KR20190094273A - 플라즈마 토치 - Google Patents

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KR20190094273A
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Abstract

본 발명은 가스의 나선형 흐름을 유도함으로써 아크의 분포를 넓게 하여 전극(음극)의 침식현상을 방지하여 대용량의 장시간 연속운전을 용이하게 할 수 있는 플라즈마 토치를 제공하고, 또한 냉각유체의 나선형 흐름을 유도함으로써 노즐 및 전극을 효과적으로 냉각할 수 있으므로 플라즈마 빔의 집중도를 극대화할 수 있는 플라즈마 토치를 제공하며, 솔레노이드 코일에 의해 외부자장을 발생함으로써 아크가 회전하여 아크의 집중으로 인한 전극(음극)의 침식을 최소활 수 있는 플라즈마 토치를 제공하기 위해 음극이 연결된 음극바디; 절연 슬리브와 연결된 부위 또는 음극 곡면부에 인접하는 부분에 확관부가 형성되고 노즐이 형성된 양극바디; 상기 음극과 양극에 전원을 공급하는 전원공급장치; 상기 음극의 외면에 형성되고, 공기, 산소, 질소, 알곤 중의 어느 하나의 가스가 복수의 나선형 흐름으로 유도되도록 구성된 가스통로; 및 상기 음극바디의 내부와 튜브사이에 형성된 제1냉각통로; 및 하우징, 코일, 냉각수 홀, 코일 외면에 절연튜브로 형성된 솔레노이드가 상기 양극바디 외부에 형성된 것; 및 상기 양극바디의 내부에 형성되고, 내측슬리브와 노즐로 연결된 외면과 외측 슬리브사이에 냉각유체가 복수의 나선형 흐름으로 유도되도록 구성된 제2냉각통로;를 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.

Description

플라즈마 토치{PLASMA TORCH}
본 발명은 플라즈마 토치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아크의 분포를 넓게 하여 전극(음극)의 침식현상을 방지하게 하여서 대용량의 장시간 연속운전을 용이하게 할 수 있는 플라즈마 토치에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 기체상태의 물질에 계속 열을 가하여 온도를 올려주면, 이온핵과 자유전자로 이루어진 입자들의 집합체가 되어진다. 일반적으로 물질은 세 가지 형태인 고체, 액체, 기체로 이루어지고, 이러한 물질중 기체 물질에 열을 가하여 온도를 올려주면 이온핵과 자유전자로 이루어지는데, 이를 '제4의 물질상태'로 불리며, 이러한 상태의 물질을 플라즈마(plasma)라고 한다.
플라즈마를 이루는 각 개체가 전기를 띠고 있어서 중성 기체와는 성격이 판이하게 다르다. 전기전도도가 크고 금속 전도체와 같이 전류가 표면에만 국한되어 흐르며, 내부에는 거의 흐르지 않는다. 밖에서 전기장과 자기장을 가하면 전하로서 힘을 직접 받아서 쉽게 영향을 받지만 전하밀도가 커짐에 따라 개개의 운동과는 다른 집단운동을 한다.
플라즈마 토치는 음극과 양극 사이에서 발생되는 전기적 아크에 의해 가스를 가열함으로써 플라즈마를 발생시키는 장치이다. 플라즈마 토치는 이송식과 비이송식으로 구분되며, 전극의 형태에 따라서 공동형과 막대형으로 구분되고, 아크 전류의 상태에 따라서는 직류형와 교류형으로 구분된다.
용융처리 대상물질의 전도성 여부에 따라서 이송식과 비이송식 또는 겸용 형태의 토치가 사용되며, 공동형과 막대형은 토치의 출력과 사용되는 플라즈마 가스의 종류에 따라서 사용성이 결정된다. 다양한 종류의 폐기물을 용융처리하기 위해서는 일반적으로 공기나 산소를 플라즈마 가스로 사용하는 비이송식 공동형 직류 플라즈마 토치의 사용이 적절한 것으로 판단되고 있으나, 수백시간 이상의 전극수명을 갖는 대용량 토치를 공급할 수 있는 회사는 세계적으로 몇 안 되는 실정이다.
