| 요약 |
본 발명은 플라즈마 용사, 신소재 합성, 화학증착 등의 소재공정용으로 광범위하게 사용되는 열플라즈마를 발생시키기 위한 비이송식 플라즈마 토치에 관한 것으로, 토치 구성의 핵심인 음극, 양극노즐, 기체주입링, 냉각수 공급 라인의 설계 개선과 자기장의 이용을 통한 전극 및 토치 수명의 연장, 토치 열효율 개선으로 응용 공정의 다양화와 안정된 열플라즈마 유체를 발생시킬 수 있는 계단형 노즐을 채택한 자장 인가형 플라즈마 토치에 관한 것이다. 전극으로는 이트륨 텅스텐(Y-W)을 사용한 원뿔형태의 막대 음극(10)과 무산소동(OFHC)을 사용한 계단형 노즐모양의 양극(20)을 기본적인 형태로 하였다. 계단형 구조의 노즐은 아크 요동 주파수를 높이면서 요동 폭을 감소시켜 안정된 열플라즈마 제트를 발생시키며, 노즐 둘레에 영구자석을 설치하여 자기장을 인가함으로써 발생되는 로렌쯔 힘으로 아크점(25)을 회전시켜 전극의 침식을 줄이는 한편 아크기둥(26)의 연장에 의한 방전전압의 상승효과를 얻어 동일한 전력에서 아크전류를 낮춤으로써 전극 침식 감소에 따른 노즐의 수명 연장을 기하였다. 이때, 아크기둥(26)과 아크점(25)의 전체 영역에서 균일한 자기장을 갖도록 하기 위하여 노즐 전체를 감싸도록 영구자석(8)을 배치하였으며 동시에 냉각수 유로 확보와 원활한 흐름을 위하여 냉각수분할편1(5), 냉각수분할편2(50), 냉각수분할편3(51)을 따로이 설치하여 냉각수 유로를 개선함으로써 전극과 토치 몸체의 손상을 최소화하였다. 기체압축링(30)을 도입하여 기체주입링(3)을 통하여 주입된 기체의 와류성분의 감소를 최소화함으로써 아크점(25)의 회전을 증진시켜 전극 침식을 막고 고출력 운전 시 많은 기체유량 주입이 원활히 이루어지도록 하였다. 이와 같이 전극 수명 연장, 열효율 개선, 안정 열플라즈마 발생의 효과를 증진시키도록 고안된 본 발명의 플라즈마 토치는 다양한 산업분야에서 고품질 고부가가치의 소재 공정용으로 사용될 수 있다. 비이송식 플라즈마 토치, 자기장, 계단형 노즐, 영구자석, 기체 압축링, 전극, 냉각수 분할편, 소재 공정용
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