碩士 士 士學 學 學位 位 位論 論 論文 文 文

2 2

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碩士 士 士學 學 學位 位 位論 論 論文 文 文

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성 성능 능 능에 에 에 관 관 관한 한 한 실 실 실험 험 험적 적 적연 연 연구 구 구

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機機 械械械 工工工 學學學 科科科

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李 李 李承 承 承在 在 在의 의 의 碩 碩 碩士 士 士學 學 學位 位 位論 論 論文 文 文을 을 을 認 認 認准 准 准함 함 함

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목 목 목 차 차 차

Nomenclatures

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제제 111장장장 서서서 론론론

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제제 222장장장 관관관련련련이이이론론론

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2 2 2. . . 3 3 3R R R2 2 22 2 2의 의 의 특 특 특성 성 성 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·9 9 9

2 2 2. . . 4 4 4냉 냉 냉동 동 동사 사 사이 이 이클 클 클 해 해 해석 석 석 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·1 1 12 2 2 2 2 2. . . 4 4 4. . . 1 1 1이 이 이론 론 론 냉 냉 냉동 동 동사 사 사이 이 이클 클 클 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·1 1 12 2 2 2 2 2. . . 4 4 4. . . 2 2 2실 실 실제 제 제 냉 냉 냉동 동 동사 사 사이 이 이클 클 클 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·1 1 14 4 4

제

제제 333장장장 실실실험험험장장장치치치

^{· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·1 1 17 7 7}

3 3 3. . . 1 1 1열 열 열교 교 교환 환 환기 기 기의 의 의 구 구 구조 조 조 및 및 및 특 특 특성 성 성 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·2 2 22 2 2

3

3 3. . . 1 1 1. . . 1 1 1S S Sh h he e el l ll l l& & & T T Tu u ub b be e eT T Ty y yp p pe e e열 열 열교 교 교환 환 환기 기 기의 의 의 구 구 구조 조 조 및 및 및 특 특 특성 성 성 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·2 2 22 2 2

제

제제 444장장장 실실실험험험방방방법법법

^{· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·2 2 24 4 4}

제제 555장장장 실실실험험험결결결과과과 및및및 고고고찰찰찰

^{· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·2 2 27 7 7}

5 5 5. . . 1 1 1냉 냉 냉매 매 매 질 질 질량 량 량유 유 유량 량 량과 과 과 증 증 증발 발 발압 압 압력 력 력 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·2 2 27 7 7

5 5 5. . . 2 2 2응 응 응축 축 축기 기 기 냉 냉 냉각 각 각수 수 수 질 질 질량 량 량유 유 유량 량 량과 과 과 출 출 출구 구 구온 온 온도 도 도 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·3 3 31 1 1

5 5 5. . . 3 3 3응 응 응축 축 축기 기 기 방 방 방열 열 열량 량 량과 과 과 소 소 소요 요 요동 동 동력 력 력 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·4 4 45 5 5

5 5 5. . . 4 4 4증 증 증발 발 발기 기 기 냉 냉 냉수 수 수 출 출 출구 구 구온 온 온도 도 도와 와 와 흡 흡 흡열 열 열량 량 량 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·4 4 48 8 8

5 5 5. . . 5 5 5성 성 성능 능 능계 계 계수 수 수( ( (C C CO O OP P P) ) ) · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·5 5 51 1 1

제

제제 666장장장 결결결 론론론

^{· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·5 5 53 3 3}

^{· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·5 5 54 4 4}

N

NNooommmeeennnccclllaaatttuuurrreeesss

: Condensingpressure[bar]

: Evaporatingpressure[bar]

: Saturatedpressure[bar]

: Heatcapacityofevaporation[ ] : Heatcapacityofcondenser[ ]

̇ : Refrigerantmassflow rate[ _/]

̇ : Coolingwatermassflow rateofcondenseroutlet[ _/] : Coolingwatertemperatureofcondenseroutlet[℃]

: Chilledwatertemperatureofevaporatoroutlet[℃]

