CFC 대체물질 개발 현황과 전망

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CFC 대체물질 개발 현황과 전망에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 서론

2. 지구환경문제와 냉매의 규제

3. 시스템 응용기술
3.1 가정용 냉장고
3.2 자동차 에어컨
3.3 가정용 에어컨

4.결론

본문내용

하기 위한 법안을 준비중에 있으며, GWP가 150 이하인 냉매의 사용은 허용하고 있다. 이에 따라서 GWP가 140인 R-152a도 CO2 및 HC 냉매와 더불어 R-134a의 차세대 대체냉매로 자동차 에어컨 중에서 적용하기 위한 연구가 진행되고 있다. 이 중에서 천연냉매인 CO2가 자동차용 에어컨의 차세대 냉매 가장 유망한 냉매의 하나로 활발하게 검토되고 있다.
CO2는 운전압력이 매우 높고 초임계 사이클에서 작동되는 냉매로 열역학적 특성이 기존냉매와는 크게 차이가 있다. 선진국에서는 CO2 냉매를 적용한 차량 에어컨의 구성부품인 압축기, 열교환기, 팽창장치 및 시스템제어기술을 개발하기 위한 연구 활발히 진행하고 있으며 일부 시제품도 정부지원을 받아서 관련업체와 연구기관 공동으로 이산화탄소 냉매 적용 차량 에어컨의 개발이 진행되고 있다. 이러한 차세대 대체 냉매를 자동차 에어컨에 적용하기 위해서는 냉매의 특성에 맞는 핵심요소부품의 개발과 이를 잘 조합하여 시스템의 에너지 효율을 향상시키는 시스템 최적조합 기술이 필요하여, 상품화를 위한 신뢰성확보 및 서비스 기술 들이 추가로 요구된다.
3.3 가정용 에어컨
가정용 및 소형 업무용 에어컨의 세계 수요는 연간 약 5000만대 정도이며 아시아가 전체수요의 약 60%인 3000마대 정도를 점유하고 있다. 또한 미국을 포함란 북미가 1300만대 수준으로 약 20%수요를 차지하고 있어 전체 가정용 에어컨의 수요의 대부분을 아시아와 북미가 차지하고 있다. 가정용 에어컨(R-22) 및 중저온 냉동기(R-502)의 대체냉매의 선정은 1992년~1997년간 미국의 공조냉동협회 산하에 구성된 R-22 대체냉매평가프로그램에 의하여 냉매의 물성 및 안전성 평가, 압축기 성능평가, 열전달특성, 시스템 성능평가, 임지시험을 통한 신뢰성 분석 등을 거쳐 체계적으로 이루어졌다.
가정용 에어컨에 사용되고 있는 R-22 시스템의 대체냉매 적용은 크게 3가지 방향으로 추진되고 있는데 북미의 경우 가연성 냉매의 사용이 금지되고 있어 HFC계 냉매인 R-134a, R-407C 및 R-410A가 주로 사용되고 있다. 유럽에서는 천연냉매(탄화수소, NH3) 와 HFC 냉매가 동시에 사용되고 있고 일본에서는 HFC계 냉매가 주로 사용되고 있는데 소형에는 R-410A, 대형에는 R-407C가 대체로 적용되고 있다. 그러나 OECD 가입국을 회원으로 하는 국제 에너지국 (IEA)의 ANNEX-22분과에서 천연냉매를 이용한 증기압축시스템에 대한 연구를 국제공동으로 진행한바가 있는데 여기에는 미국과 일본도 장기적인 관점에서 참여하였다. Table 6에 공조기용 압축기의 ASHRAE시험조선에 대한 R-22 대체냉매의 이론적 특성을 나타내었다.
현재까지 가장 많이 사용되고 있는 대체냉매는 ODP=0, 비가연성, 비독성 등 냉매로서의 구비조선을 비교적 잘 갖추고 있는 HFC계 물질이다. 냉동 용량이 큰 50~500톤 급의 냉동기는 R-134a와 R-410A가 사용되고 있으며, 5~100톤급의 상업용 제품에는 R-407C와 R-410A가 적용되고 있다. 5톤이하의 소형가정용 에어컨에는 R-407C와 R-410A가 혼용되고 있으나 최종적으로는 R-410A로 일원화될 것으로 예상된다.
대체 냉매로 HFC를 적용하기 위해서는 냉장고와 마찬가지로 압축기의 윤활유를 기존의 광유에서 합성유로 전환하는데 따른 수분흡수성, 가수분해성, 재질적합성 들 여러 가지 신뢰성 관련 검토사항이 발생한다. 또한 냉매의 압력특성이 R-22와 다른 R-134a 및 R-410A의 경우 압축기를 포함한 시스템의 재설계가 필요하다. 특히 고압 냉매인 R-410A의 경우는 고압부의 내압기준 설정 밑 압축기의 신롸성 들을 검토할 필요가 있다. 또한 R-32를 포함하는 혼합냉매의 경우는 R-32의 특성상 새로운 건조제가 필요한데 현재 XH-10시리즈가 많이 사용되고 있다.
냉매
성질
단일냉매
혼합냉매
R-22
R-32
R-125
R-134a
R-290
R-470C
R-410A
ODP
0.05
0
0
0
0
0
0
GWP(CO2=1,100yr)
1700
580
3200
1300
3
1370
1370
가연성(F/N)
N
F
N
N
F
N
N
NBP, ℃
-41
-52
-48
-26
-42
-44
-51
인계온도, ℃
96
78
66
101
97
87
85
온도 Glide, ℃
6.3
0.1
응축압력(54.4℃)kPa
2146
3478
2798
1480
1883
2337
3389
증발압력(7.2℃)kPa
625
1018
837
377
588
652
1005
압력비
3.43
3.41
3.34
3.90
3.2
3.58
3.37
증발잠열,kJ/kg
170
261
98
162
308
170
180
COP
100
91
92
100
100
97
93
압축기 입구
비체적(35℃),cc/g
43.1
42.7
22.3
61.9
89.8
41.3
31.1
냉매질량유량 kg/h
85
55
147
89
47
85
80
행정체적 cc/rev
17.44
11.18
15.61
26.24
20.10
16.71
11.85
압축기 토출온도, ℃
(등엔트로피과정)
101
121
80
85
84
92
101
압축기 윤활유
광유
합성유
합성유
합성유
광유
합성유
합성유
팽창장치입구온도,℃
46.1
46.1
46.1
46.1
46.1
46.1
46.1
냉매 비체적,dm3/kg
0.91
1.15
0.95
0.89
20.19
0.96
1.05
체적유량, dm3/h
77
63
140
79
103
82
84
R-134a냉매는 단일물질로의 장점을 가지고 있으며 응축압력이 R-22에 비해 30% 정도 작은 저압냉매이다. R-134a를 적용할 경우 R-22 시스템과 동일 냉동능력을 얻기 위해서는 압축기의 행정체적을 50%정도 크게 해야하고 열교환기의 크기를 포함한 시스템의 대폭적인 설계 변경이 요구된다. 또한 R-134a의 열전달계수도 R-22에 비하여 작으며 비체적이 크게 때문에 압력강하가 커서 배관을 포함한 시스템의 크기가 커지게 되고 원가가 상승하게 된다. 따라서 R0134a는 재설계에 따른 시설투자, 원가상승 및 효율의 저하 들의 문제로 소형가정용 에어컨의

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CFC,   프레온가스,   대체물질