Thermofluid Performance Analysis of a Plate Heat Exchanger for EV Heat Pump Systems Using PFAS-Regulation-Compliant Refrigerants

Abstract

본 연구는 강화되는 PFAS 환경 규제에 선제적으로 대응하기 위해, 친환경 냉매 R744를 적용한 전기자동차용 히트펌프 시스템 내 판형열교환기의 열유동 성능을 3차원 CFD 해석을 통해 규명하였다. 쉐브론 패턴이 적용된 판형 열교환기를 포함한 3차원 모델을 구축하고, k-ω SST 난류 모델을 적용하여 냉매의 유입온도 및 질량 유량 변화를 주요 변수로 설정하여 해석을 수행하였다. R1234yf와의 비교 결과, R744는 운전 모드 전환 시 103.6 %의 급격한 압력 강하율을 보이는 등 높은 유동 민감성을 나타내었으나, 열전달률은 평균 154% 향상되었으며 COP는 최대 403.15% 개선되었다. 특히 고온 조건에서 nusselt 수가 219.52% 증가하는 등 열전달 성능이 크게 개선되어 R744가 차세대 전기자동차 열관리 시스템의 효과적인 대안이 될 수 있음을 입증하였다.