Les types d'échangeurs de chaleur

3478 Vues 4 Appréciée Publié le: 28/08/2024
 

Les échangeurs de chaleur sont des dispositifs utilisés pour un transfert thermique efficace entre deux substances distinctes. Il existe de nombreux types d'échangeurs de chaleur, chacun ayant des applications spécifiques dans divers secteurs. Les échangeurs de chaleur fonctionnent en transférant la chaleur d'un milieu à un autre. Ils peuvent être utilisés dans des systèmes de chauffage, de refroidissement ainsi que dans l'industrie. Les échangeurs de chaleur sont une partie intégrante de nombreux processus industriels, permettant de maintenir une température optimale. Grâce aux différents types d'échangeurs de chaleur, il est possible d'adapter leur conception aux exigences et paramètres spécifiques de l'application. Si vous souhaitez savoir quels types d'échangeurs de chaleur se distinguent en termes de méthodes de transfert thermique, de construction et de type de milieu avec lequel ils peuvent fonctionner, lisez l'article ci-dessous.

Types d'échangeurs de chaleur et méthodes de transfert thermique

En fonction de la manière dont le transfert de chaleur est réalisé entre les fluides, les échangeurs de chaleur peuvent être classés en échangeurs de chaleur par contact et sans contact. Le type sans contact est beaucoup plus couramment utilisé dans l'industrie. Vous trouverez ci-dessous la raison de cette prévalence.

Échangeurs de chaleur par contact

Les échangeurs de chaleur par contact sont des dispositifs où les fluides ont un contact direct entre eux. Cela permet d'obtenir de grands coefficients de conductivité thermique. De plus, ces échangeurs permettent un transfert de chaleur entre plus de deux flux de fluides. Cependant, il convient de noter que dans la plupart des applications industrielles, le transfert de chaleur sans mélange des fluides est nécessaire, ce qui ne peut être réalisé qu'à l'aide d'échangeurs de chaleur sans contact, qui seront décrits ci-dessous.

Échangeurs de chaleur sans contact

Les échangeurs de chaleur sans contact sont des dispositifs qui permettent le transfert d'énergie thermique entre deux fluides sans contact direct entre eux. Parmi ces dispositifs, les récupérateurs sont les échangeurs de chaleur les plus couramment utilisés dans l'industrie. Ce sont notamment les échangeurs à plaques et les échangeurs à double enveloppe.

Les échangeurs de chaleur sans contact sont si répandus dans l'industrie pour une raison simple : les fluides impliqués dans de nombreux processus ont des propriétés physico-chimiques différentes et ne doivent pas se mélanger (par exemple, huile et eau).

Types d'échangeurs de chaleur selon la construction

Les types d'échangeurs de chaleur selon la construction peuvent être divisés en échangeurs de chaleur à plaques et échangeurs de chaleur à tubes. Ils diffèrent non seulement par leur construction mais aussi par leur application. Voici leur caractéristique.

Échangeurs de chaleur à plaques

✅ Les échangeurs de chaleur à plaques sont des dispositifs constitués de plaques métalliques conçues pour un transfert efficace de chaleur entre des fluides à différentes températures sans les mélanger. Grâce à leur construction, ils permettent un transfert rapide et efficace de chaleur par divers mécanismes, tels que la convection. Les plaques à l'intérieur de l'échangeur forment des canaux à travers lesquels les fluides circulent. Cela assure une grande surface de contact entre les plaques et les fluides, permettant un transfert efficace de l'énergie thermique. Les échangeurs de chaleur à plaques sont largement utilisés dans l'industrie, y compris dans les processus de refroidissement et de chauffage, aidant à économiser de l'énergie et à améliorer l'efficacité des systèmes de chauffage et de refroidissement. On distingue les types d'échangeurs de chaleur à plaques suivants en fonction de leur construction :

  • soudoisés - ce sont des échangeurs de chaleur avec une construction compacte ; les joints en cuivre soudés garantissent une haute étanchéité, ce qui conduit à une grande efficacité de transfert thermique en raison des faibles pertes de chaleur,
  • à brides - échangeurs de chaleur à plaques avec une étanchéité moindre par rapport aux soudoisés, mais permettant un entretien et un nettoyage plus faciles de l'intérieur de l'appareil.

Échangeurs de chaleur à tubes - Échangeur thermique tubulauire

✅ Les échangeurs de chaleur à tubes (ou les échangeurs thermiques tubulaires), également appelés échangeurs de chaleur à double enveloppe, sont des dispositifs couramment utilisés pour un transfert thermique efficace entre deux fluides. Leur construction repose sur une enveloppe cylindrique dans laquelle sont placés des tubes. L'objectif principal de ce système est de permettre à un fluide de circuler autour des tubes, tandis que l'autre fluide passe à travers les tubes. Ainsi, le transfert de chaleur entre les fluides est réalisé. Les échangeurs de chaleur à double enveloppe trouvent des applications dans de nombreux domaines, y compris l'industrie chimique, alimentaire et énergétique. Grâce à leur efficacité et leur facilité de maintenance, ils sont une partie intégrante des processus de transfert thermique dans divers secteurs.

