초록 ▼

개발 목적 및 필요성
- 최근, 대기 중 미세먼지의 발생은 환경, 사회적으로 심각한 문제로 인식되어 대처방안이 시급
- 집진설비 중 전기집진기는 뛰어난 성능에 비해 인체유해성 논란, 큰 부피 및 높은 설치비용 등으로 인해 적용범위가 넓지 않음
- 본 과제에서는 코로나 발생과정 없이 이동전계와 유전영동만을 이용하여 공기 중의 미세입자를 포집하는 새로운 원리의 전기집진기 개발

연구개발결과
미세입자 분리기 설계를 위하여 미세입자 제어를 위한 정밀해석기법을 개발하고 미세입자 분리 시스템의 설계기준을 도출하

개발 목적 및 필요성
- 최근, 대기 중 미세먼지의 발생은 환경, 사회적으로 심각한 문제로 인식되어 대처방안이 시급
- 집진설비 중 전기집진기는 뛰어난 성능에 비해 인체유해성 논란, 큰 부피 및 높은 설치비용 등으로 인해 적용범위가 넓지 않음
- 본 과제에서는 코로나 발생과정 없이 이동전계와 유전영동만을 이용하여 공기 중의 미세입자를 포집하는 새로운 원리의 전기집진기 개발

연구개발결과
미세입자 분리기 설계를 위하여 미세입자 제어를 위한 정밀해석기법을 개발하고 미세입자 분리 시스템의 설계기준을 도출하였다. 그리고 이동전계 이용입자제어 실험장치를 구성하고 실험을 수행하여 유전입자제어의 유효성을 검증하였다.

미세입자 포집율 증대를 위한 미세입자 분리기의 전극판 최적설계를 수행하였고, PCB 전극판을 제작하여 미세입자 분리기 모듈을 구현하였다. 또한,Piezo-Transformer를 사용하여 소형, 저가형 고전압 전원장치를 제작하여 미세입자 분리시스템을 구동하였다.

미세입자 분리기의 정량적 성능을 검증하기 위하여 미세먼지 출입 duct 설계 및 미세입자 분리 실험장치를 구성하여 Lab. test를 수행하였다. 미세입자 분리기의 입자 포집율 측정 결과 최대유속 3m/s에서 입자크기 2.5μm 이하의 초미세입자(PM-2.5)를 99% 이상으로 포집하였다. 온도(20~30도)에 따른 미세입자 분리기의 포집율 및 압력손실을 측정하여 KS 성능기준과 비교하였고 유효성을 검증하였다. 미세입자 분리기 운전 시 소음 및 이온은 거의 발생하지 않음을 측정으로 증명하였고, 사용전력 또한 약 0.0055W로 적게 소비됨을 확인하였다.

미세입자 분리기의 실증실험을 위해 모듈조립식 미세입자 분리기를 고안하였다. 모듈조립식 미세입자 분리기는 처리용량 및 미세입자 포집율에 맞추어 조립모듈 개수 변경이 가능하다. 실증실험환경을 조성하기 위해 한국공기청정기협회 규격에 맞추어 clean-room chamber를 제작하였다. 0.3μm 입자의 규정시험농도에서 미세입자 분리기 운전을 시작하여 20분 동안 입자 농도 감소를 측정한 결과 약 90%의 집진율을 보였다.

미세입자 분리기는 공인시험인증기관인 한국기계연구원을 통해 미세입자 포집 시험을 의뢰하여 집진율을 검증하였다.

본 연구를 통해 개발한 미세입자 분리기는 기존에 존재하지 않은 기술을 사용하여 기존 집진기의 한계를 극복하였고, 대체집진설비로 활용이 가능하다.
또한 대형화 집진설비 구현이 용이하여 대기미세먼지 저감에 유용할 것이라 판단된다.

