• 제목/요약/키워드: 유기 랭킨 사이클

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저온 폐열을 이용하기 위한 유기랭킨 사이클의 작동유체 선정에 관한 연구 (Selection of Working fluid for the Organic Rankine Cycle to Utilize Low-Temperature Waste Heat)

  • 조수용;조종현
    • 신재생에너지
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    • 제10권4호
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    • pp.36-46
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    • 2014
  • Low-grade heats are wasted even though an amount of their energy is huge. In the small and medium industrial complex sites, large amount of low-grade thermal energy generated during the manufacturing process is wasted if it is not used directly for building heating or air-conditioning. In order to utilize this waste thermal energy more efficiently, organic Rankine cycle (ORC) was adopted. The range of operating temperature of ORC was set to $60^{\circ}C$ from $30^{\circ}C$ applicable low-temperature waste heat. A study was conducted to select an appropriate organic working fluid based on these operating conditions. More than 60 working fluids were screened. Eleven working fluids were selected based on the requirements as working fluid for ORC such as environmentally friendly, safety, and good operation on the expander. Finally, six working fluids were selected by considering the operating temperature ranges. Then, a cycle analysis was conducted with these six working fluids. As a results, R-245fa and R-134a appeared as appropriate working fluids for ORC operating at low-temperature condition based on the system efficiency and the turbine output power.

200kW급 ORC용 터빈 개발 (200kW Turbine Development for Organic Rankine Cycle System)

  • 임형수;최범석;박무룡;박준영;유일수;서정민;황순찬;윤의수;한상조
    • 대한기계학회논문집 C: 기술과 교육
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    • 제1권1호
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    • pp.107-113
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    • 2013
  • 본 논문은 산업현장에서 발생하는 폐열원을 이용하여 200kW의 발전을 하기위한 터빈의 개발에 관한 전반적인 과정이 제시되었다. 유기 랭킨 사이클에 적용되는 터빈은 세계적으로도 개발이 활발히 진행되고 있는 단계이며, 시장 성장에 관한 잠재성이 크다. 따라서 국내의 연구기관에서도 많은 관심을 가지고 연구가 진행되고 있지만 상품 개발까지는 아직 도달하지 못하고 있는 상황이다. 본 논문에서는 유기 랭킨 사이클에서 작동하는 200kW급 터빈을 개발 하는데, 사이클 해석을 바탕으로 비속도 분석, mean line 해석, 3차원 해석 과정이 설명되었다. 그리고 해석 결과를 바탕으로 터빈 요소 부품을 제작하였고, 회전체 안정성 시험 및 성능시험을 수행하였다. 터빈 개발은 세계적으로도 활발히 이루어지지만 개발 과정과 단계에 대한 사항은 기업 비밀이란 이유로 공개 되지 않는 실정이다. 본 논문은 유기 랭킨 사이클용 터빈의 개발에 있어 어떠한 과정과 단계로 진행되는지 참고가 될 수 있을 것이다.

LNG 냉열을 이용하는 유기랭킨사이클(ORC)의 열역학적 성능 특성 (Thermodynamic Performance Characteristics of Organic Rankine Cycle (ORC) using LNG Cold Energy)

  • 김경훈;하종만;김경천
    • 한국가스학회지
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    • 제18권2호
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    • pp.41-47
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    • 2014
  • 본 논문에서는 유기랭킨사이클과 LNG 사이클로 구성된 복합사이클의 열역학적 성능 해석을 수행한다. 이 복합사이클에서는 현열 형태의 저등급 폐열을 사용하며 LNG 냉열은 열싱크 뿐 아니라 동력 생산에도 사용된다. 시스템의 성능에 대한 터빈입구압력, 응축온도, 열원온도 등 주 파라미터들의 영향을 상세하게 분석한다. 시뮬레이션 결과는 이 복합시스템은 LNG 냉에너지를 사용하지 않은 일반의 ORC에 비해 현저하게 성능이 개선될 수 있음을 보여준다.

중온 배기열을 이용한 유기랭킨사이클 작동유체별 성능특성 (Performance Characteristics of Organic Rankine Cycle Using Medium Temperature Waste Heat with Different Working Fluids)

  • 권동욱;허기무;윤성훈;문윤재;유호선;이재헌
    • 플랜트 저널
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    • 제10권2호
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    • pp.38-47
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    • 2014
  • 2012년부터 신재생에너지 의무공급제도가 국내에 도입되고, 전 세계적인 에너지 절약과 환경보존 측면에서 미활용 및 신재생에너지원에 대한 관심이 날로 증가하고 있다. 특히, 중저온 열원의 활용방안에 대하여 많은 관심과 연구가 활발하게 진행되면서 고부가가치의 전력생산이 가능한 유기랭킨사이클이 그 대안으로 떠오르고 있다. 따라서 본 연구에서는 유기랭킨사이클 발전시스템을 하수 처리장 1,500 kW 바이오가스엔진 배기열을 열원으로 하부 사이클을 구성하여 성능해석 상용 프로그램으로 성능특성을 예측하였다. 바이오가스엔진 배열의 실제 운전조건은 $460^{\circ}C$의 온도와 매 초당 2.7 kg의 유량으로 운전되고 있었다. 이러한 열원 온도에 적합한 작동유체를 다수 선정하여 작동유체 종류별 성능해석을 수행하였으며, 최고의 성능이 나타나는 이소펜탄의 경우 163.1 kW의 발전출력과 13.66%의 효율을 얻을 수 있었다.

