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목차
제1장 서론 13
가. 연구개발의 중요성 및 필요성 13
나. 연구개발의 국내외 현황 22
다. 연구 개발대상 기술의 차별성 41
제2장 연구개발의 목표 및 내용 43
가. 연구의 최종목표 43
나. 연도별 연구개발의 목표 및 평가방법 44
다. 연도별 추진체계 46
제3장 연구개발 결과 및 활용계획 49
가. 연구개발 결과 및 토의 49
나. 연구개발결과 요약 143
다. 연도별 연구개발 목표달성도 144
라. 연도별 연구성과 149
마. 관련분야의 기술발전 기여도 150
바. 연구개발 결과의 활용계획 150
제4장 참고문헌 153
부록 155
표 1-1. 국내 규제대상 VOCs 물질 (38종) 14
표 1-2. VOCs 제어기술 비교 17
표 1-3. VOCs 방지기술의 일반적인 특성 18
표 1-4. VOCs 방지기술의 유해가스 저감 성능 특성 비교 19
표 1-5. 선진국 대비 국내 기술개발 수준 23
표 1-6. 촉매독에 대한 대책과 재생법 26
표 1-7. 열(고온)플라즈마 활용기술 및 설비 현황 35
표 3-1. 다침/다공/다단식 코로나 반응기 제작사양 58
표 3-2. 혼합가스 첨가에 따른 IPA 저감 공정변수 69
표 3-3. Cathode 재질별 비교표 75
표 3-4. Pilot system의 펄스형 직류 전원 공급 장치 사양 93
표 3-5. Pilot system 소비전력량 106
표 3-6. LCD 제조공정 중 발생하는 VOCs 종류 109
표 3-7. VOCs 물질 종류별 액상 표준시료의 검출시간 결과(Gas Chromatography 분석) 117
표 3-8. Damper 제어에 따른 Pilot system 반응기 인입가스 유량 변화 124
표 3-9. VOCs 물질별 기존성상과 결로현상에 의한 성상 비교 126
표 3-10. 시간대별 VOCs 가스 성상 분석 결과 (시료채취일 2009년 2월27일) 130
표 3-11. 일자별 VOCs 가스 성상 분석 결과 (시료채취시간 13시00분) 132
표 3-12. 1에서 6회까지 Pilot system저감테스트 검출물질 목록(유량 2.2N㎥/min) 134
표 3-13. 7, 8회 Pilot system저감테스트 검출물질 목록(유량 3.2N㎥/min) 134
표 3-14. 1차 평가에 따른 VOCs 물질 별 저감율 GC 분석결과(유량 : 2.2N㎥/min) 135
표 3-15. 2차 평가에 따른 VOCs 물질 별 저감율 GC 분석결과(유량 : 2.2N㎥/min) 136
표 3-16. 3차 평가에 따른 VOCs 물질 별 저감율 GC 분석결과(유량 : 2.2N㎥/min) 137
표 3-17. 4차 평가에 따른 VOCs 물질 별 저감율 GC 분석결과(유량 : 2.2N㎥/min) 138
표 3-18. 5차 평가에 따른 VOCs 물질 별 저감율 GC 분석결과(유량 : 2.2N㎥/min) 139
표 3-19. 6차 평가에 따른 VOCs 물질 별 저감율 GC 분석결과(유량 : 2.2N㎥/min) 140
표 3-20. 7차 평가에 따른 VOCs 물질 별 저감율 GC 분석결과(유량 : 3.2N㎥/min) 141
표 3-21. 8차 평가에 따른 VOCs 물질 별 저감율 GC 분석결과(유량 : 3.2N㎥/min) 142
그림 1-1. VOCs의 유입농도별 방지시설의 제거효율 범위 20
그림 1-2. 경제적인 VOCs 제어설비의 산정기준 그래프 20
그림 1-3. 일반적인 VOCs Abatement System Diagram 28
그림 1-4. 발명자와 출원인에 대한 특허 및 기술개발 관련동향 29
그림 1-5. 출원인에 대한 특허건수 비교 분석 29
그림 1-6. 연도별 특허 건수 비교분석 30
그림 1-7. 출원인에 대한 연도별 특허출원 건수 30
그림 1-8. 국내외의 플라즈마를 이용한 유해가스 처리기술 연구현황 36
그림 1-9. VOCs 제어기술에 대한 국내외 연구동향 42
그림 3-1. 코로나 방전을 위한 전자의 작용과정 49
그림 3-2. 양의 코로나 방전 과정 50
그림 3-3. 펄스파워(순시 대전력)의 개념 : 에너지와 파워. 51
