100 kW급 유기랭킨사이클용 2단 구심터빈의 설계기술에 관한 연구 (Design Technology of 2-Stages 100 kW Class Radial Turbines for Organic Rankine Cycle)

서지정보

· 발행기관 : 한국동력기계공학회
· 수록지 정보 : 동력시스템공학회지 / 22권 / 3호 / 11 ~ 22페이지
· 저자명 : 조수용, 전양범, 견광필

초록

이 논문에서는 유기랭킨 사이클에 사용되는 터빈의 설계기술에 대한 연구를 수행한 것으로, 유기랭킨 사이클은 다양한 종류의 열원으로부터 전력을 생산하는데 사용된다. 다양한 열원은 지열, 태양열, 폐열, 해양온도차 등이 있다. 사이클의 작동온도와 압력은 작동유체에 의하여 좌우되는데, 최근에 친환경 냉매가 많이 사용된다. 그러므로 가용한 열원의 온도가 100°C 이하가 되어도 유기랭킨 사이클은 효율적인 작동이 가능하다. 본 연구에서는 열원의 온도가 125°C 이며 작동유체가 R245fa인 유기랭킨 사이클에서의 핵심부품인 동력발생기의 설계기술을 개발하였다. 사이클의 팽창비를 고려하여 볼 때 2단 구심터빈이 가장 적절한 팽창기가 되므로 이에 대한 성능예측에 대한 연구를 수행하였다. 아울러 탈설계점에서의 성능해석 연구도 수행하였다. 또한 내부유동장의 정확한 해석을 위하여 수치해석적인 연구도 수행하였다. 이러한 연구로 설계된 터빈을 사이클에 채택하면 시스템의 효율이 11.4%에 도달 할 것으로 예상된다.

영어초록

The Organic Rankine Cycle (ORC) has been used to generate electricity from many kinds of thermal energy sources, such as geothermal energy, solar energy, waste thermal energy, ocean temperature difference, and so on. Its operating temperature and pressure greatly depend on the working fluid. In recent, working fluids which have been developed as environment-friendly refrigerants are widely used. Hence, the ORC can operate efficiently even though the temperature of the available thermal energy is less than 100°C. In this study, a design technology for the power generator of the ORC system was developed based on the heat source temperature of 125°C and the working fluid of R245fa. Considering the ORC’s expansion ratio, two-stages radial turbines were selected as an appropriate expander for the ORC system. Performance of the turbines was predicted with the properties of R245fa, and off-design analysis was conducted. Flow structure within the turbine was evaluated by the numerical analysis. The efficiency of the ORC system was estimated to 11.4% when the ORC adopted these turbine.

참고자료

· 없음