[냉매] 냉장고, 에어컨에 사용되는 냉매의 선택

- 냉매 선택/사용에 대한 포스팅

- 냉매의 원활한 사용을 위한 요구 조건

- 가져왔는데 아직 이해 못 한 부분 ,,,

- 냉매 사용, 환경적인 측면에서의 요구조건

- 냉매 선택의 변화, 흐름

 

 냉매 선택/사용에 대한 포스팅

 

냉장고, 에어컨에 들어가는 냉매는 상변화를 통한 냉각 싸이클을 구성합니다.

그렇기에 기본적인 액체/기체 열전달 루프와 달리 추가적인 조건들이 있습니다.

 

이번 포스팅에서 그에 관한 조건들을 정리하고

다음 포스팅에 환경적인 측면에서 냉장고, 에어컨 냉매의 변화 선택 기준이 어떻게 되는지 정리하겠습니다 :)

 

// 냉장고에 대한 이전 포스팅

2021.12.18 - [정리, 공부/제품 원리] - 냉장고의 구성/구조 & 원리

냉장고의 구성/구조 & 원리

 

 냉매의 원활한 사용을 위한 요구 조건

 

1. 대기압 이상에서 타겟지점(냉장고: 냉장고 안, 에어컨: 집 안)의 목표 온도(최저온도)에 맞는 기화온도를 갖는 냉매 찾기

• 대기압인 이유: 에어컨 냉장고 등의 사용에선 팽창변을 지나며 (대기압상태에 가까워지고서) 외부의 열을 흡수해 기화한다.
• 목표 온도를 최저온도로 맞추는 이유: 최저온도에서도 상변화를 통한 열교환이 가능한 냉매를 선택 + 최저온도 이상의 온도는 제품 내의 인버터 모터/컴프레서 등의 제어를 통한 온도 조절 (돌리고 말고, 켜고 끄고가 아닌 --> 인버터: PID와 같이 유연한 제어 = 에너지 효율이 좋아진다.)

2. 응고 온도가 낮아야, 응고가 발생하며 파이프에 균열이 가거나 흐름에 방해되지 않게

• 물과 알코올은 냉매로는 잘사용하지 않지만 굳이 비교하자면, 알코올은 비등점(어는점)이 낮고, 물은 높은 기화열을 갖는다. 물은 기화열이 높아 냉매로써는 아주 우수하지만 끓는점이 너무 높다. 일반적인 냉매들은 물보다도 기화열이 낮지만, 끓는점이 영하이어서 냉매로 많이 사용됩니다(상온에서 기체상태)
• + 위에 말한 것처럼 물은 비등점이 높아(어는점 ~ 0도), 겨울철에 얼음으로써 싸이클 라인을 파괴할 가능성이 있습니다.

3. 응축(액화+압축상태에서)이 용이해야 압축기의 소요동력이 작아진다 ~ 증발 용이

 

4. 증발 잠열이 크고 = 증발기의 증발을 통해 목표시스템의 많은 열을 가져가기 위해

From 네이버 블로그

5. 점도가 적고, 기체상태의 비체적(=1/밀도)이 작을 것

• 점도가 크면 유동저항이 증가로 배관 통과 시 저항 증가 -->  압축기 체적효율 감소 (기체 이동의 방해로 압축기 내의 밀도 감소, 체적효율(체적비율, 전체 부피에 실 존재 기체분자 수) 감소 --> 냉동 능력 감소)
• 밀도가 작으면 압축기의 행정체적당(압축기에 채울 수 있는 총 부피당) 이송하는 냉매 질량유량이 적어지므로 압축기 능력이 저하됨 (압축기가 힘들어함)

6. 표면장력이 크다 ~ 액체 분자끼리 당기는 힘이 크다(응집력) = 표면과 접함(부착력)이 줄어든다 --> 즉, 표면장력이 작을수록 열교환 면과 접촉이 좋아 열교환이 잘돼 = 액냉매가 증발할 때 관표면을 잘 적셔서 전열 작용이 양호

// 하지만 너무 높으면 표면에 들러붙는다는 느낌..? 그러면 관이 얇아진다면 유동저항이 크게 증가할 것이다.

https://ko.wikipedia.org/wiki/%ED%91%9C%EB%A9%B4%EC%9E%A5%EB%A0%A5

-      윤활유와 냉매의 상용성

-      낮은 가격

 

 가져왔는데 아직 이해 못한 부분,,

 

1. 냉매증기의 비열은 크고, 액체 비열은 작아야

냉매의 증발열량이 크면 그만큼 기화되며 뺏어가는 열량이 많기에 목표시스템의 온도를 낮추는데 도움될 것이고,

거기에 더해서 냉매증기의 비열이 큼으로써 냉매증기의 온도는 크게 높이지 않지만 열량은 많이 가져가라는 것인가?

 

액체 비열이 작으라는 것은 응축의 쉬움을 위해서인가? 애초에 압축기를 지나며 고온고압의 기체가 되고 그를 액체로 만들기 위해서는 냉매증기의 비열*온도, 증발잠열량의 영향도 받지 않나,,

 

2. 비열비 작을 것 (정압비열과 정적비열의 비율)

 

3. 절연내력이 크고 절연물을 침식하지 않아야 한다?

암모니아는 전기 절연물을 침식하므로 밀폐형 냉동기를 사용할 수 없다.

프레온계 냉매는 절연내력이 커서 밀폐형 냉동기에 많이 사용된다.

 

(우선 적어두고 나중에 수정 ,,, ㅠㅠ)

 

 냉매 사용, 환경적인 측면에서의 요구조건

 

아래의 수치를 보고서 판단

ODP (Ozone Depletion Potential) ~ 오존을 파괴하는가

GWP (Global Warming Potential) ~ 지구온난화를 일으키는가

--> 자세한 내용 + 냉매 네이밍의 의미는 추후에 따로 !

 

 냉매 선택의 변화, 흐름

 

CO2, NH3(Ammonia)

프레온(Freon) ~ Haloalkane refrigerants

몬트리올 의정서(87): CFC 밴 (~10년도까지 밴 완료키로)

HCFC

수정안(90): HCFC 밴 (~30년도까지 생산, 사용 밴 완료키로)

HFC도 매우 높은 GWP

 

non-haloalkane refrigerants

모니아, ethylene, propane, iso-butane, ... , hydrocarbons를 사용

or 합성물 사용

R-410a (HFCs + R-32 + R-125), R-404a (R-125 + R-134a + R-143a)

 

** 냉매가 규제 받는 이유

: 유독성, 폭발성, 오존파괴, 온난화로 기후 변화

--> 추후 자세히

 

 

마치며

 

에어컨/냉장고 제작 + 자동차 에어컨 --> 에너지 효율, 단가, low GWP가 중요

냉매 선택 --> 부식x, 유동성x, 폭발성x, 오존파괴x, 글로벌워밍x, 타겟T보다 낮은 Boiling point, 큰 증발열(열용량), 고밀도의 기체상태 등

https://ko.aliexpress.com/i/4001132414888.html, 너무 기계기계 한 투박하지 않은 사진을 찾다 보니 ,,,