철도차량용 공기압축기 냉각기 최적설계 연구

초록

철도 차량에 적용되는 공기압축기는 차량 제동을 위해 사용되는 압축 공기를 출력하기 위한 장비로서 스크류 방식과 피스톤 방식으로 구분된다. 또한 윤활 작용을 위한 오일 사용 유무에 따라 급유식과 유지보수에 강점이 있는 무급유식으로 나뉘어진다. 현재 공기압축기는 철도차량의 경량화 추세에 따라 무게 및 공간 절감을 위해 컴팩트화가 중요하게 고려되고 있다. 피스톤 공기 압축기 대상으로 주요 구성 부품은 모터부, 압축을 위한 피스톤 행정부, 압축공기의 냉각을 위한 열교환부 등으로 크게 고려할 수 있다. 이 중 열교환기는 전통적 방식인 핀-튜브형 열교환기를 적용하고 있다. 다단계 공기 압축기는 저압부 실린더에서 1차로 가압후 고압부 실린더에서 2차로 최종 압력에 다다르게 되므로 이 경우 열교환기도 1단과 2단으로 구성된 다단 열교환기 적용이 필수이다. 이번 연구에서는 핀-튜브 열교환기 적용시 압축 환경에서의 열교환 현상을 수치적으로 계산하고, 핀과 튜브의 사이즈 및 개수에 따른 열교환 효율을 비교하였다. 그로부터 철도 차량용 공기 압축기의 요구 성능에 부합할 수 있는 열교환기의 핀-튜브 사이즈 및 개수에 관한 최적 설계 사양을 분석하였다. 또한 그 결과로부터 중량 및 설계 범위에 관한 수치를 비교분석하였다.