• 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.

• 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.

• 한국가스학회지
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• 제21권5호
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• pp.27-35
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• 2017

폐기물 소각시설 굴뚝의 배기가스를 측정하여 활용 가능한 폐열의 양과 질을 확인한 바 그 양과 온도는 13.8kg/s, $176.6^{\circ}C$ 정도였다. 본 연구에서는 R-245fa를 작동유체로 하는 소각폐열회수 유기랭킨사이클(Organic Rankine Cycle: ORC) 발전시스템을 설계하고 다음과 같이 3가지 사례조건들을 시뮬레이션을 하였다. 기본 ORC 시스템에 따른 시뮬레이션에서는 출력과 총효율이 각각 96.56kW, 14.13% 임을 확인하였다. 과열기 추가에 따른 시뮬레이션에서는 작동유체 과열에 따른 엔탈피 증가로 0.09%의 출력상승을 얻을 수 있었으나, 작동유체의 감소로 16.58kW 만큼 적은 출력을 보였다. 그리고 공정열교환기 추가에 따른 시뮬레이션에서는 남은 배기가스의 열을 공정열수를 생산하여 총효율 38.51%까지 향상시켰다.

• 해양환경안전학회지
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• 제27권5호
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• pp.647-655
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• 2021

IMO에서는 선박으로부터 온실가스 감축을 위해 선박의 에너지효율 증진에 관한 논의를 진행하고 있다. 현재, 선박으로부터 발생되는 폐열을 이용한 ORC 발전 시스템을 적용함으로써 선박으로부터 높은 에너지 변환 효율을 기대할 수 있다. 이 기술은 물보다 더 낮은 온도 범위에서 증발하는 프레온 또는 탄화수소 계통의 유기 매체를 작동 유체로 사용한다. 이를 통해 상대적으로 낮은 저온에서 증기(기체)를 생성 및 동력을 발생시킬 수 있다. 본 연구에서는 유기 랭킨 사이클인 ORC 발전 시스템에서 냉매와 폐열 사이 열·유동해석(Analysis of Heat flow)을 3D 시뮬레이션 기법을 이용하여 구조물의 내·외부에 흐르는 유체가 온도 변화, 속도 변화, 압력 변화 및 질량 변화를 통해서 구조물에 어떤 영향을 미치는지를 분석하고자 하며, 동 연구는 이 기법을 이용하여 ORC 발전 시스템에서 냉매와 선박 주기관의 배기가스로부터 일어나는 열교환기의 열전달을 해석하였다.

• 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.

• 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.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제31권6호
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• pp.637-645
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• 2020

In this paper, entransy analysis is carried out for combined heat and power (CHP) generation system driven by low-grade heat source compared with energy and exergy analyses. The system consists of a regenerative organic rankine cycle (ORC) and an additional process heater in a series circuit. Special attention is paid to the effects of the turbine inlet pressure, source temperature, and the working fluid on the thermodynamic performance of the system. Results showed that the work efficiency of entransy is higher than that of energy but lower than that of exergy, wheress the process heat efficiency of entransy is lower than that of energy but higher than that of exergy. Entrance analysis showed the potential to complement the exergy analysis in the optimal design of the energy system.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제32권1호
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• pp.77-85
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• 2021

In this paper, entransy analysis is carried out for combined heat and power (CHP) generation system driven by low-grade heat source compared with energy and exergy analyses. The system consists of an organic Rankine cycle (ORC) and an additional process heater in a parallel circuit. Special attention is paid to the effects of the source temperature, turbine inlet pressure, and the working fluid on the thermodynamic performance of the system. Results showed that the work efficiency of entransy is higher than that of energy but lower than that of exergy, wheress the process heat efficiency of entransy is lower than that of energy but higher than that of exergy. Entrancy analysis showed the potential to complement the exergy analysis in the optimal design of the energy system.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제26권6호
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• pp.590-599
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• 2015

In this paper a performance analysis is carried out based on the first and second laws of thermodynamics for heat exchanger in organic Rankine cycle (ORC) for the recovery of low-temperature finite thermal energy source. In the analysis, effects of the selection of working fluid and pinch temperature difference are investigated on the performance of the heat exchanger including the effectiveness of the heat exchanger, exergy destruction, second-law efficiency, number of transfer unit (NTU), and pinch point. The temperature distribution are shown depending on the working fluids and the pinch temperature difference. The results show that the performance of the heat exchanger depends on the pinch temperature difference sensitively. As the pinch temperature increases, the exergy destruction in the evaporator increases but the effectiveness, second law efficiency and NTU decreases.

• 한국태양에너지학회 논문집
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• 제31권6호
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• pp.49-56
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• 2011

In this study a novel cogeneration system driven by low-temperature sources at a temperature level below $190^{\circ}C$ is investigated by first and second laws of thermodynamics. The system consists of Organic Rankine Cycle(ORC) and an additional heat generation as a parallel circuit. Seven working fluids of R143a, R22, R134a, R152a, $iC_4H_{10}$(isobutane), $C_4H_{10}$(butane), and R123a are considered in this work. Maximum mass flow rate of a working fluid relative to that of the source fluid and optimum turbine inlet pressure are considered to extract maximum power from the source. Results show that due to a combined heat and power generation, both the efficiencies by first and second laws can be significantly increased in comparison to a power generation, however, the second law efficiency is more resonable in the investigation of cogeneration systems. Results also show that the working fluid for the maximum system efficiency depends on the source temperature.