공기, 산소, 질소, 알곤 등 다양한 플라즈마 가스를 발생시킬 수 있는 장수명의 비이송식 공동형 플라즈마 토치를 개발할 필요가 있다. 그러나, 지금까지 전극의 수명을 증가시키기 위한 방법으로는 플라즈마 가스를 접선 방향으로 주입하여 볼텍스(vortex)를 형성시켜서 전극에서의 아크점이 가스의 운동과 함께 회전시키거나, 외부 자장에 의한 전자기력으로 아크점을 회전시키는 방법이 많이 사용되고 있으며, 경우에 따라서는 주기적으로 가스의 압력과 유량을 변동시켜서 전극에서의 아크점의 위치를 움직여 주는 방법을 사용하기도 한다. 하지만, 이러한 경우는 방전 특성이 안정되지 못하고 방출에너지의 크기에 한계가 있으며 복잡한 운전 시스템이 요구된다.
또한, 공동형 플라즈마 토치는 플라즈마 빔 핵의 단면적이 한정적이고, 용량의 한계가 있으므로 500kW이상을 제작이 어려우며, 양극 노즐의 내경크기가 30mm이상으로 제작하지 못하고, 연속운전이 약 200시간 미만인 단점이 있었다.
그리고, 막대형 플라즈마 토치는 아크의 집중현상으로 전극(음극전극)의 마모현상 발생이 심하게 발생하고, 지속가능한 시간(운전 시간)이 5시간 이상의 연속운전밖에 안되며, 아크 집중 현상으로 인해 용량을 키울 경우 전극의 용융현상이 나타나고, 용융 현상이 없는 최대 용량이 대략 100kW이며, 양극 노즐의 내경 크기가 35mm이상 제작이 불가능한 단점이 있었다.
선행문헌 1: 대한민국 특허공보 10-0687085 선행문헌 2: 대한민국 특허공보 10-1151471 선행문헌 3: 대한민국 특허공보 10-1092921 선행문헌 4: 대한민국 특허공보 10-1349949
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 가스의 나선형 흐름을 유도함으로써 아크의 분포를 넓게 하여 전극(음극)의 침식현상을 방지하게 하여서 대용량의 장시간 연속운전을 용이하게 할 수 있는 플라즈마 토치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 냉각유체의 나선형 흐름을 유도함으로써 노즐 및 전극을 효과적으로 냉각할 수 있으므로 플라즈마 빔의 집중도를 극대화할 수 있는 플라즈마 토치를 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 솔레노이드 코일에 의해 외부자장을 발생함으로써 아크가 회전하여 아크의 집중으로 인한 전극(음극)의 침식을 최소활 수 있는 플라즈마 토치를 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라즈마 토치는,
음극이 연결된 음극바디;
절연 슬리브와 연결된 부위 또는 음극 곡면부에 인접하는 부분에 확관부가 형성되고 노즐이 형성된 양극바디;
상기 음극과 양극에 전원을 공급하는 전원공급장치;
상기 음극의 외면에 형성되고, 공기, 산소, 질소, 알곤 중의 어느 하나의 가스가 복수의 나선형 흐름으로 유도되도록 구성된 가스통로; 및
상기 음극바디의 내부와 튜브사이에 형성된 제1냉각통로; 및
하우징, 코일, 냉각수 홀, 코일 외면에 절연튜브로 형성된 솔레노이드가 상기 양극바디 외부에 형성된 것; 및
상기 양극바디의 내부에 형성되고, 내측슬리브와 노즐로 연결된 외면과 외측 슬리브사이에 냉각유체가 복수의 나선형 흐름으로 유도되도록 구성된 제2냉각통로;를 포함할 수 있다.
상기 음극의 일단은 음극바디의 끝단과 연결되고, 상기 음극의 타단은 곡면부로 형성될 수 있다.
상기 가스통로는 가스 도입부재, 가스 슬리브, 절연 슬리브에 의해 상기 음극의 외면에 형성되어진다.
