erosion rapidly proceeds by high temperature arc heat. In particular, in the case of a reverse polarity torch, the erosion at the cathode point is greater than the anode point.

공동형 토치는 대상 물질을 용융하기 위해 물질 특성에 따라 이행형 또는 비이행형으로 운영하는데, 우?∃? 모드에 따라 전방전극의 형태가 함몰형 또는 돌출형으로 구성하고 있다. 그러나 각 형태는 여러 방법들로 인해 사이드 아킹이 발생할 소지가 있으며, 이를 방지하기 위해 사이드 아킹 방지용 노즐을 채용하여 사용하게 된다. The cavity-type torch is operated as a transitional or non-transitional type depending on the material properties to melt the target material, right?∃? Depending on the mode, the shape of the front electrode is a concave or protruding type. However, each shape may cause side arcing due to various methods, and a side arcing prevention nozzle is employed to prevent this.

그러나, 이와 같은 사이드 아킹 방지를 위한 노즐 적용에도 불구하고 용융물이 일정하게 운영되지 않기 때문에, 다양한 방법으로 노즐을 적용함에도 불구하고, 토치 운영상 고온에 의한 냉각채널 손상으로 냉각수 누수, 사이드 아킹에 의한 아킹 불안정 및 토치 손상 등이 발생하고 있다. However, despite the application of the nozzle to prevent side arcing, the melt does not operate constantly.Thus, despite applying the nozzle in various ways, cooling water leakage due to damage to the cooling channel due to high temperature during the torch operation, arcing due to side arcing Instability and damage to the torch are occurring.

국내 등록특허공보 제10-1629683호Korean Patent Publication No. 10-1629683

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, The present invention is conceived to solve the above-described problem,

돌출형 전방전극을 포함하는 플라즈마 토치의 운용시 발생하는 사이드 아킹을 방지함으로써 내구성이 향상된 플라즈마 토치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a plasma torch with improved durability by preventing side arcing that occurs during operation of a plasma torch including a protruding front electrode.

본 발명의 목적은 이상에서 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The object of the present invention is not limited to the objects mentioned above, and other objects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특징적인 기능을 수행하기 위한 본 발명의 특징은 다음과 같다. The characteristics of the present invention for achieving the object of the present invention as described above and performing the characteristic functions of the present invention described later are as follows.

일측과 타측에 각각 폐쇄단과 개방단을 가지며 속이 빈 중공의 후방전극; 입구와 출구를 가지며, 상기 입구가 상기 후방전극의 개방단과 일정간격을 두고 마주하도록 후방전극과 동축 상에 배치된 중공의 전방전극; 상기 후방전극과 전방전극 사이의 틈새를 통해 후방전극과 전방전극의 내부 반응공간으로 플라즈마 생성을 위한 반응가스가 도입될 수 있도록 유로를 형성하는 가스공급포트; 및 상기 후방전극, 전방전극 및 가스공급포트를 수용할 수 있을 정도의 직경과 길이를 가져, 상기 후방전극, 전방전극 및 가스공급포트를 내부에 수용하는 중공의 외부 몸체;을 포함하며, 상기 전방전극은, 상기 외부 몸체로부터 일정 길이만큼 돌출된 제1영역과 상기 외부 몸체의 내부에 수용되는 제2영역으로 구분되며, 상기 제2영역은, 상기 외부 몸체와 일정한 이격을 두고 배치되되, 상기 이격을 밀폐함으로 외부 몸체와 전방전극 사이를 절연하는 세라믹 절연재를 더 포함하며, 상기 전방전극은, 일측에 냉각가스라인이 형성되어, 상기 세라믹 절연재와 상기 전방전극 사이에 냉각용 가스를 분사하는 것을 특징으로 하며, 상기 외부몸체는, 외측 단부에 카본 덮개가 구비되되, 상기 카본 덮개는 상기 전방전극과 이격된 것을 특징으로 한다.A hollow rear electrode having a closed end and an open end on one side and the other side, respectively; A hollow front electrode having an inlet and an outlet, and disposed coaxially with the rear electrode so that the inlet faces the open end of the rear electrode at a predetermined distance; A gas supply port forming a flow path to introduce a reaction gas for generating plasma into an internal reaction space of the rear electrode and the front electrode through a gap between the rear electrode and the front electrode; And a hollow outer body having a diameter and a length sufficient to accommodate the rear electrode, the front electrode, and the gas supply port, and receiving the rear electrode, the front electrode, and the gas supply port therein, and the front electrode. The electrode is divided into a first area protruding from the outer body by a predetermined length and a second area accommodated in the outer body, and the second area is disposed at a certain distance from the outer body, and the separation And a ceramic insulating material insulating between the external body and the front electrode by sealing the front electrode, wherein a cooling gas line is formed on one side of the front electrode, and a cooling gas is injected between the ceramic insulating material and the front electrode. The outer body is provided with a carbon cover at an outer end, wherein the carbon cover is spaced apart from the front electrode.

