KR20040097585A - 소재공정 용도에 따른 구조 변경이 가능하도록 모듈화된막대-노즐형 비이송식 열플라즈마 토치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 신물질 합성, 소재의 표면처리, 플라즈마 용사 등의 소재 공정에 적용할 수 있는 열플라즈마를 발생시키는 플라즈마 토치의 설계와 제작에 관한 것으로, 이 장치의 전극 구조, 기체 주입 방법을 개선하고 토치 구성 부품을 모듈화해서 설계하여, 토치 수명 연장 및 토치 열효율 개선 효과를 기하고, 반응성 기체를 아크 기체로 사용할 수 있게 하며, 특히 적용하려는 응용 목적에 따라 플라즈마 토치의 핵심 구성품인 양극 노즐을 자유롭게 변형하여 사용할 수 있도록 하여 구조 변경이 가능하도록 모듈화한 막대-노즐형 직류 비이송식 플라즈마 토치 개발에 관한 것이다.

Description

소재공정 용도에 따른 구조 변경이 가능하도록 모듈화된 막대-노즐형 비이송식 열플라즈마 토치{MODULARIZED NONTRANSFERRED THERMAL PLASMA TORCH WITH AN ADJUSTABLE STRUCTURE FOR MATERIAL PROCESSING}

산업사회가 고도화될수록 보다 고기능성 소재들의 제조가 요구되면서, 기존의 화석 연료 기반의 천연가스나 액화가스를 연소시켜 화염을 이용하는 소재 공정 방법으로는 그 요구를 충족시키기에는 한계가 있다. 열플라즈마 토치로 발생시키는 플라즈마 제트 화염은 전기와 기체를 사용하므로 운전 조건의 조절이 용이하고, 오염이 적고, 장치의 크기가 작으며, 기존의 화석 연료를 이용하는 방법에 비하여 매우 높은 온도와 열량을 제공할 수 있어서, 이 한계를 돌파할 수 있는 새로운 수단으로 기대되고 있다.

그런데, 현재 소재 공정용으로 가장 널리 사용되고 있는 종래의 막대 노즐형 직류 비이송식 열플라즈마 토치는 텅스텐으로 제작된 음극을 사용하고 있어서 산소나메탄 등의 탄화수소 계열의 반응성 기체를 아크 기체로 사용할 경우, 음극 재질인 텅스텐이 산화가 되면서 음극의 침식이 크게 증가하여 전극 수명이 짧아질 뿐만 아니라, 열전자 방출이 억제되기 때문에 아크의 유지가 힘들다는 문제점이 있다.

또한, 많은 양의 소재를 처리하기 위해서는 열플라즈마 토치가 고출력 이어야 하는데, 고출력을 얻기 위하여 운전전류를 증가시키면, 전극 침식이 커져서 전극을 자주 교체해야 한다. 이의 방지를 위해서 낮은 전류에서도 운전전압을 증가시켜서 고출력을 얻는 것이 요구된다. 이때 운전 전압을 증가시키기 위한 방법으로 아크 기체로 방전 전압이 큰 기체를 사용하거나, 아크의 길이를 늘이는 방법이 있다. 이를 위해서 아크 기체를 변경할 경우 또는 아크 길이를 늘일 경우에 각각의 아크 기체에 맞는 전극 구조이거나, 아크의 길이를 늘이기에 적합한 전극 구조가 필요하므로 전극의 구조의 설계변경이 요구되고, 또 이를 위하여 플라즈마 토치의 전체 설계를 변경하여야만 하는 문제점이 있다.

그리고, 소재 공정용 열플라즈마 토치의 경우 각각의 적용하려는 응용목적에 따라서 요구되는 플라즈마의 특성이 서로 다르기 때문에, 각각의 응용목적에 맞게 최적화된 전극을 사용하여야 한다. 예를 들면, 플라즈마 용사의 경우는 높은 온도 및 빠른 유속의 플라즈마가 요구되는 반면에, 신물질 합성 및 표면 처리의 경우는 고온부가 넓고, 온도 분포가 균일한 플라즈마가 필요하다. 따라서, 플라즈마 용사에는 직경이 작은 양극 노즐을, 신물질 합성 및 표면 처리에는 직경이 큰 양극 노즐을 갖는 소재 공정용 열플라즈마 토치가 필요하게 된다.

