A steam Rankine cycle was considered to recover waste heat from the exhaust gas of an automobile. Conceptual design of a swash plate type expander was practiced to convert steam heat to shaft power. With the steam pressure and temperature of 35 bar and $300^{\circ}C$ at the expander inlet, respectively, the expander was estimated to produce the shaft power output of about 1.93 kW from the exhaust gas waste heat of 20 kW. The expander output increased linearly accordingly to the amount of exhaust gas waste heat in the range of from 10-40 kW, and the Rankine cycle efficiency was more or less constant at about 9.6% regardless of the waste heat amount.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.23
no.5
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pp.313-320
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2011
For a steam Rankine cycle to recover waste heat from the exhaust gas of an Internal combustion engine, a swash plate type of expander as a power conversion unit has been designed. Numerical simulation has been carried out to estimate the performance of the designed expander. With the steam pressure and temperature of 35 bar and $300^{\circ}C$ at the expander inlet, respectively, the expander was estimated to produce the shaft power output of about 2.67 kW from the exhaust gas waste heat of 25.2 kW. The expander output increased almost linearly with the amount of exhaust gas waste heat in the range of from 5~40 kW, and the expander and Rankine cycle efficiencies showed gradual decreases in the ranges of 72.2%~69.5% and 10.8%~10.4%, respectively.
Johnston, S.L.;Hancock, J.D.;Hines, R.H.;Kennedy, G.A.;Traylor, S.L.;Chae, B.J.;Han, In K.
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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v.12
no.4
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pp.565-572
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1999
Two experiments were conducted to determine the effects of conditioning (conventional vs expander) corn- and sorghum-based diets on production traits for lactating sows and finishing pigs. In Exp. 1, one hundred sixty-eight sows (parity 1-4, PIC line C15) were fed the corn or sorghum grain diets as a meal, standard (steam) conditioned pellets, or expanded pellets to give a $2{\times}3$ factorial arrangement of treatments. Pellet durability index (PDD was similar for the sorghum- vs corn-based diets, but increased when diets were expanded pellets for both corn- and sorghum-based diets. The corn-based meal diet supported 3.3% greater litter weight gain than the sorghum-based meal diet (44.0 kg vs 42.8 kg). However, the advantage for the corn-based diet disappeared with expander processing (ie., sows fed the sorghum-based diet responded more to diets processed with the alternative processing technology). Sow weight change during lactation was similar (p>0.15) among treatments, although average daily feed intake tended to be greater (p<0.09) for the sows fed sorghum. For Exp. 2, a total of 71 barrows (average initial weight of 58.0 kg) were used in a growth assay to determine the effects of feeding com- and sorghum-based diets, as meal or pellets, after processing with a conventional steam conditioner or an expander (high-shear) conditioner. PDI was not different for the sorghum- vs corn-based diets, but increased from 84 to 95% with expander conditioning compared to conventional steam conditioning. Rate and efficiency of gain, and carcass leanness were similar for pigs fed sorghum and corn (p>0.15). Efficiency of gain was greater (p<0.04) for pigs fed the pelleted (356 g/kg) diets compared to those given the meal (348 g/kg) diets. However, efficiencies of gain were similar (p>0.11) for pigs fed the conventional- and expander-conditioned diets. Pelleting increased (p<0.01) the incidence and severity of stomach lesions regardless of grain type. In conclusion, corn-based meal diet resulted in a greater litter weight gain than the sorghum-based meal diet. However, that advantage disappeared when the diets were expanded and pelleted. Finishing pigs fed pelleted diets were more efficient than those fed meal diets.
Johnston, S.L.;Hines, R.H.;Hancock, J.D.;Behnke, K.C.;Traylor, S.L.;Chae, B.J.;Han, In K.
