가연성 냉매와 안전

최근 냉동기 냉매로 사용하고 있는 가연성 냉매 R 600a와 R 290의 사용과 관련되어 가장 큰 단점은 가연성의 위험이므로 주의 깊은 조작과 안전 예방조치는 필수이다.

 

 

 

가연성 냉매와 안전

 

가연성 냉매 개요

냉매 R600a(이소부탄)와 R290(프로판)은 가정용, 상업용 냉장고 및 냉동고와 같은 소형 밀폐 시스템에 적용하여 환경에 심각한 영향을 주는 다른 냉매들의 대안이 될 수 있다. 이 냉매들은 오존 파괴(ODP)와 지구온난화 지수(GWP)가 0이며, 천연자원에서 나온 석유 가스(petroleum gases)이다.

R600a를 이용하여 대부분의 냉장고를 제조하는 유럽에선, 과거 40년대까지 R600a는 냉장고에 사용되었고, 오늘날 다시 냉장고와 냉동고에 광범위하게 사용된다. 이소부탄 R600a는 에너지 효율성이 좋아, 가전제품에 아주 적합한 냉매이지만, 시스템을 만들고 적용하기에는 상당히 다른 특징을 가지고 있다.

냉매 R 290은 과거 냉동 플랜트에서 사용 됐었고, 현재에는 몇몇 산업용 공장에서 사용되고 있다. 지난 몇 년간 독일과 스웨덴에서는 성공의 수준은 다르지만 히트펌프와 에어컨에 R 290를 적용한 적이 있다. 이소부탄과 프로판은 이용 가능성 때문에, 전 세계적으로 CFC, H-CFC, 그리고 HFC의 대안으로 논의 되고 있다.

에너지 효율성이 좋은 이소부탄 R 600a와 프로판 R 290은 냉동시스템에 사용 가능하지만 가연성 물질이므로 특별한 관리가 필요하다.

 

 

아래 <표 1>처럼 R 600a와 R 290의 특성은 소형 시스템에 사용되는 다른 냉매들과 차이가 있으며, 많은 부분에서 설계의 차이를 만든다.

<표 1> 냉매 데이터 비교

 

가연성은 넓은 농도 범위에서도 가연성이 있기 때문에, 기기자체와 생산 공장의 안전 예방조치는 필수적이며 이 2가지 부문에 있어 위험 평가는 아주 다르다. 주로 화재 사고의 시작점에는 두 가지 필수적인 전제 조건이 있는데. 하나는 가스와 공기의 가연성 혼합물이고, 다른 하나는 특정 에너지 수준 또는 온도의 발화원 이다.

 

이 두 가지 조건은 연소에 있어 항상 같이 존재한다. 그러므로 이러한 연소를 방지하기 위해서는 반드시 예방이 행해져야 한다

 

<표 2> 이소부탄과 프로판의 가연성

 

 

R 600a와 R 290의 압축기들은 내부 보호장치와 PTC 스타트 또는 특수한 릴레이를 가지고 있다. 압축기 누설이 생긴다면 주변 공기를 폭발하한계(LEL) 아래로 유지할 수 없지만 PTC 스타터 또는 특수한 릴레이는 압축기 주변에서 나오는 불꽃을 예방한다.

 

이러한 압축기들은 다음 <그림>과 같이 가연성 가스에 대한 노란색 주의 라벨이 붙어있다.

 

<그림> 노란색 주의 라벨

 

설비에 대한 안전대책

 

가정용 냉장고와 비슷한 기기의 안전 실험에 대한 국제 기준이 설립돼 있고 이것은 통상적인 전기 안전 기준인 아래의 최신 버전 기준에 포함된 규정들이다.

•. IEC / EN 60335-2-24 가정용 냉장고와 냉동고

•. IEC / EN 60335-2-89 상업용 냉동기기

•. IEC / EN 60335-2-34 전동 압축기

 

북아메리카

•. UL 60335-2-24 and UL 250 가정용 냉장고와 냉동고

•. UL 471 Amendment SB 상업용 냉동기기

•. UL 60335-2-34 전동 압축기

 

유럽에서는 1994년부터 탄화수소 냉매를 사용하는 냉동기기에 대한 승인을 이러한 기준의 과정에 따랐다. 다른 응용분야에는 다른 요구사항을 가질 수 있는 각 국가의 기준과 법 (EN 378, DIN 7003, BS 4344, SN 253 130)을 참작해 사용해야 한다.

•. 정상 작동에서 스위칭 전환하는 모든 전기적 요소들은 발화 가능성 있는 것으로 간주된다. 이것들은 온도조절장치, on/off 및 기타 스위치, superfrost, 조명을 위한 도어 접점, 압축기 릴레이, 외부의 klixon, 그리고 다른 과부하 안전 스위치, 제상 타임스위치를 포함한다.

•. 시스템에서 냉매를 품고 있는 모든 부품들은 누설의 원인이 될 수 있는 것으로 간 주된다. 이것은 증발기, 응축기, 도어 히터, 배관, 그리고 압축기를 포함한다.

•. 대부분의 기준에서 최대 냉매 충진은 150g으로 맞춰져 있으며 특정 기준은 참고 문헌을 참조 하면 된다. 폭발하한계의 최대 20%(일반 부엌 기준시 대해 약 8 g/m³충진)로 유지하면 초기 누설 시 냉매의 분포가 불규칙하더라도 점화 위험이 낮아진다.

 

안전 예방책의 주 목적은 시스템에서 냉매를 품고 있는 부품과 스위칭 전환하는 부품들과 분리하는 것이다.

 

 

공장에서의 안전대책

 

냉매가 있는 시스템의 안전한 시스템 설계는 보통 국가별, 지역별 관청에 의해 정기적으로 승인되고 통제되어야 한다.

아래는 독일의 장치 설계 시 원칙을 예시하였다. 많은 세부사항들은 액화 가스 설비 규정에 기초한다. 가스 커넥터가 자주 다뤄지고 기기의 충전이 일어나는 위치 주변에서는 특수 제품들이 있으며, 가스 커넥트를 이용한 충진을 한다.

 

안전을 위한 설계 시 기본적인 원칙은 아래와 같다.

• 가스가 축적되는 공간의 강제 환기.

• 환풍기와 안전장치를 제외한 표준 전기 장비.

• 가스 누설 감지 센서가 지속적으로 누설 가능성이 있는(예. 충진 장소) 곳을 모니터링하고 LEL15~20% 상태일 경우 알람과 이중 환기 시키며, LEL30~35%일 경우는 누설지역 비방폭 전기장치들을 모두 단선 시키고 환풍기를 최대 속도로 가동.

• 누설이 있는 장치에 충진을 피하기 위해 충진 전 기기에 대한 누설 검사.

• 충진 장소는 가연성 냉매에 맞게 설계하고 안전장치에 연결.

 

안전장치 설계는 대부분의 경우에 충진 스테이션 공급업체와 가스감지장비의 공급자들로부터 기술 지원을 받을 수 있다.

 

작은 용기의 R 600a나 R 290 취급은 일부 나라에선 규정이 엄격하지 않다

 

Reference : SECOP Application Guide (R600a 및 R290 냉매의 소형 냉동 시스템 적용)