Choix optimal en matière d'énergie : PCHE permet des améliorations à haut rendement dans les cycles de Brayton au CO₂ supercritique

Où se situent les échangeurs de chaleur dans le cycle

Le cycle comprime, chauffe et détend un fluide de travail en CO₂, récupérant une partie de la chaleur résiduelle avant de refroidir le fluide pour le cycle suivant. Selon la configuration du cycle, des récupérateurs basse et haute température se partagent la tâche de récupération, tandis qu'un prérefroidisseur évacue la chaleur vers le dissipateur thermique disponible.

Ces composants ne présentent pas des conditions de fonctionnement identiques. Un récupérateur haute température, un récupérateur basse température et un prérefroidisseur nécessitent des profils thermiques, des conditions mécaniques et des évaluations de matériaux distincts.

L'efficacité ne représente qu'une partie de l'optimisation

Un récupérateur à haut rendement peut réduire l'apport de chaleur externe nécessaire pour un même cycle. Pour y parvenir, il peut être nécessaire d'augmenter la surface d'échange ou de repenser la conception des canaux. Les pertes de charge associées peuvent accroître le travail de compression ou réduire la détente utile.

L’objectif doit donc être la performance globale du cycle, en tenant compte du coût, de la surface et des pertes de charge. Il ne suffit pas de maximiser le coefficient d’un seul échangeur ni d’appliquer une amélioration fixe du rendement du cycle à chaque installation d’échangeur de chaleur à plaques.

Utilisez les propriétés locales et le profil de température complet

Les propriétés du CO₂ peuvent varier considérablement au voisinage de la zone critique. Une seule valeur moyenne de chaleur spécifique peut ne pas représenter fidèlement l'échangeur. Le modèle thermique doit évaluer les variations pertinentes de pression, de température et de propriétés le long du trajet d'écoulement.

Pour un flux défini, le service peut être exprimé commeQ = débit massique × variation d'enthalpieÀ titre d'exemple uniquement, un flux supposé de 10 kg/s avec une variation d'enthalpie supposée de 100 kJ/kg transfère 1 000 kW. Ce calcul ne constitue ni un résultat d'essai SHPHE ni un point de fonctionnement spécifié du cycle.

Comparez les principales décisions de conception

Les conditions transitoires peuvent régir l'examen mécanique

Le démarrage, l'arrêt et les variations rapides de charge peuvent engendrer des gradients de température et des différences de pression, contrairement au point de fonctionnement normal et stable. Le concepteur du cycle doit fournir les transitoires requis, le nombre de cycles et les contraintes de rampe nécessaires à l'évaluation de l'échangeur.

LeÉchangeur de chaleur à circuit imprimé (PCHE)Les limites supérieures publiées pour cette gamme de produits ne garantissent pas que chaque alliage et géométrie proposés puissent fonctionner simultanément aux deux extrêmes. L'équipement fourni nécessite une plage de pression-température définie et qualifiée.

Données pour une demande de récupération

Fournir le schéma de cycle, la composition des flux, les tableaux de régimes de fonctionnement, les bases d'enthalpie ou de propriétés, les limites de perte de charge et les performances thermiques cibles. Inclure les profils transitoires, les exigences de durée de vie et les contraintes d'espace et de poids.

SHPHE peut utiliser ces données pour évaluer les options de canal et de noyau. La proposition d'échangeur qui en résulte doit être évaluée dans le cadre du modèle de cycle, où sa puissance récupérée et ses pertes de charge peuvent être traduites en production nette et en rentabilité du projet.

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