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문제 정의
- 본 논문에서는 R-134a를 적용한 ORC사이클의 성능을 연중 월별 평균일사량과 외기온도에 따라 해석하고 팽창기에서 발생한 일을 여러 가지 운전조건 변화에 따라 예측하였다. 이를 통하여 얻은 결과는 다음과 같다.
- 따라서 본 논문에서는 일반 가정에 공급되는 전력을 R134a를 이용한 유기랭킨 발전시스템과 히트파이프를 적용한 진공관형 태양열 집 열시스템을 사용하여 연중 월별 평균일사량과 외기온도에 따른 성능을 분석하고 팽창기에서 발생한 일을 여러 가지 운전조건 변화에 따라 해석하였다. 본 연구를 통하여 R134a 적용 발전용 랭킨사이클을 성능예측과 효율 향상을 위한 기초자료를 제공하고자 한다.
- 이는 집열기 입구에서 작동유체의 온도가 높아질수록 집열기에서 집열 효율이 감소하고, 이에 집열용량이 낮아지기 때문이다. 본 연구에서는 이러한 효율특성을 가지는 히트파이프를 이용한 이중관형 집열기를 R134a 랭킨사이클과 연계하여 시스템의 성능을 예측하였다.
가설 설정
- 6℃로 R134a를 충분히 기상으로 팽창기에 공급시키기 위하여 주어진 온도에서의 포화압력보다 낮은 2000kPa로 가정하여 해석을 진행하였다. 또한 응축기 출구에서 R134a의 온도를 20℃로 일정하다고 가정하였으며 이 때 펌프 입구에서 액체 상태를 유지하기 위하여 응축기 출구의 압력은 과냉도 5℃를 설정하여 680kPa로 가정하였다. 또한 이러한 운전조건은 기존의 실험적 연구(4∼9)의 결과를 고려하여 설정하였다.
- 본 연구에서 증발기에서 R134a와 집열기 출구의 작동유체와의 최저온도차는 태양열 집열기의 토출온도가 가장 낮은 12월을 기준으로 77℃이상의 온도차를 가지도록 설계하였다. 또한 팽창기를 포함한 고단의 압력은 집열기에서 토출열량이 낮은 12월의 운전조건을 기준으로 설계하였으며 이때 증발기 출구에서 R134a의 토출온도는 68.6℃로 R134a를 충분히 기상으로 팽창기에 공급시키기 위하여 주어진 온도에서의 포화압력보다 낮은 2000kPa로 가정하여 해석을 진행하였다. 또한 응축기 출구에서 R134a의 온도를 20℃로 일정하다고 가정하였으며 이 때 펌프 입구에서 액체 상태를 유지하기 위하여 응축기 출구의 압력은 과냉도 5℃를 설정하여 680kPa로 가정하였다.
- 그림 5는 연중 각 달의 R134a의 팽창기 입・출구온도, 팽창기 토출압력, 발생동력의 변화를 보여주고 있다. 본 연구에서 해석을 위한 기본조건으로 R134a의 질량유량은 0.05kg/s, 펌프 효율과 팽창기 효율은 각각 90%, 80%로 가정하였다. 그림 4에서 태양열 집열기에서 공급되는 열용량이 10월이 가장 높기 때문에 10월의 R134a의 팽창기 입구온도가 76.
- 그림 7은 R134a의 질량유량에 따른 팽창기의 발생동력, 입구온도, 그리고 열역학1・2법칙에 따른 효율, 증발기에서 열량을 나타내고 있다. 운전조건은 열용량이 가장 높은 10월을 기준으로 하였으며, 이때 펌프 효율, 팽창기 효율은 각각 90%, 80%로 가정하였다. R134a의 질량유량이 0.
- 태양열 집열시스템에 흐르는 고온의 작동 유체(물)의 질량유량은 0.01kg/s,집열기 입구측 온도는 40℃로 가정하였으며 총 3개의 집열시스템에서 토출되는 작동유체는 증발기에서 R134a와 열교환을 한다. 본 연구에서 설계된 증발기와 응축기는 이중관식 열교환기로 해석하였으며 각 유체의 입구의 조건을 활용한 ℇ-NTU법을 이용하여 해석하였다.
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