KITECH 생산기술 전문지

열교환기는 일반적으로 열 에너지가 다른 두 작동 유체를 통한 뜨거운 유체에서 차가운 유체로 에너지의 효율적으로 전달하여 물체를 가열하거나 냉각하는 에너지 교환에 사용된다. 열교환기는 의료계, 산업계, 식품계 등 다양한 분야 전 범위에 걸쳐서 널리 사용되고 있다[1] 예를 들면, 초소형 의료기기부터 초대형 발전용 산업 플랜트에 이르기까지 다양한 응용 분야에서 활용되고 있다. 최근 국내·외에서는 전 산업 분야에 탄소배출 저감 또는 온실가스 배출 저감 기술 개발/적용이 빠르고 광범위하게 진행되고 있다. 에너지 분야에서는 화석연료 사용 저감, 신재생에너지 확대 그리고 사용 에너지 및 연료의 회수 또는 재활용 기술에 대한 개발과 적용확대가 급속히 증가되는 실정이다. 다양한 열교환기의 종류가 존재하지만 초임계 CO2 브레이튼 사이클은 높은 온도와 압력 조건을 가지기 때문에 작동 조건을 만족할 뿐만 아니라 높은 열전달 성능과 쉘앤튜브형 열교환기 대비 작은 부피를 가지는 인쇄회로 열교환기 (Printed Circuit Heat Exchanger, PCHE)가 적합하다[2]. PCHE는 판형 소형 열교환기 90 % 이상의 높은 열 교환 효율과 함께 기존 전열 관형 방식에 비해 1/10 이하로 축소 제작이 가능한 장점이 있다. 또한, 스테인리스, 초합금 등 고급 재질을 사용하여 초고온(900 ℃ 이하), 초고압(1500 bar 이하)의 극도로 가혹한 운전 환경인 핵융합 공정이나 초임계 공정에서도 적용이 가능하기 때문에 여러 탄소 저감 시스템에 적용이 가능한 차세대 열교환기로 불리고 있다[3]. 본 원고는 초임계 사이클에 적용되는 PCHE는 판형 소형 열교환기 기본 설계의 주요 요소들 도출하였고, 이 주요 요소들을 추후 설계에 참조하고자 한다.

키워드 마이크로 채널, 인쇄회로 열교환기, 설계인자, 열전달, 사이클