본 연구에서는 현열 형태의 저온 열원과 LNG의 냉열을 이용하는 복합 동력 생산시스템에 대한 열역학적 성능 해석을 수행하였다. 시스템의 작동유체로서 암모니아-물의 비공비 혼합물을 고려하였으며 재생기가 없는 기본 사이클과 있는 재생 사이클의 경우를 비교 해석하였다. 작동유체의 암모니아 농도나 응축 온도에 따라 시스템의 순생산일, 엑서지 파괴, 열효율이나 엑서지 효율 등에 미치는 다양한 영향에 대해 분석하고 논의하였다. 해석 결과는 시스템의 성능 특성이 작동유체의 암모니아 농도나 응축 온도에 따라 민감하게 변화하며, 열원유체 단위질량당 순생산일은 기본 사이클이 유리하나 열효율이나 엑서지 효율은 재생 사이클이 유리하다는 사실을 보여준다.
Recently, the technologies to utilize the cold energy of liquefied natural gas (LNG) have attracted significant attention. In this paper, thermodynamic performance analysis of combined cycles consisting of ammonia Rankine cycle (AWR) and organic Rankine cycle (ORC) with LNG Rankine cycle to recover low-grade heat source and the cold energy of LNG. The mathematical models are developed and the effects of the important system parameters such as turbine inlet pressure, ammonia mass fraction, working fluid on the system performance are systematically investigated. The results show that the thermal efficiency of AWR-LNG cycle is higher but the total power production of ORC-LNG cycle is higher.
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.
충진농도, 냉매 팽창밸브 개도, 그리고 약용액의 유량 변화에 따른 벤치타입 암모니아-물 흡수식 열교환 사이클에 대한 실험을 수행한 결과 시스템의 충진농도가 증가할수록 냉방능력이 증가하였으며, 최적의 충진농도가 존재함을 알았다. 그리고 냉매 팽창 밸브의 개도는 응축기 출구의 직접적인 영향을 주고 있으며 최적의 과냉도가 0~4$^{\circ}C$임을 알았다. 또한 약용액의 유량이 증가시킬수록 증발압력과 강용액의 농도가 즐어들었으며, 냉방능력과 COP가 최대가 되는 최적의 약용액 유량이 존재하였다.
An air-cooled ammonia/water GAX(Generator-Absorber heat eXchange) absorption cooling cycle is proposed and its performance is numerically evaluated. It is shown that the performance of the system is greatly dependent on the quality of the refrigerant leaving the evaporator. For any refrigerant concentration in the investigated range(99.1~99.9% ammonia), the cycle COP(coefficient of performance) reaches the highest value, when some amount(about 7%) of refrigerant evaporates in the refrigerant heat exchanger. Among temperature differences in various heat exchangers, the temperature difference between GAX-absorber and the GAX-generator shows the greatest effect on the system performance, whereas pressure losses cause no significant decrease in COP. The system COP increases almost linearly with increasing evaporator temperature, decreasing absorber temperature or decreasing condenser temperature. If both absorber and condenser temperature increase simultaneously, the decrease in the COP becomes larger.
The power cycle using ammonia-water mixture as a working fluid is a possible way to improve efficiency of the system of low-temperature source. In this work thermodynamic performance of the ammonia-water regenerative Rankine cycle with partial-boiling flow is analyzed for purpose of extracting maximum power from the source. Effects of the system parameters such as mass fraction of ammonia, turbine inlet pressure or ratio of partial-boiling flow on the system are parametrically investigated. Results show that the power output increases with the mass fraction of ammonia but has a maximum value with respect to the turbine inlet pressure, and is able to reach 22 kW per unit mass flow rate of source air at $180^{\circ}C$.
This paper presents a comparative analysis of thermodynamic performance of ammonia-water Rankine cycles with and without regeneration and Kalina cycle for recovery of low-temperature heat source. Special attention is paid to the effect of system parameters such as ammonia mass fraction and turbine inlet pressure on the characteristics of the system. Results show that maximum net power can be obtained in the regenerative Rankine cycle for high turbine inlet pressures. However, Kalina cycle shows better net power and thermal efficiency for low turbine inlet pressures, and the optimum ammonia mass fractions of Kalina cycle are lower than Rankine cycles.
Since the temperature of waste heat source is relatively low, it is difficult to maintain high level of efficiency in power generation when the waste heat recovery is employed in the system. In an effort to improve the thermal efficiency and power output, use of ammonia-water mixture as a working fluid in the power cycle becomes a viable option. In this work, the performance of ammonia-water mixture based Rankine cycle is thoroughly investigated in order to maximize the power generation from the low temperature waste heat. In analyzing the power cycle, several key system parameters such as mass fraction of ammonia in the mixture and turbine inlet pressure are studied to examine their effects on the system performance. The results of the cycle analysis find a substantial increase both in power output and thermal efficiency if the fraction of ammonia increases in the working fluid.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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