20090627 고온플라즈마 연구개발계획서-배포용.hwp

[교육과학기술부 공고 제 2009-48호]

- 교육과학기술부 기초연구기반구축사업 -

고온플라즈마 응용연구센터

구축사업

연구개발계획서

2009. 6.

전 북 대 학 교Chonbuk N ationa l U n ive rs ity

www.chonbuk.ac.kr

연구개발계획서

①

부 처 사 업 명 (대) 교육과학기술부

사 업 명 (중) 기초연구사업

세 부 사 업 명 (소) 고가연구장비구축사업(기초연구기반구축사업)

② 부처별 기술분류 대분류 중분류 소분류 국가기술지도(NTRM)

국가과학기술표준분류체계 대분류 B 중분류 B04 소분류 B0499

연구단계(기초:1, 응용:2, 개발:3)

1실용화 대상여부

(실용화:1, 비실용화:2)2

과 제 명국 문 고온플라즈마 응용연구센터 구축사업

영 문 Construction project for high-enthalpy plasma research center

③(총괄)주관연구기관 전북대학교

④세부과제 연구기관 및 협동(공동)연구기관

(세부)과제명 기관명 연구비

고온플라즈마 응용연구센터 구축사업

전북대학교

주 관 연 구 책 임 자

성 명 소속 직 위

전 화 휴대폰 Email

연구개발비 및 참여연구원수 (단위 : 백만원, 명)

연 도정 부출연금

기업체부담금 정부외 출연금상대국부담금

합 계참여

연구원수현금

현물

소 계 현 금 현 물 소 계

1차년도

5,000 1,250 1,657 2,907 7,907 49

2차년도

6,000 2,550 2,550 8,550 49

3차년도 7,800 2,600 2,600 10,400 55

4차년도 6,300 800 800 7,100 55

5차년도

4,500 800 800 5,300 55

합 계 29,600

8,000 1,657 9,657 39,257 263

총 연 구 기 간 2009. 7. 1. ~ 2014. 6. 30. (60 개월)

다년도(단계)협약연구기간 2009. 7. 1. ~ 2014. 6. 30. (60 개월)

당 해 연 도 연 구 기 간 2009. 7. 1. ~ 2010. 6. 30. (12 개월)

⑤참여기업중 소 기 업 수 대 기 업 수 기 타 계

국제공동연구

상대국연구기관명

상대국연구개발비

신청액 천원

확정액 천원

상대국연구책임자

상대국연구개발기간

신청 . .~ . .( 개월)

확정 . .~ . .( 개월)

관계규정과 모든 지시사항을 준수하면서 이 연구개발사업을 성실히 수행하고자 아래와 같이 연구개발계획서를 제출합니다.

2009년 6월 일 주관연구책임자 : (인) 주관연구기관장 : (인)

교 육 과 학 기 술 부 장 관 귀하

- ii -

<요약서>고유번호 보안등급분류 보안( ), 일반() 공개가능여부 가, 부과 제 명 고온플라즈마 응용연구센터 구축사업

주관

연구책임자

(성명) (주민등록번호)

(핸드폰번호)

(소속기관명)

(Email)

(사무실 전화번호)

(지역) (전공) (학위)

협동(세부)

연구책임자

(성명) (주민등록번호) (소속기관명)



연구목표 1. 최종목표 : 다양한 기초․첨단 연구분야(화학, 소재, 열공학, 항공역학 등)의 핵심연구시설로서 고온(고출력/고밀도/열) 플라즈마 발생 장치의 설계/제작 및 구축․운영

연구내용

(사업내용)

고온(고출력/고밀도/열) 플라즈마 발생장치 사양 - 플라즈마 평균엔탈피 : 공기 유량이 0.05kg/s 일 때 20MJ/kg 이상 - 플라즈마 전압력 : 1 ~ 4atm - 전극 산화에 의한 오염도 : 0.05% 이하 - 정상 플라즈마 유동 생성을 위해 아크 길이의 변화가 없을 것 - 장시간 연속 작동을 위해 개별 전극이 담당하는 전류량은 500A 이하 - 가연성, 부식성 기체를 처리할 수 있는 진공 및 배기가스 처리 설비 - 진공펌프 용량 : 900/min 이상

연도별 주요내용

• 1차년도(’09.07-’10.06)- 부지확보, 기반시설 설계, 건축물 설계 - 0.4MW급 플라즈마장치 설계, 발주- 2.4MW급 핵심부품 설계

• 2차년도(’10.07-’11.06) - 0.4MW급 플라즈마장치 제작- 2.4MW급 플라즈마장치 1차 설계 완료 - 플라즈마 장치동 착공

• 3차년도(’11.07-’12.06)- 0.4MW급 플라즈마장치 설치, 시운전 - 2.4MW급 플라즈마장치 설계 및 제작 - 플라즈마 장치동 준공

• 4차년도(’12.07-’13.06)- 0.4MW급 시운전 및 최종 성능 검사- 2.4MW급 제작 및 설치- 성능 시운전

• 5차년도(’13.07-’14.06)- 2.4MW급 시운전 및 최종 성능 검사

1차년도 세부내용① 고온플라즈마 응용연구센터 구축사업단 조직 구성, 운영규정 및 이용세칙 제정

- 외부전문가 확보, 제작기술 확보방안 마련 등② 부지마련 및 기반공사 : 34,774 확보③ 기반시설 및 건축물 설계 ④ 0.4MW급 플라즈마 장치 설계

- 개량형 히터 설계 및 제작- 히터시험부 기본설계 및 상세설계- 냉각수 공급/제어 장치 기본설계 및 상세설계- 공기/기체 공급/제어 장치 기본설계 및 상세설계- 전력 공급/제어 장치 기본설계 및 상세설계- 진공 공급/제어장치 기본설계, 축소형 시험장치 제작- 배기가스처리장치 설계

⑤ 2.4MW급 플라즈마 장치 설계- 개량형 히터 설계 및 해석

⑥ 공통지원설비 설계/사양 선정- 냉각수 공급/제어장치 설계 및 사양선정- 공기/기체 공급/제어 장치 설계 및 사양선정- 시험장 안전장치 설계 및 사양선정- 수배전시설 설계 및 사양선정

연구개발에

따른 기대성과

- 고온플라즈마 시스템 원천기술 확보- 고온플라즈마 응용연구 기반 조성- 고강도/고온신소재 제조기술 확보

- 첨단산업 발굴 및 활성화 기반 구축- 플라즈마 과학산업단지 조성- 플라즈마 관련 인력양성 및 배출

색인어

(중심어)

한글 고온플라즈마 개량된 Huels 형 진공/냉각 연구센터

영문 High-enthalpy plasma Enhanced Huels typeHigh vacuum /

coolingResearch center

- iii -

목 차1. 연구개발의 필요성 ·························································································································1

가. 연구개발 대상 기술의 중요성 및 필요성 ·································································1

나. 연구개발 대상 기술의 국내∙외 현황 ······································································10

(1) 국내∙외 연구수준 ······················································································10

(2) 국내∙외 연구현황 ······················································································10

(3) Enhanced Huels형 플라즈마 발생장치 개발 동향 및 기술수준 ···16

2. 연구개발의 목표 및 내용 ··········································································································21

가. 센터의 기능․역할 및 연구개발의 최종목표 ····························································21

나. 연차별 연구의 목표 및 내용 ····················································································29

(1) 1차년도(2009년 7월~2010년 6월) ·······················································29

(2) 2차년도(2010년 7월~2011년 6월) ·······················································32

(3) 3차년도(2011년 7월~2012년 6월) ·······················································35

(4) 4차년도(2012년 7월~2013년 6월) ·······················································38

(5) 5차년도(2013년 7월~2014년 6월) ·······················································40

다. 연차별 연구개발의 추진일정(정부출연금+대응자금) ···········································42

3. 주관연구기관 및 참여기관의 지원내용 ··················································································45

가. 주관연구기관의 부지 및 시설 지원계획 ································································45

나. 주관연구기관의 센터 운영지원 계획 ······································································49

다. 참여기관 지원계획 ······································································································52

(1) 전라북도/완주군 지방자치단체 ······························································52

(2) 참여기업 ······································································································52

4. 센터 진흥계획 ······························································································································53

가. 센터의 중장기발전 방향 ··························································································53

나. 구축사업 완료 후 운영방안 ······················································································60

다. 센터 설치 후 장치 공동활용 방안 ··········································································65

라. 센터 설치 후 인력양성 방안 ··················································································73

마. 국제공동연구개발의 추진계획 ··················································································76

5. 연구개발(구축사업)의 추진전략․방법 및 추진체계 ·······························································77

가. 연구개발(구축사업)의 추진전략 및 방법 ·······························································77

나. 연구개발(구축사업)의 추진체계 ···············································································81

6. 구축사업결과의 활용방안 및 기대성과 ··················································································85

가. 구축사업 결과의 활용방안 ························································································85

(1) 연구 분야 ····································································································85

(2) 산업기반 분야 ····························································································86

(3) 인력양성 분야 ····························································································87

나. 기대성과 ························································································································88

(1) 학문적․기술적 측면 ···················································································88

(2) 경제적․산업적 측면 ···················································································88

(3) 사회·문화적 측면 ····················································································89

7. 연구원 편성표 ······························································································································91

가. 총괄 ································································································································91

- iv -

나. (주관)연구책임자 ·········································································································92

(1) 인적사항 ······································································································92

(2) 학력 ··············································································································92

(3) 경력 ··············································································································93

(4) 수상경력 ······································································································93

(5) 플라즈마와 관련된 주요연구실적 ··························································94

(6) 연구개발과제 참여 실적 ·······································································101

다. 위탁연구책임자 ··········································································································102

라. 참여연구원 ··················································································································102

(1) 인적사항 ···································································································102

(2) 플라즈마와 관련된 주요연구실적 ·······················································104

8. 연구개발비 소요명세서 ············································································································105

가. 총괄 ······························································································································105

(1) 총 연구개발비 소요 내역 ·····································································105

(2) 정부출연금 내역 ·····················································································105

(3) 대응자금 내역 ·························································································106

나. 비목별 연구개발비 소요명세 ··················································································107

(1) 인건비 ·······································································································107

(2) 직접비 ·······································································································110

(3) 위탁(응용) 연구개발비(국비) ·······························································113

(4) 간접비 ·······································································································113

9. 참여기업 현황 ····························································································································114

10. 위탁 연구내용 ··························································································································114

11. 연구과제의 보안성 검토 ········································································································115

가. 연구책임자의 의견 ····································································································115

나. 연구기관 자체의 검토결과 ······················································································115

다. 교육과학기술부 의견 ································································································115

12. 연구과제의 기술적 위험요소 분석 및 안전관리 대책 ····················································116

가. 기술적 위험요소 분석 및 대책 ··············································································116

나. 안전관리 대책 ············································································································117

[붙임 1] 주관(참여)기관 참여의사확인서 및 현금․현물 출연 확약서 ······························119

[붙임 2] 지방자치단체의 참여의사확인서 및 현금․현물 출연 확약서 ·····························121

[붙임 3] 주관연구책임자 신분보장 및 지원확약서 ································································124

[붙임 4] 장비 구축 관련 전문가 지속 참여의사확약서 ························································125

[붙임 5] 전용공간 확보 및 제공 확약서 ··················································································126

[붙임 6] 고온플라즈마 응용연구센터 신축관련 행정절차 ····················································130

[붙임 7] 연차별 예산집행계획서 ································································································132

[붙임 8] 연구장비․재료비 상세 내역 ·························································································133

[붙임 9] 참여 연구원 연구업적(플라즈마와 관련된 실적) ···················································137

[붙임 10] 참여 연구원 연구업적(플라즈마와 관련되지 않은 실적) ···································154

[붙임 11] 참여연구원 지적재산권 실적 ····················································································179

[붙임 12] 장비사용수요조사서 ····································································································192


- 1 -

1. 연구개발의 필요성

가. 연구개발 대상 기술의 중요성 및 필요성

플라즈마 상태

Ÿ 기체 분자는 일정 온도 이상에서 전자와 양전하를 가진 이온으로 전리됨. 이 중에서

전리도가 다른 중성 원자에 비해 상당히 높으면서 중성을 띠고 있는 물질 상태를

플라즈마(plasma)라고 정의함

Ÿ 온도에 따른 물질의 상태 변화는 다음 그림과 같으며, 기체 상태에서 이온 단위로

전리가 되기 위해서는 수천도의 온도 환경이 필요함

Solid Liquid Gas Plasma

ExampleIceH20

ExampleWaterH20

ExampleSteamH20

ExampleIonized Gas

H2→H++H++2e-

MoleculesFixed in Lattice

MoleculesFree to Move

MoleculesFree to Move,Large Spacing

Ions & Electrons Move

Independently,Large Spacing

[그림 1-1] 온도에 따른 물질 상태 변화

고온플라즈마 발생장치 개요

[그림 1-2] 고온플라즈마 발생장치 구성 개념도

[작동 개요]

공기/기체 공급/제어 장치에서 공기 또는 아르곤이 공급되면 플라즈마 발생기에서 생성

된 전기아크에 의해 고온플라즈마 상태로 반응 챔버로 들어가고, 진공 상태의 반응 챔버

에서 다양한 연구실험 수행 후 배기가스 처리설비를 통하여 배출


- 2 -

연구개발 대상 기술의 경제적․산업적 중요성

새로운 제4의 불인 플라즈마 기술은 산업, 국방, 에너지생산에 활용되고 있음

Ÿ 플라즈마는 다양한 산업분야에 양질의 에너지를 공급하는 고급기술

Ÿ 전자부품의 미세 제조공정에서부터 플라즈마의 자기밀폐를 이용한 대규모 핵융합발

전까지 산업전반에서 매우 광범위하게 요구되는 기술

Ÿ 환경, 에너지, 신소재, 디스플레이, 의료기기, 산업장비, 반도체, 나노기술, 광학, 섬

유, 자동차, 기계금속, 우주항공, 핵융합 등에 플라즈마 기술의 적용이 가능

Ÿ 자동차의 고온 내마모성 핵심부품, 고급 내장재, 가스터빈 등 고온 부분의 소재 등

을 만드는 기술로 정착

Ÿ 플라즈마 기술이 없으면 항공 우주분야의 핵심 부품을 만드는 것이 어려움

산업분야 플라즈마 기술 응용 분야

반도체 및 디스플레이 산업 PECVD, PVD, 에칭 장비 및 부품소재

전자 및 광전자 산업 PVD, PECVD 장비 및 부품소재

광학산업 광학박막 코팅용 장비 및 부품, 플라즈마 조명기기

자동차, 기계, 공구, 금형산업내마모, 윤활, 내식, 내열 등 표면보호용 코팅장비

및 제품

패키징산업고기능 포장지, 폴리머, 제지용 표면처리 장비 및

부품

바이오 및 의료산업인공장기 및 생체재료 소재, 표면처리 장비 및

부품, 플라즈마 멸균기 등

환경 및 에너지태양전지 박막제조 장비 및 부품소재, 폐가스처리,

유해폐기물 소각 장비, 폐수처리 장비 등

나노 산업 나노 소재부품 제조 장비 및 공정

[표 1-1] 플라즈마 이용 산업분야의 분류

Ÿ 기존 부품의 고급화 및 첨단소재의 개발을 위해 필요한 원천기술

Ÿ 미국, 일본, 유럽 등 해외 선진국에서는 1950년대부터 지속적인 기술개발을 통해 산

업화를 확대

Ÿ 최근에는 나노물질을 이용한 인공 다이아몬드, 보론 나노 분말, 티타늄 나노 분말

등 초고온 내열성 소재 제조에 이용됨

Ÿ 고온플라즈마(고출력/고밀도/열) 발생장치는 화학, 열공학, 항공공학 등이 융합된 기

초·첨단 연구분야의 핵심연구시설

Ÿ 이는 의공학 분야, 생물 분야, 소재분야 및 신재생에너지 분야 등 다양한 분야에 이

용되고 있음


- 3 -

보론섬유(Boron fiber)

티타늄 보라이드(TiB2)

인조다이아몬드

TiO2

부품1

부품2

부품3

부품N

자동차산업

정밀기계산업

항공산업

반도체산업

환경산업

조선산업

에너지산업

건설산업

고온소재

고온 플라즈마

....

....

부품 완제품

[그림 1-3] 플라즈마 장치에서 생산되는 소재의 파급효과

선진국에서는 플라즈마 기술의 중요성을 인식하고 국가적 차원에서 플라즈마기술을

연구하고 있음

Ÿ 미국에서는 NASA를 중심으로 연구를 시작하여 미국의 Norton사에서 개발한 대형

인조 다이아몬드를 항공우주산업에 사용하고 있으며, 최근에는 나노소재 생산기술을

연구하고 있음

Ÿ 미국의 사례 : 미국(1950년대부터 우주개발을 목적으로 플라즈마 장치를 연구하기

시작)은 본 플라즈마 장치와 유사한 장치를 6대(NASA Ames에 60MW급, 20MW급

2대 NASA JSC에 10MW급 2대, AEDC에 30MW급, 68MW급)를 두고 우주산업에

관한 연구를 수행하고 있음

Ÿ NASA Ames 플라즈마 장치는 항공우주산업 활용 외에 사용 빈도 50% 정도를 기

업의 신소재 개발에 지원되고 있음

Ÿ 일본은 인공위성을 비롯하여 신소재 개발을 위하여, 동경대학, 동북대학 등 대학을

중심으로 연구를 하고 있으며, 미쯔비시 등 산업체와 JAXA와 같은 연구소에서 기술

개발을 하고 있음

Ÿ 이탈리아에서는 인공위성, 대기정화를 위한 산업용으로 연구를 하고 있으며, 선진국

수준의 플라즈마 기술을 보유하고 있음

Ÿ 70MW급 설비를 독자적으로 확보하여 우주기술을 개발하고 있음

Ÿ 독일에서는 Stuttgart 대학을 중심으로 우주항공 분야를 비롯하여 신소재 생산을 위

한 연구를 하고 있음

Ÿ 캐나다의 TEKNA사에서는 플라즈마 기술을 이용하여 은나노 물질, 텅스텐 나노 물

질, 보론 나노 물질 등을 만들어 상품화 하고 있음


- 4 -

[그림 1-4] 대규모 플라즈마 발생 장치의 중요성

국내 연구 개발의 필요성

부품․소재산업 경쟁력 강화를 위해 반드시 확보해야하는 기술

Ÿ 플라즈마 기술은 21세기 주요 산업(첨단 부품․소재, 신 나노소재, 의공학, 생물공학,

신·재생에너지, 우주항공 등)의 기반기술

Ÿ 국내에서는 학교, 연구소 등에서 표면처리, 박막공정 등과 관련한 증착장비와 에칭

장비용 플라즈마열원 등을 제작하고 있음

Ÿ 대규모 산업화에 필요한 플라즈마열원의 설계·제작 및 관련 인프라의 구축은 크게

미흡

Ÿ 일본의 경우 1983년에 세계 최초로 플라즈마를 이용한 다이아몬드 코팅 성공을 시

작으로, 디스플레이용 장비 및 공정기술 분야에서 세계 시장을 주도하고 있음

Ÿ 대규모 플라즈마 공정기반 구축으로 부품·소재산업의 원천기술 확보 시 대일 무역

역조 해소로 부품·소재 산업의 획기적 발전 기대

플라즈마 기술은 선진국의 안보 기술로 기술이전과 원천 기술 확보가 어려움

Ÿ 플라즈마 관련 세계시장 규모가 방대함에도 불구하고 시장진입에 어려움

Ÿ 플라즈마 기술은 외국에서 도입이 불가능함으로 독자적인 기술 확보가 필요

Ÿ 첨단 부품·소재 산업을 육성하게 되면 많은 중소기업을 창출할 수 있어 고용증대

와 함께 장기적으로 국가 경쟁력 확보에 기여할 수 있음


- 5 -

고온플라즈마 발생장치 구축 필요성

Ÿ 플라즈마 장치는 소재․부품산업 및 플라즈마 응용 산업의 핵심 기반 시설임

Ÿ 외국 기술 의존도를 줄이고 국내 기술력 향상을 위해 자체 장치 보유가 필요함

Ÿ 플라즈마 발생장치와 운용 기술 확보를 통해 국내 플라즈마 관련 기술의 비약적인

발전 도모

Ÿ 현재 소재․부품산업분야에는 저온플라즈마를 활용한 기술이 주류임

Ÿ 저온 프로세스에서 개발할 수 없는 고기능성 소재․부품을 개발하기 위해서는 고온플

라즈마 기술이 필요함

우리나라 환경문제와 고온플라즈마 기술의 관련성

Ÿ 우리나라의 대표적인 환경문제를 예로 든다면 건축석면과 방사성 폐기물임

Ÿ 석면을 활용한 기존 건축물(현재 사용 금지)에 약 100,000톤이 사용되었음

Ÿ 석면을 구상으로 만들어서 처리하는 것이 최선의 방법으로 알려져 있음

Ÿ 이를 위해서는 대용량으로서 플라즈마 온도가 10,000K 이상이 되어야 하는바 이런

기술에는 고온플라즈마가 적합함

Ÿ 저준위 원자력 폐기물의 큰 문제는 보관장소를 많이 차지하는 것으로 플라즈마 폐

기물의 부피를 안전적으로 대폭 줄일 수 있는 강력한 기술

플라즈마 장치를 우리기술로 구축해야 되는 이유

플라즈마 기술은 외국으로부터 이전받을 수 없음

Ÿ 플라즈마 기술은 우주 항공 분야의 핵심 기술로서 외국 기술 획득에 어려움이 있음

Ÿ 미국은 국방산업 차원에서 중요한 기술은 이전하지 않음

Ÿ 유럽도 항공우주산업의 경쟁력 차원에서 기술을 이전하지 않음

플라즈마기술은 주요 산업의 기반기술로 확고히 자리를 잡았으나, 아직도 그 발전 가

능성은 무궁무진

Ÿ 나노 기술 중에서 나노 분말은 이미 상품화되어 방대한 시장을 형성하고 있으며, 점

차 새로운 기술의 상품이 기하급수적으로 상품화 될 것으로 전망


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분 야

시장

(고온플라즈마)참고(시장추정) 원 자 료

세 계국내

(한국)

인조 다이아몬드 공구 5.7억$ 2억$세계 다이아몬드 공구시장(2006년,$5.7bill)의 10%

주요국 및 세계 다이아몬드 공구시장(산업연구원 2006)

고순도 인조 다이아몬드시장 13억$ -

고순도 다이아몬드시장(2007년,$130bill)의 1%로 추정

De Beers

대형 다이아몬드 시장(특수용도) 3천만$ 특수용도 세계미사일시장(2020

년,$3.0bill)의 1%

보론 섬유 7천만$ - EADS의 항공우주산업 예측의 5%

EADS(유럽항공우주산업,2003)

나노분말(TiB2, 보론 등) 34억$ -

세계나노분말시장(2020년,$340bill)의 1%로 추정

BCC, Inc., USSNNI.

