KR102594269B1 - Plasma Torch - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 플라즈마 토치는, 상압 미만의 압력에서 플라즈마 빔을 방출시키는 플라즈마 토치에 있어서, 음극을 형성하며, 전자가 방출되는 전극봉, 내부에 플라즈마 가스가 유입되고 상기 전극봉이 수용되는 점화공간이 형성되어 상기 전극봉을 감싸는 형태로 양극을 형성하고, 상기 점화공간 내로 유입되어 상기 전극봉과의 사이에서 아크 방전을 통해 이온화된 플라즈마 빔이 통과하는 오리피스가 형성된 노즐 및 양극 사이에 전류를 공급하여 고주파 아크를 발생시키는 전원을 포함하며, 상기 오리피스의 직경은 상기 오리피스를 통과하여 방출되는 플라즈마 빔이 복수 개로 분산되지 않도록 상기 전극봉의 직경보다 큰 범위에서 설정된다.The plasma torch according to the present invention is a plasma torch that emits a plasma beam at a pressure below normal pressure, forming a cathode, an electrode through which electrons are emitted, and an ignition space into which plasma gas flows and the electrode is accommodated. An anode is formed in a shape that surrounds the electrode, and a current is supplied between the nozzle and the anode where an orifice is formed through which the ionized plasma beam flows into the ignition space and passes through an arc discharge between the electrode and the electrode to create a high-frequency arc. It includes a power source that generates power, and the diameter of the orifice is set to be larger than the diameter of the electrode so that the plasma beam emitted through the orifice is not dispersed into a plurality.
Description
본 발명은 플라즈마 토치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 감압 분위기에서 안정적인 플라즈마 빔의 방출이 가능하도록 최적화된 오리피스 직경 비율을 가지는 플라즈마 토치에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma torch, and more specifically, to a plasma torch with an orifice diameter ratio optimized to enable stable emission of a plasma beam in a reduced pressure atmosphere.
물질의 상태는 고체, 액체, 기체로 나눌 수 있으며, 이 중 기체 상태의 물질에 에너지를 가해 주면 원자나 분자에서 전자가 분리되어 전자와 이온들이 존재하는 플라즈마 상태가 된다.The state of matter can be divided into solid, liquid, and gas. When energy is applied to a substance in the gaseous state, electrons are separated from atoms or molecules, creating a plasma state in which electrons and ions exist.
이를 응용한 플라즈마 기술은 그 활용도가 매우 높아 표면 코팅, 가스 처리, 폐기물 제거, 화학적인 합성, 기계작업 등의 다양한 분야에서 응용이 가능하다.Plasma technology using this technology is very versatile and can be applied in various fields such as surface coating, gas treatment, waste removal, chemical synthesis, and mechanical work.
플라즈마를 상압보다 낮은 압력에서 방전시킬 경우에는 진공 용기를 제작하고, 진공을 유지하기 위해 진공 펌프를 장착해야 하는 등 여러 가지 제약 조건이 따르기 때문에, 최근에는 상압에서 플라즈마를 발생시키는 방법이 일반적으로 사용되고 있다.When discharging plasma at a pressure lower than normal pressure, there are various constraints, such as the need to manufacture a vacuum container and install a vacuum pump to maintain the vacuum. Recently, a method of generating plasma at normal pressure is commonly used. there is.
상압에서 플라즈마 방전을 수행하는 것은 플라즈마 빔이 직선형으로 방출되기 때문에 일반적으로 소재를 절단하는데 적합하다. 그러나 이를 소재를 용해하는 플라즈마 용해로에 적용하게 되면 모재에 접촉하는 면적이 작아지게 되며, 이는 모재의 용융 효율을 떨어뜨리게 되는 원인이 된다. 이에 따라 플라즈마를 상압보다 낮은 압력에서 방전시키는 방식을 사용하기도 하나, 이와 같은 경우 넓게 퍼지는 플라즈마 빔의 형상에 따라 플라즈마 토치의 노즐과의 간섭에 의해 이중 아크가 발생하고 노즐이 플라즈마 빔에 의해 손상되는 문제가 있었다.Performing plasma discharge at normal pressure is generally suitable for cutting materials because the plasma beam is emitted in a straight line. However, if this is applied to a plasma melting furnace that melts the material, the area in contact with the base material becomes small, which causes the melting efficiency of the base material to decrease. Accordingly, a method of discharging plasma at a pressure lower than normal pressure is used, but in this case, depending on the shape of the widely spreading plasma beam, a double arc is generated due to interference with the nozzle of the plasma torch and the nozzle is damaged by the plasma beam. There was a problem.
