• 대한기계학회논문집B
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• 제37권12호
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• pp.1137-1145
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• 2013

본 연구에서는 열 구동 냉동사이클로서 유기 랭킨사이클 (ORC)과 증기 압축 냉동사이클(VCC)의 복합 사이클에 대한 엑서지 해석을 수행하였다. 시스템의 열원으로는 다양한 재생 에너지 열원이나 산업체에서의 폐열 등 현열 형태의 저온 열원을 고려하였으며 작동유체로서 R143a, R22, R134a, 프로판, 이소부탄, 부탄, R245fa 및 R123 등 여덟가지 작동유체들을 고려하였다. 터빈 입구 압력의 변화나 작동유체의 종류에 따라 시스템의 COP 나 엑서지 효율은 물론 시스템의 각 요소에서의 엑서지 파괴 (아너지)에 미치는 다양한 영향에 대해 분석하고 논의하였다. 해석 결과는 주어진 열원 온도에 대해 시스템에서 가장 엑서지 파괴가 큰 구성 요소는 터빈 입구 압력과 작동유체에 따라 민감하게 변화하는 사실을 보여준다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제40권6호
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• pp.476-483
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• 2016

해양온도차발전용 유기랭킨사이클은 해양의 표층수와 심층수사이의 온도차를 이용하여 발전하는 사이클이다. 작동유체는 유기랭킨사이클의 열역학적 성능에 있어 중요한 요소이다. 유기랭킨사이클의 열역학적 분석방법으로 핀치포인트분석이 있다. 본 연구는 열교환기내 핀치포인트온도차의 변화와 열원 및 열침의 출구온도의 변화에 따른 열역학적 성능분석을 수행하였다. 핀치포인트분석법에 따라 설계한 해양온도차발전용 단순랭킨사이클에 7종의 단일 작동유체를 적용하여 열역학적 성능을 분석하였다. 성능분석결과 열교환기에서 핀치포인트온도차와 열원 및 열침의 온도변화가 작을수록 사이클 총 비가역성 및 총 엑서지 파괴인자가 감소하였으며, 제2법칙 효율은 상승하였다. 또한 비가역성은 열역학적 변화가 발생한 곳에서 크게 변화하였다. RE245fa2는 선정한 작동유체 중에서 가장 우수한 열역학적 성능을 보여주었으며, 모든 작동유체의 성능은 유사하였다. 열교환기 및 작동유체 선정에 있어 열역학적 성능과 함께 다양한 요소들에 대해서도 엄밀한 이론적 근거가 필요하다.

• 에너지공학
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• 제21권4호
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• pp.402-410
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• 2012

본 연구에서는 가솔린 엔진 자동차에서 엔진 폐열 회수를 위한 이중 회로 랭킨 사이클 성능 해석이 수행되었다. 고온(HT)의 엔진 배기가스 열회수를 위해서는 물을 사용하는 스팀사이클이 적용되었고, 엔진 냉각수열과 고온 사이클로부터의 응축열을 활용하는 저온(LT) 사이클은 R-134a를 사용하는 유기랭킨사이클이 적용되었다. 고온 및 저온 열원을 동시에 활용하는 이중 회로 시스템의 특성을 파악하기 위해 에너지 및 엑서지 분석이 수행되었다. 고온 및 저온 사이클에 사용되는 용적형 팽창기의 체적이 차량적용을 위한 시스템 최적화에 매우 중요하며 시스템 최적화를 위해서는 반드시 고려되어야 한다. 목표로 하는 엔진 운전 조건에서 고온(HT) 팽창기와 저온(LT) 팽창기의 체적을 고려하면서 고온(HT) 사이클의 팽창비와 저온(LT) 사이클의 응축온도가 시스템의 성능에 미치는 영향을 파악하였다. 본 연구에서는 이러한 이중 회로 랭킨 사이클 시스템에 의해 목표 엔진 운전조건에서 엔진 폐열로부터 약 21%의 추가 동력을 얻을 수 있는 것으로 예측되었다.

• 설비공학논문집
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• 제23권3호
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• pp.223-230
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• 2011

The power cycle using ammonia-water mixture as a working fluid is a possible way to improve efficiency of the system of low-temperature source. In this work thermodynamic performance of the ammonia-water regenerative Rankine cycle with partial-boiling flow is analyzed for purpose of extracting maximum power from the source. Effects of the system parameters such as mass fraction of ammonia, turbine inlet pressure or ratio of partial-boiling flow on the system are parametrically investigated. Results show that the power output increases with the mass fraction of ammonia but has a maximum value with respect to the turbine inlet pressure, and is able to reach 22 kW per unit mass flow rate of source air at $180^{\circ}C$.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제37권5호
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• pp.446-452
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• 2013

탄소저감 기술과 함께 에너지 효율 향상에 대한 관심이 증가하고 있다. 엔진에서 대기로 방출되는 배기에너지는 전체에너지의 30%가 넘는 많은 양이며 배기열을 회수하기 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 선행연구를 통하여 제시한 디젤엔진에서의 최적 열 회수 조건에 대한 랭킨사이클을 분석하였다. 그 결과 질량유량비와 압력비가 각각 0.6, 0.7 일 때 엑서지 효율과 출력은 0.53, 1.43 kW을 나타내었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권3호
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• pp.293-299
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• 2012