바람직하게는, 상기 제1영역은, 외주면에 절연층이 형성된 것을 특징으로 한다.Preferably, the first region is characterized in that the insulating layer is formed on the outer peripheral surface.

또한, 상기 세라믹 절연재는, 상기 전방전극의 외주면에 구비되되, 상기 외부몸체의 제1단부와 상기 전방전극 사이에 축에 대한 방사방향으로 일정한 간격을 형성하는 제1지지부와, 일측은 상기 절연층에 접하여 상기 전방전극을 축에 대한 방사방향으로 지지하고, 타측은 상기 외부몸체의 제2단부에 접하여 상기 외부몸체를 길이방향으로 지지하는 제2지지부로 구분되는 것을 특징으로 한다.In addition, the ceramic insulating material is provided on the outer circumferential surface of the front electrode, a first support portion forming a predetermined distance in a radial direction with respect to the axis between the first end of the outer body and the front electrode, and one side of the insulating layer It is characterized in that the front electrode is supported in a radial direction with respect to the axis in contact with and the other side is divided into a second support portion that contacts the second end of the outer body and supports the outer body in the longitudinal direction.

바람직하게는, 상기 전방전극은, 내부에 동축으로 배치되는 링타입의 자석을 복수개 구비하여 일정한 자장을 형성하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the front electrode is characterized in that it has a plurality of ring-type magnets disposed coaxially therein to form a constant magnetic field.

바람직하게는, 상기 외부몸체는, 단부가 상기 세라믹 절연재에 의해 밀폐되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the outer body is characterized in that the end is sealed by the ceramic insulating material.

한편, 상기 절연층은, Si3N4를 포함한다.Meanwhile, the insulating layer contains Si3N4.

또한, 상기 공동형 플라즈마 토치는, 내부에 냉각채널을 더 포함하되,In addition, the cavity-type plasma torch further includes a cooling channel therein,

상기 냉각채널은, 상기 전방전극을 독립적으로 냉각하도록 상기 전방전극에 구비된 제1냉각채널; 상기 외부몸체를 독립적으로 냉각하도록 상기 외부몸체에 구비된 제2냉각채널; 및 상기 전방전극과 상기 외부몸체 사이에 위치하는 제3냉각채널을 포함한다.The cooling channel includes: a first cooling channel provided on the front electrode to independently cool the front electrode; A second cooling channel provided in the outer body to independently cool the outer body; And a third cooling channel positioned between the front electrode and the external body.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 외부몸체부와 전방전극을 절연하는 세라믹 절연재에 따르면, 돌출된 전방전극의 단부에서 발생하는 사이드 아킹을 줄이는 효과를 제공한다. As described above, according to the ceramic insulating material that insulates the external body and the front electrode of the present invention, it is possible to reduce side arcing occurring at the end of the protruding front electrode.

또한 본 발명의 세라믹 절연재와 전방전극 사이에 형성된 냉각가스라인에 따르면, 외부 몸체를 전방전극의 고온으로부터 보호하는 효과를 제공한다.In addition, according to the cooling gas line formed between the ceramic insulating material and the front electrode of the present invention, an effect of protecting the external body from the high temperature of the front electrode is provided.

본 발명의 외부몸체의 단부에 구비된 평판형 카본덮개에 따르면, 전방전극의 단부에서 발생하는 사이드 아킹을 줄이는 효과를 제공한다. According to the planar carbon cover provided at the end of the outer body of the present invention, it is possible to reduce side arcing occurring at the end of the front electrode.

본 발명의 효과는 전술한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 인식될 수 있을 것이다. The effects of the present invention are not limited to those described above, and other effects not mentioned will be clearly recognized by those skilled in the art from the following description.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 돌출형 전방전극 보호노즐을 포함한 플라즈마 토치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 돌출형 전방전극 보호노즐의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 돌출형 전방전극 보호노즐의 구성도이다. 1 is a cross-sectional view of a plasma torch including a protruding front electrode protection nozzle according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of a protruding front electrode protection nozzle according to an embodiment of the present invention.
3 is a configuration diagram of a protruding front electrode protection nozzle according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. It should be noted that the same elements in the drawings are indicated by the same reference numerals wherever possible. In addition, descriptions of known functions and configurations that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention will be omitted.

또한 아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대한 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.In addition, various changes may be made to the embodiments described below. The embodiments described below are not intended to be limited to the embodiments, and should be understood to include all changes, equivalents, or substitutes for them.