계 53.7억$

[표 1-2] 플라즈마 발생장치를 이용하여 생산되는 소재의 시장규모

Ÿ 플라즈마의 국내 기반 기술 부족을 방치하면 세계 시장은 플라즈마 선진국이 독점

Ÿ 플라즈마 관련 세계 시장은 인조 다이아몬드 시장 180조원(2007년) [산업용 50조

원(De Beers사 예측)]

Ÿ 보석용 130조원(2007.1.13일자, Wall Street Journal)

Ÿ 플라즈마 표면 처리시장 45조원

Ÿ 플라즈마 코팅 절삭공구 세계시장 4.8조원(2000년)과 국내시장 0.3조원

Ÿ 플라즈마 처리 금형 세계시장 20조원과 국내시장 2조원

전라북도 차원에서의 중요성

전북은 동북아-환황해권 한반도 공간전략의 거점으로서 막대한 잠재력을 보유

Ÿ 국가 차세대 성장동력산업으로서 미래 트랜드를 주도할 수송체, 부품소재, 친환경

신재생에너지, 바이오식품, 방사선융합산업, 문화관광분야를 전략산업으로 육성

Ÿ 새만금권을 글로벌 관문으로서 전방위에 포진시키고 전북의 주력산업벨트와 대덕

R&D벨트, 행정중심도시를 배후에 둔 환황해권의 거점을 구축

Ÿ 따라서 경기･인천∼충남∼전북∼광주･전남을 연계한 L자형 환황해 산업벨트의 중심

지인 전북에 첨단 부품･소재 공급기지를 조성할 필요


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[그림 1-5] L자형 기계･자동차･항공우주 산업벨트와 전북의 전략적 적합성

전라북도는 2006년 첨단부품소재 공급기지 조성사업 기본계획을 수립(2006. 11)

Ÿ 정부는 “2010년 핵심 부품소재의 세계적 공급기지화 달성”을 위한 추진전략을 마

련하여 실행하고 있고, 이에 전라북도는 지역단위 한계성을 극복한 규모 경제화와

글로벌 경쟁력 확보를 위해 중앙정부의 정책방향에 맞추어 “첨단부품소재 공급기

지 조성사업” 기본계획을 수립하고 추진전략을 마련하여 실행하고 있음

*「첨단 부품･소재 공급단지 조성 기본계획」발표 : ’06. 11

* 미래형 자동차기계, 부품소재(카본밸리), 플라즈마의 3대 특화클러스터 조성 추진

Ÿ 첨단부품소재 공급기지 조성사업 기본계획에 미래성장분야로 플라즈마 기반구축사

업 선정

“2017년 스마트 융합 부품･소재의 국가거점 공급기지 조성”의 비전 설정

Ÿ 첨단부품･소재 공급기지 형성 및 활성화의 관건인 전략적 기업유치를 통해 규모의

경제화 실현하고 기업의 혁신활동을 지원할 기반인프라를 중점적으로 확충


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[그림 1-6] 스마트 융합 부품･소재의 국가거점 공급기지 조성

플라즈마산업을 부품소재공급기지 조성사업의 핵심사업으로 추진

Ÿ 전라북도의 부품･소재 공급기지조성사업의 혁신기반구축사업 중 미래성장분야로 플

라즈마 기반구축사업을 선정하고 고기능성소재 클러스터사업인 카본벨리와 미래형

부품소재클러스터 사업으로 차별화된 첨단부품소재개발전략 수립

Ÿ 플라즈마 응용산업을 탄소복합소재사업과 함께 전라북도 전략산업인 부품소재공급

단지조성사업(23개사업 10,692억원)을 선도할 핵심사업으로 중․장기 플라즈마 산업

육성계획을 수립할 계획임

Ÿ 전라북도는 플라즈마 기반구축사업을 계기로 플라즈마 전문기관인 국가핵융합연구

소 플라즈마응용연구센터(군산)와 함께 세계적인 플라즈마응용산업 거점단지를 조성

하여 육성할 계획임

전북대학교 차원에서 중요성

전북대학교는 2020년 플라즈마연구의 세계적인 중심대학으로 성장

Ÿ 2.4MW급 플라즈마 발생장치의 구축을 기반으로 관련 응용기술을 연구함으로써

2020년 플라즈마의 세계적인 허브로 성장하려는 목표 설정

Ÿ 독일 Stuttgart대학 및 서울대학교, 한국과학기술원, 한국항공우주연구원 등과 협력

네트워크를 구성하여 전북대학교를 플라즈마 연구의 중심지로 성장

Ÿ 전북대학교에 World Plasma Technical School을 개설하여 연간 20명 이상의 플라

즈마 관련 인력을 양성함으로써 플라즈마 관련 기술연구 및 산업에 인력 공급


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‘플라즈마’ 특화 연구로 전북대학교‘2020년 세계 100대 대학’ 비전 달성 기여

Ÿ 전북대학교는 대·내외적인 환경변화에 대응하고 글로벌 경쟁력을 갖춘 대학으로

성장하기 위해 "VISION 2020"을 제시함

Ÿ "VISION 2020"의 핵심은 국내･외적으로 높은 경쟁력을 갖춘 다수의 특성화된 학문

영역을 점진적으로 확보하여 2020년 세계 100대 대학으로 성장하는 것임

Ÿ 전북대학교는 ‘플라즈마’를 특화시킬 수 있는 영역으로 선정하여 역량을 집중함

으로써 이와 관련된 학문분야의 경쟁력을 제고 ("VISION 2020" 조기 달성)

세부 사업단계별 시행 계획

제1단계(2010년) 제2단계(2015년) 제3단계(2020년)

연구

역량

강화

전략

특성화

분야

의견 수렴 및 제도

구축 10개 분야 전국 10

위권 육성

20개 분야 전국 10

위권 육성 10개 분야 전국 5위

권 육성

30개 분야 전국 10

위권 육성 10개 분야 전국 1위

권 육성 세계 100대 대학 진

입

학제간

융합

분야

의견 수렴 및 제도

구축 5개 분야 도출 및

시범 육성

신규 5개 분야 도출

및 육성 확대

신규 5개 분야 도출

및 육성 확대

예시 : 친환경부품소재, 식품․생물산업, 환경․에너지․플라즈마응용,

전통문화․영상, LED 분야 등

[표 1-3] 전북대학교 VISION 2020 중 연구 역량 강화 계획

※ 전북대학교 종합발전계획 VISION 2020(2008.12.) p. 13에서 인용

플라즈마 관련 기술인력 양성을 통해 국가 경쟁력 제고에 이바지

Ÿ 사업과 병행하여 전북대학교에서는 World Plasma Technical School을 개설하여

플라즈마 연구개발 인력과 산업 현장에서 필요한 인력을 양성하려고 함

Ÿ 플라즈마 연구개발 인력들은 플라즈마 발생장치 및 고온·고강도 첨단 소재의 원천

기술과 응용기술을 연구하고, 기능 인력은 향후 조성될 플라즈마 과학산업단지에 입

주하는 기업에 공급함

Ÿ 플라즈마 기술인력 양성을 통해 이 분야의 인재풀을 확보할 수 있고, 질 높은 인력

공급을 통해 국가 경쟁력을 높이는데 기여함


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나. 연구개발 대상 기술의 국내∙외 현황

(1) 국내∙외 연구수준

세계적수준

개념정립단계( ), 기업화단계(ㅇ), 기술안정화단계( )

고온플라즈마 발생장치는 현재 선진국에서 우주 개발용에서 민간 산

업용으로 이전하여 기업화 하는 단계에 있음.

국내 수준

개념정립단계(ㅇ), 기업화단계( ), 기술안정화단계( )

국내의 고온플라즈마 발생장치에 대한 현 기술 수준은 소규모급(~

350kW 이내) 장치에 대해서 대학 및 연구소 등에서 자체 제작이 가

능함.

(2) 국내∙외 연구현황

RFP 분석

고온의 환경을 필요로 하는 기초․첨단 연구 분야의 핵심 시설인 열 플라즈마 발생장치를

고온, 고강도 소재개발 및 다양한 기초 연구(화학, 소재, 열공학, 항공역학 등)에 이용하

고자 한다. 이렇게 광범위한 분야의 연구를 지원하기 위한 플라즈마 발생장치는 다음의

조건을 모두 충족시켜야 한다.

Ÿ 플라즈마 평균엔탈피 : 공기 유량이 0.05kg/s 일 때 20MJ/kg 이상

Ÿ 플라즈마 전압력 : 1~4atm

Ÿ 전극 산화에 의한 오염도 : 0.05% 이하

Ÿ 정상 플라즈마 유동 생성을 위해 아크 길이의 변화가 없을 것

Ÿ 장시간 연속 작동을 위해 개별 전극이 담당하는 전류량은 500A 이하

Ÿ 가연성, 부식성 기체를 처리할 수 있는 진공 및 배기가스 처리 설비

Ÿ 진공 펌프 용량 : 900 m 3/min 이상

위의 조건 중 플라즈마 발생장치와 관련된 요구 조건은 다음과 같이 4가지 기준으로 요

약될 수 있다. 1) 플라즈마 평균엔탈피, 2) 전압력, 3) 오염도, 4) 아크 길이에 대한 안

정성(공간 균일도)이 핵심적인 기준이 된다. 이 외에 중요한 플라즈마 장치 선정 기준으

로 5) 입력전력이 반영되어야 한다. 입력전력은 다음과 같이 효율, 질량유량, 비엔탈피

(단위질량당 에너지) 사이의 일반적인 공식에서 예측할 수 있다.

전력 × 효율 = 질량유량 × 엔탈피

위 식에서 RFP상에 명시된 0.05kg/s의 질량유량과 20MJ/kg이상의 비엔탈피 요구 조건,

그리고, 일반적인 20MJ/kg급 플라즈마 발생장치의 효율인 30~40% 정도를 이용하면 아


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크입력전력으로 2.4MW이상이 필요하다. 이에 따라, 표 1-4와 같이 RFP에서 요구하는

4가지 항목(평균엔탈피, 전압력, 오염도, 공간 균일도)과 입력전력을 포함한 모든 항목을

만족시키는 플라즈마 발생장치를 선정해야 한다.

항목 요구조건

1 엔탈피(MJ/kg) 20 이상

2 압력(atm) 1~4

3 공간균일도 uniform

4 전극 산화에 의한 오염도 0.05% 이하

5 아크입력전력(MW) 2.4 이상

6 개별전극 전류량(A) 500 이하

7 진공 및 배기가스 처리가연성, 부식성 기체 처리가능

900 m 3/min 이상의 진공펌프 용량

[표 1-4] 플라즈마 발생장치 선정을 위한 요구항목 및 조건

플라즈마 발생장치 선정

Ÿ 현재 세계적으로 개발된 대표적인 고온플라즈마 장치는 열을 발생시키는 방법에 따

라 플라즈마 토치(Constrictor), ICP(RF) 플라즈마, Huels형 플라즈마, Enhanced

Huels형 플라즈마 등으로 구분

Ÿ 각각의 장치에 대한 특징과 RFP에 제시된 요구조건과의 적합성을 표 1-4의 요구조

건에 따라 조사하였음

플라즈마 토치(Constrictor)

Ÿ 플라즈마 토치는 현재 산업용으로 가장 많이 쓰이는 고온플라즈마 장치로 초미립자

(나노분말) 제조 및 재료의 표면처리 용도로 주로 활용

[그림 1-7] 플라즈마 토치

[그림 1-8] 플라즈마 토치의

개략도


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▷ 특성 및 RFP 요구조건 충족 여부:

플라즈마 토치는 그림 1-7에서 볼 수 있듯이 구조적으로 아크 기둥이 짧기 때문에

근본적으로 대규모급으로 제작이 불가능하며, 아크 코어 부근의 높은 온도 영역이

상대적으로 좁기 때문에 실질적인 소재 합성 효율이 낮음

항목 특성 요구 조건 충족 여부

엔탈피(MJ/kg) 10~30 20 이상

압력(atm) 0.01~1 1~4

공간균일도 Non-uniform Uniform ×

유동오염도 Low Low

아크입력전력(MW) 0.01~0.2 2.4 이상 ×

[표 1-5] 플라즈마 토치의 특성

Huels형 플라즈마

Ÿ Huels형 플라즈마 발생장치는 1920년대 초에 유럽에서 처음 제작

Ÿ 미국에서는 1950년대에 개발되어 우주개발 연구에 이용

Ÿ 국내에서 이 장치는 민간산업 분야에서 주로 산업 폐기물 처리의 소각 용융용으로

활용

Ÿ 대표적인 장치로는 NASA Ames의 Direct Connect와 AEDC(미공군연구소)의 H-R

장치 등이 있음

Ÿ Direct Connect의 경우 아크입력전력으로 50MW, 압력 2.5MPa, 비엔탈피

9.3MJ/kg

Ÿ H-R의 경우 40MW, 10MPa, 9.3MJ/kg의 플라즈마를 발생시킬 수 있음

Ÿ 프랑스 Aerospatiale사는 JP200을 보유하고 있음

[그림 1-9] Huels형 플라즈마

[그림 1-10] Huels형 플라즈마의 개략도


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Huels형 플라즈마는 구조적으로 간단하여 유지가 용이하고 수십 MW급의 대용량으

로도 제작이 가능하다. 그러나 아크 길이 변동이 매우 심해 플라즈마 진동이 발생하

고 유동이 균일하지 못하고 비엔탈피가 낮아 소재의 생산효율이 낮은 단점이 있음


비엔탈피(MJ/kg) 3~25 20 이상

압력(atm) 1~13 1~4 공간균일도 Non-uniform Uniform ×

유동오염도 High Low ×

아크입력전력(MW) 0.5~50 2.4 이상

[표 1-6] Huels형 플라즈마의 특성

ICP(RF)형 플라즈마

Ÿ ICP(RF)형 플라즈마는 1960년대에 미국과 유럽에서 최초로 개발

Ÿ 그 이후로 주로 러시아에서 개량하여 많이 활용

Ÿ 주로 반도체 제조 공정과 소규모 연구용으로 주로 활용

Ÿ 대표적인 장치로는 독일 IRS의 PWK3가 있고 이 장치는 아크입력전력 0.15MW, 압

력 0.01MPa, 비엔탈피 80MJ/kg의 플라즈마를 생성

Ÿ 러시아의 장치로는 U-13-HFP이 있으며 이것은 1MW, 0.04MPa, 46.5MJ/kg의 플라

즈마 생성

[그림 1-11] ICP(RF)형 플라즈마

[그림 1-12] ICP(RF)형 플라즈마의

개략도


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ICP(RF) 플라즈마는 구조적으로 코일 부근에서만 국소적으로 심하게 가열되어 플라

즈마의 균일성이 매우 좋지 않은 문제가 있다. 기본적으로 낮은 압력에서 구동되며,

압력과 주파수가 높을수록 유체를 가열시킬 수 있는 범위가 줄어들어 대용량화가

어려운 특징이 있다. RF 자체의 효율은 높은 편이나 소재생산에 직접적인 영향을

미치는 아크 코어 부근의 온도가 상대적으로 낮기 때문에 실질적인 소재생산 효율

은 낮다.


비엔탈피(MJ/kg) 25~80 20 이상 압력(atm) 0.03~0.1 1~4 ×

공간균일도 Non-uniform Uniform ×

유동오염도 Low Low

아크입력전력(MW) 0.01~1.2 2.4 이상 ×

[표 1-7] ICP(RF)형 플라즈마의 특성

Enhanced Huels형 플라즈마

Ÿ 1960년대에 NASA Ames에서 우주개발에 활용할 목적으로 최초로 개발

Ÿ 대표적인 장치로는 NASA Ames의 IHF와 AHF, 이탈리아 CIRA의 Scirocco 등이 있

음

[그림 1-13] Enhanced Huels형

플라즈마

[그림 1-14] Enhanced Huels형 플라즈마

개략도


Enhanced Huels형 플라즈마 발생장치는 구조가 복잡하지만 넓은 운용 범위, 낮은

오염도, 균일한 유질, 높은 비엔탈피를 만들어 내기 때문에 높은 에너지를 요구하는

소재 합성이 가능하고 대량생산도 용이하다. Enhanced Huels형 플라즈마의 효율은

30~50% 정도이나 소재생산에 직접적인 영향을 미치는 아크 코어 부근의 높은 온


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도 영역이 매우 넓기 때문에 실질적인 소재생산 효율은 현존 플라즈마 발생장치 중

제일 높다.


