• Journal of Mechanical Science and Technology
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• 제20권9호
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• pp.1502-1513
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• 2006

This study analyzes the design and part load performance of a power generation system combining a micro gas turbine (MGT) and an organic Rankine cycle (ORC). Design performances of cycles adopting several different organic fluids are analyzed and compared with performance of the steam based cycle. All of the organic fluids recover greater MGT exhaust heat than the steam cycle (much lower stack temperature), but their bottoming cycle efficiencies are lower. R123 provides higher combined cycle efficiency than steam does. The efficiencies of the combined cycle with organic fluids are maximized when the turbine exhaust heat of the MGT is fully recovered at the MGT recuperator, whereas the efficiency of the combined cycle with steam shows an almost reverse trend. Since organic fluids have much higher density than steam, they allow more compact systems. The efficiency of the combined cycle, based on a MGT with 30 percent efficiency, can reach almost 40 percent. hlso, the part load operation of the combined system is analyzed. Two representative power control methods are considered and their performances are compared. The variable speed control of the MGT exhibits far better combined cycle part load efficiency than the fuel only control despite slightly lower bottoming cycle performance.

• 설비공학논문집
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• 제17권6호
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• pp.536-543
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• 2005

This study analyzes the design performance of a combined system of a recuperated cycle micro gas turbine (MGT) and a bottoming organic Rankine cycle (ORC) adopting refrigerant (R123) as a working fluid. In contrast to the steam bottoming Rankine cycle, the ORC optimizes the combined system efficiency at a higher evaporating pressure. The ORC recovers much greater MGT exhaust heat than the steam Rankine cycle (much lower stack temperature), resulting in a greater bottoming cycle power and thus a higher combined system efficiency. The optimum MGT pressure ratio of the combined system is very close to the optimum pressure ratio of the MGT itself. The ORC's power amounts to about $25\%$ of MGT power. For the MGT turbine inlet temperature of $950^{\circ}C$ or higher, the combined system efficiency, based on shaft power, can be higher than $45\%$.

• 에너지공학
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• 제23권4호
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• pp.230-235
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• 2014

본 연구에서는 프로토 타입 베인 팽창기가 적용된 초소형 유기 랭킨사이클을 구성하고, 팽창기 전단 온도가 약 $110^{\circ}C$이고, 냉매유량을 일정하게 유지한 조건에서 베인 팽창기 회전수를 변화시키면서, 팽창기 출력, 효율 및 팽창기 전후단 압력, 온도 등을 측정하였다. 베인 팽창기 성능 측정 결과 팽창기 회전수가 증가됨에 따라 팽창기 출력 및 효율이 증가하였다. 팽창기 전효율은 500 rpm 회전수 조건에서 6~7%이고, 1000 rpm 에서는 11~12%임을 보였다. 팽창기 전효율이 낮은 원인은 팽창기 체적효율이 낮기 때문인 것으로 분석되었으며, 향후 체적효율을 향상시키기 위해 팽창기 누설을 개선하기 위한 연구가 진행될 예정이다.

• 에너지공학
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• 제21권4호
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• pp.398-401
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• 2012

본 연구에서는 자동차용 엔진 폐열 회수 유기랭킨사이클에 적용하기 위해 개발 중인 스크롤 팽창기의 효율을 상용 스크롤 팽창기와 비교 분석을 수행하였다. 팽창기 효율 특성 시험을 위해 유기랭킨사이클을 운전하면서 팽창기 출력, 팽창기 입구 온도, 압력 및 작동유체(냉매 R134a)의 유량을 측정하였으며, 개발 중인 스크롤 팽창기의 전효율은 상용 스크롤 팽창기의 전효율에 비해 매우 낮은 수준을 나타내었다. 특히 팽창기 내부의 작동유체 누설에 의한 체적효율 저하가 전효율 저하에 큰 영향을 주는 것으로 파악되었기 때문에 향후 팽창기 효율 향상을 위해 팽창기 내부의 누설문제를 필히 해결해야할 것으로 분석되었다.

• 대한설비공학회:학술대회논문집
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• 대한설비공학회 2004년도 동계학술대회 논문집
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• pp.26-26
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• 2004

• 설비공학논문집
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• 제23권12호
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• pp.776-781
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• 2011

The rapid increases in global energy demand and global warming need renewable energy sources such as solar thermal energy, biomass energy and waste heat. A ORC-based micro-CHP system(< 10 kWe) is one of the effective means to use renewable energy and solve energy problems because of its compactness, flexibilities and lower cost compared to other systems. The most important core components of the ORC is the expander which has a strong effect on the cycle efficiency. In the range of power output from 1 to 10 kW, the scroll expander is a good choice due to its performance and reliability. In this study, we have carried out an experimental study on an ORC equipped with oil-free scroll expander working with refrigerant R134a. We have measured power output and thermal efficiencies of the ORC and analyzed correlation between volumetric efficiencies of the expander and thermal efficiencies of the ORC.

• 청정기술
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• 제24권4호
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• pp.357-364
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• 2018

미세조류 및 거대조류 등 3세대 바이오매스로부터 바이오가스를 생산하는 연구는 다양한 규모의 실험을 통해 수행된 바 있다. 이 논문에서는 3세대 바이오매스 중 거대조류, 즉 해조류 바이오매스로부터 유래된 바이오가스를 이용하는 복합 열병합 발전의 상용화 가능성을 살펴보았다. 이를 위해 고체산화물 연료전지와 가스터빈, 그리고 유기랭킨사이클로 이루어진 산업 스케일의 통합 열병합발전을 상용 공정모사기를 이용하여 설계, 모사하였고, 계산된 열 및 물질수지를 통해 장치의 가격을 추정하고 경제성을 분석하였다. 모사 결과 설계된 열병합발전 공정은 시간당 62.5톤의 건조 갈조류 원료로부터 생산된 36톤의 바이오가스를 이용하여 68.4 MW의 전력을 생산한다. 이 결과를 토대로 다양한 시나리오에 대해 경제적으로 평가하고 균둥화 발전비용(levelized electricity cost, LEC)을 계산하였는데, SOFC의 수명이 5년, 스택 가격이 $$225kW^{-1}$일 때 LEC는 12.26 ¢ $kWh^{-1}$로 기존의 고정 발전과 동등한 수준으로 나타났다.