Dynamic of a Ship Waste Heat Recovery System under Flow Rate Variations

IMO의 온실가스 배출 규제에 대응하기 위해 유기 랭킨 사이클(ORC) 시스템의 동적 해석을 수행하였다. 친환경 냉매인 R-1233zd(E)를 작동유체로 사용하였으며, 펌프, 열교환기, 터빈의 성능 곡선을 반영하여 시뮬레이션을 진행하였다. 중간 열교환기를 적용한 2단 터빈 ORC 시스템을 적용하였으며 열원은 이코노마이저에서 생성된 증기를 사용하여 유량 변화에 따른 동특성을 분석하였다. 유량 변화는 선형 응답, 정현파 응답 패턴을 이용하였으며, 터빈으로의 액체 유입을 방지하기 위해 펌프의 RPM을 제어하여 과열도를 20℃로 유지하였다. 해석 결과, 선형 응답에서는 과열도가 점진적으로 변화하며 PID 제어 시스템이 유량 변동에 안정적으로 대응할 수 있었다. 정현파 응답에서는 과열도가 안정적으로 유지되었고 발전량과 효율이 범위 내에서 진동하면서 PID 제어가 주기적 유량 변동에 강인함을 보임을 확인하였다.