• 동력기계공학회지
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• 제16권4호
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• pp.30-36
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• 2012

A scroll expander has been designed to produce a shaft power from a R134a Rankine cycle for electricity generation. Heat was supplied to the Rankine cycle through a heat exchanger, which received heat from another cycle of water. In the water cycle, water was heated up in a boiler using biogenic solid fuel. The designed scroll expander was a horizontal type, and a trochoidal oil pump was employed for oil supply to bearings and Oldham-ring keys. For axial compliance, a back pressure chamber was created on the backside of the orbiting scroll base plate. Numerical study has been carried out to estimate the performance of the designed scroll expander. The expander was estimated to produce the shaft power of about 2.9 kW from a heat supply of 36 kW, when the temperature of R134a was $80^{\circ}C$ and $35^{\circ}C$ at the evaporator and condenser of the Rankine cycle, respectively. The expander efficiency was about 70.5%. When the amount of heat supply varied in the ranges of 7.5~55 kW, the expander efficiency changed in the range of 45.6~70.5%, showing a peak efficiency of 70.5% at the design shaft speed.

• 설비공학논문집
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• 제17권4호
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• pp.325-332
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• 2005

This paper addresses the development of a scroll expander for power generation from relatively low temperature steam source. It has a double-sided orbiting scroll member so that no thrust bearing is needed to support the base plate of the orbiting scroll. Three power transmission shafts are placed at the periphery of the orbiting scroll base plate, and these shafts can also function as anti-rotation devices. Final output is obtained from the main central shaft engaged with the three power transmission shafts through gear assembly. The clearance between the fixed and orbiting scroll elements was estimated by comparing measurement of the mass flow rate with calculation results of a computer simulation. Due to large clearance, the expander total and volumetric efficiencies were measured to be $34\%\;and\;43\%$, respectively. It has been shown through the computer simulation that the total and volumetric efficiencies could be improved to $65\%\;and\;83\%$, respectively, if the current clearance is reduced by half.

• 에너지공학
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• 제26권1호
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• pp.28-33
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• 2017

액화질소 엔진은 유해 배출물질을 전혀 배출하지 않는 고청정 동력기관이며, 에너지 밀도면에서 배터리에 비해 크기 때문에 전기자동차에 대한 경쟁력을 가지고 있다. 기존의 액화질소 엔진은 주로 왕복동 방식에 국한되어 왔다. 본 논문에서는 스크롤 팽창기를 적용하는 액화질소 엔진의 개념을 도입하였다. 스크롤 팽창기를 엔진에 적용할 경우 엔진 효율이 증가할 수 있고, 구조의 단순화 구현이 가능하여 기존 왕복동 방식 엔진에 비해 기술적, 경제적 경쟁력을 가질 수 있다. 본 연구에서는 액체 질소 분사압력을 변화시키면서 스크롤 팽창기가 적용된 액화질소 엔진의 성능을 분석하였다.

• 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.

• 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.

• 설비공학논문집
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• 제26권4호
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• pp.151-157
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• 2014

An algebraic scroll expander has been fabricated and tested in a R134a Rankine cycle with heat source of 20 kW. For the operating conditions of 20~26 bar and $90{\sim}93^{\circ}C$ at the expander inlet and 8~9 bar at the outlet, the expander produced the shaft output power of about 0.6~0.7 kW in the operating speed range of 1500~2000 rpm. These correspond to the expander efficiency of 40~45%. The volumetric efficiency increased with increasing of the expander speed, reaching to 80% at 2000 rpm. Comparing to numerical simulation results, mechanical efficiency from the test data was found to be considerably low by as much as 30%, indicating that reduction in the frictional loss should be made to improve the scroll expander efficiency.

• 설비공학논문집
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• 제18권5호
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• pp.434-442
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• 2006

In a two-stage compression $CO_2$ transcritical cycle, application of a scroll expander-compressor unit has been considered in order to improve the cycle COP. For both expander and 1st stage compressor, scroll wrap profile which was originally designed for a R410A air-conditioning cycle mechanism was used with minor modifications: wrap height and involute end angle were adjusted for required displacement volume and built-in volume ratio. For pressure condition of 10 Mpa/3.5 MPa and expander inlet temperature of $35^{\circ}C$, 25% improvement in COP was obtained by using expander-compressor unit. As evaporator pressure increased, COP improvement was lowered mainly due to decreasing compressor peformance.

• 한국가스학회지
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• 제20권5호
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• pp.50-56
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• 2016

본 연구에서는 개방형 무급유식 스크롤 압축기를 개조하여 유기랭킨사이클(ORC)용 소형의 스크롤 팽창기를 설계 및 제작하였다. 팽창기 케이스는 직육면체 형태로 총 체적은 $0.0394m^3$이며, 성능특성 연구를 위해 작동유체로 R245fa를 사용하는 ORC 사이클을 구축하고, 다양한 팽창기 입구압력 및 회전속도 조건에서 성능시험을 수행하였다. 성능시험에서 획득한 열역학적 물성값을 스크롤 팽창기의 semi-empirical 시뮬레이션 모델에 적용해 파라미터를 계산하고, 열역학적 분석을 통해 계산한 실험값과 시뮬레이션값의 비교를 수행하였다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2005년도 창립60주년 기념 추계 학술대회
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• pp.101.1-101.1
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• 2005

• 에너지공학
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• 제25권4호
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• pp.170-175
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• 2016

현재 자동차의 주요 동력원은 내연기관이 가장 많은 비중을 차지하고 있다. 내연기관 자동차로 인한 환경문제를 해결하기 위한 친환경 자동차로는 하이브리드 자동차, 전기 자동차 및 공기 엔진 자동차 등을 들 수 있다. 배터리를 이용하는 하이브리드 차나 순수 전기차 등도 아직은 크지 않으나 점차 많은 비중을 차지하여 나가고 있다. 전기모터를 사용하는 전기차에 비해 압축공기를 이용하는 공기 엔진 자동차는 아직은 연구개발이 거의 이루어지지 않은 상태이다. 본 논문에서는 스크롤 팽창기를 적용하는 새로운 압축공기 엔진을 소개하고, 이 엔진을 장착한 자동차의 주행거리 가능 거리를 이론적으로 산출하였다.