상기 가스 도입부재는 상기 음극바디의 하부에 마련되며, 상기 가스 슬리브는 상기 가스 도입부재의 내면에 마련되고, 상기 절연 슬리브는 상기 가스 슬리브의 하부에 마련될 수 있다.
상기 가스 슬리브의 내면 및 상기 절연슬리브의 내면이 상기 음극의 외면과 이격됨으로써 가스통로가 형성될 수 있다.
상기 음극의 외면, 상기 가스 슬리브의 내면 및 절연슬리브의 내면 중에서 적어도 하나에 복수의 나선형 홈이 형성될 수 있다.
상기 제1냉각통로는 상기 음극바디의 내부 및 음극의 내부로 연장되게 형성되고, 상기 제1냉각통로는 튜브에 의해 제1유입통로 및 제1유출통로로 구획되며, 상기 제1유입통로과 상기 제1유출통로은 서로 소통할 수 있다.
상기 튜브는 상기 음극바디의 내부 및 상기 음극의 내부에서 축선방향으로 연장될 수 있다.
상기 제2냉각통로는 상기 양극바디의 내부에 배치된 내측슬리브 및 외측슬리브에 의해 제2유입통로 및 제2유출통로로 구획될 수 있다.
상기 제2유입통로는 상기 내측슬리브의 내면 및 상기 노즐의 외면이 상기 외측슬리브의 내면과 이격되게 형성될 수 있다.
상기 제2유출통로는 상기 외측슬리브의 외면이 상기 양극바디의 내면과 이격되게 형성될 수 있다.
상기 제2유입통로는 상기 내측슬리브의 외면 및 상기 외측슬리브의 내면 중에서 적어도 하나에는 복수의 나선형 홈이 형성될 수 있다.
상기 양극과 음극사이에 아크전류에 의해 발생되는 방위각 방향의 자기장과 상기 솔레노이드에 의해 발생한 축선 방향의 자기장을 합성시켜 회전자기장을 발생 되어진다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 플라즈마 토치는, 가스의 나선형 흐름을 유도함으로써 아크를 후방으로 밀어낼 수 있고, 이를 통해 아크의 표면적을 증대시킴과 더불어, 아크의 분포를 넓게 함으로써 아크의 집중현상에 의한 전극(음극)의 침식현상을 방지할 수 있으므로 대용량의 장시간 연속운전을 용이하게 할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 의하면, 냉각유체의 나선형 흐름을 유도함으로써 노즐 및 전극을 효과적으로 냉각하으므로 플라즈마 빔의 집중도를 극대화할 수 있고, 이러한 냉각의 극대화를 통해 매우 안정적인 방전 특성을 높일 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 의하면, 아크 전류에 의해 발생한 방위각 방향의 자기장과 솔레노이드 코일에 의해 발생한 축선방향의 자기장이 합성함으로써 회전자기장이 생성될 수 있고, 이러한 회전자기장에 의해 아크가 회전함으로써 아크의 표면적을 증대시킴과 더불어 아크의 분포를 넓게 함으로써 아크의 집중현상에 의한 전극(음극)의 침식현상을 방지할 수 있으므로 대용량의 장시간 연속운전을 용이하게 할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 의하면, 용량의 한계를 1MW 정도로 2배 이상 증대시키고, 노즐의 내경 크기를 100mm 이상으로 증가시키며, 연속운전을 500시간 이상으로 증대시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 토치를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 화살표 D 부분을 확대한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 토치의 가스통로 상에서 가스의 나선형 흐름을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 토치의 제1냉각통로 상에서 냉각유체의 나선형 흐름을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 토치의 제2냉각통로 상에서 냉각유체의 나선형 흐름을 나타낸 도면이다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시 예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 토치는, 음극(11)을 가진 음극바디(10)와, 노즐(21)을 가진 양극바디(20)와, 음극(11)의 외면에 형성된 가스통로(50)와, 음극바디(10)의 내부에 형성된 제1냉각통로(60)와, 양극바디(20)의 내부에 형성된 제2냉각통로(70)를 포함할 수 있다.