이하 도면에 따라서 논리적으로 기술한다.It will be logically described below according to the drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 돌출형 전방전극 보호노즐을 포함한 플라즈마 토치의 단면도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 돌출형 전방전극 보호노즐의 단면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 돌출형 전방전극 보호노즐의 구성도이다. 1 is a cross-sectional view of a plasma torch including a protruding front electrode protection nozzle according to an embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view of a protruding front electrode protection nozzle according to an embodiment of the present invention. 3 is a configuration diagram of a protruding front electrode protection nozzle according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 3을 참조할 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 돌출형 전방전극 보호노즐을 포함한 플라즈마 토치는, 전방전극(100), 후방전극(200), 가스공급포트(미도시) 및 외부 몸체(300)를 포함하며, 전방전극(100)은 제1영역(110)과 제2영역(130)으로 구분될 수 있다.1 to 3, a plasma torch including a protruding front electrode protection nozzle according to an embodiment of the present invention includes a front electrode 100, a rear electrode 200, a gas supply port (not shown), and It includes an external body 300, and the front electrode 100 may be divided into a first region 110 and a second region 130.

후방전극(200)은, 일측과 타측에 각각 폐쇄단과 개방단을 가지며 속이 빈 중공의 관형일 수 있다.The rear electrode 200 may have a closed end and an open end on one side and the other side, respectively, and may have a hollow hollow tubular shape.

전방전극(100)은, 입구와 출구를 가지며, 입구가 후방전극(200)의 개방단과 일정간격을 두고 마주하도록 후방전극(200)과 동축 상에 배치되는 중공의 관형일 수 있다. 양단은 모두 개방되되, 후방전극(200) 측의 일단에서는 아크 불꽃을 발생시키고, 출구측의 타단에서는 발생된 플라즈마가 외부로 배출된다. The front electrode 100 may have an inlet and an outlet, and may have a hollow tubular shape disposed coaxially with the rear electrode 200 so that the inlet faces the open end of the rear electrode 200 at a predetermined interval. Both ends are open, but an arc flame is generated at one end of the rear electrode 200, and the generated plasma is discharged to the outside at the other end of the outlet side.

가스공급포트는, 후방전극(200)과 전방전극(100) 사이의 틈새를 통해 후방전극(200)과 전방전극(100)의 내부 반응공간으로 플라즈마 생성을 위한 반응가스가 도입될 수 있도록 형성된 유로로 정의된다. 플라즈마 토치의 외부에 형성된 가스공급원으로부터 이송된 반응가스가 전방전극(100)과 후방전극(200) 사이에 공급되어, 아크 기둥을 발생시키도록 한다. The gas supply port is a flow path formed so that a reaction gas for plasma generation can be introduced into the internal reaction space of the rear electrode 200 and the front electrode 100 through the gap between the rear electrode 200 and the front electrode 100 Is defined as The reaction gas transferred from the gas supply source formed outside the plasma torch is supplied between the front electrode 100 and the rear electrode 200 to generate an arc column.

외부몸체(300)는, 후방전극(200), 전방전극(100) 및 가스공급포트를 수용할 수 있을 정도의 직경과 길이로 형성된 중공의 하우징일 수 있다. 외부 몸체(300)의 일단에는 개구가 형성되어 전방전극(100)의 출구와 연통되고, 이 출구를 통해 플라즈마 불꽃이 외부로 방출된다.The external body 300 may be a hollow housing formed with a diameter and length sufficient to accommodate the rear electrode 200, the front electrode 100, and the gas supply port. An opening is formed at one end of the outer body 300 to communicate with the outlet of the front electrode 100, through which the plasma flame is discharged to the outside.

전방전극(100)은, 외부 몸체의 단부(350)를 기준으로 제1영역(110)과 제2영역(130)의 두 부분으로 구분할 수 있다. The front electrode 100 may be divided into two parts, the first region 110 and the second region 130 based on the end 350 of the external body.

제1영역(110)은, 외부 몸체(300)로부터 일정 깊이만큼 돌출된 부분으로 정의된다. 보다 구체적으로는, 외부 몸체(300)에 의해 가려지지 않고 외부로 직접 노출되는 부분을 의미하는 용어로 사용될 수 있다. 제2영역(130)은, 외부 몸체(300)의 내부에 수용되는 부분으로 정의된다. 즉, 전방전극(100)은 일부가 외부몸체(300)의 내부에 수용된 상태에서 외부 몸체의 단부(350)에 형성된 개구를 통해 일정 길이만큼 외부로 돌출형성된다. The first region 110 is defined as a portion protruding from the outer body 300 by a predetermined depth. More specifically, it may be used as a term to mean a portion that is not covered by the outer body 300 and is directly exposed to the outside. The second region 130 is defined as a portion accommodated in the outer body 300. That is, the front electrode 100 is formed to protrude to the outside by a predetermined length through an opening formed in the end portion 350 of the outer body while a part of the front electrode 100 is accommodated inside the outer body 300.

