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암모니아-물 작동유체의 부분증발유동을 적용한 재생 랭킨사이클에 관한 연구
Study on Regenerative Rankine Cycle with Partial-Boiling Flow Using Ammonia-Water Mixture as Working Fluid 원문보기

설비공학논문집 = Korean journal of air-conditioning and refrigeration engineering, v.23 no.3, 2011년, pp.223 - 230  

김경훈 (금오공과대학교 기계공학부)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The power cycle using ammonia-water mixture as a working fluid is a possible way to improve efficiency of the system of low-temperature source. In this work thermodynamic performance of the ammonia-water regenerative Rankine cycle with partial-boiling flow is analyzed for purpose of extracting maxim...

주제어

#랭킨사이클   #재생   #부분증발   #암모니아-물 혼합물   #최대비동력  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 Fig. 1에서 보는 것처럼 저온 열원 공기가 공급될 때 암모니아-물 혼합물을 작동유체로 하고 부분증발 유동을 채용한 재생 랭킨사이클에 대해 해석한다. 또한 열교환기에서 작동유체는 열원 공기의 입구온도와의 차이가 ΔTH까지 가열되고 응축기 출구에서 냉각수 입구온도와의 차이가 ΔTL까지 냉각된다고 설정한다.
  • 에 도달할 때 작동유체의 유량이 최대가 된다. 본 연구에서는 작동유체의 유량이 이 최대 유량이 되는 조건으로 시스템을 해석하였다. 열교환기내 최소온도차의 발생 지점은 시스템의 운전조건에 따라 달라지는데, 예를 들어 xb = 0.

가설 설정

  • 따라서 본 연구에서는 각 열교환기에서 열교환기의 고온과 저온 유체의 최소 온도차가 ΔTpp에 도달하도록 열교환기를 운전한다고 설정한다.
  • 열교환기 이외의 열손실은 무시하고, 터빈과 펌프 이외에서의 압력변화도 무시하며, 펌프와 터빈의 등엔트로피 효율은 각각 ηp와 ηt로 일정하다고 가정한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
암모니아-물 동력 시스템의 장점은 무엇인가? 암모니아-물 동력 시스템은 비등점을 물보다 낮출 수 있기 때문에 수증기를 발생시킬 정도로 온도가 높지 않은 폐열도 효과적으로 활용할 수 있으며 터빈 입구 압력을 낮추고 작동유체의 순환 유량도 줄일 수 있어 운전 경비를 절감할 수 있다. 게다가 혼합물은 순수 물과 분자량이 비슷하기 때문에 증기터빈을 그대로 사용할 수 있으며 산업체에서 쓰이는 다른 혼합물들에 비해 환경에 미치는 영향이 작은 등 많은 장점을 가지고 있기 때문에 최근 들어 다양한 분야로 응용범위를 넓혀가고 있으며 활발히 연구되고 있다.(3-7)
비공비 혼합물을 작동유체로 사용하면 일정한 압렵이 유지되는 동안에도 무엇을 시킬수 있는가? 작동유체로 비공비 혼합물을 사용하면 일정한 압력이 유지되는 동안에도 온도가 변화하는 상태에서 열전달을 시킬 수 있다. 이렇게 온도가 변화하면서 열전달되는 과정은 열교환기 내에서 고온과 저온 흐름에서의 불균형을 줄여주기 때문에 특히 현열형태의 저온 열원을 이용한 동력 사이클에 효율적이다.
암모니아-물 열동력의 해석을 위해 필요한 열역학적 상태량 계산에는 어떤 계열이 주류를 이루는가? 이러한 암모니아-물 열동력의 해석을 위해서는 암모니아-물 흡수냉동의 영역보다 높은 온도와 압력에서의 열역학적 상태량 계산이 필요하다. 암모니아-물 혼합물의 열역학적 물성치 계산방식으로는 3차 방정식 계열(8)과 과잉깁스에너지를 생성함수로 사용하는 계열(9)이 주류를 이루고 있으며 이에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다.
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참고문헌 (10)

  1. Prisyazhniuk, V. A., 2008, Alternative trends in development of thermal power plant, Applied Thermal Engineering, Vol. 28, pp. 190-194. 

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  2. Kim, K. H., Kim, S. W. and Ko, H. J., 2010, Study on the Rankine cycle using ammoniawater mixture as working fluid for use of lowtemperature waste heat, Trans. Korean Hydrogen and New Energy, Vol. 21, pp. 570-579(Korean). 

  3. Ibrahim, O. M., 1996, Design consideration for ammonia-water Rankine cycle, Energy, Vol. 21, pp. 835-841. 

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  4. Zamfirescu, C., Dincer, I., 2008, Thermo-dynamic analysis of a novel ammonia-water trilateral Rankine cycle, Thermo-chemica Acta, Vol. 477, pp. 7-15. 

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  5. Roy, P., Desilets, M., Galanis, N., Nesreddine, H., and Cayer, E., 2010, Thermo-dynamic analysis of a power cycle using a low-temperature source and a binary NH3-H2O mixture as working fluid, Int. J. Thermal Sci., Vol. 49, pp. 48-58. 

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  6. Lolos, P. A. and Rogdakis, E. D., 2009, A Kalina power cycle driven by renewable energy sources, Energy, Vol. 34, pp. 457-464. 

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  7. Ogriseck, S., 2009, Integration of Kalina cycle in a combined heat and power plant, a case study, Applied Ther. Eng., Vol. 29, pp. 2843-2848. 

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  8. Yang, T., Chen, G. J., Yan, W., and Guo, T. M., 1997, Extension of the Wong-Sandler mixing rule to the three-parameter Patel-teja equation of stste : Application up to the nearcritical region, Chem. Eng. J., Vol. 67, pp. 27-36. 

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  9. Xu, F. and Goswami, D. Y., 1999, Thermodynamic properties of ammonia-water mixtures for power-cycle application, Energy, Vol. 24, pp. 525-536. 

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  10. Smith, J. M., Van Ness, H. C. and Abbott, M. M., 2005, Introduction to chemical engineering thermodynamics, 7th Ed., McGraw-Hill. 

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