냉장고

3. 구조

전기냉장고의 냉각 작용은 압축기, 방열기, 모세관, 냉각기로 구성된 냉동 사이클을 통해 이루어진다. 이 냉동 사이클 안에는 프레온12와 같이 휘발성이 강한 냉매가 들어 있다.^[78] 압축기에서 고압 상태가 된 냉매 가스는 방열기의 파이프를 지나면서 열을 외부로 방출하고 액체 상태로 변한다. 이 액체 냉매가 모세관을 거쳐 냉각기에 도달하면 주변의 열을 흡수하며 급격히 증발하는데, 이 과정에서 냉각 효과가 발생한다. 냉장고 내부 온도는 증발기의 온도를 감지하는 온도조절기(thermostat)가 압축기의 작동과 정지를 제어하며 조절된다.^[79]

'냉동실'은 냉각 코일로 둘러싸인 칸으로, 별도의 문으로 분리되어 있으며 온도를 약 -20°C까지 낮출 수 있다. 냉각기에 생기는 서리는 히터를 이용하거나, 고온 고압의 냉매를 응축기를 거치지 않고 직접 냉각기로 보내 녹이는 방식으로 자동으로 제거할 수 있다. 이러한 기능을 '자동 서리 제거 장치'라고 부른다.^[79]

많은 현대식 냉장고는 냉동실이 위쪽에, 냉장실이 아래쪽에 있는 구조를 가진다. 수동 해동 방식이나 일부 저가형 모델을 제외한 대부분의 냉장고는 두 개의 온도 조절 장치가 있는 것처럼 보이지만, 실제로는 냉장실의 온도만 직접적으로 조절된다. 냉장실 온도가 설정보다 높아지면 온도조절기가 냉각 과정을 시작시키고, 팬이 냉동실 주변의 차가운 공기를 순환시킨다. 이때 냉장실도 함께 냉각된다. 냉동실 온도 조절 손잡이는 댐퍼 시스템을 통해 냉장실로 유입되는 냉기의 양을 조절하는 역할을 한다.^[35] 따라서 냉장실 온도를 조절하면 냉동실 온도도 간접적으로 영향을 받는다. 반면, 냉동실 온도 조절 장치를 변경해도 냉장실 온도에는 직접적인 영향을 주지 않는다. 다만, 냉장실 온도 설정에 맞춰 냉동실 조절 장치를 조정하여 전체적인 균형을 맞출 수는 있다.

냉장실로 냉기가 충분히 공급되므로, 문을 자주 열지 않는다면 냉동실은 일반적으로 설정 온도를 비교적 빠르게 회복한다. 일부 냉장고 모델에서는 냉장실이나 냉동실 문을 열면 팬이 즉시 작동을 멈추기도 한다. 이는 냉각 코일이 두 공간 모두를 냉각시키므로, 문이 열린 상태에서 팬이 계속 돌면 증발기 코일에 과도한 서리가 끼는 것을 방지하기 위함이다. 냉동실이 목표 온도에 도달하면, 냉장실 온도와 관계없이 냉각 시스템의 작동이 멈출 수 있다. 최근의 컴퓨터 제어 방식 냉장고는 댐퍼 시스템 대신, 컴퓨터가 두 칸의 팬 속도를 각각 제어하여 온도를 관리한다. 하지만 냉기의 기본 공급원은 여전히 냉동실 쪽이다.

4. 냉동고

'''냉동고'''는 가정, 산업, 상업 분야에서 널리 사용되는 기기로, 식품 등을 영하의 온도로 얼려서 보관하는 장치이다. 일반적으로 식품을 -18°C 이하로 보관하면 장기간 안전하게 유지할 수 있다.^[28]

대부분의 가정용 냉동고는 -23°C에서 -18°C 사이의 온도를 유지하도록 설정된다. 일부 냉동 전용 제품은 -34°C 이하의 낮은 온도까지 도달할 수 있다. 반면, 냉장고에 포함된 냉동고(냉동실)는 일반적으로 -23°C 이하로 온도를 낮추지 않는데, 이는 냉장실과 냉동실이 같은 냉각 순환 시스템을 공유하기 때문이다. 냉동실 온도를 지나치게 낮추면 냉장실 온도를 영상으로 유지하기 어려워질 수 있다.