따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구된다.Therefore, a method to solve these problems is required.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 도출된 발명으로서, 감압 분위기에서 안정적인 플라즈마 빔의 방출이 가능하도록 하기 위한 플라즈마 토치를 제공하기 위한 목적을 가진다.The present invention is an invention derived to solve the problems of the prior art described above, and has the purpose of providing a plasma torch to enable stable emission of a plasma beam in a reduced pressure atmosphere.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems of the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플라즈마 토치는, 상압 미만의 압력에서 플라즈마 빔을 방출시키는 플라즈마 토치에 있어서, 음극을 형성하며, 전자가 방출되는 전극봉, 내부에 플라즈마 가스가 유입되고 상기 전극봉이 수용되는 점화공간이 형성되어 상기 전극봉을 감싸는 형태로 양극을 형성하고, 상기 점화공간 내로 유입되어 상기 전극봉과의 사이에서 아크 방전을 통해 이온화된 플라즈마 빔이 통과하는 오리피스가 형성된 노즐 및 양극 사이에 전류를 공급하여 고주파 아크를 발생시키는 전원을 포함하며, 상기 오리피스의 직경은 상기 오리피스를 통과하여 방출되는 플라즈마 빔이 복수 개로 분산되지 않도록 상기 전극봉의 직경보다 큰 범위에서 설정된다.The plasma torch of the present invention for achieving the above object is a plasma torch that emits a plasma beam at a pressure below normal pressure, forming a cathode, an electrode from which electrons are emitted, a plasma gas flows into the electrode, and the electrode is A receiving ignition space is formed to form an anode in a shape surrounding the electrode, and an orifice is formed through which the ionized plasma beam flows into the ignition space and passes through an arc discharge between the electrode and the nozzle, and a current is formed between the anode and the anode. It includes a power supply that generates a high-frequency arc, and the diameter of the orifice is set to be larger than the diameter of the electrode so that the plasma beam emitted through the orifice is not dispersed into a plurality.
이때 상기 전극봉의 직경에 대한 상기 오리피스의 직경 비율은 1보다 큰 값을 가지도록 형성될 수 있다.At this time, the ratio of the diameter of the orifice to the diameter of the electrode may be formed to have a value greater than 1.
또한 세부적으로 상기 전극봉의 직경에 대한 상기 오리피스의 직경은 1:1.05 내지 1:1.5의 비율을 가지도록 형성될 수 있다.Additionally, in detail, the diameter of the orifice with respect to the diameter of the electrode may be formed to have a ratio of 1:1.05 to 1:1.5.
한편 상기 전극봉의 직경에 대한 상기 오리피스의 직경 비율은 기압이 낮아질수록 증가하도록 설정될 수 있다.Meanwhile, the ratio of the diameter of the orifice to the diameter of the electrode may be set to increase as the air pressure decreases.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 감압 분위기에서 최적화된 오리피스 직경 비율을 가지는 플라즈마 토치는, 오리피스를 통과하여 방출되는 플라즈마 빔이 복수 개로 분산되지 않도록 오리피스의 직경을 전극봉의 직경보다 큰 범위에서 설정하여 최적화함에 따라, 감압 분위기에서 안정적인 플라즈마 빔의 방출이 가능하도록 하며, 우수한 작업 결과물을 얻을 수 있도록 할 수 있는 장점을 가진다.In order to solve the above problems, the plasma torch having an orifice diameter ratio optimized in a reduced pressure atmosphere of the present invention sets the diameter of the orifice in a range larger than the diameter of the electrode so that the plasma beam emitted through the orifice is not dispersed into a plurality. By optimizing this, it is possible to stably emit a plasma beam in a reduced pressure atmosphere and has the advantage of being able to obtain excellent work results.
또한 본 발명은 갑압 분위기에서 확산되는 플라즈마 빔의 형상에 따라 넓은 면적에 걸쳐 모재를 용융시킬 수 있으므로 작업 효율을 향상시킬 수 있는 장점을 가진다.In addition, the present invention has the advantage of improving work efficiency because it can melt the base material over a wide area according to the shape of the plasma beam that spreads in a reduced pressure atmosphere.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.
