냉매 종류, 증기압축식시스템기타 기술 자료, 냉동(냉수) 시스템 요소기술

 

2) 냉매 종류

 

o 냉매는 일반적으로 탄화수소, 할로카본, 유기화합물, 무기화합물 등 네 종류의 화합물 중 하나이다.

 

o 냉매를 표기할 때 화학명을 그대로 쓰면 너무 복잡하고 불편하기 때문에 국제표준화기구 (ISO)에서 정하는 방법에 따라 번호를 부여하고 냉매(Refrigerants)의 머리글자를 따서 'R+number'의 형태로 표기한다. 때로는 '프레온22'와 같이 제조회사의 상품명에 냉매번호 를 붙이기도 하지만 공식적인 명칭은 다음과 같은 방법에 따라 표기하는 것이 원칙이다.

 

 

가. 메탄, 에탄 및 프로판계열의 탄화수소 -> 할로겐 냉매

 

o R+xyz의 세 자리수로 나타내며, 각각의 숫자는 냉매내의 원소의 숫자와 상관이 있다.

 

o 100 단위 숫자인 x는 탄화수소 탄소 C 원자의 수에서 1을 뺀 값이며,

 

o 10 단위 숫자인 y는 탄화수소 수소 H 원자의 수에 1을 더한 값이고,

 

o 1 단위 숫자인 z는 탄화수소 불소 F 원자의 수를 나타낸다.

 

o 따라서 탄소, 수소, 불소 및 염소의 네 가지 원자로 구성된 냉매의 경우, 염소 원자의 수 는 (2x-y-z+5)가 된다.

 

o 탄소수가 “1”인 메탄계 냉매의 경우 100단위 숫자 x가 0이 되므로 이를 무시하여 냉매 의 번호가 두 자리 숫자가 된다.

 

o 탄소수가 “2”인 에탄계 냉매는 100 단위 수가 항상 1이 된다.

 

o 특별한 경우로 R13B1 등을 들 수 있는데, 이의 분자식은 CBrF3이며, 브롬 원자 1개를 포 함하고 있다는 뜻이다.

 

o 에탄계 냉매의 경우 수소 원자 대신에 할로겐 원소로 치환하면 화학적 구성성분은 같으 나 구조가 틀려 물성치가 다른 이성체(isomer)가 존재하므로, 이 때 치환한 할로겐 원소 의 안정도에 따라 냉매번호 오른쪽에 a, b 등을 붙인다.

 

 

나. 비공비 혼합냉매

 

o 400번대의 번호로 표시하며, 탄소의 수 5개 펜탄계로, 혼합냉매를 이루고 있는 구성냉매 의 번호 및 질량 조성비를 명시한다. 이 때 비등점이 낮은 냉매부터 먼저 명시하는 것이 관례이다. R410a, R407c 등

 

 

다. 공비 혼합냉매

 

o 500번대의 번호로 표시하되, 탄소의 수 6개로 개발된 순서대로 R500, R501, R502 등의 일련번호를 붙인다.

 

 

라. 유기화합물 냉매

 

o 600번대의 번호로 표시하며 탄소의 수 7개로 부탄계는 R600, 산소화합물은 R610, 유기 화합물은 R620, 질소화합물은 R630으로 개발된 순서대로 일련번호를 붙인다.

 

 

마. 무기화합물(자연) 냉매

 

o 700번대의 번호로 표시하되 뒤의 두 자리는 화합물의 분자량을 사용하며 암모니아, 물, 이산화탄소 등이 이에 해당한다. 예를 들어, 물은 분자량이 18이므로 R718로 부른다.

 

 

바. 불포화 유기화합물 냉매

 

o 1000번대의 번호로 표시하되, 100단위 이하는 할로카본 냉매의 번호를 붙이는 방법에 따른다. 예를 들어, 프로필렌(Propylene)은 R1270으로 부른다.

 

 

사. 할로카본

 

o 할로카본 냉매는 1930년 Midgley와 Henne에 의해 처음으로 개발되었으며, 탄화수소화 합물 메탄(CH4), 에탄(C2H6)의 수소를 할로겐인 염소(Cl), 불소(F), 브롬(Br)으로 치환하여 만든 화합물이다.