결론적으로, 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해서는 반응성 기체를 포함한다양한 아크 기체를 사용할 수 있고, 낮은 전류에서도 고출력의 운전이 가능할 뿐만 아니라, 적용하려는 각각의 응용목적에 따라 전극 구조의 변경이 용이하도록 토치 구성품들이 모듈화된 소재 공정용 열플라즈마 토치가 요구되는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 산소, 메탄 등의 반응성 기체를 아크 기체로 사용할 수 있고, 낮은 전류에서도 고출력의 운전이 가능할 뿐만 아니라 운전수명이 증가되며, 각 구성부품을 모듈화하여 설계함으로써 응용목적에 적합하게 전극 구조의 변경이 용이하고 제작에 소요되는 시간 및 비용이 저감되는 소재 공정용 열플라즈마 토치를 제공하는 것이다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열플라즈마 토치의 단면도.

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열 플라즈마 토치의 음극과 양극 구조의 단면도.

도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열플라즈마 토치의 기체주입부의 단면도

도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열플라즈마 토치에서 냉각수의 흐름 경로 및 아크 기체의 주입경로를 나타내는 도면.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 소재공정용 막대-노즐형 비이송식 열플라즈마 토치의 내/외 양극 냉각용 냉각수 라인의 모듈화된 설계의 단면도

도6은 본 발명의 일 실시예에 따라 알곤용 플라즈마 토치로 변경된 플라즈마 토치의 예시도.

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 음극 지지대 2: 음극 냉각수 가이드

3: 음극 몸체 4: 음극 첨두

5: 내양극 6: 외양극

7: 음극 기체 가이드 8: 음극 기체 주입 링

9: 몸통 냉각수 가이드 10:내양극 냉각수 가이드I

11:내양극 냉각수 가이드II 12: 절연 간극체

13: 양극 기체 주입 링 14: 외양극 냉각수 가이드I

15: 외양극 냉각수 가이드II 16: 외양극 냉각수 가이드III

17: 음극 절연 외장 18: 기체 주입 외장

19: 파일럿 전극 외장 20: 절연 간극체 외장

21: 양극 외장 22: 양극 뚜껑

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 전극의 구조, 기체 주입 방법을 개선하고 토치 구성품들을 모듈화하여 설계하였다. 전극의 구조를 개선하여 동일한 운전조건에서 발생된 아크의 길이가 종전 것보다 증가하도록 하여 낮은 전류에서도 높은 아크 전압이 나타나서 저전류-고출력의 운전을 가능하게 함으로써 전극의 침식율을 줄여서 토치의 운전수명을 증가시켰다. 또한, 소재 공정 시에 텅스텐 음극의 손상 없이 산소, 메탄 등의 반응성 기체를 직접 플라즈마 내로 주입할 수 있도록 기체 주입 방법을 개선하여 소재 공정용 토치로서의 기능을 강화하였다. 그리고, 토치의 구성부품들을 모듈화하여, 각각의 응용 목적에 적합하도록 전극 구조를 변경할 경우 이를 용이하게 수용할 수 있도록 하여 플라즈마 토치의 설계 변경이 용이하도록 하였다. 따라서, 각각의 응용목적에 따른 플라즈마 토치의 최적 설계및 제작에 소요되는 시간 및 비용을 줄임으로써, 이를 이용하여 경제적인 고기능성 소재의 생산이 가능하게 되었다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은

음극몸체(3)와 음극첨두(4)로 이루어진 음극과;

상기 음극과 반응하여 열 플라즈마를 발생시키며, 절연 간극체(12)에 의하여 내양극(5)과 외양극(6)으로 구분되는 양극을 포함하는, 열플라즈마 토치를 제공한다.

상기 열플라즈마 토치는, 상기 음극의 뒤쪽에 음극 기체 주입링(8)을 구비하며, 상기 절연 간극체(12)의 앞쪽으로 양극 기체 주입링(13)을 구비하여, 아크 기체의 주입이 두 곳 이상에서 가능한 열플라즈마 토치일 수 있다.

상기 열플라즈마 토치에서, 상기 음극/양극 기체 주입링(8,13)은 원주 방향을 따라 등간격으로 소정의 각도로 경사지게 뚫린 다수의 구멍을 포함할 수 있다.