가정용 냉동고는 냉장고의 일부(냉동실)이거나 독립된 기기 형태로 존재한다. 얼음 외에 냉동식품 등을 보관할 수 있는 별도의 냉동 구획이나 독립된 냉동고는 1940년 미국에서 처음 도입되었으며, 이를 계기로 이전에는 고급품으로 여겨졌던 냉동 식품이 점차 일반화되었다. 1955년에는 소비자들이 기성 냉동식품을 구매하는 것뿐만 아니라, 신선한 식품을 직접 얼릴 수 있을 만큼 충분히 낮은 온도를 제공하는 가정용 냉동고가 판매되기 시작했다.^[30][31]

독립형 가정용 냉동고는 일반 냉장고처럼 세워진 형태(세로형) 또는 너비가 높이보다 넓고 뚜껑이 위쪽에 달린 '''상자형 냉동고'''(Chest freezer^eng) 형태가 있다. 상자형 냉동고는 물건을 꺼내기에는 다소 불편하지만, 에너지 효율이 높고 정전 시에도 냉기를 더 오래 보존하는 장점이 있다.^[29] 최신 세로형 냉동고 중에는 문에 얼음 디스펜서가 내장되거나 온도 조절 및 제어 기능이 포함된 고급 모델도 있다.

산업 및 상업용으로는 사람이 직접 들어갈 수 있을 만큼 큰 '''냉동창고'''(Walk-in freezer^eng)가 사용된다. 냉동창고는 안전 규정에 따라 내부에 비상 탈출 장치가 마련되어야 하며, 관리자는 작업자가 내부에 갇히는 사고가 발생하지 않도록 주의해야 한다. 냉동고 내부에 장시간 머무를 경우 저체온증에 걸릴 위험이 있기 때문이다.^[32]

냉동고의 성능은 JIS 규격에 따라 별표(*) 개수로 표시되며, 주로 포스타(★★★★) 등급이 사용된다. 각 등급별 성능 기준은 다음과 같다.

냉장 기능과 냉동 기능을 모두 갖춘 제품은 '''냉동냉장고'''라고 부르기도 한다.

5. 역사

고대 페르시아인들은 증발 냉각과 복사 냉각의 원리를 이용한 냉각 시스템인 야크찰을 발명한 최초의 민족 중 하나였다. 이 시설은 지하 저장 공간과 지상에 두껍게 단열 처리된 돔형 구조물을 사용했으며, 바드기르(바람 통풍구)와 일련의 카나트(지하 수로)를 갖추고 있었다.^[11]

현대의 전기 냉장고가 발명되기 전에는 얼음 저장고와 얼음 상자를 사용하여 일 년 내내 음식을 차갑게 보관했다. 주로 민물 호수 근처에 설치하거나 겨울철 눈과 얼음으로 채워 사용했으며, 한때 매우 흔한 방식이었다. 오늘날에도 산비탈에서 녹는 눈의 흐름을 이용해 음료를 차갑게 하거나, 겨울철 우유를 밖에 두어 신선도를 유지하는 등 자연적인 냉각 방법이 여전히 사용된다. '냉장고(refrigerator)'라는 단어는 적어도 17세기 초부터 사용되었다.^[12]

5. 1. 세계

• 1937년: 켈비네이터(Kelvinator)사가 자동차 회사 내시 모터스(Nash Motors)사와 합병하여 내시-켈비네이터(Nash-Kelvinator)사가 되었다.
• 1951년: 미국 가정의 80%에 전기 냉장고가 보급되었다.^[73]
• 1954년: 내시-켈비네이터사가 허드슨 모터 카 컴퍼니(Hudson Motor Car Company)와 합병하여 AMC(아메리칸 모터스)가 되었다. 이후 계열사인 켈비네이터사가 최초의 성에 없는(frost-free) 양문형(side-by-side) 냉장고를 출시했다.
• 1960년대 후반 ~ 1970년대 후반: 화이트 컨솔리데이티드 인더스트리스(White Consolidated Industries:WCI)사가 켈비네이터, 제너럴 모터스(General Motors) 계열사인 프리지데어(Frigidaire) 등 다수 미국 냉장고 제조사의 권리를 인수했다.
• 1986년: 스웨덴의 일렉트로룩스(Electrolux)사가 WCI사를 인수하고 회사명을 "프리지데어"로 변경했다.
• 2001년: 일렉트로룩스사는 특수 용도 및 레저 산업용 제품 부문을 투자 펀드 EQT에 매각하여 도메틱(Dometic)사로 독립시켰다.