이 때, 돌출형성된 제1영역(110)에는 냉각수가 도달하지 못하여 고온상태에 쉽게 노출되는데, 이는 인접한 외부몸체(300)에 고온 영향을 미치게 하는 원인이 된다. 따라서, 외부 몸체(300)를 따라 흐르는 냉각채널에 손상이 발생하는 현상이 지속적으로 발생하였다. At this time, the cooling water cannot reach the protruding first region 110 and is easily exposed to a high temperature state, which causes a high temperature effect on the adjacent outer body 300. Therefore, a phenomenon in which damage to the cooling channel flowing along the outer body 300 is continuously occurred.

또한, 전방전극(100)은 플라즈마 회류에 의해 요철이 발생할 수 있다. 요철이 단부에 발생할 경우, 이 요철부에 전류가 집중되는 현상으로 인하여 전방전극(100)의 길이방향을 기준으로 양 옆으로 플라즈마 불꽃이 퍼지게 되는 사이드 아킹 현상이 발생하는데, 이 또한 외부 몸체(300)에 고온 영향을 가하는 원인이 된다.In addition, the front electrode 100 may be uneven due to plasma circulation. When the unevenness occurs at the end, a side arcing phenomenon occurs in which the plasma flame spreads to both sides based on the length direction of the front electrode 100 due to the phenomenon that the current is concentrated in the uneven portion, which is also the outer body 300 ), it may cause a high temperature effect.

뿐만 아니라, 플라즈마 토치를 운용하는 과정에서, 고온상태의 용융물이 전방전극(100)의 돌출형성된 제1영역(110)에 흡착되게 되면 외부몸체(300)와 전방전극(100) 사이에 전도성 채널을 형성할 수 있고, 이는 외부 몸체(300)에 고온 영향을 주는 또 다른 원인이 된다. In addition, in the process of operating the plasma torch, when the high-temperature melt is adsorbed to the protruding first region 110 of the front electrode 100, a conductive channel is formed between the external body 300 and the front electrode 100. It can be formed, which is another cause of affecting the high temperature on the outer body (300).

따라서 이러한 현상을 방지하고자, 제2영역(130)은 외부 몸체(300)와 일정한 이격을 두고 배치되되, 이 이격을 밀폐함으로 외부 몸체(300)와 전방전극(100) 사이를 절연하는 세라믹 절연재(150)를 더 포함할 수 있다.Therefore, in order to prevent such a phenomenon, the second region 130 is disposed with a certain distance from the outer body 300, and a ceramic insulating material that insulates between the outer body 300 and the front electrode 100 by sealing this distance ( 150) may be further included.

세라믹 절연재(150)라 기재하였으나, 공지의 절연재로서, 고온에 강한 소재라면 어느 것이든 변경적용 가능함은 통상의 기술자에게 명백할 것이다. Although described as a ceramic insulating material 150, as a known insulating material, it will be apparent to a person skilled in the art that any material that is resistant to high temperature can be changed.

보다 바람직하게는, 세라믹 절연재(150)는 제2영역(130) 뿐 아니라, 제2영역(130)의 단부로부터 제1영역(110)의 일부까지 연장형성될 수 있다. 세라믹 절연재(150)는, 전방전극(100)이 일반적으로 원통형임을 고려할 때 전방전극(100)의 외주면을 둘러싸도록 원형고리의 형상을 가질 수 있다. 따라서, 외부 몸체(300)의 개구측은 세라믹 절연재(150)에 의해 전방전극(100)과 완전히 절연되며, 세라믹 절연재(150)는 외부 몸체의 단부(350) 일측을 완전히 밀폐하도록 구비될 수도 있다. More preferably, the ceramic insulating material 150 may extend from the end of the second region 130 to a part of the first region 110 as well as the second region 130. Considering that the front electrode 100 is generally cylindrical, the ceramic insulating material 150 may have a circular ring shape so as to surround the outer circumferential surface of the front electrode 100. Accordingly, the opening side of the outer body 300 is completely insulated from the front electrode 100 by the ceramic insulating material 150, and the ceramic insulating material 150 may be provided to completely seal one side of the end 350 of the outer body.

또한 제1영역(110)의 외주면은 절연층(170)에 의해 코팅될 수 있다. 절연층(170)은 Si3N4 소재로 구성되는 것이 보다 바람직하다. 따라서, 용융물이 제1영역(110)에 흡착되더라도 전방전극(100)에 직접 닿지 않아 외부 몸체(300)와 전도성 채널을 형성할 위험이 감소된다. 이러한 구조하에서, 돌출형성된 전방전극(100)의 제1영역(110)은, 축에 대한 방사방향을 기준으로 전방전극(100), 절연층(170), 세라믹 절연재(150) 순서로 배치될 수 있다. 이 때 세라믹 절연재(150)는 절연층(170)과 접하게 된다.In addition, the outer peripheral surface of the first region 110 may be coated by the insulating layer 170. It is more preferable that the insulating layer 170 is made of a Si3N4 material. Accordingly, even if the melt is adsorbed on the first region 110, the risk of forming a conductive channel with the outer body 300 is reduced because it does not directly contact the front electrode 100. Under this structure, the first region 110 of the protruding front electrode 100 may be arranged in the order of the front electrode 100, the insulating layer 170, and the ceramic insulating material 150 based on the radial direction with respect to the axis. have. At this time, the ceramic insulating material 150 comes into contact with the insulating layer 170.

