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성능/효과
- 그림 5에서와 같이, Accumulator VaporInjection 기술은 기존 VI 사이클과는 다른 냉매 유량의 변화를 보여주고 있다. 결론적으로, Accumulator로 인젝션을 수행할 경우, 부효과 적인 측면에서 증발기 유량의 대체효과가 발생하기 때문에 많은 양의 인젝션 흐름은 시스템의 성능향상 측면에서 이롭지 못할 수 있다. 실험적으로는, 시스템 전체 유량의 5%내외의 인젝션 유량이 설계되는 경우 시스템 성능향상이 최적으로 이루어질 수 있다고 판단된다.
- 넷째, 압축기 토출온도의 제어로 시스템 신뢰성이 향상된다. VI 사이클은 압축기의 토출유량을 증가시키기 때문에, 열대기후 운전의 특징인 압축비 증가와 토출냉매유량 감소, 그로 인한 토출온도 상승을 효과적으로 억제할 수 있다.
- 둘째, IHX 에서 주 흐름의 과냉도를 추가로 확보하도록 함으로써 증발기 측 용량을 증가시키는 것이 가능하다. 증발기 측 용량 증가는 자연스럽게 응축기 측 난방용량의 증가로 이어질 수 있으므로, VI 사이클은 응축기 측의 유량 증가로 인한 용량 증가와 증발기 측 과냉도 증가로 인한 용량증가의 두가지 측면으로 이해될 필요가 있다.
- 3℃ 조건에서 AVI를 이용한 성능향상이 가능함을 그림 3에서 확인할 수 있다. 물론, 기존의 증기냉매 인젝션 (Classic VaporInjection, CVI) 사이클과 같이 15% 이상의 용량 증가는 기대할 수 없으나, 5% 정도의 성능향상 효과가, 저 Hz의 압축기 주파수 조건에서 일부 가능함을 실험적으로 보였다. 한편, 그림 4와 같이 압축효율 증가에 따른 COP의 증가도 기대할 수 있다.
- 셋째, 압축과정이 인젝션 중간압의 존재로 인해 2단 압축 과정이 되며, 이로 인해 일종의 중간냉각효과가 압축과정 중에 발생한다. 1개의 압축실을 보유하는 스크롤 압축기의 경우, 스크롤이 회전하는 중간에 상기의 중간냉각효과가 발생하므로, 1개의 압축기로 2단 압축의 효과를 낼 수 있는 장점이 있다.
- 결론적으로, Accumulator로 인젝션을 수행할 경우, 부효과 적인 측면에서 증발기 유량의 대체효과가 발생하기 때문에 많은 양의 인젝션 흐름은 시스템의 성능향상 측면에서 이롭지 못할 수 있다. 실험적으로는, 시스템 전체 유량의 5%내외의 인젝션 유량이 설계되는 경우 시스템 성능향상이 최적으로 이루어질 수 있다고 판단된다.
후속연구
- 기존 VI 사이클의 변형이라 할 수 있는, Accumulator Vapor-Injection 기술은 기존 압축기를 사용하는 저가 라인업의 히트펌프에서도 VI 사이클의 일부 장점을 활용할 수 있는 기술이며, 이를 이용한 VI 사이클의 기술 저변 확대 및 산업의 파급효과를 기대해 본다. 고가의 Injection-Ready 압축기를 사용하는 경우 시스템 성능향상 및 압축기 신뢰성 확보가 용이하게 진행될 수 있으나, 원가상승으로 히트펌프 시장 내 고가제품에만 채택되었던 아쉬운점이 있었던 반면, 본 기술은 VI 사이클의 장점을 보다 저가의 라인업에도 적용할 수 있어 히트펌프 시스템 전반의 성능 및 신뢰성 향상에 기여할 수 있으리라 판단된다.
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