내연기관에 적용하기 위한 10 kW급유기랭킨사이클의 구심 터빈에 관한 실험적 연구
Experimental study on performance of radial turbine with 10 kW-ORC applied to internal combustion engine
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내연기관은 다양한 분야에서 주 동력원으로 사용되고 있는데, 연소과정에서 이산화탄소를 배출한다. 이산화탄소를줄이기 위한 여러 가지 방법 중에서 연료소모량을 줄이는 방법이 있다. 본 연구에서는 내연기관의 연료 소모량을 줄이기 위해서 엔진 폐열 회수를 위한 10 kW급 ORC 시스템의 팽창기로 적용된 구심 터빈 성능을 비교, 분석하였다. R134a 를 작동유체로 사용하여 ORC시스템을 구성하여 실험을 수행하였다. 팽창기는 2극을 가진 영구자석동기 발전기와 일체형 구심 터빈으로서, 최대 회전수는 100,000 rpm 이다. 팽창기는 ORC 시스템의 효율향상을 위해서 가장 중요한 부품이라고 할 수 있다. ORC 시스템의 열원은 배기열과 냉각수열로 구분할 수 있다. 고온 열매체인 배기열을 모사할 수 있는고온 가스 보일러와 저온 열매체인 엔진 냉각수열을 모사할 수 있는 저온 스팀 보일러를 각각 구성하여 실험 하였다.
Abstract
Internal combustion engines are used as the main power source in various fields. They emit carbon dioxide during the combustion process. Among the various ways to reduce carbon dioxide, one would be to reduce fuel consumption. In this study, we compare and analyze the performance of the radial turbine applied to the expander of the 10 kW class ORC system. Waste heat of the engine is recovered to reduce the fuel consumption of the internal combustion engine. The ORC system was constructed using R134a as the working fluid, and the experiment was conducted. The expander is a permanent magnet synchronous type generator with two poles and an integral radial turbine. The maximum number of revolutions is 100,000 rpm. The expander is the most important core component to improve the efficiency of the ORC system. The heat source of the ORC system can be divided into exhaust heat and cooling water heat. The authors have constructed and tested a high temperature oil boiler to simulate the heat of the individual hot exhaust and a low temperature steam boiler, to simulate the engine coolant heat of the low temperature boiler.
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