본 발명의 또 다른 실시예로서, 세라믹 절연재(150)와 전방전극(100)의 제1영역(110), 또는 세라믹 절연재(150)와 절연층(170) 사이에 전방전극(100)의 길이방향을 따라 일정한 이격을 형성하여 이를 냉각가스라인(160)으로 활용할 수 있다. 외부 몸체(300) 내부의 냉각가스를 이 냉각가스라인(160)을 통해 배출시킴으로써, 전방전극(100) 및 외부몸체(300)의 발열을 제어한다. In another embodiment of the present invention, the length direction of the front electrode 100 between the ceramic insulating material 150 and the first region 110 of the front electrode 100 or between the ceramic insulating material 150 and the insulating layer 170 It can be used as a cooling gas line 160 by forming a constant distance along the line. By discharging the cooling gas inside the outer body 300 through the cooling gas line 160, heat generation of the front electrode 100 and the outer body 300 is controlled.

또 다른 실시예로서, 세라믹 절연재(150)가 제2영역(130)에만 구비될 때, 돌출형성된 전방전극(100)의 제1영역(110)은, 축에 대한 방사방향을 기준으로 전방전극(100), 절연층(170)의 순서로 배치될 수 있다. In another embodiment, when the ceramic insulating material 150 is provided only in the second region 130, the first region 110 of the protruding front electrode 100 is the front electrode ( 100), the insulating layer 170 may be disposed in the order.

사이드 아킹을 방지하기 위한 본 발명의 다른 실시예는, 외부 몸체의 단부에 카본덮개(335)를 구비하여 고온 영향으로부터 외부 몸체를 보호한다. In another embodiment of the present invention for preventing side arcing, a carbon cover 335 is provided at the end of the outer body to protect the outer body from the influence of high temperature.

카본 덮개(335)는 평판형 구조물로서, 외부 몸체의 단부에 체결된다. 체결된 상태에서 외부 몸체의 길이방향으로 돌출되지 않고, 외부몸체의 축방향에 수직한 단면과 일치하도록 배치되는 구조가 바람직하다. 카본 덮개(335)는 전방전극과 이격되어 배치된다. 이러한 구조하에서 외부몸체 내부에는 카본 덮개(335), 전방전극 및 외부 몸체에 의해 정의되는 공간이 형성될 수 있다. 보다 구체적으로는 카본 덮개(335)의 내측면, 전방전극의 외주면 및 외부 몸체의 내주면에 의해 일정한 공간이 정의된다. 이 공간에는 절연재가 채워질 수 있고, 이 절연재는 글라스울 인 것이 보다 바람직하다. The carbon cover 335 is a flat structure and is fastened to the end of the outer body. It is preferable that the structure is arranged so as not to protrude in the longitudinal direction of the outer body in the fastened state and to match the cross section perpendicular to the axial direction of the outer body. The carbon cover 335 is disposed to be spaced apart from the front electrode. Under this structure, a space defined by the carbon cover 335, the front electrode, and the outer body may be formed inside the outer body. More specifically, a certain space is defined by the inner surface of the carbon cover 335, the outer peripheral surface of the front electrode, and the inner peripheral surface of the outer body. This space may be filled with an insulating material, and the insulating material is more preferably glass wool.

다만 전술한 바와 같은 세라믹 절연재(150) 또한 이 공간의 일부 영역에 채워질 수 있다. 또는 세라믹 절연재(150)가 사용되는 경우 상기 공간은 정의되지 않을 수도 있다. However, the ceramic insulating material 150 as described above may also be filled in a partial area of this space. Alternatively, when the ceramic insulating material 150 is used, the space may not be defined.

카본 덮개(335)는 플라즈마 토치의 운용에 따른 고온 영향을 직접적으로 받는 구성으로서 쉽게 마모된다는 점에서 외부 몸체에 탈착가능하게 체결된다. 플라즈마 토치를 분해하지 않고 외부에서 용이하게 교체할 수 있도록, 카본 덮개(335)에는 별도의 체결홈이 형성될 수 있다. 작업자는 이 체결홈에 볼트체결하는 방식으로 카본 덮개(335)를 외부 몸체에 체결할 수 있다. 따라서 외부 몸체 일측에는 그에 대응되는 나사산이 형성될 수 있다. The carbon cover 335 is detachably fastened to the outer body in that it is easily worn as a configuration that is directly affected by the high temperature effect of the operation of the plasma torch. A separate fastening groove may be formed in the carbon cover 335 so that the plasma torch can be easily replaced from the outside without disassembling. The operator can fasten the carbon cover 335 to the outer body by bolting to this fastening groove. Therefore, a thread corresponding thereto may be formed on one side of the outer body.

