현재, 환경온난화로 인한 기후변화와 오존공동은 이미 세계적인 환경문제가 되었으며, 통제하지 않으면 인류의 생존과 발전에 심각한 도전이 될 것이다. 따라서, 자동차 에어컨 냉방제 대체 연구 과정에서 우리는 생태 환경 보호에 대한 의식을 강화해야 하며, 눈앞의 이익만 볼 수 없고, 생태 환경과 인류의 조화와 지속 가능한 발전에 더욱 집중해야 한다.

냉매가 대기 환경에 미치는 영향

냉매는 냉매 과정에서 냉매 주기를 완성하는 공질이다. 할로겐화냉제는 주로 에어컨 냉각에 쓰인다. 그 중 수소 원자가 없는 것은 염화불화탄소 (CFC), 수소 원자가 있는 것은 수소염화불화탄소 (HCFC), 염소 원자가 없는 것은 수소불화탄소 (HFC) 라고 한다. 에어컨 냉매가 대기 환경에 미치는 영향은 주로 두 가지 측면이 있는데, 하나는 대기 오존층을 파괴하는 것이고, 다른 하나는 지구 기후를 따뜻하게 하는 온실효과이다.

할로겐화 탄화수소에서는 염소 원자가 증가함에 따라 오존층의 파괴가 더욱 심각하다. 그래서 CFC 는 오존층에 대한 파괴가 가장 심하고, HCFC 는 오존층에 대한 파괴가 상대적으로 적고, HFC 는 오존층에 대한 파괴가 없다. 냉매가 오존층을 파괴하는 정도는 오존 소모 잠재력 (ODP) 으로 표시된다.

냉방제 배출은 지구 온난화의 온실효과를 발생시켜 그 영향의 정도는 지구 온난화 잠재력 (GWP) 으로 표시된다.

냉매 CFC- 12 의 폐기 및 대체

몬트리올 의정서가 체결되기 전에 대부분의 자동차 에어컨 시스템은 CFCl2 를 냉매로 사용했다. CFCl2 는 끓는 점과 몰 질량이 각각-29.79 C 와 120.93kg/kmol 인 이상적인 냉매이지만 ODP 값은 높습니다. 몬트리올 의정서에 따르면 CFC 12 는 1 급 냉방제 금지에 속한다.

CFC 물질을 대체하는 새로운 냉매를 찾기 위해 에어컨 업계는 광범위한 연구를 진행해 ODP 값이 0 인 새 냉매를 찾기 위해 많은 노력을 기울였다. 이 연구에서 듀폰이 개발한 냉방제 HFC 134a 는 냉각 산업에 성공적으로 적용되었습니다. 냉매 HFC 134a 의 주요 특징은 염소 없는 원자입니다. 우수한 보안 성능을 갖추고 있습니다. 물리적 특성이 CFCl2 에 가깝기 때문에 냉각 시스템을 쉽게 개조할 수 있습니다. 열 전달 성능은 CFCl2 보다 우수하며 냉매 사용량을 크게 줄일 수 있습니다. HFC 134a 와 CFCl2 증발 압력은 비슷하고, ODP 값은 0 이고, GWP 값은 0.29 에 불과하며, 독성이 뚜렷하지 않습니다 (장기 만성 독성 실험은 아직 진행 중). 다음 표에는 자동차 에어컨에 일반적으로 사용되는 냉매의 대기 중 ODP 값, GWP 값 및 서비스 수명이 나와 있습니다.

