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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김주형
- 발행연도
- 2014
- 저작권
- 인하대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수5
이 논문의 연구 히스토리 (12)
2021
2013
2011
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본 연구에서는 태양열 해수담수화를 위한 열수 구동 방식의 다중효용 담수기의 최적 설계 및 개발을 위하여 다중효용 담수기 내부에 공급되는 해수의 유량 및 온도 특성에 관한 연구를 실시하였으며 열수 구동 방식의 다중효용 담수기 최적 설계에 필요한 기초 데이터를 제시하였다. 열수 구동 방식의 다중효용 담수기 성능은 MSF 및 MED 담수화 방식의 성능을 나타내는 PR 값을 적용하였으며, 또한 Fluent를 이용한 이젝터 성능에 대한 수치해석을 실시하여 실험 결과와 비교, 분석 하였다.
열수 구동 방식에 최적화된 증발식 다중효용 담수기의 개발을 위하여 7 ㎥/day 용량의 담수기를 설계 및 제작 하였다. 개발된 증발식 다중효용 담수기는 스팀 발생기 2개, 증발기 5개, 응축기 1개로 구성되었으며, 태양열 및 신재생에너지에 특화된 담수기 개발을 위하여 열수의 가용 에너지를 최대한 확보하고자 기존의 다중효용 담수기와 달리 고온부 와 저온부를 분리한 방식으로 설계 및 제작 되었다.
열수 구동 방식의 다중효용 담수기는 고온 및 저온의 발생기를 두어 고온 발생기에서 열을 사용한 가열수가 다시 저온 발생기로 유입되는 형태이며, 열수의 공급 온도 70 ℃, 유량 60 LPM에서 고온발생기 입·출구 △T는 평균 7 ℃로 나타났으며, 저온 발생기의 입·출구 △T는 평균 6 ℃를 유지한다.
열수 공급 온도 70 ℃, 유량 60 LPM의 조건으로 정상상태에서의 열수 구동 방식의 다중효용 담수기 내부의 평균 압력은 고온부의 경우 발생기 18.22 kPa, 고온 1단 증발기 13.59 kPa, 고온 2단 증발기 10.63 kPa, 고온 3단 증발기 7.03 kPa 이며, 저온부의 경우 저온 발생기 14.1 kPa, 저온 1단 증발기 9.69 kPa, 저온 2단 증발기 7.13 kPa로 나타났다. 또한 응축기의 평균 압력은 4.27 kPa이며 각단의 압력차는 최대 5 kPa에서 2 kPa 사이에 형성된다.
열수 구동 방식의 다중효용 담수기 성능 실험으로부터 담수기 공급 열량과 담수량의 상관관계를 도출하였으며 이를 적용하여 Effects 수에 따른 열수 구동 다중효용 담수기의 성능 예측에 적용하였다. 7㎥/day의 담수 생산을 위해 열수 구동 방식의 다중효용 담수기에 공급되는 가열열량은 시간당 85 kWh(73,100kcal/h)가 필요한 것으로 분석되었다. 이러한 결과는 시간당 담수 1㎥을 만드는데 필요한 열량으로 약 293 kWh(251,934.7kcal/h)가 소요되는 것으로 나타났으며 이때 열수구동 방식의 다중효용 담수기의 PR값은 2.142로 나타났다.
열수 구동 방식의 다중효용 담수기에 공급되는 열수의 온도(60 ℃, 70℃, 80℃) 가 높아질수록 가열열량이 증가하며 가열열량의 증가로 담수 생산량도 비례하여 증가한다. 그러나 열수의 온도 상승이 담수기 성능에는 영향을 미치지 않으며, 열수의 공급온도와 상관없이 담수 1㎥을 생산하기 위해 필요한 에너지는 동일한 것으로 나타났다. 이러한 담수기의 특성은 태양열 시스템에 적용 시 작동 온도가 상승할수록 시스템의 효율이 낮아지는 태양열 시스템의 단점을 보완할 수 있다.
열수 구동 방식에 최적화된 증발식 다중효용 담수기의 개발을 위하여 7 ㎥/day 용량의 담수기를 설계 및 제작 하였다. 개발된 증발식 다중효용 담수기는 스팀 발생기 2개, 증발기 5개, 응축기 1개로 구성되었으며, 태양열 및 신재생에너지에 특화된 담수기 개발을 위하여 열수의 가용 에너지를 최대한 확보하고자 기존의 다중효용 담수기와 달리 고온부 와 저온부를 분리한 방식으로 설계 및 제작 되었다.