비엔탈피(MJ/kg) 10~50 20 이상 압력(atm) 1~12 1~4 공간균일도 Uniform Uniform 유동오염도 Very Low Low

아크입력전력(MW) 1~70 2.4 이상

[표 1-8] Enhanced Huels형 플라즈마의 특성

각각의 플라즈마 발생장치의 장단점을 정리하면 표 1-9와 같음

발생장치 장 점 단 점

플라즈마

토치 ․ 견고하고 간단한 구조

․ 저 비엔탈피

․ 불균일한 유동

․ 입력 파워의 한계로 대규모급 제작 불

가

Huels ․ 간단한 구조 및 용이한 관리

․ 대용량화 가능

․ 저 비엔탈피

․ 유동의 진동 및 불균일, 높은 오염도

ICP(RF)

․ 간접 가열에 의한 전극 부식 감

소

․ 낮은 유동 오염

․ 고출력 제한

․ 저압력에 의한 저밀도 유동

Enhanced

Huels

․ 대용량화 가능

․ 고 비엔탈피 가능

․ 균일한 유동, 저오염도

․ 복잡한 구조

[표 1-9] 형상별 플라즈마 발생장치의 장단점

Ÿ 이들 플라즈마 발생장치들을 RFP상의 요구조건과 비교하면 플라즈마 토치는 공간

균일도, 입력 전력의 측면에서 RFP상의 요구조건을 만족시키지 못함

Ÿ Huels형은 공간균일도 및 유동 오염도에서 요구조건에 도달하지 못함

Ÿ ICP(RF)형은 플라즈마의 압력과 공간균일도의 측면에서 RFP상의 요구조건을 만족

시키지 못함

Ÿ Enhanced Huels형 플라즈마 발생장치의 RFP 요구 조건에 대한 적합성은 아래 그

림에서도 확인할 수 있음

Ÿ 그림 1-15는 전 세계적으로 사용되고 있는 고온플라즈마 발생장치의 운용할 수 있


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는 엔탈피와 전압력 선도

Ÿ 이 그림으로부터 Enhanced Huels형이 요구되어진 플라즈마 발생장치에 가장 적합

하고 운용 범위도 가장 큰 것을 알 수 있음

Ÿ Enhanced Huels형 플라즈마는 제작 기술적으로 많은 난점을 가지고 있어 선진국에

서 기술이전을 금지

Enhanced Huels

[그림 1-15] 플라즈마 발생장치별 엔탈피와 전압력

Ÿ 따라서 고온플라즈마 발생장치 구축사업에 가장 적합한 플라즈마 발생장치로

Enhanced Huels형으로 2.4MW급 이상의 개량형 고온플라즈마 발생장치를 개발하고

자 함

(3) Enhanced Huels형 플라즈마 발생장치 개발 동향 및 기술수준

※ Enhanced Huels형 플라즈마 발생장치는 본 사업에서 구축하고자 하는 고온플라즈마

발생장치임

기술발전추세

Ÿ Enhanced Huels형 플라즈마 발생장치는 1960년대부터 미국의 본격적인 우주개발

과 함께 개발

Ÿ 일부 유럽 국가 및 일본 등도 1990년대 후반에 미국으로부터 핵심장비를 공급받아

2000년대에 들어 활용하기 시작

Ÿ Enhanced Huels형 플라즈마 발생장치를 보유하고 있는 유럽 및 일본 등 해외 선진

국들은 주로 우주개발 용도로 활용했음

Ÿ 최근 들어 부품 및 소재산업의 혁신적인 원천기술로 인식하고 기존 부품의 고급화


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및 첨단소재의 개발을 위해 민간 산업 분야에 확장하여 응용하기 시작

Ÿ 아래는 주요 선진국들의 최근 산업 응용연구 동향으로 다음과 같음

Ÿ 미국 : NASA를 중심으로 우주항공산업 프로젝트의 일환으로 시작하여 1990년대

중반 이후 산업체를 중심으로 고온/고강도 소재 및 나노 소재 생산에 응용

Ÿ 이탈리아 : 세계 3대 플라즈마 기술 보유 국가로 인공위성, 대기 정화를 위해 산업

용으로 연구 중

Ÿ 독일 : Stuttgart 대학을 중심으로 우주항공분야 신소재 생산을 위한 연구 중

Ÿ 일본 : 인공위성을 비롯한 신소재 개발을 위해 동경대학, 동북대학 등의 대학을 중

심으로 연구를 진행하고 있으며 미쓰비시 등 산업체에서 신소재 기술개발 진행 중

국외 기술 현황

Ÿ 해외 선진국에서 개발된 대표적인 Enhanced Huels형 장치와 그 특성은 다음과 같

음

보유국 보유기관

장치별 특성

명칭아크입력

전력전압력 비엔탈피

미국

NASA

Ames

IHF 60MW 1MPa 32.5MJ/kg

AHF 20MW 1MPa 46.4MJ/kg

NASA

JSC

TP-1 10MW 1MPa 37.1MJ/kg

TP-2 10MW 1MPa 37.1MJ/kg

AEDCH-1 30MW 12MPa 12MJ/kg

H-3 68MW 12MPa 11MJ/kg

독일 DLR(미국공급) L3K 5MW 1.7Mpa 21MJ/kg

이탈리아 CIRA(미국공급) Scirocco 70MW 1.7Mpa 45MJ/kg

일본 JAXA(미국공급) 1MW 1.05Mpa 9.5MJ/kg

[표 1-10] 세계의 대표적인 Enhanced Huels형 플라즈마 발생장치 및 특성

Ÿ 위 표에서 볼 수 있듯이 선진국(일본제외)이 보유하고 있는 Enhanced Huels형 플라

즈마 발생장치는 대부분 RFP 조건 이상의 능력을 갖고 있음

국내 기술 현황

Ÿ 국내의 경우 Enhanced Huels형 플라즈마 발생장치에 관한 기술 자체를 보유하지


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못하다가, 최근에 들어 KAIST에서 유일하게 설계/해석/시험평가 기술을 보유하게

되었으며, 이를 기반으로 서울대 항공우주공학과에서 관련 일부 해석기술을 확보하

고, (주)캅스에서 상세 설계/제작 및 시험평가 기술을 확보할 수 있게 되었음

Ÿ 그 결과로 2000년대 후반에는 KAIST 지도하에 (주)캅스를 주축으로 서울대와 (주)

비츠로테크가 참여하여 소형 Enhanced Huels형 플라즈마 발생장치에 대한 기본/상

세 설계를 완료하고 최근 소형 시제를 제작하여 시험가동 중에 있음

Ÿ 현재 KAIST, 전북대, 서울대는 Enhanced Huels형 플라즈마 발생장치의 열플라즈마

를 정량적으로 해석할 수 있는 능력을 보유하고 있으며 이를 측정/분석하는 기술을

(주)캅스와 공동으로 연구 중임

[그림 1-16] (주)캅스가 개발한 소형 개량형 고온 플라즈마 발생장치

국내 역량

국내 기술개발 수준

Ÿ 미국 항공우주국(NASA)이 보유하고 있는 Enhanced Huels형 플라즈마 발생장치

(IHF; 68MW, 1MPa, 32.5MJ/kg)대비 국내에서 유일하게 제작된 (주)캅스의 개량형

고온플라즈마 발생장치의 기술 수준 비교


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항목 기술수준전문인력

보유정도

인프라

구축정도비고

개량형 고온플라즈마

발생장치 설계70% 20% 40% 도입단계


발생장치 제작70% 50% 50% 도입단계


발생장치 운용기술30% 20% 10% 도입단계

[표 1-11] 선진국 대비 국내 기술개발 수준

(캅스의 개발 예)

Ÿ 국내 최초로 (주)캅스에서 제작된 소형 개량형 히터의 특성

․ 용량(아크입력전력): 0.4MW 이상

․ 전압력: 약 2atm

․ 비엔탈피: 12~17 MJ/Kg

․ 질량유량: 0.01Kg/s 이상(공기기준)

SWOT 분석


- 20 -

강점 약점

Ÿ 개량형 고온플라즈마 발생장치의 원천기

술 보유전문가 참여로 단시간 내에 세계

적 수준의 기술 확보 가능

Ÿ 개량형 고온플라즈마 발생장치 선행연구

결과 및 인력/업체 직접 활용으로 개발

효율성 및 위험도 감소

Ÿ 국가주도형 대형 장비구축사업으로서 국

내 연구개발 역량을 결집하여 국제 경쟁

력 강화

Ÿ 다양한 성능의 개량형 고온플라즈마

발생장치 설계/제작/운용 국내 경험

확보 필요

Ÿ 개량형 고온플라즈마 장치 활용 가능

한 응용산업분야에 대한 사전연구 및

전문가 확보 대책 필요

기회요인 위협요인

Ÿ 첨단 신성장 동력으로 세계적으로 추진

중인 고온플라즈마 응용연구 사업에 시기

적절하게 투자하여 경쟁력 확보

Ÿ 고온플라즈마 응용분야의 수요 확대와 산

업화 기반구축 및 첨단 소재 부품 생산을

통한 국가경쟁력 확보

Ÿ 구축사업을 통하여 고온플라즈마 발생장

치에 대한 연구 인력 양성 및 인프라 구

축 가능

Ÿ 선진국의 기술 독점화 및 기술이전 규

제의 심화로 국가전략산업 육성 차질

Ÿ 주변국(일본, 중국 등)의 플라즈마 응

용연구 집중 투자를 통한 기술 격차

심화

[표 1-13] 연구개발 대상 기술에 대한 SWOT 분석


- 21 -

국내 전문가 및 전문기관 현황

항목전문가

소속

전문가성명

/직위기술개발(보유)현황

수준

(국외대비)

개량형

고온

플라즈마

발생장치

기술

KAIST

(전북대)

박철

/교수

개량형 고온플라즈마 발생장치의

설계/운용 기술 보유100%

서울대

(전북대)

김규홍

/교수

개량형 고온플라즈마 발생장치의

열유동해석 기술 보유70%

(주)캅스김의택

/사장 외

소형(0.4MW급) 개량형 고온플라즈마

발생장치 상세설계/제작/시험평가

대형(2.4MW급) 개량형 고온플라즈마

발생장치 상세설계

50%

(주)비츠로

테크

이병호

/사장 외

개량형 고온플라즈마 발생장치 제작 및

설비 설계60%


- 22 -

2. 연구개발의 목표 및 내용

가. 센터의 기능․역할 및 연구개발의 최종목표

고온플라즈마 응용연구센터의 기능 및 역할

[그림 2-1] 고온플라즈마 응용연구센터 기능 및 역할

고온(고출력/고밀도/열) 아크플라즈마 발생장치 구축

구축된 고온플라즈마장치를 활용한 기초 및 응용연구 중심역할 수행

고온플라즈마 연구/기술/장비운용/산업화에 관련된 우수 전문인력 양성

산학연관 협력 유기적 연계체제 구축을 통한 시너지효과 창출

플라즈마 관련 산업발전을 위한 벤처 창업유도 및 관련 산업 활성화

연구개발의 최종목표

다양한 기초․첨단 연구분야(화학, 소재, 열공학, 항공역학 등)의 핵심연구시설인 고온(고

출력/고밀도/열) 플라즈마 발생장치의 설계/제작 및 구축․운영

개량형 고온(고출력/고밀도/열) 아크플라즈마 발생장치 구축

Ÿ Enhanced Huels형 0.4MW급 1기 및 2.4MW급 1기 구축

Ÿ 장치운영에 필요한 부지, 건축물, 주변장치 및 부대시설 구축

개량형 고온(고출력/고밀도/열) 아크플라즈마 발생장치 사양

Ÿ 플라즈마 평균엔탈피 : 공기유량 0.05kg/s 일 때 20MJ/kg 이상


- 23 -

도면

번호건물 명칭 건물 세부내역

1 연구센터동

Ÿ 연구실, 사무실, 회의실, 전시실, 관리실 등

Ÿ 2층 건물, 900 m2(30m×15m)

Ÿ 냉난방시설, 소방시설, 상수공급 완비

Ÿ 플라즈마 전압력 : 1~4atm

Ÿ 전극산화에 의한 오염도 : 0.05% 이하

Ÿ 정상플라즈마 유동생성을 위해 아크길이의 변화가 없을 것

Ÿ 장시간 연속작동을 위해 개별전극이 담당하는 전류량은 500A 이하

Ÿ 가연성, 부식성, 기체를 처리할 수 있는 진공 및 배기가스 처리설비

Ÿ 진공펌프 용량 : 900/min 이상

고온플라즈마 응용연구센터 운영에 필요한 부지 확보 및 시설물 신축

Ÿ 최종적으로 구축될 예정인 센터 부지 34,774 확보

Ÿ 연구센터동, 수배전공급시설동, 시험동, 진공펌프실 등 7,750 규모의 시설물 신축

고온플라즈마 응용연구센터 개요

시험장 건축물 구성

[그림 2-2] 시험장 Layout


- 24 -

2 수배전

공급시설동

Ÿ 전력공급장치(2) 및 용수/소방/통신 설비

Ÿ 2층 건물, 900 m2(30m×15m)

Ÿ 지하 1층, 지상 1층, 콘크리트 건물

Ÿ 지하 1층 : 용수공급 시설, 소방시설, 통신공급시설 완비

Ÿ 지상 1층 : 수배전 공급설비 설치구역, 전력 감시실


3 시험동

Ÿ 플라즈마 발생기(1) 및 실험챔버(4)

Ÿ 2층 건물, 3,500m2(35m×50m), 콘크리트 건물

Ÿ 지하 1층 : 전원공급 시설 설치구역, 큰 시험장 3개, 지하

(35m×30m)

Ÿ 지상 1층 : 큰 시험장 3개(35m×30m, 2층높이, 천정 조

립식 판넬), 작은 시험장 3개(35m×12m, 1층 높이), 배관

연결통로(35m×8m)

Ÿ 지상 2층 : 작은 시험장 3개 2층, 운영실(35m×12m)

Ÿ 각 시험장별, 운영실, 지하 전원공급실, 냉난방시설, 소방

시설 완비

Ÿ 각 시험장 상수 공급 완비

Ÿ 큰 시험장 3개의 제어실과 시험장 사이는 콘크리트 벽 및

강화유리, 방화, 방폭 문

Ÿ 각 시험장에는 강제배기를 위한 팬 설치, 슬리브 설치

Ÿ 각 시험장은 폭발압을 견딜 수 있는 내력 콘크리트벽, 폭

발시 자동전개 지붕, 벽 사이 배관/전선관 등 화염확산 방

지 설계

4 진공펌프실

Ÿ 진공 공급설비(5) 및 배기가스 처리설비(6)

Ÿ 1층 건물, 1,000m2(20m×50m), 조립식 건물


5냉각수실,

기체공급실

Ÿ 냉각수(7) 및 작동가스(기체) 공급장비(3)

Ÿ 1층 건물, 450 m2(30m×15m)

Ÿ 냉각수실 : 225 m2(15m×15m), 조립식 건물

냉난방시설, 소방시설, 상수 공급 완비

Ÿ 기체공급실 : 225m2(15m×15m), 콘크리트 건물

냉난방시설, 소방시설, 상수시설 완비

각 기체별 구역(방호벽), 천정은 조립식 판넬

6 기체 저장시설 Ÿ 고압가스 안전관리법에 따라 바닥패드 및 방호벽 설치


- 25 -

추가 사항

Ÿ 주요 고전압 설비 접근 금지용 펜스 설치

Ÿ 이중접지 및 낙뢰방지 설비

Ÿ 각 건물 자동 출입감시장치

Ÿ 각 건물 CCTV 설치

Ÿ 종류별 폐기물 보관 및 처리 설비

Ÿ 건축물은 고압가스 안전관리법, 전기안전, 환경보전법, 노

동법, 소방법에 적합하도록 건설되어야 함

※ 위첨자로 표시된 숫자는 [그림 1-2]의 세부장치를 의미함

시험장내 장치구성

Ÿ 기타 부품 및 주변장치에 대한 세부내역은 다음과 같음

[그림 2-5] 고온플라즈마 발생장치 배치도


- 26 -

도면

번호장치명칭 설계 세부내역

1냉각수

공급/제어장치

(공통지원설비)

Ÿ 냉각수 탱크 : STS304, 30TON 2EA

Ÿ 냉각탑 밀폐형 : 1800RT, 냉각수 냉각용

Ÿ 토치용 고압펌프 시스템 : 플라즈마 토치용 80bar,

1,220ℓ/min, 2EA

Ÿ 주변장치용 저압펌프 : 시험부, 디퓨저, 열교환기용,

19bar, 1,400ℓ/min, 2EA

2공기/기체

공급/제어장치(공통

지원설비)

Ÿ 공기압축기 1조 : 320bar, 1.1/min

Ÿ 고압공기탱크 : 1×3EA

Ÿ 공기필터 : 수분과 미세먼지 제거

Ÿ 수소트레일러/배관 : 다이아몬드 등 제조 연구시 사용

3500 160bar, 99.99 순도

Ÿ 알곤저장시설/배관 : 토치성능시험, 다이아몬드 등 제조

연구 시 사용

Ÿ 액화질소공급/재사용장치 : 다이아몬드 제조 연구 시

사용

Ÿ 메탄 공급장치 : 다이아몬드 제조 연구 시 사용

3수배전시설(공통지원

설비)

Ÿ 수배전반 : 8MVA(고압차단기, 저압차단기, 변압기)

Ÿ 전력케이블 : 22.9KV 수전(기존선로 이용, 0.2km,

8MVA)

Ÿ UPS(무정전전원공급장치) : 단상 220V, 20KVA, 3식(정

전보상용)

4히터(0.4MW급,

2.4MW급 발생장치)

Ÿ 소형, 대형 2조 : 플라즈마 특성 실험, 다이아몬드, TiB2

제조실험

5

히터시험부

(0.4MW급, 2.4MW급

발생장치)

Ÿ 반응챔버 1조, 진공챔버 1조 : 다이아몬드 등 재료 제조

시험, 플라즈마 특성실험

Ÿ 디퓨저 2조 : 직경 0.6m×5m, 직경 0.9m×7m, 진공도

향상

Ÿ 열교환기 2조 : 직경 0.9m×3m, 직경 1.2m×4m, 진공

펌프 전단온도 상온유지

Ÿ 고열류 측정센서 2식 : 고온의 흐름의 온도, 압력, Heat

Flux 측정

6

냉각수

공급/제어장치

(0.4MW급, 2.4MW급

발생장치)

Ÿ 밸브, FCV, 유량계, 호스 및 배관공사 : 냉각수 유량조

절 및 공급


- 27 -

7공기/기체 공급/제어

장치(0.4MW급,


Ÿ 밸브류, 배관, 설치공사, 제어계측 시스템 : Air/수소

/CH4/액화질소/N2 공급 제어 및 계측

8전원 공급/제어

장치(0.4MW급,


Ÿ 정류기 2조 : DC 2000V 1000A, DC 3500V 1500A

교류->직류로 전환, 정전압/정전류 제어

Ÿ 변압기 2조 : 1500KVA, 전압변환

Ÿ DC 리액터 2조 : 12mH, 1000A, 고조파감쇄 및 돌입전

류 방지

Ÿ 가변저항기 4EA, 6EA : 1Ω(가변가능), 1,000A, 1500A

전압분배, 안정적 아크 유지

Ÿ 제어계측 시스템 2식 : SCADA, DCS, 각종 센서류, 통

합 제어/계측 시스템, 각 부하별 개별 제어 및 측정

Ÿ 배선공사 : 설비전원연결공사

9

진공 공급/제어장치

(0.4MW급, 2.4MW급

발생장치)

Ÿ 진공펌프 및 냉각기 : 50/min(18EA), Dry type

Ÿ 레저버 매니폴드 : 직경 4m x 10m 2SET 방폭 이중관

Ÿ 필터링회수 : 미세입자 제거 및 회수

Ÿ 배관/밸브류, 제어계측 : 메탈 가스켓, CF Flange, Gate

Valve, Angle Valve, 제어부, 센서류

Ÿ 배관공사 : 진공 line 설치공사

10

배기가스처리장치

(0.4MW급, 2.4MW급

발생장치용)

Ÿ 처리장치 2식 : 수소재연소, NOx, CO 처리, 가스분석


- 28 -

플라즈마 히터설계 상세내역

Ÿ 설계요구조건에 의해 선정한 2.4MW급 개량형 고온플라즈마 장치의 개발을 위하여

먼저 0.4MW급의 소형 시제를 개발하고 이 경험과 결과를 활용하여 2.4MW급 개량

형 고온플라즈마 장치를 개발하고자 함

Ÿ 2.4MW급 개량형 고온플라즈마 장치는 발생장치(히터) 및 시험부와 냉각수/기체(공

기/Ar 등)/전력 공급장치, 진공공급 및 배기가스처리장치로 구성되어 있음

Ÿ 발생기(히터), 전원공급장치, 냉각장치부의 기본설계 결과는 다음과 같음

항 목 규 격

Constrictor의 길이 100cm

Constrictor의 지름 2.8cm

노즐목 지름 2.2~2.6cm

전극의 길이 7.5cm

전극링의 수 3 EA

Mixing 챔버의 길이 6.8cm

수축부의 길이 6.8cm

확대부의 길이 4.2cm

[표 1-17] Constrictor의 크기

항 목 규 격

최대(피상) 전력용량 5MVA

전기의 종류 DC(Direct Current)

정격 전압 2,500V

정격 전류 1,000A

[표 1-18] 전원 공급 장치 설계

항 목 규 격

Δ T 40K

냉각수 정격질량유량 0.13kg/s

P 13.9atm

uw 85m/s

d c 1.24mm 이상

[표 1-19] 냉각장치 설계 결과


- 29 -

Ÿ 가연성, 부식성 기체를 처리할 수 있는 진공 및 배기가스 처리 설비(진공펌프 용량

: 900 m 3/min 이상)의 설계를 위하여 향후 활용용도를 소형 0.4MW급 장치는 다이

아몬드 합성실험 및 공기가열특성실험으로 2.4MW급은 공기가열특성실험으로 설정

하여 다음과 같은 각각의 진공 및 배기가스처리 설비를 구성하였음.

