냉매

Refrigerant
DuPont 냉매

냉매는 에어컨 시스템 및 히트 펌프의 냉동 사이클에 사용되는 작동 유체이며, 대부분의 경우 액체에서 기체로, 그리고 다시 기체로 상전이 반복됩니다.냉매는 독성, 가연성 및 오존 파괴에 대한 CFC 및 HCFC 냉매의 기여 및 기후 변화에 대한 HFC 냉매의 기여로 인해 엄격하게 규제됩니다.

역사

지구 대기 중 HCFC 농도(왼쪽 그래프)의 안정화와 HFC(오른쪽 그래프)의 성장.

최초의 에어컨과 냉장고는 암모니아, 이산화황, 염화메틸 또는 프로판과 같은 독성 또는 인화성 가스를 사용했는데,[1] 이러한 가스가 누출되면 치명적인 사고를 일으킬 수 있다.

1928년 Thomas Midgley Jr.는 최초의 불연성, 무독성 클로로플루오로카본 가스인 Freon (R-12)을 만들었습니다.이 이름은 DuPont(현재의 Chemours)가 소유한 클로로플루오로카본(CFC), 히드로플루오로카본(HFC) 냉매의 상표 이름입니다.보다 나은 합성 방법이 발견됨에 따라, [2]R-11, R-12,[3] R-123[2] 및 R-502와[4] 같은 CFC가 시장을 지배했다.

CFC의 페이징 아웃

다음 항목도 참조하십시오.몬트리올 의정서

1980년대 초 과학자들은 CFC가 지구를 자외선으로부터 보호하는 오존층과 극지방의 오존 구멍에 큰 피해를 주고 있다는 것을 발견했다.이로 인해 1987년 몬트리올 의정서가 체결되어 CFC와 HCFC의[5] 단계적 폐지를 목표로 했지만, HFC가 기후 변화에 기여한 부분은 다루지 않았다.1980년대 이후 에어컨과 냉각기의[6] 대부분 가정에서 사용되는 R-22 및 R-123과[2] 같은 HCFC의 채택은 가속화되었지만, ODP는 여전히 제로로 전환되지 않았다.

1990년 CFCS와 HCFCS의 대체품으로 R-134a,[7] R-143a, R-407a,[8] R-407c,[9] R-404a[4] 및 R-410a[10](R-125/R-32의 50/50 혼합) 등의 하이드로플루오로카본(HFCs)이 추진되었다.HFC는 오존을 고갈시키지 않았지만 대기 수명이 수십 년 연장될 수 있는 CO보다 수천2 배 더 큰 지구 온난화 잠재력(GWP)을 가지고 있었다.이에 따라 2010년대부터 탄화수소 및 HFO(hydrofluoroulfin) 냉매 R-32,[11] R-290,[12] R-600a,[12] R-454b,[13] R-1234yf,[14] R-514A,[15] R-744(CO2),[16] R-3412ze[17] R-33ze의 새로운 장비에 채택되었습니다.탄화수소와 CO는2 자연에서 발견되기 때문에 천연 냉매라고 불리기도 한다.

환경단체 그린피스는 1992년 오존과 기후에 안전한 대체 냉매를 연구하기 위해 옛 동독 냉장고 회사에 자금을 지원했다.이 회사는 이소펜탄, 이소부탄,[citation needed] 프로판, 이소부탄 [19]등의 탄화수소 혼합물 또는 순수 이소부탄으로 불리는 '그린프리즈'를 개발했으나 그린피스와의 계약조건상 이 기술을 특허할 수 없어 타사에 [20][21][22]널리 보급됐다.그러나 [23][24]기업 경영진의 정책과 정치적 영향력은 가연성과 폭발성을 이유로 변화에 저항했고 듀폰은 다른 업체들과 함께 미국 [26][27]EPA와 함께 미국 내 [25]냉매를 차단했다.

1994년 11월 14일부터 미국 환경보호청은 청정대기법 [28]608조 및 609조에 따라 냉매의 판매, 보유 및 사용을 면허를 받은 기술자만 사용할 수 있도록 제한했다.1995년 독일은 CFC 냉장고를 [29]불법으로 만들었다.

