앞서 설명드린바와 같이 냉매는 냉동사이클 과정에서 액체가 기체로, 기체가 다시 액체로 상태변화를 반복합니다. 그리고 냉매는 냉방효과를 극대화하기 위해서는 여러가지로 고려되어야 할 부분이 많이 있습니다. 이번에는 냉동이 핵심역할을 하는 냉매가 갖추어야 하는 조건에 대해 설명드리겠습니다.

1. 임계온도가 높고 상온에서 반드시 액화해야 합니다.

임계온도는 액화가 가능한 최고 온도를 말합니다. 임계온도가 높다는 것은 기체가 액체로 변하는 온도가 높다는 의미 입니다. 냉동사이클은 압축 – 응축 – 팽창 – 증발 과정을 반복하는 데 응축과정에서 방열을 하며 냉매는 고온고압의 기체가 고온고압의 액체로 상변화를 합니다. 즉 기체를 액체로 바꾸어 주어야 합니다. 이 과정은 응축기라는 열교환기를 이용하여 냉매를 냉각시켜서 완성하는 것인데 공기로 냉매를 냉각하는 것을 공냉식, 물로 냉매를 냉각하는 것을 수냉식이라고 합니다. 공냉식은 흔히 실외기라고 부르는 응축기를 사용하는데 팬과 열교환기로 구성되어 있습니다. 냉매는 열교환기 내부를 흐르고 팬이 강제로 공기흐름을 일으켜 공기가 열교환기 외부를 통과하면서 냉매를 액화시키는 것입니다. 이 공기의 최고온도는 여름철 가장 더울 때 외기온도일 것입니다. 일반적으로 외기온도 35℃로 하여 열교환기 설계를 합니다. 그러니까 냉매가 액화 가능한 최고온도인 임계온도는 적어도 35℃ 이상이 되어야만 하는 것입니다. 그래야만 공기로 액화가 가능하니까요. 만일 냉매의 임계온도가 20℃라면 20℃보다 낮은 온도의 공기나 물로 냉각해야 하므로 이 온도로 만들기 위한 냉동장치가 별도로 필요할 것 입니다. 따라서, 임계온도가 높은 것이 좋습니다.

2. 응고온도가 낮아야 합니다.

응고는 액체가 고체로 변하는 상태변화를 말합니다. 응축기에서 기체에서 액상태로 변한 고온 고압의 냉매는 팽창밸브을 통과하면서 저온 저압 상태로 변합니다. 냉매를 저온 저압의 상태로 만들어야 증발이 쉽게 일어날 수 있고 증발이 잘 되야 냉방효과가 커직기 때문입니다. 그런데 냉매가 저온 저압 상태로 변하는 과정에서 냉매 액이 고체로 변하면 어떻게 될까요? 배관이 막혀 냉동사이클이 정상적으로 작동할 수가 없을 것입니다. 그렇기 때문에 냉매 응고온도가 낮아서 증발압력까지 냉매압력이 내려갈 때 증발온도가 응고점에 다다르지 않도록 해야 하는 것입니다.

3. 응축압력이 낮아야 합니다.

냉매의 응축압력은 낮으면 좋습니다. 왜냐하면 압축비가 작아져서 일이 양이 줄어들기 때문에 효율이 좋아집니다. 그리고, 응축압력이 낮아야 응축온도가 낮고 그래야 자연 상태의 공기나 물로 충분히 냉각할 수 있기 때문입니다.

4. 증발잠열이 커야 합니다.

증발잠열은 냉매 액이 기체로 변하는 과정에서 흡수하는 열의 양을 말합니다. 이 흡수열이 클수록 냉방효과가 크므로 증발잠열이 큰 것이 좋습니다.

5. 비등점이 낮아야 합니다.

비등점이 낮은 냉매는 일반적으로 압축기의 필요 피스톤압출량이 작습니다. 즉 같은 체적의 압축기 내에서 상대적으로 냉매순환량이 커지므로 냉동능력이 큽니다. 그리고, 비등점이 낮으면 증발온도를 낮게 유지할 수 있으므로 저온용으로 적당합니다. 만일 비등점이 높아서 증발온도가 비등점보다 낮아지면 일부 기체가 액으로 변하면서 진공상태가 되면 압축기 흡입 측이 진공상태가 되어 효율이 나빠집니다. 진공상태가 되면 불응축가스가 유입되거나 냉매가 누설될 수도 있습니다. 또한 비등점이 낮은 냉매가 고저압 압력비가 낮은 특성이 있으므로 효율이 좋습니다.

6. 증기의 비체적이 적어야 합니다.

냉매순환량이 클수록 냉동능력이 큽니다. 냉매순환량은 피스톤압출량에 비례하고 흡입가스의 비체적에 반비례합니다. 그러니까 흡입가스 비체적이 적으면 냉매순환량이 커지고 냉동능력이 커집니다.

7. 압축기 토출가스의 온도가 낮아야 합니다.

압축기 토출가스가 높으면 압축기 실린더 벽, 피스톤, 밸브등의 온도가 올라가고 그 잔류열에 의해 체적이 팽창합니다. 그러면 피스톤과 실린더 사이 간극이 커지게 되고 체적효율이 나빠집니다. 체적효율은 실제적 피스톤압출량 / 이론적 피스톤 압출량이고 실제적 피스톤 압출량과 이론적 피스톤 압출량의 차이는 간극에 의한 영향, 밸브 또는 피스톤 링의 누설 등의 영향으로 생깁니다.

8. 저온에서도 증발 포화압력이 대기압 이상이어야 합니다.

증발포화압력이 대기압보다 낮으면 배관 균열발생 시 외부에서 공기와 이물질이 들어오게 됩니다. 그러면 냉동계통에 바로 이상 증상이 발생합니다.

9. 액체비열이 작아야 합니다.

액체의 비열이 크면 냉매액의 이송과정에서 증발하여 플래시가스가 발생할 우려가 있습니다.

10. 상온에서도 응축액화가 용이해야 합니다.

상온의 공기나 물을 이용하여 응축을 할 수 있어야 별도의 냉동장치 없이 냉각이 가능합니다.

11. 오일과 반응하여 악영향이 없어야 합니다.

냉매와 오일이 섞여진 상태에서 냉동배관 내를 이동하기 때문에 오일과 화학적으로 반응이 일어나서는 안됩니다.

이상으로 냉매가 갖추어야 할 조건에 대해 알아보았습니다.