음극바디(10)는 길게 연장될 수 있고, 음극바디(10)에는 전원의 음극이 전기적으로 접속될 수 있다.
음극바디(10)의 하부에는 음극(11)이 마련될 수 있다. 음극(11)은 음극바디(10)의 하부에 분리가능하게 결합될 수 있고, 음극(11)의 상단이 음극바디(10)의 하단에 밀봉적으로 결합될 수 있다. 음극(11)은 음극바디(10)의 하단으로부터 길게 연장될 수 있고, 음극(11)의 하단은 곡면부(11a)를 가질 수 있다.
양극바디(20)는 음극바디(10)의 하부에 배치될 수 있고, 양극바디(20)에는 전원의 양극이 전기적으로 접속될 수 있도록 전원공급장치가 포함된다.
양극바디(20)의 내부에는 노즐(21)이 배치될 수 있다. 노즐(21)은 양극바디(20)의 내부에 분리가능하게 결합될 수 있고, 노즐(21)의 하단이 양극바디(20)의 내부에 밀봉적으로 결합될 수 있다. 노즐(21)은 양극바디(20)의 내부에 일정 길이로 연장된 원통형일 수 있다. 노즐(21)은 그 상단에 형성된 확관부(21a) 및 아크가 형성되는 오리피스(21b)를 가질 수 있다. 확관부(21a)는 음극(11)의 곡면부(11a)와 이격될 수 있다.
제1냉각통로(60)는 음극바디(10)의 내부 및 음극(11)의 내부에 형성될 수 있고, 제1냉각통로(60)는 음극바디(10)의 축선방향으로 연장될 수 있다. 제1냉각통로(60)의 내부에는 튜브(65)가 장착될 수 있고, 튜브(65)는 음극바디(10)의 내부 및 음극(11)의 내부에서 축선방향으로 연장될 수 있다. 제1냉각통로(60)는 튜브(65)에 의해 제1유입통로(61) 및 제1유출통로(62)로 구획될 수 있다. 튜브(65)의 내부공간은 제1유입통로(61)일 수 있으며, 튜브(65)의 외부공간이 제1유출통로(62)일 수 있다. 제1유입통로(61)는 냉각유체가 유입되는 통로일 수 있고, 제1유출통로(62)는 냉각유체가 유출되는 통로(62)일 수 있으며, 제1유입통로(61)과 제1유출통로(62)은 서로 소통할 수 있다.
음극바디(10)의 상단에는 냉각유체 입출구부재(66)가 마련될 수 있고, 냉각유체 입출구부재(66)는 제1유입통로(61)와 소통하는 입구(67) 및 제1유출통로(62)와 소통하는 출구(68)를 가질 수 있다. 냉각유체 입출구부재(66)는 음극바디(10)의 상단에 분리가능하게 결합될 수 있고, 냉각유체 입출구부재(66)의 하단이 음극바디(10)의 상단에 밀봉적으로 결합될 수 있다. 튜브(65)의 상단이 냉각유체 입출구부재(66)의 입구(67)와 소통하도록 구성될 수 있다. .
이에 의해, 냉각수 등과 같은 냉각유체가 입구(67)를 통해 제1유입통로(61)를 통과한 후에, 제1유출통로(62)를 통과한 후에 출구(68)를 통해 배출될 수 있다. 이와 같이, 제1냉각통로(60)의 제1유입통로(61) 및 제2유출통로(62)를 통과하는 냉각유체에 의해 음극바디(10) 및 음극(11)이 효과적으로 냉각될 수 있다.
가스통로(50)는 음극(11)의 외면에 배치될 수 있고, 가스통로(50)에는 공기, 산소, 질소, 아르곤 등과 같은 다양한 종류의 가스가 도입될 수 있다.
가스통로(50)는 가스 도입부재(31), 가스 슬리브(32), 절연 슬리브(33) 등에 의해 음극(11)의 외면에 형성될 수 있다.
가스 도입부재(31)는 음극바디(10)의 하부에 분리가능하게 결합될 수 있고, 가스 도입부재(31)의 내면이 음극바디(10)의 외면에 밀봉적으로 결합될 수 있다. 가스 도입부재(31)는 가스통로(50)와 소통하는 하나 이상의 가스 입구(35)를 가질 수 있다.