1996년 유럽의 천연 냉매를 위한 비영리 이니셔티브인 Eurammon이 설립되었으며 유럽 기업, 기관 및 [30][31]산업 전문가로 구성되어 있습니다.

1997년에는 FC와 HFC가 기후변화협약 교토 의정서에 포함되었다.

2000년 영국에서는 오존 규제(Ozone[32] Regulations)가 발효되어 새로운 시스템에서 R22와 같은 오존을 감소시키는 HCFC 냉매 사용을 금지했습니다.이 규정은 2010년부터 2015년부터 재생 [citation needed]유체의 유지보수를 위한 "보충" 유체로 R22의 사용을 금지하였다.

온실가스 대응

2004년 CFC, HCFC, HFC와 같은 합성 냉매의 대안으로 천연 냉매에 대한 관심이 높아지면서 그린피스는 코카콜라, 유니레버, 그리고 나중에는 펩시코와 같은 다국적 기업과 협력하여 "냉매 내추럴!"[29][33]이라고 불리는 기업 연합을 결성했다.4년 뒤 유니레버의 벤앤제리와 제너럴일렉트릭(GE)이 [34]미국에서의 생산과 사용을 지원하기 위해 조치를 취하기 시작했고, 냉난방 분야의 거의 75%가 천연 [35]냉매로 전환될 가능성이 있는 것으로 추정되고 있다.

2006년에 EU는 천연 냉매(탄화수소 등)로의 이행을 장려하기 위해 불소화 온실 가스(FCs 및 HFCs)에 관한 규정을 채택했다.그것은 2010년에 보고되었고 일부 냉매는 레크리에이션 의약품으로 사용되고 있으며, 흡입제 [36]남용이라고 알려진 매우 위험한 현상으로 이어지고 있다.

유럽 연합은 2011년부터 자동차 에어컨(GWP = CO2 1kg 대비 가스 1kg의 100년 온난화 잠재력)에서 지구 온난화 잠재력(GWP)이 150 이상인 냉매(북미에서는 R-134a로 알려져 있음)를 단계적으로 폐기하기 시작했습니다.[37]같은 해에 EPA는 미국 [20][38][39]제조에 오존과 기후에 안전한 냉매를 채택하기로 결정했다.

비영리 단체 "Drawdown"의 2018년 연구는 적절한 냉매 관리와 폐기를 기후 영향 솔루션 목록의 맨 위에 올려놓았으며, 이는 미국의 17년 이상 이산화탄소 [40]배출을 제거하는 것과 맞먹습니다.

2019년에는 CFC, HCFC 및 HFC가 모든 장수명 [41]인공 온실가스로부터 직접 방사력의 약 10%를 담당한다고 추정되었다.그리고 같은 해에 UNEP는 새로운 자발적 [42]가이드라인을 발표했지만, 많은 나라들이 아직 키갈리 수정안을 비준하지 않았다.

2020년형 HFC(R-404a, R-134a 및 R-410a 포함)는 다음과 같이 교체됩니다.가정용 에어컨 시스템과 열 펌프는 R-32를 점점 더 많이 사용하고 있다.이 경우에도 GWP가 600을 넘습니다.프로게시브 장치는 기후 영향이 거의 없는 R-290(프로판), R-600(이소부탄) 또는 R-1234yf(가연성이 낮은 차내) 냉매를 사용합니다.상업용 냉동에서는 CO(R-744)도2 사용할 수 있습니다.

바람직한 속성

이상적인 냉매는 오존 파괴와 지구 온난화 가능성이 없는 비부식성, 무독성, 불연성입니다.자연스러워야 하며, 잘 연구되고 환경에 미치는 영향도 적다.또한 목표 온도보다 약간 낮은 비등점(압력을 적절히 조절하여 비등점을 조절할 수 있음), 높은 기화열, 적당한 액체 형태의 밀도, 비교적 높은 기체 형태의 밀도(압력을 적절히 설정하여 조절할 수도 있음) 및 높은 c를 가져야 한다.의례적인 온도극도로 높은 압력은 피해야 합니다.새로운 냉매는 CFC가 오존층에 야기한 손상과 HCFC가 기후 변화에 미치는 영향을 다루지만, 일부는 독성 및/[43]또는 가연성과 관련된 문제를 제기한다.

