1-11. 비공비 혼합냉매, 공비 혼합냉매, 유기화합물 냉매의 표기방법의 원칙을 설명하시오.

냉매의 표기 방법은 국제적으로 통용되는 규약에 따라 정해져 있으며, 냉매의 화학적 구성, 안전성 등급, 혼합 냉매 여부 등을 쉽게 파악할 수 있도록 체계화되어 있습니다. ASHRAE (미국 냉동공조협회) Standard 34에서 정의하는 냉매 명명법이 국제 표준으로 널리 사용되고 있으며, 국내에서도 이 표준을 따르고 있습니다.

 

기본 원칙:

냉매 명명법은 'R-번호' 형식으로 구성됩니다. 'R'은 Refrigerant (냉매)의 약자이며, 뒤에 붙는 번호는 냉매의 화학 조성과 특성을 나타내는 코드입니다. 혼합 냉매의 경우, 'R-400번대' (비공비 혼합 냉매), 'R-500번대' (공비 혼합 냉매) 또는 'R-700번대' (자연 냉매) 등으로 구분되며, 유기 화합물 냉매는 'R-600번대'로 분류되는 경우가 있습니다.

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1. 유기화합물 냉매 표기 방법 원칙 (포화 탄화수소 기반 냉매)

유기화합물 냉매는 탄소(C), 수소(H), 할로겐 원소(염소(Cl), 불소(F), 브롬(Br)) 등으로 구성된 유기 화합물을 기반으로 합니다. 가장 일반적인 유기화합물 냉매는 할로카본 냉매이며, 포화 탄화수소 (알칸, 알켄, 알킨) 의 수소 원자를 할로겐 원소로 치환하여 만들어집니다.

유기화합물 냉매 (특히 할로카본 냉매) 의 표기 방법은 다음과 같은 원칙을 따릅니다.

• R - (탄소수 - 1)(수소수 + 1)(불소 원자수) - (이성질체 구분 기호) (고리형 화합물 구분 기호) (탄소-탄소 불포화 결합 수)

각 구성 요소별 의미는 다음과 같습니다.

• R: 냉매를 나타내는 접두어.
• 탄소수 - 1: 탄소 원자 수에서 1을 뺀 값. 탄소수가 1개인 경우 생략합니다.
• 수소수 + 1: 수소 원자 수에 1을 더한 값.
• 불소 원자수: 불소 원자 수.
• 이성질체 구분 기호 (알파벳 대문자): 화학 조성은 같지만 구조가 다른 이성질체를 구분하기 위해 사용합니다. 끓는점 차이가 큰 순서대로 A, B, C... 등을 붙입니다. 끓는점이 가장 낮은 이성질체는 생략합니다.
• 고리형 화합물 구분 기호 (숫자): 고리형 화합물을 나타낼 때 사용합니다. 'c' 접두사 뒤에 숫자를 붙여 고리 크기를 표시합니다. 예: Rc318 (고리형 C4F8).
• 탄소-탄소 불포화 결합 수 (알파벳 대문자): 탄소-탄소 이중 결합 또는 삼중 결합 수를 나타낼 때 사용합니다. 탄소-탄소 불포화 결합 수가 증가할수록 가연성이 높아질 수 있습니다.
• E: 탄소-탄소 이중 결합 1개 포함 (알켄 계열)
• Y: 탄소-탄소 삼중 결합 1개 포함 (알킨 계열)
• ZZ(z): 탄소-탄소 이중 결합 z개 포함 (폴리엔 계열)

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유기화합물 냉매 표기 방법 예시:

냉매 명칭	화학식	표기법	설명
R-11	CCl₃F	R-11	탄소수 (1) - 1 = 0 (생략), 수소수 (0) + 1 = 1, 불소 원자수 (1) = 1
R-12	CCl₂F₂	R-12	탄소수 (1) - 1 = 0 (생략), 수소수 (0) + 1 = 1, 불소 원자수 (2) = 2
R-22	CHClF₂	R-22	탄소수 (1) - 1 = 0 (생략), 수소수 (1) + 1 = 2, 불소 원자수 (2) = 2
R-134a	CH₂FCF₃	R-134a	탄소수 (2) - 1 = 1, 수소수 (2) + 1 = 3, 불소 원자수 (4) = 4, 이성질체 구분 (끓는점 가장 낮은 이성질체 제외, 'a'는 2번째로 끓는점이 낮은 이성질체)
R-290	C₃H₈	R-290	탄소수 (3) - 1 = 2, 수소수 (8) + 1 = 9, 불소 원자수 (0) = 0
R-1234yf	CF₃CF=CH₂	R-1234yf	탄소수 (3) - 1 = 2, 수소수 (2) + 1 = 3, 불소 원자수 (4) = 4, 탄소-탄소 불포화 결합 1개 (y), 이성질체 구분 (f)
R-1270	CH₃-C≡CH	R-1270	탄소수 (3) - 1 = 2, 수소수 (4) + 1 = 5, 불소 원자수 (0) = 0, 탄소-탄소 삼중 결합 1개 (Y, 오기재로 보임, 알킨 계열은 R-1270 대신 R-YY70 형식으로 표기)
Rc318	c-C₄F	Rc-318	고리형 화합물 (c 접두사), 탄소수 (4) - 1 = 3, 수소수 (0) + 1 = 1, 불소 원자수 (8) = 8