그림 3-4. 코로나 방전의 특성 52
그림 3-5. Basic discharge modes in positive DC corona 53
그림 3-6. The principle of an electrostatic precipitator with negative corona. 55
그림 3-7. 다침/다공/다단식 코로나 반응기 내부의 유체해석 57
그림 3-8. 코로나 반응장치 개략도(상) 및 반응 모습(하) 59
그림 3-9. 다침/다공/다단식 코로나 전극 모습 59
그림 3-10. 다침/다공/다단식 코로나 반응기 설계도 60
그림 3-11. 제작된 다침/다공/다단식 코로나 반응기 61
그림 3-12. 코로나 반응 시스템 테스트 실험을 위한 설치 개념도 62
그림 3-13. 전극의 설치 단수 변화에 따른 공정 결과 IPA 농도 변화 63
그림 3-14. IPA 100ppm 표준시료에 대한 정량 분석 결과(GC 분석) 64
그림 3-15. 전극 2단 설치에 대한 플라즈마 반응 GC 분석결과(IPA 54ppm, 46%저감) 64
그림 3-16. 전극 4단 설치에 대한 플라즈마 반응 GC 분석결과(IPA 21.9ppm, 78.1%저감) 65
그림 3-17. 전극 6단 설치에 대한 플라즈마 반응 GC 분석결과(IPA 4.2ppm, 95.8%저감) 65
그림 3-18. DC 전원의 인가 방식 변화에 따른 IPA 저감율 변화 66
그림 3-19. 전압 변화에 따른 IPA 가스 농도의 GC 분석결과 67
그림 3-20. 펄스 주파수 변화에 따른 IPA 가스 농도의 GC 분석결과 68
그림 3-21. O₂가스 첨가에 따른 플라즈마 공정 시 IPA 가스 농도의 GC 분석결과 70
그림 3-22. Ar가스 첨가에 따른 플라즈마 공정 시 IPA 가스 농도의 GC 분석결과 70
그림 3-23. 플라즈마트론 전극의 방전모습 모식도(상) 및 설계 구조도(하) 72
그림 3-24. 플라즈마 토치의 설계 모형과 실 제작 사진 73
그림 3-25. 플라즈마 토치의 발생가스 주입 시 내부 유동해석 74
그림 3-26. 플라즈마트론 전극 어셈블리 75
그림 3-27. 플라즈마토치 요동전압 분석파형 76
그림 3-28. 제작된 토치의 인가친류/요동전압 분석파형. 77
그림 3-29. 플라즈마트론 VOCs 제어공정 개략도 78
그림 3-30. 제작된 플라즈마트론 VOCs 제어장치 및 공정 설계도 79
그림 3-31. 플라즈마트론 반응기의 설계도 80
그림 3-32. 플라즈마트론에서 발생되는 Plasma Jet 81
그림 3-33. N₂ 가스를 이용한 플라즈마트론 IPA 저감 실험 결과 82
그림 3-34. N₂ 가스를 이용한 플라즈마트론 IPA 저감 실험 OES 분석 결과 83
그림 3-35. Ar 가스를 이용한 플라즈마트론 IPA 저감 실험 FT-IR 분석결과 85
그림 3-36. Ar 가스를 이용한 플라즈마트론 IPA 저감 실험 OES 분석결과 86
그림 3-37. 유속 13m/min으로 공급되는 플라즈마 반응기 연결 덕트 배관의 크기 89
그림 3-38. 코로나 반응기 전극 구조 (2단 설치일 경우) 90
그림 3-39. Pilot systeu의 Pulsed DC Power supply 92
그림 3-40. Pulsed DC power supply 전압/전류 측정 파형(Oscilloscope 측정) 93
그림 3-41. MOSFET 소자를 이용한 pulsed DC power supply 회로구성도 94
그림 3-42. Pilot system 의 Gas Chomatography 분석기기 95
그림 3-43. VOCs 가스 제어를 위한 Pilot system 95
그림 3-44. 전극의 설치 단수 변화에 따른 공정 결과 IPA 농도 변화 96
그림 3-45. IPA 99ppm 표준시료에 대한 정량 분석 결과(GC 분석) 97
그림 3-46. 전극 2단 설치에 대한 플라즈마 반응 GC 분석결과(IPA 6.2ppm, 93.8%저감) 97
그림 3-47. 전극 4단 설치에 대한 플라즈마 반응 GC 분석결과(IPA 3.4ppm, 96.6%저감) 98
그림 3-48. 전극 6단 설치에 대한 플라즈마 반응 GC 분석결과(IPA 0.0ppm, 100%저감) 98