일반 냉매

기후 영향이 매우 낮은 냉매

규제 강화로 지구 온난화 가능성이 매우 낮은 냉매, 특히 R-290과 R-1234yf가 21세기에 [44]지배적인 역할을 할 것으로 예상된다.2018년 [45]시장 점유율이 거의 없었던 것을 시작으로 2022년에는 저조한 GWPO 기기가 시장 점유율을 얻고 있다.

코드 화학의 이름. GWP 20년[46] GWP 100년[46] 상황 코멘트
R-290 C3H8 프로판 3.3[47] 사용의 증가 저비용, 폭넓은 가용성과 효율성.오존층 파괴 가능성도 전혀 없습니다.가연성에도 불구하고 가정용 냉장고와 히트 펌프에 점점 더 많이 사용되고 있습니다.2010년에는 전 세계에서 제조된 가정용 냉장고 및 냉동고의 약 3분의 1이 이소부탄 또는 이소부탄/프로판 혼합물을 사용하고 있으며,[48] 2020년에는 75%까지 증가할 것으로 예상된다.
R-600a HC(CH3)3 이소부타네 3.3 널리 사용되다 R-290을 참조해 주세요.
R-717 NH3 암모니아 0 0[49] 널리 사용되다 일반적으로 CFC의 대중화 이전에 사용되는 이 화합물은 다시 검토되고 있지만 독성의 단점과 내수 및 소규모 사용을 제한하는 내식성 구성 요소를 필요로 한다.무수 암모니아는 높은 에너지 효율과 낮은 비용 때문에 산업용 냉동 용도와 하키 링크에 널리 사용되고 있습니다.
R-1234yf HFO-1234yf C3H2F4 2,3,3-테트라플루오로프로펜 1 미만 R-290보다 [44]성능은 떨어지지만 인화성도 낮습니다.GM은 2013년까지 [50]모든 브랜드에 HFO-1234yf인 하이드로플루오로울레핀을 사용하기 시작한다고 발표했다.
R-744 CO2 이산화탄소 1 1 사용중인 CFC([1]프로판도 마찬가지)가 발견되기 전에 냉매로 사용되었으며, 현재는 비오존 고갈, 비독성, 불연성으로 인해 부흥기를 맞이했습니다.자동차, 슈퍼마켓 및 히트 펌프의 현재 HFC를 대체하기 위해 선택되는 작동 유체가 될 수 있습니다.코카콜라는 CO 기반2 음료 냉각기를 설치했고 미 육군은 CO [51][52]냉장고를 고려하고2 있다.CO 시스템은2 최대 130bar(1,900psi; 13,000kPa)의 압력에서 작동해야 하기 때문에 높은 내구성 부품을 필요로 하지만 이미 많은 부문에서 대량 생산을 위해 개발되었습니다.

가장 많이 사용됨

코드 화학의 이름. 지구 온난화 가능성 20년[46] GWP 100년[46] 상황 코멘트
R-32 HFC-32 CH2F2 디플루오로메탄 2430 677 널리 사용되다 R-134a 및 R-410a를 대체할 수 있는 친환경 제품으로 홍보되지만 여전히 기후 영향이 큽니다.응축 및 [53]기화 모두에서 우수한 열 전달 및 압력 강하 성능을 제공합니다.대기 수명은 거의 5년이다.[54]현재 주거용 및 상업용 에어컨 및 히트 펌프에 사용됩니다.
R-134a HFC-134a CH2FCF3 1,1,2-테트라플루오로에탄 3790 1550 널리 사용되다 2020년에 높은 [45]GWP에도 불구하고 유럽과 미국의 수성 열 펌프에 가장 많이 사용됩니다.
R-410a R-32 50 % / R-125 (펜타플루오로에탄) 2430(R-32) ~6350(R-125) 677 이상 널리 사용되다 2018년까지 분할 열 펌프 / AC에 가장 많이 사용됩니다.미국에서는 [45]거의 100%의 점유율을 보이고 있다.

