스크랩 요약 냉매 물성의 원리

[美세상(최승일)]

냉매의 종류.물성 원리

(1)

무지개 (shg1952) 12.06.09 09:26

냉매종류별 용도

품목	화학식	포장단위	용도	제조사
R-23 CLICK	CHF₃	20Kg  40Kg	냉매:특수 저온용냉매  HALON(소화용제) 제조용 원료  R-13,R-503대체품	후성테크
R-508B CLICK
R-123	CF₃CHCI₂	90.7Kg  286 Kg	냉매:원심식터보냉동기의 냉매  발포매:경질,연질 우레탄 발포용  CFC-11 원심식터보냉동기의 대체품  OIL: Mineral        Alkylbenzene	수입품
R-124	CHCIFCF₃	13.6Kg	냉매:Chiller에사용할 수 있는 냉매제  희석제:살균가스에서 R-12대체품  절연제:경질 폼 절연제로서 R-11,R-12대체품  OIL: Mineral        Alkylbenzene	수입품
R-134a	CH₂FCF₃	13.6Kg   20  Kg  100 Kg	냉매:자동차에어컨,산업용 냉장  발포제: 폴리스틸렌, 폴리우레탄 발포용  분사제: Aerosol 분사제  OIL: Polyol Ester	수입품  후성테크
R-141b	CH₃CCI₂F	230 Kg	냉매:대형냉동기용 냉매  발포제:경질, 연질 우레탄 Foam제조, R-11중간대체품  세정제:반도체 등의 세정제  OIL: Polyol Ester	수입품
R-142b	CH₃CCIF₂	100 Kg	발포제:폴리스틸렌 및 폴리에틸렌용 발포제  분사제:인체용 Aerosol의 분사제	수입품
R-404A	CHF₂CF₃  / CH₃CF₃  / CH₂FCF₃	10.9 Kg	냉매:중,저온 상업용 냉매 시스템에서 R-502를 대체할 중간 대체품  OIL:Polyol Ester	수입품
R-407C	CH₂F₂ / CHF₂CF₃ / CH₂FCF₃	11.3 Kg	냉매:R-22 대체품 (냉동/냉장시스템의 대체냉매, 에어컨시스템에서 사용가능)   OIL:Polyol Ester	수입품
R-408A	CHCIF₂ / CHF₂CF₃ / CH₃CF₃	10.9 Kg	냉매:저온,중온 상업용 냉장/냉동 시스템에서 R-502 대체품  OIL: Mineral        Alkylbenzene        Polyol Ester	수입품
R-410A(AZ-20)	CH₂F₂ / CHF₂CF₃	11.3 Kg	냉매:R-22 대체품 (에어컨,냉동/냉장 시스템)  공비혼합물  OIL:Polyol Ester	수입품
R-507A(AZ-50)	CHF₂CF₃ / CH₃CF₃	11.3 Kg	냉매:저온,중온 상업용 냉장/냉동 시스템에서 R-502대체품  공비혼합물  OIL:Polyol Ester	수입품
MIXTURE GAS	CHCIF₂ / CH₃CCIF₂	100  Kg  1000 Kg	분사제: Aerosol 분사제	후성테크
R-11 Tri Chloro Fluoro Methane	CCI³F	100kg 270kg	·냉 매:백화점 빌딩,공장 등 대형건물의 냉방장치의 냉매 ·분사제:AEROSOL용으로 R-12와 혼합하여 분사제로 사용 ·발포제:연질,경질우레탄 발포용 가스 ·세관제:배관 세척시 세관용으로 사용 ·OIL:Mineral Alkylbenzene	후성테크
R-12 Di Chloro Fluoro Methane	CCI²F²	100kg 22.7kg	·냉 매:자동차용 에어컨,냉장고 및 소용,  대형냉동기의 냉매 ·분사제:AEROSOL용으로 살충제,HairSpray등 각종 분사제 ·발포제:연질 폴리에틸렌발포에 사용 단열효과에 뛰어남 ·LEAK TEST:고압,진공장치,배관 케이블선등의 누수검사 ·OIL:Mineral  Alkylbenzene	후성테크 수입품
R-13 Chloro Tri Fluoro Methane	CCIF³	10kg	·냉 매:특수 저온 냉매,이원냉각기의 냉매 ·OIL:Mineral  Alkylbenzene	수입품
R-22 Chloro Di Fluoro Methane	CHCIF²	100kg 22.7kg    20kg 13.6kg	·냉 매:가정용,산업용 에어컨의 냉매 ·발포제:폴리에틸렌 발포제 ·HALON제조용 원료 ·불소수지(테프론)제조용 원료 ·OIL:Mineral Alkylbenzene	수입품 후성테크
R-113 Tri Chloro Fluoro Ethane	C²CI³F³	313kg	·냉 매:저용량의 패키지형 원심식 냉동기에 사용 ·세정제:전기. 전자 핵심부품의 세정제. 정밀기기 세정제,반도체 세정제 ·OIL:Mineral   Alkylbenzene	수입품
R-502 (22/115)	CHCIF²    CCIF²CF³	13.6kg 22.7kg	·냉 매:저온,중온 상업용 냉장/냉동 시스템 ·OIL:Mineral  Alkylbenzene	수입품 후성테크

