[KixxPedia] 냉동기에 꼭 필요한 윤활유, ‘냉동기유’란?

인류의 문명, 곧 우리의 삶을 바꾼 발명품 중 하나만 꼽는다면, 많은 사람들이 냉장고와 에어컨 등 냉동 및 냉각 효과를 제공하는 냉동기 시스템에 적용된 ‘냉동 기술’을 말할 것입니다. 우리의 식문화를 바꾸고 보다 윤택한 생활을 가능하게 했을 뿐 아니라, 수많은 질병의 발생률도 낮췄기 때문입니다. 그만큼 냉장고와 에어컨은 현대 사회를 살아가는 우리에게 없어서는 안될 필수품이 되었습니다. 이 냉동기에는 세상의 모든 기계가 그렇듯 부품 보호를 위한 윤활유의 사용이 필수적인데요, 냉장고와 에어컨 등의 냉동 시스템에는 조금 특별한 윤활유가 사용된다는 사실, 알고 계셨나요?  

부품 윤활 및 마모 방지, 밀봉, 냉각 작용 등 일반적으로 잘 알려진 윤활유로서의 역할은 물론, 냉동에 필요한 물질을 운반하는 역할도 수행하는 윤활유, 바로 냉동기유입니다. 이번 콘텐츠에서는 냉동 시스템의 원리와 그 안에서의 냉동기유의 역할, 그리고 최신 업계 트렌드를 알아보겠습니다. 

냉동 시스템은 어떤 원리로 작동하나요?  

냉동기유의 역할을 알기 위해서는 우선 냉동 시스템의 기본 개념을 이해해야 합니다. 냉동기란 냉각, 냉동, 난방 등 온도를 높이고 낮추는 데 사용되는 기계를 뜻하며, 일반적으로는 에어컨, 냉장고, 냉동 트럭 등에 탑재됩니다. 이러한 냉동기 안에 ‘냉매’라는 열 전달 물질을 넣고 압축함으로써 ‘상(相)변화*’를 유발시키고 온도 변화 및 열 전달을 발생시키는 것이 냉동 시스템의 기본 원리죠.

*상(相)변화: 어떤 물질이 압력 또는 온도 변화 등에 의해 고체, 액체, 기체 등 다른 상태로 변하는 현상 

냉동기에는 냉매가 꼭 필요한데요, 냉동기 내부에서 운반되며 상변화를 반복하여 주위의 열을 흡수하고 방출함으로써 냉각 작용을 하는 유체입니다. 냉매는 ‘증발–압축–응축–팽창’의 네 단계를 반복적으로 거치며 특히 팽창 및 압축 과정에서 액체에서 기체로, 그리고 기체에서 다시 액체로 변화합니다. 바로 이 단계에서 냉각 효과가 발생하는 것입니다.  

냉동 시스템은 ‘증발-압축-응축-팽창’의 네 단계의 순환 구조를 통해 온도 변화를 발생시킵니다.

냉동기유의 역할과 주요 요구 사항은?

냉동기유는 냉동기 내부에서 이러한 냉매가 효율적으로 운반될 수 있도록 돕고, 또 온도 및 압력 변화가 지속적으로 일어나는 고온∙고압 환경에서 냉동기를 보호하는 중요한 역할을 합니다. 냉동기유가 없다면 냉동기 내부에서 일어나는 압력강하 현상 및 마찰로 인한 열 발생으로 시스템 작동 효율성이 떨어지게 되므로, 마찰과 마모를 저감하고 부품의 산화를 방지하는 냉동기유는 꼭 필요한 존재입니다. 또한 냉동기 내부를 밀봉해 가스나 액체가 누출되지 않게 하고, 마찰열을 제거하는 등 냉각 역할도 수행하죠.

이같은 냉동기유에 요구되는 가장 중요한 요소 중 하나는 냉동기유와 냉매가 얼마나 적절히 섞이는지를 평가하는 지표인 ‘냉매 혼화성(lubricant-refrigerant miscibility)’입니다. 냉매 혼화성은 냉동기유가 분리되는 저온 지점을 기준으로 평가하며 ‘floc point’로 수치화하고, 냉매 종류와 하드웨어 특성에 따른 적정 기준을 충족해야 합니다. 냉동기유는 냉매와 너무 잘 혼화되어서도, 너무 안 섞여서도 안 되며, 적절한 혼화성을 유지해야 합니다. 냉매와 너무 잘 섞일 경우 점도 저하로, 반대로 너무 안 섞인다면 효율성 저하로 이어지기 때문이죠.

이외에도 장시간 온도 변화가 반복적으로 일어나는 환경에서 냉동기를 보호할 수 있는 내마모성, 열 안정성, 화학적 안정성 등이 냉동기유에 필수적으로 요구되는 사항들입니다.

냉동기유의 주요 요구 성능

기후변화 대응을 위한 온실가스 저감 냉매 트렌드와 진화하는 냉동기유  

냉동기를 사용하거나  폐기하는 과정에서 냉매가 외부로 유출되기도 하는데, 냉매의 종류에 따라 환경 오염을 초래할 수도 있습니다. 온난화를 유발하는 물질로 잘 알려진 프레온 가스가 대표적이죠. 이에 냉매 업계에서는 온실가스를 비롯한 환경 오염 물질의 배출을 최소한으로 줄이기 위해 다방면으로 노력하고 있습니다.  

1987년 체결된 몬트리올 의정서(Montreal Protocol)는 1세대 냉매로 알려진 프레온 가스(chlorofluorocarbon, CFC)를 오존층 파괴 물질로 규정하고 이를 금지하는 안건을 발효했습니다. 이렇듯 환경을 파괴하지 않고 인체에 무해한 냉매에 대한 니즈가 증가하며 나타난 규제가 바로 오존층파괴지수(ODP, Ozone Depletion Potential)와 지구온난화지수(GWP, Global Warming Potential)이죠. 오늘날의 냉매는 낮은 ODP와 GWP를 보유해야 함은 물론, 인체에 유해하고 환경에 악영향을 주는 불화온실가스(Fluorinated greenhouse gas, F-Gas) 규제 기준에도 부합해야만 합니다. 

탄소중립 및 기후위기 대응을 위한 냉매 기술의 발전

냉동 산업이 발전을 거듭하며 탄소 저감용 냉매에 대한 수요가 늘어나는 지금, 환경 친화적 특성을 지니기 위해 수소불화올레핀(Hydrofluoroolefin, HFO) 등 환경 오염을 최소화하는 물질로 제조되는 냉매가 주류로 자리잡게 되었습니다. 이에 따라, 냉매를 효율적으로 운반하는 데 도움을 주는 냉동기유 역시 진화하고 있습니다. 온실가스 저감용으로 냉매의 종류가 확대된 만큼 다양해진 냉매와의 호환성에 대한 니즈가 더욱 강조되고 있는 것입니다. 

다음 에피소드에서 온실가스 저감용 냉매에 최적화된 Kixx의 차세대 냉동기유인 Kixx RF P 85의 탄생 배경과 Kixx만이 제공하는 특장점을 알아보세요.