KR970004755Y1 - 플라즈마 아아크 토오치의 냉각구조 - Google Patents

Abstract

내용없음.

Description

플라즈마 아아크 토오치의 냉각구조

제 1 도는 본 고안의 단면구성도.

제 2 도의 (a)는 본 고안 냉각기의 발췌사시도,

(b)는 본 고안 냉각기의 단면도,

제 3 도의 (a)는 본 고안 노즐팁의 발췌사시도,

(b)는 본 고안 노즐팁의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 플라즈마 아아크 토오치 2 : 가스공급관

3 : 가스챔버 4 : 가스유도관

5 : 중간원형관 6 : 단열원형관

7 : 통공 8 : 가스유입공

9 : 토오치 외부관 10 : 노즐팁

10a : 경사부 10b : 노즐팁 냉각로

11 : 냉각기 11a : 가스유도로

12 : 전극 13 : 음극재(Hf)

14 : 분출공 15 : 보호가스분출로

16 : 외관

본 고안은 연강 및 동재를 비롯한 각종 금속류의 박판들을 절단하고자 할 때에 고압, 고열에 의하여 발생하는 전극 및 노즐의 용손을 예방하고자 고안한 플라즈마 아아크 토오치의 냉각구조에 관한 것이다.

플라즈마열은 수십만도에 이르는 것도 있으나 핵융합 목적 이외의 분야에 이용되는 것은 수천도에서 수만도 이상에 이르며, 특히 금속공업에 이용되는 플라즈마 발생기로는 5,000~10,000°K의 온도변위가 많이 사용되고 있다.

따라서 전기 아크 및 플라즈마의 발생열은 수천도 이상의 고온이므로 이러한 플라즈마 발생을 이용한 전달용 토오치는 쉽게 고열을 받게되는데, 특히 전극과 분출공은 이러한 고온고압의 플라즈마 열에 의해 쉽게 용손되어 장시간 사용이 어렵게 되는바, 플라즈마 토오치의 절단 작업시에 전극 및 노즐의 냉각은 토오치의 수명연장을 위해 매우 중요하며, 냉각은 사용전류에 대해서 수냉식과 공랭식으로 크게 분류되는데, 통상 100A 이하의 소용량은 공랭식이 많다.

따라서 본 고안은 이러한 소용량의 공랭식 플라즈마 아아크 토오치에 있어 전극내에 냉각기를 구비하여 전극 수명을 연장시키고, 노즐의 냉각효과를 높일 수 있는 플라즈마 아아크 토오치의 냉각구조를 고안하게된 것이다.

그러나 일반적으로 사용되고 있는 플라즈마 아아크 토오치들은 전극과 분출공 사이에서 고주파 불꽃을 방전시켜 파일럿 아크를 발생시킨 후 토오치 본체의 순환경로를 통하여 전극 외부 상단에 고압으로 모이게 되는 가스의 분류로 인해 파일럿 아크는 전극과 모재 사이에서 아크를 이행시킨다. 이때 절단을 시작하는 위치에서 전류를 높이면, 아크가 성장하며, 수천도에 이르는 고온의 플라즈마상의 아크를 발생하여 분출공을 통해 분출하게 된다. 이로인해 전극과 분출공은 계속적인 발열에 의해 용손이 일어나게 되며, 전극의 경우는 정중앙에 삽입된 음극재(하프늄 : Hf)가 소모되면서 오목하게 패이는() 용손을 보이며, 또한 시간이 갈수록 전극 외부 주변이 점차적으로 고열에 의해 검게 변색이 되면서, 전극 상단이 둥글게 용손된다.

또한 노즐의 경우는 분출공(nozzle hole)이 점차적으로 커져가는 용손을 보이기 때문에 분출공을 통해 뿜어져 나오는 아크주의 집속이 힘들어지게 된다. 이때가 전극과 노즐팁을 교체하여야 하는 시기로 매번 결함 발생시마다 교체를 해주어야 하며, 전극과 노출공의 냉각효과가 불충분하여, 장시간의 사용이 불가함으로써 장시간 연속적으로 절단작업을 행하게되면 전극과 전극내에 삽입된 음극재(Hf) 및 분출공이 고열에 의해 쉽게 용손되어 작업시 자주 전극을 교체해야 하는 문제점이 지적되고 있었으며, 또한 소모 전극 및 노즐의 잦은 교체에 따른 경비의 증가로 인하여 가공비 및 생산비가 증대하게 되었고, 공랭식의 플라즈마 토오치는 순환경로를 가지는 구조적인 복잡성으로 인하여 토오치의 제작단가가 많이 소용됨은 물론, 정밀한 가공을 요하기 때문에 토오치의 제작시 가공불량은 절단시 아크 불안정의 요인이 될 수 있으며, 절단시 절단면이 고르지 못하게 되는 결과를 초래하게 되었다.