유기화합물 냉매 표기 방법 추가 설명:

• 할론 (Halon) 냉매: 소화 약제로 사용되는 할론 냉매는 별도의 표기법을 사용합니다. Halon - (탄소수)(불소 원자수)(염소 원자수)(브롬 원자수). 예: Halon 1301 (CBrF₃).
• 혼합 냉매: 유기화합물 냉매가 혼합된 경우에도 혼합 냉매 표기 규칙에 따라 표기됩니다. (아래 혼합 냉매 표기 방법 참조)
• 최근 경향: 최근 개발되는 저GWP 냉매들은 탄소-탄소 이중 결합을 포함하는 알켄 계열 (R-1234yf, R-1234ze 등) 이 많아지고 있으며, 탄소-탄소 삼중 결합을 포함하는 알킨 계열 냉매도 연구 개발되고 있습니다. 이러한 새로운 유기화합물 냉매들은 표기법 원칙에 따라 체계적으로 명명됩니다.

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2. 공비 혼합 냉매 표기 방법 원칙 (R-500번대)

공비 혼합 냉매 (Azeotropic Refrigerant) 는 2종 이상의 순수 냉매를 특정 비율로 혼합하여 만든 냉매로, 액체 상태와 기체 상태의 조성이 거의 동일하게 유지되는 특징을 가집니다. 끓는점 또한 단일 물질처럼 일정하게 유지됩니다.

공비 혼합 냉매는 R-500번대 번호를 사용합니다. R-500번대 번호는 단순히 순서대로 부여되며, 혼합 냉매의 조성이나 특성을 번호만으로 알기는 어렵습니다.

공비 혼합 냉매 표기 방법 예시:

냉매 명칭	구성 냉매 및 조성 (중량비)	표기법	설명
R-500	R-12 (73.8%) / R-114 (26.2%)	R-500	최초로 등록된 공비 혼합 냉매 중 하나.
R-502	R-22 (48.8%) / R-115 (51.2%)	R-502	CFC 계열 공비 혼합 냉매, 상업용 냉동 시스템에 널리 사용되었으나 현재는 규제 대상.
R-507A	R-125 (50%) / R-143a (50%)	R-507A	HFC 계열 공비 혼합 냉매, R-502 대체 냉매로 사용됨.
R-508B	R-23 (46%) / R-116 (54%)	R-508B	초저온 냉동 시스템용 공비 혼합 냉매.

공비 혼합 냉매 표기 방법 추가 설명:

• 조성 정보: 공비 혼합 냉매의 정확한 조성은 제조사 사양서 또는 냉매 정보 자료를 통해 확인해야 합니다. 표기법 자체로는 조성을 알 수 없습니다.
• 유사 공비 혼합 냉매 (Near-azeotropic Refrigerant): 공비 혼합 냉매와 유사한 거동을 보이는 혼합 냉매를 유사 공비 혼합 냉매라고 합니다. 끓는점 변화가 매우 작아 공비 혼합 냉매와 유사하게 취급될 수 있지만, 엄밀히 말하면 비공비 혼합 냉매에 속합니다. 표기법은 R-400번대를 사용합니다. (아래 비공비 혼합 냉매 표기 방법 참조)
• 최근 경향: 최근에는 공비 혼합 냉매보다는 비공비 혼합 냉매가 더 많이 개발되고 사용되는 추세입니다. 비공비 혼합 냉매는 조성 변화를 통해 냉매 특성을 다양하게 조절할 수 있다는 장점이 있습니다.

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3. 비공비 혼합 냉매 표기 방법 원칙 (R-400번대)

비공비 혼합 냉매 (Zeotropic Refrigerant) 는 2종 이상의 순수 냉매를 혼합하여 만든 냉매로, 액체 상태와 기체 상태의 조성이 다르게 변화하는 특징을 가집니다. 끓는점이 일정하지 않고, 증발 또는 응축 과정에서 온도 변화 (온도 슬라이드, Temperature Glide) 가 발생합니다.

비공비 혼합 냉매는 R-400번대 번호를 사용합니다. R-400번대 번호 뒤에 알파벳 대문자 (A, B, C...) 를 붙여 혼합 냉매의 종류를 구분합니다. 알파벳은 등록 순서대로 부여되며, 혼합 냉매의 조성이나 특성을 번호만으로 알기는 어렵습니다.

