전기자동차의 이중 잠열 히트펌프 시스템을 이용한 난방 성능 향상에 관한 실험적 연구

An Experimental Study on Heating Performance Characteristics Using a Dual Latent Heat Pump System of an Electric Vehicle

본 연구는 전기자동차 히트펌프의 동절기 전력 소모를 감소하기 위하여 이중 잠열 히트펌프를 제안하고 실험적으로 연구하였다. 이중 잠열 히트펌프는 기존 히트펌프에 외부 열교환기를 추가 장착하였다. 팽창밸브 이후 냉매를 분배한 후 1번 증발기를 통하여 1차 잠열 증발 이후 미증발된 냉매와 재혼합 2번 증발기를 통하여 2차 잠열 증발을 일어나게 했다. 본 실험의 목적은 외부 흡열량을 증가시켜, 흡열량과 압축일의 합인 실내 응축기의 방열량을 증가시 키기 위한 것이다. 실험은 저온챔버에서 외부 공기 온도는 -5∼15℃이며 5℃씩 증가시켰다. 기존 히트펌프와 비교실험 결과 질량유량이 2∼3% 정도 감소하였으나 증발기 온도의 강하로 흡열량이 증가하면서 과열도가 최대 75% 정도 상승하였다. 이 결과로 압축일은 1∼16% 정도, 응축기의 방열량은 1∼4% 정도 증가하였다. COP H 는 기본 히트펌프에 비해 약 2∼13% 정도로 감소하였지만, 5℃ 미만의 저온 환경에서는 실내 공간의 난방 온도는 약 7~11% 정도 증가함을 보였다. 이것은 난방 능력의 향상으로 PTC 히터의 작동시간을 감소시켜 에너지 절감에 크게 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

This study proposes a dual latent heat pump system to improve heating efficiency and reduce winter power consumption in electric vehicles. The proposed system enables two-stage latent evaporation by adding an external heat exchanger to a conventional heat pump. Experiments conducted in a low-temperature chamber under conditions ranging from -5°C to 15°C revealed that the refrigerant mass flow rate decreased by 2-3% compared to that in a conventional system; however, both heat absorption and superheat increased significantly. Consequently, compressor work increased by 1-16%, and condenser heat release improved by 1-4%. Although the COP H decreasedby2-13%, the indoor heating temperature increased by 7-11% under ambient temperatures of 5°C or below. These performance improvements indicate a potential reduction in PTC heater operation time, contributing to energy savings.