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선박폐열회수(WHRS) ORC 시스템의 과열기 구성에 따른 특성 해석
An analysis on the characteristics of superheater organization of ORC system for marine waste heat recovery system(WHRS) 원문보기

한국마린엔지니어링학회지 = Journal of the Korean Society of Marine Engineering, v.38 no.1, 2014년, pp.8 - 14  

김종권 (Department of Marine System Engineering, Graduate School of Korea Maritime and Ocean University) ,  김유택 (Division of Marine System Engineering, Korea Maritime and Ocean University) ,  강호근 (Division of Marine System Engineering, Korea Maritime and Ocean University)

초록
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본 연구에서는 R-245fa를 작동유체로 하는 250kW급의 선박폐열회수 발전 시스템을 설계하고 과열기의 구성에 따른 사이클 특성을 연구 하였다. 과열기와 증발기의 직렬연결과 병렬연결의 2가지 조건을 시뮬레이션 하였다. 과열기와 증발기의 직렬연결 시뮬레이션에서는 작동유체 과열에 따른 엔탈피 증가로 4.7%의 출력상승을 얻을 수 있었고, 목표출력을 250kW로 정하였을 경우에는 사이클유량을 4.1% 감소시킬 수 있었다. 과열기와 증발기의 병렬연결 시뮬레이션에서는 사이클의 목표출력을 250kW로 정하였을 경우에 과열기로 가는 열원유체의 유량이 증가함에 따라 사이클 유량이 감소하여 작동유체펌프의 소요동력이 최대 7.9% 감소 하였으며, 유량비율에 따른 사이클효율과 정미효율은 큰 변화가 없었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This research designed Waste Heat Recovery System(WHRS) generation system of 250kW whose working fluid is R-245fa and studied on cycle characteristics by superheater organization. It simulated two conditions; series connection and parallel connection between superheater and evaporator. In simulation...

주제어

#폐열회수시스템   #유기랭킨사이클   #과열기  

AI 본문요약
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가설 설정

  • 과열기 내부 계산을 위한 과열기의 입출구의 압력차 ΔP 는 과열기의 용량을 고려하여 -100kPa로가정하였다.
  • 이 때 모든 작동유체는 액체 상태로 변하게 된다. 냉각수의 온도 및 유량은 선박의 Cental Cooling System에서 공급받는 것으로 설계하여 34℃, 62.4kg/s 로 가정하였다.
  • 선박의 이코노마이저 후단에 열교환기를 설치하여 순환수 펌프를 이용하여 가압된 물을 순환시켜 250kW WHRS 내의 증발기(Vaporizer)와 예열기(Prehetaer)에 열원을 공급한다고 가정하였다. 시스템의 구성은 Figure 2와 같다.
  • 열교환기의 내부 계산을 위한 과열기의 입출구의 압력차 ΔP는 과열기의 용량을 고려하여 -100kPa로 가정하였다.
  • 예열기를 통과한 냉매는 증발기를 통과하며 액체에서 기체로 모두 변화한다. 예열기와 증발기에서의 압력차는 열교환기의 용량을 고려하여, -200kPa로 가정하였다. 증발기를 지난 기체상태의 작동유체는 터빈으로 유입되어 250.
  • 1kW의 출력을 발생시킨다. 터빈의 입구압력은 2,110kPa, 출구압력은 300kPa로 압력비는 약7.03으로 가정하였으며, 터빈의 효율은 85%로 가정하였다. 터빈에서 나온 작동유체는 응축기를 지나며 67℃에서 40℃까지 냉각된다.
  • WHRS 내의 R-245fa 냉매는 작동유체펌프를 지나면서 2,150kPa까지 승압된다. 펌프의 효율은 85%로 가정하였다. 승압된 물은 예열기를 통과하며, 41.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
HYSYS는 어떤 프로그램인가? Aspen사의 HYSYS는 시스템 설계에 및 공정 시뮬레이션에 널리 사용되는 프로그램이며, NITS사의 REFPROP 은 냉매의 물성치 계산에 사용되는 프로그램이다.
폐열회수시스템를 이용하면 선박에 어떤 이점을 가져오는가? 폐열회수시스템은 선박의주 기관에서 발생하는 폐열을 이용하여 파워터빈 혹은 스팀터빈을 구동하여 발전에 이용하는 시스템을 말한다[1]. 이 기술을 이용하여 기존에 대기로 버려지던 150℃~200℃ 사이의 배기가스의 열원을 회수하여 선박의 디젤발전기를 일정부분 대체 하게 되며, 추가 동력생산으로 전체 선박 시스템의 효율을 향상시킬 수 있다. 육상과 선박 폐열회수발전 시스템의 열교환과 관련된 종래의 연구를 살펴 보면, Lee et al.
폐열회수시스템이란 무엇인가? 이런 상황에서 친환경선박 기술의 하나로 폐열회수시스템(Waste Heat Recovery System, WHRS)을 선박에 적용하는 연구가 진행되고 있다. 폐열회수시스템은 선박의주 기관에서 발생하는 폐열을 이용하여 파워터빈 혹은 스팀터빈을 구동하여 발전에 이용하는 시스템을 말한다[1]. 이 기술을 이용하여 기존에 대기로 버려지던 150℃~200℃ 사이의 배기가스의 열원을 회수하여 선박의 디젤발전기를 일정부분 대체 하게 되며, 추가 동력생산으로 전체 선박 시스템의 효율을 향상시킬 수 있다.
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참고문헌 (7)

  1. J. O. Mo, Y. T. Kim, M. E. Kim, C. Oh, J. H. Kim, and Y. H. Lee, "Performance analysis by CFD and aerodynamic design of 100㎾ class radial turbine using waste heat from ship", Journal of the Korean Society of Marine Engineering, vol. 35 no. 2, pp. 175-181, 2011. 

    원문보기 상세보기 crossref

  2. D. G. Lee, J. K. Jin, H. K Lee, and G. I. Park, "Thermodynamic analysis of the organic rankine cycle features as a waste heat recovery system of marine vessel", The Korean Society of Mechanical Engineers, no. 11, pp. 2470-2475, 2012. 

  3. S. W. Cha1, Y. T. Kim, J. O. Mo, T. W. Lim, and Y. H. Lee, "Basic static characteristics of a closed and a regeneration cycles for the OTEC system" Journal of the Korean Society of Marine Engineering, vol. 36, no. 8, pp. 1151-1157, 2012. 

    원문보기 상세보기 crossref

  4. J. O. Mo, S. W. Cha, Y. T. Kim, T. W. Lim, and Y. H. Lee, "CFD performance analysis and design of a 8kW class radial inflow turbine for ocean thermal energy conversion using a working fluid of ammonia", Journal of the Korean Society of Marine Engineering, vol. 36 no. 8, pp. 1030-1035, 2012. 

    원문보기 상세보기 crossref

  5. Aspen HYSYS Operation Guide (1,2) 

  6. J. K. Kim, D. Y. Kim, Y. H. Lee, and Y. T. Kim, "A static characteristics of waste heat recorvery system (WHRS)'s heat exchangers depending on the flow distributions of heat source", The Korean Society for Marine Environment and Energy, no. 5, pp. 62-63, 2013. 

  7. A. S. Dave, J. M. Lee, Y. K. Yeo, S. C. Lee, S. Y. Moon, Process Desing using HYSYS, A-Jin Publisher, 2008 (in Korean). 

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