냉매종류별 물성표

주요물성	11	12	22	134a	502	123
화학식	CCI₃F	CCI₂F₃	CHICIF₃	CF₃CH₂F	CHICIF₃/ CCIF₂CF₃	CHCI₂CF₃
분자량	137.4	120.9	86.5	102.03	111.6	152.91
비등점 @ 1기압(℃)	23.8	-29.8	-40.8	-26.2	-45.4	27.9
빙점@ 1기압(℃)	-111.1	-157.8	-160.0	-96.6	-	-107
임계온도 (℃)	197.8	112.2	96.1	101.1	82.2	184
임게압력(k/Pa)	4412.7	4116.2	4978.0	4066.6	4074.8	3675.6
포화액체밀도@ 30℃ (kg/㎥)	1462.4	1291.2	1172.8	1186.7	1192.0	1446.6
액체의 비열 @ 30℃ (kJ/kg-K)	0.8799	1.0056	1.2989	1.5084	1.257	0.8799
증기의 비열 @ 일정 압력(Cp), @ 30℃ 1기압 (kJ/kg-K)	0.5866	0.6285	0.838	0.8799	0.7123	0.7123
증기의 비열비  (k=Cp/Cv) @ 30℃ 1기압	1.13	1.14	1.18	1.12	1.14	1.10
가연성 및 폭발성(성냥점화에 의한 ASHERAE  표준 34에 근거함)	없음	없음	없음	없음	없음	없음
독성등급	5	6	5	나와있지 않음	5	나와있지 않음
증발 압력, k/Pa (절대압력)	20.3	182.5	295.6	164.1	348.6	15.9
응축 압력, k/Pa (절대압력)	125.4	744.6	1191.5	770.1	1318.9	109.4
압축비	6.18	4.08	4.03	4.69	3.78	6.88
압축 배출 온도(℃)	43.9	38.3	53.5	36.2	37.3	32.6
흡입 가스의 온도(℃)	-15.0	-15.0	-15.0	-15.0	-15.0	-15.0
흡입 증기의 비체적(L/kg)	0.762	0.091	0.078	0.120	0.050	0.869
증발 잠열(kJ/Kg)	194.0	158.5	216.7	207.7	156.5	183.7
순수 냉각 효과 (kJ/Kg)	155.3	116.3	162.8	146.8	104.4	141.7
성능 계수(C.O.P)	5.02	4.70	4.67	4.60	4.35	1.93
kw당 냉각제 순환량(g/s)	6.44	8.60	6.14	6.81	9.58	7.06
kw당 압축기 흡입 가스의 체적(L/s)	4.91	0.78	0.48	0.82	0.48	6.13
kw 당 액체 순환량	4.40	6.65	5.23	5.74	8.03	4.87

                         냉매의 종류와 특성

일반적으로 가정용 냉장고는 R-12을 주로 쓰고있으며, 요즘은 대체냉매인 134a
를 사용합니다.
오존층 문제는 네이버지식 검색에서 인용한 자료를 읽어보세요

1. 대체냉매의 개발
대체냉매를 말하기 전에
프레온 냉매는 물질명이 아니고 “상품명” 인 것은 잘 아시죠?

대체냉매는 오존층 보호를 위하여 논의
되었으나 지금은 온난화 문제 까지 고려하여 논의되고 있습니다.
지금도 계속 화학냉매가 개발되고 있으나 가장 좋은 대체냉매는
자연으로 갈 수 있는 암모니아가 가장 우수합니다.
다만 인체에독성이 있기는 합니다.

문의하신 가정용 냉장고 및 자동차용 공조기의
경우에는 HFC134a라는 냉매를 신상품에 적용하고 있습니다.

더 자세한 내용은
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대체냉매 R-123, R-134a 개발

기존 CFC계 냉매의 사용량이 현재와 같은 추세로 계속 증가된다면 향후 20년 경
에는 대기권의 오존층 파괴로 인하여 지구는 심각한 재앙에 직면하리란 전문가
들의 견해가 이미 오래전부터 보고되었다. 이러한 충격적인 보고가 발표 되면서
대체냉매 개발과 사용규제를 위한 검토가 선진국들을 중심으로 진행되어 1987년
에는 Montreal 의정서가 조인되었다. 이에따라 기존 냉매사용에 대한 규제가 구
체화됨으로써 세계 각국에서는 대체냉매를 개발하기 위한 연구가 활발히 수행되
고 있다.

