공조냉동기계기사 냉매 — 구비조건·혼합냉매·초저온용·오존층 파괴

냉매의 구비조건은 열을 많이 옮기면서 설비를 작게 유지하는 쪽으로 정리된다. 증발열이 커야 적은 양의 냉매로 많은 열을 흡수할 수 있고, 증기의 비체적이 작아야 같은 냉동능력을 내는 데 필요한 압축기가 작아진다. 증발기 안에서 열을 잘 받으려면 표면장력이 작아야 한다 — 액체가 관과 핀 표면에 얇게 퍼지며 잘 적셔질수록 열전달이 좋아지기 때문이다. 그래서 증발열이 작고 비체적이 큰 쪽은 냉매로서 불리한 조건이 된다.

번호로 이름 붙은 냉매는 단일 성분과 혼합 성분이 갈린다. R-500은 R-12와 R-152a를 섞은 혼합 냉매이고, R-502는 R-22와 R-115를 섞은 냉매다. R-114는 단일 성분 냉매이므로 혼합 냉매를 묻는 자리의 답이 되지 못한다. 쓰이는 온도 영역도 갈린다. 초저온 냉동기는 아주 낮은 온도에서도 알맞은 증발압력을 유지하는 냉매가 필요한데, 비점이 매우 낮은 R-13이 여기에 적합하다. R-11이나 R-21, R-502는 주로 중저온·상온 영역의 장치에 쓰이는 냉매다.

냉매끼리 바꿔 넣는 일은 물성 차이 때문에 그냥 되지 않는다. R-22와 R-12는 작동 압력과 냉동 용량, 오일과의 혼화성이 달라서 전동기 용량과 열교환기 용량, 패킹 재질을 다시 확인해야 하므로 「동일 탄화수소계이므로 그대로 운전할 수 있다」는 설명은 성립하지 않는다.

암모니아와 프레온, R-12의 성질 비교도 자주 나온다. 암모니아는 공기보다 가벼워 누설되면 바닥에 고이지 않고 위쪽으로 올라가며, 증발잠열이 매우 커서 적은 양으로 많은 열을 옮기고, 압축기 토출가스 온도가 프레온보다 높게 나타난다 — 다만 수분에 약해 수분이 들어가면 얼음이 생겨 밸브를 막을 수 있다는 점은 프레온도 마찬가지다. R-12는 암모니아보다 응고점이 낮고 같은 온도에서 포화압력도 낮으며 물에 대한 용해도가 적어 수분 문제를 덜 일으키고, 증기의 비체적도 암모니아보다 작다. 비체적이 작다는 것은 같은 냉동능력을 얻는 데 필요한 압축기의 크기가 작아도 된다는 뜻이므로, 「R-12의 증기 비체적이 암모니아보다 크다」는 설명은 실제 특성과 반대다.

압축기의 형식에 따라 알맞은 냉매도 달라진다. 왕복동식 압축기는 기체를 직접 압축하므로 비체적이 작은 냉매가 유리한 반면, 터보(원심식) 냉동기는 회전하는 날개가 기체에 운동량을 전달해 압력을 높이는 방식이라 기체의 부피가 어느 정도 커야 날개와 효율적으로 상호작용하고 유량도 확보되므로 비체적이 큰 냉매를 쓴다.

냉동기유의 조건도 같은 묶음에서 비교된다. 냉동기유는 증발기처럼 아주 낮은 온도가 되는 곳에서도 흘러야 하므로 응고점이 낮아야 하며, 높으면 저온에서 굳거나 끈적해져 흐름이 멈춘다. 점도가 적절하고 산화에 안정되며 불용해성일 것도 갖춰야 할 조건이다.

프레온 냉매가 환경에 미치는 영향은 경로가 정해져 있다. CFC 계열 냉매가 대기로 새어 나가 성층권까지 올라가면, 그곳에 강하게 도달하는 태양의 자외선이 분자를 깨뜨려 염소 원자를 내보낸다. 이 염소가 오존 분자를 공격해 분해시키므로 오존층이 얇아진다 — 감마선이나 적외선, 알파선은 오존 분해의 주된 원인이 아니다.