• 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.

• 설비공학논문집
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• 제26권4호
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• pp.158-162
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• 2014

A series of numerical simulation has been carried out to study thermo-hydraulic characteristics of a primary surface type heat exchanger, which is designed for the evaporator and condenser of a geothermal ORC. Working fluid is geothermal water at hot side and R-245fa, which is a refrigerant designed for ORC, at cold side. Amplitude ratio of the channel and Reynolds number are considered as design parameters. Nusselt number is presented for the Reynolds number ranging from 50 to 150 and compared to analytic solutions. The result shows that higher amplitude ratio channel gives better heat transfer performance within the range of investigation.

• 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.

• 한국지열·수열에너지학회논문집
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• 제5권1호
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• pp.1-6
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• 2009

In this study, an ORC (Organic Rankine Cycle) is investigated for a low-temperature geothermal power generation by a simulation method. A steady-state simulation model is developed to analyze cycle's performance. The model contains a turbine, a pump, an expansion valve and heat exchangers. The turbine and pump are modelled by an isentropic efficiency. Simulations were carried out for the given heat source and sink inlet temperatures, and given flow rate that is based on the typical power plant thermal-capacitance-rate ratio. HFC-245fa is considered as a working fluid of the cycle. Simulation results, at the given secondary working fluids conditions, show that even though the power can be presented by both the evaporating temperature and the turbine inlet superheat, it depends on the evaporating temperature primarily.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제38권3호
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• pp.276-284
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• 2014

본 연구의 목적은 ORC(Organic Rankine Cycle) 반경류터빈의 설계기법을 확립하는 것이다. 이를 위하여 반경류터빈의 예비설계프로그램인 RTDM(Radial Turbine Design Modeler) Ver.2.1를 개발하였다. RTDM Ver.2.1의 정확성을 검증하기 위해 R32를 이용한 200kW급 OTEC(Ocean Thermal Energy Conversion)용 반경류터빈을 설계하였고 이에 대해 CFD(Computational Fluid Dynamics) 수치해석을 수행하였다. 그 결과 RTDM Ver.2.1의 정확성은 설계한 반경류터빈의 전엔탈피 강하를 기준하여 약 94.6%로 나타났다. 본 연구에서는 반경류터빈의 설계요구조건인 출력조건과 로터출구조건을 충족시키기 위해 질량유량조정 방법을 도입하였다. 이에 따라 RTDM Ver.2.1을 이용하여 설계한 200kW급 OTEC용 반경류터빈의 질량유량은 21.2kg/s이며 이 때 Total to Total과 Total to Static 효율은 각각 89.8%, 85.3%이다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제26권3호
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• pp.278-286
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• 2015

This paper presents the analytical results of the thermodynamic performance characteristics for a cogeneration system using regenerative organic Rankine cycle (ORC) driven by low-grade heat source. The combined heat and power cogeneration system consists of a regenerative superheated ORC and an additional process heater in a series circuit. Eight working fluids of R134a, R152a, propane, isobutane, butane, R245fa, R123, and isopentane are considered for the analysis. Special attention is paid to the effect of turbine inlet pressure on the system performance such as thermal input, net power and useful heat productions, electrical, thermal, and system efficiencies. The results show a significant effect of the turbine inlet pressure and selection of working fluid on the thermodynamic performance of the system.

• 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.

• 터널과지하공간
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• 제23권6호
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• pp.561-571
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• 2013

1984년 프랑스 Soultz-sous-For$\hat{e}$ts 지역에서 시작된 Soultz 프로젝트는 2007년 11월에 1.5 MW급 Organic Rankine Cycle (ORC) binary 발전 설비가 완성되기까지 20여년에 걸쳐 인공 지열저류층 생성기술(EGS; Enhaced Geothermal System) 개발을 위한 다양한 실험과 연구가 이루어져, 그 축적된 기술은 호주의 Cooper basin, 독일의 Landau, Insheim 등의 지열발전 프로젝트에 활용되고 있다. 우리나라의 포항에서도 현재 지열발전 프로젝트가 진행되고 있는 시점에서 이 보고에서는 지열저류층 생성 측면에서 Soultz에서의 경험을 살펴보았다. 포항의 경우, 지질학적인 측면에서 Soultz의 환경과 유사한 부분이 많으며 따라서, Soultz에서의 경험과 know-how를 잘 연구하고 개선하여 적용한다면 불필요한 시행착오나 시간적, 경제적인 낭비요소를 배제할 수 있을 것이며, 이 보고가 그에 보탬이 되기를 기대한다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제40권6호
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• pp.484-492
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• 2016

유기랭킨사이클의 열역학적 효율에 지대한 영향을 미치는 구성요소는 터빈이며, 성능이 우수한 터빈의 원활한 개발을 위해서는 정밀한 예비설계 뿐만 아니라 성능 예측을 위한 유동해석과 구조적인 안전성을 평가하기 위한 구조해석이 필수적이다. 그러나 현재 이러한 포괄적인 유기랭킨사이클용 반경류 터빈에 대한 개발 내용을 포함한 연구사례를 찾아보기 힘들다. 본 연구에서는 유기랭킨사이클용 반경류 터빈에 대한 예비설계를 수행하고 유동해석 뿐만 아니라 구조해석을 수행하였다. 예비설계에는 인하우스 코드 형태로 개발된 RTDM이 사용되었으며 그 결과는 유동해석 결과로부터 설계목표를 충족하는 것으로 나타났다. 예비 설계한 터빈에 대한 구조해석은 선정한 터빈의 재료가 예비 설계한 터빈의 유동조건에 적합한지 여부를 판단하기 위하여 수행되어야 하며, 구조해석 결과로부터 본 연구에서 선정한 알류미늄 합금은 예비 설계한 터빈의 유동조건에 적합한 것으로 판단되었다. 그러나 예비설계 알고리즘 및 수치해석 기법에 대한 신뢰성은 실증실험을 통하여 엄밀히 검증되어야 할 것으로 판단된다.

• 플랜트 저널
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• 제10권2호
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• pp.38-47
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• 2014

2012년부터 신재생에너지 의무공급제도가 국내에 도입되고, 전 세계적인 에너지 절약과 환경보존 측면에서 미활용 및 신재생에너지원에 대한 관심이 날로 증가하고 있다. 특히, 중저온 열원의 활용방안에 대하여 많은 관심과 연구가 활발하게 진행되면서 고부가가치의 전력생산이 가능한 유기랭킨사이클이 그 대안으로 떠오르고 있다. 따라서 본 연구에서는 유기랭킨사이클 발전시스템을 하수 처리장 1,500 kW 바이오가스엔진 배기열을 열원으로 하부 사이클을 구성하여 성능해석 상용 프로그램으로 성능특성을 예측하였다. 바이오가스엔진 배열의 실제 운전조건은 $460^{\circ}C$의 온도와 매 초당 2.7 kg의 유량으로 운전되고 있었다. 이러한 열원 온도에 적합한 작동유체를 다수 선정하여 작동유체 종류별 성능해석을 수행하였으며, 최고의 성능이 나타나는 이소펜탄의 경우 163.1 kW의 발전출력과 13.66%의 효율을 얻을 수 있었다.