Échangeurs tubulaires
Échangeurs de chaleur - Description

BE9516 v1 Article de référence

Échangeurs tubulaires
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 | Read in English

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Présentation

1 - Critères de classement

2 - Échangeurs tubulaires

2.1 - Différents types d'échangeurs tubulaires

Figure 6 - Ailettes longitudinales Figure 9 - Arrangement des tubes Tableau 1 Tableau 2
2.2 - Différentes applications
- Quiz d'entraînement

3 - Échangeurs à plaques

3.1 - Échangeurs à surface primaire
3.2 - Échangeurs à surface secondaire
3.3 - Évaporateurs et condenseurs à plaques
- Quiz d'entraînement

4 - Autres types d'échangeurs

4.1 - Échangeurs non métalliques (céramique, polymère, graphite, verre)

Figure 33 - Échangeurs en polymère Tableau 3 Tableau 4
4.2 - Échangeurs en lit fluidisé
4.3 - Microéchangeurs

Tableau 5 Tableau 6
4.4 - Échangeurs rotatifs
4.5 - Échangeur à un fluide

Figure 37 - Plaque froide (doc. CECLA)
4.6 - Échangeurs à caloducs
4.7 - Échangeurs multifonctionnels
- Quiz d'entraînement

Bibliographie & annexes

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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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Auteur(s)

Zoé MINVIELLE : CEA Grenoble
Nadia CANEY : Université Joseph Fourier, Laboratoire LEGI
Patrice CLÉMENT : CEA Grenoble
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

DOI (Digital Object Identifier)

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

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Échangeurs à plaques

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2. Échangeurs tubulaires

2.1 Différents types d'échangeurs tubulaires

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2.1.1 Différentes catégories existantes

Pour des raisons historiques et économiques, les échangeurs utilisant des tubes comme constituant principal de la paroi d'échange sont les plus répandus. On peut distinguer trois catégories en fonction du nombre de tubes et de leur arrangement, qui autorisent une surface d'échange croissante entre les deux fluides du m² à quelques milliers de m² :

échangeur monotube (figure 2 a ), dans lequel le tube est placé à l'intérieur d'un réservoir et a généralement la forme d'un serpentin ou d'un drapeau ;
échangeur bitube ou coaxial (figure 2 b ), dans lequel les deux tubes sont concentriques et l'échangeur est souvent cintré pour limiter son encombrement ; en général, le fluide chaud ou le fluide à haute pression s'écoule dans le tube intérieur ;
échangeur multitubulaire, existant sous plusieurs formes :
- échangeur à tubes séparés (figure 2 c ) : à l'intérieur d'un tube de diamètre suffisant (de l'ordre de 100 mm) se trouvent placés plusieurs tubes de petit diamètre (8 à 20 mm) maintenus écartés par des entretoises. L'échangeur peut être soit rectiligne, soit enroulé,
- échangeur à tubes rapprochés (figure 2 d ) : pour maintenir les tubes et obtenir un passage suffisant pour le fluide extérieur au tube, on place un ruban ou un fil enroulé en spirale autour de certains d'entre eux. Les tubes s'appuient les uns sur les autres par l'intermédiaire des rubans. Les tubes peuvent être soit lisses, soit ailetés (figure 2 e ) : ces derniers permettent d'améliorer le coefficient d'échange thermique ; différents types d'ailettes sont présentés au paragraphe 2.1.2 ...

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