상기 열플라즈마 토치에서, 상기 음극 몸체(3)는 무산소동으로 이루어져 있으며, 음극 첨두(4)는 텅스텐이며, 상기 내양극(5)과 상기 외양극(6)은 각각 무산소동으로 이루어질 수 있다.

상기 열플라즈마 토치에서, 상기 음극과 상기 양극(5,6)의 가장 가까운 거리는 1mm ~ 2mm 이며, 상기 내양극(5)과 상기 외양극(6)간의 간격은 2 mm ~ 5 mm일 수 있다.

상기 열플라즈마 토치에서, 상기 음극과 상기 내/외양극(5,6)을 냉각시키기 위하여 단일 라인으로 형성된 냉각수 통로를 더 포함할 수 있다.

상기 열플라즈마 토치에서, 상기 플라즈마 토치의 구성 부품은 모듈화되어 상기 부품 각각 혹은 그 일부의 조합이 교체 가능한 것일 수 있다. 교환 가능한 부품은 상기 외장(17,18,19,20,21)과 상기 냉각수 라인(10,11,14,15,16) 및 상기 기체 공급 라인(7,8,9,12,13)을 포함한다.

이하 본 발명을 첨부된 예시 도면에 의거 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 열플라즈마 토치를 나타내는 단면도로서, 막대-노즐형의 전극 구조로 되어있으며, 무산소동과 이트륨이 첨가된 텅스텐으로 이루어진 음극과 절연 간극체(12)에 의하여 내양극(5)과 외양극(6)으로 구분되어진 양극을 가지고 있고, 아크를 안정화시키기 위하여 와류 운동을 하게끔 아크 기체를 주입시켜주는 음극 기체 주입 링(8)과 양극 기체 주입 링(13)을 가지는 구조로 되어 있다. 이 외에 음전원(-)과 냉각수를 공급하여 주는 음극 지지대(1)와 이를 고정하기 위한 음극 절연 외장(17), 냉각수의 유로를 축소하여 유속을 증가시켜 냉각효율을 증대시키기 위한 음극 냉각수 가이드(2)를 두었으며, 음극과 양극(5,6)을 절연시키고 아크 기체의 통로 역할을 하도록 절연체로 된 음극 기체 가이드(7)를 설치하였다. 음극 및 내/외 양극(5,6)을 냉각시키기 위한 냉각수의 유로는 몸통 냉각수 가이드(9)와 내양극 냉각수 가이드 I,II (10,11), 절연 간극체(12), 외양극 냉각수 가이드 I, II, III(14,15,16)을 두어 구성하였다. 불활성 아크 기체는 기체 주입 외장(18)으로부터 주입되어 몸통 냉각수 가이드(9)를 거쳐서 음극 기체 주입 링(8)으로 공급되고, 절연 간극체 외장(20)을 통해 주입된 반응성 기체는 절연 간극체(12)의 유로를 통해 양극 기체 주입 링(13)으로 주입되어 텅스텐 음극을 손상시키지 않고 아크 기체로 사용될 수 있게 하였다. 음극 지지대(1)의 고정을 위한 음극 절연 외장(17), 불활성 기체를 공급하기 위한 기체 주입 외장(18), 파일럿 전원 공급을 위한 파일럿 전극 외장(19), 반응성 기체를 공급하기 위한 절연 간극체 외장(20), 양전원(+)을 공급하고 냉각수의 출구 역할을 하는 양극 외장(21)과 외양극(6)의 전력 통로 구실을 하는 양극 뚜껑(22)을 두어 각각의 기능을 수행하는 한편, 토치 내부를 감싸고 외관을 마무리 짓도록 하였다.

여기서 상기한 음극 지지대(1)는 좌측 선단 내측에 나사홈을 제작하여 음전원(-)과 냉각수를 동시에 공급 받기가 쉽도록 하였으며, 우측 선단 내측 및 외측에 나사홈을 제작하여 음극 냉각수 가이드(2)와 음극 몸체(3)를 나사산에 의하여 결합되도록 하였다. 상기한 음극 절연 외장(17)은 4개의 볼트 구멍이 뚫려 있어서 이를 통하여 기체 주입 외장(18)과 연결되어 음극 지지대(1)를 고정시키게 된다. 기체 주입 외장(18), 파일럿 전극 외장(19), 절연 간극체 외장(20), 양극 외장(21) 및 양극 뚜껑(22)은 각각에 제작된 나사홈을 통하여 서로 연결되도록 하였다. 토치의 내부의 각각의 구성부품들은 가공 턱을 설치하여 토치의 분해 조립 시에 정렬이 쉽도록 하였으며, 이들 정렬된 내부 구성부품들은 양극 뚜껑(22)으로 압착되어 고정되게 하였다.

