브라인(2차 냉매)

정의

브라인은 저온열을 상변화 없이 현열로 운반하는 2차 냉매 용액이다.

1차 냉매가 만든 냉열을 받아 부하 쪽으로 전달하는 중간 열매체다.

답안 첫 줄은 이 정의로 시작한다.

순환 구조

증발기에서 냉각된 브라인은 펌프로 부하측에 보내진다.

부하측에서 열을 흡수해 온도가 오른 브라인은 다시 증발기로 돌아온다.

이 과정이 반복되며 열이 부하에서 증발기로 옮겨진다. 상(相)은 바뀌지 않는다.

팽창탱크는 온도 변화에 따른 체적 변화를 흡수한다.

열량 계산

브라인이 옮기는 열량은 질량 유량, 비열, 입출구 온도차의 곱으로 구한다.

농도가 높을수록 비열이 낮아지므로 같은 열량을 옮기려면 유량을 더 보내야 한다.

가상의 예로 유량 10 kg/s, 비열 3.2 kJ/(kg·K), 온도차 5 K이면 열량은 160 kW다.

종류와 특성

브라인은 조성에 따라 염화칼슘계, 염화나트륨계, 유기계로 나뉜다.

염수 브라인은 가격이 싸고 열전달 효율이 좋지만 부식성이 커서 방식 처리가 필요하다.

유기 브라인은 부식성이 작아 누설 시 위생 문제가 있는 식품 가공 등에 쓰는 경향이 있다. 다만 점도가 높다.

염화나트륨 브라인은 공정 농도를 넘으면 결정이 석출되어 운전이 어려워진다.

헷갈리는 점과 선정

브라인과 냉매는 자주 혼동된다. 브라인은 상변화 없이, 냉매는 증발과 응축으로 열을 운반한다.

시험에서는 NaCl 공정점을 빠뜨리는 실수가 많다. 공정 농도에서 최저 동결온도가 나타난다.

브라인 선정은 사용 온도 범위, 부식성, 점도, 환경성을 함께 본다.

직접 풀어 보자.

정리

브라인은 저온열을 상변화 없이 현열로 운반하는 2차 냉매다.

염수 브라인은 저렴하지만 부식이 크고, 유기 브라인은 부식이 작지만 비싸다.

답안에서는 정의, 구비 조건, 종류, 동결점 강하 원리, 부식성과 대체 방향을 빠뜨리지 않는다.