22 research outputs found
์ง์ ์๋์ง ํ์ ๋จ๊ณ๋ฅผ ํฌํจํ๋ Bipolar MCDI ์์คํ ๊ฐ๋ฐ
ํ์๋
ผ๋ฌธ(๋ฐ์ฌ) -- ์์ธ๋ํ๊ต๋ํ์ : ๊ณต๊ณผ๋ํ ํํ์๋ฌผ๊ณตํ๋ถ(์๋์งํ๊ฒฝ ํํ์ตํฉ๊ธฐ์ ์ ๊ณต), 2022. 8. ์ค์ ์ฉ.For the transition to a carbon-neutral society to overcome the climate crisis, the development of energy-efficient and eco-friendly water securing technology is important. Membrane capacitive deionization (MCDI) technology is attracting attention as a suitable solution for these needs. In order for MCDI technology to be applied to actual industry, it is essential to expand the MCDI module and install the energy recovery technology. However, the conventional expansion method causes a large energy loss in controlling the system due to the increase in current. Besides, the energy recovery technology is also inefficient despite high development costs.
This dissertation is to develop a bipolar electrode-based MCDI (Bipolar MCDI) with a direct energy recovery step. To prevent the problem on an industrial scale, two approaches were applied. The first is to connect the electrodes of the MCDI module in series, which is called bipolar electrode. Since Bipolar MCDI operates at low current and high voltage, this concept can reduce energy loss on an industrial scale. The second is to adopt a direct energy recovery method, which can reduce the energy consumption of the system with a small development cost. However, in order to successfully combine these two concepts, electrical safety must be secured. When two Bipolar MCDI modules operating at high voltage are directly connected for energy recovery, a current higher than the allowable current of the system may flow, which may result in an electrical explosion or damage to the device.
Therefore, this dissertation is studied as follows. First, an equivalent circuit model is proposed to simulate the charge/discharge and direct energy recovery steps. As a primary result, simulation results were in good agreement with the experimental results in not only the charge/discharge step but also the direct energy recovery step. In addition, it was confirmed that the direct energy recovery operates below the current of constant voltage operation, which indicates that the direct energy recovery of Bipolar MCDI can be safely performed with a constant voltage operation system.
Second, the operation characteristics of Bipolar MCDI with the direct energy recovery stage are investigated. The optimized operation is applied to the pilot-scale process based on the investigation. As a major result, energy consumption was reduced by 43% and 41%, respectively, at the laboratory scale (2.4 V and 12 V systems) compared to the conventional constant voltage charge/discharge operation. In addition, the energy consumption was reduced by 40% without deterioration of the desalination performance even on the pilot scale.
This study successfully developed a Bipolar MCDI system for the industrial application of MCDI technology by adopting bipolar electrodes as an MCDI module expansion and direct energy recovery. The Bipolar MCDI system with direct energy recovery step developed through this study can be an energy-efficient alternative in an actual industrial environment, and the development process will help expand lab-scale research to industrial scale in the future.๊ธฐํ์๊ธฐ ๊ทน๋ณต์ ์ํ ํ์์ค๋ฆฝ์ฌํ๋ก์ ์ ํ์ ์ํด ์๋์ง ํจ์จ์ ์ด๊ณ ์นํ๊ฒฝ์ ์ธ ๋ฌผ ํ๋ณด ๊ธฐ์ ์ ๊ฐ๋ฐ์ด ์ค์ํ๋ฉฐ, ์ ์๋์ง ์นํ๊ฒฝ ๋ด์ํ ๊ธฐ์ ์ธ ๋ง ์ถ์ ์ ํ์ผ (membrane capacitive deionization, MCDI) ๊ธฐ์ ์ด ์ฃผ๋ชฉ๋ฐ๊ณ ์๋ค. MCDI ๊ธฐ์ ์ด ์ค์ ์ฐ์
์ ์ ์ฉ๋๊ธฐ ์ํด์๋ MCDI ๋ชจ๋์ ํ์ฅ๊ณผ ์๋์ง ํ์ ๊ธฐ์ ์ ํ์ฌ๊ฐ ํ์์ ์ด์ง๋ง, ๊ธฐ์กด ํ์ฅ ๋ฐฉ์์ ์์คํ
์์ ํฐ ์๋์ง ์์ค์ด ๋ฐ์ํ๋ฉฐ, ์๋์ง ํ์ ๊ธฐ์ ๋ ๋นํจ์จ์ ์ด๋ค.
