DAILY PAPER REVIEW

0201_Theory, testing and modeling of a Clark pump

 

 

*리뷰를 시작하기에 앞서 이번 리뷰는 저널에 제출된 논문이 아닌 Technical Report 임을 먼저 알려드립니다. 

1. 논문의 제목
Theory, testing and modeling of a Clark pump
 
저자: Murray Thomson and Marcos Miranda
저자 배경: Centre for Renewable Energy Systems Technology, Loughborough University, UK

2. 논문 내용
이 리포트는 역삼투 해수담수화 처리 시스템에서 사용되고 있는 에너지회수 장치 중에서 Clark pump에 대하여 다루고 있다. 여기서 Clark pump는 소규모 스케일에서 쓰는 에너지 회수 장치로서, 주로 바다에서 항해를 하는 선박이나 중형 보트에서, 식수를 공급하기 위해 사용되고 있는 소규모 해수담수화 시스템에 사용 되고 있다. 이 장치의 에너지 회수 원리는 Isobaric type(DWEER’s work exchanger, ERI’s Pressure exchanger)과 매우 흡사하다. Clark pump의 에너지 회수 과정은 다음 Figure 1 과 같다.
 
비록 에너지 회수 원리가 Isobaric type의 에너지 회수 장치와 비슷하지만, 특징적으로 구별되는 한가지는 유입수에 농축수의 압력을 전달할 때 고압펌프의 압력이 같이 작용한다는 것이다. 그럼으로써, 작은 용량의 고압펌프로도 담수화가 가능하다는 것이 이 장치의 장점있다.

저자는 이 리포트에서 Clark pump안에서의 유입과 유출에 따른 유량, 압력, 전력에 관하여 Mass balance 식을 세우고, 회수장치에서 발생 할 수 있는 Leakages (flow losses), Pressure losses 또한 Mass balance식으로 자세히 나타내었다. 여기서 저자는 Leakages에 따른 회수율(recovery ratio)에 대한 영향과 용적 효율까지 수학적 식으로 보여주고 있다. 특히 Overall efficiency라고 해서 에너지 회수과정이 존재하지 않을 때의 모터, 펌프, 맴브레인, Needle의 효율 식을, Clark pump가 시스템에 존재할 때의 Clark pump 효율 식까지 나타내었다.

이렇게 시스템에 전체에 대한 Mathematical equation을 정의한 뒤, 저자는 시스템에 대한 배치도(configuration)를 짜고 모델링 테스트를 실시한다. 이 모델링 테스트는 Pressure losses와 Leakages가 어떤 상황과 어떤 요소에 의해 크게 의존적인지를 밝히기 위함이다. 

마지막으로 저자는 Clark pump가 갖추어진 역삼투 방식의 해수담수화 전체 시스템 모델을 Simulink로 표현하였다. 그 시스템은 다음 Figure 10과 같다.
 
3. 논문의 독창성
저자는 Clark pump에서 발생하는 유입 유출에 관하여 Mass balance식들을 pressure losses, leakage까지 자세하게 Mathematical한 식들로 표현을 하였고, 그 외에도 전체 역삼투 공정의 전체 시스템에 대한 모델링 또한 Simulink란 소프트웨어를 통해 표현한 점. SWRO Process System을 모델링에 관하여 System model engineering 측면에서 참고할 만한 리포트 인 것 같다. 

4. 우리 랩에 적용 가능성
저자는 Clark pump에 국한하였지만, Pressure Exchanger or DWEER’s work exchanger 같은 다른 종류의 에너지 회수 장치를 도입한 SWRO 시스템을 저자와 같이 Simulink란 소프트웨어로 모델링을 해보는 것도 좋은 시도일 것 같다. 

5. Reviewer contact: jkh@gist.ac.kr 

첨부 (1)
20110201.pdf
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