 

o 치환한 할로겐 원자의 종류나 수에 따라 물리적, 화학적 성질이 순차적으로 변하기 때문 에 사용조건에 따라 그에 알맞은 냉매를 선택할 수 있다.

 

o 메탄계 냉매인 CH4(R50), CCl4(R10), CF4(R14)를 정점으로 하여, 할로카본 냉매의 구성을 체계적으로 나타낸 그림으로, 그 속의 번호는 서로 다른 냉매의 번호이다. 에탄계 냉매 도 이와 같은 방법으로 구성하여 묘사할 수 있다.

 

 

o 비등점 및 임계온도 및 마취 및 독성는 변 50→10에서 염소수가 증가함에 따라 상승하 며, 변 10→14에서 염소가 불소로 치환됨에 따라 연속적으로 내려간다. 또 변50→14에서 는 R32가 최대로 되며, 삼각좌표의 내부에서도 각 변과 비슷한 경향을 나타낸다. 독성 및 마취성은 염소의 수가 많은 R10과 R20이 강함.

 

o 가연성은 메탄을 정점으로 하여, 수소수가 많은 물질일수록 높기 때문에 그림의 밑으로 갈수록 불연성이 된다.

 

o 밑변 10→14에 속한 냉매들은 완전히 할로겐화 된 냉매로서 대기권내에서 잘 분해되지 않고 그 수명이 매우 길기 때문에 성층권 오존 붕괴의 원인이 되고 있다. 안정성은 R14 를 정점으로 하여 불소가 많을수록 크며, 이 경향은 수소를 포함하지 않는 밑변 10→14 로 갈수록 강해진다. 아래 그림은 이와 같은 할로카본 냉매의 특성을 잘 요약하여 보여 주며 특히 대체냉매의 영역을 보여주고 있다.

 

 

 

o 할로카본은 CFC, HCFC, HFC로 분류된다. 할로카본은 개발되자마자 냉동/공조기의 냉매 로 거의 독점적으로 사용되어 왔으며, 특히 미국의 듀퐁사에서 자체적으로 '프레온'이라 는 이름을 붙여 '프레온가스'로 널리 알려져 있다. ­

 

① CFC는 메탄계 CnH2n+2 탄화수소화합물의 수소 모두가 염소, 불소 및 브롬으로 할로 겐화 되어진 '염화불화탄소'로서 R11, R12, R113, R114 및 R115 등이며 백단위 숫자 “0” 이므로 탄소수가 “1”인 냉매 . 성층권의 오존을 파괴하는 주요 인자가 염소임을 감 안하면 CFC의 오존층붕괴지수가 이들 중에서 가장 높음을 쉽게 알 수 있다. ­

② HCFC는 구성 원자 중에 최소한 수소가 한 개 이상 포함되어 있는 '수소화염화불화 탄소'로서 R22, R123, R124, R141b 및 R142b 등이 여기에 포함된다. 염소의 일부를 수 소로 대체한 HCFC의 경우에는 CFC에 비해 오존층붕괴지수는 작지만 여전히 염소가 존 재하므로 성층권 오존을 전혀 파괴시키지 않는 것은 아니다. 십단위 숫자가 “2”임. ­

③ HFC는 수소, 불소 및 탄소로 구성된 '수소화불화탄소'로서 염소가 없으므로 오존층 을 전혀 파괴시키지 않는다. 주요 HFC로는 R32, R125, R134a, R143a 및 R152a 등을 들 수 있으며, 그 특징은 번호를 다 더하면 항상 5나 8이 된다는 점이다. ­

④ 단일 화합물의 순수냉매로 원하는 시스템 특성을 얻을 수 없는 경우에는 두 성분 이상의 혼합물을 이용한 혼합냉매를 적용하여 적절한 열역학적 물성치를 얻을 수 있으 며, 혼합냉매는 크게 공비혼합냉매와 비공비혼합냉매로 구분한다.

 

 

 

 

 

 

 

 

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