【目的】二酸化炭素蓄熱システムの熱交換器効率向上のために、太陽塩と超臨界二酸化炭素(S-CO₂)を冷熱・温熱側流体として用い、プリント回路基板型熱交換器(printed circuit heat exchanger, PCHE)内の流動及び伝熱性能を研究した。 【方法】チャネル径、曲折角度、曲折周期数を独立変数とし、総熱伝達係数Kと熱伝達係数と圧力損失比K/ΔPを応答値として、数値シミュレーションと応答曲面法を組み合わせて、自変数及び相互作用の影響を分析し、パラメータを最適化した。 【結果】チャネル径1.0～2.0 mm、曲折角度5～30°、曲折周期数6～10の範囲内でチャネル径を小さくし、曲折角度及び曲折周期数を増加させることで伝熱効率が向上した。チャネル径はK及びK/ΔPに非常に大きな影響を持ち、曲折周期数との相互作用も有意であった。Kの最適パラメータ(直径1.003 mm、曲折角度29.71°、曲折周期数9.935の時、Kは1,313W/(m²·K))及びK/ΔPの最適パラメータ(直径2.0 mm、曲折角度9.407°、曲折周期数6の時、K/ΔPは0.4537W/(m²·K·Pa))を決定し、PCHEのサイズは従来のシェルアンドチューブ型熱交換器の約1/10に縮小された。 【結論】本研究はZ型PCHEにおいて、チャネル径、曲折角度及び曲折周期数の変化が伝熱性能に影響を与え、応答曲面法がチャネル構造パラメータを効果的に最適化して伝熱性能を向上させることを実証した。またPCHEは二酸化炭素蓄熱システムにおいてコンパクト性の優位性を示した。

二酸化炭素蓄熱システム; 融解塩; プリント回路基板型熱交換器; 応答曲面法