아크 채널 모델을 이용하여 플라즈마 온도를 매개로 플라즈마 입력전력과 전류 조건에 따른 간극 반지름(R) 및 간극팩 묶음 길이(L) 변수 계산이 가능한 해석해를 유도하고 이를 이용하여 300 A 전류조건에서 0.4 MW 급 분절형 아크 플라즈마 토치에 대한 해석적 설계 변수 해석을 수행하였다. 해석 결과, R??${leq}$ 7.5 mm, L ${leq}$ 1.25 m 인 범위에 대해, L이 길어지거나 R이 작아질 때, 플라즈마 온도는 비례하여 증가하는 경향을 가지고 있음을 알 수 있었으며, 그 이상의 범위에서는 증가하다 감소하는 비선형 현상이 존재하여 주어진 전류 및 전력조건에서 아크 플라즈마의 형성이 불가능하거나 불안정할 것으로 예측되었다. 이와 같은 결과를 바탕으로 입력전류가 300 A 일 때, 아크 플라즈마 온도를 안정적으로 구현할 수 있을 것이라 여겨지는 0.4 MW 급 분절형 아크 플라즈마 토치의 간극 반지름 R 및 간극팩 묶음 길이 L의 설계범위를 각각 5.5 mm ${leq}$ R ${leq}$ 7.5 mm, 0.25 m ${leq}$ L ${leq}$ 0.5 m 범위로 제안하였다.
A parametric study is conducted for the design of segmented arc plasma torch with the input power and current of 0.4 MW and 300 A, respectively. For this purpose, we use the analytical relationship between input power, current condition, plasma temperature, inner diameter (R) and length (L) of the torch constrictor based on arc channel model. The results reveal that arc plasma temperatures increase monotonically as ??L increases or R decreases for the ranges of R ${leq}$ 7.5 mm and L ${leq}$ 1.25 m. For larger valuse of ??R and L than 7.5 mm and 1.25 m, respectively, however, they show non-linear behavior corresponding to the variations of ??L, which stands for the generation of unstable arc plasma. From this parametric study, optimum ranges of R and L are suggested as 5.5 mm ${leq}$ R ${leq}$ 7.5 mm and 0.25 m ${leq}$ L ${leq}$ 0.5 m for 0.4 MW class segmented arc plasma torch, under which stable arc plasma can be achieved at the input currents of ~300 A.