5. 2. 한국

6. 가정 보급

냉장고의 전 세계적인 점진적 보급은 식품 보존과 가정 생활의 편리성에 있어 혁신적인 시대를 열었다. 20세기 냉장고의 등장 이후, 냉장고는 사치품에서 일상 용품으로 변모하여 식품 보관 관행에 대한 인식을 바꾸었다. 냉장고는 다양한 문화적, 사회경제적 배경을 가진 전 세계 사람들에게 식품 안전을 제공함으로써 많은 개인의 일상생활에 상당한 영향을 미쳤다.

소비자용 냉장고가 대량 생산 및 판매가 가능할 정도로 경제적으로 실현 가능해진 후, 전 세계적으로 그 보급률이 크게 확대되었다. 미국에서는 약 99.5%의 가정이 냉장고를 보유하고 있다.^[51] 냉장고 소유는 서구 선진국에서 더욱 흔하지만, 동구권과 개발도상국에서는 상대적으로 낮은 수준을 유지하고 있다. 동유럽과 중동에서는 인구의 약 80%만이 냉장고를 소유하고 있으며, 중국 인구의 약 65%가 냉장고를 소유하고 있는 것으로 나타났다. 소비자용 냉장고의 분포는 또한 도시 지역이 농촌 지역에 비해 냉장고 소유 비율이 더 높은 불균형을 보인다.^[52]

냉장고 덕분에 가정에서는 이전보다 더 오랫동안 음식을 신선하게 보관할 수 있게 되었다. 특히 고기와 다른 부패하기 쉬운 식품들의 보관 방식에 큰 변화를 가져왔다.^[55] 이러한 식품 공급망의 변화는 냉장이 사용되는 지역의 식품 품질을 현저하게 향상시켰다. 또한, 냉장 기술의 발전과 전 세계적인 소통 방식의 발달은 식품의 신선도 및 보관 기간 증가로 이어져, 세계 여러 지역 간 식품을 통한 문화 교류를 촉진했다. 일각에서는 이러한 식품 품질 향상이 1900년대 초 미국 시민들의 평균 신장 증가에 영향을 미쳤다는 주장도 제기된다.^[55]

그러나 냉장 기술은 식품 부문의 세계화를 촉진함으로써 초가공식품과 가공식품의 생산 및 운송 비용을 절감시키는 결과를 낳기도 했다. 이는 특히 저소득 지역에서 영양 밀도가 낮은 식품의 보급을 증가시키는 원인이 되었으며, 양질의 식품 접근성이 낮은 이른바 식량 사막 문제를 심화시키는 데 영향을 미쳤다. 또한 냉장고의 세계적인 보급은 화폐화 및 산업화된 대량 식품 생산 시스템으로 이어졌고, 이는 식품 폐기물, 동물성 폐기물 및 유해 화학 폐기물 증가와 같은 환경 문제와 연관되기도 한다.^[50]

냉동고의 보급은 사람들이 식품을 대량으로 구입하여 여유롭게 소비할 수 있게 했으며, 대량 구매를 통한 비용 절감 효과도 가져왔다. 과거에는 생산지에서 바로 소비해야 했던 아이스크림과 같은 식품이 냉동고 덕분에 일상적인 식품이 되었다. 또한 필요에 따라 얼음을 쉽게 사용할 수 있게 되면서 차가운 음료를 즐기는 것 외에도 응급 처치나 야외 활동 시 유용하게 활용되고 있다.

6. 1. 가정용 냉장고

• 냉동실: -18°C
• 육류 보관실: 0°C
• 냉장실: 5°C
• 채소실: 10°C

3성급과 4성급 모두 최저 온도는 -18°C로 동일하지만, 4성급 냉동고만이 신선한 식품을 직접 얼릴 수 있도록 설계되었다. 3성급 이하의 냉동칸은 이미 얼려진 식품을 보관하는 용도로만 사용해야 하며, 신선 식품을 넣으면 내부 온도가 적정 수준 이상으로 올라갈 수 있다.

