Présentation
Auteur(s)
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André BONTEMPS : Université Joseph Fourier, Institut universitaire de Technologie, Département Génie thermique et Énergie (Grenoble)
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Alain GARRIGUE : Université Joseph Fourier, Institut universitaire de Technologie, Département Génie thermique et Énergie (Grenoble)
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Charles GOUBIER : Université Joseph Fourier, Institut universitaire de Technologie, Département Génie thermique et Énergie (Grenoble)
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Jacques HUETZ : Directeur de Recherche émérite au Centre National de la recherche Scientifique (CNRS), - Professeur à l’École Centrale de Paris
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Christophe MARVILLET : Centre d’Études Nucléaires de Grenoble
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Pierre MERCIER : Centre d’Études Nucléaires de Grenoble
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Roland VIDIL : Centre d’Études Nucléaires de Grenoble.
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Lire l’articleINTRODUCTION
Tous ces auteurs font partie du Groupement pour la Recherche sur les Échangeurs Thermiques (GRETh)
L’ensemble Échangeurs de chaleur fait l’objet de plusieurs articles :
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Échangeurs de chaleur- Définitions et architecture générale Généralités
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[B 2 341] Description des échangeurs
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Échangeurs de chaleur- Dimensionnement thermique Dimensionnement thermique
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Échangeurs de chaleur- Intensification des échanges thermiques Intensification des échanges thermiques
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Échangeurs de chaleur- Problèmes de fonctionnement Problèmes de fonctionnement.
ainsi que d’un tableau de notations et symboles en tête et d’une documentation en fin, communs à cet ensemble.
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), 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 des procédés.
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Présentation
Échangeurs avec un fluide changeant de phase3. Échangeurs à plaques
Le concept des échangeurs à plaques date du début du siècle ; ces échangeurs ont été étudiés à l’origine pour répondre aux besoins de l’industrie laitière, puis utilisés par la suite dans diverses branches de l’industrie (chimie, nucléaire, etc.). On regroupe sous ce vocable différentes technologies dont certaines sont d’un développement assez récent. On distingue suivant la géométrie de canal utilisée les échangeurs à surface primaire et les échangeurs à surface secondaire.
Parmi les échangeurs à surface primaire, le type le plus commun est l’échangeur à plaques et joints, dont les applications sont limitées par la pression maximale de service et par la pression différentielle entre les deux fluides. On peut réaliser industriellement aujourd’hui des échangeurs fonctionnant à des pressions de l’ordre de 15 à 20 bar ; la température maximale de service est limitée par la nature des joints. On admet, comme limite supérieure d’utilisation des joints standards, une valeur de l’ordre de 150 oC et de 230 oC pour les joints spéciaux.
Les échangeurs avec plaques soudées ou brasées permettent d’utiliser ces surfaces d’échanges primaires à des niveaux de température et de pression plus élevés que les échangeurs à plaques et joints. Tous les fluides peuvent être véhiculés dans ces échangeurs, mais les fluides encrassants sont à utiliser avec précaution.
Les échangeurs à surface secondaire utilisent des ailettes plissées ou ondulées qui sont insérées entre les plaques. Pour des applications sur l’air atmosphérique, ces échangeurs sont fabriqués en tôlerie légère alors que, pour des applications cryogéniques ou aéronautiques, les matériaux utilisés sont l’aluminium ou l’acier inoxydable, l’assemblage de l’échangeur se faisant au moyen d’une technique de brasage sous vide.
3.1 Échangeurs à surface primaire
Les échangeurs à surface primaire sont constitués de plaques corruguées, nervurées ou picotées. Le dessin du profil de plaques peut être assez varié mais il a toujours un double rôle d’intensification du transfert de chaleur et de tenue à la pression par multiplication des points de contact. Les différentes...
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