수소는 반도체 산업에서 반응 물질로 많이 사용되고 있었으나, 최근에는 불순물 제거와 같은 특성개선을 위해 사용되고 있으며, 그 사용량은 갈수록 증가하고 있다. 그러나 수소가스는 쉽게 폭발할 수 있는 물질이며, 수소로 인한 사고는 질식, 폭발, 연소, 등 대부분 인명피해가 있는 중대 산업사고이다. 따라서 수소의 생산, 저장, 사용 시 안전을 최우선으로 확보해야 한다. 대부분 산업에서는 사용 전까지 수소의 형태를 유지하고, 사용 후 그 형태가 변환되어 소멸하는 것이 일반적이다. 하지만 반도체 공정에서 특성개선 목적으로 사용된 수소는 사용 후에도 수소의 형태를 유지하면서 배출된다. 이와 같은 목적으로 사용된 수소는 사용 후 배기가스 처리장치에서 소멸하여 배출될 때까지 안전 확보가 이루어져야 한다. 수소의 생산, 저장에 대한 안전 확보 연구는 꾸준히 진행되고 있으며, 수소 사용 조건별 폭발 범위에 관한 연구도 오래전부터 진행되고 있어서 수소의 특성을 파악하는 데 도움이 되고 있다. 하지만 사용 후 배출 시 안전 확보에 관한 연구는 거의 이루어지지 않고 있다. 본 연구는 반도체 산업에서 사용된 수소를 배출되기 전 안전한 상태로 치환하여 위험성을 제거하기 위하여 진행되었으며, 추가적인 온실가스를 생성하지 않는 범위에서 진행되었다. 수소로 인한 화재, 폭발을 방지할 수 있는 솔루션을 제공하여 중대 산업사고를 예방하는 것이 궁극적인 목적이다. 본 논문에서는 인화성과 폭발 강도가 아주 강하지만, 최근 반도체 산업에서 사용량이 증가하고 있는 수소를 안전한 상태로 배출하여, 중대 산업사고를 예방할 방법에 대한 문제해결 방법론을 제시하고자 한다. ...
수소는 반도체 산업에서 반응 물질로 많이 사용되고 있었으나, 최근에는 불순물 제거와 같은 특성개선을 위해 사용되고 있으며, 그 사용량은 갈수록 증가하고 있다. 그러나 수소가스는 쉽게 폭발할 수 있는 물질이며, 수소로 인한 사고는 질식, 폭발, 연소, 등 대부분 인명피해가 있는 중대 산업사고이다. 따라서 수소의 생산, 저장, 사용 시 안전을 최우선으로 확보해야 한다. 대부분 산업에서는 사용 전까지 수소의 형태를 유지하고, 사용 후 그 형태가 변환되어 소멸하는 것이 일반적이다. 하지만 반도체 공정에서 특성개선 목적으로 사용된 수소는 사용 후에도 수소의 형태를 유지하면서 배출된다. 이와 같은 목적으로 사용된 수소는 사용 후 배기가스 처리장치에서 소멸하여 배출될 때까지 안전 확보가 이루어져야 한다. 수소의 생산, 저장에 대한 안전 확보 연구는 꾸준히 진행되고 있으며, 수소 사용 조건별 폭발 범위에 관한 연구도 오래전부터 진행되고 있어서 수소의 특성을 파악하는 데 도움이 되고 있다. 하지만 사용 후 배출 시 안전 확보에 관한 연구는 거의 이루어지지 않고 있다. 본 연구는 반도체 산업에서 사용된 수소를 배출되기 전 안전한 상태로 치환하여 위험성을 제거하기 위하여 진행되었으며, 추가적인 온실가스를 생성하지 않는 범위에서 진행되었다. 수소로 인한 화재, 폭발을 방지할 수 있는 솔루션을 제공하여 중대 산업사고를 예방하는 것이 궁극적인 목적이다. 본 논문에서는 인화성과 폭발 강도가 아주 강하지만, 최근 반도체 산업에서 사용량이 증가하고 있는 수소를 안전한 상태로 배출하여, 중대 산업사고를 예방할 방법에 대한 문제해결 방법론을 제시하고자 한다. TRIZ 기법의 하나인 FOS (Function Oriented Search) 기법을 활용해 수소를 처리하는 HPTU (Hydrogen Plasma Treatment Unit) 장치를 개발하고, 이를 토대로 수소 배출 안전시스템을 구축한다. FOS 기법으로 이미 신재생 에너지 산업에서 검증된 기술을 찾았으며, 플라즈마 탄소 변환장치를 활용해 온실가스를 청정에너지로 변환하는 핵심기술을 적용하여, 수소를 산소와 혼합하여 수증기로 변환할 수 있는 장치인 HPTU를 개발하였다. HPTU 평가는 조절 변수인 RF power, 수소, 산소 3가지 인자에 대한 분할 실험을 진행하여 검증하였다. 각 인자와 분해율 간의 상관관계를 분석한 결과, 수소는 적을수록, 수소와 산소비율은 높을수록, RF power는 높을수록 높은 분해율을 보였다. HPTU와 기존 시스템을 혼합하여 수소 배출 안전시스템을 구축하였으며, 구축 후 발생하는, 안전 확보와 배기가스 처리장치 과부하에 대한 물리적 모순은 조건 분리로 해결하였다. 즉 안전 확보가 필요한 조건에서는 희석질소를 많이 투입하고, 미사용이나 적은 수소량에서는 희석질소 투입을 최소화로 하여 배기가스 처리장치의 과부하를 줄이는 방법을 적용하였다. 수소 배출 안전시스템 구축은 사용자 설계에 의한 요인배치 실험계획법으로 진행하였다. 주 효과 다중 회귀분석, 교호작용 다중 회귀분석, 2차 효과 다중회귀분석을 통해, 수소의 비 폭발 범위인 배출농도 1%를 만족할 수 있는 최적의 조건을 제시하였다. 반도체 산업에서도 트리즈의 활용이 유용한 것이 증명되었으며, 그중 FOS 기법은 타 산업에서 검증된 기술을 활용하는 것으로, 빠르게 적용할 수 있고 불확실성에 대한 우려도 제거할 수 있어서 앞으로 활용가치가 더 높을 것이다. 또한, 물리모순의 해결안으로 분리의 원칙이 유용하다는 것이 반도체 산업에서도 검증되었다. HPTU 개발과 수소 배출 안전시스템 구축으로, 많은 양의 수소를 사용하여 반도체 산업에 기술개발에 기여할 수 있고, 사용 후 안전한 상태로 배출함으로써 중대 산업사고 예방에 도움이 될 것으로 판단한다. HPTU와 수소 배출 안전시스템은 산업에서도 충분히 활용 가능한 기술이며, 이 연구를 통해 물질의 탄생부터 사용 후 소멸까지 생애주기 안전관리에 관한 연구가 활발히 이루어지기를 기대한다.