가스 도입부재(31)의 내면에는 가스 슬리브(32)가 밀봉적으로 결합될 수 있다. 가스 슬리브(32)의 하부에는 절연슬리브(33)가 분리가능하게 결합될 수 있다. 가스 슬리브(32)의 내면 및 절연슬리브(33)의 내면 각각은 음극(11)의 외면에 대해 이격될 수 있다. 이에 가스 슬리브(32)의 내면 및 절연슬리브(33)의 내면이 음극(11)의 외면과 이격된 공간에 가스통로(50)가 형성될 수 있다. 가스 도입부재(31), 절연슬리브(33)는 절연체 재질로 구성될 수 있다.
가스통로(50)는 도 3에 예시된 바와 같이, 가스가 복수의 나선형 흐름(도 3의 A 참조)으로 유도되도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 가스의 나선형 흐름을 유도하도록 음극(11)의 외면에 복수의 나선형 홈이 형성될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 가스의 나선형 흐름을 유도하도록 가스 슬리브(32)의 내면 및 절연슬리브(33)의 내면에 복수의 나선형 홈이 형성될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 가스의 나선형 흐름을 유도하도록 음극(11)의 외면, 가스 슬리브(32)의 내면 및 절연슬리브(33)의 내면에 복수의 나선형 홈이 형성될 수 있다.
음극바디(10) 및 양극바디(20)에 전원이 통전되면 음극(11)과 노즐(21) 사이에서 전기적 아크가 발생하고, 이러한 아크가 가스통로(50)를 통과하는 가스를 가열하여 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 가스가 가스 도입부재(31)의 가스 입구(35)에 고압(대략 5 kg/cm2)으로 주입되면 가스통로(50)를 통과하는 가스가 나선형으로 흐를 수 있고(도 3의 A방향 참조), 이러한 가스의 나선형 흐름에 의해 음극(11)과 노즐(21) 사이에서 발생되는 아크를 후방으로 밀어낼 수 있고, 이를 통해 아크의 표면적을 증대시킴과 더불어 아크의 분포를 넓게 함으로써 아크의 집중현상에 의한 음극(11)의 침식현상을 방지할 수 있으므로 대용량의 장시간 연속운전을 용이하게 할 수 있는 장점이 있다.
제2냉각통로(70)는 양극바디(20)의 내부에 내측슬리브(73) 및 외측슬리브(75)에 의해 형성될 수 있다. 제2냉각통로(70)는 제2유입통로(71) 및 제2유출통로(72)를 가질 수 있다. 제2유입통로(71) 및 제2유출통로(72)는 내측슬리브(73) 및 외측슬리브(75)에 의해 구획될 수 있다. 제2유입통로(71)는 냉각유체가 유입되는 통로일 수 있고, 제2유출통로(72)는 냉각유체가 유출되는 통로(72)일 수 있으며, 제2유입통로(71)과 제2유출통로(72)은 서로 소통할 수 있다. 외측슬리브(75)는 노즐(21)의 외면에 대응하는 형상으로 형성될 수 있고, 이에 제2유입통로(71)가 노즐(21)의 외면에 대응할 수 있다.
내측슬리브(73) 및 외측슬리브(75)는 양극바디(20)의 내부에 장착될 수 있다. 내측슬리브(73)는 가스 도입부재(31)의 외면 및 절연슬리브(33)의 외면에 분리가능하게 결합될 수 있고, 외측슬리브(75)는 내측슬리브(73)의 외면에 이격될 수 있다. 내측슬리브(73)의 하단에는 노즐(21)의 상단이 분리가능하게 결합될 수 있고, 노즐(21)의 상단 외주면이 내측슬리브(73)의 하단 내주면에 밀봉적으로 결합될 수 있다.
내측슬리브(73)의 내면 및 노즐(21)의 외면은 외측슬리브(75)의 내면과 이격됨으로써 제2유입통로(71)가 형성될 수 있고, 외측슬리브(75)의 외면은 양극바디(20)의 내면과 이격됨으로써 제2유출통로(72)가 형성될 수 있다.