: Enthalpy[ _/ ]

: Specificvolume [ ³/ ] η : Volumetricefficiency

TC : Temperatureofcondensing[℃]

TE : Temperatureofevaporating[℃]

COP : Coefficientofperformance GWP : Globalwarmingpotential

ODP : Ozonedepletionpotential

LLLiiissstttoooffftttaaabbbllleeesss

Tabl e1 Characteri sti csofrefri gerant· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·3

Tabl e2 Recommendedproperti esofanrefri gerant· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·6

Tabl e3 Theeffectoftherefri gerantsontheenvi ronment· · · · · · · · · · · · · ·7

Tabl e4 Generaldataofammoni acomparedwi thR22· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·11

Tabl e5 Equi pmentspeci fi cati onofrefri gerati onsystem for experi mental· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·20

Tabl e6 Experi mentalcondi ti on· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·26

L L

Liiissstttoooffffffiiiggguuurrreeesss

Fi g.1 P-hDi agramsofthetheoreti calandactualrefri gerati on cycl es· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·16 Fi g.2 Schemati cdi agramsoftheexperi mentalapparatus· · · · · · · · · · · · · · ·19 Fi g.3 Fi xedtubesheettype· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·23 Fi g.4 Therel ati onsofsucti onmassfl ow rateanddegreeof

superheatateachcondensi ngpressure· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·29 Fi g.5 Therel ati onsofsucti onpressurerateanddegreeof

superheatateachcondensi ngpressure· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·30 Fi g.6 Therel ati onsofcondenserpressureand

,atdegreeof

superheat0· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·32 Fi g.7 Therel ati onsofcondenserpressureand

,atdegreeof

superheat1℃ · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·33 Fi g.8 Therel ati onsofcondenserpressureand

,atdegreeof

superheat2℃ · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·34 Fi g.9 Therel ati onsofcondenserpressureand

,atdegreeof

superheat3℃ · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·35 Fi g.10Therel ati onsofcondenserpressureand

,atdegreeof

superheat4℃ · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·36 Fi g.11Therel ati onsofcondenserpressureand

,atdegreeof

superheat5℃ · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·37

Fi g.12Therel ati onsofcondenserpressureand

,atdegreeof

superheat6℃ · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·38 Fi g.13Therel ati onsofcondenserpressureand

,atdegreeof

superheat7℃ · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·39 Fi g.14Therel ati onsofcondenserpressureand

,atdegreeof

superheat8℃ · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·40 Fi g.15Therel ati onsofcondenserpressureand

,atdegreeof

superheat9℃ · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·41 Fi g.16Therel ati onsofcondenserpressureand

,atdegreeof

superheat10℃ · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·42 Fi g.17Therel ati onsofcool i ngwatermassfl ow rateanddegreeof superheatateachcondensi ngpressure· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·43 Fi g.18Therel ati onsofcool i ngwateroutl ettemperatureanddegree

ofsuperheatateachcondensi ngpressure· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·44 Fi g.19Therel ati onsofcondenserheatcapaci tyanddegreeof

superheatateachcondensi ngpressure· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·46 Fi g.20Therel ati onsofpoweranddegreeofsuperheatateach

condensi ngpressure· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·47 Fi g.21Therel ati onsofchi l l edwateroutl ettemperatureanddegree

ofsuperheatateachcondensi ngpressure· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·49 Fi g.22Therel ati onsofevaporatorheatcapaci tyanddegreeof

superheatateachcondensi ngpressure· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·50 Fi g.23Therel ati onsofCOP anddegreeofsuperheatateach

condensi ngpressure· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·52

LLLiiissstttooofffppphhhoootttooogggrrraaappphhhsss

Photo.1 Photographoftheexperi mentalapparatus· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·21

AAABBBSSSTTTRRRAAACCCTTT

A A

An n nE E Ex x xp p pe e er r ri i i m m me e en n nt t ta a al l ls s st t tu u ud d dy y yo o of f fP P Pe e er r rf f fo o or r rm m ma a an n nc c ce e eC C Ch h ha a ar r ra a ac c ct t te e er r ri i i s s st t ti i i c c cs s si i i n n n R R Re e ef f fr r ri i i g g ge e er r ra a at t ti i i o o on n nS S Sy y ys s st t te e em m m u u us s si i i n n ng g gN N NH H H

a a an n nd d dR R R2 2 22 2 2

Lee,Seung-Jae

Advisor:Prof.Ha,Ok-Nam,Ph.D.

