전기차 CO₂ 스크롤 압축기 내부 누출 특성이 압축기 성능에 미치는 영향을 연구하기 위해, 본 논문에서는 이론 유량이 1.272 m³/h인 차량용 CO₂ 스크롤 압축기를 연구 대상으로 삼아 압축기 작동 과정의 3차원 비정상 열역학 수치 모델을 구축하였으며, 이론 시뮬레이션과 실험 결과의 오차는 7.8% 이내였다. 이 모델을 기반으로 축방향 간극 및 씰 구조 등 핵심 설계 매개변수가 압축기 성능에 미치는 영향을 추가로 연구하였다. 결과는 씰 구조가 고압실에서 배기실 및 인접 기초실로의 가스 누출을 차단하여 가스의 2차 가열을 크게 억제하고 배기 온도를 낮출 수 있음을 보였다: 동일한 축방향 간극에서 씰 구조 도입 시 배기 온도는 16% 감소하고 체적 효율은 19.7% 향상되었다. 축방향 간극이 0.01 mm에서 0.03 mm로 증가함에 따라 압축기 배기 온도는 13% 상승하고 체적 효율은 13.7% 감소했으며, 동시에 누출로 인해 압축기의 과압축 현상도 완화되었다. 씰 구조는 반경 방향 누출 경로를 변경하므로 씰 홈 깊이도 누출량에 큰 영향을 미친다. 씰 홈 깊이가 증가함에 따라 반경 방향 누출량과 접선 방향 누출량이 모두 증가하며, 반경 방향 누출량의 증가폭이 접선 방향 누출량보다 훨씬 크다. CO₂ 스크롤 압축기 내부 반경 방향 누출량은 전체 누출량의 약 80%를 차지하며, 씰 홈 깊이 증가에 따라 비율이 더욱 증가한다. 또한 누출량 증가로 인해 압축기 흡입실 압력이 상승하고 흡입구에서 역류 현상이 발생한다. 본 연구 결과는 CO₂ 스크롤 압축기 누출 제어 및 씰 구조 최적화에 참고가 될 수 있다.

CO₂ 스크롤 압축기; 누출 특성; 수치 해석; 씰 구조