금지/단계적 폐지

코드 화학의 이름. 지구 온난화 가능성 20년[46] GWP 100년[46] 상황 코멘트
R-11 CFC-11 CCLF3 트리클로로플루오로메탄 6900 4660 금지. 1996년 몬트리올 의정서에 의해 선진국에서 생산이 금지되었다.
R-12 CFC-12 CCLF22 디클로로디플루오로메탄 10800 10200 금지. 프레온이라고도 하며 널리 사용되는 클로로플루오로카본 할로메탄(CFC)입니다.1996년에는 몬트리올 의정서에 의해 선진국에서, [55]2010년에는 개발도상국(제5조)에서 생산이 금지되었다.
R-22 HCFC-22 CHLCLF2 클로로디플루오로메탄 5280 1760 단계적으로 폐지되다 널리 사용되는 염화불소화탄소(HCFC)와 GWP가 1810인 강력한 온실가스.2008년 R-22의 전 세계 생산량은 연간 약 800 Gg으로 1998년의 연간 약 450 Gg에서 증가했다.R-438a(MO-99)는 [56]R-22를 대체하는 것이다.
R-123 HCFC-123 CHLCF23 2,2-디클로로-1,1,1-트리플루오로에탄 292 79 미국의 단계적 종료 대규모 톤 원심 냉각기 용도로 사용됩니다.2030년까지 모든 미국 HCFC의 생산과 수입은 제한적인 [57]예외를 제외하고 단계적으로 중단될 것이다.R-123 냉매는 R-11 냉매 트리클로로플루오로메탄을 사용하는 일부 냉각기를 개조하는 데 사용되었습니다.R-11의 생산은 1996년 [58]몬트리올 의정서에 의해 선진국에서 금지되었다.

다른.

코드 화학의 이름. 지구 온난화 가능성 20년[46] GWP 100년[46] 코멘트
R-152a HFC-152a CHF32 디플루오로에탄 506 138 압축 공기 걸레로 사용할 수 있습니다.
R-407c 디플루오로메탄과 펜타플루오로에탄과 1,1,2-테트라플루오로에탄의 혼합물 R-32, R-125 및 R-134a의 혼합물
R-454B 디플루오로메탄 및 2,3,3-테트라플루오로프로펜 HFO는 냉매 디플루오로메탄(R-32)과 2,3,3-테트라플루오로프로펜(R-1234yf)[59][60][61][62]을 혼합한다.
R-513A HFO/HFC 혼합(56% R-1234yf/44% R-134a) 임시[63] 대안으로 R-134a를 대체할 수 있습니다.
R-514a HFO-136mzz-Z/트랜스-1,2-디클로로에틸렌(t-DCE) 상업 및 산업용 [64][65]저압 원심 냉각기에서 R-123을 대체하는 하이드로플루오로울레핀(HFO) 기반 냉매입니다.

냉매 재활용 및 폐기

주요 기사: 냉매 재활용

냉각수와 냉매는 냉장고, 에어컨, 중앙 에어컨 시스템(HVAC), 냉동고, 제습기와 같은 장치들에서 산업화된 세계 전역에서 발견됩니다.이러한 장치를 정비할 때 실수로 또는 고의로 냉매 가스가 대기로 배출될 위험이 있습니다. 따라서 자재를 안전하게 보존 및 관리하기 위해 기술자 교육 및 인증 프로그램이 생성됩니다.이 가스들을 잘못 다루면 오존층이 고갈되고 지구 [66]온난화에 기여하는 것으로 의심된다.

이소부탄 및 프로판(R600a, R441a 및 R290), 암모니아 및2 CO를 제외하고 미국 대기 청정법 608조에 따라 고의로 냉매를 대기 [67][68]중으로 방출하는 것은 불법입니다.

