이젝터와 가스 인젝션이 복합된 전동식 스크롤 압축기가 장착된 차량용 히트펌프 사이클 성능 해석

• Published in: 설비공학 논문집, 31(9) Vol. 31; no. 9; pp. 420 - 432
• Main Authors: 임정택(Jeong Taek Lim), 최재웅(Jae Woong Choi), 김현진(Hyun Jin Kim)
• Format: Journal Article
• Language: Korean
• Published: 대한설비공학회 01.09.2019
• Subjects: 기계공학; Ejector(이젝터); Combined heat pump cycle(복합 히트 펌프 사이클); Scroll compressor(스크롤 압축기); Gas injection(가스 인젝션)
• ISSN: 1229-6422; 2465-7611
• DOI: 10.6110/KJACR.2019.31.9.420

차량용 R134a 히트 펌프 사이클에서 성능 향상을 위해 적용되는 이젝터, 가스 인젝션, 그리고 이들이 복합된 사이클에 대한 성능 해석을 수행하여 다음과 같은 결론을 얻었다. (1) 가스 인젝션 사이클(VIC)과 복합 사이클(EVIC)에서 인젝션 적정 압력은 압축기가 수용할 수 있는 인젝션 유량과 플래시 탱크에서 생성하는 가스량이 같아지는 지점에서 인젝션 압력이 결정되며, (2) 난방 기본 운전 조건( = 2/18 bar)에서 복합 사이클의 인젝션 최대 압력은 = 5.64 bar이고, 인젝션 사이클에서의 인젝션 최대 압력은 = 5.25 bar로서 복합 사이클에서의 인젝션 압력이 더 높게 나타난다. 이는 이젝터 효과로 인해 복합 사이클에서 제 1플래시 탱크의 건도가 증가하기 때문이다. (3) 이젝터의 성능은 이젝터 혼합구간 면적()과 구동노즐의 면적()의 비에 따라 달라지는데, 이젝터만 있는 사이클(EC)에서는 면적비 7.3~7.9에서 그리고 복합 사이클(EVIC)에서는 면적비가 1.7~2.0에서 최고의 성능을 나타낸다. (4) 난방 기본 운전 조건에서 이젝터 사이클(EC)과 가스 인젝션 사이클(VIC), 복합 사이클(EVIC)의 난방능력은 기본 히트 펌프 사이클 대비 각각 7.72%, 34.3%, 40.8% 증가하였으며, COPh는 각각 4.18%, 10.3%, 12.6% 증가하였다. (5) 응축 온도를 62.9℃(18 bar)에 고정하고, 증발 온도를 -25℃~15℃로 변화시켰을 때, 증발 온도가 높아질수록 EC, VIC, 그리고 EVIC 모두에서 난방 및 냉방 능력의 향상 정도와 성적계수 향상 정도가 감소하는 경향을 보인다. 기본 사이클 대비 EVIC에서 난방능력은 52.8~35.1%P, 냉방능력은 53.4~39.9%P 향상된 값을 보이며, VIC 대비해서는 난방능력은 4~6P% 정도, 냉방능력은 15~11P% 정도 높게 나타난다. COP의 경우, 기본 사이클 대비 EVIC에서 난방에서는 0.33~0.22, 냉방에서는 0.52~0.44 높은 값을 보이며, VIC 대비해서는 난방에서는 0.044~0.023, 냉방에서는 0.22~0.21 높게 얻어진다. For an electric scroll compressor of mobile heat pump system, performance enhancement by ejector, gas injection and combined cycle of ejector and gas injection have been numerically studied. For ejector, performance was dependent on area ratio of mixing zone to primary nozzle. Optimum injection pressure was achieved 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 = 62.9℃, combined cycle shows highest performance : heating capacity and COP increased by 40.82% and 12.6%, respectively, in relation to basic heat pump cycle. Performance enhancement by gas injection and combined cycle becomes greater with lower evaporating temperature for constant evaporating temperature. KCI Citation Count: 0