• 대한기계학회논문집B
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• 제38권12호
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• pp.1057-1064
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• 2014

최근 전세계적으로 재생에너지의 관심이 증가하고 있다. 그 중 많은 관심을 받고 있는 것이 상대적으로 낮은 온도의 폐열을 사용하는 유기랭킨사이클(ORC)이다. 유기랭킨사이클은 기존의 증기터빈사이클과 유사한 기술을 사용하지만 낮은 온도의 폐열을 사용하기 위해서 증기대신 냉매를 작동유체로 사용한다. 작동유체를 냉매로 사용함으로 인해 이상기체 가정을 사용할 수 없고, 이는 ORC 시스템에 이용되는 터빈의 설계를 좀 더 복잡하게 만든다. 또, 냉매의 큰 분자량과 복잡한 분자구조로 인하여 낮은 음속을 가지게 되고 이로 인해서 쉽게 초킹 조건에 접근하게 된다. 본 연구에서 R245fa를 작동유체로 하여 입구온도 $124^{\circ}$에 팽창비 9 의 조건에서 터빈의 효율을 증가시키기 위해 다단으로 설계된 아음속 ORC 터빈을 설계하는 과정과 터빈의 성능에 대하여 설명하고자 한다. 설계된 터빈은 200kW 급의 ORC 발전 시스템에 사용될 예정이다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제37권10호
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• pp.919-926
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• 2013

본 연구에서는 소형 저온 유기랭킨사이클 시스템의 작동특성을 파악하기 위하여 R-245fa를 작동유체로 사용한 소형 ORC 발전 시스템을 설계 및 제작하였고, 다양한 저온의 열원온도에 대한 실험적 연구를 수행하였다. 저온 열원을 모사하기 위하여 최고 $150^{\circ}C$의 물을 공급할 수 있는 110 kW급의 전기저항 히터를 제작하였으며, 컨트롤러를 통해서 다양한 열원 온도 및 유량조건에 대한 실험이 가능하도록 구성하였다. 또한, 상용 공기용 스크롤 압축기를 이용하여 팽창기로 개조하고 동력계 및 동기식 모터와 직접 연결하였다. 로드뱅크 및 PI 제어방식을 사용하여 팽창기의 회전속도에 따른 동일 열원온도 조건에 대한 실험을 각각 수행하였으며, 소형 ORC 시스템의 성능에 영향을 미치는 다양한 인자들에 대하여 분석하고 논의하였다.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제19권6호
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• pp.34-42
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• 2016

The organic Rankine cycle (ORC) has been used to convert thermal energy to mechanical energy or electricity. The available thermal energy could be waste heat, solar energy, geothermal energy, and so on. However, these kinds of thermal energies cannot be provided continuously. Hence, the ORC can be operated at the off-design point. In this case, the performance of the ORC could be worse because the components of the ORC system designed based on a design point can be mismatched with the output power obtained at the off-design point. In order to improve the performance at the off-design point, a few components were replaced including generator, bearing, load bank, shaft, pump and so on. Experiments were performed on the same facility without including other losses in the experiment. The experimental results were compared with the results obtained with the previous model, and they showed that the system efficiency of the ORC was greatly affected by the losses occurred on the components.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제17권1호
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• pp.12-21
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• 2014

An organic Rankine cycle was analyzed to work at the optimal operating point when the heat source is fluctuated. R245fa was adopted as a working fluid, and an axial-type turbine as expander on the cycle was designed to convert the heat energy to the electricity since the turbo-type expander works at off-design points better than the positive displacement-type expander. A supersonic nozzle was designed to increase the spouting velocity because a higher spouting velocity can produce more output power. They were designed by the method of characteristics for the operating fluid of R245fa. Three different cases, such as various spouting velocities, various inlet total temperatures, and various nozzle numbers, were studied. From these results, an optimal operating cycle can be designed with the organic Rankine cycle when the available heat source as renewable energy is low-grade temperature and fluctuated.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제29권5호
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• pp.483-489
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• 2018

Recently proposed organic flash cycle (OFC) was shown to potentially improve power generation using low grade heat source. In this paper, a thermodynamic performance is carried out for a modified OFC employed double expansions. Effects of the selection of working fluid and the important system parameters such as the temperatures in flash evaporators on the system performance were extensively investigated. Results showed that the system performances are strongly influenced with the system parameters and selection of the working fluid, and the power generation can be increased compared to the basic OFC.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제27권5호
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• pp.597-603
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• 2016