가정용 전기냉장고는 대부분 세로로 긴 형태(세로형)이며, 업무용으로는 가로로 긴 형태(가로형)도 사용된다. 기본적인 구조는 내용물을 담는 상자 형태의 본체에 히트펌프의 일종인 냉동기를 부착하여 내부의 열을 외부로 방출하는 방식이다. 내부와 외부 사이의 벽에는 단열재를 사용하여 열의 이동을 차단하며, 물건을 넣고 꺼내기 위한 문과 내부를 밝히는 조명이 설치되어 있다.

냉장고 내부가 냉각되면서 공기 중의 수분이 냉각 부분에 얼어붙어 서리가 생긴다. 이 서리는 주기적으로 녹여 외부로 배출되는데, 이 과정에서 냉장고 내부 습도가 낮아져 건조해지기 쉽다. 따라서 회나 정육 등은 건조를 막기 위해 랩 필름 등으로 감싸 보관하는 것이 좋다. 채소와 같이 습도 유지가 중요한 식품을 보관하는 채소실은 냉기가 직접 닿지 않도록 간접 냉각 방식을 사용하거나 습도 조절 기능을 갖추기도 한다. 겨울철 기온이 빙점 이하로 내려가는 추운 지역에서는 식품을 얼지 않게 보관하는 '보온' 목적으로 냉장고를 사용하기도 한다. 이는 냉각 과정에서 발생하는 열을 이용하는 원리이다.

초기 가정용 냉장고는 대부분 흰색이었기 때문에 '백색가전'이라는 별칭이 붙었으나, 2000년대 이후로는 인테리어와의 조화를 고려하여 다양한 색상과 디자인의 제품이 출시되고 있다.^[69]

가정용 냉장고의 냉각 방식은 크게 직냉식과 간냉식(팬 방식)으로 나뉜다.

6. 2. 김치 냉장고

7. 종류

가정용 냉장고와 냉동고는 다양한 크기로 생산된다. 가장 작은 제품 중 하나는 맥주 6캔 정도를 보관할 수 있는 4L 용량의 펠티어 냉장고이며, 큰 가정용 냉장고는 사람 키만큼 크고 너비는 약 1m이고 용량은 600L 정도에 달한다. 주방 작업대 아래에 설치할 수 있도록 설계된 소형 모델도 있으며, 높이는 일반적으로 약 86cm이다. 냉장고는 냉동고와 결합된 형태가 많으며, 냉동실이 위, 아래 또는 옆에 위치하는 등 다양한 구조를 가진다. 냉동식품 보관실이 없는 냉장고에는 얼음을 만들 수 있는 작은 공간만 있는 경우도 있다. 냉동고는 식품을 보관할 수 있는 서랍이 있거나, 구분이 없는 상자형 냉동고 형태도 있다.

냉장고와 냉동고는 독립형으로 사용하거나 주방 캐비닛에 내장하는 빌트인 형태로 설치할 수 있다.

일반적으로 사용되는 냉장고는 작동 방식에 따라 크게 세 가지 종류로 나눌 수 있다.

• '''압축기 냉장고''': 가장 일반적인 유형이다. 작동 시 소음이 다소 발생하지만, 냉각 효율이 가장 높고 냉각 효과가 뛰어나다. 레크리에이션 차량(RV)이나 캠핑용으로 제작된 휴대용 압축기 냉장고는 가격이 비싸지만 효과적이고 안정적이다. 상업 및 산업용 냉장 장치는 고객의 요구에 맞게 다양한 크기, 모양, 스타일로 제작된다. 상업용 및 산업용 냉장고는 소음 공해를 줄이고 더운 날씨에 에어컨 부하를 줄이기 위해 압축기를 캐비닛에서 멀리 떨어진 곳에 배치하는 분리형 시스템(분할 시스템 에어컨과 유사)을 사용하기도 한다.
• '''흡수식 냉장고''': 전기가 없는 농장이나 시골 오두막, 또는 카라반이나 트레일러와 같이 전력 공급이 불안정한 환경에서 주로 사용된다. 천연가스나 프로페인과 같은 가스 연료 또는 등유와 같은 열원을 사용하여 작동할 수 있다. 캠핑 및 RV용 모델 중에는 12볼트 배터리 전원으로도 작동(효율은 낮음)할 수 있는 옵션을 제공하는 경우도 있다.
• '''펠티어 냉장고''' (열전 냉각 방식): 주로 12볼트 DC 전원으로 작동하지만, 일반 전원을 사용하는 와인 냉장고 등에도 사용된다. 펠티어 냉장고는 가격이 저렴하지만 효율이 낮고, 냉각해야 하는 온도 차이가 클수록 효율이 더욱 떨어진다. 이는 펠티어 소자의 뜨거운 면과 차가운 면 사이의 거리가 짧아 열 전달이 쉽게 일어나기 때문이다. 일반적으로 방열판과 팬을 사용하여 온도 차이를 줄이는데, 이때 발생하는 소음은 대부분 팬에서 나온다. 펠티어 소자에 인가되는 전압의 극성을 바꾸면 냉각 대신 가열 효과를 낼 수도 있다.

