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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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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)
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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
-
Philippe MARTY : Université Joseph Fourier, Laboratoire LEGI
-
Jean Antoine GRUSS : CEA Grenoble
-
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
KEYWORDS
heat recovery | regenerator | heating | cooling | Process engineering | shell and tube heat exchanger | plate heat exchanger
DOI (Digital Object Identifier)
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Échangeurs tubulaires1. 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 ;
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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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Critères de classement
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).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
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...
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