스크롤 압축기의 배압조절 밸브 설계에 관한 연구

초록

축 방향 순응기구로서 배압 방식을 사용하는 스크롤 압축기에서 적정 배압 형성을 위한 배압조절 밸브에 대한 설계 연구에서, (1) 토출압과 흡입압의 변화에 따라 최적의 배압 수준도 함께 변화하지만, 최적 배압과 상당히 가까운 수준의 배압을 일정 값의 배압 계수를 통해 얻을 수 있다. (2) 원하는 배압 계수는 설계된 배압조절밸브의 피스톤 면적비 설정을 통해 얻을 수 있다. (3) 운전 압력 조건이 변화할 때, 설정된 배압 계수를 제공해 주는 배압조절밸브를 통해 원하는 배압을 얻을 수 있는지를 밸브 성능 모델링과 수치 해석을 통해 확인하였다. (4) 피스톤과 실린더 사이 간극이 2.5 ㎛인 경우, 간극 누설로 인해 배압 계산 결과치는 설정 배압보다 약 1% 높게 얻어진다. 이는 실용적으로는 전혀 문제가 없는 수준이다. (5) 밸브의 응답성은 운전 압력의 변화 폭에 따라 달라지겠지만, 목표치에 95% 이상으로 접근하는 데는 대략적으로 0.02sec~0.05sec 이내에서 이루어진다. (6) 밸브 내부 누설 손실은 압축기 토출 유량의 약 0.1% 수준으로, 이는 기존의 배압 방식에서 일어나는 1% 수준의 손실보다는 상당히 작은 수준이다. 따라서 이 밸브는 특별히 CO2와 같은 고압 냉매를 사용하는 냉동 시스템에 더욱 유용할 것이다.

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