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.
EG-TIPS 에너지온실가스 종합정보 플랫폼
냉동(냉수) 시스템 냉동이란 어떤 물체나 공간의 열을 인위적으로 빼앗아 주위의 온도보다 낮은 온도로 만들거나 혹은 저온 상태를 유지하는 것. 이와 유사한 용어로 동결, 냉방, 냉장 등이 있으
tips.energy.or.kr