๋ณธ ๋
ผ๋ฌธ์ ์ง์ ์๋์ง ํ์ ๋จ๊ณ๋ฅผ ํฌํจํ๋ ์๊ทน์ฑ ์ ๊ทน ๊ธฐ๋ฐ ๋ง ์ถ์ ์ ํ์ผ (bipolar electrode based MCDI, Bipolar MCDI) ์์คํ
์ ๊ฐ๋ฐํ๋ ๊ฒ์ ๋ชฉ์ ์ผ๋ก ํ๋ค. ์ด๋ฅผ ์ํด ๋๊ฐ์ง ์ ๊ทผ ๋ฐฉ์์ ์ ์ฉํ์๋ค. ์ฒซ ๋ฒ์งธ๋ ์ง๋ ฌ ์ฐ๊ฒฐ๋ก ์ ์ธต๋ ์ ๊ทน์ธ ์๊ทน์ฑ ์ ๊ทน์ ํตํ์ฌ ์ด๋ฅผ ํด๊ฒฐํ์๋ค. ์๊ทน์ฑ ์ ๊ทน ๊ธฐ๋ฐ ๋ง์ถ์ ์ ํ์ผ(bipolar electrode based MCDI, Bipolar MCDI)์ ๋์ ์ ์, ๋ฎ์ ์ ๋ฅ๋ก ์ด์ ๋๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ์ฐ์
๊ท๋ชจ์์์ ์๋์ง ์์ค์ ์ค์ผ ์ ์๋ค. ๋ ๋ฒ์งธ๋ ์ง์ ์๋์ง ํ์ ๋ฐฉ์์ ์ฑ์ฉํ์ฌ ์์คํ
์ ์๋์ง ์๋น๋ฅผ ์ค์ผ ์ ์์๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ ์ด ๋ ๊ฐ๋
์ ์ฑ๊ณต์ ์ธ ์กฐํฉ์ ์ํด์๋ ์ ๊ธฐ์ ์์ ์ฑ ํ๋ณด๊ฐ ์ฐ์ ํด์ผ ํ๋ค. ๋์ ์ด์ ์ ์์ผ๋ก ์๋ํ๋ ๋ ๊ฐ์ Bipolar MCDI ๋ชจ๋์ด ์๋์ง ํ์๋ฅผ ์ํด ์ง์ ์ฐ๊ฒฐ๋ ๊ฒฝ์ฐ, ์์คํ
์ ํ์ฉ ์ ๋ฅ๋ณด๋ค ๋์ ์ ๋ฅ๊ฐ ํ๋ฅผ ๊ฐ๋ฅ์ฑ์ด ๋๊ณ , ์ด๋ ์ ๊ธฐ ํญ๋ฐ์ด๋ ์ฅ์น ์์์ผ๋ก ๋ํ๋ ์ ์๋ค.
์ฐ์ , Bipolar MCDI ๋ชจ๋์ ์ถฉ/๋ฐฉ์ ๋ฐ ์ง์ ์๋์ง ํ์ ๋จ๊ณ๋ฅผ ๋ชจ์ฌํ๊ธฐ ์ํ์ฌ ๋ฑ๊ฐํ๋ก ๋ชจ๋ธ์ ์ ์ฉํ์๋ค. ์ฃผ์ ๋ชจ์ฌ ๊ฒฐ๊ณผ๋ ์ถฉ/๋ฐฉ์ ๋จ๊ณ๋ ๋ฌผ๋ก ์ง์ ์๋์ง ํ์ ๋จ๊ณ์ ๋ํด์๋ ์ค์ ์คํ๊ฒฐ๊ณผ์ ๋งค์ฐ ์ ๋ง์๋ค. ๋ํ ์ง์ ์๋์ง ํ์๊ฐ ์ ์ ์ ์ด์ ์ ์ ๋ฅ ๋ฒ์ ์ด๋ด์์ ์๋ํจ์ ํ์ธํ์๊ณ , ์ด๋ Bipolar MCDI์ ์ง์ ์๋์ง ํ์๊ฐ ์ ์ ์ ์์คํ
์ ์์ ํ๊ฒ ์๋ํ ์ ์์์ ๋ํ๋ธ๋ค.
๋์งธ, ์ง์ ์๋์ง ํ์ ๋จ๊ณ๋ฅผ ํฌํจํ๋ Bipolar MCDI ์์คํ
์ ์ด์ ํน์ฑ์ ์กฐ์ฌํ์๊ณ , ์ด๋ฅผ ํ ๋๋ก ์ต์ ํ๋ ์ด์ ๋ฐฉ์์ ํ์ผ๋ฟ ๊ท๋ชจ ๊ณต์ ์๋ ํ์ฅํ์๋ค. ์ฃผ์ ๊ฒฐ๊ณผ๋ก ์คํ์ค ๊ท๋ชจ์ ์ฅ์น (2.4 V์ 12 V ์์คํ
)์์ ๊ธฐ์กด์ ์ ์ ์ ์ถฉ/๋ฐฉ์ ์ด์ ์ ๋นํด ๊ฐ๊ฐ 43%์ 41%์ ์๋์ง๋ฅผ ์ ๊ฐํ ์ ์์๋ค. ๊ฒ๋ค๊ฐ ํ์ผ๋ฟ ๊ท๋ชจ์ ๊ณต์ ์์๋ ํ์ผ ์ฑ๋ฅ์ ์ ํ์์ด 40%์ ์๋์ง๋ฅผ ๊ฐ์ถํ์๋ค.