열수 구동 방식의 다중효용 담수기는 고온 및 저온의 발생기를 두어 고온 발생기에서 열을 사용한 가열수가 다시 저온 발생기로 유입되는 형태이며, 열수의 공급 온도 70 ℃, 유량 60 LPM에서 고온발생기 입·출구 △T는 평균 7 ℃로 나타났으며, 저온 발생기의 입·출구 △T는 평균 6 ℃를 유지한다.
열수 공급 온도 70 ℃, 유량 60 LPM의 조건으로 정상상태에서의 열수 구동 방식의 다중효용 담수기 내부의 평균 압력은 고온부의 경우 발생기 18.22 kPa, 고온 1단 증발기 13.59 kPa, 고온 2단 증발기 10.63 kPa, 고온 3단 증발기 7.03 kPa 이며, 저온부의 경우 저온 발생기 14.1 kPa, 저온 1단 증발기 9.69 kPa, 저온 2단 증발기 7.13 kPa로 나타났다. 또한 응축기의 평균 압력은 4.27 kPa이며 각단의 압력차는 최대 5 kPa에서 2 kPa 사이에 형성된다.
열수 구동 방식의 다중효용 담수기 성능 실험으로부터 담수기 공급 열량과 담수량의 상관관계를 도출하였으며 이를 적용하여 Effects 수에 따른 열수 구동 다중효용 담수기의 성능 예측에 적용하였다. 7㎥/day의 담수 생산을 위해 열수 구동 방식의 다중효용 담수기에 공급되는 가열열량은 시간당 85 kWh(73,100kcal/h)가 필요한 것으로 분석되었다. 이러한 결과는 시간당 담수 1㎥을 만드는데 필요한 열량으로 약 293 kWh(251,934.7kcal/h)가 소요되는 것으로 나타났으며 이때 열수구동 방식의 다중효용 담수기의 PR값은 2.142로 나타났다.
열수 구동 방식의 다중효용 담수기에 공급되는 열수의 온도(60 ℃, 70℃, 80℃) 가 높아질수록 가열열량이 증가하며 가열열량의 증가로 담수 생산량도 비례하여 증가한다. 그러나 열수의 온도 상승이 담수기 성능에는 영향을 미치지 않으며, 열수의 공급온도와 상관없이 담수 1㎥을 생산하기 위해 필요한 에너지는 동일한 것으로 나타났다. 이러한 담수기의 특성은 태양열 시스템에 적용 시 작동 온도가 상승할수록 시스템의 효율이 낮아지는 태양열 시스템의 단점을 보완할 수 있다.
목차
1. 서론 11.1 연구배경 11.2 연구동향 51.3 연구내용 및 목적 102. 문헌연구 142.1 해수담수화 기술 개요 142.1.1 열이용 해수담수화 공정의 원리 162.1.2 MSF 해수담수화 공정의 원리 182.1.3 MED 해수담수화 공정의 원리 202.1.4 막분리 해수담수화 공정의 원리 222.2 해수담수화 시장동향 252.3 신재생에너지 해수담수화 기술 293. 연구방법 353.1 열수 구동 다중효용 담수기 353.1.1 열수 구동 다중효용 담수기 열정산 383.1.2 열수 구동 다중효용 담수기 설계 및 제작 463.1.3 열교환기 설계 및 제작 523.1.4 열수 구동 다중효용 담수기 성능시험 장치 613.2 2단 노즐 이젝터 설계 및 제작 693.2.1 2단 노즐 이젝터의 구성 693.2.2 2단 노즐 이젝터 설계 733.2.3 CFD를 이용한 2단 노즐 이젝터 수치해석 조건 763.2.4 CFD를 이용한 2단 노즐 이젝터 수치해석 결과 783.3 실험방법 및 조건 884. 실험결과 및 고찰 924.1 열수 구동 다중효용 담수기 실험 결과 924.1.1 이젝터 노즐 형상에 따른 담수기 내부 진공 압력 특성 944.1.2 Feed water 분배량에 따른 성능 특성 1014.1.3 가열수 온도에 따른 담수기 성능 특성 1054.1.4 가열수 유량에 따른 담수기 성능 특성 1094.1.5 응축수 온도에 따른 담수기 성능 특성 1134.2 열수 구동 다중효용 담수기 설계 특성 1175. 결론 125참고문헌 128APPENDICES 138
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