Optimization of Design Pressure Ratio of Positive Displacement Expander for Engine Waste Heat Recovery of Vehicle

The effect of built-in volume ratio of expander on the performance of a two-loop Rankine cycle system for engine waste heat recovery of vehicle has been investigated. In the case of positive displacement expander in the various operating condition of the vehicle, it can operate in both under-expansion and over-expansion conditions. Therefore, the analysis of off-design performance for the expander is very important. Furthermore, the volume and weight of the expander as well as the efficiency must be considered in the optimization of the expander. This study shows that the built-in volume ratio of expander causing under-expansion at a target condition is more desirable considering the off-design performance and size of the expander, based on the simple modeling of off-design operation of the expander.

자동차 엔진 폐열 회수 동력시스템에서 용적형 팽창기의 설계 팽창비 최적화

본 연구에서는 가솔린 엔진 자동차의 엔진 폐열 회수를 위한 이중 회로 랭킨 사이클 시스템에서 용적형 팽창기의 설계 팽창비에 따른 성능 해석이 수행되었다. 자동차 엔진 폐열 이용 랭킨 사이클 시스템에 사용되는 용적형 팽창기는 운전 조건에 따라 설계 팽창비가 운전 압력비보다 낮은 저팽창 조건과 설계 팽창비가 운전 압력비보다 높은 과팽창 조건으로 운전되므로 탈설계 조건에서 성능 예측이 중요하다. 또한 용적형 팽창기는 자동차 적용시 팽창효율 뿐만 아니라 부피와 무게를 최소화하는 것이 매우 중요하므로 이를 고려한 설계 팽창비의 최적화가 요구된다. 본 연구에서는 용적형 팽창기의 탈설계 조건에서 성능 예측을 통해 팽창효율과 팽창기의 용적을 동시에 고려하여 설계 팽창비를 목표 운전 압력비보다 낮도록 하여 저팽창 운전을 하도록 설계 하는 것이 유리함을 제시하였다.