<냉매의 특성 및 오존층 비파괴 냉매의 종류>!!!

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<냉매의 특성 및 오존층 비파괴 냉매의 종류>!!!에 대한 보고서 자료입니다.

목차

냉매의 종류와 특성


일반적으로 가정용 냉장고는 R-12을 주로 쓰고있으며, 요즘은 대체냉매인 134a
를 사용합니다.


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.




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.

본문내용

에는 대체 냄매로 사용 또는 시설교체중임)
냉매종류
R22
R407C
R410A
비교결과
냉매조성비
HCFC-22
(100wt%)
HFC-32/125/134a(23/25/52wt %)
HFC-32/125
(50:50 wt%)
-R407C의 냉매는 3종류의 냉매로 조합되어있고 3종류의 냉매의 끓는점이 다름.
-냉매가 일부 누설되면 HFC-32만 빠져나가므로 성능이 30%이상 감소하므로 냉매전체를 방출한 후 재충전하여야 함.
-한국은 2045년까지 R22 사용가능.
냉매가격
(kg당)
3,135원
(국산)
21,221원
(수입)
28,876 원
(수입)
-2005 년 후반기 현재
ODP
(오존파괴
지수)
0.055
0
0
-ODP및 GWP의 차이가 적어 R407C는 중간단계의 냉매이며, 일본 내에서는 R407C를 사용하다가 R410A로 전량 바꿈
GWP
(지구온난화
계수)
1,700
1,530
1730
압력
100 %
107 %
160 %
-R410A는 냉매작동압력이 높아 안정성에 주의요망
효율 COP
100 %
95 %
100 %
-R407C 성능감소로 효율이 5% 낮음
능력
(10o
C Gas
밀도)
100 %
(28.82kg?m2
)
95 %
(27.45kg/m2
)
145 %
(41.75kg/ m2
)
-R407C 밀도저하로 성능 5 % 낮음
-R410A 밀도가 높아 Compact 설계 가능함
압력손실
-Gas관
-액관
100 %
100 %
106 %
104 %
64 %
96 %
-R407C 동배관내의 압력강하로 성능이 감소함
-R410A 압력손실이 가장 낮아 공사비 절감, 장배관시 능력감소가 적음.

키워드

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