수소는 반도체 산업에서 반응 물질로 많이 사용되고 있었으나, 최근에는 불순물 제거와 같은 특성개선을 위해 사용되고 있으며, 그 사용량은 갈수록 증가하고 있다. 그러나 수소가스는 쉽게 폭발할 수 있는 물질이며, 수소로 인한 사고는 질식, 폭발, 연소, 등 대부분 인명피해가 있는 중대 산업사고이다. 따라서 수소의 생산, 저장, 사용 시 안전을 최우선으로 확보해야 한다. 대부분 산업에서는 사용 전까지 수소의 형태를 유지하고, 사용 후 그 형태가 변환되어 소멸하는 것이 일반적이다. 하지만 반도체 공정에서 특성개선 목적으로 사용된 수소는 사용 후에도 수소의 형태를 유지하면서 배출된다. 이와 같은 목적으로 사용된 수소는 사용 후 배기가스 처리장치에서 소멸하여 배출될 때까지 안전 확보가 이루어져야 한다. 수소의 생산, 저장에 대한 안전 확보 연구는 꾸준히 진행되고 있으며, 수소 사용 조건별 폭발 범위에 관한 연구도 오래전부터 진행되고 있어서 수소의 특성을 파악하는 데 도움이 되고 있다. 하지만 사용 후 배출 시 안전 확보에 관한 연구는 거의 이루어지지 않고 있다. 본 연구는 반도체 산업에서 사용된 수소를 배출되기 전 안전한 상태로 치환하여 위험성을 제거하기 위하여 진행되었으며, 추가적인 온실가스를 생성하지 않는 범위에서 진행되었다. 수소로 인한 화재, 폭발을 방지할 수 있는 솔루션을 제공하여 중대 산업사고를 예방하는 것이 궁극적인 목적이다. 본 논문에서는 인화성과 폭발 강도가 아주 강하지만, 최근 반도체 산업에서 사용량이 증가하고 있는 수소를 안전한 상태로 배출하여, 중대 산업사고를 예방할 방법에 대한 문제해결 방법론을 제시하고자 한다. TRIZ 기법의 하나인 FOS (Function Oriented Search) 기법을 활용해 수소를 처리하는 HPTU (Hydrogen Plasma Treatment Unit) 장치를 개발하고, 이를 토대로 수소 배출 안전시스템을 구축한다. FOS 기법으로 이미 신재생 에너지 산업에서 검증된 기술을 찾았으며, 플라즈마 탄소 변환장치를 활용해 온실가스를 청정에너지로 변환하는 핵심기술을 적용하여, 수소를 산소와 혼합하여 수증기로 변환할 수 있는 장치인 HPTU를 개발하였다. HPTU 평가는 조절 변수인 RF power, 수소, 산소 3가지 인자에 대한 분할 실험을 진행하여 검증하였다. 각 인자와 분해율 간의 상관관계를 분석한 결과, 수소는 적을수록, 수소와 산소비율은 높을수록, RF power는 높을수록 높은 분해율을 보였다. HPTU와 기존 시스템을 혼합하여 수소 배출 안전시스템을 구축하였으며, 구축 후 발생하는, 안전 확보와 배기가스 처리장치 과부하에 대한 물리적 모순은 조건 분리로 해결하였다. 즉 안전 확보가 필요한 조건에서는 희석질소를 많이 투입하고, 미사용이나 적은 수소량에서는 희석질소 투입을 최소화로 하여 배기가스 처리장치의 과부하를 줄이는 방법을 적용하였다. 수소 배출 안전시스템 구축은 사용자 설계에 의한 요인배치 실험계획법으로 진행하였다. 주 효과 다중 회귀분석, 교호작용 다중 회귀분석, 2차 효과 다중회귀분석을 통해, 수소의 비 폭발 범위인 배출농도 1%를 만족할 수 있는 최적의 조건을 제시하였다. 반도체 산업에서도 트리즈의 활용이 유용한 것이 증명되었으며, 그중 FOS 기법은 타 산업에서 검증된 기술을 활용하는 것으로, 빠르게 적용할 수 있고 불확실성에 대한 우려도 제거할 수 있어서 앞으로 활용가치가 더 높을 것이다. 또한, 물리모순의 해결안으로 분리의 원칙이 유용하다는 것이 반도체 산업에서도 검증되었다. HPTU 개발과 수소 배출 안전시스템 구축으로, 많은 양의 수소를 사용하여 반도체 산업에 기술개발에 기여할 수 있고, 사용 후 안전한 상태로 배출함으로써 중대 산업사고 예방에 도움이 될 것으로 판단한다. HPTU와 수소 배출 안전시스템은 산업에서도 충분히 활용 가능한 기술이며, 이 연구를 통해 물질의 탄생부터 사용 후 소멸까지 생애주기 안전관리에 관한 연구가 활발히 이루어지기를 기대한다.
Hydrogen is widely used as a reactive gas in the semiconductor industry, but in recent years, the amount of usage is continuously increasing due to its effectiveness in improving certain characteristics such as removing impurities. However, hydrogen is an easily explosive material, which may lead to...
Hydrogen is widely used as a reactive gas in the semiconductor industry, but in recent years, the amount of usage is continuously increasing due to its effectiveness in improving certain characteristics such as removing impurities. However, hydrogen is an easily explosive material, which may lead to serious industrial accidents involving fatalities or injuries from suffocation, explosion, and combustion. Therefore, safety must be secured primarily during the production, storage, and use of hydrogen. The form of hydrogen is maintained before use and then transformed and vanished after use in most industries. In the semiconductor industry, however, the hydrogen used for improving the characteristics maintains its form even after use and then is exhausted. Safety must be secured for the hydrogen used for such a purpose until it is vanished in an exhaust gas removal unit and exhausted. Research on securing the safety of hydrogen during production and storage has been constantly conducted. However, there is lack of research on securing the safety of hydrogen when exhaust after use. This study, therefore, was conducted to eliminate the hazard by substituting the hydrogen used in the semiconductor industry into a safe