4-6. HFO계열 냉매의 특성을 설명하시오.

HFO(Hydrofluoroolefin, 수불화올레핀) 계열 냉매는 수소(H), 불소(F), 탄소(C)로 구성되지만, 분자 내에 탄소-탄소 이중 결합을 하나 이상 가지고 있는 것이 특징인 차세대 냉매입니다. 이 이중 결합 구조로 인해 대기 중에서 빠르게 분해되어 기존의 HFC(수불화탄소) 계열 냉매가 가지는 높은 지구 온난화 지수(GWP) 문제를 해결하기 위해 개발되었습니다.

HFO 계열 냉매의 주요 특징은 다음과 같습니다.

1. 매우 낮은 지구 온난화 지수(Low GWP):
   • HFO 계열 냉매 개발의 가장 큰 목적입니다. 분자 내 이중 결합으로 인해 대기 중 체류 시간이 짧아 GWP 값이 매우 낮습니다 (대부분 10 미만 또는 수십 정도). 이는 GWP가 수백에서 수천에 달하는 기존 HFC 냉매와 비교할 때 큰 장점입니다.
   • 오존층 파괴 지수(ODP)는 HFC와 마찬가지로 0입니다.
2. 약가연성 (Mildly Flammable, A2L 등급):
   • 대부분의 HFO 계열 냉매는 비가연성인 HFC 냉매(A1 등급)와 달리 약간의 가연성을 가집니다 (ASHRAE 안전 등급 상 A2L 등급). 인화점이 높고 연소 속도가 매우 느리며, 연소 에너지가 커야만 불이 붙지만, 완전히 비가연성은 아닙니다.
   • 이러한 특성 때문에 HFO 냉매를 사용하는 시스템은 냉매 누설 감지 및 환기 설비, 배관 및 장비 배치 등에 대한 안전 기준 강화가 필요합니다. (일부 HFO 냉매는 A1 비가연성인 경우도 있습니다. 예: R1233zd)
3. 기존 HFC와 유사한 열역학적 특성:
   • 많은 HFO 냉매(예: R1234yf는 R134a 대체, R1234ze는 R134a/R152a 대체 등)는 기존 HFC 냉매와 유사한 비점, 임계점 및 증기압-온도 특성을 가지도록 설계되었습니다.
   • 이로 인해 기존 HFC 시스템의 설계 변경을 최소화하거나 일부 부품 교체만으로 HFO 냉매 적용이 가능한 경우가 많습니다 ('Drop-in' 또는 'Near Drop-in' 특성).
4. 에너지 효율:
   • 대체 대상 HFC 냉매와 유사하거나 경우에 따라 동등 이상의 에너지 효율을 제공할 수 있습니다. 다만, 특정 운전 조건이나 시스템 설계에 따라 효율 성능에 차이가 있을 수 있습니다.
   • 일부 HFO 냉매는 압축기 토출가스 온도가 다소 높게 나타날 수 있어, 시스템 설계 시 이를 고려해야 할 수 있습니다.
5. 안전성 (독성 및 분해 생성물):
   • 일반적으로 독성은 낮은 편입니다.
   • 그러나 화재 발생 등으로 인해 고온에 노출될 경우, 다른 불소화 탄화수소 냉매와 마찬가지로 유해한 분해 생성물(주로 불화수소, HF)을 생성할 수 있으므로 화재 시 환기가 중요합니다. 약가연성과 관련된 안전 조치 외에 독성 관련 안전 수칙 준수도 필요합니다.

요약:

HFO 계열 냉매는 낮은 GWP와 ODP 0으로 환경 규제에 대응하는 핵심적인 차세대 냉매입니다. 기존 HFC와 유사한 성능을 제공하면서도 지구 온난화 영향을 크게 줄인 것이 가장 큰 특징입니다. 다만, 대부분이 약가연성이라는 특성을 가지므로, 관련 안전 기준 준수 및 시스템 설계/시공 시 충분한 고려가 필요합니다. 이러한 특성으로 인해 자동차 공조, 칠러, 쇼케이스, 히트펌프 등 다양한 분야에서 HFC 냉매의 대체재로 사용이 확대되고 있습니다.