• '''냉동창고''' (Walk-in freezer): 이름 그대로 사람이 안에 들어갈 수 있을 정도로 큰 냉동고이다. 장시간 내부에 머무르면 저체온증의 위험이 있으므로 안전 규정에 따라 비상 탈출구가 필요하며, 관리자는 내부에 사람이 갇히지 않도록 주의해야 한다.^[32]
• '''초저온 냉동고''' (Ultra-low temperature freezer, ULT): 일반적으로 -80°C 또는 -86°C의 온도를 유지하며, 생물학적 샘플 등을 보관하는 데 사용된다. 보통 두 단계의 냉각 과정을 거치는 캐스케이드 방식을 사용한다. 저온 단계에서는 메테인과 같은 냉매를 사용하고, 이 냉매의 응축기는 두 번째 단계에서 약 -40°C로 유지되는 더 일반적인 냉매를 통해 냉각된다. 더 낮은 온도가 필요한 경우, 실험실에서는 샘플을 듀어병에 담긴 액체 질소(약 -196°C)에 담가 보관한다. 극저온 냉동고는 최대 -150°C까지 온도를 낮출 수 있으며, 액체 질소 백업 기능이 포함되기도 한다.

8. 에너지 효율

9. 환경 문제

폐냉장고 처리는 중요한 환경 문제로 떠오르고 있다. 초기 냉장고에 사용된 프레온 냉매는 오존층을 파괴하는 원인으로 지목되었으며, 오래된 냉장고를 폐기할 때 CFC를 포함한 단열재가 파괴되는 것 또한 문제로 여겨진다. 현대의 냉장고는 대부분 오존층을 파괴하지 않는 HFC-134a(1,1,1,2-테트라플루오로에탄) 냉매를 사용한다. 유럽에서는 R-134a 대신 대기 영향이 더 적은 R-600a(이소부탄) 사용이 늘고 있다. 하지만 이소부탄 냉매는 누출 시 스파크가 발생하면 폭발할 위험이 있다는 보고가 있다. 냉장고 문을 오랫동안 열지 않으면 내부에 누출된 냉매 농도가 높아져 폭발성 혼합물이 형성될 수 있으며, 온도 조절 장치의 스파크나 문을 열 때 켜지는 불빛에 의해 점화되어 재산 피해나 인명 사고로 이어진 사례가 보고되었다.^[62]

폐기된 냉장고는 안전상의 이유로 문을 제거해야 하는 경우가 많다. 특히 문이 잠기는 구형 모델의 경우, 아이들이 폐냉장고 안에 갇혀 질식사하는 비극적인 사고가 발생하기도 했다.^[63] 이러한 위험 때문에 1950년대 이후 많은 지역에서는 내부에서 밀어서 열 수 없는 냉장고 문 사용을 금지하는 규정을 시행했다.^[64] 현대 냉장고는 문을 밀봉하면서도 내부에서 쉽게 밀어서 열 수 있는 자석 도어 개스킷을 사용한다.^[64] 이 개스킷은 독일의 Max Baermann(1903~1984)이 발명하고 개발했다.^[65][66]

냉장고의 전체 수명주기를 고려하여 많은 정부에서는 폐냉장고 재활용을 장려하기 위한 정책을 시행하고 있다. 호주의 피닉스 냉장고 프로그램이 한 예인데, 오래된 냉장고를 수거하여 재생한 뒤 저소득층 가정에 제공했다. 미국에서도 오래되고 에너지 효율이 낮은 냉장고 및 기타 백색 가전제품을 수거하고 교체하는 프로그램을 운영하여, 저소득층의 부담을 줄이고 환경 오염을 줄이려는 노력을 하고 있다.^[67]

10. 기타

(내용 없음)

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