Conditioning and Refrigeration Institute) 및 관련업체를 중심으로 의정서 발표
훨씬이전부터 대체냉매 개발에 주력한 결과, 최근(주)Dupont은 R-123, R-134a
등 새로운 대체냉매의 개발을 발표하였다. 표에서 보는 바와같이 R-123은 기존
R-11의 대체물질로 개발된 ODP(1)
(Ozonedepletion potential Value:오존파괴지수)0.02인 Hydrochloro
fluorocabon(HCFC)계이며, R-124a는 R-12와 r-500의대체물질로 개발된 ODP=0
인 Hydro-fluoro carbon(HFC)계이다. 이들 대체물질의 개발에 따라서 이를 이용
하는 기기새산업체에서는 대체 가능성을 평가하기 위하여 비용, 안전성, 독성,
성능 및 환경에 미치는 영향등에 대한 연구가 다양하게 진행되고 있다.


2. 오존층 파괴의 원인과 대책
지금까지는 전세계적으로 “냉매 12”(R12 혹은 CFC12) 혹은 “냉매 22”(R22 혹은
HCFC22)가 가정용 냉장고, 가정용 에어컨, 상업용 칠러 등에 널리 사용되어 왔
다. R12와 R22는 열역학적 화확적 물성치들이 우수하고 냉동기내에서 다른 물질
들과의 호환성이 좋다. 그러나 몬트리얼 의정서의 규제 조치에 따라 선진국의 경
우에는 1996년부터 CFC12의 생산 및 수출 등이 금지되었고 한국과 같이 의정서
의 제5조 1항국으로 분류된 국가의 경우에는 유예기간을 받아 더 오래 동안 사용
할 수 있다. 하지만 매년 환경 문제가 급속도로 악화되고 있으므로 제5조 1항국
의 경우에도 CFC12의 사용을 규제해야 한다는 요구가 매해 심각하게 제기되고
있는 실정이다. 이 같은 추세에 따라 가정용 냉장고 및 자동차용 공조기의 경우
에는 HFC134a라는 냉매를 신상품에 적용하고 있다. 그러나 HFC134a는 지국 온
난화 가스이므로 앞으로 다른 냉매로 대체해야 할 필요성이 크다.
CFC12 및 HCFC22의 대체냉매로는 HFC134a외에도 HCFC를 포함하는 혼합냉
매나 HFC를 포함하는 혼합냉매 등이 있다. HFC134a를 사용하는 경우에는 압축
기 자체를 바꾸고 그 안의 윤활유도 바꾸어야 하므로 장기간의 연구가 필요하
다. 그러나 혼합매체의 경우에는 기존의 압축기나 윤활유를 그대로 사용할 수 있
다는 장점을 갖고 있다. 특히 HCFC 혼합매체의 경우에는 가격도 저렴하고 앞으
로도 20-30년 이상 사용할 수 있으므로 이에 대한 연구를 수행할 필요가 있다.
HFC134a나 HFC를 포함하는 혼합냉매의 경우에는 장기적으로 쓸 수 있다는 장
점을 갖고 있으나 가격이 비싸고 시스템에 적용하기 위해 많은 연구가 필요하다
는 단점도 갖고 있다.
현 시점에서는 오존층 붕괴도 일으키지 않으며, 에너지를 절감해서 지구 온난화
현상도 완화시킬 수 있는 냉매들이 절실히 필요하며, 이러한 대체냉매들의 한 종
류로서 각광을 받고 있는 것들이 순수냉매들을 혼합한 혼합냉매인 것이다.
혼합냉매의 특징은 아래와 같다: 1) 열효율의 개선(10% 정도), 2) 낮은 오존층 붕
괴 지수, 3) 낮은 지구 온난화 지수, 4) 냉동/공조기 및 히트펌프를 크게 변화시
키지 않고도 이들을 적용 할 수 있음, 5) 쉽게 구할 수 있음, 6) 다른 물질 및 윤활
유와의 호환성이 좋음.
이 같은 특성 때문에 비공비 혼합냉매(Non-azeotropic refrigerant mixtures,
NARMs)들은 공기조화 및 냉동 분야에서 에너지 효율을 현저하게 높일 수 있는
방안중의 하나로서 부각되어 왔고 외국의 경우 여러 연구소에서 그들의 열역학
적 특성들에 대해 많은 연구를 진행해 왔다. NARMs는 등압상태에서 증발이 일
어날 때 순수냉매와는 달리 증발온도가 올라가며 반대로 응축 시에는 응축온도
가 감소하게된다. 이와 같은 현상은 “온도구배 현상”(Gliding temperature
phenomenon)이라고 부르며 증발이 시작되는 점과 끝나는 점간의 온도차이를
“온도구배차”(Gliding temperature difference, GTD)라고 하는데 이 GTD는 선택
된 혼합냉매와 조성에 따라 다르다.
비공비 혼합냉매의 경우 열교환 효율의 증대뿐만 아니고 압축기에서 필요로 하
는 동력 역시 Carnot cycle에 비해 줄어들게 된다. 따라서 냉동기의 성능계수
(COP)가 많게는 30-40%까지 증가하게 된다.
한국은 지금 현재 예비 전력 보유량이 부족한 상태로서 해마다 여름철이 되면,
냉방, 공기조화기 등이 작동됨으로써 전력 수급에 큰 문제가 발생한다. 이 문제
를 효과적으로 풀려면 우선 냉동, 공기 조화기의 성능을 개선해야만 한다. 이런
관점에서 볼 때 냉동/공조기 및 히트펌프에 혼합냉매를 적용하여 오존층 붕괴를
심하게 일으키는 CFC 및 HCFC 냉매를 대체하고 동시에 10% 정도의 열효율 증
대를 기대할 수 있는 본 연구는 상당히 중요한 것이다. 선진국인 미국, 일본 등지
에서 이미 이 방면에 대한 본격적인 연구를 진행하고 있는 이 시점에서 우리도
환경, 에너지 문제를 동시에 해결시킬 수 있는 CFC 및 HCFC 사용 기술에 대한
연구를 수행해야만 한다고 생각된다.