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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v.12
no.4
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pp.558-564
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1999
A series of experiments were conducted to determine the effects of standard (ST), long-term (LT), and expander (EX) conditioners on nutritional value of phase-three nursery and finishing swine diets. In Exp. 1, 180 pigs (average initial BW of 11.7 kg) were fed com-soybean meal based diets (1.3% lysine) during a 28 d growth assay. Gain/feed was improved (p<0.004) with pelleting and pellet durability index (PDI) increased with degree of conditioning (LT>ST). However, there was no advantage for LT vs ST conditioning in rate or efficiency of gain (p>0.5). In Exp. 2, 180 pigs (average initial BW of 10.4 kg) were fed con-soybean meal based diets (0.9% lysine) during a 28 d growth assay, Pelleted diets tended to support greater ADG (p<0.08) and gain/feed (p<0.002) with no marked advantage from EX vs ST conditioning. In Exp 3, a total of 70 barrows (average initial BW of 54 kg) was used in a growth assay to determine the effects of feeding a com-soybean meal based diet processed with a standard (ST) steam conditioner, a long-term (LT) steam conditioner, and an expander (EX) conditioner. The conditioned diets were fed as mash (M) or pellets (P) to give a $2{\times}3$ factorial plus a meal control. PDI increased with degree of conditioning (EX>LT>ST). There was a trend (p<0.07) for greater ADG in pigs fed diets that had been thermally conditioned. Also, there was a general advantage in gain/feed with pelleting (p<0.04), but this advantage was pronounced only with standard conditioning. Indeed, the greatest gain/feed was observed for pigs fed the expander treatments (p<0.03) and the expander mash was used as efficiently as the expander pellets. There was no difference in backfat thickness among pigs fed the treatments (p>0.3). but the more extreme the processing technique. the greater the incidence and severity of stomach lesions (p<0.04). These results suggest maximum rate and efficiency of growth with pelleting after standard steam conditioning or simply feeding an expanded mash.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.17
no.4
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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.
Park, J.S.;Kim, I.H.;Hancock, J.D.;Wyatt, C.L.;Behnke, K.C.;Kennedy, G.A.
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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v.16
no.2
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pp.248-256
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2003
Two experiments were conducted to determine the effects of expander processing and enzyme supplementation of wheat-based diets on growth performance and nutrient digestibility in finishing pigs. For Exp. 1, 60 finishing pigs (average initial BW of 49.5 kg) were fed meal, standard pellets and expanded pellets in a 70 d growth assay. From 49.5 to 79.0 kg, 79.0 to 111.8 kg, and overall (49.5 to 111.8 kg), ADG and ADFI were not affected by pelleting or standard vs expander conditioning (p>0.22). However, from 49.5 to 79.0 kg, pigs fed pellets have greater gain/feed than pigs fed mash (p<0.04), and pigs fed expanded pellets tended to have greater (p<0.10) gain/feed than pigs fed standard pellets. Overall (i.e. from 49.5 to 111.8 kg), gain/feed (p<0.02) and apparent fecal digestibilities of DM (p<0.001) and N (p<0.02) were improved by pelleting the diets. Also, expander processing further improved gain/feed (p<0.06) and digestibility of DM (p<0.04) compared to standard steam conditioning. Scores for keratinization (p<0.002) and ulceration (p<0.003) of the stomach were increased by pelleting, but the mean scores for the various treatments ranged only from 0.05 to 1.08 (i.e., low to mild keratosis and ulceration). For Exp. 2, 80 pigs (average initial BW of 54.1 kg) were fed mash and pellets (standard or expander) without and with xylanase. The enzyme was added to supply 4,000 units of xylanase activity/kg of diet. Adding xylanase to the mash diet improved gain/feed from 90.7 to 115.9 kg (p<0.04) of the growth assay and digestibility of DM (p<0.05) on d 39. However, in pelleted diets, adding the enzyme did not improve growth performance or digestibility of nutrients. Pelleting tended to increase scores for ulceration (p<0.06), and enzyme supplementation decreased stomach keratinization scores for pigs fed the standard pellets (p<0.01). However, as in Exp. 1, the mean scores for all treatment groups were quiet low (i.e., ranging from normal to mild). In conclusion, pelleting improved efficiency of growth, but additional benefits from expander conditioning were observed only in Exp. 1. Finally, xylanase tended to improve growth performance and nutrient digestibility, only in pigs fed mash diets but not in pigs fed pellets.
In swine production, efficiency of utilization of nutrients is imperative. By embracing advances in processing techniques(i.e., fine grinding, pelleting, steam flaking, roasting, extrusion and expanding) nutrient utilization of feeds turfs have greatly improved. Grinding is by far the most commonly used process with reduction of particle size, Expander, like extruders, are high-temperature and pressure-short-term processor. The purpose of using an expander is to improve pellet quality. Also, expanding of dietary ingredients indicates improvements in growth performance and nutrient digestibility. Because feed cost are easily the greatest economic input into swine production, maximizing nutrient utilization is an area that will continue to receive much attention. Therefore, much attention will continue to be placed on feed processing techniques that will give consistent improvements in animal performance and nutrient digestibility.