도 2는 본 발명에 따른 열플라즈마 토치의 음극과 양극 구조를 잘 나타내주는 단면도이다. 아크의 초기 방전을 원활하게 시켜주기 위하여, 음극 첨두(4)와 내양극(5)의 가장 가까운 부분의 간격(25,26)이 1mm ~ 2mm 를 유지하도록 하였다. 또한, 음극면(23)과 양극면(24)의 간격이 가장 가까운 부분(25,26)의 간격과 비슷하거나 작을 경우 초기 방전이 음극면(23)과 양극면(24)에서 발생하여 음극 몸체(3)가 손상되거나 심지어 음극 기체 주입 링(8) 마저도 파손되는 현상이 일어날 수 있으므로, 중심축과의 사잇각이 음극면(23)에서는 21°가 되도록 양극면(24)에서는 23°가 되도록 가공하여, 음극 기체주입 링(8) 근처에서는 음극과 양극의 간격이 넓다가 음극 첨두(4)부분으로 갈수록 좁아지도록 가공하여 이를 방지하였다. 양극은 절연 간극체(12)에 의하여 내양극(5)과 외양극(6)으로 구분하고 동일한 직경으로 제작하여 아크 기체의 유동에 방해가 되지 않도록 하였으며, 두 양극의 간격은 초기 방전에 의하여 내양극(5)에 발생한 아크가 외양극(6)으로 쉽게 천이되도록 하기 위하여 2 mm ~ 5 mm로 제작하였다.

도 3은 본 발명에 따른 열플라즈마 토치의 기체 주입부의 단면도이다. 음극 기체 주입 링(8)은 도 1에서와 같이 음극 뒤쪽에 음극 기체 가이드(7)와 몸통 냉각수 가이드(9)에 의하여 압착되어 고정되며, 양극 기체 주입 링(13)은 내양극(5)과 외양극(6) 사이에, 내/외 양극(5,6)과 절연 간극체(12)에 의하여 고정된다. 또한, 사용된 재료로는 음극 기체 주입 링(8)은 높은 온도의 환경에서도 사용이 가능하고 가공성이 뛰어난 황동을 사용하였으며, 양극 기체 주입 링(13)은 두 양극 사이를 전기적으로 절연을 시켜야 하고 발생된 아크의 복사열에도 손상이 되지 않아야 하므로 가공성 세라믹을 이용하여 제작하였다. 아크 기체는 반응성 기체와 이트륨이 첨가된 텅스텐으로 제작된 음극 첨두(4)가 반응하여 음극이 손상되지 않도록 알곤, 질소 등의 불활성 기체는 음극 기체 주입 링(8)을 통과시켜서 초기 아크방전을 발생시키고, 양극 기체 주입 링(13)을 통하여 메탄, 산소 등의 반응성 기체를 구분하여 주입할 수 있도록 하였다. 또한, 아크 기체를 전극 사이에 보다 균일하게 주입시키기 위하여 균일하게 비스듬히 뚫린 6개의 작은 구멍을 음극/양극 기체 주입 링(8,13)에 가공하였다.

도 4는 전극 내부에 발생하는 아크 플라즈마의 열에 의하여 음극(3,4)과 양극(5,6) 등의 토치의 구성 부품들이 손상되지 않도록 냉각시키기 위한 냉각수가 흐르는 경로와 아크 기체가 두 전극 사이로 주입되는 경로를 나타내고 있다. 음극 지지대(1)로 공급된 냉각수는 음극 냉각수 가이드(2)를 통하여 음극 몸체(3)의 내벽을 흐르면서 음극(3,4)을 냉각시킨 후, 음극 지지대(1)에 뚫린 6개의 비스듬한 구멍을 빠져 나가고, 다시 음극 기체 가이드(7)의 벽면에 수직으로 뚫린 10개의 구멍을 통하여 밖으로 나오게 된다. 이후 냉각수는 몸통 냉각수 가이드(9)에 뚫린 12개의 구멍을 통과한 후에, 내/양극 냉각수 가이드 I,II(10,11)에 의해 만들어진 유로를 따라 흐르면서 내양극(5)의 내벽을 냉각시킨다. 이후, 16개의 구멍이 뚫린 절연 간극체(12)을 통과하여, 외양극 냉각수 가이드 I,II,III(14,15,16)에 의해 만들어진 유로를 따라 흐르면서 외양극(6)의 내벽을 냉각시킨 다음, 양극 외장(21)을 통하여 방출되게 된다.

