échangeur de chaleur (suite)
Pour un programme d’échange donné, on s’efforce de réduire au minimum l’ensemble des dépenses d’investissement et des dépenses d’exploitation. Ces dernières sont avant tout des dépenses d’énergie pour la circulation des fluides. Dans le choix d’une structure de paroi, on recherche le meilleur compromis entre, d’une part, l’aptitude au transfert thermique et, d’autre part, le coût élémentaire et la résistance à l’écoulement sur les deux faces. Pour une même surface de base, on peut augmenter l’aire de contact avec un des fluides, ou les deux, au moyen d’ailettes ou de nervures de formes diverses, ou encore de cloisons minces soudées à la paroi, qui divisent le passage du fluide. On peut améliorer le coefficient de convection par découpage des ailettes, des nervures ou des cloisons, par emploi de saillies discontinues ou encore par des changements de direction. Quand les deux fluides ont des propriétés du même ordre, l’effort d’optimisation doit porter sur les deux faces. Si leurs propriétés sont très différentes, on a intérêt à compenser cette différence par un fort développement de l’aire de contact du côté du fluide « mauvais convecteur », notamment s’il s’agit d’un gaz opposé à un liquide proprement dit, à un liquide en ébullition ou à une vapeur qui se condense. Les coefficients de transmission et les résistances à la circulation croissant simultanément avec les vitesses des fluides, on doit se rapprocher des vitesses optimales de part et d’autre en jouant sur les sections de passage, donc sur les dimensions transversales et longitudinales de deux parcours.
Échangeur cyclique
Dans ce cas, le solide intermédiaire n’est pas simultanément en contact avec les deux fluides (air, gaz, fumées). N’étant plus une paroi, il peut être composé d’éléments discontinus, emplissant partiellement une capacité que les fluides parcourent alternativement. Cette alternance peut être obtenue par rotation continue d’un tambour dont les secteurs se présentent successivement sur le parcours du gaz chaud et du gaz froid, ou, au contraire, par variation continue ou discontinue du parcours des gaz. Un mode classique de variation discontinue est l’inversion, utilisée dans les régénérateurs : des vannes font passer alternativement les fumées et le gaz à échauffer à travers des empilages accumulateurs, qui se trouvent ainsi périodiquement régénérés. Sans intérêt dans les échangeurs continus, la capacité calorifique (produit de la masse par la chaleur massique) présente une très grande importance dans les échangeurs cycliques et surtout dans les régénérateurs, dont la période d’inversion peut être assez longue.
R. D.
➙ Chaudière.
W. H. McAdams, Heat Transmission (New York, 1933 ; 3e éd., 1954 ; trad. fr. Transmission de la chaleur, Dunod, 1961). / W. M. Kays et A. L. London, Compact Heat Exchangers (New York, 1964).