DepartmentofMechanicalEngineering GraduateSchoolofChosunUniversity

The ammonia refrigeranthas been widely used because ofits outstanding properties such as good heatconductivity,and high criticaltemperature and pressure, but it has disadvantages such as toxicity, inflammability and explosiveness. Thus, this study apply the NH3 and R22 to study the performance characteristic from the superheatcontroland compare the energy efficiency of two refrigerants from the high performance. The condensing pressureofrefrigerationsystem isincreasedfrom 15barto16baranddegreeof superheatisincreasedfrom 0to10℃ ateachcondensingpressure.

As the resultofexperiment,when comparing the each COP,we knew the NH3issuitableasthealternativerefrigerantoftheR22.

Thisstudyconductedthecomparativeanalysisofperformanceofrefrigerating systemsusing NH3andR22withrespecttothechangein condensing pressure andsuperheatandtheresultsarepresentedasfollows.

1.Therefrigerantmassflow wasmoresteadyNH3thanR22.

2.Forboth NH3and R22,atthe same condensing pressure,as the superheat increases,the energy was lostplentifully.Because,the refrigerantmass flow wasdecreasedandcompressionratiowasincreased.

3.When the degree ofsuperheatis 2℃,the COP was higherNH3than R22.

When the degree ofsuperheatis 1℃ according to condensing pressures,the COP was thehighestforNH3.When the superheatwas 0,the COP was the highestforR22.

4.Weknew theNH3issuitableastheR22alternativerefrigerants.

제 제

제 111장장장 서서서 론론론

냉동장치는 소형 냉장고에서부터 자동차,선박,고층건물,그리고 대규모 화학플 랜트에 이르기까지 산업 전반에 걸쳐 광범위하게 이용되고 있다.특히,화학공정산 업에서는 가스의 분리 및 액화,혼합물질내의 필요한 물질을 분리하기 위한 응고, 저온저장 액체의 과잉압력을 방지하기 위한 유지 공정,그리고 건조와 반응열 제거 등에 이용되어지고 있다.¹⁾

국내외적으로 냉동기기의 에너지 효율향상과 프레온의 대체냉매 개발이 현안으로 떠오르고 있는 가운데 대체냉매에 대하여도 엄격한 에너지 소비규제가 적용되고 있으며,이러한 에너지 소비규제에 대응하기 위하여 대체냉매를 이용한 공조기기의 설계기술 확립에 대한 연구가 국내외적으로 활발히 진행되고 있다.그 중에서도 R22에 대한 대체냉매의 연구는 필수불가결하다고 할 수 있다.^2～4)

R22는 염화불화탄화수소(HCFC)라는 종류의 화학물질 중 하나로써 오존층 파괴 물질에 대한 Montreal의정서라는 환경보호를 목적으로 하는 국제 협정에 따라서 단계적으로 폐지되고 있다.그렇지만,유기화합물인 NH3,탄화수소계인 프로판,프로필 렌 등은 자연냉매로서 쉽게 얻을 수 있고 구입하기가 쉬우며 가격이 저렴하며 특히,지구 환경에 저촉을 받지 않는 환경친화적인 냉매이다.그중에서 NH3냉매는 넓은 온도범위에 서 우수한 특성을 가지고 있어 화학공정 중에 많이 사용되고 있으며 앞으로도 선호하는 좋은 냉매로 이용될 것이다.⁵⁾

