냉동기에서 가장 중요한 요소 중 하나는 바로 냉매입니다. 물리적인 설계를 충분한 반영을 하는 것이 중요도 하지만 냉매의 성능이 부족하다면 충분한 냉동 성능을 발휘할 수 없습니다. 냉매는 저열원에서 열을 흡수하여 고열원에 방출하는 동작 유체를 의미하며 간단한 설명으로는 열을 흡수하면서 방출하면서 상변화를 가지는 유체를 의미합니다. 냉방장치에서 냉매가 부족하여 쾌적한 냉방을 하지 못한 경험이 있으실 경우가 있습니다. 이는 냉매가 냉동사이클에서 성능과 안정성 및 에너지 효율의 가장 중요한 요소이기 때문에 주기적인 관리가 필요합니다.
물리적 조건
냉매 선택에서 물리적 조건은 여러 가지가 존재합니다. 첫번 째로는 증발잠열이 큰 냉매를 선택해야 합니다. 이는 증발잠열이 커야 단위질량당 많은 열을 흡수할 수 있기 때문입니다. 두번째로는 액화와 증발이 쉬운 냉매여야 합니다. 상온과 낮은 압력에서도 원활하게 액화되고 저온과 대기압보다 약간 높은 압력에서도 쉽게 증발해야 다양한 지역에서 폭 넓게 활용이 가능합니다. 세번 째로는 응고점이 낮아야 합니다. 냉매가 응고하면 유동성을 상실하기 때문에 이는 장비의 손상을 유발합니다. 이에 따라 냉동기의 사용온도보다 응고점이 낮아야합니다. 또한 임계온도가 높거나 냉매증기의 비열이 크거나 냉매액의 비열이 작아야 합니다. 보통 책에는 10가지 이상의 냉매의 물리적 조건이 존재합니다. 냉동장치를 직접 설계하는 입장이 아니시라면 냉매의 물리적 조건에 대해서는 시중에 유통되는 냉매가 이러한 조건을 잘 갖추는 지 확인하시는 것도 좋은 냉매를 고르는 조건이 될 수 있습니다.
화학적 조건
화학적 조건은 냉동장치의 성능보다는 안전성과 안전을 담당한다고 생각하시면 쉽습니다. 냉매도 화학물질이기 때문에 독성을 가지는 냉매도 있고 다양한 위험성을 가지는 냉매도 있습니다. 이러한 조건에 따라 첫 번째로 고려해야 할 점은 냉매의 화학적 안정성입니다. 냉매는 고온 및 고압 환경에서 장시간 운용되기에 화학적으로 안정되야 합니다. 그렇지 않으면 열분해나 반응성에 의해서 독성물질이나 부식성이 강한 부산물이 생성될 수 있습니다. 이러한 피해는 오퍼레이터에 즉각적인 피해를 유발하기 때문에 주의가 필요합니다. 두 번째는 부식성입니다. 냉매가 금속과 반응하여 시스템 부식을 유발하면 장비 수명이 줄어들거나 누설 사고의 위험성도 증가합니다. 대표적으로 동도금 현상이 있습니다. 이를 방지하기 위해서는 냉매는 구리, 알루미늄, 철 등 냉동기의 부속의 반응성에서 비부식성이어야 합니다. 세 번째는 인화성 및 폭발성입니다. 혹시라도 장비의 부식으로 인해 냉매가 누설이 되더라도 전기나 화기에 의해 인화되거나 폭발되지 않아야합니다. 최근의 친환경 냉매 중 일부는 약간의 인화성이 있기 때문에 엔지니어는 해당 냉매의 인화성을 고려하여야 합니다.
기타 조건
냉매의 조건을 평가할 때 물리적·화학적 요소 외에도 다양한 실무적 고려사항이 존재합니다. 가장 중요한 것은 입수 용이성 및 가격입니다. 값이 비싸고 쉽게 구할 수 없는 제품이라면 이후 유지보수에 큰 어려움을 가질 수 있습니다. 둘째로는 법적 규제와 인증 조건입니다. 최근의 친환경 규제에 따라 환경오염의 가능성이 높은 프레온계 냉매의 경우 사용의 규제가 심하여 일반적인 상황에서는 사용하지 않습니다. 셋째로 누설 시 쉽게 감지할수 있어야 합니다. 그래야 냉동기의 주기적인 관리가 편하기 때문에 누설 감지가 용이해야합니다.
냉동설비 엔지니어가 냉매를 선택할 때는 단순하게 냉매의 성능만을 고려해서는 안됩니다. 현재의 냉매는 다양한 환경 규제도 고려해야하며 또한 물리적 성능 및 화학적 성능도 충분히 고려해야 합니다. 이에 기계설비관련 박람회 등을 통해 최신 냉매의 트랜드를 알거나 시중에서 가장 흔하게 사용되는 냉매의 종류를 파악하시는 것도 업무에 충분한 도움이 되실겁니다.