그림 3-49. 전압 변화에 따른 IPA 가스 농도의 GC 분석결과 99
그림 3-50. 인가 전압변화 대한 IPA 농도 GC 분석결과(11kV, IPA 7.2ppm) 100
그림 3-51. 인가 전압변화 대한 IPA 농도 GC 분석결과(11.6kV, IPA 6.8ppm) 100
그림 3-52. 인가 전압변화 대한 IPA 농도 GC 분석결과(12kV, IPA 6.4ppm) 101
그림 3-53. 인가 전압변화 대한 IPA 농도 GC 분석결과(12.3kV, IPA 6.2ppm) 101
그림 3-54. 펄스 주파수 변화에 따른 IPA 농도의 GC 분석결과 102
그림 3-55. 펄스 주파수변화에 대한 IPA 농도 GC 분석결과(0.5kHz, IPA 7.4ppm) 103
그림 3-56. 펄스 주파수변화에 대한 IPA 농도 GC 분석결과(1.0kHz, IPA 7.3ppm) 103
그림 3-57. 펄스 주파수변화에 대한 IPA 농도 GC 분석결과(1.5kHz, IPA 6.9ppm) 104
그림 3-58. 펄스 주파수변화에 대한 IPA 농도 GC 분석결과(1.8kHz, IPA 6.2ppm) 104
그림 3-59. IPA 가스 저감 공정 중 발생한 부산 물질의 TD-GC-MS 분석 결과 105
그림 3-60. VOCs 물질 종류별 액상 표준시료의 Gas Chromatography 분석결과 110
그림 3-61. VOCs 물질 종류별 액상 표준시료의 Gas Chromatography 분석결과 111
그림 3-62. VOCs 물짙 종류별 액상 표준시료의 Gas Chromatography 분석결과 112
그림 3-63. VOCs 물질 종류별 액상 표준시료의 Gas Chromatography 분석결과 113
그림 3-64. VOCs 물질 종류별 액상 표준시료의 Gas Chromatography 분석결과 114
그림 3-65. VOCs 물질 종류별 액상 표준시료의 Gas Chromatography 분석결과 115
그림 3-66. VOCs 물질 종류별 액상 표준시료의 Gas Chromatography 분석결과 116
그림 3-67. (a) Pilot system 현장 평가 장소, (b) 기존 VOCs 처리 설비의 주 덕트관 모습 118
그림 3-68. Pilot system 설치 구성도 119
그림 3-59. (a)VOCs 가스 공급을 위해 현장 설치 된 송풍기, (b) 시스템 접지공사 120
그림 3-70. 현장 테스트를 위한 덕트 설비 및 시스템 설치 공사 전후 모습 121
그림 3-71. 현장 설치 된 Pilot system 모습 122
그림 3-72. 코로나 반응기로 공급되는 처리대상 가스의 유량 측정 모습 123
그림 3-73. Pilot system VOCs 가스 공급 배관 내부의 결로 현상에 의한 수분 발생 125
그림 3-74. 관내 결로 현상 방지를 위한 보완 설비 공사 127
그림 3-75. 인입가스 배관 결로현상 방지를 위한 보완설비 이후 덕트관 내부 128
그림 3-76. 처리대상 VOCs 가스 성상 분석을 위한 시료채취 129
그림 3-77. 시간대별 VOCs 가스 검출 물질별 농도변화 분석 결과 (시료채취일 2009년2월27일) 131
그림 3-78. 1차 평가에 따른 GC 분석결과 (측정시간 : 14시, 유량 : 2.2N㎥/min) 135
그림 3-79. 2차 평가에 따른 GC 분석결과 (측정시간 : 15시, 유량 : 2.2N㎥/min) 136
그림 3-80. 3차 평가에 따른 GC 분석결과 (측정시간 : 16시, 유량 : 2.2N㎥/min) 137
그림 3-81. 4차 평가에 따른 GC 분석결과 (측정시간 : 14시, 유량 : 2.2N㎥/min) 138
그림 3-82. 5차 평가에 따른 GC 분석결과 (측정시간 : 15시, 유량 : 2.2N㎥/min) 139
그림 3-83. 6차 평가에 따른 GC 분석결과 (측정시간 : 16시, 유량 : 2.2N㎥/min) 140
그림 3-84. 7차 평가에 따른 GC 분석결과 (유량 : 3.2N㎥/min) 141
그림 3-85. 8차 평가에 따른 GC 분석결과 (유량 : 3.2N㎥/min) 142