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RÉSUMÉ
Cet article décrit les principales technologies industrielles aboutissant à la réalisation d'un échangeur de chaleur. Les divers critères de classement des échangeurs sont technologiques, par procédé et mode de transfert de chaleur, par fonction ou par matériau constituant les parois. Un tableau donne les principaux types d'échangeurs en fonction de ces critères. Les types d'échangeurs les plus utilisés (à tubes, à plaques, etc.) sont détaillés en précisant les applications pour lesquelles ils sont les mieux adaptés.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Zoé MINVIELLE : CEA Grenoble
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Nadia CANEY : Université Joseph Fourier, Laboratoire LEGI
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Patrice CLÉMENT : CEA Grenoble
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Philippe BANDELIER : CEA Grenoble
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Philippe MARTY : Université Joseph Fourier, Laboratoire LEGI
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Jean Antoine GRUSS : CEA Grenoble
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Claude ROUSSEL : Ex directeur R Alfa Laval Vicarb
INTRODUCTION
Dans les sociétés industrielles, l'échangeur de chaleur est un élément essentiel de toute politique de maîtrise de l'énergie. Une grande part (90 %) de l'énergie thermique utilisée dans les procédés industriels transite au moins une fois par un échangeur de chaleur, aussi bien dans les procédés eux-mêmes que dans les systèmes de récupération de l'énergie thermique de ces procédés. On les utilise principalement dans les secteurs de l'industrie (chimie, pétrochimie, sidérurgie, agroalimentaire, production d'énergie, etc.), du transport (automobile, aéronautique, marine), mais aussi dans le secteur résidentiel et tertiaire (chauffage, climatisation, etc.). Le choix d'un échangeur de chaleur pour une application donnée dépend de nombreux paramètres : domaine de température et de pression des fluides, propriétés physiques et agressivité de ces fluides, maintenance et encombrement. Il est évident que le fait de disposer d'un échangeur bien adapté, bien dimensionné, bien réalisé et bien utilisé permet un gain de rendement et d'énergie consommée des procédés.
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MOTS-CLÉS
Récupérateur Régénérateur Chauffage Refroidissement génie des procédés Echangeur tubes et calandre Echangeur à plaques
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4. Autres types d'échangeurs
4.1 Échangeurs non métalliques (céramique, polymère, graphite, verre)
La diversité des propriétés du graphite en fait un matériau de choix pour de nombreuses industries qu'elles soient chimiques, électrochimiques, électrométallurgiques, électriques ou nucléaires. La grande inertie chimique du graphite alliée à une excellente conductivité thermique (80 à 140 W · m–1 · K–1) en fait un matériau de choix pour la construction d'échangeurs de chaleur pour les milieux ultra-corrosifs. Toutefois, le graphite, matériau poreux doit être imprégné pour être utilisé en génie chimique. Le graphite imprégné trouve sa place entre les aciers inoxydables spéciaux (par exemple, certains alliages de nickel) dont la résistance à la corrosion est assez limitée et les métaux nobles comme le tantale, le titane, le zirconium dont les prix sont sensiblement plus élevés.
Il existe différentes versions de ces échangeurs : à faisceau tubulaire, à bloc et à plaques.
HAUT DE PAGE4.1.1.1 Échangeurs à faisceau tubulaire
Ces appareils (figure 31 a ) sont construits à partir de tubes en graphite imprégné, ajustés et scellés à l'aide d'un ciment dans deux plaques d'extrémités également en graphite imprégné. Les tubes sont contreventés par un certain nombre de chicanes disposées sur la longueur de l'appareil. Le faisceau ainsi constitué est introduit dans une enveloppe, construite généralement en acier éventuellement revêtu d'un liner polymère, à laquelle une des plaques tubulaires est fixée. En raison de la différence de dilatation de l'acier et du graphite, l'autre plaque d'extrémité doit être flottante.
L'étanchéité est assurée par un joint torique.
En faisant varier le diamètre des tubes, le nombre de tubes, leur longueur...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - CEVALLOS (J.G.), BERGLES (A.E.), BAR-COHEN (A.), RODGERS (P.), GUPTA (S.K.) - Polymer heat exchangers – History, opportunities, and challenges. - Heat Transfert Engineering, 33(13), p. 1075-1093 (2012).
-
(2) - ZAHEED (L.), JACHUCK (R.J.J.) - Review of polymer compact heat exchangers, with special emphasis on a polymer film unit. - Applied Thermal Engineering, 24, p. 2323-2358 (2004).
-
(3) - MEHENDALE (S.S.), JACOBI (A.M.), SHAH (R.K.) - Fluid flow and heat transfer at micro- and meso-scales with applications to heat exchanger design. - Applied Mechanics Review, vol. 53, p. 175-193 (2000).
-
(4) - KANDLIKAR (S.G.), GRANDE (W.J.) - Evolution of microchannel flow passages – Thermohydraulic performance and fabrication technology. - Heat Transfer Eng., 25(1), p. 3-17 (2002).
-
(5) - LIN (L.), PISANO (A.P.) - Bubble forming on a micro line heater, micromechanical sensors, actuators and systems. - ASME DSC, 32, p. 147-164 (1991).
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...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
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Standard of the tubular exchanger manufacturer association, 9e éd. - TEMA - 2007
ANNEXES
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Fabricants d'échangeurs
Acova http://www.acova.fr
ASET http://www.aset-exchanger.com
Alfa Laval Vicarb http://www.alfalaval.com
Atherm http://www.atherm.com
Barriquand http://www.barriquand.com
Brown Fintube http://www.brownfintube.com
BTT Batignolles Technologies Thermiques (filiale du groupe GEA) http://www.btt-nantes.com
Calor http://www.calor.com
Carrier http://www.carrier.fr
Cecla Metal Process http://www.cecla-ahtt.fr
Cepic http://www.cepic-carbomeca.com
Chaffoteaux et Maury http://www.chaffoteaux-maury.com
CIAT Cie Industrielle d'Applications Thermiques http://www.ciat.fr
Date http://www.date.fr
Delta Air plus http://www.deltaairplus.fr/fr/gamme-echangeurs
Elm...
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