도 1은 감압 분위기에서 플라즈마 토치를 이용하여 아크 방전을 수행함에 따라 이중 아크가 발생하는 모습을 나타낸 도면;
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 플라즈마 토치의 모습을 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 플라즈마 토치에 있어서, 전극봉과 오리피스의 구조를 나타낸 도면;
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 플라즈마 토치를 이용하여 감압 분위기에서 아크 방전을 수행하는 모습을 나타낸 도면;
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 플라즈마 토치의 모습을 나타낸 도면;
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 플라즈마 토치의 모습을 나타낸 도면; 및
도 7 내지 도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 플라즈마 토치의 모습을 나타낸 도면이다.Figure 1 is a diagram showing the occurrence of a double arc when arc discharge is performed using a plasma torch in a reduced pressure atmosphere;
Figure 2 is a view showing a plasma torch according to a first embodiment of the present invention;
Figure 3 is a diagram showing the structure of an electrode and an orifice in a plasma torch according to a first embodiment of the present invention;
Figure 4 is a diagram showing arc discharge in a reduced pressure atmosphere using a plasma torch according to the first embodiment of the present invention;
Figure 5 is a view showing a plasma torch according to a second embodiment of the present invention;
Figure 6 is a view showing a plasma torch according to a third embodiment of the present invention; and
7 to 9 are diagrams showing a plasma torch according to a fourth embodiment of the present invention.
본 명세서에서, 어떤 구성요소(또는 영역, 층, 부분 등)가 다른 구성요소 "상에 있다", "연결된다", 또는 "결합된다"고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 배치/연결/결합될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 구성요소가 배치될 수도 있다는 것을 의미한다.In this specification, when a component (or region, layer, portion, etc.) is referred to as being “on,” “connected to,” or “coupled to” another component, it is directly placed/on the other component. This means that they can be connected/combined or a third component can be placed between them.
동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 지칭한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께, 비율, 및 치수는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.Like reference numerals refer to like elements. Additionally, in the drawings, the thickness, proportions, and dimensions of components are exaggerated for effective explanation of technical content.
"및/또는"은 연관된 구성들이 정의할 수 있는 하나 이상의 조합을 모두 포함한다.“And/or” includes all combinations of one or more that the associated configurations may define.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Terms such as first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first component may be named a second component, and similarly, the second component may also be named a first component without departing from the scope of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
또한, "아래에", "하측에", "위에", "상측에" 등의 용어는 도면에 도시된 구성들의 연관관계를 설명하기 위해 사용된다. 상기 용어들은 상대적인 개념으로, 도면에 표시된 방향을 기준으로 설명된다.Additionally, terms such as “below,” “on the lower side,” “above,” and “on the upper side” are used to describe the relationship between the components shown in the drawings. The above terms are relative concepts and are explained based on the direction indicated in the drawings.
다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 용어 (기술 용어 및 과학 용어 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에서 정의된 용어와 같은 용어는 관련 기술의 맥락에서 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하고, 이상적인 또는 지나치게 형식적인 의미로 해석되지 않는 한, 명시적으로 여기에서 정의된다.Unless otherwise defined, all terms (including technical terms and scientific terms) used in this specification have the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art to which the present invention pertains. Additionally, terms such as those defined in commonly used dictionaries should be construed as having a meaning consistent with their meaning in the context of the relevant technology, and unless interpreted in an idealized or overly formal sense, are explicitly defined herein. do.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms such as “include” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but do not include one or more other features, numbers, or steps. , it should be understood that it does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of operations, components, parts, or combinations thereof.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
본 발명은 상압 미만의 압력을 가지는 감압 분위기 하에서 플라즈마 빔을 방출시키는 플라즈마 토치에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma torch that emits a plasma beam in a reduced pressure atmosphere having a pressure below normal pressure.
발명의 배경이 되는 기술 부분에서 기재한 바와 같이, 플라즈마를 상압보다 낮은 압력에서 방전시키게 될 경우 종래에는 도 1에 나타난 바와 같이 넓게 퍼지는 플라즈마 빔의 형상에 따라 플라즈마 토치의 노즐(2)과의 간섭에 의해 이중 아크가 발생하게 되며, 이로 인해 노즐(2)이 플라즈마 빔에 의해 손상되는 문제가 있었다.As described in the technical background of the invention, when plasma is discharged at a pressure lower than normal pressure, interference with the nozzle 2 of the plasma torch occurs according to the shape of the plasma beam that spreads widely as shown in FIG. 1. A double arc is generated, which causes the nozzle 2 to be damaged by the plasma beam.