두 가지 경우가 있는데, 하나는 오존이 검출되는 10∼15 km의 범위를 폭넓게 말
하는 경우이고, 또 하나는 그 범위 중에서도 다시 집중적으로 오존이 극대에 달
하는 20∼25 km의 범위를 말한다. 오존층은 대기 속의 산소분자가 파장(波長)
2400 이하의 파장이 짧은 태양자외선을 흡수하여 분해함으로써 생긴 것으로, 오
존층이 있기 때문에 2800 이하의 인체, 생물에 해로운 강력한 자외선은 흡수되
어 지상까지 도달하지 않는다. 지구상에서 생물이 무사히 생활할 수 있는 것은
오존층의 영향이 크다.
오존층의 높이는 20∼25 km인데 계절에 따라 변화하며, 겨울에서 봄에 걸쳐서
는 낮고, 여름에서 가을에는 높다. 전층(全層)에 걸친 오존량의 합계는 봄에 극대
에 달하고, 가을에 극소로 된다. 또 오존의 전량(全量)은 고위도에 많고 저위도에
는 적다. 오존의 전량은 권계면(圈界面)의 높이와 밀접한 관계가 있어 오존이 증
가하면 권계면은 내려오고, 감소하면 반대로 높아진다. 이와 같은 오존의 변화
는 태양활동과도 밀접한 관계를 가지고 있어서 태양활동의 변화 → 오존의 변화
→ 권계면 높이의 변화 → 대기대순환(大氣大循環)의 변화와 같이 태양활동을 기
상변화에 결부시키는 데 매우 중요한 매개물로 되어 있다.


결정적인건 프레온가스다. 프레온가스를 영어로 표현하면 CFC(Carbon-탄
소,Floure-불소,Chloro-염소)이다
CFC의 용도는 냉매,반도체의 세정제, 스티로폼이나 무스의 발포제,스프레이의
분사제이다(이것은 근래엔 LPG로 전환되었다).
CFC의 특징은 대략 6가지이다.
1. 독이 없다.
2. 폭발하지 않는다.
3. 불에 타지 않는다.
4. 정제성이 있다.
5. 오존층을 파괴한다.
6. 끓는점이 낮다.
이런 특성이 있는데 솔직히 이런 특성을 가진 기체는 CFC 말고는 없다. 그래서
20세기에 만든 최고의 기체를 꼽으라고 하면 CFC를 꼽고, 20세기 세계 100대 발
명품에 꼭 들어간다. 처음엔 이런 특징때문에 꿈의 기체로 불리웠다. 하지만
CFC가 오존층를 파괴하자 세계 각국은 CFC의 사용을 금지하게 된다.
CFC가 오존층을 파괴하는 화학식은 이렇게 된다.
CF₂Cl₂가 자외선에 의해 CF₂Cl+Cl이 되고
Cl+O₃->ClO+O₂
ClO+O₃->2O₂+Cl
Cl이 계속 살아남아서 오존을 분해한다. 이 화학식에서 CFC 분자 하나가 오존
10만개를 파괴한다.
대책은 대체물질을 만드는 것이다. 현재 세계적으로 CFC의 대체물질을 개발하
고 있다. 카이스트에서도 개발했다고 한다. 하지만 현재까지 오존층을 파괴하지
않으면서 CFC의 능력을 발휘하는 물질을 만들진 못했다. 이제 그런 물질을 만들
면 그 물질은 인류가 만든 최고의 발명품 중 하나가 될것이다.