양극바디(20)의 상단에는 냉각유체 입구부재(41) 및 냉각유체 출구부재(42)가 배치될 수 있다. 냉각유체 입구부재(41)의 내면이 가스 도입부재(31)의 외면에 밀봉적으로 결합될 수 있고, 냉각유체 출구부재(42)의 내면이 냉각유체 입구부재(41)의 외면에 밀봉적으로 결합될 수 있다. 냉각유체 입구부재(41)는 제2유입통로(71)와 소통하는 입구(77)를 가질 수 있고, 냉각유체 출구부재(42)는 제2유출통로(72)와 소통하는 출구(78)를 가질 수 있다. 이에 의해, 냉각수 등과 같은 냉각유체가 입구(77)를 통해 제2유입통로(71)를 통과한 후에, 제2유출통로(72)를 통과한 후에 출구(78)를 통해 배출될 수 있다.
제2유입통로(71)는 도 4에 예시된 바와 같이, 냉각유체가 복수의 나선형 흐름(도 4의 B 참조)으로 유도되도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 냉각유체의 나선형 흐름을 유도하도록 내측슬리브(73)의 외면에 복수의 나선형 홈이 형성될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 냉각유체의 나선형 흐름을 유도하도록 외측슬리브(75)의 내면에 복수의 나선형 홈이 형성될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 냉각유체의 나선형 흐름을 유도하도록 내측슬리브(73)의 외면 및 외측슬리브(75)의 내면에 복수의 나선형 홈이 형성될 수 있다.
제2유입통로(71)는 도 5에 예시된 바와 같이, 냉각유체가 복수의 나선형 흐름(도 5의 C 참조)으로 유도되도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 냉각유체의 나선형 흐름을 유도하도록 외측슬리브(75)의 외면에 복수의 나선형 홈이 형성될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 냉각유체의 나선형 흐름을 유도하도록 양극바디(21)의 내면에 복수의 나선형 홈이 형성될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 냉각유체의 나선형 흐름을 유도하도록 외측슬리브(75)의 외면 및 양극바디(21)의 내면에 복수의 나선형 홈이 형성될 수 있다.
제2냉각통로(70)의 제2유입통로(71) 및 제2유출통로(72)는 냉각유체의 나선형 흐름이 유도될 수 있고, 이에 고온의 아크로부터 음극(11)으로 전달되는 단위면적 당 열량 및 전극 두께를 통한 열전달이 원활해질 수 있으므로 양극바디(20), 노즐(21), 음극(11)에 대한 냉각효율이 극대화될 수 있다. 이러한 냉각의 극대화를 통해 플라즈마 빔의 집중도를 극대화할 뿐만 아니라 매우 안정적인 방전 특성을 높일 수 있는 장점이 있다.
양극바디(21)의 외면에는 외부자장을 발생하는 솔레노이드(80)이 장착될 수 있고, 솔레노이드(80)는 하우징(81)과, 하우징(81) 내에 장착된 코일(82)을 포함할 수 있다.
코일(82)은 동 파이프 등으로 구성될 수 있고, 코일(82)의 중심부에는 냉각수가 통과하는 냉각수 홀(83)이 형성될 수 있으며, 코일(82)의 외면에는 절연튜브(84)가 피복될 수 있다.
이에 의해, 아크 전류에 의해 발생한 방위각 방향의 자기장과 솔레노이드(80)에 의해 발생한 축선방향의 자기장이 합성함으로써 회전자기장이 생성될 수 있고, 이러한 회전자기장에 의해 아크가 회전함으로써 아크의 표면적을 증대시킴과 더불어 아크의 분포를 넓게 함으로써 아크의 집중현상에 의한 전극(음극)의 침식현상을 방지할 수 있으므로 대용량의 장시간 연속운전을 용이하게 할 수 있는 장점이 있다.
