초록 ▼

본 연구의 주요한 내용은 다음과 같이 나누어진다.
1. VOCs처리용 상압 Microwave Plasma 발생장치개발
본 연구는 상압 마이크로웨이브 플라즈마의 경제성을 향상시켜 경쟁력 있는 시스템으로 구현하기 위해 마이크로웨이브 발진부를 저가에 공급되고 있는 가정용 전자렌지의 전원 장치 부품을 이용하여 장치를 구성하여 안정적인 1KW급 마이크로웨이브 플라즈마 시스템을 구성하였다. 고출력의 마이크로웨이브를 발진 시키기 위해 고전압시스템을 전파 배전압방식, invertor 방식 중 최적의 시스템 하나를 도출하여 구성부품들의

본 연구의 주요한 내용은 다음과 같이 나누어진다.
1. VOCs처리용 상압 Microwave Plasma 발생장치개발
본 연구는 상압 마이크로웨이브 플라즈마의 경제성을 향상시켜 경쟁력 있는 시스템으로 구현하기 위해 마이크로웨이브 발진부를 저가에 공급되고 있는 가정용 전자렌지의 전원 장치 부품을 이용하여 장치를 구성하여 안정적인 1KW급 마이크로웨이브 플라즈마 시스템을 구성하였다. 고출력의 마이크로웨이브를 발진 시키기 위해 고전압시스템을 전파 배전압방식, invertor 방식 중 최적의 시스템 하나를 도출하여 구성부품들의 간소화를 통해 상용화에 보다 근접한 장비를 구성하는데 주안점을 두었고, 시스템 설계내의 마이크로웨이브 수치해석은 HFSS(High Frequency Structure Simulator) 프로그램을 이용하여 해석하였으며 이를 통하여 간편하고 저가인 1KW급 마이크로웨이브 플라즈마를 설계 제작 하였다. 이를 통해 마이크로웨이브 플라즈마 시스템의 안정성, 처리 효율, 처리후 부산물 분석, 보조 가스(산소, 아르곤)투입에 의한 영향등에 대한 기본 연구를 하였다. 또한 근원적인 상압 방전의 제한성을 극복하기 위해 이동 통신 분야에서 일반적으로 활용되고 있는 공진기 설계기술을 방전 반응기 설계에 도입하여 3KW급 large scale(reactor 100mm)의 마이크로웨이브 플라즈마 반응기를 HFSS (High frequency structure simulator)로 시뮬레이션 한 후 제작 하였으며, 휘발성유기화합물을 투입하여 처리 효율을 관찰하였다. 또한 산소, 스팀등의 첨가물을 투입하여 처리효율에 미치는 영향을 관찰 하였다.
2. Microwave를 이용한 흡착제로부터 농축된 VOCs의 탈착기술
기존의 흡착제에 대한 마이크로웨이브 특성 및 적합한 흡착제를 개발하여 각각에 대해 휘발성유기화합물에 대한 흡·탈착 특성, 발화 및 변형 가능성, 마이크로웨이브 파워별 탈착 특성을 측정하여 흡착제를 선정 연구를 하였다. 흡·탈착 농축시스템 설계는 상용화된 마이크로웨이브 전산해석 프로그램인 HFSS(High Frequency Structure Simulator)를 이용하여 균일한 가열이 이루어질 수 있도록 설계·제작하였다. 제작된흡탈착 농축시스템에 선정된 흡착제를 충진하여 휘발성 유기화합물을 대상으로 흡탈착 농축시스템의 파워에 따라 탈착 실험을 수행하였다

Abstract ▼

The main contents of this research can be divided into the following.
1. Development of an Atmospheric Microwave Induced Plasma for VOCs treatment
A steady atmospheric microwave induced plasma(1KW) was developed by using a low price microwave power generator called magnetron, which is already

The main contents of this research can be divided into the following.
1. Development of an Atmospheric Microwave Induced Plasma for VOCs treatment
A steady atmospheric microwave induced plasma(1KW) was developed by using a low price microwave power generator called magnetron, which is already commercialized and used in a microwave oven, to have an economical competition.
To generate high voltage microwaves, the components for the microwave power supplier were simplified and more close to commercialized one by employing an optimal system between an full-wave rectifier method and an invertor method. The microwave plasma reactor was interpreted by using the high frequency structure simulator (HFSS). Based on this result, a 1KW microwave plasma system was designed and built. Using the system, basic studies, such as stability and processing efficiency of the microwave plasma, byproduct analysis after processing, and impact of auxiliary gas (oxygen and argon) were performed. To overcome the limits of crude electric discharge, the resonator design technology, which is generally utilized in mobile communication area, was introduced. In this manner, a large scale (100 mm reactor) of 3KW class microwave plasma reactor was designed by HFSS simulation. After injection of additives (oxygen and steam), to the system the effect of additives on treatment efficiency for VOCs was investigated.
2. Development of technology for desorbing the concentrated VOCs from the absorption materials with using a Microwave.
Absorption materials were developed through trial and error by considering reactive characteristics of the conventional absorption materials to microwave and their abortion/ desorption characteristics for volatile organic compounds. The inflammability and the modification of the material to microwave were studied by changing input microwave power into the system.
The HFSS was used to design the absorption and desorption system, in which the materials were heated uniformally by microwave. The desorption rates of VOCs from the system, which was packed with the developed absorption material, were measured as changing microwave power.

