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マイクロ熱交換器、マイクロスケール熱交換器、 またはマイクロ構造熱交換器は、(少なくとも1つの)流体が、典型的な寸法が1 mm未満の横方向の制約内を流れる熱交換器です。このような制約の最も典型的な例はマイクロチャネルであり、これは水力直径が1 mm未満のチャネルです。マイクロチャネル熱交換器は、金属またはセラミックで作ることができます。[ 1 ]
マイクロチャネル熱交換器は、以下のような多くの用途に使用できます。
マイクロスケール熱デバイスの研究は、対流熱伝達における単相内部流相関関係に動機づけられている。
どこは熱伝達係数です。はヌッセルト数です。は流体の熱伝導率であり、はチャネルまたはダクトの水力直径です。内部層流では、ヌッセルト数は一定になります。これは解析的に得られる結果です。壁面温度が一定の場合、一定の熱流束の場合丸管の場合。[ 6 ]最後の値は、平らな平行板の場合、140/17 = 8.23 に増加します。レイノルズ数は水力直径に比例するため 、水力直径の小さい流路における流体の流れは主に層流となる。したがって、この相関関係は、流路直径が小さくなるにつれて熱伝達係数が増加することを示す。強制対流における水力直径が数十マイクロメートルから数百マイクロメートル程度であれば、極めて高い熱伝達係数が得られるはずである。
この仮説は当初タッカーマンとピースによって調査されました。[ 7 ]彼らの肯定的な結果は、単一チャネル熱伝達の古典的な調査[ 8 ]から並列マイクロチャネルおよびマイクロスケールプレートフィン熱交換器のより応用的な調査まで、さらなる研究につながりました。この分野の最近の研究は、マイクロスケールでの二相流の可能性に焦点を当てています。[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]
従来の熱交換器やマクロスケールの熱交換器と同様に、マイクロ熱交換器にも 1 つ、2 つ、または 3 つの流体の流れがあります[ 12 ]。流体の流れが 1 つの場合、熱は電気で駆動するヒーター カートリッジから流体 (各流体は気体、液体、または多相流である) に伝達されるか、ペルチェチラーなどの電気で駆動する要素によって流体から除去されます。流体の流れが 2 つの場合、マイクロ熱交換器は通常、流体の流れの向きによって「クロス フロー」または「カウンター フロー」デバイスに分類されます。マイクロ熱交換器内で化学反応が行われる場合、後者はマイクロリアクターとも呼ばれます。