카본 덮개(335)는 반드시 한 몸체로 이루어질 필요는 없으며, 복수개의 파츠가 외부 몸체의 단부를 따라 차례로 결착될 수 있다. 다만, 이 경우 외부 몸체의 단부가 외부로 노출되지 않게 밀폐하면서도, 전방전극의 출구에서 플라즈마 불꽃이 방출될 수 있도록 중심부에 통공을 형성하는 것이 바람직하다. 따라서 카본 덮개(335)는 체결된 상태에서 원형고리와 같은 형상을 가질 수 있다. The carbon cover 335 does not necessarily have to be made of one body, and a plurality of parts may be sequentially bonded along the end of the outer body. However, in this case, it is preferable to form a through hole in the center so that the end of the outer body is not exposed to the outside, and the plasma flame can be emitted from the outlet of the front electrode. Therefore, the carbon cover 335 may have a shape such as a circular ring in a fastened state.

또한, 플라즈마 토치의 내부에는 냉각채널이 존재하는데, 이를 세 구역으로 구분할 수 있다. In addition, there is a cooling channel inside the plasma torch, which can be divided into three zones.

제1냉각채널(371)은, 전방전극(100)이 독립적으로 냉각되도록 전방전극(100)에 마련되고, 제2냉각채널(372)은, 외부몸체(300)가 독립적으로 냉각되도록 외부몸체(300)에 마련되며, 제3냉각채널(373)은, 전방전극(100)과 외부몸체(300)에 의해 형성된 공간상에 배치된다. 각각의 냉각채널을 통해 냉각유체가 순환하며 플라즈마 토치가 과열되는 것을 방지한다.The first cooling channel 371 is provided on the front electrode 100 so that the front electrode 100 is independently cooled, and the second cooling channel 372 is an external body ( It is provided in 300, the third cooling channel 373 is disposed in a space formed by the front electrode 100 and the outer body 300. Cooling fluid circulates through each cooling channel to prevent the plasma torch from overheating.

전방전극(100)은, 내부에 동축으로 배치되는 링타입의 자석을 복수개 구비하여 일정한 자장을 형성함으로써, 플라즈마 와류를 제어할 수 있다. The front electrode 100 is provided with a plurality of ring-type magnets coaxially disposed therein to form a constant magnetic field, thereby controlling plasma eddy currents.

세라믹 절연재가 단부에 구비되는 구조적 특징으로 인하여, 전방전극의 출구부에서 발생하는 사이드 아킹 현상이 줄어들고, 플라즈마의 집속성이 향상된다. 또한, 외부로 돌출형성된 전극이 절연물질로 포장되어 있어, 용융물이 튀더라도 전방전극 바깥쪽으로의 사이드 아킹 발생을 차단하는 이점이 있다. 따라서, 토치 외부로 돌출된 전방전극 형태는, 이행형 뿐만 아니라 비이행형 운전을 혼합하여 사용할 수 있도록 하는데 수월하다. Due to the structural feature in which the ceramic insulating material is provided at the end portion, the side arcing phenomenon occurring at the outlet portion of the front electrode is reduced, and the concentration of plasma is improved. In addition, since the electrode protruding to the outside is wrapped with an insulating material, there is an advantage of blocking the occurrence of side arcing to the outside of the front electrode even if the melt splashes. Therefore, the shape of the front electrode protruding to the outside of the torch is easy to mix and use not only the transition type but also the non-transit type operation.

이하는 본 발명의 기술적 특징을 포함하는 구성들을 개시한 것이다.The following is a disclosure of configurations including the technical features of the present invention.

