• 한국유체기계학회 논문집
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• 제18권4호
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• pp.13-21
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• 2015

The system design of the Organic Rankine Cycle(ORC) is greatly influenced by the thermal properties such as the temperature or the thermal capacity of heat source. Typically waste heat, solar energy, geothermal energy, and so on are used as the heat source for the ORC. However, thermal energy supplying from these kinds of heat sources cannot be provided constantly. Hence, an experimental study was conducted to utilize fluctuating thermal energy efficiently. For this experiment, an impulse turbine and supersonic nozzles were applied and the supersonic nozzle was used to increase the velocity at the nozzle exit. In addition, these nozzles were used to adjust the mass flowrate depending on the amount of the supplied thermal energy. The experiment was conducted with maximum three nozzles due to the capacity of thermal energy. The experimented results were compared with the predicted results. The experiment showed that the useful output power could be producted from low-grade thermal energy as well as fluctuating thermal energy.

• 에너지공학
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• 제21권4호
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• pp.393-397
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• 2012

본 연구에서는 산업용 가스 엔진의 배기 폐열을 회수하여 발전하는 유기랭킨사이클을 구성하고 시스템 성능 분석 실험을 수행하였다. 엔진 배기가스 열을 작동유체(냉매 R134a)에 흡수시키기 위해 Shell & Tube 방식 열교환기를 엔진 배기 매니폴드 후단에 장착하였다. 엔진출력 60 kW인 조건에서 약 63 kW의 배기가스 열을 배출하였으며, 열교환기를 통해 작동유체에 흡수된 열량은 43~46 kW로서 배기가스 열회수율은 68~73%, 최대출력은 4.6 kW로서 배기가스 열량에 대한 최대출력의 비는 7.3%을 나타내었다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제22권5호
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• pp.699-705
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• 2011

A combined heat and power cogeneration system driven by low-temperature sources is investigated by the first and second laws of thermodynamics. The system consists of Organic Rankine Cycle (ORC) and an additional process heater as a series circuit. Seven working fluids of R152a, propane, isobutane, butane, R11, R123, isopentane and n-pentane are considered in this work. Maximum mass flow rate of a working fluid relative to that of the source fluid is considered to extract maximum power from the source. Results indicate that the second-law efficiency can be significantly increased due to the combined heat and power generation. Furthermore, higher source temperature and lower turbine inlet pressure lead to lower second-law efficiency of ORC system but higher that of combined system. Results also show that the optimum working fluid varies with the source temperature.

• 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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• 제20권1호
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• pp.41-47
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• 2017

This study aimed to analyze organic Rankine cycle(ORC) which recovers discarded heat from a gas turbine based combined cycle cogeneration(CC-cogen) plant in terms of both performance and economics. The nominal electric power of the CC-cogen plant is around $120MW_e$, and heat for district heating is $153MW_{th}$. The major purpose of this study is to compare various options in selecting heat source of the ORC. Three heat sources were compared. Case 1 uses the exhaust gas from the HRSG, which is purely wasted to environment in normal plant operation without ORC. Case 2 also uses the exhaust gas from the HRSG. On the other hand, in this case, the DH economizer, which is located at the end of the HRSG, does not operate. Case 3 generates power using some of the district heating water which is supplied to consumers. The estimated ORC power generation ranges between 0.3 to 2.3% of the power generation capacity of the CC-cogen plant. Overall, Case 3 is evaluated to be better than other two options in terms of system design flexibility and power generation capacity.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권7호
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• pp.711-719
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• 2012

유기 랜킨 사이클(ORC)을 이용한 선박 주기관 폐열 회수 시스템의 열역학적 분석을 수행하고 적용 가능성 및 효과를 검토하였다. 이론 해석에서는 ORC 와 ORC 에 열을 전달하기 위한 열전달 루프, 냉각수 공급 펌프를 모두 고려하여 전체 효율을 예측하였다. ORC 사이클의 성능은 증발기와 응축기의 특성과 열전달 루프의 온도 조건을 달리하여 평가되었으며 그 특성을 사이클 효율과 시스템 효율 관점에서 비교하였다. 수에즈막스 유조선에 대하여 ORC 사이클은 $250^{\circ}C$ 이하의 폐열 조건에 대하여 약 10%정도의 열효율을 보였다. ORC 이용하여 엔진 폐열로부터 주기관 출력의 3~4%에 해당하는 전력을 생산할 수 있으며 수에즈막스 유조선에 적용 시, 정상 운항시 필요한 전력의 59~69%를 ORC 생산 전력으로 대체하여 운항 중 연료 소모량을 절감시킬 수 있는 것으로 나타났다.