์์ฝํ๋ฉด ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ MCDI ๊ธฐ์ ์ ์ฐ์
์ ์์ฉ์ ์ํด MCDI๋ชจ๋ ํ์ฅ๊ณผ ์๋์ง ํ์ ๊ธฐ์ ์ ์๊ทน์ฑ ์ ๊ทน ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ ์ง์ ์๋์ง ํ์ ๊ธฐ์ ์ ์ ์ฉํ์ฌ ํ์ผ๋ฟ ๊ณต์ ์๋ ์ ์ฉ๋๋ Bipolar MCDI ์์คํ
์ ์ฑ๊ณต์ ์ผ๋ก ๊ฐ๋ฐํ์๋ค. ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ๋ฅผ ํตํด ๊ฐ๋ฐํ ์ง์ ์๋์ง ํ์ ๋จ๊ณ๋ฅผ ํฌํจํ๋ Bipolar MCDI ์์คํ
์ด ์ค์ ์ฐ์
ํ๊ฒฝ์์ ์๋์ง ํจ์จ์ ์ธ ๋์์ด ๋ ์ ์์ผ๋ฉฐ, ๊ฐ๋ฐ๊ณผ์ ์ ํฅํ ์คํ์ค ๊ท๋ชจ์ ์ฐ๊ตฌ๊ฐ ์ฐ์
๊ท๋ชจ๋ก ํ์ฅํ๋ ๊ฒ์ ๋์์ ์ค ์ ์์ ๊ฒ์ผ๋ก ๊ธฐ๋ ๋๋ค.1. Introduction 1
1.1. Research Background 1
1.2. Objectives of the research 4
2. Literature Review 5
2.1. History of electrochemical ion separation based on energy storage technique 5
2.1.1 Introduction of ion exchange membrane into EIONS 10
2.1.2 Decoupling electrolyte and salt water 19
2.1.3 Integration of desalination and concentration processes 25
2.1.4 Application of Redox-active electrolytes. 28
2.2. Factors affecting the energy efficiency of EIONS system 30
2.2.1 Operation method 32
2.2.2 Energy recovery in CDI and MCDI 37
2.2.3 Bipolar electrode for scaled-up MCDI system 41
3. Parameter estimation and simulation using equivalent circuit for Bipolar MCDI system with direct energy recovery 44
3.1. Introduction 44
3.2. Experimental Section 47
3.2.1 Bipolar MCDI module configuration 47
3.2.2 Charging and discharging tests of Bipolar MCDI 49
3.2.3 Parameter estimation and simulation using equivalent circuit 50
3.3. Results and Discussion 56
3.3.1 Model validation 56
3.3.2 Simulation of Bipolar MCDI charging with direct energy recovery 62
3.4. Summary 71
4. Investigation of Operation Characteristic for Bipolar MCDI System with Direct Energy recovery 72
4.1. Introduction 72
4.2. Experimental Section 77
4.2.1 Bipolar MCDI module configuration 77
4.2.2 Operation of Bipolar MCDI with direct energy recovery 80
4.2.3 Experimental conditions and performance indicator 86
4.3. Results and Discussion 89
4.3.1 Bipolar MCDI with direct energy recovery step in 2.4 V system 89
4.3.2 Performance analysis of Bipolar MCDI with direct P2P 93
4.3.3 Application into scaled-up system to 12 V and 300 V modules 103
4.4. Summary 114
5. Conclusion 115
6. References 117
๊ตญ๋ฌธ ์ด๋ก 144๋ฐ
Build an efficient Trust Execution Environment for CPU / FPGA-based cryptocurrency wallets