state before being exhausted within the scope of not generating additional greenhouse gases. The ultimate purpose of this study is to provide solutions for preventing fire and explosion due to hydrogen, thereby avoiding serious industrial accidents. In this research, proposes a methodology for solving problems in preventing serious industrial accidents by exhaust hydrogen, which is highly flammable and strongly explosive, in a safe state as the use of hydrogen becomes more common in the semiconductor industry. A hydrogen exhaust safety system is constructed based on a hydrogen plasma treatment unit (HPTU) for processing hydrogen was developed using function oriented search (FOS), which is one of the TRIZ tools. A verified technique in the renewable energy industry has been found with the FOS method; HPTU was developed that can convert hydrogen into a vapor by combining with oxygen in which a core technology is applied to convert a greenhouse gas into clean energy using a plasma carbon conversion unit (PCCU). For evaluating HPTU, an experiment was conducted with a split-plot design for three factors including RF power, hydrogen, and oxygen which are moderating variables. When the correlation between each factor and the decomposition rate was analyzed, the decomposition rate was higher as the hydrogen level is lower and when hydrogen to oxygen ratio and RF power are higher. The hydrogen exhaust safety system was constructed by integrating HPTU and the existing system; physical contradiction of the overload in the exhaust gas removal unit and securing safety after the establishment is solved through separation in condition. Specifically, a great amount of dilution nitrogen is input in a condition requiring safety, while a minimum amount of dilution nitrogen is input when none or a small amount of hydrogen is used, thus lowering the overload of the exhaust gas removal unit. Constructing the hydrogen exhaust safety system was carried out based on a custom-designed factorial design experiment. The optimal condition was proposed that will satisfy the exhaust concentration of 1% which is the non-explosion limit of hydrogen through a multiple regression analysis of main effect, interactions, and polynomial. Utilization of TRIZ in the semiconductor industry also has been proven to be effective in which the FOS method involves using a technology that has been verified in other industries for prompt application and elimination of uncertainties. Furthermore, applying the principle of separation to resolve physical contradiction has been proven to be effective in the semiconductor industry. The development of a HPTU and construction of hydrogen exhaust safety system can contribute to technical advancements of the semiconductor industry by using a large amount of hydrogen, while preventing serious industrial accidents by exhaust hydrogen in a safe state after use. A HPTU and hydrogen exhaust safety system can be extensively used in various industries; further research on safety management of lifecycle from formation to the vanishment after use is expected to be conducted in the future.