아크 기체는 알곤, 질소 등의 불활성 기체와 메탄, 산소 등의 반응성 기체에 따라 서로 다른 방법으로 주입할 수 있도록 되어있다. 불활성 기체의 경우는 기체 주입 외장(18)에 뚫려있는 구멍을 통하여 주입되어 몸통 냉각수 가이드(9)에 수직방향으로 뚫린 12개의 구멍을 통하여 음극 기체 가이드(7)의 홈에 모인다. 홈에 모인 기체는 음극 기체 가이드(7)의 표면에 파인 12개의 슬롯을 통하여 음극 기체 주입링(8)에 도달한뒤, 음극 기체 주입 링(8)에 비스듬히 뚫린 6개의 작은 구멍을 통하여 플라즈마 내로 주입된다. 반면에 반응성 기체의 경우는 절연 간극체 외장(20)에 뚫려있는 구멍으로 주입된 후, 절연 간극체(12)에 반경 방향으로 뚫린 구멍을 통하여 양극 기체 주입 링(13)과 절연 간극체(12)에 의해 둘러싸인 빈 공간에 모이게 된다. 이후 음극 기체 주입 링(8)과 마찬가지로 양극 주입 링(13)에 비스듬히 뚫린 6개의 작은 구멍으로 통하여 반응성 기체를 플라즈마 내로 주입할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 소재공정용 막대-노즐형 비이송식 열플라즈마 토치의 내/외 양극 냉각용 냉각수 라인의 모듈화된 설계의 단면도이다. 플라즈마 토치를 서로 다른 응용 목적에 적용하기 위해서 전극의 직경, 길이 등을 변경하여 응용 목적에 맞게 최적화하여 사용하여야 한다. 기존의 플라즈마 토치의 경우는 전극의 작은 설계 변경에도 모든 토치의 구성 부품들의 설계를 바꾸어야 했지만, 본 발명에 따른 플라즈마 토치는 구성 부품들을 모듈형으로 설계하여, 전극의 직경, 길이 등의 전극 설계 변경 시에도 교체 부품을 최소화하여 사용할 수 있다. 도 1에서 보이는 바와 같이 토치의 외장은 그 기능별로 구분하여 음극 절연 외장(17), 기체 주입 외장(18), 파일럿 전극 외장(19), 절연 간극체 외장(20), 양극 외장(21)과 같이 모듈화하고, 각 부품에 나사산을 가공하여 이를 통해 결합할 수 있도록 하였다. 냉각수 라인도 도 5와 같이 내양극 냉각수 가이드 I,II(10,11), 절연 간극체(12), 외양극 냉각수 가이드 I, II, III (14, 15, 16)로 구분하여 모듈형으로 설계하였다. 일례로 본 발명에 따른 플라즈마 토치를 사용할 경우, 외양극(6)의 길이가 작아야하는 적용처의 경우에 기존의 플라즈마 토치의 경우와같이 모든 부품을 다시 제작할 필요 없이 단순히 외양극(6), 외양극 냉각수 가이드 II(15)와 양극 외장(21) 만을 교체하여 사용할 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 플라즈마 토치를 알곤용 플라즈마 토치로 변경한 예시를 나타내고 있다. 알곤용 플라즈마 토치의 경우는 내양극과 외양극으로 구분된 전극을 가지지 않고 한 개의 양극(29)을 가지며, 내양극이 없기 때문에 파일롯 전극이 필요하지 않다. 이에 따라 냉각수 라인도 변경된 설계에 맞게 변경하여야 한다. 이 경우에 외장 및 내부 부품의 설계를 모두 다시 하여야 하는 기존의 플라즈마 토치의 경우와는 달리, 본 발명의 경우는 모듈화하여 설계하였기 때문에 몇 개의 부품만을 교체하면 된다. 알곤(argon) 플라즈마 토치의 기능상 필요하지 않는 파일럿 외장(19), 절연 간극체 외장(20)을 제거하고, 양극 외장(21)을 알곤 플라즈마 토치에 맞게 다시 설계하여 알곤 플라즈마용 양극 외장(31)으로 교체한다. 이후 냉각 라인에서도 필요하지 않은 내냉각수 가이드 I,II(10,11), 절연 간극체(12), 양극 기제 주입 링(13)을 제거하고, 외양극 냉각수 가이드 II(15)를 알곤 플라즈마용 외양극 냉각수 가이드 II (30)로 교체한다. 또, 내/외 양극 (5,6)을 알곤 플라즈마용 양극(29)으로 교체한다. 이와 같이 하면 쉽게 플라즈마 토치의 용도 변경이 가능하다.