성능사양 및 기술개발 수준
미세입자 분리기 내 입자운동의 정밀해석기법 및 유전영동 극대화를 위한 전극 형상 최적설계기법을 개발하여 조립성/유지보수, 편리성/양상성을 고려한 모듈조립식 미세입자 분리기를 개발하였고, 시스템 운전을 위한 소형, 저가형 고전압 전원장치를 개발하였다.
개발한 미세입자 분리기는 99% 이상의 초미세입자(PM-2.5) 포집율을 보였으며, 소음 및 이온 발생이 없고, 전력소비도 0.005W 수준으로 낮다.

활용계획
본 신기술의 집진기의 개발에 성공하면 안정성, 에너지효율, 집진성능, 유지보수비용, 환경영향 등에서 기존 전기집진기에 비해 우수한 성능을 갖는 혁신적인 집진기의 독자 설계기술 및 원천특허를 확보하게 되어 선진국 의존을 탈피하여 약 1.1조원 규모의 국내시장뿐만 아니라 약 12조원에 달하는 세계시장에도 진출할 수 있을 것으로 기대된다.

( 출처: 요약서 4p )

Abstract ▼

Ⅳ. Results
At first, the accurate numerical method was developed to analyze the micro particle control and has been used to prepare the design criteria of the micro particle separator. Then the particle experimental equipments were set and the experiment was implemented to verify the dielectric p

Ⅳ. Results
At first, the accurate numerical method was developed to analyze the micro particle control and has been used to prepare the design criteria of the micro particle separator. Then the particle experimental equipments were set and the experiment was implemented to verify the dielectric particle control.

Next, electrode plate design improving particle collection efficiency was optimized, and the micro particle separator module was fabricated using the PCB electrodes. The small, low-price high-voltage-source including piezo-transformer has operated this separator module.

The Lab. test was implemented with the electrode module, particle duct, and high-voltage-source to evaluate the quantitative performance. This test resulted in 99% of collection rate for PM-2.5 in 3m/s of maximum flow.

The usefulness of the separator module was shown as its collection efficiency and the pressure loss compared with the Korean industrial standard. The noise and ion hardly generated in the test. The electrical power consumption of the separator module was only 0.0055W.

Lastly, the module-integrated micro particle separator was designed for the positive experiment. The module number of the module-integrated separator can be varied in accordance with the targets of process capacity or collection efficiency. The prepared clean-room chamber for the positive experiment satisfies the standard of Korea Air Cleaning Association(KACA).
In the case of 0.3μm particle, 90% of collection rate came out when the system operated for 20 minutes to observe decrease of the particle concentration.

The module-integrated micro particle separator was also tested to check the collection efficiency by Korea Conformity Laboratories(KCL) which is one of the authorized testing laboratories.

Since the developed micro particle separator overcomes the limit of the existing electric precipitator by the new separation technique, it can be used as the alternative solution for the air pollution. Besides, this technology is adequate to clean the massive contaminated air as constructing a large equipment.

( 출처: SUMMARY 12p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 요 약 서 ... 4
• 요 약 문 ... 7
• SUMMARY ... 11
• 목차 ... 14
• 표목차 ... 15
• 그림목차 ... 16
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 22
• 1-1. 연구개발 목적 ... 24
• 1-2. 연구개발의 필요성 ... 25
• 1-3. 연구개발 범위 ... 29
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 30
• 3. 연구수행내용 및 결과 ... 34
• 3-1. 연구개발의 내용(범위) 및 최종목표 ... 36
• 3-2. 연구개발 결과 및 토의 ... 43
• 3-3. 연구개발 결과 요약 ... 150
• 4. 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 164
• 4-1. 목표달성도 ... 166
• 4-2. 관련분야 기여도 ... 167
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 170
• 5-1. 연구개발결과의 활용방안 ... 172
• 5-2. 사업화계획 및 효과 ... 172
• 5-3. 기대성과 및 파급효과 ... 174
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 176
• 6-1. 유체 속 유전영동력을 받는 입자의 움직임에 관한 연구 ... 178
• 6-2. 대기 중 미세입자 분리를 위한 연구 ... 179
• 7. 연구개발결과의 보안등급 ... 182
• 8. NTIS에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 186
• 9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 190
• 10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 ... 196
• 11. 기타사항 ... 200
• 12. 참고문헌 ... 204
• 끝페이지 ... 212