구분 활용용도 진공처리설비배기가스

처리설비비고

0.4MW급 설비

(공기/Ar/

H2/CH4)

다이아몬드

합성 실험

건식

50/min

진공펌프 9기

H2/CH4 재연소

및 NOx/CO

처리 설비

H2 및 CH4 가스

사용대비

방폭설비

2.4MW급 설비

(공기/Ar)

고온 공기

가열실험

건식

50/min

진공펌프 9기

NOx 및 CO

처리설비

고농도 NOx/CO

실시간 처리설비

[표 1-20] 진공 및 배기가스처리 설비


- 30 -

나. 연차별 연구의 목표 및 내용

(1) 1차년도(2009년 7월~2010년 6월)

연구개발 목표 및 내용

장비구축 분야

연구개발 목표 연구내용 및 연구 범위

0.4MW급 개량형

고온플라즈마 히터

설계/제작 및 구성장치

설계

0.4MW급 개량형 히터 설계 및 제작 1조

히터시험부 기본설계 및 상세설계

냉각수 공급/제어 장치 기본설계 및 상세설계

공기/작동 기체공급 배관/제어 장치 기본설계 및

상세설계

전력 공급/제어 장치 기본설계 및 상세설계

진공 공급/제어장치 기본 설계, 축소형 시험장치

제작

배기가스처리장치 설계

2.4MW급 개량형

고온플라즈마 히터 설계 2.4MW급 개량형 히터 설계 및 해석

공통지원설비 사양 선정

냉각수 저장탱크, 냉각탑, 고압/저압 냉각펌프 설

계 및 사양선정

공기저장탱크, 공기압축기 및 필터, 수소/알곤/액

화질소 저장/공급 설비 설계 및 사양선정

시험장 안전장치 설계 및 사양선정

수배전시설 설계 및 사양선정

시설 분야


부지 조성 기본/상세설계

부지 조성

시설 구축물 착공

시험/지원설비동 기본/상세설계 및 착공

연구센터동 기본/상세설계 및 착공

기타시설 기본/상세설계 및 착공


- 31 -

평가의 착안점 및 척도

연구개발 목표가중치

(%)평가의 착안점 및 척도

0.4MW급 개량형

고온플라즈마 히터 제작 및

구성장치 설계

40

- 0.4MW급 아크히터 검사 보고서

- 0.4MW급 아크히터 1조

- 0.4MW급 발생장치 설계 보고서

2.4MW급 개량형

고온플라즈마 히터 설계15

- 2.4MW급 아크히터 설계해석 보고서

- 2.4MW급 아크히터 설계도

공통지원설비 사양 선정 15- 공통지원설비 설계보고서

- 공통지원설비 각각의 설계도

부지 조성 10 - 부지조성 설계도 및 조성결과

시설 구축 10 - 해당시설물 설계도 및 착공여부

구축사업단(센터) 운영유지 10- 인력확보 계획대비 현황

- 수행업무 추진현황


- 32 -

평가 방법 및 성과물

연구개발목표 평가방법 성과물

0.4MW급 개량

형 고온플라즈마

히터 설계/제작

및 구성장치 설

계

1) 0.4MW급 개량형 히터 제작 평가

- 설계 및 제작 검사

2) 히터시험부 설계평가

3) 냉각수 공급/제어장치 설계평가

4) 공기/기체 공급/제어장치 설계평가

5) 전력 공급/제어장치 설계평가

6) 진공 공급/제어장치 축소형 시험 장치

평가

7) 배기가스처리장치 설계평가

1) 0.4MW급 히터 1조, 설계

도면 , 검사성적서

2) 설계도면, 보고서 주요부

품 사양서

3) P&ID, 배치도면 주요부품

사양서

4) P&ID, 배치도면 주요부품

사양서

5) 회로도, 보고서 주요부품

사양서

6) P&ID, 배치도면 시험장치

시험 보고서, 주요부품 사

양서

7) 설계도면, 설계보고서,

주요부품 사양서

2.4MW급 개량

형 고온플라즈마

히터 설계

1) 개량형 2.4MW급 히터 설계평가

- 설계와의 적합성

1) 2.4MW급 히터 1차 설계

보고서, 설계도면

공통지원설비 사

양 선정

1) 냉각수 공급/제어장치 설계평가

2) 공기/기체 공급/제어 장치 설계평가

3) 시험장 안전장치 설계평가

4) 수배전시설 설계평가

1) 시스템 설계도면/설치 사

양서

2) 시스템 설계도면/설치 사

양서

3) 시스템 설계도면/장치별

사양 보고서

4) 회로도/주요부품 사양서/

설치 사양서

부지 조성 1) 기본/상세설계 평가, 부지조성 여부

1) 완공 보고서

2) 부지 사용 인허가 관련 문

서

시설 구축

1) 기본/상세설계 평가

2) 착공 및 공정진도율 40%이상

1) 건축/설비/소방 설계도면

및 시방서, 건축 관련 제

반 인허가 취득 서류

2) 착공신고서, 공정진행보고

서, 중간검사 및 자재입고

검사서, 설계변경 관련 문

서


- 33 -

(2) 2차년도(2010년 7월~2011년 6월)


장비구축 분야


0.4MW급 개량형

고온플라즈마 히터 성능시험

및 구성장치 제작

0.4MW급 개량형 히터 성능시험 및 설계보완

히터시험부 제작 및 검사

냉각수 공급/제어 장치 제작 및 검사

공기/기체 공급/제어 장치 제작 및 검사

전력 공급/제어 장치 제작 및 검사

진공 공급/제어장치 제작 및 검사

배기가스처리장치 제작 및 검사

2.4MW급 개량형


구성장치 설계

2.4MW급 개량형 히터 제작

히터시험부 기본설계 및 상세설계

냉각수 공급/제어장치 기본설계 및 상세설계

공기/기체공급/제어장치 기본설계 및 상세설계

전력 공급/제어장치 기본설계 및 상세설계

진공 공급/제어장치 기본설계 및 상세설계

배기가스처리장치 기본설계 및 상세설계

공통지원설비 제작

냉각수 공급/제어장치 제작 및 검사

공기/기체 공급/제어장치 제작 및 검사

시험장 안전장치 제작 및 검사

수배전시설 제작 및 검사

시설 분야


시설 구축물 완공

연구센터동, 시험동, 수배전공급시설동 준공 및

인허가 획득

진공펌프실, 냉각수실, 기체공급실 준공 및

인허가 획득

기체저장시설 준공 및 인허가 획득


- 34 -




0.4MW급 개량형


성능시험 및 구성장치 제작

35

- 0.4MW급 아크히터 성능시험 보고서

- 0.4MW급 아크히터 설계보완 보고서

- 각각의 구성장치 검사 계획서

2.4MW급 개량형


구성장치 설계

20- 2.4MW급 아크히터 1조

- 2.4MW급 발생장치 설계 보고서

공통지원설비 제작 15- 공통 지원설비 각각의 검사 보고서

- 시험장 시험운영 계획서

시설 구축 20 - 시설 구축물 각각의 인허가서

연구센터 운영유지 10

- 인력확보 계획대비 현황

- 수행업무

- 시험장 관리 계획서/규정


- 35 -



0.4MW급 개량형

고온플라즈마

히터 성능시험

및 구성장치

제작

1) 0.4MW급 히터 성능시험/설계변경

- 아크 출력 400kW이상

2) 히터시험부 검사

- 제작완료, 진공도/기밀/압력검사

- 진공도 : 5*10^-2이하

- 기밀/압력 : 공기 5bar/수압 20bar

3) 냉각수 공급/제어 장치 검사

- 기밀 : 공기 10bar에서 누설 없음

4) 공기/기체 공급/제어 검사


5) 전력 공급/제어 장치 검사

- 무부하 및 내전압 Test

6) 진공 공급/제어장치 검사

- 진공펌프/배관검사 : 5*10^-2 이하

7) 배기가스처리장치 검사

- 효율 : NOx, SOx 주입 및 효율평가

1) 성능시험 보고서

설계보완 보고서

2) 검사성적서

3) 배관 및 밸브류

검사성적서


검사성적서/안전진단서

5) 전력 공급/제어 장치

검사성적서/안전진단서

6) 진공 공급/제어장치

검사성적서

7) 배기가스처리장치

검사성적서

2.4MW급 개량형

고온플라즈마

히터 제작 및

구성장치 설계

1) 개량형 2.4MW급 히터 1호기 검사

2) 히터시험부 설계 평가

3) 냉각수 공급/제어 장치 설계평가

4) 공기/기체 공급/제어 장치 설계평가

5) 전력 공급/제어 장치 설계평가

6) 진공 공급/제어장치 시제품 평가

7) 배기가스처리장치 설계평가

1) 2.4MW 히터 1호기

형상/기밀/강도시험 성적서

2) 설계도면, 보고서


3) P&ID, 배치도면




5) 회로도, 보고서



시제품 시험 보고서


7) 설계도면, 설계보고서


공통지원설비

제작

1) 냉각수 공급/제어장치 검사

2) 공기/기체 공급/제어장치 검사

3) 시험장 안전장치 검사

4) 수배전시설 검사

1) 냉각수 공급/제어장치

검수보고서

2) 공기/기체 공급/제어 장치

검수보고서/안전진단서

3) 시험장 안전장치검수보고

서

4) 수배전시설 검수보고서

시설 구축

1) 건물 완공 1) 준공 허가서,

최종 건축/설비도면,

설비(전기/통신/상하수/조경

/공조 등)/소방 인허가 취득

서류


- 36 -

(3) 3차년도(2011년 7월~2012년 6월)


장비구축 분야


0.4MW급 개량형

고온플라즈마 발생장치

총조립

0.4MW급 개량형 히터 2호기 1조 제작

히터시험부 설치 및 시운전

냉각수 공급/제어 장치 설치 및 시운전

공기/기체 공급/제어 장치 설치 및 시운전

전력 공급/제어 장치 설치 및 시운전

진공 공급/제어장치 설치 및 시운전

배기가스처리장치 설치 및 시운전

총조립/검사

2.4MW급 개량형

고온플라즈마 히터 설계보완

및 구성장치 제작

2.4MW급 개량형 히터 설계보완

히터시험부 제작 및 검사

냉각수 공급/제어 장치 제작 및 검사

공기/기체 공급/제어 장치 제작 및 검사

전력 공급/제어 장치 제작 및 검사

진공 공급/제어장치 제작 및 검사

배기가스처리장치 제작 및 검사

공통지원설비 시운전

냉각수 공급/제어장치 설치 및 시운전

공기/기체 공급/제어장치 설치 및 시운전

시험장 안전장치 설치 및 시운전

수배전시설 설치 및 시운전

총조립/검사/시운전


- 37 -




0.4MW급 개량형


총조립

30

- 0.4MW급 개량형 히터 2호기 검사보고

서

- 각각의 구성장치 시운전 보고서

- 0.4MW급 발생장치 총조립 검사 보고서

2.4MW급 개량형


설계보완 및 구성장치 제작

30- 2.4MW급 히터 보완설계 보고서

- 각각의 구성장치 검수 보고서

공통지원설비 시운전 15- 공통지원설비 각각의 시운전 보고서

- 총조립 검사 보고서

시험장 운영 15- 시험장 정기진단 결과

- 시험장 운영 보고서

연구센터 운영유지 10- 수행업무

- 시험장 관리 보고서


- 38 -



0.4MW급

개량형

고온플라즈마

발생장치

총조립

1) 개량형 0.4MW급 히터 2호기 검사

- 형상/기밀/강도 시험 및 검사 완료

2) 발생장치 설치완료 평가

3) 발생장치 각 구성장치별 성능시험

- 히터 냉각수/기체 누수확인

- 히터시험부 진공도 5*10^-2 Torr 이하

(기체공급없이)

- 냉각수/기체 공급 line 누수검사

- 전력 공급/제어 장치 개별 Test 결과

- 진공 공급/제어장치 운전결과

- 배기가스 처리장치 운전결과

1) 0.4MW급 히터 1조,

최종설계도면/검사성적서

2) 설치완료 보고서

3) 각 구성장치별 성능시험

절차서/성적서,


2.4MW급

개량형

고온플라즈마

히터 설계보완

및 구성장치

제작

1) 히터시험부 검사

- 제작완료, 진공도/기밀/압력검사

- 진공도 : 5*10^-2이하

- 기밀/압력 : 공기 5bar/수압 20bar

2) 냉각수 공급/제어 장치 검사


3) 공기/기체 공급/제어 장치 검사


4) 전력 공급/제어장치 검사

- 무부하 및 내전압 Test

5) 진공 공급/제어장치 검사

- 진공펌프/배관검사 : 5*10^-2 이하

6) 배기가스처리장치 검사

- 효율 Test : NOx, SOx 처리 결과평가

1) 히터시험부

검사성적서


검사성적서


검사성적서

4) 전력 공급/제어 장치

검사성적서

5) 진공 공급/제어장치

검사성적서

6) 배기가스처리장치

성능시험보고서

공통지원설비

시운전

1) 냉각수 공급/제어장치 성능평가

- 냉각수 공급온도 30도 유지

2) 공기/기체 공급/제어 장치 제작

- 각 기체별 공급 유량 확인

3) 시험장 안전장치 성능평가

- 모의상황시 성능평가

4) 수배전시설 성능평가

- 각 장비별 성능평가

1) 시스템 성능시험 보고서

운용 절차서 교범


운용 교범/인허가 자료


운용 교범/인허가 자료


운용 절차서 교범

관련 인허가 자료


- 39 -

(4) 4차년도(2012년 7월~2013년 6월)


장비구축 분야


0.4MW급 개량형


성능시험

0.4MW급 플라즈마 발생장치 전체 시운전 및

성능시험

2.4MW급 개량형

고온플라즈마 발생장치의

각 구성장치 시운전

2.4MW급 개량형 히터 2호기 제작

히터시험부 검사/설치/시운전

냉각수 공급/제어장치 검사/설치/시운전

공기/기체 공급/제어장치 검사/설치/시운전

전력 공급/제어장치 검사/설치/시운전

진공 공급/제어장치 검사/설치/시운전

배기가스처리장치 검사/설치/시운전




0.4MW급 개량형


성능시험

40 - 0.4MW급 발생장치 성능시험 보고서

2.4MW급 개량형

고온플라즈마 발생장치의

각 구성장치 시운전

50

- 2.4MW급 개량형 히터 2호기 검사보고

서

- 각각의 구성장치 검사보고서

- 각각의 구성장치 시운전 계획서






- 40 -



0.4MW급

개량형

고온플라즈마

발생장치

성능시험

1) 성능시험 결과 평가

- 히터 출력 400kW 이상

- 히터시험부 진공도 10 Torr 이하

(기체공급 10g/s 시)

- 진공펌프 용량 450 m^3/min 이상

- 연속운전 10분 이상(가속내구성시험)

- 비정상 운전시 안전장치 작동 여부

- 배기가스 관련 법규 요구사항 만족여부

1) 시스템 성능시험 절차서

/결과보고서,

시스템 운영/유지보수

교범,

배기가스 측정보고서,

최종 안전진단서(허가서)

2.4MW급

개량형

고온플라즈마

발생장치의

각 구성장치

시운전

1) 각 부품별 성능시험 결과 평가

- 히터 냉각수/기체 누수확인

- 히터시험부 진공도 5*10^-2 Torr 이하

(기체공급없이)

- 냉각수/기체 공급 line 누수검사

- 전력 공급/제어장치 개별 Test 결과

- 진공 공급/제어장치 운전결과

- 배기가스 처리장치 운전결과

1) 성능시험 절차서/성적서



- 41 -

(5) 5차년도(2013년 7월~2014년 6월)


장비구축 분야


2.4MW급 개량형


성능시험

히터시험부 시운전(계속)

냉각수 공급/제어 장치 시운전(계속)

공기/기체 공급/제어 장치 시운전(계속)

전력 공급/제어 장치 시운전(계속)

진공 공급/제어장치 시운전(계속)

배기가스처리장치 시운전(계속)

2.4MW급 플라즈마 발생장치 총조립 및

성능시험




2.4MW급 개량형


성능시험

90- 각각의 구성장치 시운전 보고서

- 2.4MW급 발생장치 성능시험 보고서







2.4MW급

개량형

고온플라즈마

발생장치

성능시험

1) 설치완료 평가

2) 성능시험 결과 평가

- 히터 출력 2.4MW 이상

- 히터시험부 진공도 10 Torr 이하

(기체공급 30g/s 시)

- 진공펌프 용량 450 m^3/min 이상

- 연속운전 10분 이상

- 비정상 운전시 안전장치 작동 여부

- 배기가스 관련 법규 요구사항 만족여부

- RFP 요구조건 만족여부

1) 설치완료 보고서/성적서

2) 시스템 성능시험 절차서

/결과 보고서,

시스템 운영/유지보수

교범,

배기가스 측정보고서,

최종 안전진단서(허가서),

RFP요구조건 만족 확인서

(엔탈피/압력/오염도/전력

/전류량/진공용량)


- 42 -

구 분 1차년도 2차년도 3차년도 비고

부지부지매입 완료

기반조사 완료(1개월 소요)

건물

신축

설계 완료(6개월 소요)

건축협의(인․허가) 실시계획 인가 건축협의 완료

기반시설 상․하수도 인입

연구센터동 공사 착공골조공사 완료

내부시설 마감기자재 설치

기체저장소 공사 착공 저장시설 완료

수배전시설 한전과 협의 완료 수배전시설 설치 수배전시설 완료 공동지원시설

※ 부지/건축물 관련 연차별 일정


- 43 -

연구추진일정(공정표) 일람표

1차년도 2차년도 3차년도 4차년도 5차년도

I. 응용연구장치비(국비) 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

0.4MW급 발생장치

아크히터 2조 및 예비부품

1호기 설계/제작 1호기 성능시험 및

설계보완2호기 제작/검사 예비부품 　　　　　　　　

히터 시험부 기본설계 상세설계 제작 검사 설치　 시운전　 전체 시운전 통합성능검사 　　　　

냉각수 공급/제어장치

기본설계 상세설계 제작 검사 설치　 시운전　 전체 시운전 통합성능검사 　　　　

공기/기체 공급/제어장치

기본설계 상세설계 제작 검사 설치　 시운전　 전체 시운전 통합성능검사 　　　　

전력 공급/제어장치 기본설계 상세설계 제작 검사 설치　 시운전　 전체 시운전 통합성능검사 　　　　

진공 공급/제어장치 기본설계 상세설계 제작 검사 설치　 시운전　 전체 시운전 통합성능검사 　　　　

배기가스처리장치 기본설계 상세설계 제작 검사 설치　 시운전　 전체 시운전 통합성능검사 　　　　

총조립/검사/시운전 　　　　　　　　　　 총조립/검사 총조립/검사 통합성능검사 　　　　

2.4MW급 발생장치

아크히터 2조 및 예비부품

설계 제작 1호기 설계보완 /1호기 인도 제작 2호기예비부품

　　　