이와 같은 현상이 발생하는 원인으로는 노즐의 허용 전류 이상으로 전류가 흐르게 한 경우, 노즐(2)이 모재(M)에 충돌하여 작동 가스의 흐름에 이상을 초래한 경우, 노즐에 스패터 등의 이물질이 부차고딤에 따라 작동가스에 이상을 초래한 경우, 작동가스의 흐름이 적어서 서멀 핀치(Thermal Pinch) 효과가 충분히 발생하지 못한 경우, 전극의 수명이 다해 노즐(2) 내부에서 전극봉(1)이 녹아 파손된 경우 등과 같이 다양한 원인이 존재한다.The causes of this phenomenon include: when a current exceeding the nozzle's allowable current flows, when the nozzle (2) collides with the base material (M) and causes an abnormality in the flow of working gas, or when spatter, etc., occurs in the nozzle. If foreign matter causes abnormalities in the working gas due to buoyancy, or if the thermal pinch effect is not sufficiently generated due to low flow of working gas, the electrode (1) may be removed from the inside of the nozzle (2) as the life of the electrode has expired. ) There are various causes, such as melting and damage.
이와 더불어 및 전극봉(1)의 직경에 대한 노즐(2)의 오리피스(3)의 직경이 특정 비율보다 작은 경우에도 동일 현상이 발생할 수 있으며, 본 발명에 따른 플라즈마 토치는 이와 같은 점을 개선하여 안정적으로 플라즈마 빔을 방출할 수 있도록 한다.In addition, the same phenomenon may occur even when the diameter of the orifice 3 of the nozzle 2 with respect to the diameter of the electrode 1 is smaller than a certain ratio, and the plasma torch according to the present invention improves this point and provides stable operation. to emit a plasma beam.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 플라즈마 토치의 모습을 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 플라즈마 토치에 있어서, 전극봉(100)과 오리피스(210)의 구조를 나타낸 도면이다.Figure 2 is a diagram showing the appearance of a plasma torch according to the first embodiment of the present invention, and Figure 3 shows the structure of the electrode 100 and the orifice 210 in the plasma torch according to the first embodiment of the present invention. This is the drawing shown.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 플라즈마 토치는 전극봉(100), 노즐(200) 및 전원(10)을 포함한다.As shown in Figures 2 and 3, the plasma torch according to the first embodiment of the present invention includes an electrode 100, a nozzle 200, and a power source 10.
전극봉(100)은 플라즈마 토치의 음극을 형성하며, 전원(10)으로부터 인가받은 전류를 통해 전자를 방출시키는 역할을 수행한다. 본 실시예에서 전극봉(100)은 텅스텐 소재가 적용되는 것으로 하였으나, 이는 본 실시예만으로 제한되는 것은 아니다.The electrode 100 forms the cathode of the plasma torch and serves to emit electrons through a current applied from the power source 10. In this embodiment, the electrode 100 is made of tungsten material, but this is not limited to this embodiment.
노즐(200)은 내부에 플라즈마 가스가 유입되고 전극봉(100)이 수용되는 점화공간이 형성되어, 전극봉(100)을 감싸는 형태로 양극을 형성한다. 본 실시예에서 노즐(200)은 전기 전도성 및 열전도성이 우수한 구리(Cu)를 사용하는 것으로 하였으나, 이 역시 본 실시예만으로 제한되지 않는다.The nozzle 200 has an ignition space in which plasma gas flows into the nozzle 200 and accommodates the electrode 100, forming an anode that surrounds the electrode 100. In this embodiment, the nozzle 200 is made of copper (Cu), which has excellent electrical and thermal conductivity, but this is also not limited to this embodiment.
그리고 이와 같은 노즐(200)에는 점화공간 내로 유입되어 전극봉(100)과의 사이에서 아크 방전을 통해 이온화된 플라즈마 빔이 통과하는 오리피스(210)가 형성된다.An orifice 210 is formed in the nozzle 200 through which the ionized plasma beam flows into the ignition space and passes through an arc discharge between the electrodes 100 and the electrode 100.
전원(10)은 양극 사이에 전류를 공급하여 전압 차를 통해 고주파 아크를 발생시킨다. 이를 위해 본 실시예는 점화기(20)를 더 포함할 수 있다.The power source 10 supplies current between the anodes to generate a high-frequency arc through a voltage difference. To this end, this embodiment may further include an igniter 20.
