Design and Construction of a Bottoming Organic Rankine Cycle System for an Natural Gas Engine
가스엔진용 유기랭킨사이클의 설계 및 제작

Minseog Lee, Seungdong Baek, Taehong Sung, Hyun Dong Kim, Jung Min Chae, Young Ah Cho, Hyoungtae Kim, Kyung Chun Kim
2016 Journal of the Korean Institute of Gas  
요 약 천연가스용으로 개조된 가스엔진에서 방출되는 폐열을 활용하기 위한 유기 랭킨사이클 (Organic Rankine Cycle: ORC) 발전시스템을 설계 및 제작하였다. 이 연구에서는 개조된 가스엔진의 폐열을 실험적으로 분석한 데이터를 바탕으로 구성한 ORC 시스템의 컴포넌트를 설계하고 제작하였다. ORC 시스템에는 2개의 판형 열교 환기와 5kW급 팽창기, 다단 펌프가 사용되었으며, 전기 히터를 이용하여 ORC 시스템의 열역학적 성능을 분석 하였다. 또한, 실제로 가스엔진과 연동하여 작동 특성을 파악하기 위한 실험을 수행하였다. ORC 시스템에 열량 을 공급해주는 2대의 가스엔진을 사용하였다. 열원모사실험 결과, 열원온도 110℃에서 축동력 5.22kW가 발생, 압력비 7.41, 열효율 9.09%가 계산되어졌으며, 엔진연동실험에서는 고온수 온도 86℃에서 축동력 2kW가 발생, 이 때의 압력비는 3.75, 열효율 6.45%가 계산되었다. Abstract -ORC system
more » ... stract -ORC system was designed and constructed for utilizing the heat of the exhaust gas and coolant released from the gas engine which was modified to use natural gas as a fuel. In this paper the components of the ORC system were designed and manufactured based on measured data of the gas engine. The components are composed of two plate heat exchanger, the 5kW-class expander and multi stage centrifugal pump. The thermodynamic performance of the ORC system was analyzed by using the electric heater. Also, the developed ORC system was implemented to modified natural gas engine. Two gas engines were used to supply heat to the ORC system. As a result of test bench, when the heat source temperature is 110℃ expander shaft power, the pressure ratio and cycle efficiency is 5.22kW, 7.41, 9.09%. As a result of field test, when the heat source temperature is 86℃ expander shaft power, the pressure ratio and cycle efficiency is 2kW, 3.75, 6.45%.
doi:10.7842/kigas.2016.20.6.65 fatcat:mllgaz5hjnbubn2a2rqiilq74e