액화공기를 이용한 랭킨 사이클의 최적운전 조건 = Optimal Operating Conditions of Rankine Cycle using Liquid Air

국문 초록 (Abstract)

액화공기 랭킨사이클은 대기가 고온부이며, 전 사이클이 저온에서 작동하는 개방형 랭킨사이클로서, 기존의 대 기온도보다 높은 온도를 고온부에서 열을 공급받아 작동하는 랭킨사이클과의 차이는 추가적인 고온의 열을 필요 로 하지 않고, 대기중 공기에서 열을 공급받아 팽창과정에서 동력을 생산한다. 따라서, 액화공기 랭킨사이클의 최적운전 조건에서 대기에서 공급받는 열량과 열효율은 중요한 요소가 아니며, 단지 최대의 순출력을 생산할 수 있는 최적의 펌핑압력과 팽창조건에 의해 최적운전조건이 결정된다. 본 논문에서 액화공기의 펌핑 압력을 10bar 에서 900bar까지 변화시키면서 액화공기 사이클의 단열팽창과 등온팽창조건에서의 출력 성능을 비교 분석하였 으며, 본 연구를 통해 액화공기 랭킨사이클에서 최대 순출력을 생산하기 위한 최적운전조건은 팽창기에서의 팽창과정이 등온과정으로 이루어져야 하고, 또한 액화공기의 펌핑압력을 최대한 고압으로 높여야 함을 알 수 있 었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The liquid air Rankine cycle is an open Rankine cycle in which the atmosphere is a high-temperature source, and the entire cycle operates at a low temperature, and the difference from the Rankine cycle, which operates by receiving heat from a high temperature part above the existing atmospheric temperature, does not require additional high-temperature heat and only receives heat from atmospheric air to produce power during the expansion process. Therefore, the heat and thermal efficiency supplied from the atmosphere are not important factors in the optimal operating conditions of the liquefied air Rankine cycle, and the optimal operating conditions are determined only by the optimal pumping pressure and expansion conditions that can produce the maximum net power. In this paper, the adiabatic expansion of the liquefied air cycle and the output performance under isothermal expansion conditions were compared and analyzed while changing the pumping pressure of liquefied air from 10 bar to 900 bar. This study shows that the optimal operating conditions for producing the maximum net power in the liquefied air Rankine cycle are that the expansion process in the expander should be an isothermal process and that the pumping pressure of liquefied air should be increased to the highest pressure.