히터 시험부 　　　　 기본설계 상세설계 제작 검사 설치 시운전 전체 시운전 통합성능검사

냉각수 공급/제어 장치

　　　　 기본설계 상세설계 제작 검사 설치 시운전 전체 시운전 통합성능검사


　　　　 기본설계 상세설계 제작 검사 설치 시운전 전체 시운전 통합성능검사

전력 공급/제어 장치 　　　　 기본설계 상세설계 제작 검사 설치 시운전 전체 시운전 통합성능검사

진공 공급/제어 장치 　　　　 기본설계 상세설계 제작 검사 설치 시운전 전체 시운전 통합성능검사

배기가스처리 장치 　　　　 기본설계 상세설계 제작 검사 설치 시운전 전체 시운전 통합성능검사

총조립/검사/시운전 　　　　　　　　　　　　　　　　 총조립/검사 통합성능검사

공통지원설비/ 시험운영

냉각수 공급/제어 장치

기본설계 상세설계 제작 및 검사 설치　 시운전 　　　　　　　　


기본설계 상세설계 제작 및 검사 설치 시운전 　　　　　　　　

안전장치/수배전 및 기타

기본설계 상세설계 제작 및 검사 설치 시운전 　　　　　　　　

시험장 인허가/검사/진단

　　　　　　　　　　　정기진단

　　　정기진단

　　　정기진단

시험장 시험(위탁)운영

　　　　　　 시험장 시험(위탁) 운영

II. 부지/시설/운영/연구비(주관기관부담)

부지 및 조성 설계 부지조성 　　　　　　　　　　　　　　　　

시설

시험/지원설비동 기본/상세설계 착공/공사/준공 　　　　　　　　　　　

연구센터동 기본/상세설계 착공/공사/준공 　　　　　　　　　　　

기타 시설 기본/상세설계 착공/공사/준공 　　　　　　　　　　　

기반시설(전력/용수/통신/냉난방 등)

기본/상세설계 착공/공사/준공 　　　　　　　　　　　

연구센터 운영유지　

구축사업단 운영 구축사업단 운영

센터/시험장 관리 　　　　 시험장 운영/관리


- 44 -

3. 주관연구기관 및 참여기관의 지원내용

가. 주관연구기관의 부지 및 시설 지원계획

부지 확보

전북 완주군 봉동읍 용암리 일원에 소재

시설명 면적() 위치 세부내용

건물 및

부지34,774

전북 완주군

봉동읍

용암리

- 센터 부지 34,774 (2010.6. 조성) [1단

계]

건물 6,750 (2011.9. 완공)

저장소 1,000 (2011.9. 완공)

- 추후 건물 및 시설 확장 예정 [2단계]

[그림 3-1] 고온플라즈마 응용연구센터 예정 부지

부지의 접근성

Ÿ 완주 과학산업단지 사이에 799번 지방도(양방향 8차선 도로)가 지나고 있어 대상지

로의 접근성은 매우 양호함

Ÿ 호남 및 서해안 고속도로와 인접한 지역이며, 익산～장수간, 전주～광양간 고속도로

와도 인접해 있어 타 시도와의 접근성이 매우 좋은 지역임

Ÿ 군산산업단지 및 새만금지구와는 30분 내외 거리, 대덕연구단지와는 40분 거리에

위치하고 있음


- 45 -

Ÿ 기타 대전, 부산, 광양등과의 접근성도 양호하며, 향후 지역적 발전 가능성이 더욱

높을 것으로 예상됨

[그림 3-2] 부지 변경 (이서면->봉동읍)

부지의 환경적 요인

Ÿ 부지는 현재 대부분 밭으로 이용되는 완만한 구릉 지역이며, 주변에 민가가 없어 확

장에 매우 용이하고 민원에 대해 안전한 지역으로 판단됨

Ÿ 부지는 완주 과학산업단지와 인접해 있어 완주군 관내 오폐수 처리 시설을 활용할

수 있고, 향후 확장 시에도 별도의 폐수 처리 시설을 확보하지 않아도 될 것으로 예

상됨

Ÿ 부지의 건물은 익산-전주간 도로에서 약 70~80m 정도에 배치될 예정으로 소음이나

지반 충격이 거의 없을 것으로 판단됨

주변 관련 연구/산업과의 연계성

Ÿ 부지는 완주 과학산업단지, 완주 산업단지와 인접하여 연계성이 좋으며, 향후 주변

에 완주 테크노밸리가 조성될 계획임

Ÿ 과학산업단지 안에는 전북테크노파크 연구개발지원센터, 연료전지 핵심기술연구센

터, 수소연료전지 지역혁신센터 등의 연구지원 시설과 복합소재 기술연구소 KIST


- 46 -

전북 분원, IT 특화 연구소 등이 위치하고 있어 R&D 혁신 기반 구축 지역으로 발

전할 가능성이 높음

Ÿ 또한, 당초 부지보다 대덕연구단지와 가까운 거리에 위치하여 대전-전주-군산을 잇

는 광역클러스터 구축에 이점이 있는 지역임

[그림 3-3] 대상지 위치 및 주변 현황


- 47 -

건축물의 신축

고온플라즈마 응용연구센터 신축계획

[그림 3-4] 시험장 Layout

Ÿ 2011년 9월까지 건물 6,750와 저장소 1,000를 신축 완료

시설명 면적() 완공연도 비고 건물형태

1. 연구센터동 900 2011.09 2층 콘크리트

2. 수배전공급시설동 900 2011.09 지하1층 지상1층 콘크리트

3. 시험동 3,500 2011.09 지상1층 지하1층 콘크리트

4. 진공펌프실 1,000 2011.09 지상1층 조립식

5. 냉각수실 225 2011.09 지상1층 조립식

6. 기체공급실 225 2011.09 지상1층 콘크리트

기체저장시설 1,000 2011.09 지상1층 저장시설

계 7,750

[표3-1] 건축물 규모 및 활용도


- 48 -

나. 주관연구기관의 센터 운영지원 계획

주관연구책임자(사업단장)에 대한 지원 계획

인력에 대한 확보 및 지원방안

연구인력의 확보방안

Ÿ 전북대학교 교원 30명 이상을 사업단의 연구원으로 위촉함

Ÿ 사업단에는 석좌교수, 전임교수, 겸임교수, 전임연구원, 기술인력, 행정인력을 둘 수

있으며, 이들에 대한 임용은 전북대학교 관련규정을 따름

[명]

구분 2009년2010

년

2011

년

2012

년

2013

년계

교원

석좌교수 1 1

전임교수 1 1 2

겸임교수 4 1 1 1 1 8

연구교수 1 1 2

연구원전임연구원 1 1 1 1 1 5

Post-doc. 1 2 2 5

연구조원 석사/박사과정 10 10 10 30

행정인력 사무원 3 3

기술인력 Technician 2 2 4

합계 9 3 13 17 18 60

[표 3-2] 전담연구인력 확보 계획

연구원에 대한 연구활동 지원

Ÿ 센터구축사업에 참여하는 연구원에게 관련 연구활동 지원(세미나, 워크숍 등)

Ÿ 선행연구와 관련된 연구회 활동 지원(운영비 등)


- 49 -

4. 센터 진흥계획

가. 센터의 중장기발전 방향

중장기 단계별 로드맵

Ÿ 고온플라즈마 응용연구센터 구축사업단은 사업기간 동안 센터 구축과 관련된 제반

사항을 총괄 관리함

Ÿ 구축사업이 완료됨과 동시에 고온플라즈마 응용연구센터 구축사업단을 재편하여 자

립화된 고온플라즈마 응용연구센터로 전환하고 응용연구, 교육 및 산업화 등을 수행

할 계획임

조직 운영 기간 주요 업무

고온플라즈마

응용연구센터

구축사업단

2009.07

~2014.06

Ÿ 고온플라즈마 장비구축 총괄

Ÿ 연구센터동, 장치동 및 시험동 확보

Ÿ 선행연구 수행 및 응용연구 기획

Ÿ 전문연구인력 양성 및 활용방안 마련

Ÿ 고온플라즈마 응용연구센터 개소 기획 및 준비

Ÿ 고온플라즈마 응용연구센터 자립화 방안 마련

고온플라즈마

응용연구센터

2014.07

이후

Ÿ 고온플라즈마 장비 운영․유지보수

Ÿ 고온플라즈마 응용연구센터 부대시설 확보

Ÿ 응용연구 총괄 관리

Ÿ 플라즈마 전문가 양성교육 및 산업체 지원 교육프로

그램 운영

Ÿ 기술이전 및 산․학․연 연계 연구 및 산업화 기술 개

발

Ÿ World Plasma Technical School 개설 및 운영

Ÿ 소재/환경산업과 연계한 상용화 기술 개발

[표 4-3] 기간별 사업단/센터 주요업무

Ÿ 장비 구축기간을 포함한 중/장기 발전 Road-map을 [그림 4-1]에 세부항목별로 나

타내었음

Ÿ 구축된 고온플라즈마 발생장치를 포함하여 응용연구, 교육, 플라즈마 산업단지조성

을 세부항목으로 분류하여 2단계로 각각 구성함(1단계:정부 주도, 2단계:센터 주도)

Ÿ 장비구축이 완료된 2단계(2014.07)부터는 고온플라즈마 응용연구센터 구축사업단을

재편하여 고온플라즈마 응용연구센터로 전환하고 응용연구, 교육, 산업화 등의 사업

을 주관함


- 50 -

[그림 4-1] 고온플라즈마 응용연구센터 중장기 발전 Road-map (2020 Project),

기반구축단계는 동사업기간과 일치함


- 51 -

1단계 사업추진 : 기반구축단계(고온플라즈마 발생장치 및 시설 구축)

항목 세부항목 내용

구축사업

(과제)

장치구축 Ÿ 0.4 MW급 1기/2.4 MW급 1기 및 주변 장치/부대시설

건축물

(7,750 m2)

Ÿ 플라즈마 연구센터동 ∙ 수배전공급시설동

Ÿ 시험동 ∙ 진공펌프실

Ÿ 냉각수실 ∙ 기체공급 및 저장시실

부지 Ÿ 34,774

구축사업 외

(장치활용)

응용연구

Ÿ 선행연구 및 응용연구 기획

Ÿ 산업체, 학교, 연구기관의 연계 및 활용방안 마련

Ÿ 장비 일부를 User Facility로 사용하기 위한 이용자 지

원방안 마련 (운영세칙 등)

교육

Ÿ 전문인력 확보 및 활용방안 마련

Ÿ World Plasma Technical School 운영 방안 마련 및

개설 준비: 산학 지원프로그램/대학원 석·박사 협동

과정 운영

Ÿ 산업체 기초 애로기술 지도 및 지원 프로그램 운영

산업 Ÿ 산업체, 학교, 연구기관에 플라즈마 산업 홍보

[표 4-4] 1단계 사업추진 항목


- 52 -

2단계 사업추진 : 성장단계(고온플라즈마 발생장치의 기술 안정화 및 성숙화)

항목 세부항목 내용

확장 사업

(2단계)

플라즈마

장치

Ÿ 구축 장비 동작 및 운영의 신뢰성 확보

Ÿ 응용화 부대시설 확보

증축예정

건축물

(53,599

m2)

Ÿ 본관동 ∙ 연구동

Ÿ 창업지원동 ∙ 이용자 편의시설 일부

Ÿ 기숙사 ∙ 운동장

Ÿ Guest House ∙ 기타 시설

부지 Ÿ 2만평 확보

조직구성 Ÿ 고온플라즈마 응용연구센터 구축

장치활용

응용연구

Ÿ 응용연구 수행

Ÿ 산·학·연 연계 원천기술 확보

Ÿ 첨단 신소재 생산 기술 상용화

교육

Ÿ World Plasma Technical School 개설 및 운영

Ÿ 플라즈마 대학원 석·박사과정 운영

Ÿ 플라즈마 학사과정 개설 준비

Ÿ 산업체 및 연구소를 대상으로 플라즈마 전문가교육 프

로그램 운영

산업

Ÿ 플라즈마 관련 벤처 및 기업창업 지원

Ÿ 기업유치, 고용창출효과, 매출 증가 방안 지원

Ÿ 첨단부품소재 공급단지 조성 지원

Ÿ 2017년 스마트 융합부품소재 공급기지 조성 지원

[표 4-5] 2단계 사업추진 항목


- 53 -

구축사업 종료 후 추진 전략

민자 유치를 통한 고온플라즈마 발생장치 개량

Ÿ 고온플라즈마 발생장치의 개량을 위한 지속적인 연구 및 개발

Ÿ 기업체와 컨소시엄을 구성하여 민자를 유치하고 개발된 기술 이전

Ÿ 2.4MW급 고온플라즈마 발생장치의 운용 경험을 바탕으로 장치의 성능을 높일 수

있는 고용량 고온플라즈마 발생장치를 자체 기술로 개발 및 설치

Huels, ICP 등 다양한 고온플라즈마 발생장치 구비

Ÿ Enhanced Huels 형뿐만 아니라 각 분야의 교수들이 여러 방면으로 연구 할 수 있

는 다양한 고온플라즈마 발생장치의 구비

Ÿ 고온플라즈마 연구·개발에 필요한 각종 장비 구비로 세계적인 고온플라즈마 연구

중심지로 성장

각종 계측장비를 구입하여 플라즈마의 성능과 생산제품의 제조기술 향상

세계최고의 부대시설을 구축하여 조정․성능․시험센터로 활용

Ÿ 진공설비, 가스설비, 냉각장치, 배기장치, 전력공급장치 등 플라즈마 부대장치를 세

계최고 수준으로 구축하여 플라즈마 토치의 조정·성능·시험센터로 활용

첨단고온소재 대량생산 기술 개발 및 이를 활용한 부품 연구개발

Ÿ 보론섬유, TiB2, TiO2 등 첨단고온소재를 상업적으로 대량 생산할 수 있는 기술개발

Ÿ 이들 첨단고온소재를 활용하여 각종 부품으로 제작할 수 있는 기술을 연구·개발로

산업화 달성

Ÿ 보론섬유와 TiB2를 이용하여 고용량 수소저장 매체인 Ti-BNT(titanium boron

nanotube)를 연구 개발하여 수소연료전지 및 태양전지 자동차의 상용화시대에 대비

산업화 지원 및 융합 부품·소재의 국가거점 공급기지 조성에 기여

Ÿ 전라북도는 정부의 “2010년 핵심 부품소재의 세계적 공급기지화 달성” 추진전략

에 맞추어 “첨단 부품·부품소재 공급단지 조성 기본 계획”을 다음과 같이 수립

하여 추진하고 있음

- “첨단 부품･소재 공급단지 조성 기본계획” 발표 : 2006년 11월

- 미래형 자동차기계, 카본밸리, 플라즈마, 정밀농기계의 4대 특화클러스터 조성 추진


- 54 -

Ÿ 전라북도는 “2017년 스마트 융합 부품･소재의 국가거점 공급기지 조성” 비전을

설정하여 추진할 계획임

Ÿ 고온플라즈마 응용연구센터를 설립하여 플라즈마 관련 연구․개발․생산 및 융합기술

개발을 지원하여 국가경쟁력 강화에 기여

- 고온플라즈마 응용연구센터는 소재․부품․조립품 생산기업체들에 기술을 이전하고, 공

동연구개발, 산업화 지원, 경영 지원

- World Plasma Technical School에서 배출된 기술인력을 과학산업단지에 입주한

기업들에게 공급

- 첨단부품･소재 공급기지 형성 및 활성화의 관건인 기업유치 및 기업 혁신활동을 지

원하고 인프라 확충에 기여


- 55 -

고온플라즈마 응용연구센터 조감도(2020년 마스터플랜)

[그림 4-2 ] 고온플라즈마 응용연구센터 조감도


- 56 -

나. 구축사업 완료 후 운영방안

고온플라즈마 응용연구센터 운영 조직 및 역할

Ÿ 고온플라즈마 응용연구센터는 센터장을 중심으로 운영위원회, 자문위원회, 기술위원

회 및 World Plasma Technical School과 응용연구부 및 사업지원부로 세분화하여

운영함

Ÿ 응용연구부는 5개 팀을 두고 사업지원부는 4개의 팀을 두고 있으며 팀별 역할을

[표 4-4]에 나타내었음

[그림 4-3] 고온플라즈마 응용연구센터 조직도


- 57 -

부서 위원회/팀 역할

위원회

운영위원회

․ 고온플라즈마 응용연구센터, 지자체, 산․학․연 관련 전

문가 등이 참여하여 운영 전반을 총괄하고 관리

․ 고온플라즈마 응용연구센터의 발전방향 논의 및 제시

자문위원회․ 고온플라즈마 응용연구센터의 운영방향, 연구개발, 활

용방안 등 자문

기술위원회

․ 고온플라즈마 발생장치 운영/유지/보수 심의

․ 연구과제 창출 심의

․ 기술이전 등 산·학 협력 프로그램 운영 심의

World Plasma

Technical

School

․ 플라즈마 대학원 석·박사과정 운영 및 관리

․ 플라즈마 학사과정 운영 및 관리

․ 산업체 교육프로그램 운영 및 관리

응용연구부

장치운영팀 ․ 고온플라즈마 발생장치 운영/유지/보수

환경기술연구팀․ 환경 분야 응용을 위한 기초기술 개발 및 응용연구

수행

융합기술연구팀․ NT, IT, BT, ET 융․복합 기초기술 개발 및 응용연구

수행

원천기술연구팀․ 플라즈마 장치와 관련한 원천기술 확보 및 핵심기술

개발

신소재개발

연구팀․ 첨단 신소재 원천 기술 개발 및 응용 분야 제시

사업지원부

시설관리팀․ 고온플라즈마 발생장치를 제외한 응용연구센터 전체

시설 운영/유지/보수

교육지원팀

․ World Plasma Technical School 운영 지원

․ 대학원 석․박사 협동과정 프로그램 운영 지원

․ 사용자 교육프로그램 지원

산학협력팀․ 기술이전 등 산․학 협력과정 전반 관리

․ 벤처 및 기업창업 유도 및 지원

행정지원팀 ․ 고온플라즈마 응용연구센터 행정업무 지원

[표 4-6] 고온플라즈마 응용연구센터 조직별 역할


- 58 -

자율성 확보 방안

인력확보 방안

Ÿ 운영위원회, 자문위원회, 기술위원회 및 World Plasma Technical School을 설치하

고 응용연구부와 사업지원부로 구성함

직 급인력 (상시인력)

정직 위촉 겸직 파견 자문 계

책임급

선임급

원 급

(기술원)

5

10

5

-

10

-

(4)

-

(2)

(4)

-

(8)

(4)

-

(1)

5(12)

20 -

5(11)

계 20 10 (6) (12) (5) 30(23)

직원 30 (23) 30(23)

[표 4-7] 고온플라즈마 응용연구센터 인력구성

Ÿ 운용/유지/보수 인력(최소 8명)