목차 Contents

• 표지 ...1
• 제출문 ...3
• 요약문 ...4
• SUMMARY ...8
• CONTENTS ...13
• 목차 ...16
• 제1장 서론 ...19
• 1절 연구개발의 목적 및 필요성 ...19
• 2절 연구 범위 ...23
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ...26
• 1절 Microwave에 의한 Plasma 발생기술 ...26
• 제3장 연구개발 수행 내용 및 결과 ...30
• 1절 이론적 배경 ...30
• 1. 전자파의 분류 ...30
• 2. 마이크로웨이브 가열 시스템 구성 ...32
• 가. 마이크로웨이브 가열 시스템 구성 ...32
• 나. 마이크로웨이브에 의한 가열이론 ...43
• 다. 마이크로웨이브 가열의 특성 ...48
• 라. 마이크로웨이브와 재료의 상호 작용 ...50
• 3. 플라즈마(Plasma)의 원리 ...51
• 가. 저온 플라즈마(Non-thermal Plasma)의 기술 ...52
• 나. 상압 마이크로웨이브 플라즈마 ...56
• 다. 마이크로웨이브 플라즈마의 응용기술 ...60
• 2절 연구내용 및 방법 ...63
• 1. 휘발성 유기화합물 선택 ...63
• 2. 실험 방법 ...66
• 가. 흡착제 선별 실험 및 실험장치 ...66
• 나. 흡착제의 물리 화학적 특성 실험 ...69
• 다. 흡착제의 유전특성 실험 ...70
• 라. 마이크로웨이브에 의한 휘발성 유기화합물 탈착 특성 실험 ...70
• 마. 10KW급 마이크로웨이브 흡탈착 시스템 용량 산정 ...71
• 바. 10KW급 마이크로웨이브에 의한 반응기내 온도 측정 실험 ...72
• 사. 10KW급 마이크로웨이브 흡탈착 농축 시스템내의 휘발성유기물 탈착 실험 ...73
• 아. 1KW급 마이크로웨이브 플라즈마에 의한 휘발성유기물 처리 특성 실험 ...75
• 자. 3KW급 마이크로웨이브 플라즈마에 의한 휘발성유기물 처리실험 ...77
• 3절 연구 결과 ...80
• 1. 마이크로웨이브에 의한 흡탈착 농축장치 흡착제 선정 및 측정결과 ...80
• 가. 흡착제 선별 실험 결과 ...80
• 나. 흡착제의 물리화학적 특성 ...80
• 다. 흡착제의 유전 특성 ...82
• 라. 흡착제의 열 흡수 특징 ...87
• 마. 흡착제별 수분량에 따른 탈착 특성 결과 ...92
• 바. 파워에 따른 제거 특성 ...98
• 사. 마이크로웨이브 침투 깊이 ...98
• 2. 10KW급 마이크로웨이브에 의한 흡탈착 시스템 장치 설계 및 실험 ...101
• 가. 10KW급 마이크로웨이브반응기 설계 시뮬레이션 ...101
• 나. 10KW급 마이크로웨이브 출력 장치 구성 ...109
• 다. 10KW급 마이크로웨이브에 의한 흡탈착 시스템 온도 측정 ...113
• 라. 10KW급 마이크로웨이브에 의한 휘발성유기물 탈착 효율 측정 ...128
• 3. 1KW급 마이크로웨이브 플라즈마 기초실험 ...133
• 가. 1KW급 마이크로웨이브 플라즈마 설계 및 제작 ...133
• 나. 1KW급 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 톨루엔 제거 실험 및 부산물 측정 결과 ...139
• 4. 3KW 마이크로웨이브 플라즈마 적용 실험 ...151
• 가. 3KW 마이크로웨이브 플라즈마 시뮬레이션 결과 ...151
• 나. 3KW급 마이크로웨이브 플라즈마 제작 ...157
• 다. 3KW급 마이크로웨이브 플라즈마에 의한 톨루엔 처리 실험결과 ...166
• 5. 통합시스템 운영 및 경제성 평가 ...176
• 제4장 연구개발 목표 달성도 및 대외기여도 ...180
• 1. 소규모 실증 규모의 Microwave를 이용한 흡탈착 농축 설비(1,000m3/hr)의 시제품화 ...181
• 2. Microwave Plasma (33m3/hr)의 시제품화 ...182
• 3. 마이크로웨이브 흡탈착 농축 설비와 플라즈마장치를 연계한 악취 및 VOCs 처리 장치의 실증 플랜트화(처리용량 : 1,000m3/hr) ...183
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ...185
• 1. 활용분야 ...185
• 2. 기업화 ...186
• 3. 추가기술개발 ...186
• 4. 기술이전방안 및 보급방안 ...187
• 제6장 참고문헌 ...188