냉매와 브라인

 

냉동 효과를 얻기 위하여 사용되는 모든 물질을 냉매라고 부르며, 특히 냉동기의 동작 유체를 1차 냉매라 하고, 냉동 효과로부터 얻어지 저온의 물이나 브라인(brine)을 2차 냉매라고 한다.

 

 

냉매와 브라인

 

냉동 효과를 얻기 위하여 사용되는 모든 물질을 냉매라고 부르며, 특히 냉동기의 동작 유체를 1차 냉매라 하고, 냉동 효과로부터 얻어지 저온의 물이나 브라인(brine)을 2차 냉매라고 구분하기도 한다. 에어 핸들링 유닛의 냉수 코일에 공급되는 냉매는 2차 냉매에 해당한다.
현재 주로 사용되고 있는 냉매로는 암모니아와 불탄환 수소계가 있다. 불탄화 수소계 냉매는 탄소,수소, 불소, 염소 등으로 구성되어 있는데 이들의 혼합에 따라 여러 가지의 것이 있다.
왕복식에는 R-12,R-22,R-500 이용되고, 원심식에는 R-11, R-113,R-114가 주로 이용된다. 이들의 냉매를 총합하여 R계 냉매라 한다.
브라인은 증발기에서 증발하는 냉매의 냉동력을 피냉각품 혹은 냉장품에 전달하는 부동액이다. 냉매는 저온의 열을 잠열의 형태로 고온부에 운반하는데, 비하여, 브라인은 현열의 형태로 냉동력을 운반한다. 따라서 브라인은 냉매와 달리 그 상태가 변화되지 않고 언제나 액체상태이다.
브라인의 종류에는 물,염화칼슘 수용액, 식염수, 에틸렌글리콜 등이 있다.
이중 염화칼슘 수용액, 식염수 등은 금속에 대하여 부식성이 있으므로 이들 배관재료는 충분한 검토를 하여 선택하여야 한다.

 

 

1. 냉매의 구비조건

- 물리적 조건

① 증발 압력이 낮아 진공으로 되지 않을 것.
② 응축 압력이 너무 높지 않을 것.
③ 증발 잠열 및 증기의 비열은 크고, 액체의 비열은 작을 것.
④ 임계 온도가 높고, 응고 온도가 낮을 것.
⑤ 증기의 비체적이 적을 것.
⑥ 누설이 어력고, 누설시는 탐지가 쉬울 것.

 

- 화학적 조건

① 안전하며, 변질하지 않을 것.
② 부식성이 없을 것.
③ 전기 저항이 크고, 열 전도율이 높을 것.
④ 점성 및 유동 저항이 적을 것.
⑤ 윤활유에 녹지 않을 것.
⑥ 무해ㆍ무독으로 인화, 폭발의 위험이 적을 것

 

 

2. 냉매의 종류와 특성

 

현재 사용되는 암모니아(NH₃)와 프레온계 냉매로 대별된다. 프레온계 냉매의 분자식은 일반적으로 CkHeClmFn이란 형태로 표현되며 분자식의 k, e, m,n의수치에 따라 냉매의 번호가 붙게 된다. 냉매라는 뜻의 R을 앞에 붙이고 1의 자리에 n,10의 자리에 e+1,100의 자리에 k-1로 하여 번호를 붙인다. 또 2종의 프레온을 특정한 경우에 혼합하면 단일냉매와 같은 형태로 작용할 수 이는 것이 있는데 이것을 혼합냉매라 한다.
혼합냉매는 번호를 500대로 하며 순서에 따라,500,501,…등으로 표시한다.

 

① 암모니아 (NH₃)

널리 사용되는 냉매로서 식품의 냉동 제빙 등에 사용되며, 비교적 우수한 특성을 갖고 있으나 특성에 있어서 인체에 유해하므로 공기 조화에는 사용하지 않고, 응고점(-71℃)이 비교적 높으므로 극저온을 요하는 냉매로는 사용하지 않는다.

 

② R-11(CFCI₃)

냉매 가스의 중량이 무거우므로 터보 냉동기의 냉매로서 사용하고 있다. -70℃이하의 저온에서는 브라인으로도 사용한다.

 

③ R-12(CF₂CI₂)

응고 온도가 -155℃로 매우 낮고, 동일온도에 대한 포화압력이 암모니아에 비해 낮으므로(1/1.7정도) 냉동장치의 각 구조가 제작상 비교적 용이하며 광범위한 온도범위에 걸쳐 사용할 수 있다. 또한 R-12는 사염화탄소(CCI₂)와 같은 정도의 소화능력이 있으며 프레온계 냉내중에서 가장 안전하다.

 

④ R-13(CF₃CI)

빙점(-181℃)과 비점(-81.5℃)이 매우 낮고, 포화압력이 높기 때문에 R22와 조합하여 2원 냉동방식으로 -80℃~-120℃의 최저온 냉각을 할 경우 저단압축기에 사용된다.

 

⑤ R-14(CF₄)

R-13으로도 얻을 수 없는 -100℃이하의 낮은 온도에 적당하고 ,임계온도가 -45.5℃이므로 단지 극저온용으로 국한한다.

 

⑥ R-21(CHFCI₂)

포화압력은 R-12의 중간정도이며, R-12보다 비교적 높은 압력범위에 적용하면 효과적이다.

 

⑦ R-22(CHF₂CI)

프레온계 냉매중에는 열역학적 성질이 암모니아와 가자 비슷한 냉매로서 온도와 포화압력과의 관계는 서로 비슷하지만 R-22가 암모니아보다도 더 완만한 온도구배를 가지므로 압축비를 작게 할 수 있다. 또한 암모니아로는 도달할 수 없는 -80℃의 저온도를 얻을 수 있다.

 

⑧ R-113(C₂F₃CI₃)

터보 냉동기의 저압 냉매로서 소형 터보 냉동기에 적합하다.

 

⑨ R-114(C₂F₄CI₂)

압력은 R-11과 R-12의 중간으로 R-21보다 약간 높은 압력범위에서 사용한다.

 

 

<표 1> 현재 사용되고 있는 주요 냉매의 종류 및 용도

 

명 칭	화 학 기 호	사용온도 범위	냉동기의 종류	용 도
R-11 R-12 R-22 R-113 R-114 R-500 암모니아 물	CCI₂F CCI₂F₂ CHCIF₂ C₃CI₃F₃ C₃CI₃F₄ CCI₂F₂(73.8%) CH₃CHF₂(26.2%) NH₃ H₂O	고 고ㆍ중ㆍ저 고ㆍ중ㆍ저ㆍ극저 고 고ㆍ중 고ㆍ중 중ㆍ저 고	터 보 식 왕복식ㆍ터보식 왕 복 식 터 보 식 터보식ㆍ왕복식 왕 복 식 왕복식ㆍ흡수식 흡수식ㆍ증기분사식	냉방용 냉방 ㆍ냉장ㆍ화학공업용,기타 일반냉장ㆍ냉장ㆍ화학공업용 기타 일반 냉방용 냉방ㆍ화학공업용 냉방ㆍ냉장용 제빙ㆍ냉장ㆍ화학공업용 냉방ㆍ화학공업용

※ - 고 : 0℃ 이상, 중 : 0~20℃, 저 : -20 ~ -60℃, 극저 : -60℃ 이하

   - 변호가 작을수록 독성이 크다.

 

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