- 관리 총괄, 계획/예산/보고서 작성, 계약 주관, 연구직 1명

- 히터 관리, 기술직 1명

- 전력장치 및 점화장치 담당, 전기기사 기술직 1명

- 측정/분석 담당, 기술 1명

- 기체/냉각수/진공 설비 담당, 가스기사 기술직 1명

- 배기가스처리장치/폐기물 담당, 환경 기사/기능사, 기술직 1명

- 안전장치 담당, 안전관리/인허가 업무, 가스 기능사 이상, 기술직 1명

- 시험부 챔버 및 시험대상물 제어 담당, 기계 기능사 이상, 기술직 1명

구축사업 기간을 포함한 센터 운영 재원 조달 계획

Ÿ 0.4MW급 플라즈마 발생장치 구축 후 이를 활용할 수 있는 연구 과제를 창출하여

연구비 및 운영비 확보

Ÿ 구축된 플라즈마 발생장치 일부를 User Facility로 공개하여 공동 활용을 도모하고

실소요 경비를 징수하여 사용


- 59 -

항목 세부 내용

고온플라즈마

응용연구센터 자립화

당위성

- 고온 플라즈마 발생장치의 성공적인 구축 후 센터의 안정적

인 운영과 2단계 확장사업의 지속적인 추진 및 충분한 수준의

센터 운영비 조달을 위하여 독립·자립적 운영 필요

고온플라즈마


시기

- 1단계 고온 플라즈마 발생장치 구축 기간 중 센터 운영위원

회에서 구체적인 독립법인화 검토 착수

- 1단계 고온 플라즈마 발생장치의 성공적인 구축 후 2단계 확

장사업의 시작과 동시에 독립법인화 기획 및 추진

- 2단계 확장사업 기간(2014.07~2019.06) 중 고온플라즈마 응

용연구센터 독립법인화 완료

[표 4-8] 고온플라즈마 응용연구센터 자립화 방안

Ÿ 플라즈마 발생장치 구축완료 후, 센터 운영과 관련한 재원 및 운영비는 주관기관의

지원과 더불어 소재개발 기초기술 및 응용기술을 산학협력팀과 기술위원회의 적절

한 심의를 거쳐 일부를 산업체에 이전하여 확보하고 민자를 유치하여 확보

[그림 4-4] 과제 수행기간을 포함한 향후 센터 운영 재원 조달 계획


- 60 -

고온플라즈마


조직 형태

- 조직형태 : (사단법인) 고온플라즈마 응용연구센터

- 이사는 전북대학교 총장, 전라북도 도지사, 완주군수를 당연

직으로 하고, 3개 민자기업 대표와 관련 전문가 5인 등 15인

이내로 하고, 감사는 2인으로 구성

- 센터장은 이사회의 의결을 통해 임명

- 법인정관에 운영위원회, 기술위원회, 자문위원회 설치 근거를

마련

- 법인을 자율적으로 운영하기 위해서 운영 규정을 제정함

고온플라즈마

응용연구센터 운영비

재원 확보 방안

- 초고온 소재개발 특허 이전료

- 플라즈마 관련 기술 이전료

- 초고온소재 생산 판매 수익

- 플라즈마 토치 제작·판매비

- 응용연구과제 Overhead

- World Plasma Technical School 수업료

- 전북대학교 운영지원금

- 지자체 대응자금

- 산업체 대응자금

- 플라즈마 장비 사용료

- 부대장치 사용료

다. 센터 설치 후 장치 공동활용 방안

공동활용 분야 및 지원방안

Ÿ 고온플라즈마 응용연구센터는 정부와 지방자치단체의 지원을 받아 설립될 예정이므

로 센터 설치 후 공동 활용 방안을 적극적으로 준비하여 국가 경쟁력 향상에 이바

지 하고자 함


- 61 -

[그림 4-5] 고온플라즈마 응용연구센터 역할


- 62 -


학술 / 교육 분야

활용 및 지원 방안

- 사용자 교육 및 세미나: 연 4회 내외

- Open-lab. 행사를 통한 홍보 및 사용안내 : 연 1-2회

- 국내외 학술회의 공동 개최: 플라즈마 분과 학술회의 (진공학

회, 전기학회 등), AEPSE, ICMAP, ICOPS, APCPST 등

- 초, 중, 고등학교 학생 초청 과학기술 행사 : 연 1회

- 국내 유관 기관과의 공동 활용 방안 모색 : 군산 플라즈마 융

복합R&D센터, 철원플라즈마연구원, 국가핵융합연구소 등

- 국내외 타 측정/평가기관 사용료 상호 할인 협약 체결

산업화 /

전문 연구 분야 활용

및 지원방안

- 동종 업체별/산학연의 기술교류회 및 소규모 연구 클러스터

운영 지원

- 원격공동실험 지원 시스템 구축을 통한 수도권/타 광역권 소

재 기업체 활용 및 참여 유도

- 사용회수에 따른 마일리지 제도 운영 및 인센티브 부여

- 산업체 애로기술 해결방안 지원

- 국내/외 산업대전 지원 또는 공동 개최

- 신개념 플라즈마 응용 분야 발굴 적극 지원 : ET, BT, ST 등

첨단 융합기술 분야 응용

- 국내 정부 출연연구원과 공동 활용 방안 모색 : 한국기계연구

원, 포항가속기연구소, 전기연구원, 한국생산기술연구원 등

- 연구단지 내 창업보육센터 입주 우선권 부여

Ÿ 고온플라즈마 응용연구센터의 향후 분야별 활용 및 지원방안을 다음과 같이 나타내

었음


- 63 -

장치 공동활용

제고를 위한

홍보방안

- 고온플라즈마 발생장치 구축이 완료되기 이전부터 고온플라

즈마 응용연구센터에서는 공동활용 제고를 위한 홍보계획을

수립하여 실행함.

- 고온플라즈마 발생장치가 구축완료되기 2년 전부터 이 시설

을 활용할 수 있는 교수, 연구원, 기업체를 대상으로 활용의향

을 조사하여 DB구축

- 활용의향 DB에 수록된 활용예정자에게 on-line 및 off-line을

통해 시설구축 진척정도, 이용방법, 연구개발의 결과 등에 대

한 상세한 정보제공 ⇒ 향후 이용자협회를 결성하도록 유도

⇒ 이용자 협회에서 개발과제 심사에 참여할 수 있도록 함

- 구축완료 1년 전 고온플라즈마 응용연구센터 홈페이지 개설

및 과학기술 관련 홈페이지에 배너광고를 통해 user group

확대

- 구축완료 후 홍보자료 및 동영상을 제작하여 센터 홈페이지

탑재 및 활용희망자, 대학의 관련학과, 연구소 및 기업체에 제

공함

- 고온플라즈마 발생장치 운영에 관한 연차보고서를 매년 발행

함

이용자 지원 방안

- 산업체, 학교, 연구소에 고온플라즈마 발생장치 이용에 대하

여 안내하고 이용자에게 편의를 제공하기 위해 이용세칙을 제

정하여 운영함

- 외부사용자를 위한 응용연구센터 내에 Guest house를 운영

하여 외부 대학원생 및 연구자들의 편의성 및 접근성 개선

([그림 4-2] 고온플라즈마 응용연구센터 조감도 내 기숙사동

참조)

- 학교와 센터간의 접근성을 용이하게 하기 위해 셔틀버스 운

행

- 고온플라즈마 응용연구센터 내 기숙사 설립 이전에는 이용자

들의 편의를 위하여 전북대가 운영 중인 Guest house(훈산건

지하우스)를 전북대 교직원에 준하여 실비로 이용할 수 있도

록 지원

- 활용기간동안 시험장 공간 제공 및 편의시설 활용 지원


- 64 -

장비 이용자 교육프로그램 계획

프로그램 목적

Ÿ 고온플라즈마장치의 교육 및 연구분야 공동활용 확대로 우수전문인력 양성기반조성

Ÿ 구축장비의 효율적인 관리․운영을 통한 대학간 공동활용 증대 및 시너지효과 창출

Ÿ 산업체 공동활용 확대를 통한 산학협력 활성화 및 미래산업 발굴

Ÿ 단계별 기자재운용 교육 프로그램 실시를 통한 장비 운용 전문인력 양성

Ÿ 생명과학·반도체·나노·환경 분야 교육과 연구 수준의 선진화

Ÿ 대학원생 등 학문 후속 세대의 고온플라즈마장치 활용 능력 배양 및 미래산업 육성

장비 이용자 교육프로그램

대 상 초급과정 중급과정 고급과정 인증 UGM/Workshop

일반인플라즈마

체험교실

대학(원)생고온플라즈마 장비

실험실습 I 고온플라즈마 장비

실험실습 II 고온플라즈마 장비

실험실습 III 수료증

발행

UGM

(User Group

Meeting)

고온플라즈마응용

국제 Workshop

연구회

산업체고온플라즈마 장비

응용 I 고온플라즈마 장비

응용 II 고온플라즈마 장비

응용 III 수료증

발행

전문가고온플라즈마 장비

활용자 교육 I 고온플라즈마 장비

활용자 교육 II 고온플라즈마 장비

활용자 교육 III 인증서

발행

조직구성

선행연구부

이용자협의회 교육운영위원회이용자협의회 교육운영위원회

학생교육담당 산업체교육담당 전문가교육담당 운영지원담당학생교육담당 산업체교육담당 전문가교육담당 운영지원담당

Ÿ 고온플라즈마 장비 공동활용 극대화를 위한 이용자 및 공동활용 프로그램 운영은

센터 구축기간동안 선행연구부가 담당함

Ÿ 고온플라즈마 “이용자 협의회” 및 “교육운영위원회”를 선행연구부 산하에 설치

하고 국내외 플라즈마관련 전문가로 위원회를 구성함으로써 공동활용 극대화 기반


- 65 -

을 조성함

Ÿ 이용자협의회는 체계적이고 원활하며 미래지향적인 응용연구 및 제품생산에 고온플

라즈마 장비를 활용하기 위한 방안을 다각적으로 모색함

Ÿ 교육운영위원회는 조직적인 교육훈련 프로그램 마련을 위한 국내외 정보수집 및 각

종 사례를 수집하여 효율적인 교육훈련 프로그램이 마련되도록 함

Ÿ 교육훈련 프로그램 운영 및 장비 공동활용 극대화를 위해 전담인력(박사급 1명)을

채용함

플라즈마 체험교실

항목 내용

목적• 플라즈마 산업에 대한 개요, 첨단 응용분야 소개 및 체험을 통한 관심 고취

• 고온플라즈마에 대한 관심과 흥미를 유도하고 미래산업에 대한 꿈과 희망 고취

대상 • 일반인 (플라즈마 관련 산업체 종사자, 대학(원)생 및 중고교 교사 중심)

기간• 회수 : 2회/년

• 기간 : 1일 (무료 교육)

운영방법

• 플라즈마에 대한 소개 및 관련 산업분야 소개를 위한 동영상 강연

• 고온플라즈마 응용연구센터 장비 및 시설 투어

• 고온플라즈마관련 기초 실험 체험 및 보고서 작성

고온플라즈마 장비 실험실습

항 목 내용

목 적• 고온플라즈마 장비에 대한 기초지식 및 첨단산업에 대한 비젼 습득

• 대학(원)생의 진로선택 기회 부여 및 플라즈마 관련 전문인력 양성에 기여

대 상 • 대학(원)생

기 간• 회수 : 1회/년

• 기간 : 초급(2일), 중급(5일), 고급(학기제운영) (무료 교육)

운영방법

• 실험실습 I 고온플라즈마 장비에 대한 기초이론 및 첨단산업 활용 교육

• 실험실습 II 고온플라즈마 장비에 대한 실험∙실습 교육

• 실험실습 III

고온 플라즈마 장비 응용연구에 보조원으로 참여

대학(원)생 인턴쉽 프로그램 운영

(장비 공동이용 협력대학과 협약체결)

수료증 • 실험실습 I, II, III을 모두 이수한 경우 수료증 수여


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고온플라즈마 장비 응용

항목 내용

목 적

• 고온플라즈마 장비를 응용한 미래 첨단산업 활용사례 소개

• 고온플라즈마분야 종사자에 대한 장비응용 교육으로 장비 활용도 및 응용분야 확

대

대 상 • 플라즈마 관련 산업체 종사자


• 기간 : 초급(2일), 중급(2일), 고급(5일) (유료 교육)

운영방법

• 장비응용 I 고온플라즈마 장비에 대한 기초이론 및 첨단산업 활용 이론교육

• 장비응용 II 고온플라즈마 장비 응용 실습 중심 교육

• 장비응용 III 고온플라즈마 장비 응용 시제품생산과정 참여 교육

수료증 • 장비응용 I, II, III을 모두 이수한 경우 수료증 수여

고온플라즈마 장비 활용자 교육

항목 내용

목 적• 고온플라즈마 장비를 운영할 operation 전문가 양성 교육

• 고온플라즈마 관련 학회, 연구회, User Group등과 연계 운영

대 상 • 고온플라즈마 전문가


• 기간 : 초급(5일), 중급(5일), 고급(10일) (유료 교육)

운영방법

• 장비활용 I 고온플라즈마 장비에 대한 기초이론 교육

• 장비활용 II 고온플라즈마 장비 및 부대장치 운영에 대한 이론 및 실습 교육

• 장비활용 III 고온플라즈마 장비 응용 제품생산과정 교육 및 제반 안전교육

인 증 • 장비활용 I, II, III을 모두 이수한 경우 인증서 수여

고온플라즈마 장비 User Group Meeting(UGM)

항 목 내 용

목 적

• 고온플라즈마 관련 전문연구인력의 정보교환 및 응용분야 확대를 목적으로 운영

• 고온플라즈마 관련 학회, 연구회, 장비 공동이용 기관 등과 연계 운영

• 장비 공동이용 확대, 우수 전문인력 양성에 기여, 응용연구 분야 확대를 위함

대 상 • 고온플라즈마 관련 산학연관 전문가


• 기간 : 2박 3일 (유료 UGM)

운영방법

• 기초연구 : 고온플라즈마 장비 설계 및 해석 기초연구분야 UGM

• 응용연구 : 응용연구(소재, 항공, 바이오, 환경 등) 분과별 UGM

• 연구결과발표 : 각 분야에 대한 연구결과 및 미래 해결과제 중심의 사례발표


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고온플라즈마 응용 국제 Workshop

항 목 내 용

목 적

• 고온플라즈마 장비의 소개 및 최근 연구동향, 최신 응용연구 분야 및 관련학회 연

구동향을 소개하는 관련정보 교환의 장으로 활용

• 고온플라즈마와 관련 있는 학회, 연구회, User Group등과 연계

대 상 • 고온플라즈마 관련 산학연관 전문가, 대학(원)생, 일반인


• 기간 : 2박 3일 (유료 Workshop)

운영방법

• 응용연구 사례발표 : 기초 및 응용연구 분야에 대한 Conference 형태로 운영

• 해외 석학초청강연 : 해외 선진 연구기관 석학초청 강연

• 첨단산업 사례발표 : 미래첨단산업 분야 응용 성공사례 소개

• CEO 특별초청강연 : 프라즈마관련 산학연관 CEO급 특별 초청강연

※ 고온플라즈마응용 국제 Workshop : 1~3차년도는 국내 Workshop으로 진행, 4차년도부터 국제 Workshop

으로 확대 운영

고온플라즈마 연구회

항 목 내 용

목 적• 고온플라즈마 장비를 활용한 응용연구분야 발굴 및 육성을 위한 연구회 운영

• 응용연구 분야를 중심으로 소그룹 연구회를 조직 운영

대 상 • 고온플라즈마 관련 산학연관 전문가, 대학(원)생

기 간 • 회수 : 년 중 상시 운영

운영방법

• 분과구성 : 소재분과, 우주항공분과, 바이오분과, 환경분과 등

• 인력구성 : 연구회에 산학연관 모두가 포함될 수 있도록 조정

• 연구지원 : 연구회에서 도출된 응용분야 과제를 연구과제화 할 수 있도록 지원

• 연구결과 : 정기적인 연구결과 발표회 개최 및 학술제 논문발표 지원

• 선지기술 : 선진기술을 습득할 수 있도록 해외 조사 기회 부여


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공동활용기관

Ÿ 아래의 대학이나 연구소 및 기업은 모두 플라즈마와 관련된 기관 및 기업체이므로

사업이 완성되면 참여하여 센터 장비의 공동 활용을 통한 산학연 협력관계 유지

World Plasma Technical School 개설·운영

Ÿ 신성장산업인 플라즈마 응용산업분야의 인력 수요에 적극 대처하고 아울러 글로벌

플라즈마 연구개발 경쟁력을 높이기 위하여 고온플라즈마 응용연구센터 산하에

World Plasma Technical School을 개설함(2017년)

Ÿ 고온플라즈마 응용연구센터 설립 이전에 전문연구인력 양성을 위하여 대학원 석박

사 협동과정을 개설함(2012년)

[그림4-7] World Plasma Technical School 구성도

플라즈마 관련 분야의 석학으로 교수진을 구성

Ÿ 국제적 경쟁력 확보를 위하여 국내외를 망라한 전문 석학 인력을 초빙하여 플라즈

마 분야의 최고 교수/강사진을 구성

Ÿ 플라즈마 제작자인 박철교수, Michael Winter 박사, 열유동 해석의 전문가인 김규홍

교수, 전북대학교의 관련교수 및 국내 전문 인력을 교수진으로 활용 예정

Ÿ 해외 전문 석학 인력을 적극적으로 초빙할 계획임


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플라즈마 발생장치 적극 활용

Ÿ 0.4MW급/2.4MW급 플라즈마 발생장치 및 관련 설비를 적극 활용하여 실질적이고

수준 높은 교육 과정을 개설함

학생·산업체 인력 유치

Ÿ 지속적인 성장세를 보이고 있는 플라즈마 응용 산업분야의 발전 속도를 볼 때 향후

대폭적인 산업체 인력 수요의 증가 예상

Ÿ 기존의 산업체에 종사하는 산업 현장 인력과 산업체 취업을 희망하는 학생을 대상

으로 한 산업체 실무 중심 교육 과정 개설

Ÿ 첨단 과학/공학 분야인 플라즈마 응용 분야의 지속적인 연구 개발을 도모하기 위한

석박사 과정의 대학원을 개설함

전북대학교와 지자체의 전폭적인 지원

Ÿ 글로벌 세계 100대학 진입을 목표로 하고 있는 전북대학교의 비전과 일치하는

World Plasma Technical School 설립을 통해 전북대학교의 행정·교육적 지원을

획득

Ÿ 새만금 국제 허브 도시 건설을 추진하고 있는 전라북도의 글로벌 정책과 연계한 국

제적 규모의 플라즈마 교육과정 운영을 위한 행·재정적 지원 확보

World Plasma Technical School 교육체계

플라즈마 분야의 고급 전문인력 양성을 목표로 하는 World Plasma Technical School

의 교육체계는 크게 산업체 직업 교육 과정, 학부 과정, 그리고 대학원 과정으로 구성됨

World Plasma Technical School 교과과정

신성장산업인 플라즈마 응용산업분야의 인력 수요에 적극 대처하고 아울러 글로벌 플라

즈마 연구개발 경쟁력을 높이기 위하여 World Plasma Technical School의 교과과정을

크게 소재분야 트랙과 기계·항공분야 트랙으로 나누어 구성


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[그림4-8] World Plasma Technical School 교육체계

[그림4-9] World Plasma Technical School 교과과정


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개설과목

학 기 교 과 명(공통) 교과목(소재분야) 교과목(기계·항공분야)

1학기플라즈마학개론 재료물성학특론 극초음속유동

폐기물처리특론 촉매연소공학특론

2학기플라즈마물리학 플라즈마재료가공학 희박기체역학

진공공학특론 센서공학특론

3학기고전압공학특론 재료상변태특론 극한환경구조역학

공정제어특론 유체계측시스템특론

4학기플라즈마유동계측 고온재료공학 열보호시스템특론

분말소결특론 열전달특론

5학기펄스파워공학 세라믹합성공학 플라즈마추진시스템

플라즈마금속학특론 고급전산응용해석

6학기플라즈마응용특론 분말가공학특론 플라즈마풍동설계

나노융합소재공학 MEMS공학특론

[표 4-9] 플라즈마학과 석․박사과정 대학원 교과과정

라. 국제공동연구개발의 추진계획

Ÿ 고온플라즈마 발생장치 구축 기간 중에는 실질적인 국제공동연구개발이 고려되고

있지 않음. 장치 구축 완료 이후의 장치 활용 단계에서는 장치의 보안성과 기술 유

출 측면을 고려한 적절한 형태의 국제공동연구개발을 추진할 계획임


- 72 -

수행 업무 추진전략 및 방법

고온플라즈마

발생장치의 확보

(0.4MW급)