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지열발전을 위한 HFC 유기랭킨 사이클의 시뮬레이션 (Simulation of HFC organic Rankine cycles for geothermal power generation)

  • 백영진;김민성;장기창;윤형기;이영수;나호상
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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    • pp.569-572
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    • 2009
  • In this study, HFC ORCs (Organic Rankine Cycles) are investigated for a low-temperature geothermal power generation by a simulation method. A steady-state simulation model is developed to analyze and optimize cycle's performance. The model contains a turbine, a pump, an expansion valve and heat exchangers. The turbine and pump are modelled by an isentropic efficiency. Simulations were carried out for the given heat source and sink inlet temperatures, and given flow rate that is based on the typical power plant thermal-capacitance-rate ratio. 3 HFC fluids are considered as a candidate for a working fluid of low-temperature ORCs. In this study, all optimized HFC ORCs are shown to yield almost the same performance in terms of power for a low-temperature heat source of about $100^{\circ}C$.

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터빈 추기를 이용한 재생 유기랭킨사이클의 열역학적 성능 해석 (Thermodynamic Performance Analysis of Regenerative Organic Rankine Cycle using Turbine Bleeding)

  • 김경훈;황선;김만회
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제26권4호
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    • pp.377-385
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    • 2015
  • This paper presents a thermodynamic performance analysis of regenerative organic Rankine cycle (ORC) using turbine bleeding to utilize low-grade finite thermal energy. Refrigerant R245fa was selected as the working fluid. Special attention is paid to the effects of the turbine bleeding pressure and the turbine bleed fraction on the thermodynamic performance of the system such as net power production and thermal efficiency. Results show that the thermal efficiency has an optimum value with respect to the turbine bleeding pressure and the net power production is lower than the basic ORC while the thermal efficiency is higher.

유기랭킨사이클(ORC)을 위한 주전열면 열교환기의 채널 종횡비에 따른 유동 및 열전달 특성 (EFFECTS OF CHANNEL ASPECT RATIO ON FLOW AND HEAT TRANSFER CHARACTERISTICS OF PRIMARY SURFACE HEAT EXCHANGER FOR ORC)

  • 성민제;안준
    • 한국전산유체공학회지
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    • 제18권4호
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    • pp.35-40
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    • 2013
  • A series of numerical simulation has been carried out to study thermo-hydraulic characteristics of a primary surface type heat exchanger, which is designed for the evaporator and condenser of a geothermal ORC. Working fluid is geothermal water at hot side and R-245fa, which is a refrigerant designed for ORC, at cold side. Aspect ratio of the channel and Reynolds number are considered as design parameters. Nusselt number is presented for the Reynolds number ranging from 50 to 150 and compared to existing correlations. The result shows that higher aspect ratio channel gives better heat transfer performance within the range of investigation.

저온열원 활용을 위한 유기랭킨사이클의 열적 특성에 관한 연구 (Study on the Thermal Characteristics of Organic Rankine Cycles for Use of Low-Temperature Heat Source)

  • 진재영;김경훈
    • 한국태양에너지학회:학술대회논문집
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    • 한국태양에너지학회 2011년도 춘계학술발표대회 논문집
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    • pp.191-194
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    • 2011
  • Low-grade waste heat has generally been discarded in industry due to lack of efficient recovery methods. In recent years, organic Rankine cycle(ORC) has become a field of intense research and appears as a promising technology for conversion of heat into useful work of electricity. In this work thermodynamic performance of ORC with superheating of vapor is comparatively assessed for various working fluids. Special attention is paid to the effects of system parameters such as the evaporating temperature on the characteristics of the system such as maximum possible work extraction from the given source, volumetric flow rate per 1 kW of net work and quality of the working fluid at turbine exit as well as thermal efficiency.

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유기랭킨사이클(ORC)을 위한 주전열면 열교환기의 채널주름비에 따른 유동 및 열전달특성 (Experimental Investigation on the Performance of a Scroll Expander for an Organic Rankine Cycle)

  • 성민제;안준
    • 설비공학논문집
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    • 제26권4호
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    • pp.158-162
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    • 2014
  • A series of numerical simulation has been carried out to study thermo-hydraulic characteristics of a primary surface type heat exchanger, which is designed for the evaporator and condenser of a geothermal ORC. Working fluid is geothermal water at hot side and R-245fa, which is a refrigerant designed for ORC, at cold side. Amplitude ratio of the channel and Reynolds number are considered as design parameters. Nusselt number is presented for the Reynolds number ranging from 50 to 150 and compared to analytic solutions. The result shows that higher amplitude ratio channel gives better heat transfer performance within the range of investigation.

저등급 열원의 변환을 위한 칼리나 사이클과 유기 랭킨 사이클의 엑서지 성능의 비교 해석 (Comparative Exergy Analysis of Kalina and Organic Rankine Cycles for Conversion of Low-Grade Heat Source)

  • 김경훈;정영관;고형종
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제31권1호
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    • pp.105-111
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    • 2020
  • The organic Rankine cycle (ORC) and the Kalina cycle system (KCS) are being considered as the most feasible and promising ways to recover the low-grade finite heat sources. This paper presents a comparative exergetical performance analysis for ORC and Kalina cycle using ammonia-water mixture as the working fluid for the recovery of low-grade heat. Effects of the system parameters such as working fluid selection, turbine inlet pressure, and mass fraction of ammonia on the exergetical performance are parametrically investigated. KCS gives lower lower exergy destruction ratio at evaporator and higher second-law efficiency than ORC. The maximum exergy efficiency of ORC is higher than KCS.