Types d'échangeurs de chaleur selon le milieu

Les échangeurs de chaleur sont principalement associés aux systèmes où les deux milieux sont des liquides (par exemple, eau ou glycol). Il est cependant important de savoir que les échangeurs de chaleur peuvent également transférer de la chaleur entre des gaz ou entre des gaz et des liquides. On distingue les paires de fluides suivantes que les échangeurs de chaleur peuvent gérer :

  • liquide-liquide,
  • gaz-gaz,
  • liquide-gaz.

Ci-dessous sont décrites les différentes paires de fluides pouvant être traitées par divers échangeurs de chaleur.

Échangeurs de chaleur liquide-liquide

Les échangeurs de chaleur liquide-liquide sont des dispositifs utilisés pour un transfert thermique efficace entre deux liquides ayant des paramètres physico-chimiques différents (par exemple, température de fonctionnement, température de congélation, densité). Des exemples de ces systèmes incluent : eau-eau, eau-huile et eau-glycol. Ces échangeurs trouvent des applications dans divers domaines tels que l'industrie chimique et énergétique. Ils permettent un transfert de chaleur efficace et économe en énergie entre différents milieux, contribuant ainsi à une utilisation optimale de l'énergie disponible.

Échangeurs de chaleur gaz-gaz

Les échangeurs de chaleur gaz-gaz sont utilisés pour transférer de la chaleur entre deux flux de gaz. Un exemple de cet échangeur est le système air-air, où la chaleur est transférée entre deux flux d'air. Un autre exemple est l'échangeur gaz d'échappement-air, où la chaleur des gaz d'échappement est récupérée et utilisée dans les installations de chauffage central, pour chauffer l'air dans les chambres de combustion des chaudières et pour sécher les combustibles solides - par exemple, le bois ou le charbon. Les échangeurs de chaleur gaz-gaz sont utilisés dans divers secteurs, tels que l'industrie chimique, énergétique ou alimentaire.

Échangeurs de chaleur liquide-gaz

✅ Les échangeurs de chaleur liquide-gaz sont des dispositifs permettant un transfert thermique efficace entre un liquide et un gaz. Ces échangeurs fonctionnent dans les paires de fluides suivantes :

  • eau-air,
  • glycol-air.

L'échangeur eau-air est souvent utilisé dans les installations de chauffage et de climatisation, où l'eau chauffée dans les chaudières transfère la chaleur à l'air, qui est ensuite distribué dans les pièces. D'autre part, les échangeurs de chaleur glycol-air sont utilisés dans différents secteurs industriels ainsi que dans les bâtiments résidentiels. Par exemple, l'échangeur glycol-air vise à améliorer l'efficacité des équipements de ventilation utilisés pour chauffer l'air en hiver et le refroidir en été.

Types d'échangeurs de chaleur selon la direction du flux de fluide

  • en parallèle - ce sont des dispositifs dans lesquels le transfert de chaleur se fait entre deux flux de fluides circulant dans la même direction. C'est le mode de transfert thermique le moins efficace en termes de direction du flux.
  • en contre-courant - ce sont des échangeurs de chaleur beaucoup plus efficaces par rapport au système en parallèle. Ils permettent d'obtenir des températures des fluides d'entrée et de sortie de l'échangeur proches.
  • croisés - ce sont des échangeurs où un flux coule par rapport à l'autre à angle droit. On trouve rarement un système entièrement croisé - il apparaît comme un élément dans le flux d'un échangeur à tubes.

Types d'échangeurs de chaleur selon le matériau dont ils sont fabriqués

Les échangeurs de chaleur varient également en fonction des matériaux dont ils sont fabriqués. Un des matériaux populaires utilisés pour la fabrication des échangeurs de chaleur est l'acier inoxydable résistant aux acides (316L). C'est un matériau très résistant avec d'excellentes propriétés thermiques. Un autre matériau fréquemment utilisé est le titane, qui se distingue par sa haute résistance à la corrosion même dans des environnements salins (par exemple, l'eau de mer) tout en étant léger et résistant. Les échangeurs de chaleur en titane sont souvent utilisés dans l'industrie chimique et pétrochimique, ainsi que comme échangeurs de chaleur pour piscines.



 
Publié dans: Échangeurs de chaleur et tout ce qui s'y rapporte, Chauffage de piscine et échangeurs de chaleur pour piscines

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