차량 히트펌프용 전동식 스크롤 압축기의 가스 인젝션 성능 해석

• Published in: 설비공학 논문집, 31(7) Vol. 31; no. 7; pp. 289 - 301
• Main Authors: 임정택(Jeong Taek Lim), 최재웅(Jae Woong Choi), 김현진(Hyun Jin Kim)
• Format: Journal Article
• Language: Korean
• Published: 대한설비공학회 01.07.2019
• Subjects: 기계공학; Scroll compressor(스크롤 압축기); Gas injection(가스 인젝션); Heat pump(히트펌프)
• ISSN: 1229-6422; 2465-7611
• DOI: 10.6110/KJACR.2019.31.7.289

전기차의 냉난방을 위한 히트펌프용 전동식 스크롤 압축기에서 가스 인젝션을 적용할 경우, 라인형 인젝션 스크롤 모델에서, (1) 인젝션 최대 압력은 압축기가 수용할 수 있는 인젝션 유량과 플래시 탱크에서 생성하는 가스량이 같아지는 압력에서 결정되며, (2) 난방 기본 운전 조건( = 2/18 bar)에서 인젝션 최대 압력은 = 5.2 bar이고, 인젝션으로 인해 난방 능력은 31.2%, 압축기 소요동력은 20.5%, 그리고 COP는 8.93% 증가한다. (3) 인젝션 효과는 증발기 온도가 낮을수록 그리고 응축기 온도가 높을수록 커진다. - 인젝션을 수행한 운전 조건들 가운데서 난방능력 향상 최대 효과는 #3 조건( = -26.4℃, = 62.89℃)에서 40.2%로, 냉방능력 최대 향상은 #11 조건( = 8.93℃, = 71.73℃)에서 34.2%로 나타났다. - COP 향상이 최대가 되는 운전조건 #3에서는 COP가 1.50에서 1.81로 20.6%의 증가를 보였다. 증발기 온도가 높고 응축기 온도가 낮은 영역인 운전 조건 #8, #12~#14에서는 COP가 오히려 감소한다. - 인젝션으로 인한 압축기 토출 온도 감소는 응축기 온도가 높은 운전 조건들에서는 15℃~10℃ 정도이며, 이러한 효과는 응축기 온도가 낮아질수록 감소한다. 인젝션을 통해 압축기 토출 온도가 낮아지면, 그만큼 압축기 운전 영역이 확대되는 효과를 얻을 수 있게 된다. (4) 인젝션 체임버와 압축실 인젝션 홀을 연결하는 인젝션 라인이 짧도록 설계한 체임버형 인젝션 모델은 구조적으로는 복잡해지지만 인젝션으로 인한 난방 및 냉방 효과를 1~7%P 정도 더 얻을 수 있으며, COP도 0.01~0.12(0.4~6.6%P) 정도 더 향상된다. For an electric scroll compressor of mobile heat pump system, numerical analysis have been carried out for performance enhancement by gas injection. Optimum injection pressure is determined by balancing between vapor production rate in a flash tank downstream of the first expansion valve and vapor reception rate in a compression chamber of the scroll. For standard heating condition of Te = -10.07℃ and Tc = 62.89℃, heating capacity and COP increase by 31.2% and 8.93%, respectively through vapor injection. Performance enhancement by vapor injection becomes greater with lower evaporating temperature and higher condensing temperature. For chamber type injection structure where injection passage length from injection chamber to compression chamber is reduced, further performance increase can be obtained by vapor injection : 1~7%P more in the capacity and 0.4~6.6%P more in COP. KCI Citation Count: 1