• 한국가스학회지
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• 제19권2호
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• pp.66-73
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• 2015

가솔린 엔진에서 개조된 가스 엔진에서 발생하는 냉각수와 배기가스를 분석하여 복합발전 시스템에서 활용 가능한 폐열의 양과 질을 확인하였다. 엔진 배기가스의 온도는 $573.8^{\circ}C$이고, 엔진 출구 냉각수의 온도는 $85.7^{\circ}C$이고, 폐열의 양은 엔진 냉각수가 배기가스에 비교하여 두 배 수준이었다. 두 가지 폐열의 상이한 온도와 양에 대응하는 유기랭킨사이클 (Organic Rankine Cycle: ORC) 발전시스템을 설계하고 열역학적 분석을 수행하였다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제36권5호
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• pp.595-602
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• 2012

본 논문에서는 선박에서 배출되는 $CO_2$ 배출을 최소화하기 위한 노력의 일환으로 선박으로부터 배출되는 열에너지를 회수하고 재활용하는 방안으로 유기랭킨사이클 발전장치를 구동함으로써 선박의 에너지 효율을 높이고 온실가스 배출을 최소화할 수 있는 방안을 연구하였다. 선박에서 배출되는 배기가스와 냉각 시스템에서 배출되는 열에너지를 회수하여 터빈 발전기를 구동하는 ORC 발전시스템을 설계하고 시뮬레이션 하였다. 다양한 친환경 유기냉매를 이용하여 냉매를 적용하여 온도와 유량변화에 따른 열 해석을 실시하였고 냉각수 열원 예열기, 배기가스 가열기로 시스템을 구성하여 2,400kW급의 발전 출력을 얻을 수 있었다.

• 한국기계가공학회지
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• 제13권4호
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• pp.36-43
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• 2014

Recently, research has been conducted to develop the ORC (organic Rankine cycle), to recover waste heat from facilities such as industrial plants ultimately to create mechanical or electrical energy. The ORC system consists of a heat exchange, a condenser, a pump and a boiler. In this paper, 84 flow analyses were conducted with 21 cases and three variables, i.e., a number of large wings, a number of small wings, and RPMs. R245fa was used as a refrigerant. The flow cavitation phenomenon was investigated through a flow analysis, and a flow stream analysis was conducted.

• 한국가스학회지
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• 제20권6호
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• pp.65-72
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• 2016

천연가스용으로 개조된 가스엔진에서 방출되는 폐열을 활용하기 위한 유기 랭킨사이클 (Organic Rankine Cycle: ORC) 발전시스템을 설계 및 제작하였다. 이 연구에서는 개조된 가스엔진의 폐열을 실험적으로 분석한 데이터를 바탕으로 구성한 ORC 시스템의 컴포넌트를 설계하고 제작하였다. ORC 시스템에는 2개의 판형 열교환기와 5kW급 팽창기, 다단 펌프가 사용되었으며, 전기 히터를 이용하여 ORC 시스템의 열역학적 성능을 분석하였다. 또한, 실제로 가스엔진과 연동하여 작동 특성을 파악하기 위한 실험을 수행하였다. ORC 시스템에 열량을 공급해주는 2대의 가스엔진을 사용하였다. 열원모사실험 결과, 열원온도 $110^{\circ}C$에서 축동력 5.22kW가 발생, 압력비 7.41, 열효율 9.09%가 계산되어졌으며, 엔진연동실험에서는 고온수 온도 $86^{\circ}C$에서 축동력 2kW가 발생, 이 때의 압력비는 3.75, 열효율 6.45%가 계산되었다.