Johnston, S.L.;Hines, R.H.;Hancock, J.D.;Behnke, K.C.;Traylor, S.L.;Chae, B.J.;Han, In K.
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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v.12
no.3
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pp.395-399
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1999
Three experiments were conducted to determine the effects of conditioning a complex (20% whey, 10% lactose, 4% plasma protein, 4% wheat gluten and 2% blood meal) diet on growth performance of weanling pigs. In Exp. 1,180 pigs (average initial BW of 6.4 kg) were fed the experimental diet (1.7% lysine) during a 7-d growth assay. Treatments were a meal control (M), standard (ST), and expander (EX) conditioned mash or pellets. Rate and efficiency of gain were decreased by 39% and 21% (p<0.005) respectively, for pigs fed EX diets compared to those fed the ST diet. In Exp. 2,196 pigs (average initial BW of 6.5 kg) were used to determine the effects of EX operating conditions on nutritional value of a pelleted complex diet. When steam conditioning temperature (prior to expanding) was $54^{\circ}C$, increasing cone pressure of the EX from 0 to 7 to 14 kg/cm2 resulted in linear decreases in rate of gain of weaned pigs (p<0.006), suggesting heat damage of the diet. Increasing conditioning temperature (i.e., adding steam) of the diets from 46 to 54 to $63^{\circ}C$ (cone pressure at $12kg/cm^2$) resulted in improved rate of gain (p<0.04) of the pigs. However, none of the pigs fed expanded diets compared favorably to the pigs fed the conditioned $(54^{\circ}C)$ pellets processed with no cone pressure. In Exp. 3,168 pigs (average initial BW of 6.6 kg) were used to determine the effects of expanding the various components of the diet. Treatments were M and ST pellets as controls, EX-corn, EX-corn soybean-meal, EX corn-soybean meal-oil, and EX-complete diet. Efficiency of gain was increased by 13% with EX portions of the diet compared to the mash control, but there was a marked decrease in performance when the complete diet was expanded (p<0.001). Expanded corn-soybean meal-oil supported the greatest ADG with a 19% increase compared to the average of the EX corn and EX corn-soybean meal treatments (p<0.005). In conclusion, our results suggest no benefit from expanding complete phase-I diets.
Lee, Chan;Kim, Yong Chul;Lee, Jin Wook;Kim, Hyung Taek
유체기계공업학회:학술대회논문집
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1998.12a
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pp.209-214
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1998
A thermodynamic simulation method is developed for the process design and the performance evaluation of the gas turbine in IGCC power plant. The present study adopts four clean coal gases derived from four different coal gasification and gas clean-up processes as IGCC gas turbine fuel, and considers the integration design condition of the gas turbine with ASU(Air Separation Unit). In addition, the present simulation method includes compressor performance map and expander choking models for considering the off-design effects due to coal gas firing and ASU integration. The present prediction results show that the efficiency and the net power of the IGCC gas turbines are seperior to those of the natural gas fired one but they are decreased with the air extraction from gas turbine to ASU. The operation point of the IGCC gas turbine compressor is shifted to the higher pressure ratio condition far from the design point by reducing the air extraction ratio. The exhaust gas of the IGCC gas turbine has more abundant wast heat for the heat recovery steam generator than that of the natural gas fired gas turbine.
Kim, Young Min;Shin, Dong Gil;Kim, Chang Gi;Woo, Se Jong;Choi, Byung Chul
Journal of Energy Engineering
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v.21
no.4
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pp.402-410
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2012
A two-loop Rankine cycle for engine waste heat recovery of gasoline vehicle has been investigated. Water-steam cycle as a high-temperature (HT) loop for exhaust gas heat recovery and R-134a cycle as a low-temperature (LT) loop for both heat recovery of the engine coolant and the residual heat from the HT loop were considered. Energy and exergy analysis was performed to investigate the performance of the system. Because two volumetric expanders are used for the HT and LT loop, the sizes of two expanders are very important for the optimization of the system. The effects of pressure ratio of the HT loop, considering the size of the HT expander, and the condensation temperature of LT loop on the performance of the system at a target engine condition were investigated. This study shows that about 20% of additional power from the engine waste heat recovery can be obtained at the target engine condition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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