이와 같은 구성들을 통해 플라즈마 가스를 점화공간 내에 주입한 뒤 아크 방전을 발생시켜 플라즈마 빔을 방출시키는 원리는 당업자에게 자명한 사항이므로, 아크 방전의 원리 및 부가적인 세부 구성에 대한 자세한 추가 설명은 생략하도록 한다.The principle of injecting plasma gas into the ignition space through these configurations and then generating an arc discharge to emit a plasma beam is self-evident to those skilled in the art, so further detailed explanation of the principle of arc discharge and additional detailed configuration will be omitted. do.
전술한 바와 같이 플라즈마를 상압보다 낮은 압력의 감압 분위기에서 플라즈마 방전을 수행할 경우에는 상압에서 플라즈마 방전을 수행할 경우보다 상대적으로 넓게 퍼지는 플라즈마 빔의 형상에 따라 플라즈마 토치의 노즐(200)과의 간섭에 의해 이중 아크가 발생할 수 있다.As described above, when plasma discharge is performed in a reduced pressure atmosphere with a pressure lower than normal pressure, interference with the nozzle 200 of the plasma torch occurs depending on the shape of the plasma beam, which spreads relatively wider than when plasma discharge is performed at normal pressure. A double arc may occur due to this.
이에 따라 본 발명의 경우, 노즐(200)의 오리피스(210) 직경(d2)은 전극봉(100)의 직경(d1)보다 큰 범위에서 설정되도록 하며, 이에 따라 오리피스(210)를 통과하여 방출되는 플라즈마 빔이 복수 개로 분산되지 않도록 한다.Accordingly, in the case of the present invention, the diameter d2 of the orifice 210 of the nozzle 200 is set in a range larger than the diameter d1 of the electrode 100, and accordingly, the plasma emitted through the orifice 210 Make sure the beam is not dispersed into multiple beams.
즉 전극봉(100)의 직경(d1)에 대한 오리피스(210)의 직경(d2) 비율은 1보다 큰 값을 가지도록 형성될 수 있다. 여기서 전극봉(100)의 직경(d1)에 대한 오리피스(210)의 직경(d2) 비율이란, {오리피스(210)의 직경(d2)/전극봉(100)의 직경(d1)} 값을 의미할 수 있다.That is, the ratio of the diameter d2 of the orifice 210 to the diameter d1 of the electrode 100 may be formed to have a value greater than 1. Here, the ratio of the diameter (d2) of the orifice 210 to the diameter (d1) of the electrode 100 may mean the value {diameter (d2) of the orifice 210/diameter (d1) of the electrode 100}. there is.
이와 같이 할 경우 플라즈마 빔은 오리피스(210)의 둘레부에 간섭되지 않거나 오리피스(210)의 둘레부에 다소 간섭될 경우에도 플라즈마 빔이 복수 개로 분산되지 않는다.In this case, the plasma beam does not interfere with the circumference of the orifice 210 or is not dispersed into a plurality of plasma beams even when there is some interference with the circumference of the orifice 210.
보다 구체적으로 본 실시예에서 전극봉(100)의 직경(d1)에 대한 오리피스(210)의 직경(d2)은 1:1.05 내지 1:1.5의 비율을 가지도록 형성될 수 있다.More specifically, in this embodiment, the diameter d2 of the orifice 210 with respect to the diameter d1 of the electrode 100 may be formed to have a ratio of 1:1.05 to 1:1.5.
또한 이와 같은 비율 범위 내에서도, 전극봉(100)의 직경(d1)에 대한 오리피스(210)의 직경(d2)은 1:1.15의 비율을 가지도록 형성될 수 있으며, 이와 같은 경우 최적의 효과를 얻을 수 있다.Also, within this ratio range, the diameter (d2) of the orifice 210 with respect to the diameter (d1) of the electrode 100 may be formed to have a ratio of 1:1.15, and in this case, the optimal effect can be obtained. there is.
이상과 같은 방식으로 본 발명은 도 4에 도시된 바와 같이 감압 분위기에서 안정적인 플라즈마 빔의 방출이 가능하도록 하며, 확산되는 플라즈마 빔의 형상에 따라 넓은 면적에 걸쳐 모재(M)를 용융시킬 수 있으므로 작업 효율을 극대화할 수 있다.In the manner described above, the present invention enables stable emission of a plasma beam in a reduced pressure atmosphere as shown in FIG. 4, and can melt the base material (M) over a wide area depending on the shape of the diffused plasma beam, thus enabling operation. Efficiency can be maximized.