In this paper a comparative thermodynamics analysis is carried out for organic Rankine cycle (ORC) and ammonia-water Rankine cycle (AWRC) utilizing low-grade heat sources. Effects of the working fluid, ammonia concentration, and turbine inlet pressure are systematically investigated on the system performance such as mass flow rate, pressure ratio, turbine-exit volume flow, and net power production as well as the thermal efficiency. Results show that ORC with a proper working fluid shows higher thermal efficiency than AWRC, however, AWRC shows lower mass flow rate of working fluid and lower pressure ratio of expander than ORC.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제36권6호
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• pp.768-773
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• 2012

유기 랭킨사이클의 증발기 2차 유체로서 화력발전소에서 버려지는 $35^{\circ}C$의 온배수를 이용하는 경우와 $25^{\circ}C$의 해양 표층수를 이용하는 경우의 사이클 특성을 서로 비교한 후, 유기 랭킨사이클에 화력발전소에서 버려지는 온배수를 유기 랭킨 사이클에 적용 가능한지를 확인 하였다. 본 연구에서 고려된 작동변수는 과열도, 과냉각도, 터빈효율, 펌프효율 등이다. 주요 결과를 요약하면 다음과 같다. 화력발전소에 배출되는 $35^{\circ}C$의 온배수를 적용한 유기 랭킨사이클의 효율이 $25^{\circ}C$의 표층수를 적용한 유기 랭킨사이클에 비해 87% 이상 높게 나타났다. 따라서 화력발전소의 온배수를 유기 랭킨사이클에 적용할 수 있음을 확인할 수 있었다.

• 플랜트 저널
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• 제12권1호
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• pp.29-36
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• 2016

최근 늘어가는 에너지 수요를 화석연료에만 의존 할 수 없게 되면서 대체 에너지의 중요성이 대두되고 있으며, 이러한 상황에서 유기랭킨 사이클(Organic Rankine Cycle, 이하 ORC)등 산업체 폐열, 태양열, 지열, 해수 온도차 등의 저등급 에너지를 효과적으로 활용하기 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 지역난방 축열시 회수수를 혼합하지 않고 ORC를 이용하여 하부사이클을 구성하여 성능해석 상용프로그램으로 작동유체 및 운전특성을 예측하였다. 지역난방수 운전조건인 열원 온도 $120^{\circ}C$, 열원 유량 $163m^3/h$(회수수 유량을 고려한 값)로 하고 이 온도에 적합한 다수의 작동유체를 선정하여 성능해석을 수행하였으며, 최고의 성능이 나타난 R245fa의 경우 269.2kW출력과 6.37%효율을 얻을 수 있었다. 또한 ORC 시스템의 응축기 압력변화에 따라 지역난방 회수수 온도가 $57.3{\sim}85^{\circ}C$범위에 형성됨으로서 보일러 입구온도상승에 따른 연료 절감 효과가 예상되었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권9호
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• pp.937-944
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• 2012

선박의 주 추진용 디젤엔진에서 배출되는 배기가스의 폐열을 회수하는 발전시스템에 대하여, 작동유체로서 물이 적용된 3 변 사이클에 대한 열역학적 특성을 이론적으로 조사하였다. 그 결과로, 하나의 열원이 주어지면, 에너지 및 엑서지 효율은 터빈입구에서 작동유체에 대한 압력 및 온도의 특정한 조건에 의하여 최대화될 수 있었다. 그러한 조건에 대하여 응축온도의 증가에 따라, 터빈의 체적 팽창비를 적절하게 감소시킬 수 있었는데, 열원의 엑서지 손실률 및 응축기에서 엑서지 파괴율이 크게 증가되었다. 따라서, 상부 사이클에서 버려지는 엑서지를 회수하기 위하여, 저온 열원에 적합한 유기랭킨사이클을 하부 사이클로 적용하는 복합 사이클이 유용할 수 있다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제39권4호
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• pp.317-324
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• 2015

본 연구에서는 아파트단지에 적용되는 태양열 급탕 시스템의 에너지 활용도를 높이기 위해 유기랭킨사이클을 적용하여 해석적 연구를 수행하였다. 시스템 해석은 Aspen $Plus^{(R)}$을 활용하였으며 태양열집열기는 급탕 온도와 유기랭킨 사이클의 운전 조건을 고려하여 진공관형 집열기를 적용하였다. R134a, R141a, R245fa 등의 냉매를 작동유체로 선정하였으며, 시스템 성능해석을 통하여 R245fa 냉매가 적용가능성이 가장 높게 나타났다. 비가역성 해석과 민감도 해석을 통해 유기랭킨 사이클 시스템의 효율 및 성능 확보를 위해서는 증발기와 터빈에 대한 기술 개발이 매우 중요하다는 것을 밝혀냈으며, 순수 급탕으로만 활용하는 시스템에 전기 생산 설비를 추가하게 되면 약 50%의 추가적인 경제성이 확보됨을 확인하였다.