일반적으로 NH3는 효율과 가격 면에서 상당한 설득력이 있고 식품과 음료 공정 및 냉동보관 창고 설비에서 가장 널리 사용되는 냉매이다.또한 시장규모는 작지만 산업용 냉동장치의 R22대체냉매로 적합하다.그러나 독성에 대한 염려로 인해 쾌 적 시설용 시스템에 사용하는 것은 지지부진하다.그럼에도 불구하고 NH3는 자연 냉매로서 환경친화적이며 효율 면에서도 좋은 것으로 알려져 있다.⁶⁾기존의 NH3냉 매에 대한 연구는 아직까지 미비한 실정이며 제한적이었다.따라서,NH3냉매에 대 한 더욱 많은 연구가 시행되어져야 한다.

본 연구는 R22와 NH3를 냉매로 하여 응축압력에 따른 과열도 변화에 대한 장치

의 성능 특성 실험을 통해 냉매에 따른 성능을 비교하여 R22의 대체냉매로서 NH3

의 우수성을 밝히고자 한다.

T T

Taaabbbllleee111 CCChhhaaarrraaacccttteeerrriiissstttiiicccsssooofffrrreeefffrrriiigggeeerrraaannnttt

Refrigerant Refrigerant Refrigerant Refrigerant

Natural Natural Natural Natural Refrigerant RefrigerantRefrigerant Refrigerant

HFC HFC HFC HFC Refrigerant Refrigerant Refrigerant Refrigerant

HCFC HCFC HCFC HCFC Refrigerant RefrigerantRefrigerant Refrigerant NHNH

NHNH3333

Ammonia Ammonia Ammonia Ammonia

R290R290R290 R290 Propane Propane Propane

Propane R134aR134a R404AR134aR134a R404AR404AR404A R22R22R22R22 R502R502R502R502 ODP

ODPODP

ODP 0 0 0 0 0.055 0.33

GWPGWP

GWPGWP 0 3 1300 3300 1700 5600

ASHRAE ASHRAE ASHRAE

ASHRAE SAFTY SAFTY SAFTY SAFTY GROUPGROUPGROUPGROUP B2 A3 A1 A1/A1 A1 A1

TC/TE TC/TETC/TE TC/TE 40/0 40/0 40/0 40/0℃℃℃℃

q q q

qeeee((((㎉㎉㎉////㎥㎉㎥㎥㎥)))) 884 664 495 800 795 748 Power

Power Power

Power((((㎉㎉㎉㎉////㎥㎥㎥㎥)))) 153 123 90 159 143 149 COP

COPCOP

COP 5.78 5.40 5.51 5.03 5.55 5.01

TC/TE TC/TETC/TE TC/TE 40/-20 40/-2040/-20 40/-20℃℃℃℃

q q q

qeeee((((㎉㎉㎉////㎥㎉㎥㎥㎥)))) 401 322 213 368 383 353 Power

Power Power

Power((((㎉㎉㎉㎉////㎥㎥㎥㎥)))) 122 107 69 134 121 128 COP

COPCOP

COP 3.28 3.02 3.09 2.75 3.17 2.76

PPP Psatsatsatsat(bar)(bar)(bar)(bar)

-40 -40-40

-40 0.72 1.11 0.51 1.35 1.05 1.30 -20

-20-20

-20 1.90 2.44 1.32 3.06 2.45 2.90 00

00 4.29 4.74 2.92 6.07 4.98 5.70 20

2020

20 8.57 8.38 5.71 10.91 9.10 10.18 404040

40 15.54 13.72 10.17 18.16 15.37 16.87

제 제

제 222장장장 관관관련련련이이이론론론

2 2

2. . . 1 1 1냉 냉 냉매 매 매의 의 의 특 특 특성 성 성

냉동기에서 저열원으로부터 열을 흡수하여 고열원으로 운반 및 방출하는 작동유 체를 냉매라 하며,냉매는 열을 흡수하기 위해 증발하고 열을 방출하기 위해서는 응축하는 상변화 과정을 갖으며,액체와 기체상태에서 상변화를 반복적으로 행함으 로써 그 목적을 수행할 수 있다.Table1에 각종 냉매의 특성에 대하여 나타내었 다.

