랭킨사이클(Rankine cycle)

1 랭킨사이클(Rankine cycle)
 1) 정의
   - 열을 일로 변환하는 사이클이며 물의 매개로 상변화를 통한 사이클이다. 증기사이클이라고도 한다.
   - 증기터빈에 의한 화력발전소는 이 사이클을 기본으로 하고 있다.
 2) 특징
   - 압축과정과 팽창과정의 비체적의 차이를 최대로 하기 위해 물의 상변화를 이용하였다.
   - 공급열의 평균온도가 높이거나 방출열의 평균온도가 낮아지면 사이클의 효율이 증가한다.
 3) 사이클의 거동

 4) 실제 증기 사이클과 랭킨사이클의 차이
   - 실제사이클의 손실발생
     * 배관손실 : 압력강하 및 열손실 발생. 
     * 터빈손실 : 현실적으로 단열의 효과를 기대하기 어려움.
     * 펌프손실 : 점성유동에 의한 마찰 손실.
     * 응축기 손실 : 포화온도 이하로 냉각시키므로 비가용 에너지의 손실 발생(열의 총량에서 가용에너지만 사용됨).
   - 실제는 배관내 유체마찰 발생으로 압력강하가 발생한다. 압력강하를 보상하기 위해 언급된 이상적인사이클 거동 대비 더 높은 압력으로 가압하여 운영된다.
   - 사이클 효율 개선 방법
    * 보일러의 최고 압력을 높임(최고 온도는 같게 유지) -> 재열사이클의 열효율 증가
    * 배기압력과 온도를 낮춤(복수기 압력과 온돈를 낮춤)
    * 과열증기를 사용하여 효율을 증가

 
2 사이클의 해석

 1) 정압가열(2→3, 보일러)
   - q(흡열량) = h3 - h2 -> (+)로 열을 계 내부로 받음
 2) 단열팽창(3→4, 터빈)
   - w(터빈일) = h4 - h3 -> (-)로 일을 계 외부로 함
 3) 정압방열(4→1, 응축기/복수기)
   - q(방열량) = h1 - h4 -> (-)로 열을 계 외부로 방출(잠열의 엔탈피 감소로 이론적으로 온도의 변화는 없음.)
 4) 단열압축(1→2, 펌프)
   - w(펌프일) = h2 - h1 -> (+)로 일을 계 내부로 받음
 5) 랭킨사이클 열효율
   - η = 출력/입력 = (터빈일-펌프일)/흡열량 = ((h4-h3)-(h2-h1)) / (h3-h2)

3 재열사이클, 재생사이클
 1) 재생사이클(regeneration cycle)
   - 증기 터빈에서 증기의 팽창 도중 일부를 유출해 보일러급수를 가열하게하는 사이클.
   - 복수기에 버리는 열량을 최소화하여 열효율을 높이도록 한 사이클.
   - 보통 2~8단의 단수를 사용하고 단수를 높일수록 효율이 증가한다.(효율이 약 4~8% 증가한다.)

출처 : 네이버

 2) 재열사이클(reheating cycle)
   - 랭킨사이클 또는 재생사이클에서 단열 팽창 과정의 도중에 재가열 과정을 도입한 사이클.
   - 운영도중 일부 증기를 재열기에에서 재가열하고 터빈에 되돌려서 열효율을 높일 수 있다(효율이 3~4% 증가한다.)

출처 : 네이버

재생사이클