일측과 타측에 각각 폐쇄단과 개방단을 가지며 속이 빈 중공의 후방전극; 입구와 출구를 가지며, 상기 입구가 상기 후방전극의 개방단과 일정간격을 두고 마주하도록 후방전극과 동축 상에 배치된 중공의 전방전극; 상기 후방전극과 전방전극 사이의 틈새를 통해 후방전극과 전방전극의 내부 반응공간으로 플라즈마 생성을 위한 반응가스가 도입될 수 있도록 유로를 형성하는 가스공급포트; 및 상기 후방전극, 전방전극 및 가스공급포트를 수용할 수 있을 정도의 직경과 길이를 가져, 상기 후방전극, 전방전극 및 가스공급포트를 내부에 수용하는 중공의 외부 몸체;을 포함하며, 상기 전방전극은, 상기 외부 몸체로부터 일정 길이만큼 돌출된 제1영역과 상기 외부 몸체의 내부에 수용되는 제2영역으로 구분되며, 상기 제2영역은, 상기 외부 몸체와 일정한 이격을 두고 배치되되, 상기 이격을 밀폐함으로 외부 몸체와 전방전극 사이를 절연하는 세라믹 절연재를 더 포함하며, 상기 전방전극은, 일측에 냉각가스라인이 형성되어, 상기 세라믹 절연재와 상기 전방전극 사이에 냉각용 가스를 분사하는 것을 특징으로 하며, 상기 외부몸체는, 외측 단부에 카본 덮개가 구비되되, 상기 카본 덮개는 상기 전방전극과 이격된 것을 특징으로 한다.A hollow rear electrode having a closed end and an open end on one side and the other side, respectively; A hollow front electrode having an inlet and an outlet, and disposed coaxially with the rear electrode so that the inlet faces the open end of the rear electrode at a predetermined distance; A gas supply port forming a flow path to introduce a reaction gas for generating plasma into an internal reaction space of the rear electrode and the front electrode through a gap between the rear electrode and the front electrode; And a hollow outer body having a diameter and a length sufficient to accommodate the rear electrode, the front electrode, and the gas supply port, and receiving the rear electrode, the front electrode, and the gas supply port therein, and the front electrode. The electrode is divided into a first area protruding from the outer body by a predetermined length and a second area accommodated in the outer body, and the second area is disposed at a certain distance from the outer body, and the separation And a ceramic insulating material insulating between the external body and the front electrode by sealing the front electrode, wherein a cooling gas line is formed on one side of the front electrode, and a cooling gas is injected between the ceramic insulating material and the front electrode. The outer body is provided with a carbon cover at an outer end, wherein the carbon cover is spaced apart from the front electrode.

바람직하게는, 상기 제1영역은, 외주면에 절연층이 형성된 것을 특징으로 한다.Preferably, the first region is characterized in that the insulating layer is formed on the outer peripheral surface.

또한, 상기 세라믹 절연재는, 상기 전방전극의 외주면에 구비되되, 상기 외부몸체의 제1단부와 상기 전방전극 사이에 축에 대한 방사방향으로 일정한 간격을 형성하는 제1지지부와, 일측은 상기 절연층에 접하여 상기 전방전극을 축에 대한 방사방향으로 지지하고, 타측은 상기 외부몸체의 제2단부에 접하여 상기 외부몸체를 길이방향으로 지지하는 제2지지부로 구분되는 것을 특징으로 한다.In addition, the ceramic insulating material is provided on the outer circumferential surface of the front electrode, a first support portion forming a predetermined distance in a radial direction with respect to the axis between the first end of the outer body and the front electrode, and one side of the insulating layer It is characterized in that the front electrode is supported in a radial direction with respect to the axis in contact with and the other side is divided into a second support portion that contacts the second end of the outer body and supports the outer body in the longitudinal direction.

바람직하게는, 상기 전방전극은, 내부에 동축으로 배치되는 링타입의 자석을 복수개 구비하여 일정한 자장을 형성하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the front electrode is characterized in that it has a plurality of ring-type magnets disposed coaxially therein to form a constant magnetic field.

바람직하게는, 상기 외부몸체는, 단부가 상기 세라믹 절연재에 의해 밀폐되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the outer body is characterized in that the end is sealed by the ceramic insulating material.

한편, 상기 절연층은, Si3N4를 포함한다.Meanwhile, the insulating layer contains Si3N4.

또한, 상기 공동형 플라즈마 토치는, 내부에 냉각채널을 더 포함하되,In addition, the cavity-type plasma torch further includes a cooling channel therein,

상기 냉각채널은, 상기 전방전극을 독립적으로 냉각하도록 상기 전방전극에 구비된 제1냉각채널; 상기 외부몸체를 독립적으로 냉각하도록 상기 외부몸체에 구비된 제2냉각채널; 및 상기 전방전극과 상기 외부몸체 사이에 위치하는 제3냉각채널을 포함한다.The cooling channel includes: a first cooling channel provided on the front electrode to independently cool the front electrode; A second cooling channel provided in the outer body to independently cool the outer body; And a third cooling channel positioned between the front electrode and the external body.

한편 본 발명은 상술한 내용에서 본 발명의 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 통상의 기술자에게 명백할 것이다.On the other hand, the present invention is not limited by the embodiments of the present invention and the accompanying drawings in the above description, and it is apparent to those skilled in the art that various substitutions, modifications and changes are possible within the scope of the technical spirit of the present invention. something to do.