한편 전극봉(100)의 직경(d1)에 대한 오리피스(210)의 직경(d2) 비율은 기압이 낮아질수록 증가하도록 설정될 수 있으며, 이는 기압이 낮을수록 플라즈마 빔의 확산도가 증가하기 때문이다.Meanwhile, the ratio of the diameter (d2) of the orifice 210 to the diameter (d1) of the electrode 100 can be set to increase as the atmospheric pressure decreases. This is because the diffusion of the plasma beam increases as the atmospheric pressure decreases.
이하에서는, 본 발명의 다른 실시예들에 대해 설명하도록 한다. 이때 이하 설명될 각 실시예에 있어서, 전술한 제1실시예와 동일하게 구비되는 구성요소에 대한 중복되는 설명은 생략하도록 한다.Below, other embodiments of the present invention will be described. At this time, in each embodiment to be described below, overlapping descriptions of components provided identically to those of the first embodiment described above will be omitted.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 플라즈마 토치의 모습을 나타낸 도면이다.Figure 5 is a diagram showing a plasma torch according to a second embodiment of the present invention.
도 5에 나타난 본 발명의 제2실시예의 경우, 전술한 제1실시예와 같이 전극봉(100)의 직경에 대한 오리피스(210)의 직경 비율은 1보다 큰 값을 가지도록 형성된다.In the case of the second embodiment of the present invention shown in FIG. 5, like the first embodiment described above, the ratio of the diameter of the orifice 210 to the diameter of the electrode 100 is formed to have a value greater than 1.
이때 본 실시예는, 오리피스(210)의 직경이 노즐(200)의 전단으로부터 후방으로 갈수록 점차 감소하는 형태로 형성된다는 특징을 가진다. 여기서 노즐(200)의 전단이란, 플라즈마 빔이 방출되는 노즐(200)의 외측을 의미할 수 있고, 노즐(200)의 후방이란 전극봉(100)에 인접한 노즐(20)의 내측을 의미할 수 있다.At this time, this embodiment has the characteristic that the diameter of the orifice 210 gradually decreases from the front end of the nozzle 200 to the rear. Here, the front of the nozzle 200 may mean the outside of the nozzle 200 where the plasma beam is emitted, and the rear of the nozzle 200 may mean the inside of the nozzle 20 adjacent to the electrode 100. .
이에 따라 오리피스(210)는 전단에서 후방으로 갈수록 전극봉(100)의 직경에 대한 오리피스(210)의 직경 비율이 점차 감소하도록 형성된다.Accordingly, the orifice 210 is formed so that the ratio of the diameter of the orifice 210 to the diameter of the electrode 100 gradually decreases from the front end to the rear.
이와 같이 함으로써, 본 실시예는 노즐(200)과 플라즈마 빔 간의 간섭을 최소화할 수 있다. 즉, 오리피스(210)의 직경이 노즐(200)의 후방에서부터 전단으로 갈수록 증가함으로써, 방출되는 플라즈마 빔의 면적이 갈수록 넓어지더라도, 간섭을 최소화할 수 있게 되는 것이다.By doing this, this embodiment can minimize interference between the nozzle 200 and the plasma beam. In other words, as the diameter of the orifice 210 increases from the rear of the nozzle 200 to the front, interference can be minimized even if the area of the emitted plasma beam becomes wider.
한편 본 실시예에서 전극봉(100)의 직경에 대한 오리피스(210)의 직경 비율은 오리피스(210)의 전단을 기준으로 하여 설정될 수 있으며, 오리피스(210)는 전단에서 후방으로 갈수록 전극봉(100)의 직경에 대한 오리피스(210)의 직경 비율은 선형으로 감소하도록 형성된다.Meanwhile, in this embodiment, the ratio of the diameter of the orifice 210 to the diameter of the electrode 100 may be set based on the front end of the orifice 210, and the orifice 210 becomes smaller as the electrode 100 moves from the front end to the rear. The ratio of the diameter of the orifice 210 to the diameter is formed to decrease linearly.
즉 오리피스(210)의 둘레를 형성하는 노즐(200)의 내벽면(211)은 일정 각도로 기울어진 경사면을 가지도록 형성되어, 플라즈마 빔과의 간섭을 최소화하는 형태를 가진다.That is, the inner wall surface 211 of the nozzle 200 forming the perimeter of the orifice 210 is formed to have an inclined surface inclined at a certain angle, thereby minimizing interference with the plasma beam.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 플라즈마 토치의 모습을 나타낸 도면이다.Figure 6 is a diagram showing a plasma torch according to a third embodiment of the present invention.
