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1) 오일의 종류
증기압축식 냉동기 오일은 사용되는 냉매의 종류에 따라 크게 다음과 같이 분류됩니다.
- 광유 (Mineral Oil): 과거에 주로 사용되었으며, R12, R22와 같은 CFC 및 HCFC 계열 냉매와 상용성이 좋습니다. 파라핀계, 나프텐계 등이 있습니다.
- 합성유 (Synthetic Oil): 환경 규제 강화로 인해 HFC, HFO 등 신형 냉매 사용이 증가하면서 개발되었습니다.
- 폴리올 에스테르 (Polyol Ester, POE): HFC 계열 냉매(R134a, R404A, R407C, R410A 등)와 뛰어난 상용성을 가지며, 윤활성도 우수하여 현재 가장 널리 사용되는 합성유입니다. 수분에 민감한 단점이 있습니다.
- 폴리알킬렌 글리콜 (Polyalkylene Glycol, PAG): 주로 자동차 에어컨용 R134a 및 R1234yf 냉매에 사용됩니다. 흡습성이 매우 강한 특징이 있습니다.
- 폴리비닐 에테르 (Polyvinyl Ether, PVE): POE 오일의 단점을 보완하여 개발되었으며, HFC 및 HFO 냉매와 상용성이 좋고 가수분해 안정성이 우수합니다.
- 알킬벤젠 (Alkylbenzene, AB): HCFC 계열 냉매와 상용성이 있으며, 광유와 혼합하여 사용되기도 합니다.
2) 오일의 특성
냉동기 오일은 압축기 내부의 고온, 고압 환경 및 냉매와의 혼합 상태에서 안정적으로 작동하며 다음과 같은 특성을 가져야 합니다.
- 윤활성 (Lubricity): 압축기 내부의 운동 부품 간 마찰을 줄이고 마모를 방지하는 능력입니다.
- 냉매와의 용해도 (Miscibility with Refrigerant): 냉매와 적절한 비율로 혼합되어 시스템 내에서 원활하게 순환하고, 증발기에서 오일이 고이는 것을 방지하여 압축기로 다시 돌아갈 수 있도록 하는 특성입니다.
- 점도 (Viscosity): 작동 온도 범위에서 적절한 유동성을 유지하여 윤활 기능을 수행해야 합니다. 너무 낮으면 유막 형성이 어렵고, 너무 높으면 에너지 손실이 발생합니다.
- 점도 지수 (Viscosity Index): 온도 변화에 따른 점도 변화의 정도를 나타내는 지표입니다. 높은 점도 지수를 가지는 오일이 넓은 온도 범위에서 안정적인 점도를 유지할 수 있습니다.
- 인화점 및 발화점 (Flash Point and Fire Point): 높은 온도에서도 인화 또는 발화되지 않는 안전성을 확보해야 합니다.
- 유동점 (Pour Point): 낮은 온도에서도 응고되지 않고 흐를 수 있는 최저 온도입니다. 냉동 시스템의 저온부에서 오일이 굳는 것을 방지해야 합니다.
- 절연 내력 (Dielectric Strength): 밀폐형 및 반밀폐형 압축기의 경우, 모터가 냉매 및 오일과 접촉하므로 전기 절연 성능이 우수해야 합니다.
- 열적 및 화학적 안정성 (Thermal and Chemical Stability): 고온, 고압의 작동 환경 및 냉매와의 접촉에서도 분해되거나 화학 반응을 일으키지 않아야 합니다.
- 수분 함량 (Moisture Content): 수분은 냉매와 반응하여 산을 생성하거나 시스템 부식을 유발할 수 있으므로 매우 낮아야 합니다. 특히 POE 오일은 가수분해에 취약합니다.
- 이물질 함량 (Foreign Matter Content): 압축기 부품의 마모를 유발할 수 있는 먼지, 금속 입자 등의 이물질이 없어야 합니다.
3) 오일의 시험항목
냉동기 오일의 품질을 확인하고 적합성을 판단하기 위해 다양한 시험이 수행됩니다. 주요 시험 항목은 다음과 같습니다.
- 점도 (Viscosity): 특정 온도(일반적으로 40℃, 100℃)에서 오일의 점도를 측정합니다.
- 점도 지수 (Viscosity Index): 측정된 점도 값을 이용하여 점도 지수를 계산합니다.
- 인화점 및 발화점 (Flash Point and Fire Point): 오일의 인화점 및 발화점을 측정하여 안전성을 평가합니다.
- 유동점 (Pour Point): 오일이 흐를 수 있는 최저 온도를 측정합니다.
- 전산가 (Total Acid Number, TAN): 오일의 산성도를 측정하여 열화 또는 오염 정도를 파악합니다.
- 수분 함량 (Moisture Content): 오일 내 수분 함량을 측정합니다.
- 색도 (Color): 오일의 색깔을 확인하여 오염 여부 등을 판단합니다.
- 밀도 및 비중 (Density and Specific Gravity): 오일의 밀도 및 비중을 측정합니다.
- 이물질 함량 (Foreign Matter Content): 오일 내 고형 이물질의 양을 확인합니다.
- 절연 파괴 전압 (Dielectric Breakdown Voltage): 오일의 전기 절연 성능을 평가합니다.
- 냉매와의 용해도 시험 (Miscibility Test with Refrigerant): 특정 냉매와의 혼합 상태를 다양한 온도 및 압력 조건에서 확인합니다.
- 열 안정성 시험 (Thermal Stability Test): 고온 조건에서 오일의 열적 안정성을 평가합니다.
- 화학적 안정성 시험 (Chemical Stability Test): 냉매 및 시스템 구성 재료와의 화학적 반응성을 평가합니다.
- 기포성 시험 (Foaming Characteristics): 오일의 기포 발생 및 소포성을 평가합니다.
- 공기 방출 시험 (Air Release Test): 오일에 혼입된 공기가 얼마나 빨리 분리되는지를 평가합니다.
이러한 시험 항목들을 통해 냉동기 오일이 압축기의 원활한 작동 및 시스템의 신뢰성 확보에 적합한 품질을 갖추고 있는지 확인합니다.
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