• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제24권2호
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• pp.24-30
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• 2000

The high-pressure natural refrigerant $CO_2$ is now being evaluated for use in the motor vehicle air-conditioning systems and for several types of unitary equipment. In this study thermodynamic properties of $CO_2$ is compared to those of R-22 and R-134a and the performance characteristics of $CO_2$ refrigeration cycle is analyzed. The results show that the optimum discharge pressure for the cycle performance exists. New design concept for the $CO_2$ refrigeration system should be developed due to the high-operating pressure of itself.

• 태양에너지
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• 제19권3호
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• pp.101-113
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• 1999

Thermodynamic performance of a simple Rankine cycle, regenerative Rankine cycle, and Kalina cycle for Ocean thermal Energy Conversion(OTEC) is evaluated under the same condition with various working fluids. The evaporator and condenser are modeled by a UA and LMTD method while the turbine and pump are modeled by considering isentropic efficiencies. As for the working fluids, R22, R134a, R32, propylene, ammonia are used for the Rankine cycles while ammonia/water and R32/R134a mixtures are used for Kalina cycle. Calculated results show that newly developed fluids such non-ozone depleting refrigerants as R134a and R32 perform as well as R22 and ammonia. The regenerative Rankine cycle showed a 1.2 to 2.8% increase in energy efficiency as compared to the simple Rankine cycle while the Kalina cycle with ammonia/water mixture showed a 1.8% increase in energy efficiency. The efficiency of the Kalina cycle with R32/R134a mixtures is the same as that of a simple Rankine cycle using R22. Therefore, the regenerative Rankine cycle turns out to be best choice for OTEC applications.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제39권9호
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• pp.881-889
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• 2015

해양온도차발전은 해양의 표층수와 심층수의 온도차를 이용하여 발전하는 유기랭킨사이클이다. 작동유체와 사이클 구성은 유기랭킨사이클의 열역학적 효율에 큰 영향을 미치는 요소이다. 본 연구에서는 작동유체와 사이클에 따른 해양온도차발전시스템의 성능분석을 수행하였다. 고전적인 단순 랭킨사이클과 단순 랭킨사이클의 대안으로 제시되고 있는 개방형 및 통합형 재생 랭킨사이클 그리고 칼리나 사이클이 본 연구에서 고려되었으며, 작동유체로는 9종의 단일냉매와 3종의 혼합냉매를 본 연구에 적용하였다. 사이클의 성능분석에는 핀치포인트온도차를 일정하게 유지하는 핀치포인트분석이 적용되었다. 성능분석결과를 살펴보면, 단순 랭킨사이클과 개방형 및 통합형 재생 랭킨사이클의 경우 RE245fa2를 작동유체로 사용하며, 칼리나 사이클의 경우 $NH_3/H_2O$의 질량비가 0.9:0.1일 때 열역학적 효율이 가장 높았다. 한편, 개방형 및 통합형 재생 랭킨사이클과 칼리나 사이클을 해양온도차발전시스템에 적용할 경우 단순 랭킨사이클과 비교하여 각각 약 2.0 %, 1.0%, 10.0%의 효율 향상을 기대할 수 있었다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제24권5호
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• pp.76-85
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• 2000

Stirling cycle was actualized as so called ‘hot air engine’. It has been focused again lately as one of measures for exhaust gas emission problem, but as small power engine because of its method of heat addition. Recently marine power plants commenced to meet a stringent environmental restrictions by international convention, Marpol so that diesel engines as main and auxiliarly power plants are urged to be reformed to reduce NOx emission. Author devised a compression ignition engine as a large marine power plants combined with turbo charger based on stirling cycle, and analyzed the performance by means of basic thermodynamic calculation. Analyzed in this paper, were theoretical efficiency, mean effective pressure, required equivalence ratio, gas turbine power ratio, maximum pressure, states of turbo-charger inlet gas and exhaust gas, manifesting that the engine could be proposed as one of the future power plants of marine use.

• 한국태양에너지학회 논문집
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• 제27권3호
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• pp.37-44
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• 2007

For the past few years, the concern for clean energy has been greatly increased. Ocean Thermal Energy Conversion(OTEC) power plants are studied as a viable option for the supply of clean energy. In this paper, the thermodynamic performance of OTEC cycle was examined. Computer simulation programs were developed under the same condition and various working fluids for closed Rankine cycle, regeneration cycle, Kalina cycle, open cycle and hybrid cycle. The results show that the regeneration cycle using R125 showed a 0.17 to 1.56% increase in energy efficiency, and simple Rankine cycle can generate electricity when the difference in warm and cold sea water inlet temperatures are greater than $15^{\circ}C$. Also, the cycle efficiency of OTEC power plant using the condenser effluent from nuclear power plant instead of the surface water increased about 2%.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권7호
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• pp.711-719
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• 2012

유기 랜킨 사이클(ORC)을 이용한 선박 주기관 폐열 회수 시스템의 열역학적 분석을 수행하고 적용 가능성 및 효과를 검토하였다. 이론 해석에서는 ORC 와 ORC 에 열을 전달하기 위한 열전달 루프, 냉각수 공급 펌프를 모두 고려하여 전체 효율을 예측하였다. ORC 사이클의 성능은 증발기와 응축기의 특성과 열전달 루프의 온도 조건을 달리하여 평가되었으며 그 특성을 사이클 효율과 시스템 효율 관점에서 비교하였다. 수에즈막스 유조선에 대하여 ORC 사이클은 $250^{\circ}C$ 이하의 폐열 조건에 대하여 약 10%정도의 열효율을 보였다. ORC 이용하여 엔진 폐열로부터 주기관 출력의 3~4%에 해당하는 전력을 생산할 수 있으며 수에즈막스 유조선에 적용 시, 정상 운항시 필요한 전력의 59~69%를 ORC 생산 전력으로 대체하여 운항 중 연료 소모량을 절감시킬 수 있는 것으로 나타났다.