- 2.4급 개량형 고온 아크플라즈마 발생장치 구축에 대한 위

험성을 최소화하고 장비의 활용도를 높이기 위해 0.4MW급 개

량형 고온 아크플라즈마 발생장치를 3년 내에 구축

- 0.4MW급 개량형 고온 아크플라즈마 발생장치는 실험실 단위

의 개발 가능성/타당성 연구 및 생산성 향상 연구에 활용

고온플라즈마


(2.4MW급)

- 2.4MW급 플라즈마 발생장치도 기본적으로 0.4MW급 플라즈

마 발생장치와 개념 및 형식에서 같은 종류의 플라즈마 장치이

므로 0.4MW급 플라즈마 발생장치의 설계/제작기술을 준용할

수 있음

- 2.4MW급 플라즈마 발생장치의 용량이 기존 0.4MW급에 비해

약 5배나 증가하는 관계로 여러 기술적/환경적 문제에 대한 철

저한 분석과 사전 대책을 마련

- 2.4MW급 플라즈마 발생장치 설계에 있어 0.4MW급 플라즈마

발생장치 제작 및 성능 평가 결과를 최대한 활용하여 잠재적인

위험 요소를 사전에 최소화할 수 있는 적절한 기간별 추진 일

정 및 설계 평가 업무를 수립

- 2.4MW급 개량형 고온 아크플라즈마 발생장치 구축기간을 최

대한 단축시켜 충분한 시운전 기간을 확보함으로써, 대형/대량

생산 응용연구에 활용

[표 5-1] 주요 수행 업무별 추진전략 및 방법

5. 연구개발(구축사업)의 추진전략․방법 및 추진체계

가. 연구개발(구축사업)의 추진전략 및 방법

주요 수행업무 내용

사업 목적은 고온플라즈마 발생장치의 성공적인 구축과 운용에 있으며 주요 수행업무는

아래와 같음

Ÿ 고온플라즈마 발생장치의 확보

Ÿ 고온플라즈마 발생장치가 필요로 하는 부지, 건축물, 부대 주변 설비 확보

Ÿ 고온플라즈마 선행연구 수행

Ÿ 고온플라즈마 학문/기술/장비운용 관련 인력양성

Ÿ 위의 항목을 효과적으로 달성할 수 있는 고온플라즈마 응용연구센터 구축사업단설

립 및 운영

각 수행업무의 성공적 달성을 위한 추진전략은 다음 표와 같음


- 73 -

고온플라즈마


(발생장치 설계/제작의

신뢰성 확보)

- 설계업무의 정확성과 신뢰성을 증대시키고 예상되는 문제점의

사전발견 및 대안마련을 위하여 사업단장 직속으로 교내 교수

및 전문가 등으로 구성된 기술평가위원회를 설치

- 기술평가위원회는 정기적인 형태의 자문회의/설계평가회의

(CDR 등)를 통해 플라즈마 발생장치 구축 참여 업체의 설계/

제작 과정에 참여하여 상호 협력적인 시너지를 통해 전체 사업

의 성공 가능성을 증대시킴

고온플라즈마


(선행연구결과 활용)

- 0.4MW급 개량형 고온 아크플라즈마 발생장치에 대한 선행 연

구결과를 적극 활용

- 장비 구축 경험이 있는 전문업체를 플라즈마 발생장치 구축에

전담시켜 설계/제작 시 기술위험도, 예산 및 기간을 경감

- 전문업체의 해외 원천 기술 국산화 경험을 활용함으로서 개발

에 따른 기술적 문제를 제거

전문인력 확보

- 국내 전문기관/전문가 집단을 사업단장 직속의 기술위원회에

참여시켜 개량형 고온플라즈마 발생장치 구축에 있어서 직접적

이고 총괄적인 지원 및 감독이 가능토록 함

- 주관기관은 전문기관 및 전문가 집단이 구축사업에 적극 참여

할 수 있도록 모든 환경을 제공

- 국외 전문가(플라즈마 시설/운용, 폭발성 기체 취급, 연소설비

설계/시험 전문가)들을 초빙하여 구축사업에 직접 활용

고온플라즈마 발생

장치가 필요로 하는

부지, 건축물, 주변

설비 확보

- 전북 완주군 봉동읍 소재 부지 확보

- 전북대학교와 지자체(전라북도, 완주군)와의 긴밀한 협의 속에

관계 기관의 지원을 얻어 해당 건축물과 플라즈마 발생장치 주

변 설비의 성공적 구축을 실현

고온플라즈마 선행연구

수행

- 장치 구축 이전에 응용연구의 방향을 정하고 이에 대한 준비

를 하기위한 선행연구부를 구성

- 0.4MW급 개량형 고온 아크플라즈마 발생장치를 3년 내에 구

축하고 이 후 별도의 사업을 통해 주력 응용연구 시작

- 선행연구부는 산업화 응용에 대한 사업을 조기 추진하여 지역

/국가 산업발전에 기여하고 추후에 연구센터의 운영비 확보를

위한 사업개발에 주력

고온플라즈마

학문/기술/장비운용

관련 인력양성

- 전북대학교와의 긴밀한 협의아래 플라즈마 관련 대학원 과정

을 조속한 시일 내에 개설

- 플라즈마 관련 대학원 과정 개설 전이라도 다양한 형태의 교

육 프로그램(예: 세미나, 특강, 연구그룹 프로젝트)을 마련하여

고온플라즈마 응용연구센터의 핵심 고급기술 연구인력과 전북

대학교 내의 교수/학생과의 교육/기술 습득 기회 제공

고온플라즈마 설비

안전성 및 신뢰성 확보

- 각종 신소재 응용연구 시 중간 원료의 종류에 따른 다양한 유

해 배출물질에 대한 처리장치 설계를 위하여 교육과학기술부

및 관련 전문가들과 협의를 통하여 응용연구 추진

- 유해 배출물 처리장치공정 설계 및 설비구축을 위해 관련 전

문업체를 적극 활용하여 개량형 고온 아크플라즈마 발생장치의

사업적/기술적 위험도를 경감


- 74 -


Turn-key Base

입찰의 구체적 형태

결정과정

- 장비 구매/조달 형태 선정 계획 수립

- Turn-key Base 입찰의 구체적 형태 결정

- 심의위원회 설치

- 입찰안내서 작성

Turn-key Base

공급의 범위 및 주변

장치 조달 방법

- 연구장비․재료비 상세 내역 참조(붙임 8)

- 0.4MW 플라즈마 발생장치 → Turn-key Base 입찰

- 2.4MW 플라즈마 발생장치 → Turn-key Base 입찰

- 공동지원장치 (냉각수공급/제어장치, 공기/기체공급/제어장

치, 시험장 안전설비, 수배전시설) → 0.4MW/2.4MW 플라즈마

발생장치와 함께 Turn-key Base로 입찰을 진행하되, 해당 업

체들이 컨소시엄을 구성하여 응찰할 것을 우선 조건으로 함

Turn-key Base 공급

과정 중 발생할 수

있는 파손, 오동작

및 납기 지연 대비책

- 고온플라즈마 발생장치의 상세설계, 제작 및 시험평가 계약

을 구축사업 예산 내에서 Turn-key Base로 전문 주 계약업체

와 일괄 계약함으로써 시운전 및 성능시험 중 파손 등을 포함

한 제반 사항을 책임지고 수행하도록 함

- 계약 수량 산정 시 불량률을 반영하고 예비부품을 충분히 확

보 하도록 함

- 고온플라즈마 발생기(아크히터)는 납품 수량을 2조로 하여 1

조를 예비용으로 운용

- 시운전 및 성능시험 중 파손에 따른 수리 기간 중에도 예비

품을 활용한 시험이 가능하게 하여 사업 기간에 미치는 위험

도를 경감

Turn-key Base 공급

계약 상 하자 또는

공사중지 대책

- 공사이행보증서 납부

- 하자보증서 납부 및 하자보증금 예치

- 계약서에 손해배상금 명기

- 참여업체간 연대보증제 검토

[표 5-2] 고온 플라즈마 발생장치 Turn-key Base 공급 관련 세부 추진전략 및 방법


- 75 -

사업 단계 세부 내용 사업진행 일정

1. 0.4MW급/2.4MW급

발생장치 제작 및

용역 계약

1) 계약요구조건(RFP) 작성 및 공고협약체결일로부터

60일 이내

2) 신청업체 제안서 접수 4주 소요

3) 1차 기술심사-2차 계약금액 심사

및 주계약업체 선정2주 소요

4) 구축사업 제작 및 용역 계약 체결 2주 소요

2. 공통지원설비 4종

제작 구매 계약

1) 설비별 사양서 및 입찰 자격 작성

/입찰계획 공고

협약체결일로부터

60일 이내

2) 설비별 신청업체 제안서 접수/심

사4주 소요

3) 입찰 및 계약자 선정/계약 체결 2주 소요

[표 5-3] Turn-key base 공급업체선정 Time table

* 0.4MW/2.4MW 플라즈마 발생장치와 함께 Turn-key Base로 입찰을 진행하되, 해당

업체들이 컨소시엄을 구성하여 응찰할 것을 우선 조건으로 함


- 76 -

부 서 팀 역 할

구축

사업부

건축/

설비팀

- 부지/시설/건축 주관

- 전기/가스 및 기타 공조 주변 설비 구축 주관

- 시설 유지 보수/운용 관리방안 마련

발생기팀

- 발생기관련 기술관리/자문

- 해석/설계분석

- 자체시험평가/분석

설비

안전팀

- 설비 안전관련 기술관리/자문

- 자체시험평가/분석

- 안전설비/규정자문/기술지원

시험

운용팀

- 체계설계종합관리/자문

- 통합시험평가자문/분석

- 시험운용기술자문/분석

선행

연구부

- 신소재, 환경, 제어계측 관련 선행연구

- 응용연구 산업화 방안 마련

[표 5-5] 고온플라즈마 응용연구센터 구축사업단 부서별 역할

나. 연구개발(구축사업)의 추진체계

구축사업단 운영 조직 및 역할

Ÿ 고온플라즈마 응용연구센터 구축사업단은 사업단장을 중심으로 기술/평가위원회, 운

영위원회 및 자문위원회 등의 위원회와 고온플라즈마 발생장치 구축을 주로 전담하

게 될 구축사업부, 선행연구부 및 사업지원실로 세분화하여 운영함

Ÿ 고온플라즈마 응용연구센터 구축사업단의 위원회/부서의 역할은 [표 5-4]와 [표

5-5]와 같음

위원회 역 할

기술평가위원회

- 세부추진계획/시험평가계획/계약내용 감수

- 건축/토목 및 플라즈마 히터/장비 설계 감수/지도

- 히터/설비 시험평가 및 건축/토목 검사 지원

- 플라즈마 설비 및 응용연구 설비 운용/평가 지도

- 해외협력/기술교류 지원/지도

자문위원회 - 구축사업단 운영과 관련된 제반 사항에 대한 자문

운영위원회

- 장/단기 기본계획 수립 및 연구/사업 유치/심의

- 사업단 운영 계획/집행/예결산/관리업무 심의

- 인사/장비 도입/예산/결산/규정 관련 심의

[표 5-4] 고온플라즈마 응용연구센터 구축사업단 위원회 역할


- 77 -

- 대학원 협동과정 운영지원 및 전문연구인력 양성

- World Plasma Technical School의 설립 추진 및 운영

사업

지원실

- 예산의 기획/운영, 서무, 보안, 시설관리 및 기타 행정 사항

- 각종 시설의 인·허가, 구축사업 관리 및 계약

- 플라즈마 관련 정책개발/홍보/대외협력에 관한 사항

- 중간/결과평가 준비 및 연구계획서/보고서 작성

- 계약업체관리

참여 기관별 역할 분담

Ÿ 고온플라즈마 발생장치 구축 사업을 주관하는 전북대학교와 사업에 참여하는 기관

들과의 역할 분담과 상호 연계성은 아래와 같음

[그림 5-2] 연구개발 추진 체계도


- 78 -

기관명 사업 참여 역할 역할분담 내용 및 상호연계성

교육과학기술부 국가사업주관

- 주관연구기관과 협약 체결

- 기본계획 수립

- 연도별 사업계획 심의․평가 등

전북대학교 주관연구기관

- 고온플라즈마 응용연구센터 구축사업단 운용

- 플라즈마 발생장치 구축사업 주관

- 고온플라즈마 산업화응용연구 주관

- 플라즈마 기술/장비운용 관련 인력양성 주관

제작업체구축사업 참여

제작업체

- 플라즈마 중요 요소 설비 상세 설계 및 제작

- 플라즈마 발생장치 turn-key base 제작

- 주변 장치 일부 별도 계약

전라북도, 완주군 지자체

- 고온플라즈마 응용연구센터 구축사업 인프라 지

원

- 플라즈마 과학산업단지 조성

서울대학교, KAIST

및 한국기계연구원

등

산학연 공동

이용 협력 기관

- 플라즈마 발생장치 구축 관련 기술 자문

- 플라즈마 발생장치 구축 후 관련 산학연 기관 공

동 이용 협정

- 산학연 공동연구 기반 조성 및 지원

[표 5-6] 참여 기관별 역할분담 및 상호연계성

국제 협력 체제 구축

Ÿ 고온플라즈마 발생장치 구축과 관련하여 enhanced Huels 형식의 고온플라즈마 장

치가 설치되어 있는 선진국의 연구기관과 협력 체제를 구축하여 본 사업을 신뢰성

있고 효율적으로 추진할 계획임

- 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)

- 독일 Institut fur Raumfahrtsysteme(IRS)


