Présentation
RÉSUMÉ
Un fluide caloporteur assure le transport de la chaleur d'une source thermique à un puits thermique tout en respectant à la fois des contraintes techniques (pertes thermiques réduites, faible consommation d'énergie de transport du fluide), des contraintes de sécurité et de respect de l'environnement, des contraintes économiques (associées à la taille des auxiliaires de pompage, de compression ou de ventilation mais également à la taille des échangeurs de chaleur). La sélection de ce fluide pour un procédé thermique est le résultat d'un processus complexe d'évaluation de divers paramètres et critères.
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Lire l’articleABSTRACT
The role of a heat transfer fluid is to transport heat from a heat source to a heat sink, while maintaining all constraints: technical (reduced heat losses, low fluid transport energy consumption), safety and reduced environmental impact, economic constraints (related to the size of the auxiliary pumping, compression or ventilation but also the size of the heat exchanger providing heat transfer between the coolant and the source and the heat sink). Their selection for a thermal process is the result of a complex process of evaluating various parameters and criteria.
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)
INTRODUCTION
Les applications des fluides caloporteurs pour le chauffage dans les procédés industriels sont fort variées et impliquent une grande diversité de fluides de par le large domaine de températures rencontré dans ces procédés : gaz, métaux liquides, sels fondus, fluides organiques. Les applications des fluides frigoporteurs pour le refroidissement de procédés à température inférieure à l’ambiante sont celles du froid industriel, commercial et du conditionnement d’air. Bien que fonctionnant dans un domaine de température notablement plus réduit (− 70 ˚C/+ 20 ˚C), ces fluides sont également de nature variée de par la diversité des contraintes qu’il est nécessaire de prendre en compte pour leur choix : critères énergétiques et économiques, mais également critères de sécurité et d’impact environnementaux. Après avoir rappelé les principales catégories de fluides frigo- et caloporteurs et avoir illustré d’exemples d’applications cette présentation, nous indiquons de façon exhaustive les critères de choix des fluides calo- et frigoporteurs en insistant sur leur domaine d’utilisation, les contraintes d’exploitation des systèmes énergétiques et, bien entendu, les critères technico-économiques.
Cette étude sur les fluides caloporteurs et frigoporteurs se compose de trois articles :
Fluides caloporteurs et frigoporteurs- Définitions. Critères de choix : Fluides caloporteurs et frigoporteurs. Définitions. Critères de choix
Fluides caloporteurs- Propriétés: Fluides caloporteurs. Propriétés
Fluides frigoporteurs- Propriétés : Fluides frigoporteurs. Propriétés
complétés par un fascicule de documentation [Doc. BE 9 573].
L'expertise technique et scientifique de référence
MOTS-CLÉS
fluide caloporteur réseau de chaleur et de froid thermique industrielle thermique Echangeur à plaques Echangeur de chaleur
KEYWORDS
heat transfer fluid | district heating and cooling | industrial thermal | heat exchange | plate heat exchanger | heat exchanger
VERSIONS
- Version courante de oct. 2015 par Christophe MARVILLET
DOI (Digital Object Identifier)
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Critères de choix des fluides caloporteurs et frigoporteurs1. Principaux fluides et leurs applications
1.1 Fluide caloporteur : définition et exemples d’application
De très nombreuses activités industrielles nécessitent le chauffage d’un produit à une température supérieure à la température ambiante. Deux modes de chauffage peuvent être identifiés :
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le produit est chauffé directement par des gaz de combustion (fuel, gaz naturel), par des résistances électriques, par un chauffage inductif ou à micro-ondes ;
-
le produit est chauffé indirectement et un circuit intermédiaire est, dans ce cas, disposé entre la chaudière – que la chaleur soit obtenue grâce à la combustion d’un combustible fossile, à l’utilisation d’une résistance électrique, voire à une réaction nucléaire dans des crayons combustibles d’un réacteur nucléaire – et l’enceinte dans laquelle le produit doit être conditionné. Le fluide circulant dans ce circuit intermédiaire peut alors jouer plusieurs rôles. Lorsque ce fluide effectue un simple transport de la chaleur, on le dit caloporteur. Lorsqu’il assure simultanément des échanges de chaleur et de travail avec le milieu extérieur, on le dit énergétique.
Dans cet article, nous nous limiterons exclusivement à la description des fluides caloporteurs.
-
Exemples d’utilisation
De nombreux exemples du domaine de la production d’énergie électrique peuvent illustrer l’utilisation de fluides caloporteurs :
-
dans un réacteur nucléaire de type PWR (Pressurized Water Reactor), la chaleur dégagée dans la grappe de crayons combustibles est évacuée grâce à un circuit d’eau pressurisée (ce fluide est alors désigné comme fluide caloporteur), puis transférée au fluide du circuit secondaire grâce à un générateur de vapeur. Ce fluide secondaire est vaporisé et détendu dans une turbine pour la production de l’énergie électrique. Le fluide secondaire (de l’eau, dans le cas des PWR) joue alors le rôle de fluide énergétique ;
-
dans une centrale thermique solaire, le fluide caloporteur [généralement une huile thermique mais, dans quelques cas, des sels fondus (centrale Themis, par exemple)], porté à une température proche de 300 ˚C dans le capteur solaire (collecteur parabolique,...
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