증기 이젝터 냉동 시스템 성능 분석

최근 이젝터를 활용한 증기 압축 방식이 공조 및 냉동 분야에서 주목받고 있다. 이젝터는 가동 부품이 없어 신뢰성이 높고 유지보수가 적다는 장점이 있지만, 주 유동 대비 2차 유동의 유입 질량 유량이 낮아 효율이 매우 낮다는 한계가 있다. 이는 주 유동과 2차 유동 간의 유입 및 혼합 과정에 대한 심층적인 연구가 필요함을 시사한다. 본 연구는 증기를 작동 유체로 사용하는 증기 압축 이젝터의 혼합 과정을 특성화하기 위한 새로운 방법론을 제시하고 검증한다. 이를 위해 혼합 유동을 시각화할 수 있는 새로운 증기 이젝터 냉동 장치를 구축했으며, 증기 발생기와 증발기 챔버를 새롭게 설계했다. 특히 증발기 챔버는 테스트 시간 동안 증발기에서 유도된 물의 양을 정량적으로 측정할 수 있도록 개발되었으며, 이 계량 방식은 해당 응용 분야에 충분히 정확함을 입증했다. 2차 유동 질량 유량을 측정하는 직접 계량 방식과 열 방식 간의 최대 편차는 2.6%로, 유입비의 약 0.3%에 해당한다. 또한, Eilmer3 CFD 시뮬레이션 도구를 활용하여 증기 이젝터의 축대칭 형상 내 유동을 모사했으며, 이상 기체 모델을 적용했다. 다양한 주/2차 유동 조건 및 응축기 압력에 대한 이젝터 내 정압 분포가 정확하게 시뮬레이션되었다. 실험 데이터와 Eilmer3 시뮬레이션 간의 정적 벽면 압력 차이는 일반적으로 2% 미만으로 나타났다. 이 결과는 이젝터의 혼합 과정에 대한 이해를 높이고, 향후 고효율 이젝터 설계에 기여할 수 있음을 시사한다.