이상과 같은 본 발명은, 음극(11)과 노즐(21) 사이에서 발생된 아크에 의해 가스가 고온 플라즈마로 해리 이온화될 수 있고, 아크는 가스통로(50)에서 가스의 나선형 흐름에 의해 안정화될 수 있으며, 노즐(21)에서의 회전 및 위치제어는 자기스핀 코일의 자기력에 의해 이루어진다.
상술한 바와 같은, 본 발명은 가스의 나선형 흐름 및 냉각유체의 나선형 흐름을 통해, 용량의 한계를 1MW 정도로 2배 이상 증대시키고, 노즐의 내경 크기를 100mm 이상으로 증가시키며, 연속운전을 500시간 이상으로 증대시킬 수 있는 장점이 있다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것이고, 명세서에 게시된 실시예는 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 그러므로 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되고, 그와 균등한 범위 내에 있는 기술적 사항도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 음극바디 11: 음극
20: 양극바디 21: 노즐
31: 가스 도입부재 32: 가스 슬리브
33: 절연 슬리브 50: 가스통로
60: 제1냉각통로 61: 제1유입통로
62: 제1유출통로 70: 제2냉각통로
71 제2유입통로 72: 제2유출통로
73: 내측슬리브 75: 외측슬리브

Claims (13)

  1. 음극이 연결된 음극바디;
    절연 슬리브와 연결된 부위 또는 음극 곡면부에 인접하는 부분에 확관부가 형성되고 노즐이 형성된 양극바디;
    상기 음극과 양극에 전원을 공급하는 전원공급장치;
    상기 음극의 외면에 형성되고, 공기, 산소, 질소, 알곤 중의 어느 하나의 가스가 복수의 나선형 흐름으로 유도되도록 구성된 가스통로; 및
    상기 음극바디의 내부와 튜브사이에 형성된 제1냉각통로; 및
    하우징, 코일, 냉각수 홀, 코일 외면에 절연튜브로 형성된 솔레노이드가 상기 양극바디 외부에 형성된 것; 및
    상기 양극바디의 내부에 형성되고, 내측슬리브와 노즐로 연결된 외면과 외측 슬리브사이에 냉각유체가 복수의 나선형 흐름으로 유도되도록 구성된 제2냉각통로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 음극의 일단은 음극바디의 끝단과 연결되고, 상기 음극의 타단은 곡면부로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스통로는 가스 도입부재, 가스 슬리브, 절연 슬리브에 의해 상기 음극의 외면에 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 가스 도입부재는 상기 음극바디의 하부에 마련되며, 상기 가스 슬리브는 상기 가스 도입부재의 내면에 마련되고, 상기 절연 슬리브는 상기 가스 슬리브의 하부에 마련되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 가스 슬리브의 내면 및 상기 절연슬리브의 내면이 상기 음극의 외면과 이격됨으로써 가스통로가 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 음극의 외면, 상기 가스 슬리브의 내면 및 절연슬리브의 내면 중에서 적어도 하나에 복수의 나선형 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1냉각통로는 상기 음극바디의 내부 및 음극의 내부로 연장되게 형성되고, 상기 제1냉각통로는 튜브에 의해 제1유입통로 및 제1유출통로로 구획되며, 상기 제1유입통로과 상기 제1유출통로은 서로 소통하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 튜브는 상기 음극바디의 내부 및 상기 음극의 내부에서 축선방향으로 연장된 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2냉각통로는 상기 양극바디의 내부에 배치된 내측슬리브 및 외측슬리브에 의해 제2유입통로 및 제2유출통로로 구획된 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2유입통로는 상기 내측슬리브의 내면 및 상기 노즐의 외면이 상기 외측슬리브의 내면과 이격됨으로써 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제2유출통로는 상기 외측슬리브의 외면이 상기 양극바디의 내면과 이격됨으로써 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제2유입통로는 상기 내측슬리브의 외면 및 상기 외측슬리브의 내면 중에서 적어도 하나에는 복수의 나선형 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 양극과 음극사이에 아크전류에 의해 발생되는 방위각 방향의 자기장과 상기 솔레노이드에 의해 발생한 축선 방향의 자기장을 합성시켜 회전자기장을 발생되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치.
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