- 79 -

6. 구축사업결과의 활용방안 및 기대성과

가. 구축사업 결과의 활용방안

(1) 연구 분야

첨단 기초연구 및 응용연구에 활용

Ÿ 고온플라즈마 발생장치 개발에 기여할 수 있는 기초 연구를 수행하여 플라즈마 모

델링 및 시뮬레이션을 통한 플라즈마 발생기 및 공정장비의 구조 설계 및 제작에

필요한 기초기술을 확보하는데 구축된 장비를 활용함

Ÿ 구축된 플라즈마 발생장치를 활용한 실험적 연구를 통하여 플라즈마 내에서 생성되

는 입자들 간의 물리적 현상 및 화학적 반응에 대한 기초 데이터를 확보하여 플라

즈마 시뮬레이션 기술개발을 촉진하는데 활용함

Ÿ 플라즈마 우주항공기술, 환경의료기술, 소재부품기술 등 플라즈마 응용기술 개발을

위한 기반구축 및 핵심 응용기술을 확보하는데 활용함

Ÿ 국내 대학 및 타 연구소와 공동연구와 더불어 각 대학의 우수한 인재들이 연구에

집중할 수 있는 여건 조성을 통해 창의적인 응용연구에 활용

고온·고강도 신소재 연구개발에 활용

Ÿ 플라즈마 발생장치는 화학적, 열공학적 요소를 구비하고 있어, 생성된 플라즈마의

온도가 2,000K 이상이 되면 그 내부에 투입된 액체나 고체 분말이 기화되어 분자

상태로 되고, 4,000K 까지 상승시키면 분자상태에서 원자상태로 되고, 이러한 원자

나 분자를 함유하는 플라즈마를 진공영역에서 분출시키면 플라즈마가 초음속 팽창

을 하게 되어 온도가 급격히 강하함. 냉각기체 내부에서 혼합된 원자나 분자들을 응

결시켜 신소재 결정체를 생성하는데, 이러한 신소재는 분말형, whisker형, 대형 단일

결정체형(Single Crystal) 등으로 분류됨

Ÿ 구축된 플라즈마 발생장치를 활용하여 고 순도 인조다이아몬드, 티타늄 보라이드

(TiB2) 등 고강도 신소재를 연구 개발하고, 더 나아가 TiB2보다 높은 강도의 HfB2,

ZrB2 등의 2붕소화합물(diboride) 등을 연구 개발함

Ÿ boron fiber, TiO2 등 나노분말 및 TiB2, 인조 다이아몬드 등 고온·고강도 소재 원

천기술 확보

Ÿ 나노분말, 고온·고강도 소재를 활용하여 첨단엔진, 우주항공부품, 초경공구, 연료전

지 및 태양광전지 등 다양한 응용기술 개발과 이들 소재를 이용한 무냉각, 내마모

엔진(자동차 엔진, 로켓엔진, 가스터빈, 보일러 등)의 부품을 개발

Ÿ 양산단계의 탄소 섬유에 초고온 2붕소화합물 소재를 첨가한 복합소재 개발


- 80 -

Ÿ 중장기적인 연구로 boron fiber와 TiB2를 이용하여 고용량 수소저장매체인 Ti-BNT

를 개발하여 수소연료전지 자동차의 상용화 대비

나노분말 합성 연구에 활용

Ÿ 입자는 크기가 작을수록 무게 대비 표면적이 커지기 때문에 열전달 특성과 반응면

적증가로 인해 기존의 소재와는 다른 특성을 나타냄

Ÿ 산업적으로 이용이 활발한 탄소나노튜브도 플라즈마를 통해 양산체제를 갖춤

Ÿ 본 사업을 통해 구축된 플라즈마 발생장치를 활용하여 산화물(oxide), 질화물

(nitride), 탄화물(carbide) 등의 나노분말과 나노위스커(whisker)을 연구개발함

초고온 플라즈마 상태에서의 화학반응 연구에 활용

Ÿ 플라즈마는 화학적 에너지가 크기 때문에 접촉물질을 화학적으로 크게 변화를 시킬

수 있기 때문에 다양한 화학변화에 활용할 수 있음

Ÿ 구축된 플라즈마 발생장치를 활용하여 초고온 상태에서 물질의 화학적 변화를 연

구하고, 그 결과를 산업적으로 활용하고자함

(2) 산업기반 분야

플라즈마 응용기술 확산프로그램 운영에 활용

Ÿ 산학연 공동연구를 통해 플라즈마 관련 핵심 응용기술을 확보하고 미래 고부가가치

산업 기술에 적용 가능한 미래 주도형 공동연구 수행에 활용

Ÿ 기초연구 결과를 바탕으로 산학연 공동연구를 통하여 창조적 실용 기술을 확보하고

기술이전을 통한 국가 핵심사업의 경쟁력 강화에 활용

Ÿ 산업현장의 미래기술 수요 예측 및 발굴, 산업체에서 필요한 시험 대행 및 기술지도

에 활용

플라즈마 관련 인프라 네트워크 구축에 활용

Ÿ 산학연관 네트워크 구축을 통해 구성된 플라즈마 관련 연구회를 기반으로 대학과

연계된 응용연구, 미래 지향적인 플라즈마 기술을 발굴하고 개발된 플라즈마 응용

기술의 상업화에 활용

Ÿ 산업 현장의 요구를 반영한 플라즈마 핵심기술 개발 및 수요자 지향적인 맞춤형 산

업인재양성 프로그램 운영 및 산학연 네트워크 구성에 활용


- 81 -

(3) 인력양성 분야

플라즈마 핵심인력 양성에 활용

Ÿ 각 대학 내의 플라즈마 분야 전공자들이 직접 기술개발에 참여할 수 있는 방안을

마련하고 첨단기술을 습득하여 관련 산업체로의 진출을 통해 산업체의 기술경쟁력

강화에 필요한 인력양성에 활용

Ÿ 플라즈마 분야의 핵심인력양성을 위하여 선진국 플라즈마 연구진행상황에 대한 직

접적인 경험의 기회를 제공하여 기술 선진국에서 오랫동안 축적한 경험 및 기술의

이전효과 및 인력양성 효과를 얻기 위한 프로그램 기획을 통한 전문화된 인재양성

에 활용

Ÿ 플라즈마 분야 연구관련 학자 및 산업체들이 모여 정기적인 플라즈마 워크숍을 추

진함으로써 플라즈마 기술에 대한 관심도 향상을 통한 플라즈마 기술인력의 양적

향상에 활용함

플라즈마 대학원 석·박사 협동과정 운영을 통한 전문인력 양성에 활용

Ÿ 전북대학교 내에 플라즈마 분야 대학원 석·박사 협동과정을 개설(2012년 3월 예

정)하여 구축된 장비 및 시설을 활용하여 년 20명 이상의 플라즈마 관련 기술개발

전문인력 양성에 활용함

Ÿ 전문인력 양성분야를 고온플라즈마 시스템 원천기술, 응용연구 및 산업화기술 분야

로 세분화 하고, 각 세부 분야의 연구모임을 조직하여 국축된 장비의 활용도 극대화

방안을 모색함

Ÿ 전 국내외 플라즈마 분야 전문가를 초청하여 플라즈마 응용 연구분야 세미나 및 워

크숍을 개최함으로서 구축된 고온플라즈마 장치의 활용 범위를 확대함

Ÿ 플라즈마 대학원과정 개설 전이라도 구축된 장비를 활용한 다양한 형태의 교육프로

그램을 마련하여 (세미나, 특강, 소그룹 연구 프로젝트 등) 운영함

Ÿ 국내외 대학 학부생 및 대학원생의 현장견학 및 실습을 위한 교육프로그램을 마련

하여 운영함으로서 고온플라즈마 관련 인력양성 저변확대에 활용함

플라즈마 관련 산업인력양성 확대에 활용

Ÿ 산업 현장의 요구를 반영한 플라즈마 핵심기술 개발 및 수요자 지향적인 맞춤형 산

업인재양성 프로그램 운영 및 산학연 네트워크 구성에 활용

Ÿ 산학연 연계 사업을 통해 대학의 기초연구를 지원하고 창의적 산업인력 양성을 위

한 사용자 프로그램 운영에 활용

Ÿ 체계적 산업인력 양성을 위한 장단기 기술연수프로그램을 마련하여 운영함으로써

구축된 장비 및 시설의 대외 활용도 향상을 유도함


- 82 -

나. 기대성과

(1) 학문적․기술적 측면

고온플라즈마 관련 기초기술 확보 및 국가 기술 경쟁력 제고

Ÿ Enhanced Huels type 플라즈마 발생장치의 기술확보 및 성능개량 후 독자적 플라

즈마 발생장치의 설계기술 확보

Ÿ 세계 최고수준의 플라즈마 발생장치를 확보하는 과정에서 진공, 전기, 냉각, 가스장

치 관련기술 확보

Ÿ 사업 종료 후 직류아크, Huels, RF, MPD 등 다양한 플라즈마 발생장치에 대한 관련

기술 확보로 고온 플라즈마산업 선진국으로 도약

Ÿ 또한, 대용량 플라즈마 발생장치에 적용되는 냉각, 전극산화방지, 균일한 유동성생성

등의 최첨단 기술들을 저온플라즈마와 소규모 열플라즈마에도 적용시킴으로써 플라

즈마 장치산업의 기술적 국제 경쟁력을 높임

다양한 분야의 첨단 기초연구 및 응용연구 활성화 저변 확대에 기여

Ÿ 고온플라즈마 상태에서의 열화학 연구, 나노분말 합성, 고온고강도 신소재 연구, 고

온고강도 신소재를 활용한 부품개발 연구 등 첨단 기초·응용연구의 핵심 인프라

역할 수행

Ÿ 고온플라즈마 관련 국·내외 대학 및 연구기관, 기업체의 협력체계를 강화하여 이와

관련되어 있는 학문·기술분야의 활성화에 기여

(2) 경제적․산업적 측면

차세대 첨단산업 발굴 및 활성화의 기반 구축

Ÿ 플라즈마를 이용하여 개발한 나노분말 및 고온·고강도 첨단소재 관련기술을 기업

에 이전하여 산업화함으로써 부품․소재 산업을 육성

Ÿ 미래의 나노 신소재산업을 육성하여 국내 소재산업에 기여하고, 생산목적에 최적화

된 플라즈마 발생장치를 공급함으로써 기업의 생산효율을 향상시킴

Ÿ 플라즈마 관련산업과 부품․소재산업을 위해 100개(2020기준)의 중소기업을 육성하

고, 매출액 5~10조원, 고용인원 1만명 이상 기대함

Ÿ 직접적인 경제효과 이외에 고온·고강도 소재를 사용하는 자동차, 항공부품, 첨단기

계 산업 등의 관련산업 제품 품질고도화


- 83 -

플라즈마 과학산업단지 조성으로 산업발전에 공헌

Ÿ 구축된 고온플라즈마 응용연구센터를 중심으로 산․학․연 컨소시엄 형태의 플라즈마

과학산업단지를 조성

Ÿ 고온플라즈마 응용연구센터의 연구개발 성과물을 플라즈마 관련 산업체에 이전하고,

산업화과정에서 직면하는 기술적 현안을 해결·지원하는 체계를 구축함

Ÿ 플라즈마 과학산업단지는 복합소재기술원(2008년 3월 6일 설립)과 전주기계탄소기

술원과 연계하여 전라북도의 부품소재산업을 견인할 수 있도록 함

친환경 저탄소 녹색성장 산업발전에 기여

Ÿ 고온플라즈마를 활용한 산업들은 무공해산업으로서 저탄소녹색성장에 기여

Ÿ 특수 유해 환경물질(석면, 원자력 폐기물 등)의 소각처리 기술개발 및 산업화에 응

용

(3) 사회·문화적 측면

첨단 플라즈마 기술 선진국 대열에 진입

Ÿ 고온플라즈마 기초기술 및 이를 활용한 고온고강도 소재 기술 개발로 선진국과 대

등한 위치에서 국제적인 네트워크 참여 가능

Ÿ 고온 플라즈마 발생장치를 활용하여 각종 고온플라즈마의 조정·성능·시험센터로

서의 기능을 수행함으로써 고온플라즈마 선진국으로서의 역할 수행

플라즈마 관련 기술인력 양성으로 ‘좋은 일자리’취업

Ÿ 사업과 병행하여 고온플라즈마 응용연구센터에 대학원 과정으로 World Plasma

Technical School(2017년 예정)을 개설하여 플라즈마 관련 기술개발 전문인력을 양

성함

Ÿ 또한 플라즈마 관련산업의 발전 추이에 따라 산업체에서 필요로 하는 기술인력을

훈련하기 위해 산업체직업교육과정을 개설할 예정임

Ÿ 양성된 전문기술 인력은 플라즈마 발생장치 및 고온·고강도 첨단소재의 원천기술

과 응용기술을 연구개발하는 역할을 수행하고 역할을 수행하고, 플라즈마 과학산업

단지에 입주하는 산업체에 취업토록 알선함

플라즈마산업 육성으로 전북지역 경제 활성화에 기여

Ÿ 플라즈마는 전북지역의 첨단소재산업뿐만 아니라 신산업 창출의 기반을 제공해 줌


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으로써 지역경제 활성화에 기여

Ÿ 전북지역 전략산업으로 육성하려는 부품․소재산업과 시너지 효과를 창출할 것으로

기대됨

Ÿ 고온 고강도 첨단소재 및 부품의 개발 및 상업화의 기지로서의 역할을 수행하여 지

역경제 발전은 물론 지역주민들이 낙후의식에서 벗어날 수 있는 계기 마련

전북대학교는 2020년 플라즈마 연구의 세계 중심대학으로 육성

Ÿ 본 사업의 중장기계획이 완료되는 2020년에 플라즈마 연구의 세계적인 중심대학으

로 성장할 것으로 기대됨

Ÿ 전북대학교 고온플라즈마 응용연구센터는 플라즈마 발생장치(plasma jet)의 관련기

술 조정기능을 수행하며, 독일 Stuttgart대학 IRS연구소를 비롯하여 미국, 일본, 이

탈리아, 러시아 등 플라즈마를 연구하는 대학 및 연구기관과의 국제적인 네트워크를

구축

Ÿ 플라즈마 연구중심대학으로 성장한 것을 기반으로 전북대학교가 2020년 장기비전으

로 설정한 세계100대 대학 진입에 기여함


- 85 -

7. 연구원 편성표

가. 총괄주관연구책임자

사업단장 :

직급별

참여연구원

소속기관별

참여연구원

책임급 37명 출연(연) 1명

국공립(연) 0명선임급 12명

대학 48명원급 0명 산업계 0명

기타 0명 기타 0명

계 49명 계 49명

선행연구부 구축사업부 사업지원실

연구책임자

(부장)

연구책임자

(부장)

연구책임자

(실장)

연구기관 연구기관 연구기관

직급별

참여연구원

직급별

참여연구원

직급별

참여연구원

책임급 24명 책임급 13명 책임급 0명

선임급 6명 선임급 2명 선임급 4명

원 급 0명 원 급 0명 원 급 0명

기 타 0명 기 타 0명 기 타 0명

계 30명 계 15명 계 4명

소속기관별

참여연구원

소속기관별

참여연구원

소속기관별

참여연구원

출연(연) 1명 출연(연) 0명 출연(연) 0명

국공립(연) 0명 국공립(연) 0명 국공립(연) 0명

대학 29명 대학 15명 대학 4명

산업계 0명 산업계 0명 산업계 0명

기타 0명 기타 0명 기타 0명

계 30명 계 15명 계 4명


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8. 연구과제의 보안성 검토

가. 연구책임자의 의견

본 과제는 아래와 같은 사유로 보안과제 지정이 필요함

- 사유

본 과제의 핵심은 다양한 고온플라즈마 발생기 중에서 개량형 고온 아크플라즈마

발생기 개발에 있음. 여기서 개량형 고온 아크플라즈마 발생기(히터) 설계기술은

현재까지 특정 선진국 이외의 전세계 어느 국가도 보유하지 못한 기술이며 해당

국의 대외 이전금지 기술로 반드시 본 과제를 통해 국산화가 필요한 기술임. 또

한 개량형 고온플라즈마 히터를 이용한 특수소재 제조 등의 응용기술 역시 극소

수 선진국에 의해 대외 기술이전을 규제하며 독점적으로 활용되고 있는 첨단기술

로서, 본 과제를 통해 구축될 고온플라즈마 응용 연구 설비를 기반으로 향후 위

와 같은 응용기술을 우리나라가 개발/보유하게 되는 경우, 그 기술적/경제적 가

치는 상당히 높아 가까운 미래에 새롭게 펼쳐질 신소재 및 신소재 응용부품시장

에서 우리나라가 주도권을 확보할 수 있는 계기가 될 것으로 판단됨. 이러한 사

유로 본 과제의 핵심목표기술이 노출될 경우 현재 기술을 독점하고 있는 특정 선

진국의 견제나 국가적 간섭이 심할 것으로 예상되어, 본 과제가 성공적으로 완료

되고 위와 같은 첨단 소재 및 부품 등의 결과물이 나올 때까지 보호할 필요성이

있음.

나. 연구기관 자체의 검토결과

- 의견

본 과제를 보안과제로 지정하고자 하는 연구책임자의 의견에 동의함. 최근 전세

계적으로 확산되고 있는 신기술 보호주의 정책에 따라 세계 각국 특히 기술선진

국들은 새로운 첨단기술에 대한 대외 기술이전이나 유출을 철저히 막고 있으며,

더 나아가 여러 가지 규제/간섭/견제를 통해 상대국의 신기술시장 진입을 억제하

고 있음. 위에서 밝힌 바대로 본 과제의 주요 핵심기술은 향후 우리나라의 미래

를 밝힐 선도 기술로 자리 잡을 것으로 기대되는 바 이에 대한 국가적 보호가 필

요하다고 사료됨

다. 교육과학기술부 의견

- 의견

과제 수행 여건상 기존의 여타 구축사업과 같은 공개과제로 지정 필요

※ 일부 생성 자료 및 시설에 대한 자체 보안 대책 수립은 필요함


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9. 연구과제의 기술적 위험요소 분석 및 안전관리 대책

가. 기술적 위험요소 분석 및 대책

1) 개량형 고온플라즈마 히터 개발 위험도 및 대책

개량형 고온플라즈마 히터 개발은 선진국의 경우 당시 세계 최고의 기술수준을 보유한

국가항공우주국 소속 연구기관들의 많은 연구원들이 참여하고, 다년간 수조원에 달하는

막대한 비용을 들여 많은 시행착오를 겪으며 이루어 내었던 결과이며, 현재까지 다른 나

라에서 보유하지 못한 고난도 기술임. 특히 우리나라는 일반 고온 아크플라즈마 설계기

술 역시 극히 일부 연구기관만이 보유하고 있는 상황에 있어 전반적으로 국가 고온 아

크플라즈마 기술기반이 매우 취약한 상태임. 또한 기술이전 역시 불가능한 상황에서 이

러한 기술적 장벽을 본 과제의 제한된 예산과 기간 내에 극복하기 위해서는 결국 국내

에서 활용할 수 있는 최대한의 자원을 본 과제에 투입할 수밖에 없다고 판단됨

이를 위해 본 주관연구기관에서는 해당 기술을 보유한 현존하는 극소수 전문가중 한분

을 영입하여 원천기술을 사전에 확보하고, 이 원천기술을 국내의 관련 기술과 경험을 보

유한 전문 연구원들로 하여금 전수받아 국내에서 활용이 가능하도록 국산화/규격화하는

선행 연구과정을 수행하게 함으로써 일반적으로 발생하는 도입 원천기술의 국산화 과정

에서의 문제점들을 사전에 제거함으로써 기술위험도를 경감시켰음

이렇게 확보한 설계기술을 기반으로 고온플라즈마 응용연구 설비는 본 과제에서 영입

전문가와 전문 연구원들이 참여한 가운데 관련 기술수준과 실적/경험을 가진 전문업체

군을 통해 전담 제작하게 하고, 최종적으로 본 주관연구기관 주관으로 영입 전문가, 국

내 전문 연구원 및 전문업체가 공동으로 참여하여 시운전 및 성능시험을 수행함으로서

최초 개발과정에서 발생하는 기술적 위험도를 최대한 경감시킬 계획임

또한 이 과정에서 해당 히터의 설계/개발 경험이 전무한 현실을 고려하여 대형(2.4MW

급) 히터 개발 전에 소형(0.4MW급) 히터 개발을 먼저 수행하여 사업의 성공적 완수를

위한 기술적 위험도를 경감시키고자 함. 소형 히터의 경우 단지 대형 개발의 중간단계

역할로서 소모되어 버리는 것이 아니라, 향후 각종 응용연구를 수행할 때, 대형 히터를

이용한 대형/대량 생산 실증연구 이전 단계에서 반드시 필요한 실험실 단위의 개발 가

능성/타당성 연구 및 생산성 향상 연구 등에 효율적으로 이용되는 필수 장비가 될 것임

2) 폭발성/유해성 고온플라즈마 응용연구 설비 개발 위험도 및 대책

일반적인 고온 아크 플라즈마 설비는 공기를 매체로 사용하고, 공기 이외의 가스를 사용

하는 경우는 보통 질소, 아르곤, 헬륨 등의 비폭발성 가스를 사용하며, 이때 기본적으로

고압(최대 350atm) 가스와 고온(챔버내 10,000K 이상), 고전력(8MVA) 및 고진공 등 최

고 수준의 각종 위험요소들을 원천적으로 가지게 되어 특별한 대책과 면밀한 안전성 확

보가 필요한 설비이며, 이때 배출가스의 경우 고온에서 공기가 해리되면서 재결합되어


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대량의 NOx 등 유해가스가 배출되는 유해가스 배출 설비임. 국내 전문 연구기관 및 전

문업체의 경우 이러한 위험요소에 대한 안전성 확보와 환경유해물질 처리에 대한 전반

적 설계/제작/운용 경험을 가지고 있어 기술적 위험도는 크지 않을 수 있음

그러나 현재 예상되는 각종 신소재 응용연구를 위해서는 예를 들어 인조 다이아몬드 제

조의 경우 폭발성 가스인 수소와 메탄을 직접 아크 플라즈마 히터에 주입하여 사용하게

되며, 이에 대한 국내의 설계/제작/운용 경험은 전무한 상태로서 기술적 위험도가 상당

히 크다고 볼 수 있음

다이아몬드 생성반응과정에서 고온/고압/고전류가 인가된 아크 히터와 각종 공급/제어

장치에서 발생할 가능성이 있는 가스 누출에 의한 폭발사고와 잉여 수소나 메탄을 대기

중에 방출하는 경우 발생할 수 있는 폭발사고 방지기술에 관한 기술적 위험도를 경감시

키기 위해, 수소나 메탄 등 폭발성 가스를 안전하게 취급하고 이를 고압에서 연소시키는

연소장치 제작과 운용에 관한 경험을 보유하고 있는 국내 전문연구기관과 전문업체와

함께 국외 전문 연구 인력을 초빙하여 본 과제에 참여시킬 계획임

또한 각종 복합소재나 세라믹 소재 제조 및 가공 공정개발을 위해서는 주로 각종 형태

로 공급되는 중간원료들을 사용하게 되며, 이 경우 배출가스에는 각 공정에 따라 서로

다른 각종 유해 물질이 나오게 됨. 따라서 현실적으로 모든 배출가능한 유해물질을 처리

할 수 있는 만능의 처리장치란 존재하지 않으므로, 본 과제에서 구축해야하는 응용연구

설비의 유해 배출물질 처리장치의 설계를 위해서는 향후 응용연구 대상목표 소재 및 공

정이 계획 단계에서 미리 정해져야 함. 이를 위해 본 주관연구기관은 교과부와 본 과제

평가단 등 전문가들과 과제 세부 계획 과정부터 향후 응용연구계획 수립 과정에 긴밀히

협조하여 좀 더 구체적인 응용연구 대상을 밝히고 이에 대한 처리방안과 유해 배출물

처리 공정을 적기에 완수하여 사업적/기술적 위험도를 경감시킬 계획임

나. 안전관리 대책

1) 개요

앞에서 밝혔듯이 본 과제의 고온플라즈마 응용연구설비는 한순간에 대형 사고가 언제든

지 발생할 수 있는 고도의 위험설비로서 설비의 설계 단계부터 안전에 관한 특별한 관

심과 노력이 필요함

또한 안전우선 원칙의 철저한 준수와 관련 제반 법규(고압가스안전관리법, 전기안전, 환

경보전법, 노동법, 소방법 등)에 따른 설계 및 관리가 필수적임

그러나 국내 관련 법규의 미비점을 보완하기위해 아래와 같은 주요 위험요소별 안전대

책을 관련 국내외 전문가의 감리를 받아 장비 및 시설 설계단계부터 적용하고, 설비 운

영시에는 기본적인 법규상 점검/검사/진단 외에 국내외 전문가에게 정기 안전진단 용역

을 의뢰하여 관리할 계획임


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2) 폭발 및 화재

가) 폭발성 가스의 실험실 인입부부터 가스배출부까지 모든 배관/밸브/매니폴드/챔버

및 연결부에 질소 이중관을 통한 방폭배관 및 이중 방폭챔버설치

나) 실험실마다 규정된 안전거리 유지, 폭발압을 견딜수 있는 내력콘크리트벽, 폭발시

자동전개지붕, 벽 사이 배관/전선관 등 화염확산방지 설계

다) 폭발성 가스 누출 자동경보 및 환기장치, 화재시 자동소화장치, 시험장 주변 접근

인원 감시 및 경보장치, 자동/수동 비상정지 장치

라) 비정상 시험 대비훈련, 비상 소화 및 대피 훈련

3) 아크 방전 및 감전

가) 아크 히터의 냉각수 누수 및 가스누출 자동 및 비상정지 장치

나) 제어실 보호용 절연장치/다중 관찰창/이중 전력절연 스위치/주요 고전압 설비 접근

차단용 펜스설치, 전력제어스위치용 보호케이스 설치

다) 이중접지 및 낙뢰방지 설비

라) 자동 출입감시장치, 개인용 안전전류계 및 안전봉

4) 질식 및 가스중독

가) 가스누출 자동경보 및 환기장치 설치

나) 개인용 가스경보기/방독면 지급

다) 시험실별 누출가스 차단 설계

라) 비상 산소통 및 생명회생장치 비치

5) 환경

가) 유해가스 처리 설비

나) 종류별 폐기물 보관 및 처리 설비

20090627 고온플라즈마 연구개발계획서-배포용.hwp

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