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흡착식 담수화 시스템의 성능에 증발 속도가 미치는 영향에 관한 실험적 연구
우성용(Seong-Yong Woo),송승우(Seung-Woo Song),김영득(Young-Deuk Kim) 대한기계학회 2017 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2017 No.11
Adsorption desalination (AD) system has been considered to be an environmentally-friendly and yet low-cost desalination technology that can produce two useful effects, i.e., high-grade fresh water and chilled water for cooling, using a low-temperature waste heat. In the AD process, it has been observed that a higher water evaporation rate in the evaporator results in a higher vapor pressure, which leads to an enhanced water uptake on the adsorbent, hence a better performance of AD system. Therefore, this study investigates the effect of evaporation rate on the performance of AD system by applying two types of liquid distributors (i.e., perforated plate and spray nozzle) to the falling film evaporator. The performance is evaluated over a wide range of operating conditions (heat source, chilled water, and cooling water temperatures) and assessed in terms of specific daily water production (SDWP) and specific cooling capacity (SCC).
냉방효과와 담수의 동시 생산을 위한 흡착식 담수화 시스템에 관한 실험적 연구
우성용(Seong-Yong Woo),지호(Ho Ji),문덕수(Deok-Soo Moon),김현주(Hyeon-Ju Kim),김영득(Young-Deuk Kim) 대한기계학회 2018 大韓機械學會論文集B Vol.42 No.5
흡착식 담수화(adsorption desalination, AD) 시스템은 하나의 저온 폐열을 사용하여 두 가지 유용한 효과(즉, 고순도의 담수와 냉방을 위한 냉수)를 동시에 생산할 수 있는 친환경, 저비용의 담수화 기술이다. 본 연구에서는 상용 실리카겔을 흡착제로 사용한 파일럿 규모의 AD 시스템을 설계 및 제작하기 위해, 77 K에서 질소에 대한 흡착제의 흡 · 탈착등온선을 통해 실리카겔의 물리적 특성을 우선 분석하고, 흡착질인 수증기에 대한 실리카겔의 흡착등온선을 평가하였다. 그리고 다양한 열원 온도와 공급수 수질에 대하여 한양대학교에서 설계 및 제작한 AD 시스템의 성능평가를 실험적으로 수행하였다. 이때, AD시스템의 성능은 흡착제 단위 톤당 1일 담수 생산량(SDWP)과 흡착제 단위 톤당 생산한 냉방용량(SCC)을 사용하여 평가하였다. Adsorption desalination (AD) system is considered to be an environmentally-friendly and yet low-cost desalination technology that can produce two useful effects, i.e., high-grade fresh water and chilled water for cooling, using a low-temperature waste heat source. In this study, in order to design and fabricate the pilot-scale AD system that employs commercially-available silica gel as an adsorbent, its physical properties are analyzed by adsorption-desorption isotherms of nitrogen on silica gel at 77 K, followed by an evaluation of the adsorption isotherms of water vapor used as an adsorbate. Then, the performance evaluation of the pilot-scale AD system housed in Hanyang University has been experimentally carried out for a wide range of heat source temperature and feed water quality. Here, its performance is assessed in terms of specific daily water production (SDWP) and specific cooling capacity (SCC).
상용 흡착제의 수증기 흡착등온선 모델에 관한 실험 및 이론적 연구
김준식(Jun-Sik Kim),우성용(Seong-Yong Woo),김경훈(Kyung-Hun Kim),김영득(Young-Deuk Kim) 대한기계학회 2020 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2020 No.12
Adsorbent-adsorbate pairs are a key parameter in the performance of adsorptive systems (e.g., chiller, heat pump, and desalination plant). Modeling the adsorption isotherm is essential for the design and performance prediction of the adsorptive system because the performance is only influenced by the adsorption isotherm. In this study, the two isotherm models (the hybrid Langmuir-Sips and the Do-Do isotherm models) were proposed to the best fit with the measured isotherms of commercial adsorbents (i.e., silica gel, zeolite, and metal organic framework). First, the equilibrium adsorption isotherms of nitrogen, argon, and water vapor on the adsorbents were investigated to determine the applicability of adsorbents for the adsorptive systems. The equilibrium adsorption isotherm of water vapor on the adsorbents was then evaluated by the proposed isotherm models. Here, the coefficient of determination (R-squared) was used to assess the fitting degree of adsorption isotherm models with the measured isotherms.
흡착식 담수화 공정의 성능에 실리카겔 흡착제의 물리적 특성이 미치는 영향에 대한 고찰
김성일(Sungeyl Kim),우성용(Seong-Yong Woo),이호생(Ho-Saeng Lee),지호(Ho Ji),김영득(Young-Deuk Kim) 대한기계학회 2019 大韓機械學會論文集B Vol.43 No.10
본 연구에서는 실리카겔 기반 상용 흡착제(A++, RD2560, NS10)의 물리적 특성이 AD 시스템의 성능에 미치는 영향을 분석하였다. 이를 위해, 질소와 수증기에 대한 흡착제의 흡착등온선 측정을 통해 흡착제의 물리적 특성과 증기에 대한 흡착제의 흡착 성능을 각각 분석 및 비교하였다. 그리고 흡착질인 수증기에 대한 흡착제의 흡착등온선을 기반으로 수정된 흡착등온선 모델과 AD 시스템의 성능에 흡착제의 물리적 특성이 미치는 영향을 평가하기 위해 수학 및 수치적 해석 모델을 개발하였다. 수치해석 모델의 타당성은 실험 결과와 비교를 통해 검증하였다. AD 시스템의 성능은 주요 작동변수인 온수, 냉수, 그리고 사이클 시간에 대하여 평가하였으며, 이때 사용한 성능지수는 흡착제의 단위 톤당 1일 담수생산량 (SDWP), 흡착제의 단위 톤당 냉방용량(SCC) 그리고 성능비(PR)이다. 본 연구에서 고려한 작동 조건하에서 A++를 적용한 AD 시스템의 최대 SDWP는 약 7.68이었으며, 이는 RD2560(약 7.29)과 NS10(약 6.42)에 비해 각각 5%, 20% 높았다. In this study, the effect of the physical properties of adsorbents (A++, RD2560, NS10) on the performance of an adsorption desalination (AD) system was investigated. The physical properties of the adsorbents and adsorption characteristics of the adsorbents on water vapor were analyzed and compared with adsorption isotherms of nitrogen and water vapor on the adsorbents, respectively. A modified empirical isotherm model was developed based on adsorption isotherms of water vapor on the adsorbent. Mathematical and numerical models were then developed to evaluate the performance of the AD system for different adsorbents, and were validated by comparison with experimental results. The AD performance was evaluated for different types of adsorbents over a wide range of operating conditions such as cycle time, hot- and chilled-water temperatures. The performance was assessed in terms of specific daily water production (SDWP), specific cooling capacity, and performance ratio. Under the given operating conditions, the maximum SDWP of the AD system using A++ was approximately 7.68, which is 5 % and 20 % higher, respectively, than that of RD2560 (approximately 7.29) and NS10 (approximately 6.42).