냉매는 종류에 따라 임계온도,응고점 및 증발열 등 물리적 특성이 다르지만 냉 동기의 성적계수를 높일 수 있는 냉매가 좋은 냉매이며,성적계수가 높아도 인체나 다른 물질에 해를 끼친다면 좋은 냉매라 할 수 없으므로 냉동기의 냉매는 효율적 이고 경제적이며 신뢰할만한 작동조건을 유지하기 위하여 여러 가지 요구조건들을 만족해야 하며 냉매로서 갖추어야 할 가장 중요한 특성은 냉동시스템 내에서의 화 학적 안정성이다.만일 냉매가 분해되거나 다른 물질과 반응해서 서로 다른 특성을 갖는 화학물질을 형성한다면 냉매의 본래 특성을 사용할 수가 없게 된다.

따라서 Table2과 같은 조건들이 충족되어야 하는데 실제 사용되는 냉매는 이와 같은 조건을 모두 만족시키지는 못하며,현재까지 사용해온 CFC계열의 냉매가 많 은 조건을 충족시킨다고 할 수 있었다.하지만 CFC는 너무 높은 화학적 안정성으 로 인해 대기 중에 유출되면 쉽게 분해되지 않고 오존과 반응하여 오존층을 파괴 하는 물질로 오히려 규제대상이 되었다.^7,8)

따라서 이를 개선하기 위해 CFC의 염소원자를 수소원자로 치환시켜 오존층파괴 를 감소시키는 CFC와 유사한 물성을 가진 HCFC 및 HFC계열의 냉매로 대체하였 다.HCFC 물질은 냉동시스템 내에서 안정된 상태를 유지하며 그 안에 포함된 수 소원자에 의해 대기 중에서의 수명이 짧아 오존층 붕괴 정도는 CFC에 비하면 매 우 작다.하지만,환경문제를 염두에 두고 열역학적 관점에서 가장 중요하게 다루

어야할 인자는 냉동효율인 냉동기의 성능계수이며,환경문제가 대두되면서 냉매가 반드시 갖추어야할 조건이 추가되었는데,오존파괴지수는 0이어야하며,지구온난화 지수는 가능한 작아야 한다는 것이다.Table3에서는 각종 냉매가 환경에 미치는 영향을 나타내었다.

T T

Taaabbbllleee222RRReeecccooommmmmmeeennndddeeedddppprrrooopppeeerrrtttiiieeesssooofffaaannnrrreeefffrrriiigggeeerrraaannnttt

Necessary

-stability

-safety (non-flammable non-toxic, environmentallybenign)

-excellentthermodynamicproperties

Desirableformachineryreliability

-lubricantsolubility -low moisturesolubility -materialcompatibility -goodtransportproperties -highdielectricstrength

Desirabletofacilitateapplication

-amenabletorecycling -easeofleakdetection -easyrecharging -low cost

TTTaaabbbllleee333TTThhheeeeeeffffffeeeccctttooofffttthhheeerrreeefffrrriiigggeeerrraaannntttsssooonnnttthhheeeeeennnvvviiirrrooonnnmmmeeennnttt R

R

Reeefffrrriiigggeeerrraaannnttt OOODDDPPP GGGWWWPPP

CFC Refrigerants

CFC-11 1.0 4000

CFC-12 1.0 85000

CFC-13 1.0 11700

R502 0.33 5600

HCFC Refrigerants

HCFC-22 0.055 1700

HCFC-123 0.02 93

HCFC-124 0.022 480

HCFC-142b 0.065 2000

HFC Refrigerants

HFC-22 0 650

HFC-125 0 1300

HFC-134a 0 1300

HFC-143a 0 3800

HFC-152a 0 140

R404A 0 3300

R407A 0 1500

R410A 0 1700

R507A 0 3300

Natural Refrigerants

Ammonia 0 0

Propane 0 0