따라서, 본 고안은 상기와 같은 제반 문제점을 해소하기 위하여 고안한 것으로, 전극 내부면에 냉각기를 삽입하여 전극이 받은 열을 최대한 냉각기를 통해 방열시킴과 더불어 노즐팁의 수명을 연장할 수 있도록 한 플라즈마 아아크 토오치를 제공함에 목적이 있는 것으로 이를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

플라즈마 아아크 토오치를 형성함에 있어서, 통상의 플라즈마 아아크 토오치(1)의 가스유도관(4) 선단 및 전극(12) 내부에는 다수의 가스유도로(11)가 형성되어 있는 갓 형상의 냉각기(11)를 압착시키는 한편 토오치 외부관(9)과 나사결합되는 분출공(14)을 갖는 노즐팁(10)의 외주변 선단 경사부(10a)에는 다수의 노즐팁 냉각로 (10b)를 형성하여서 된 것이다.

이와 같이 구성된 본 고안의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

본 고안은 가스공급관(2)을 통하여 가스챔버(3)로 가스를 공급하게 되면 가스공급관(2)으로부터 유입된 가스는 가스챔버(3)에서 가스유도관(4)으로 유도되어 가스유도관(4) 선단 및 전극(12) 후방에 압착되어진 냉각기(11)에 도달하게 되는데 이때 냉각기(11)는 가스유도관(4)을 통하여 들어오는 가스의 접촉면적을 최대로 확보하기 위하여 다수의 가스유도로(11a)를 형성함으로써 가스와의 접촉면적이 많아져 냉각기(11)가 빨리 냉각되면서 이 냉각기(11)가 고열을 받고 있던 전극(12)을 방열시켜 전극(12)의 냉각효과를 극대화 할 수 있게 한것이다.

이와 같이 냉각기(11)를 냉각시키면 진행하는 가스는 냉각기(11)의 가스유도로(11a)를 통하여 가스유도관(4)과 중간원형관(5)의 사이로 진행하면서 통공(7)을 통하여 단열원형관(6)과 토오치 외부관(9) 사이로 유도되어 일부는 가스유입공(8)으로 유입되면서 노즐팁(10)과 전극(12)사이를 따라 분출공(14)으로 분출되고 다른일부의 가스는 통오치 외부관(9)에 형성된 보호가스 분출로(15)를 통하여 진행하면서 외관(16)의 안내를 받으며 노즐팁(10) 외주면 몸체로 유도된다. 이때 노즐팁(10) 외주면 선단 경사부(10a)에 다수로 형성된 노즐팁 냉각로(10b)에는 환형으로 형성되어 있어 가스의 접촉면적으로 많게 하여 냉각효과를 높일 수 있도록 하였다.

이상과 같은 본 고안은 냉각기(11)와 노즐팁(10)에 다수의 가스유도로(11a) 및 노즐팁 냉각로(10b)를 형성하여 줌으로써 음극체(13)가 안착된 전극(12) 및 분출공(14)을 갖는 노즐팁(10)의 냉각효과를 극대화 시켜 고압, 고열에 의하여 용손되던 전극(12) 및 분출공(14)을 보호할 수 있게 하였으며, 그에 따른 작업의 효율화를 기할 수 있게 되었고 플라즈마 아아크의 안전성을 확보함은 물론 경비절감의 효과를 얻게 되었다.

Claims (1)

1. 플라즈마 아아크 토오치를 형성함에 있어서, 통상의 플라즈마 아아크 토오치(1)의 가스유도관(4) 선단 및 전극(12) 내부에 다수의 가스유도로(11a)가 형성되어 있는 갓 형상의 냉각기(11)를 압착시키는 한편 토오치 외부관(9)과 나사 결합되는 분출공(14)을 갖는 노즐팁(10)의 외주면 선단 경사부(10a)에는 다수의 노즐팁 냉각로(10b)를 형성하여 된 플라즈마 아아크 토오치의 냉각구조.