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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
-
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
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 à plaques
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2. Échangeurs tubulaires
2.1 Différents types d'échangeurs tubulaires
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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Échangeurs tubulaires
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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