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비공비 혼합 냉매 표기 방법 예시:

냉매 명칭	구성 냉매 및 조성 (중량비)	표기법	설명
R-404A	R-125 (44%) / R-143a (52%) / R-134a (4%)	R-404A	HFC 계열 비공비 혼합 냉매, 상업용 냉동 시스템에 널리 사용되었으나 GWP가 높아 규제 대상.
R-407C	R-32 (23%) / R-125 (25%) / R-134a (52%)	R-407C	HFC 계열 비공비 혼합 냉매, R-22 대체 냉매로 사용됨.
R-410A	R-32 (50%) / R-125 (50%)	R-410A	HFC 계열 비공비 혼합 냉매, 가정용 및 상업용 에어컨에 널리 사용되었으나 GWP가 높아 규제 대상.
R-448A	R-32 (26%) / R-125 (26%) / R-134a (21%) / R-1234yf (7%) / R-227ea (10%)	R-448A	저GWP HFC 혼합 냉매, 상업용 냉동 시스템, 냉장 쇼케이스 등에 사용됨.
R-454B	R-32 (68.9%) / R-1234yf (31.1%)	R-454B	저GWP HFO 혼합 냉매, 가정용 및 소형 상업용 에어컨, 히트펌프에 사용됨.

비공비 혼합 냉매 표기 방법 추가 설명:

• 조성 정보: 비공비 혼합 냉매의 정확한 조성은 제조사 사양서 또는 냉매 정보 자료를 통해 확인해야 합니다. 표기법 자체로는 조성을 알 수 없습니다.
• 온도 슬라이드: 비공비 혼합 냉매는 증발 및 응축 과정에서 온도 슬라이드가 발생하므로, 시스템 설계 시 이 점을 고려해야 합니다. 온도 슬라이드 크기는 냉매 종류 및 조성에 따라 다르며, 냉매 정보 자료에 명시되어 있습니다.
• 냉매 누설 시: 비공비 혼합 냉매가 누설될 경우, 조성 변화가 발생하여 냉매 성능이 변할 수 있습니다. 따라서 누설 발생 시 전체 냉매를 회수하고 정해진 조성의 새 냉매로 충전해야 합니다. (일부 비공비 혼합 냉매는 누설량이 적은 경우 액상 냉매를 보충하여 사용할 수 있지만, 제조사 지침을 따라야 합니다.)
• 최근 경향: 최근에는 지구온난화 규제 강화에 따라 저GWP 비공비 혼합 냉매 개발이 활발하게 이루어지고 있습니다. HFO 냉매를 기반으로 하거나, 자연 냉매와 HFO 냉매를 혼합한 형태의 저GWP 비공비 혼합 냉매가 개발되어 상용화되고 있습니다. (R-448A, R-454B 등)

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4. 기타 냉매 표기 방법

• 자연 냉매 (Inorganic Refrigerant): 암모니아(R-717), 이산화탄소(R-744), 물(R-718), 공기(R-729), 프로판(R-290) 등 자연계에 존재하는 물질을 냉매로 사용하는 경우 R-700번대 번호를 사용합니다. R-700 번호 뒤에 분자량을 소수점 없이 표기합니다. 예: 암모니아 (NH₃, 분자량 17) → R-717, 이산화탄소 (CO₂, 분자량 44) → R-744.
• 이성질체 구분: 동일 화학 조성의 이성질체를 구분하기 위해 알파벳 소문자를 사용합니다. 끓는점 차이가 큰 순서대로 a, b, c... 등을 붙입니다. 예: R-134 (CH₂FCHF₂), R-134a (CH₂FCF₃), R-134yf (CF₃CF=CH₂).

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주의 사항:

• 냉매 표기법은 냉매의 기본적인 화학 조성 및 특성을 나타내는 코드일 뿐, 냉매의 모든 정보를 담고 있는 것은 아닙니다. 냉매의 정확한 정보는 반드시 제조사 사양서 또는 냉매 정보 자료를 통해 확인해야 합니다.
• 냉매 표기법은 지속적으로 업데이트될 수 있습니다. 최신 냉매 표기법 및 관련 규정을 항상 확인하는 것이 중요합니다.
• 냉매 취급 시에는 반드시 해당 냉매의 안전 데이터 시트 (SDS, Safety Data Sheet) 를 숙지하고, 안전 수칙을 준수해야 합니다.

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결론적으로, 냉매 표기 방법은 냉매를 체계적으로 분류하고 정보를 전달하기 위한 중요한 도구입니다. 유기화합물 냉매, 공비 혼합 냉매, 비공비 혼합 냉매 각각의 표기 방법 원칙을 이해하고, 냉매 표기법을 올바르게 해석하고 활용함으로써 냉매를 안전하고 효율적으로 사용할 수 있습니다. 최근에는 저GWP 냉매 개발 및 보급이 확대되면서 새로운 냉매 표기법 및 분류 기준이 추가될 수 있으므로, 관련 정보를 지속적으로 업데이트하는 것이 중요합니다.