6. 브라인과 그 특성

 간접 냉각식 냉동장치에 사용하는 액상 냉각 열매체(부동액)를 브라인 또는 2차냉매라 부른다. 현재 일반적으로 널리 사용되고 있는 것은 염화나트륨, 염화칼슘 등의 무기 브라인과 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜 등의 유기 브라인이다.
 브라인의 구비조건은 다음과 같다.

①비열이 커야 한다.
②열전도율이 커야 한다.
③점성이 적어야 한다.
④동결온도가 낮아야 한다.
⑤부식성이 적어야 한다.
⑥불연성이어야 한다.
⑦악취, 쓴맛이 없고, 특히 독성이 없어야 한다.

 브라인을 선택할 때에는 사용조건, 사용온도, 냉각방식 및 피냉각물의 종류 등을 검사한 후에 결정해야 한다.

6.1 무기 브라인

(1) 염화칼슘(CaCl2)

 염화칼슘 브라인은 현재 널리 사용되고 있으며, 동결점도 매우 낮고(비중 1.286, -55℃), 부식성도 비교적 적으며 값이 싸다는 장점이 있다. 동결온도를 -55℃까지 내릴 수 있기 때문에 제빙, 동결 및 냉장에 널리 이용되며, 농도에 따라 적당한 동결온도의 용액을 만들 수 있다. 그러나 쓴맛이 있기 때문에 식품동결에 사용할 때에는 간접식 동결방법을 사용해야 한다.

 염화칼슘 브라인의 특성은 그림 2.12와 같다. 그림에서 동결점 곡선은 브라인의 온도를 내릴 때 얼음이 석출하기 시작하는 온도를 연결한 선이다. A점의 브라인을 냉각하면 B점의 온도에서 얼음이 석출되기 시작하고 얼음이 석출된 것만큼 염화칼슘의 농도가 높아지는데 냉각을 계속하면 B∼E 곡선(동결점 곡선)에 따라서 농도는 높아지고 온도는 낮아진다. 또한 물에 염화칼슘을 용해시킬 때 염의 양이 많으면 녹지 않고, 염의 알맹이 상태로 남게 되는데, 그 이상 용해되지 않는 상태를 그 용액의  포화상태라 한다. 포화상태의 농도와 온도와의 관계는 N∼E로 나타내는 포화농도 곡선으로 표시된다. 동결점 곡선과 포화농도 곡선은 E점에서 하나가 되며, E점 온도 이하에서는 브라인은 모두 동결되어 고체가 된다. 점E를 공정점이라고 하며, 염화칼슘 브라인의 공정점은 -55℃이고, 농도는 29.9%이다.

 브라인은 온도가 낮은 상태에서는 공기중의 수분을 응축시켜 흡수하여 점점 묽어지므로 비중을 측정해서 묽어진 브라인을 빼내고 염화칼슘을 추가해서 적절한 농도로 유지해야 한다. 일반적으로 브라인의 농도측정에는 보메도(Baume degree = 144.3-144.3/비중)를 사용한다.

(2) 염화나트륨(NaCl)

 염화칼슘 브라인보다 동결온도가 높으며(비중1.17에서 -21℃), 금속재료에 대한 부식성이 크다. 그러나 식품에 대해서 무해하기 때문에 침지냉각방식에 이용되고 있다.

6.2 유기 브라인

(1) 에틸렌글리콜 및 프로필렌글리콜
 : 무색, 무취의 액체이며, 물로 희석하여 농도를 조절할 수 있다. 부식성이 약간 있기는 하지만 부식방지제를 첨가해서 모든 금속재료에 적용할 수 있다. 비점이 높으며 독성이 적어서 식품동결에 사용된다.
 브라인의 특성 및 데이터에 관하여 좀더 자세한 정보를 원하는 독자는 ASHRAE 핸드북을 참조하기 바란다.(5)


그림 2.12  염화칼슘 브라인의 특성