전기자동차(EVs)의 도입이 계속 확대됨에 따라 에너지 효율을 향상시키고 주행 가능 거리를 연장하는 일은 중요한 연구 과제가 되었다. EV에서 에너지 소비의 핵심 구성요소 중 하나는 냉난방공조(Heating, Ventilation, and Air Conditioning, HVAC) 시스템이며, 이는 차량의 효율과 승객의 쾌적성에 직접적인 영향을 미친다. 따라서 성능을 유지하면서 전력 소모를 최소화하도록 HVAC 시스템을 최적화하는 것은 필수적이다.[1] HVAC 시스템의 효율은 압축기, 응축기, 증발기, 팽창장치 등 주요 구성요소의 설계와 성능에 크게 좌우된다. 전자식 팽창밸브(Electronic Expansion Valve, EEV)는 냉매 유량을 정밀하게 제어할 수 있어 다양한 운전 조건에서 시스템의 안정성과 효율을 향상시키므로 널리 사용된다. 그러나 EEV만으로는 압력 손실 관리와 열교환 최적화 측면에서 한계가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 EEV에 노즐을 통합하면 냉매 속도를 개선하고 열전달 효율을 향상시킬 수 있다. 이 연구는 서로 다른 직경의 노즐(0.8mm, 1.0mm, 1.2mm)을 장착한 노즐 통합형 EEV 기반 자동차 HVAC 시스템의 성능을 평가하였다. 실험은 냉매 온도 강하, 전력 소비, 냉방 능력, 성능계수(Coefficient of Performance, COP) 등 주요 성능 지표에 대한 노즐 통합의 영향을 분석하기 위해 제어된 환경 챔버에서 수행되었다. 그 결과, 0.8mm 노즐을 사용한 경우 총 냉매 온도 강하가 16.3°C인 반면, 1.0mm 및 1.2mm 노즐은 각각 13.3°C와 12.7°C의 온도 강하를 나타냈다. 전력 소모 측면에서는 노즐을 적용한 시스템이 효율이 향상되었으며, 1.0mm 노즐이 1456.7W의 최고 냉방 능력을 달성하였다. 또한 0.8mm, 1.0mm, 1.2mm 노즐의 COP 값은 각각 1.8, 2.2, 1.7로 나타나 1.0mm 노즐이 EEV 단독 시스템에 비해 36.0%의 성능 향상을 보이며 가장 큰 개선 효과를 제공하는 것으로 확인되었다. 이상의 결과는 적절한 크기의 노즐을 통합하는 것이 EV의 HVAC 시스템 효율을 크게 향상시킬 수 있음을 시사한다. 시험된 구성 중에서는 냉방 효율과 에너지 절감 측면에서 최상의 성능을 달성하기 위한 최적 설계로 1.0mm 노즐이 도출되었다. 본 연구는 고효율 HVAC 시스템의 설계 및 개발에 유용한 통찰을 제공하며, 전기자동차의 에너지 관리 개선과 주행 가능 거리 연장에 기여할 것으로 기대된다.

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