【목적】 이산화탄소 에너지 저장 시스템의 열교환기 효율 향상을 위해 태양염과 초임계 이산화탄소(S-CO₂)를 냉·열측 유체로 사용하여 인쇄회로기판식 열교환기(printed circuit heat exchanger, PCHE) 내의 유동 및 열전달 성능을 연구하였다. 【방법】 채널 직경, 굴절 각도, 굴절 주기 수를 독립 변수로 선정하고, 총 열전달 계수 K와 열전달 계수 대비 압력 강하 비 K/ΔP를 반응 값으로 하여 수치 시뮬레이션과 반응면법을 결합하여 독립 변수 및 상호 작용 영향을 분석하고 최적화하였다. 【결과】 채널 직경 1.0～2.0 mm, 굴절 각도 5～30°, 굴절 주기 수 6～10 범위 내에서 채널 직경 감소, 굴절 각도 및 굴절 주기 수 증가가 열전달 효율을 향상시켰다; 채널 직경이 K와 K/ΔP에 매우 유의한 영향을 미치며, 굴절 주기 수와의 상호 작용 또한 유의하였다; K 최적 파라미터(직경 1.003 mm, 굴절 각도 29.71°, 굴절 주기 수 9.935일 때 K 최대 1,313W/(m²·K)) 및 K/ΔP 최적 파라미터(직경 2.0 mm, 굴절 각도 9.407°, 굴절 주기 수 6일 때 K/ΔP 최대 0.4537W/(m²·K·Pa))를 결정하였으며 PCHE 크기는 기존 튜브 쉘 열교환기의 약 1/10으로 축소되었다. 【결론】 본 연구는 Z형 PCHE에서 채널 직경, 굴절 각도 및 굴절 주기 수 변화가 열전달 성능에 영향을 미치며 반응면법이 채널 구조 파라미터를 효과적으로 최적화하여 열전달 성능을 향상시킴을 확인하였다. 또한 PCHE는 이산화탄소 에너지 저장 시스템에서 컴팩트한 장점이 두드러짐을 보여준다.

이산화탄소 저장 시스템; 용융염; 인쇄회로기판식 열교환기; 반응면법