• Advances in Energy Research
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• 제4권1호
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• pp.29-45
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• 2016

There has been a growing interest in the recent time for the development of solar power tower plants, which are mainly used for utility scale power generation. Combined heat and power (CHP) is an efficient and clean approach to generate electric power and useful thermal energy from a single heat source. The waste heat from the topping Brayton cycle is utilized in the bottoming HRSG cycle for driving steam turbine and also to produce process steam so that efficiency of the cycle is increased. A thermal storage system is likely to add greater reliability to such plants, providing power even during non-peak sunshine hours. This paper presents a conceptual configuration of a solar power tower combined heat and power plant with a topping air Brayton cycle. A simple downstream Rankine cycle with a heat recovery steam generator (HRSG) and a process heater have been considered for integration with the solar Brayton cycle. The conventional GT combustion chamber is replaced with a solar receiver. The combined cycle has been analyzed using energy as well as exergy methods for a range of pressure ratio across the GT block. From the thermodynamic analysis, it is found that such an integrated system would give a maximum total power (2.37 MW) at a much lower pressure ratio (5) with an overall efficiency exceeding 27%. The solar receiver and heliostats are the main components responsible for exergy destruction. However, exergetic performance of the components is found to improve at higher pressure ratio of the GT block.

• 대한기계학회논문집B
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• 제40권9호
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• pp.589-596
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• 2016

최근 들어 작동유체가 액체 상태를 유지하며 흡열 과정이 일어나는 증기동력사이클인 유기플래시 사이클이 제안되었다. 본 연구에서는 재생을 이용한 수정 유기플래시 사이클을 제안하고 현열 형태의 저온 열원을 사용하는 시스템의 열역학적 성능 해석을 수행하였으며 작동유체나 플래시 온도가 순생산 동력이나 열효율 등 시스템의 성능에 미치는 영향을 체계적으로 분석하고 논의하였다. 해석 결과는 시스템의 순생산동력은 플래시 온도에 대해 최대값을 갖지만 열효율은 플래시 온도에 따라 상승함을 보여준다. 재생 사이클은 기존의 유기플래시 사이클에 비해 시스템 열효율이 높고 저온 열원의 동력 변환에 있어 성능 개선을 위한 잠재성을 보여준다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제39권7호
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• pp.735-743
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• 2015

유기랭킨사이클의 열역학적 효율에 큰 영향을 미치는 구성요소는 터빈이다. 일반적으로 유기랭킨사이클에서 팽창과정은 작동유체의 급격한 물성치 변화를 수반하므로 터빈의 설계에 많은 어려움이 따른다. 그러므로 효율이 우수한 터빈의 개발을 위해서는 정밀한 터빈의 예비설계가 요구된다. 반경류터빈의 효율은 loading과 flow 계수에 큰 영향을 받으므로 터빈의 예비설계에서 이러한 변수의 선정이 매우 중요하다. 그러나 기존의 성능곡선으로부터 loading과 flow 계수를 선정하는 고전적인 방법을 이용할 경우 정밀한 예비설계를 기대하기 힘들다. 그러므로 본 연구에서는 로터 깃의 개수와 열역학적 설계조건으로부터 loading과 flow 계수를 산출하는 방법을 제시하였다. 본 연구에서 제시한 예비설계모델을 이용하여 예비설계를 수행한 결과는 공신력 있는 상용예비설계프로그램을 이용한 결과와 비교하여 만족스러운 것을 확인하였다. 또한 예비설계모델의 정확성을 검증하기 위해 예비설계한 반경류터빈에 대한 수치해석을 수행하였으며 효율을 제외한 대부분의 변수들이 예비설계조건을 비교적 충족하는 것을 확인하였다.

• KEPCO Journal on Electric Power and Energy
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• 제2권2호
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• pp.299-305
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• 2016

초전도 전력 케이블의 상용화 노력에 따라 점차 장선화 되면서, 단위 냉각 시스템당 냉각용량이 큰 대용량 냉동기의 필요성이 증가하고 있다. 국내에서는 극저온 냉동기에 대한 기술 부족으로 인해 현재 극저온 냉동기는 해외 선진사로부터 고가의 비용으로 수입되고 있다. 초전도 전력 케이블의 상용화를 위해서는 대용량 브레이튼 냉동기의 국내 개발이 시급하다. 대용량 브레이튼 냉동기의 구성은 복열식 열교환기, 압축기, 극저온 터보 팽창기로 구성되어 있으며, 냉동기 효율과 가장 직접적인 연관이 있는 것은 극저온 터보 팽창기이다. 극저온 터보 팽창기는 극저온에서 고속으로 회전하면서 고압의 헬륨 혹은 네온 가스를 팽창시켜 온도를 낮추는 역할을 한다. 본 논문에서는 역브레이튼 냉동 사이클을 설계하고, 이에 적합한 극저온 터보 팽창기를 설계하였다.