전방전극 100
후방전극 200
가스공급포트 400
외부몸체 300
냉각가스라인 160
카본덮개 335
제1영역 110
제2영역 130
세라믹절연재 150
절연층 170
제1단부 310
제2단부 330
제1지지부 151
제2지지부 153
외부몸체 단부 350
제1냉각채널 371
제2냉각채널 372
제3냉각채널 373Front electrode 100
Rear electrode 200
Gas supply port 400
External body 300
Cooling gas line 160
Carbon Cover 335
Area 1 110
Area 2 130
Ceramic insulating material 150
Insulating layer 170
First end 310
Second end 330
Branch 1 151
Second Branch 153
Outer body end 350
1st cooling channel 371
2nd cooling channel 372
3rd cooling channel 373

Claims (4)

일측과 타측에 각각 폐쇄단과 개방단을 가지며 속이 빈 중공의 후방전극;
입구와 출구를 가지며, 상기 입구가 상기 후방전극의 개방단과 일정간격을 두고 마주하도록 후방전극과 동축 상에 배치된 중공의 전방전극;
상기 후방전극과 전방전극 사이의 틈새를 통해 후방전극과 전방전극의 내부 반응공간으로 플라즈마 생성을 위한 반응가스가 도입될 수 있도록 유로를 형성하는 가스공급포트; 및
상기 후방전극, 전방전극 및 가스공급포트를 수용할 수 있을 정도의 직경과 길이를 가져, 상기 후방전극, 전방전극 및 가스공급포트를 내부에 수용하는 중공의 외부 몸체;을 포함하며,
상기 전방전극은,
상기 외부 몸체로부터 일정 길이만큼 돌출된 제1영역과 상기 외부 몸체의 내부에 수용되는 제2영역으로 구분되며,
상기 제2영역은,
상기 외부 몸체와 일정한 이격을 두고 배치되되, 상기 이격을 밀폐함으로 외부 몸체와 전방전극 사이를 절연하는 세라믹 절연재를 포함하며,
상기 전방전극은,
일측에 냉각가스라인이 형성되어, 상기 세라믹 절연재와 상기 전방전극 사이에 냉각용 가스를 분사하며,
상기 외부몸체는,
외측 단부에 카본 덮개가 구비되되, 상기 카본 덮개는 상기 전방전극과 이격되는 돌출형 전방전극 보호노즐이 구비된 플라즈마 토치.
A hollow rear electrode having a closed end and an open end on one side and the other side, respectively;
A hollow front electrode having an inlet and an outlet, and disposed coaxially with the rear electrode so that the inlet faces the open end of the rear electrode at a predetermined distance;
A gas supply port forming a flow path to introduce a reaction gas for generating plasma into an internal reaction space of the rear electrode and the front electrode through a gap between the rear electrode and the front electrode; And
Includes; a hollow outer body having a diameter and length sufficient to accommodate the rear electrode, the front electrode, and the gas supply port, and receiving the rear electrode, the front electrode, and the gas supply port therein,
The front electrode,
It is divided into a first area protruding from the outer body by a predetermined length and a second area accommodated inside the outer body,
The second area,
It is disposed at a certain distance from the outer body, and includes a ceramic insulating material insulating between the outer body and the front electrode by sealing the distance,
The front electrode,
A cooling gas line is formed on one side to inject a cooling gas between the ceramic insulating material and the front electrode,
The external body,
A plasma torch provided with a carbon cover at an outer end, wherein the carbon cover is provided with a protruding front electrode protective nozzle spaced apart from the front electrode.
 제1항에 있어서,
상기 전방전극은,
내부에 동축으로 배치되는 링타입의 자석을 복수개 구비하여 일정한 자장을 형성하는 것을 특징으로 하는 돌출형 전방전극 보호노즐이 구비된 플라즈마 토치.
The method of claim 1,
The front electrode,
Plasma torch provided with a protruding front electrode protection nozzle, characterized in that a plurality of ring-type magnets arranged coaxially therein to form a constant magnetic field.
 제1항에 있어서,
상기 외부몸체는,
단부가 상기 세라믹 절연재에 의해 밀폐되는 것을 특징으로 하는 돌출형 전방전극 보호노즐이 구비된 플라즈마 토치.
The method of claim 1,
The external body,
Plasma torch provided with a protruding front electrode protection nozzle, characterized in that the end is sealed by the ceramic insulating material.
 제3항에 있어서,
상기 플라즈마 토치는,
내부에 냉각채널을 더 포함하되,
상기 냉각채널은,
상기 전방전극을 독립적으로 냉각하도록 상기 전방전극에 구비된 제1냉각채널;
상기 외부몸체를 독립적으로 냉각하도록 상기 외부몸체에 구비된 제2냉각채널; 및
상기 전방전극과 상기 외부몸체 사이에 위치하는 제3냉각채널을 포함하는 돌출형 전방전극 보호노즐이 구비된 플라즈마 토치.The method of claim 3,
The plasma torch,
Further including a cooling channel therein,
The cooling channel,
A first cooling channel provided in the front electrode to independently cool the front electrode;
A second cooling channel provided in the outer body to independently cool the outer body; And
Plasma torch provided with a protruding front electrode protection nozzle including a third cooling channel positioned between the front electrode and the external body.
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