도 6에 나타난 본 발명의 제3실시예의 경우 역시 전술한 제1실시예 및 제2실시예와 같이 전극봉(100)의 직경에 대한 오리피스(210)의 직경 비율은 1보다 큰 값을 가지도록 형성된다.In the case of the third embodiment of the present invention shown in FIG. 6, like the first and second embodiments described above, the ratio of the diameter of the orifice 210 to the diameter of the electrode 100 is formed to have a value greater than 1. do.
또한 본 실시예는, 오리피스(210)의 직경이 노즐(200)의 전단으로부터 후방으로 갈수록 점차 감소하는 형태로 형성되어, 오리피스(210)는 전단에서 후방으로 갈수록 전극봉(100)의 직경에 대한 오리피스(210)의 직경 비율이 점차 감소하도록 형성된다는 점이 제2실시예와 동일하다.In addition, in this embodiment, the diameter of the orifice 210 is formed to gradually decrease from the front end to the rear of the nozzle 200, so that the orifice 210 becomes an orifice corresponding to the diameter of the electrode 100 as it goes from the front end to the rear. It is the same as the second embodiment in that the diameter ratio of (210) is formed to gradually decrease.
다만, 본 실시예에서 오리피스(210)는 전단에서 후방으로 갈수록 전극봉(100)의 직경에 대한 오리피스(210)의 직경 비율의 감소도가 점차 증가하도록 형성된다는 특징을 가진다.However, in this embodiment, the orifice 210 has the characteristic of being formed so that the ratio of the diameter of the orifice 210 to the diameter of the electrode 100 gradually increases as it goes from the front end to the rear.
즉 오리피스(210)의 둘레를 형성하는 노즐(200)의 내벽면(211)은 곡면을 가지도록 형성되어, 플라즈마 빔과의 간섭을 최소화하는 형태를 가진다.That is, the inner wall surface 211 of the nozzle 200 forming the perimeter of the orifice 210 is formed to have a curved surface to minimize interference with the plasma beam.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 플라즈마 토치의 모습을 나타낸 도면이다.7 to 9 are diagrams showing a plasma torch according to a fourth embodiment of the present invention.
도 7 및 도 9에 나타난 본 발명의 제4실시예의 경우, 노즐(200)의 전단부에 장착되는 탈착식 보조유닛(300)을 더 포함한다는 특징을 가진다.The fourth embodiment of the present invention shown in FIGS. 7 and 9 has the feature of further including a detachable auxiliary unit 300 mounted on the front end of the nozzle 200.
이와 같은 탈착식 보조유닛(300)은 노즐(200)의 전단부에 선택적으로 장착되거나 분리되도록 형성될 수 있으며, 내측에는 전후 방향으로 관통 형성된 가변 오리피스(310)가 형성된다.This detachable auxiliary unit 300 can be formed to be selectively mounted or separated from the front end of the nozzle 200, and a variable orifice 310 is formed inside it to penetrate in the front-back direction.
그리고 본 실시예에서, 전극봉(100)의 직경에 대한 가변 오리피스(310)의 직경 비율은 1보다 큰 값을 가지도록 형성된다.And in this embodiment, the ratio of the diameter of the variable orifice 310 to the diameter of the electrode 100 is formed to have a value greater than 1.
또한 탈착식 보조유닛(300)은 세부적으로 노즐(200)의 전단면에 접촉되는 선단확장부(320)와, 이와 같은 선단확장부(320)의 중심부에서 후방으로 돌출 형성되고, 노즐(200)의 오리피스(210) 내에 삽입 결합되는 결합부(330)를 포함한다.In addition, the detachable auxiliary unit 300 includes a tip extension part 320 in contact with the front end surface of the nozzle 200, a tip extension part 320 that protrudes rearward from the center of the tip extension part 320, and a tip extension part 320 that contacts the front end surface of the nozzle 200. It includes a coupling portion 330 inserted into the orifice 210.
즉 결합부(330)의 외경은 오리피스(210)의 직경에 대응되도록 형성될 수 있으며, 결합부(330)가 노즐(200)의 오리피스(210) 내에 삽입 결합된 상태에서는 가변 오리피스(310)가 플라즈마 토치의 오리피스로 대체된다.That is, the outer diameter of the coupling portion 330 may be formed to correspond to the diameter of the orifice 210, and when the coupling portion 330 is inserted and coupled into the orifice 210 of the nozzle 200, the variable orifice 310 Replaced by the orifice of the plasma torch.
