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1 - CRITÈRES DE CLASSEMENT

2 - ÉCHANGEURS TUBULAIRES

3 - ÉCHANGEURS À PLAQUES

4 - AUTRES TYPES D'ÉCHANGEURS

Article de référence | Réf : BE9516 v1

Critères de classement
Échangeurs de chaleur - Description

Auteur(s) : Zoé MINVIELLE, Nadia CANEY, Patrice CLÉMENT, Philippe BANDELIER, Philippe MARTY, Jean Antoine GRUSS, Claude ROUSSEL

Relu et validé le 14 juin 2021

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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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ABSTRACT

Heat Exchangers Technological description

Main industrial technologies to manufacture heat exchanger are described. Various criteria of classification are presented: by technology, by process or heat transfer mode, by application, by wall material. A table gives the main types of heat exchangers according to these criteria. The most used kinds of heat exchangers are detailed (Shell and tube, Plate, etc.) by specifying the applications for which they are the best suited.

Auteur(s)

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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KEYWORDS

heat recovery   |   regenerator   |   heating   |   cooling   |   Process engineering   |   shell and tube heat exchanger   |   plate heat exchanger

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-be9516


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1. Critères de classement

Il existe plusieurs critères de classement des différents types d'échangeurs. Énumérons les principaux.

  • Classement technologique

    Les principaux types d'échangeurs rencontrés sont les suivants :

    • à tubes : monotubes, coaxiaux ou multitubulaires ;

    • à plaques : à surface primaire ou à surface secondaire ;

    • autres types : par exemple à contact direct, à caloducs ou à lit fluidisé, à un seul fluide...

  • Classement suivant le mode de transfert de chaleur

    Les trois modes de transfert de chaleur (conduction, convection, rayonnement) sont couplés dans la plupart des applications (chambre de combustion, récupération sur les fumées, etc.) ; il y a souvent un mode de transfert prédominant. Pour tout échangeur avec transfert de chaleur à travers une paroi, la conduction intervient.

  • Classement suivant le régime de fonctionnement

    Suivant qu'il y a ou non stockage de chaleur, on définit un fonctionnement en récupérateur ou en régénérateur de chaleur :

    • transfert sans stockage, donc en récupérateur, avec deux ou n passages et un écoulement en général continu ;

    • transfert avec stockage, donc en régénérateur, avec un seul passage et un écoulement intermittent, la matrice de stockage étant statique ou dynamique.

  • Classement suivant l'état des fluides

    Le passage des fluides dans l'échangeur peut s'effectuer avec ou sans changement de phase ; suivant le cas, on dit que l'on a un écoulement monophasique ou diphasique. On rencontre alors les différents cas suivants :

    • les deux fluides ont un écoulement monophasique ;

    • un seul fluide présente un changement de phase, cas des évaporateurs ou des condenseurs ;

    • les deux fluides présentent un changement de phase, cas des évapocondenseurs.

  • Classement suivant la compacité de l'échangeur

    La compacité est définie par le rapport de l'aire de la surface d'échange au volume de l'échangeur. R.K. Shah propose qu'un échangeur soit considéré comme compact si sa compacité est supérieure...

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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).

  • ...

NORMES

  • Standard of the tubular exchanger manufacturer association, 9e éd. - TEMA - 2007

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