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Auteur(s)
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Christophe MARVILLET : Ingénieur de l’École centrale de Lyon - Chef de laboratoire au CEA/GRETh (Groupement pour la recherche sur les échangeurs thermiques) - Enseignant à l’IFFI (Institut français du froid industriel) – CNAM Paris - Détaché à l’ANVAR/PACA (Marseille)
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Les principaux fluides caloporteurs sont les gaz sous forme d’azote, d’hélium, d’air, de dioxyde de carbone et de vapeur d’eau caractérisés par un médiocre pouvoir calovecteur et caloporteur : toutefois, leur grande disponibilité pour certains et leurs applications à très haute température pour d’autres en font des fluides couramment utilisés dans les procédés industriels. Pour des procédés industriels fonctionnant jusqu’à des températures de 350 ˚C, les fluides organiques sous forme d’huile minérale ou synthétique peuvent trouver de larges applications. Les fluides halogénés de type PFC ou HFE trouvent des usages où leur rigidité diélectrique et leur volatilité s’appliquent à des procédés de refroidissement ou de production en électronique. Les usages à plus haute température imposent des fluides caloporteurs de type sels fondus voire métaux liquides dont la mise en œuvre reste délicate malgré des propriétés physiques particulièrement favorables.
Cet article est le second volet traitant des fluides caloporteurs et frigoporteurs. Il est complété par l’article Fluides frigoporteurs- Propriétésconcernant plus particulièrement les fluides frigoporteurs.
Pour les définitions générales, les critères de choix ainsi que pour consulter le tableau des notations et symboles, le lecteur se reportera à l’article Fluides caloporteurs et frigoporteurs- Définitions. Critères de choix.
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- Version courante de juil. 2015 par Christophe MARVILLET
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Métaux liquides4. Sels fondus
4.1 Principaux fluides caloporteurs. Propriétés physico-chimiques
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Les sels fondus les plus courants sont formés de nitrite de sodium (NaNO2), de nitrate de sodium (NaNO3) et de nitrate de potassium (KNO3). Leurs principaux avantages est de pouvoir fonctionner à la pression atmosphérique pour des températures comprises entre 150 ˚C et 550 ˚C. Pris séparément, ces sels ne sont liquides qu’au-dessus de 300 ˚C, mais on peut réaliser des eutectiques qui présentent des points de fusion sensiblement plus bas.
Les eutectiques les plus courants sont :
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un mélange de 40 % de nitrite de sodium, de 53 % de nitrate de potassium et de 7 % de nitrate de sodium. Ce mélange, que l’on désigne par HTS1 (HTS : Heat Transfer Salt), se présente sous forme de granulés blancs à l’état solide et d’un liquide jaune pâle au-dessus de son point de fusion qui se situe à 142 ˚C. Utilisé entre 150 ˚C et 450 ˚C, ce mélange est parfaitement stable ; de 450 à 550 ˚C, une évolution lente se produit par pyrolyse de NaNO2 qui donne NaNO3. Cette transformation génère une augmentation sensible de la température de fusion. Au-dessus de 800 ˚C, cette réaction est suffisamment rapide pour rendre toute utilisation impossible ;
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un mélange de 45 % NaNO2 et 55 % de KNO3 désigné par HTS2. Il présente des propriétés très similaires au fluide HTS1.
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S’ils présentent comme avantage majeur par rapport aux fluides organiques d’atteindre des niveaux de température supérieurs à 500 ˚C, les sels fondus présentent aussi quelques limites qu’il est nécessaire de rappeler :
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lors de la fusion du sel, une expansion importante peut être notée : cela impose des précautions quant au démarrage des installations et des règles strictes quant à leur conception, en particulier, la mise en place impérative de vases d’expansion ;
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certains gaz comme le dioxyde de carbone ou la vapeur d’eau peuvent être dissous dans ces sels et former des carbonates et des hydroxydes insolubles. Pour éviter ces effets, il est indispensable d’utiliser des gaz inertes (azote, par exemple) pour remplir les vases d’expansion et éviter tout contact entre les niveaux...
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