• 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.

• 한국태양에너지학회 논문집
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• 제31권3호
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• pp.73-79
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• 2011

ORC(organic Rankine cycle) has potential of reducing consumption of fossil fuels and has many favorable characteristics to exploit low-temperature heat sources. This work analyzes performance of ORC with superheating using low-temperature energy sources in the form of sensible energy. Maximum mass flow rate of a working fluid relative to that of a source fluid is considerd to extract maximum power from the sources. Working fluids of R134a, $iC_4H_{10}$ and $C_6C_6$, and source temperatures of $120^{\circ}C$, $200^{\circ}C$ and $300^{\circ}C$ are considered in this work. Results show that for a fixed source temperature thermal efficiency increases with evaporating temperaure, however net work per unit mass of source fluid has a maximum with respect to the evaporating temperature in the range of low source temperature. Results also show that the maximum power extraction is possible with R134a for the source temperature of $120^{\circ}C$, with $iC_4H_{10}$ for $200^{\circ}C$, and with $C_6C_6$ for $300^{\circ}C$.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제26권1호
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• pp.79-87
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• 2015

In a gas engine, the exhaust and the engine cooling water are generated. The engine cooling water temperature is $100^{\circ}C$ and the exhaust temperature is $500^{\circ}C$. The amount of heat of engine cooling water is 43 kW and the amount of heat of exhaust is 21 kW. Eight different hybrid organic Rankine cycle (ORC) system configurations which considering different amount and temperature of waste heat are proposed for two gas engine tri-generation system and are thermodynamically analyzed. Simple system which concentrating two different waste heat on relatively low temperature engine cooling water shows highest thermal efficiency of 7.84% with pressure ratio of 3.67 and shaft power of 5.17 kW.

• 한국가스학회지
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• 제19권4호
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• pp.41-48
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• 2015

스크롤 팽창기의 성능특성은 유기랭킨사이클 (ORC) 시스템의 성능에 가장 중요한 변수이다. 본 연구에서는 1kW급 ORC 시스템을 구성하여 다양한 작동 조건에서 스크롤 팽창기의 성능특성을 파악하였다. ORC 시스템은 증발기, 스크롤 팽창기, 응축기, 작동유체펌프로 구성되어 있으며, 작동유체로 R245fa를 사용하였다. 고온수 온도는 50kW급 전기히터에 의해 $80^{\circ}C$에서 $115^{\circ}C$까지 제어되었다. 스크롤 팽창기의 최대 등엔트로피 효율은 77%로 측정되었고, ORC 시스템의 축동력은 열원의 온도 조건 및 팽창기의 회전속도에 따라 0.5kW에서 1.8kW까지 측정되었다.

• 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.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권9호
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• pp.937-944
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• 2012

선박의 주 추진용 디젤엔진에서 배출되는 배기가스의 폐열을 회수하는 발전시스템에 대하여, 작동유체로서 물이 적용된 3 변 사이클에 대한 열역학적 특성을 이론적으로 조사하였다. 그 결과로, 하나의 열원이 주어지면, 에너지 및 엑서지 효율은 터빈입구에서 작동유체에 대한 압력 및 온도의 특정한 조건에 의하여 최대화될 수 있었다. 그러한 조건에 대하여 응축온도의 증가에 따라, 터빈의 체적 팽창비를 적절하게 감소시킬 수 있었는데, 열원의 엑서지 손실률 및 응축기에서 엑서지 파괴율이 크게 증가되었다. 따라서, 상부 사이클에서 버려지는 엑서지를 회수하기 위하여, 저온 열원에 적합한 유기랭킨사이클을 하부 사이클로 적용하는 복합 사이클이 유용할 수 있다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2015년도 전력전자학술대회 논문집
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• pp.377-378
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• 2015

본 논문에서는 유기랭킨 사이클(organic rankine cycle: ORC) 발전 시스템에서 터빈과 발전기의 속도를 추정하는 방법을 제안한다. 다이오드 정류기에 의해 왜곡된 발전기 3상 단자 전압은 PLL 기법을 이용한 속도추정의 성능을 저하시키므로, 정상분 추출과 맥동성분 제거를 위한 상태관측기와 주파수 가변형 PR 제어기를 동기좌표계 PLL 기법에 적용하여 발전기의 속도를 추정한다. 제안하는 터빈과 발전기의 속도추정 방법은 실험 결과를 통해 그 성능을 검증한다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제38권1호
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• pp.8-14
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• 2014

본 연구에서는 R-245fa를 작동유체로 하는 250kW급의 선박폐열회수 발전 시스템을 설계하고 과열기의 구성에 따른 사이클 특성을 연구 하였다. 과열기와 증발기의 직렬연결과 병렬연결의 2가지 조건을 시뮬레이션 하였다. 과열기와 증발기의 직렬연결 시뮬레이션에서는 작동유체 과열에 따른 엔탈피 증가로 4.7%의 출력상승을 얻을 수 있었고, 목표출력을 250kW로 정하였을 경우에는 사이클유량을 4.1% 감소시킬 수 있었다. 과열기와 증발기의 병렬연결 시뮬레이션에서는 사이클의 목표출력을 250kW로 정하였을 경우에 과열기로 가는 열원유체의 유량이 증가함에 따라 사이클 유량이 감소하여 작동유체펌프의 소요동력이 최대 7.9% 감소 하였으며, 유량비율에 따른 사이클효율과 정미효율은 큰 변화가 없었다.

• 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.

• 한국항해항만학회지
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• 제36권5호
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• pp.349-355
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• 2012

본 논문에서는 선박에서 배출되는 $CO_2$ 배출을 최소화하기 위한 노력의 일환으로 선박에서 배출되는 열에너지를 회수하고 재활용하여 극대화 시킬 수 있는 방안들을 조사하고 버려지는 열에너지를 이용하여 ORC(Organic Rankine Cycle) 발전장치를 구동함으로써 선박의 에너지 효율을 높이고 온실가스 배출을 최소화할 수 있는 방안들을 연구하였다. 선박에서 배출되는 배기가스의 폐열을 열원으로 하는 유기냉매 랭킨사이클을 구성하는 방안과 열에너지 비중은 높지만 상대적으로 낮은 온도인 해수냉각 시스템으로 배출되는 열에너지를 재활용하여 터빈 발전기를 구동하는 ORC 발전시스템을 설계하고 시뮬레이션 하였다. 시스템 해석 결과 배기가스에서는 1,000kW급, 해수 냉각 시스템에서는 650kW급 발전 출력을 얻을 수 있었고, 다양한 친환경 유기냉매를 이용하여 온도와 유량 조건에 따른 열 해석을 실시하여 시스템의 효율과 출력을 비교하였다.