대형 선박의 추진용 디젤엔진에서 버려지는 배기가스의 열을 회수하기 위한 랭킨사이클이 적용된 발전시스템에 대하여 R245fa 및 water 의 작동유체들에 따른 열역학적 효율 특성을 분석하였다. 그 이론적인 계산 결과로, 고정된 질량유량의 R245fa 에 대하여 터빈입구의 압력이 증가할수록 사이클, 시스템, 및 전체적 효율이 증가하였고, 사이클에 의해 발생되는 순동력도 증가하는 특성을 보였다. 반면, water 의 경우에는 R245fa 에 비하여 더 낮은 질량유량 및 터빈입구 압력의 비율에서 최대의 시스템 효율을 보였다. 또한 water 에 대하여 최적화된 사이클의 순출력, 시스템 효율, 및 전체적 효율의 값들은 R245fa 의 경우보다 더 크게 나타났다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제39권7호
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• pp.735-743
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• 2015

유기랭킨사이클의 열역학적 효율에 큰 영향을 미치는 구성요소는 터빈이다. 일반적으로 유기랭킨사이클에서 팽창과정은 작동유체의 급격한 물성치 변화를 수반하므로 터빈의 설계에 많은 어려움이 따른다. 그러므로 효율이 우수한 터빈의 개발을 위해서는 정밀한 터빈의 예비설계가 요구된다. 반경류터빈의 효율은 loading과 flow 계수에 큰 영향을 받으므로 터빈의 예비설계에서 이러한 변수의 선정이 매우 중요하다. 그러나 기존의 성능곡선으로부터 loading과 flow 계수를 선정하는 고전적인 방법을 이용할 경우 정밀한 예비설계를 기대하기 힘들다. 그러므로 본 연구에서는 로터 깃의 개수와 열역학적 설계조건으로부터 loading과 flow 계수를 산출하는 방법을 제시하였다. 본 연구에서 제시한 예비설계모델을 이용하여 예비설계를 수행한 결과는 공신력 있는 상용예비설계프로그램을 이용한 결과와 비교하여 만족스러운 것을 확인하였다. 또한 예비설계모델의 정확성을 검증하기 위해 예비설계한 반경류터빈에 대한 수치해석을 수행하였으며 효율을 제외한 대부분의 변수들이 예비설계조건을 비교적 충족하는 것을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집 C: 기술과 교육
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• 제3권1호
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• pp.55-62
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• 2015

국내에서는 천연가스 공급국가와 수입국가의 거리, 공급시설 투자, 국가 간 협력 등 여러 가지 제약에 따라 액화천연가스를 수입하고 있다. 수입한 액화천연가스를 수요처로 공급하기 위해 해수를 이용한 기화과정에서 냉열이 낭비되고 있다. 본 연구에서는 이러한 냉열을 효율적으로 활용하는 냉열발전시스템에서 직접팽창과 유기랭킨사이클 방식의 운전성능을 비교 연구하였다. 시뮬레이션은 Aspen HYSYS를 이용하여 수행하였으며, 운전성능 분석은 T-S 선도 및 시스템 성능 해석을 토대로 비교분석하였다. 시뮬레이션 결과로부터 발전시스템의 운전 측면에서는 유기랭킨사이클 방식이 유리한 것을 확인하였다.

• 태양에너지
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• 제10권3호
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• pp.35-45
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• 1990

주어진 열원에서 유기 랭킨 사이클 시스템을 통해 얻을 수 있는 최대 출력 조건에서의 최적 효율을 구하기 위한 이론식을 유도하였으며, 이것이 작동 유체의 열물성치에 의한 엔탈피를 기초로 하여 계산된 열효율과 비교하여 잘 일치되는 것을 확인하였다. 본 연구에서 유도된 결과식에 의해 최대 출력은 열원의 열용량과 초기 온도 그리고 핀치점 온도차만의 함수임을 알 수 있었으며, 이 때의 효율은 열원의 열용량과 관계없이 입열원과 방출열원 초기 온도와 핀치점 온도차의 함수임을 알 수 있었다. 여기서 구한 최대 출력시의 효율식은 실제 랭킨 사이클 시스템의 설계를 위한 최적 설계지표로 사용될 수 있으며 실제 발전소의 성능 예측을 위한 최적 효율로도 사용될 수 있을 것이다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제41권11호
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• pp.699-707
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• 2017

본 연구에서는 아홉 종류의 작동유체를 고려하여 저온 열원으로 구동되는 아임계 및 초월임계 유기 랭킨 사이클의 열역학적 성능 특성을 비교 해석한다. 터빈입구압력, 열원온도 및 작동유체가 열교환기 내 온도분포와 핀치포인트, 작동유체의 유량, 시스템 출력 및 열효율 등 시스템의 성능에 미치는 영향을 분석한다. 해석 결과는 작동유체의 압력이 아임계 영역에서 초임계 영역으로 높아지면 열교환기에서 열원과 작동유체 사이의 온도 불균일 정도가 감소하면서 시스템 출력이나 열효율 등은 증가하나 시스템의 단위출력당 터빈 크기는 작아짐을 보여준다.