HFC 134a 는 기존 광물 냉동유와 용해되지 않으므로 새로운 압축유를 찾아야 합니다. 반복적인 실험과 선별을 통해 HFC 134a 와 상호 용해되는 두 가지 오일을 개발했다. 그들의 코드는 PAG 와 POE 이고, PAG 석유는 널리 사용되고 있다. 그러나 흡습성이 높아 냉각 시스템 스로틀 요소 (모세관 또는 팽창 밸브) 의 얼음 저항을 일으키기 쉬우므로 시스템 내 건조제의 사용량을 늘리거나 흡습성을 높여야 합니다. 고온에서 HFC 134a 와의 용해도가 낮아지거나 용해되지 않습니다. 따라서 응축 온도가 너무 높아지지 않도록 시스템의 응축 조건을 개선하는 데 각별한 주의를 기울여야 합니다. 윤활성은 미네랄 오일보다 약간 나쁩니다. 냉각 시스템에서 현재 사용 중인 고무 씰에 침투 또는 부식 작용이 있으며, 고무 씰뿐만 아니라 냉매 컨베이어 호스도 포함됩니다. 가격은 현재의 냉동오일보다 4 ~ 5 배 비싸다. 위의 문제에 대해 자동차 에어컨 냉각 시스템의 설계는 다음과 같이 변경되어야 합니다. 냉각 압축기 변위는 변하지 않고 원래 모델을 유지할 수 있지만 고무 씰은 모두 HNBR； 을 사용해야 합니다. 냉응기 (저장액 건조기 포함) 의 설계는 냉각 능력을 높이고 냉매와 오일의 수분을 흡수하는 능력을 높이기 위해 수정해야 합니다. 증발기는 원래 구조를 그대로 유지할 수 있습니다. 열 팽창 밸브는 원래 스로틀 구성요소의 댐핑 값을 늘려야 하므로 스로틀 구멍을 줄이고 밀폐된 재질을 변경해야 합니다. 모델은 HFC134A 로 표시됩니다. 호스 및 커넥터를 포함한 냉매 런의 경우 커넥터의 실링 재질을 변경해야 합니다. 호스는 여러 층의 복합 구조를 사용하며, PAG 내유성 고무 안감에 나일론 한 층을 끼워 항침투성을 높인다.

현재 HFC 134a 는 상업화되어 냉난방, 특히 자동차 에어컨에 널리 사용되고 있습니다. 이는 첫째, HFC 134a 의 특성, 둘째, 단일 냉매를 선택하면 고무호스를 통과할 때 냉매의 성분이 변하는 것을 막을 수 있기 때문이다. 현재 전 세계적으로 생산된 HFC 134a 냉방제 중 50% 가 자동차 에어컨에 사용되고 있습니다. 자동차 에어컨의 특수한 작업 조건으로 인해 바다에서는 보통 2 년에 한 번 냉매를 넣는다.

2006 년 우리나라 신차 소비량은 약 6550 톤, 유지 보수 소비량은 약 2950 톤, 총 9500 톤으로 전년 대비 25% 증가하여 HFC 134a 총 소비량의 56% 를 차지했다. 이것은 중국의 자동차 에어컨 시장이 거대하고 냉매에 대한 수요도 거대하다는 것을 보여준다.

냉매 HFC 134a 대체

유럽연합이 통과시킨' 불소온실가스통제조례' 에 따르면 유럽연합은 20 17 년 6 월+10 월 1 일부터 새로 생산된 자동차 에어컨에서 GWP 가/KLOC 보다 큰 사용을 금지할 예정이다. 20 11110 월1에서 2017/까지 20 17, 1 부터 모든 자동차 에어컨은 GWP 가 150 보다 큰 냉매 사용을 금지합니다. 따라서 자동차 에어컨에 저GWP 냉매를 사용하는 것은 추세와 필연적이며 CO2, 탄화수소, HFC 152a 및 자동차 에어컨 냉매로 사용할 수 있는 혼합물이 연구 핫스팟이 됩니다. @page@

(1) 합성 냉매 냉매

2002 년부터 미국 Honeywell 은 HFC 134a 의 혼합물 대체물을 개발해 플론 (CF3CF=CH2) 과 삼플루오린 요오드 메탄 (CF3l) 으로 구성된 이원 혼합물 (Fluid H) 을 개발하기 시작했다. 현재 독성 및 시스템 안정성 테스트, 압축기 테스트, 시스템 테스트 및 차체 테스트가 진행 중입니다.

미국 델포드 제너럴모터스 등은 HFC 152a 를 냉매로 하는 자동차 에어컨 시스템을 개발하고 있다. 연구와 실험 결과에 따르면 자동차 에어컨 시스템에서 HFC 152a 를 냉매로 사용하는 것은 기본적으로 HFC 134a 를 냉매로 사용하는 기존 자동차 에어컨 시스템의 런 부품과 생산 라인을 변경할 필요가 없다는 것을 알 수 있다. 기존 HFC 134a 시스템보다 상당히 또는 더 나은 냉각 효과를 제공하며 성능 계수가 높습니다.

2003 년, HFC 152a 를 사용한 테스트차는 미국 애리조나 피닉스에서 열린 SAE 신형 냉방제 세미나에서 호평을 받았다.

또한 듀폰사와 lneos 는 유럽연합의 요구 사항을 충족하는 HFC 134a 대안을 개발하고 있다고 발표했습니다.

