HOME > 냉동공조기술광장 > 냉동
 
       
031  냉매가 갖추어야 할 성질 관리자 05-06-23
 

제목 없음

1. 개요


(1) 냉매(refrigerant)는 냉동기 내를 순환하며 냉동사이클을 형성하고, 상변화(phase change)에 의해 저온부(증발기)에서 열을 흡수하여 고온부(응축기)에 배출하는 매체를 말한다.

(2) 냉매로서 널리 사용되고 있는 것은 암모니아(NH3 : R717)와 프레온계 냉매(R-22, R-12, R-11, R-13, R-114, R-134a, R-123 …)가 있으며, 특히 근래에 와서는 프레온계 냉매의 오존(ozone)층 파괴가 문제가 되어, R-134a, R-123 등의 대체냉매가 개발되어 있다.

(3) 최근에는 R-22 등 몬트리올(Montreal)의정서에서 경과물질로 지정되어 있는 냉매의 대체냉매 개발에 주력하고 있다.(일부 개발되어 있음→3성분 혼합냉매가 대부분임)


2. 냉매의 구비 조건


(1) 물리적 관점에서의 조건


① 온도가 낮아도 대기압 이상의 압력에서 증발할 것.

- 증발온도가 낮을 때, 냉매의 압력이 대기압 이하가 되면 공기가 냉동장치 내에 침입

② 상온에서 비교적 저압으로도 액화할 수 있을 것.(응축압력이 낮을 것)

- 응축압력이 낮아 일반적으로 얻을 수 있는 냉각매체(물, 공기)로도 액화가 가능해야 함.  

- 예를 들면, 이산화탄소의 임계온도는 31.5℃인 데, 이것은 냉각수의 온도가 32℃를 초과하면 쉽게 액화되지 않음.(아무리 압력을 올려도)

③ 응고 온도가 낮을 것.

- 저온에서 냉매가 쉽게 응고하여 버리면 냉매로서의 기능을 못함.

- 암모니아의 응고온도는 -78℃이므로 -70℃ 정도가 사용할 수 있는 최저온도.

- R-22의 응고온도는 -160℃이므로 -80℃ 정도의 저온에는 사용하여도 지장 없음

④ 증발잠열이 크고,  액체 비열이 적을 것

- 증발잠열이 크면 냉동효과가 큼

- 증발잠열 : 암모니아 → 313kcal/kg, 프레온계 냉매 → 38~52kcal/kg정도

- 액체 비열이 크면 팽창밸브 통과시 프레쉬 가스 발생이 많아 냉동효과가 적어짐.

⑤ 윤활유와 냉매의 상용성

- 유와 냉매가 잘 분리되지 않으면 다량의 유가 증발기에 유입되어 전열작용을 저해하고, 압축기에서는 유부족으로 고장을 초래할 수 있음.

- 프레온계 냉매의 경우, 유를 잘 용해하므로 배관에 주의를 요함.(유 회수)

⑥ 점도가 적고, 전열작용이 양호하며, 표면장력이 적을 것

- 점도가 크면 배관 통과시 저항 증대 → 압축기 체적효율이 감소 → 냉동능력 감소

- 표면장력도 적은 쪽이 액냉매가 증발할 때 관표면이 잘 적셔져 전열작용 양호

⑦ 환경 친화성이 있을 것

- 누설시 발견이 쉽고, 누설되어도 환경에 대한 악영향을 미치지 않을 것

- 오존층 파괴지수(ODP), 지구온난화 지수(GWP)가 낮을 것.

⑧ 비열비 작을 것

- 비열비가 작으면 압축하여도 가스의 온도상승이 적어 압축비를 크게 할 수 있음.

- 암모니아는 비열비가 커서(k=1.31) 토출가스 온도가 높고, R-22는 비열비가 작아((k=1.18) 토출가스 온도가 낮음.

⑨ 절연내력이 크고, 절연물을 침식하지 않을 것.

- 암모니아는 전기 절연물을 침식하므로 밀폐형 냉동기를 사용할 수 없지만 프레온계 냉매는 절연내력이 커서 밀폐형 냉동기에 많이 사용됨


(2) 화학적 관점에서의 조건


① 화학적으로 안정할 것

- 화학적으로 안정되어 있지 않으면 압축시 온도 및 압력 등의 변화에 의하여 분해되어 사용 곤란

② 금속부식을 부식시키지 않을 것

- 암모니아는 동 또는 동합금을 부식 → 동관 사용불가 → 강관 등(열전달률 → 동이 좋음)

③ 인화성 및 폭발성이 없을 것

- 암모니아는 인화 및 폭발성이 있음. 그래서 안전관리가 취약한 소형장치 → 프레온 사용


(3) 생물학적 관점에서의 조건


① 인체에 무해하고, 누설되어도 물품에 손상이 없을 것

- 암모니아는 프레온계 냉매에 비해 우수한 냉매이지만 압력이 높고, 인체에 대한 독성 등으로 인하여 사용의 제약되고 있음.

② 악취가 없을 것


(4) 경제적 관점에서의 조건


① 가격이 쌀 것

- 아무리 우수한 성질을 가진 냉매라 할 지라도 가격이 비싸면 사용에 문제가 있음.

- 예를 들면, 암모니아는 프레온계 냉매에 비해 가격이 약 1/10정도에 불과하므로 대형장치에 많이 사용.



3. 냉매 누설검지 방법


1) 암모니아 냉매

① 냄새로서 알 수 있다.

② 유황을 묻힌 심지에 불을 붙여 접근시키면 흰 연기가 발생한다.

③ 페놀프탈렌 시험지가 홍색으로 변화한다.

④리트머스 시험지가 청색으로 변화한다.

⑤ 물 또는 브라인에 암모니아가 누설하고 있을 때에는 네슬러 시약을 사용하면, 소량 누설시는 황색, 다량 누설시는 자색으로 색깔이 변한다.


2) 프레온 냉매

① 누설의 의심이 있는 곳에 발포액(비눗물)을 발라 기포의 유무로서 검사한다.

② 이음부 등에서 기름이 누설될 때는 냉매도 누설된다.

③ 폭발의 위험이 없을 때에는 헬라이드 토오치를 사용한다.

④ 할로겐 누설검지기를 사용한다.

 

 

이전글  냉동장치의 냉매배관 설계요령 및 배관시 유의사항
다음글  저온장치에 사용하는 냉동기 유의 구비조건과 특성