냉매 재활용은 이전에 일부 유형의 냉동 루프에 사용된 사용이 끝난 냉매 가스를 새로운 냉매 가스 사양을 충족하도록 처리하는 행위입니다.미국에서는 1990년의 공기청정법에 따라 사용이 끝난 냉매는 미국 환경보호청(EPA)의 허가를 받아야 하며 EPA 인증을 받은 [69]기술자가 회수하여 재활용기에 공급해야 합니다.

냉매의 분류

R407C 압력-엔탈피 다이어그램, 두 포화 라인 사이의 등온도
주요 기사:냉매 목록

냉매는 [citation needed]냉장할 물질에서 열을 흡수하거나 추출하는 방식에 따라 세 가지 등급으로 나눌 수 있다.

  • 클래스 1: 이 세분류는 냉매의 잠열을 이용하여 상변화(일반적으로 비등)에 의해 냉각되는 냉매를 포함한다.
  • 클래스 2: 이러한 냉매는 온도 변화 또는 '감지 가능한 열'에 의해 냉각됩니다. 열량은 비열 용량 x 온도 변화입니다.공기, 염화칼슘 브라인, 염화나트륨 브라인, 알코올 및 유사한 비냉동 용액입니다.등급 2 냉매의 목적은 등급 1 냉매로부터 온도 감소를 받아 이 낮은 온도를 냉각할 부위에 전달하는 것이다.
  • 세분류 3: 이 소분류는 액화성 물질 또는 냉동 매체의 흡착된 증기를 포함하는 용액으로 구성된다.이러한 용액은 액화성 증기를 운반하는 능력에 따라 기능하며, 액화성 증기는 용액의 열을 흡수하여 냉각 효과를 발생시킵니다.그것들은 또한 많은 범주로 분류될 수 있다.

R-# 번호 체계는 DuPont(Freon 상표권 소유)에 의해 개발되었으며 단일 할로겐화 탄화수소로 제조된 냉매의 분자 구조를 체계적으로 식별한다.코드의 의미는 다음과 같습니다.[citation needed]

  • 포화 탄화수소의 경우 탄소, 수소 및 불소 원자의 연결된 수에서 각각 90을 빼면 할당된 R#[70]이 된다.
  • 브롬이 존재할 경우 그 뒤에 대문자 B가 이어지며 그 다음에는 브롬 원자의 수가 이어집니다.
  • 설명되지 않은 나머지 결합은 염소 원자에 의해 점유된다.
  • 소문자 a, b 또는 c의 접미사는 비대칭 이성질체가 증가하고 있음을 나타냅니다.

예를 들어 R-134a는 탄소원자 2개, 수소원자 2개, 불소원자 4개로 테트라플루오로에탄 실증식이다."a" 접미사는 이성체가 원자 하나 때문에 불균형하여 1,1,2-테트라플루오로에탄을 생성함을 나타냅니다.R-134 ("a" 접미사가 없는)는 1,1,2,2-테트라플루오로에탄 분자 구조를 가진다.

  • R-400 시리즈는 제오트로픽 블렌드(성분 화합물의 끓는점이 부분 증류로 인해 상대적인 농도의 변화를 초래할 만큼 충분히 다른 블렌드)로 구성되어 있으며, R-500 시리즈는 소위 공생 블렌드로 구성되어 있습니다.맨 오른쪽 자리는 업계 표준 기관인 ASHRAE가 임의로 할당합니다.
  • R-700 시리즈는 ASHRAE가 지정한 비유기 냉매로 구성되어 있습니다.

일반 냉매에는 동일한 번호의 R- 접두사를 사용하고, 에어로졸 스프레이의 추진제로 사용되는 동일한 화학물질에는 "Propeant" 접두사(예: "Propeant 12")를 붙이고, 화합물의 상표명(예: "Freon 12")을 붙인다.최근에는 이들 [citation needed]그룹의 규제 차이로 인해 하이드로플루오로카본의 경우 HFC-, 클로로플루오로카본의 경우 CFC-, 하이드로클로로플루오로카본의 경우 HCFC-를 사용하는 관행이 생겨났다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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원천

IPCC 리포트

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