ํ์๋
ผ๋ฌธ(์์ฌ)--์์ธ๋ํ๊ต ๋ํ์ :๊ณต๊ณผ๋ํ ์ ๊ธฐยท์ ๋ณด๊ณตํ๋ถ,2020. 2. ๋ฐฑ์คํฅ.์ต๊ทผ์ ๊ฑฐ๋ ํธ์๋ฅผ ์ํ์ฌ ์ํธํํ ์ฌ์ฉ์๋ค์ด ์ํธํํ ๊ฐ์ธ ํค๋ฅผ ์ํธ ํํ ๊ฑฐ๋์์ ์ํํ๊ณ ์๊ฒฉ์ผ๋ก ์ด์ฉํจ์ ๋ฐ๋ผ, ์ํธ ํํ ๊ฑฐ๋์์ ๋ํ ๊ณต๊ฒฉ์ด๋ ๊ด๋ฆฌ์ ๊ถํ์ ๊ฐ์ง๋ ๊ฑฐ๋์ ๋ด๋ถ์์์ ๊ณต๊ฒฉ์ผ๋ก ์ธํด ์ํธํํ ์ฌ์ฉ์๋ค์ ๊ฐ์ธ ํค๊ฐ ์ ์ถ๋์ด ์ํธ ํํ๊ฐ ํ์ทจ๋๋ ์ฌ๊ฑด๋ค์ด ๋ณด๊ณ ๋๊ณ ์๋ค. ์ด๋ฅผ ํด๊ฒฐํ๊ธฐ ์ํ ๋ฐฉ์์ผ๋ก ์์ ํ ์ํธํํ ๊ด๋ฆฌ๋ฅผ ์ํ FPGA ๊ธฐ๋ฐ์ ํซ์๋ ์ด ์ ์๋์๋๋ฐ, ์ด ๋
ผ๋ฌธ์์ ์ธ๊ธํ๋ ๊ธฐ์ ๋ก๋ ์ค์ ๋ก ์ฌ์ฉ์๊ฐ ์ฌ์ฉํ๊ธฐ ์ํ S/W์ ๊ตฌํ์ด ๋ถ์กฑํ๊ณ H/W ์์์ ๋ง์ด ์ฌ์ฉํ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ์ด๋ฅผ ์ฌ์ฉํ๊ธฐ์ ํ์ค์ฑ์ด ๋จ์ด์ง๋ค. ์ด์ ๋ฐ๋ผ, ๋ณธ ๋
ผ๋ฌธ์์๋ ์ด๋ฅผ ์ค์ ๋ก ์ฌ์ฉํ๊ธฐ ์ํ ์๋ฒ๋จ S/W ๊ตฌํ์ ์ถ๊ฐํ์ฌ ์ค์ ๋ก ์ฌ์ฉ์๊ฐ ๊ฑฐ๋ํ ์ ์๋ ์์ ํ ํต์ ํ๊ฒฝ์ ๊ตฌ์ถํ์๋ค. ๋์๊ฐ, FPGA ๊ธฐ๋ฐ์ ํซ ์๋ ์ด ๊ฐ์ง๋ ๋จ์ ์ธ FPGA ์์ ์๋ชจ๊ฐ ๋ง๋ค๋ ์ ์ ํจ์จ์ ์ผ๋ก ์ต์ ํํ์ฌ FPGA ์์ ์๋ชจ๋ฅผ ๋ํญ ์ค์๋ค. ๋์๊ฐ, ์ฐ๋ฆฌ๊ฐ ๊ตฌํํ ๊ธฐ๋ฐ์ ๋ฐํ์ผ๋ก ์ฌ์ฉ์์ ์์ฒญ์ ์ฒ๋ฆฌํ๋ ์ฑ๋ฅ, FPGA ์์ ์๋ชจ๋์ ํ๊ฐํ์๋ค.Recently, as cryptocurrency users have entrusted cryptocurrency private keys to cryptocurrency exchanges and used them remotely, the users of cryptocurrency users have been attacked by an attacker on cryptocurrency exchanges who has administrative privilege. Cases have been reported in which the key is leaked and the cryptocurrency is stolen. As a solution to this problem, an FPGA-based hot wallet for secure cryptocurrency management has been proposed. In this paper, the technology mentioned in this paper lacks the S/W implementation for users and consume a lot of FPGA resources which makes it less practical to use it. Accordingly, in this paper, we added a server-side S/W implementation for realistic usage of FPGA-based hot wallet to build a secure communication environment that users can actually trade. Furthermore, FPGA resource consumption has been greatly reduced by efficiently optimizing the FPGA resource consumption, a disadvantage of FPGA-based hot wallets. Furthermore, based on our implementation, we evaluated the performance of processing user requests and FPGA resource consumption.์ 1 ์ฅ ์๋ก 1
์ 2 ์ฅ ๊ด๋ จ ์ฐ๊ตฌ 3
์ 3 ์ฅ ์ํ ๋ชจ๋ธ ๊ฐ์ 4
์ 4 ์ฅ ๋์์ธ ๋ฐ ์ธ๋ถ ๊ตฌํ 5
์ 1 ์ ๋์์ธ์ ์ํ ๊ฐ์ 5
์ 2 ์ ์์ ํ ํต์ ํ๊ฒฝ 5
์ 3 ์ FPGA ์ธ๋ถ ๊ตฌ์ฑ 7
์ 4 ์ Server CPU S/W ์ธ๋ถ ๊ตฌ์ฑ 8
์ 5 ์ฅ ์คํ ๊ฒฐ๊ณผ 9
์ 6 ์ฅ ๊ฒฐ๋ก 10
์ฐธ๊ณ ๋ฌธํ 11
Abstract 12Maste