국내에서 산둥 동악화공주식유한공사는 국내외 트렌드를 적극 추적해 유럽연합의 요구에 따라 자동차 에어컨 냉방제 HFC 134a 의 대체물인 DYRl 을 개발했다. ODP 값은 0 이고 GWP 값은 1 15 로 HFC 134a 를 냉매로 하는 기존 자동차 에어컨 시스템과 호환되어 에너지 효율이 우수합니다. 응용 테스트 및 시스템 테스트가 현재 진행 중입니다.

상술한 기업들은 자동차 에어컨 HFC 134a 대체품에 대해 대량의 연구 개발과 실험을 했지만, 이러한 대체품의 대규모 생산과 응용에 대해서는 여전히 개선이 필요하다. HFC 134a 대체 자동차 에어컨은 최근 연구 핫스팟 중 하나로 남아 있을 것으로 예상됩니다.

(2) 천연 냉매의 적용

탄화수소

현재 냉매로 사용되고 있는 탄화수소는 프로판 (R290), 부탄 (R600) 및 이부탄 (R600a) 으로, R600a 는 유럽과 일부 개발도상국의 냉장고에서 널리 사용되고 있으며 교토 의정서의 요구 사항을 준수합니다. ODP=0, GWP 또한 R290 과 R600a 로 구성된 혼합 냉매도 어느 정도 개발되고 이용된다.

암모니아 (R7 17)

암모니아는 120 년을 사용했지만 여전히 사용되고 있다. ODP=0, GWP=0 이며 우수한 열 성능, 저렴한 가격, 쉬운 누출 감지 기능을 갖추고 있습니다. 하지만 암모니아는 유독하고 가연성이 있습니다. 100 년 이상의 사용 기록에 따르면 암모니아의 사고율은 매우 낮다는 점에 유의해야 합니다. 앞으로는 암모니아의 충전량 감소, 스크류 압축기 사용, 판형 열 교환기 도입 등 더 나은 안전 조치를 찾아야 한다. 그러나 그 유용성, 특정 재료와 호환되지 않는 문제, 배기 온도가 높은 문제도 합리적으로 해결해야 한다.

이산화탄소 (R744)

CO2 는 자연 물질입니다. ODP=0, GWP= 1 입니다. 출처가 넓고, 비용이 낮고, 안전하고, 독성이 없고, 가연성이 없으며, 각종 일반 기계 부품 재료의 윤활유에 적합하며, 고온에서도 유해 가스를 분해하지 않는다. CO2 의 증발 잠열은 크고 단위 볼륨 냉각량이 상당히 높기 때문에 압축기와 그 부품은 부피가 작다. 단열 지수가 높고, K= 1.30, 압축기 압력비는 약 2.5-3.0 으로, 다른 냉각 시스템보다 낮고, 부피 효율이 높고, 최적 경제 수준에 가깝고, 발전 잠재력이 크다.

자동차 에어컨에 사용되는 주요 자연공질은 CO2 냉매입니다. CO2 의 냉방 성능은 이미 인정되었다. 그러나 그 안정성은 차내 유출이 허용되지 않아 CO2 시스템의 승객에게 영향을 미치는 것으로 의심받고 있다. CO2 시스템은 에너지 소비량이 비교적 높고 부품 가격도 높아 경제형 차에 적합하지 않습니다. 이런 시스템의 소음과 진동도 시급히 해결해야 할 기술적 문제이며 유지 보수도 쉽지 않다.

발전 추세

국제사회는 모두 HFC 134a 의 대체를 호소하고 있지만 국내 시장에 미치는 영향은 크지 않다. HFC 134a 는 국내에서 성장기에 있으며, 유럽과 미국에서도 대체는 이제 막 시작되었다. 한 가지 냉매의 개발과 정식 응용은 시간이 오래 걸리고 국산 냉매가 대기업의 특허에 얽매여 있기 때문이다. 자체 연구개발만이 시장에서 무패의 땅에 설 수 있다.

요약하자면, 환경 보호와 에너지 절약의 이중 압력 하에서 녹색 냉방제 개발은 대세의 추세이다. 국제적으로 상용화 양산 (대체) 냉방제 (대체) 가 이상적이지 않기 때문에 국내외 연구원들은 여전히 끊임없이 탐구하고 있으며 일부 분야에서 어느 정도의 성과와 돌파를 이루었지만 신제품의 지속적인 연구개발은 계속되어야 한다.