Hydrogen is widely used as a reactive gas in the semiconductor industry, but in recent years, the amount of usage is continuously increasing due to its effectiveness in improving certain characteristics such as removing impurities. However, hydrogen is an easily explosive material, which may lead to serious industrial accidents involving fatalities or injuries from suffocation, explosion, and combustion. Therefore, safety must be secured primarily during the production, storage, and use of hydrogen. The form of hydrogen is maintained before use and then transformed and vanished after use in most industries. In the semiconductor industry, however, the hydrogen used for improving the characteristics maintains its form even after use and then is exhausted. Safety must be secured for the hydrogen used for such a purpose until it is vanished in an exhaust gas removal unit and exhausted. Research on securing the safety of hydrogen during production and storage has been constantly conducted. However, there is lack of research on securing the safety of hydrogen when exhaust after use. This study, therefore, was conducted to eliminate the hazard by substituting the hydrogen used in the semiconductor industry into a safe state before being exhausted within the scope of not generating additional greenhouse gases. The ultimate purpose of this study is to provide solutions for preventing fire and explosion due to hydrogen, thereby avoiding serious industrial accidents. In this research, proposes a methodology for solving problems in preventing serious industrial accidents by exhaust hydrogen, which is highly flammable and strongly explosive, in a safe state as the use of hydrogen becomes more common in the semiconductor industry. A hydrogen exhaust safety system is constructed based on a hydrogen plasma treatment unit (HPTU) for processing hydrogen was developed using function oriented search (FOS), which is one of the TRIZ tools. A verified technique in the renewable energy industry has been found with the FOS method; HPTU was developed that can convert hydrogen into a vapor by combining with oxygen in which a core technology is applied to convert a greenhouse gas into clean energy using a plasma carbon conversion unit (PCCU). For evaluating HPTU, an experiment was conducted with a split-plot design for three factors including RF power, hydrogen, and oxygen which are moderating variables. When the correlation between each factor and the decomposition rate was analyzed, the decomposition rate was higher as the hydrogen level is lower and when hydrogen to oxygen ratio and RF power are higher. The hydrogen exhaust safety system was constructed by integrating HPTU and the existing system; physical contradiction of the overload in the exhaust gas removal unit and securing safety after the establishment is solved through separation in condition. Specifically, a great amount of dilution nitrogen is input in a condition requiring safety, while a minimum amount of dilution nitrogen is input when none or a small amount of hydrogen is used, thus lowering the overload of the exhaust gas removal unit. Constructing the hydrogen exhaust safety system was carried out based on a custom-designed factorial design experiment. The optimal condition was proposed that will satisfy the exhaust concentration of 1% which is the non-explosion limit of hydrogen through a multiple regression analysis of main effect, interactions, and polynomial. Utilization of TRIZ in the semiconductor industry also has been proven to be effective in which the FOS method involves using a technology that has been verified in other industries for prompt application and elimination of uncertainties. Furthermore, applying the principle of separation to resolve physical contradiction has been proven to be effective in the semiconductor industry. The development of a HPTU and construction of hydrogen exhaust safety system can contribute to technical advancements of the semiconductor industry by using a large amount of hydrogen, while preventing serious industrial accidents by exhaust hydrogen in a safe state after use. A HPTU and hydrogen exhaust safety system can be extensively used in various industries; further research on safety management of lifecycle from formation to the vanishment after use is expected to be conducted in the future.
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