이상에서는 본 발명을 특정한 실시 예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명의 기술 내용과 첨부된 청구범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가해질 수 있음은 본 발명자들에게 있어 명백하다. 따라서, 명세서 및 도면은 청구범위에 기재된 바와 같은 본 발명의 기술사항을 한정하는 것이 아니라, 단지 예시하는 것으로 해석되어야할 것이다.

본 발명에 따르면 양극 노즐 중간에 절연 간극체를 두어, 양극을 두 부분으로 분리하여 설계함으로써, 동일한 운전 조건에서 높은 아크 전압을 얻을 수 있어서 낮은 전류에서도 고출력의 운전이 가능하다. 이로 인하여 전극의 침식율을 줄임으로써 고출력 하에서도 토치의 운전수명을 증가시켜, 대용량의 소재 공정이 가능한 장수명 플라즈마 토치를 제작할 수 있다. 또한, 절연 간극체를 통하여 산소, 메탄과 같은 반응성 기체를 주입하는 방식으로 기체 주입 방법을 개선하여, 음극 재질인 텅스텐의 손상 없이 플라즈마 내에 반응기의 밀도를 증가시킴으로써 공정시간을 단축하고, 생산단가를 낮출 수 있다. 뿐만 아니라, 외장, 냉각수 라인, 기체 공급 라인 등의 토치 구성 부품을 모듈화하여 설계함으로써, 각각 적용되는 응용 목적에 최적화시킨 전극 구조로의 조립 변경이 용이하도록 하였으며, 따라서 플라즈마 토치의 최적 설계 및 제작에 소요되는 시간 및 비용의 저감과 함께 고기능성 소재의 경제적인 생산이 가능하다.

Claims (7)

1. 열플라즈마를 발생시키는 플라즈마 토치에 있어서,

   음극몸체(3)와 음극첨두(4)로 이루어진 음극과;

   상기 음극과 반응하여 열플라즈마를 발생시키며, 절연 간극체(12)에 의하여 내양극(5)과 외양극(6)으로 구분되는 양극을 포함하는,

   열플라즈마 토치.
2. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 토치는,

   상기 음극의 뒤쪽에 음극 기체 주입링(8)을 구비하며,

   상기 절연 간극체(12)의 앞쪽으로 양극 기체 주입링(13)을 구비하여,

   아크 기체의 주입이 두 곳 이상에서 가능한, 열플라즈마 토치.
3. 제2항에 있어서, 상기 음극/양극기체 주입링(8,13)은 원주 방향을 따라 등간격으로 소정의 각도로 경사지게 뚫린 다수의 구멍을 포함하는, 열플라즈마 토치.
4. 제1항에 있어서, 상기 음극 몸체(3)는 무산소동으로 이루어져 있으며, 음극 첨두(4)는 텅스텐이며, 상기 내양극(5)과 상기 외양극(6)은 각각 무산소동으로 이루어진, 열플라즈마 토치.
5. 제1항에 있어서, 상기 음극과 상기 양극(5,6)의 가장 가까운 거리는 1 mm ~ 2 mm이며, 상기 내양극(5)과 상기 외양극(6)간의 간격은 2 mm ~ 5 mm인, 열플라즈마 토치.
6. 제1항에 있어서, 상기 프라즈마 토치는,

   상기 음극과 상기 내/외양극(5,6)을 냉각시키기 위하여 그 내부에 단일 라인으로 형성된 냉각수 통로를 더 포함하는, 열플라즈마 토치
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 플라즈마 토치의 구성 부품은 모듈화되어 상기 부품 각각 혹은 그 일부의 조합이 교체 가능한, 열플라즈마 토치.