Optimization procedures of performance analysis for ORC(Organic Rankine Cycle) system are established to the characteristics of low temperature heat sources such as open-type and closed-type. Effective heat recovery and heat extraction related to maximum power of the cycle as well as heat quality and thermal efficiency must be considered in the case of the open-type low temperature heat source. On the other hand, in the case of the closed-type low temperature heat source, only thermal efficiency is important due to constant heat input. In this study, thermal efficiency and exergy efficiency representing a level of close to Carnot cycle are studied, as useful index for the optimization of the ORC system. To validate the results of cycle analysis, those are compared with appropriate experimental data of ORC system as a thermal efficiency point of view.
Since a transcritical $CO_2$ cycle shows lower performance than conventional air conditioners in the cooling mode operation, it is required to enhance the performance of the $CO_2$ cycle by applying advanced technologies and optimizing components. In this study, the cooling performance of a $CO_2$ system measured by varying refrigerant charge amount, compressor frequency, EEV opening and length of internal heat exchanger. As a result, the cooling COP of the basic system without internal heat exchanger was 2.1. The cooling performance of the modified cycle applying internal heat exchanger improved by $4-9\%$ over the basic cycle.
This paper concerns the study of a two-stage absorption heat pump cycle to utilize treated sewage. This two-stage cycle consists of coupling double-effect with parallel or series flow type and single effect cycle so that the first stage absorber and condenser produces hot water to evaporate refrigerant in the evaporator of the second stage. The effects of operating variables such as absorber temperature on the coefficient of performance have been studied for two-stage absorption heat pump cycle. The working fluid is lithium bromide and water solution. The efficiency of the two-stage absorption heat pump cycle has been studied and simulation results show that higher coefficient of performance could be obtained for the first stage with parallel flow type. The optimum ratio of solution distribution can be shown by considering the COP, the crystallization of solution and the generator temperature.
To enhance thermal efficiency of thermal facility through recovery of low and medium temperature waste heat, 1MW organic Rankine cycle system was designed and developed. The exhaust gases of $175^{\circ}C$ at two 100MW power plants in pohang steel works were selected as the representative of low and medium temperature waste heat in industrial process for the heat source of the organic Rankine cycle system. HCFC-123, a kind of harmless refrigerant, was chosen as the working fluid for Rankine cycle. The organic Rankine cycle system with selected exhaust gases and working fluid was designed and constructed. From the operation, it was confirmed that the organic Rankine cycle system is available for low and medium temperature waste heat recovery in industrial process. The optimum operating manuals, such as heat-up of hot water, turbine start-up, and the process of electric power generation, were derived. However, electric power generated was not 1MW as designed but only 670kW. It is due to deficiency of pump capacity for supply of HCFC-123. So it is necessary to increase the pump capacity or to decrease the pressure loss in pipe for more improved HCFC-123 supply.
To analyze and verify the effect of replacing thermal storage heater by a cascade cycle heat pump using midnight electricity was installed and tested at a customer's house in Wonju, Korea. The electric night storage heater is consist of 30kW electric heater and 2,700 liters of thermal storage water tank to supply hot water for warming house floor. The power for electric heater was cut off and hot water was only generated by cascade cycle heat pump. Current thermal storage water tank was not eliminated and electric heater wiring was modified. Some operation logic of the heat pump was also modified for proper operation. The required capacity of the heat pump and hot water temperature for given warming condition were estimated. The estimated capacity of heat pump was about 19kW and estimated hot water temperature for proper heating was at least $75^{\circ}C$.
This paper concerns the study of absorption refrigeration and heat pump cycle to use sewage. Simulation analysis on the double-effect absorption refrigeration cycle with parallel and two-stage heat pump cycle has been performed. The working fluid is Lithium Bromide and water solution. The absorption refrigeration cycle use sewage as a cooling water for the absorber and condenser, and absorption refrigeration cycle does that as a chilled water for the evaporator of the first stage cycle. And the two-stage cycle consists of coupling double-effect with parallel and single effect cycle so that the first stage absorber and condenser produces heating water to evaporate refrigerant in the evaporator of the second stage. The effects of operating variables such as a absorber temperature on the coefficient of performance have been studied for absorption refrigeration and heat pump cycle.
In this study, the characteristics of heating performance of a high-performance air-cooled heat pump with vapor-injection(VI) cycle using re-heater was investigated experimentally. Devices used in the experiment is consist of a VI compressor, condenser, oil separator, refrigerant (economizer outlet refrigerant) re-heater, economizer, evaporator. And R410A was used as a working fluid. The experiment was conducted with two cycles(cycles A and B) for investigating heating performance. In case of cycle B, heat exchange was conducted by re-heater between outlet refrigerant of compressor and suction refrigerant of the VI system(Fig.1, re-heater). But the re-heater was not used in case of cycle A. As a result of this experiment, discharge temperature of refrigerator in compressor was shown higher value, when the cycle B was conducted, because of the heat exchange between suction refrigerant of VI cycle and outlet refrigerant of compressor in the re-heater than cycle A that was not use re-heater. it means that liquid hammer and the decrement of heating performance can be decreased by using re-heater. Also, Heating coefficient of performance(COPh) was shown about 2.98 in Cycle B which was 4% higher than Cycle A and from these results, It was confirmed that the improvement of the heating performance of heat pump with VI cycle can be achieved by applying re-heater.
Organic Rankine cycle (ORC) is an useful cycle for power generation system with low temperature heat sources ($80{\sim}400^{\circ}C$). Since the boiling point of operating fluid is low, the system is used to recover the low temperature heat source of waste heat energy. In this study, a ORC with R134a is applied to recover the waste energy of condenser of coal fired power plant. A system model is developed via Thermolib$^{(R)}$ under Simulink/MATLAB environment. The model is composed of a refrigerant heat exchanger for heat recovery from coal fired condenser, a drum, turbine, heat exchanger for ORC heat rejection, storage tank, water recirculation pump and water drip pump. System analysis parameters were heat recovery capacity, type of refrigerants, and types of turbines. The simulation model is used to analyze the heat recovery capacity of ORC power system. As a result, increasing the overall heat transfer coefficient to become the largest of turbine power is the most economical.
본 연구에서는 외부조건과 입력이 일정하게 주어져 있는 냉동 사이클에 대하 여 열교환기의 용량을 설계변수로 하여 출력과 효율이 최대가 되는 조건, 즉 최적 설 계조건을 살펴 보고자 한다. 아울러 이 조건과 엔트로피 생성 최소조건과의 관계와 비가역 사이클인 경우도 살펴보았다.
Applicability of organic Rankine cycle for a passenger car with 3.5 L gasoline engine to convert low grade waste heat to useful shaft power has been numerically studied. Working fluid is R134a, and the Rankine cycle is composed of boiler for recovering engine cooling water heat, super heater for recovering exhaust gas heat, scroll expander for converting waste heat to shaft power, condenser for heat emission, internal heat exchanger, and feed pump. Assuming efficiencies of 90% for the heat exchangers, 75% for the scroll expander, and 80% for the feed pump, the Rankine cycle efficiency of 5.53% was calculated at the vehicle speed of 120 km/hr. Net expander shaft output after subtracting the power required to run the pump was 3.22 kW, which was equivalent to 12.1% improvement in fuel consumption. About the same level of improvement in the fuel consumption was obtained over the vehicle speed range of 60 km/hr~120 km/hr.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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