더불어, 본 실시예는 도 9에 도시된 바와 같이, 서로 다른 직경의 가변 오리피스(310a, 310b)를 가지는 탈착식 보조유닛(300a, 300b) 복수 개가 하나의 세트로 구비될 수 있으며, 이에 따라 작업 시의 기압 등 다양한 요소를 고려하여 적합한 탈착식 보조유닛(300a, 300b)을 선택적으로 노즐(200)에 장착하여 사용할 수 있다.In addition, in this embodiment, as shown in FIG. 9, a plurality of detachable auxiliary units (300a, 300b) having variable orifices (310a, 310b) of different diameters may be provided as one set, so that during work Taking various factors such as air pressure into consideration, suitable detachable auxiliary units (300a, 300b) can be selectively mounted on the nozzle (200).
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.As described above, the preferred embodiments according to the present invention have been examined, and the fact that the present invention can be embodied in other specific forms in addition to the embodiments described above without departing from the spirit or scope thereof is recognized by those skilled in the art. It is self-evident to them. Therefore, the above-described embodiments are to be regarded as illustrative and not restrictive, and thus the present invention is not limited to the above description but may be modified within the scope of the appended claims and their equivalents.
M: 모재
10: 전원
20: 점화기
100: 점화봉
200: 노즐
210: 오리피스
211: 노즐 내벽면
300: 탈착식 보조유닛
310: 가변 오리피스
320: 선단확장부
330: 결합부M: Base material
10: power
20: igniter
100: Ignition rod
200: nozzle
210: Orifice
211: Nozzle inner wall surface
300: Detachable auxiliary unit
310: variable orifice
320: tip extension part
330: coupling part
Claims (4)
음극을 형성하며, 전자가 방출되는 전극봉;
내부에 플라즈마 가스가 유입되고 상기 전극봉이 수용되는 점화공간이 형성되어 상기 전극봉을 감싸는 형태로 양극을 형성하고, 상기 점화공간 내로 유입되어 상기 전극봉과의 사이에서 아크 방전을 통해 이온화된 플라즈마 빔이 통과하는 오리피스가 형성된 노즐;
양극 사이에 전류를 공급하여 고주파 아크를 발생시키는 전원; 및
상기 노즐의 전단면에 접촉되는 선단확장부와 상기 선단확장부의 중심부에서 후방을 향해 돌출 형성되어 상기 노즐의 상기 오리피스 내에 탈착 가능하게 삽입 결합되는 결합부와 내측에 전후 방향으로 관통 형성된 가변 오리피스를 포함하는 보조유닛;
을 포함하고,
상기 오리피스 및 상기 가변 오리피스의 직경은 상기 오리피스를 통과하여 방출되는 플라즈마 빔이 복수 개로 분산되지 않도록 상기 전극봉의 직경보다 큰 범위에서 설정되는
플라즈마 토치.In a plasma torch that emits a plasma beam at a pressure below normal pressure,
An electrode that forms a cathode and emits electrons;
Plasma gas flows into the inside, and an ignition space in which the electrode is accommodated is formed to form an anode in a shape surrounding the electrode, and an ionized plasma beam flows into the ignition space and passes between the electrode and the electrode through an arc discharge. A nozzle having an orifice formed therein;
A power source that generates a high-frequency arc by supplying current between the anodes; and
It includes a tip extension part in contact with the front end surface of the nozzle, a coupling part that protrudes backward from the center of the tip extension part and is detachably inserted and coupled into the orifice of the nozzle, and a variable orifice formed through the front and rear directions on the inside. auxiliary unit that does;
Including,
The diameters of the orifice and the variable orifice are set in a range larger than the diameter of the electrode so that the plasma beam emitted through the orifice is not dispersed into a plurality.
Plasma Torch.
상기 전극봉의 직경에 대한 상기 오리피스의 직경 비율은 1보다 큰 값을 가지도록 형성되는,
플라즈마 토치.According to paragraph 1,
The ratio of the diameter of the orifice to the diameter of the electrode is formed to have a value greater than 1,
Plasma Torch.
상기 전극봉의 직경에 대한 상기 오리피스의 직경은 1:1.05 내지 1:1.5의 비율을 가지도록 형성되는,
플라즈마 토치.According to paragraph 2,
The diameter of the orifice relative to the diameter of the electrode is formed to have a ratio of 1:1.05 to 1:1.5,
Plasma Torch.
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