Divers processus industriels font appel à des échangeurs de chaleur pour transférer efficacement la chaleur entre différents milieux. Il en existe de nombreux types, chacun conçu pour des usages et des applications spécifiques. Connaître les différents types de ces équipements peut vous aider à choisir celui qui convient le mieux à vos besoins particuliers.

Principaux enseignements

• Le traitement chimique et la production d’énergie sont des applications courantes des échangeurs de chaleur à calandre et à tube.

• Les échangeurs de chaleur à plaques ont un faible encombrement et un rendement élevé, ce qui les rend appropriés pour les systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation, ainsi que pour la réfrigération.

• Les échangeurs de chaleur refroidis par air dissipent la chaleur en utilisant l’air ambiant et sont principalement utilisés dans les raffineries et les centrales électriques.

• Les échangeurs de chaleur à double tuyau sont des dispositifs simples souvent utilisés lorsque le chauffage au fioul est nécessaire à de faibles niveaux d’échelle.

• Ils récupèrent l’énergie et constituent donc un type d’échangeur de chaleur régénératif idéal.

Échangeurs de chaleur à calandre et à tubes

1、Conception et structure

Les faisceaux de tubes sont logés dans un conteneur en forme de coquille qui permet le mouvement de la chaleur entre deux fluides. Le liquide chaud circule dans les tubes tandis que le liquide froid passe autour d’eux à l’intérieur de la coquille. Cette conception permet d’assurer un transfert efficace de la chaleur et est largement appliquée dans de nombreuses industries.

2、Applications

Les applications courantes de ces types d’échangeurs de chaleur comprennent les centrales électriques, le raffinage et les processus chimiques. En outre, ils sont également utilisés dans les systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation ainsi que dans les installations marines. Leur adaptabilité les rend appropriés pour diverses tâches de gestion thermique.

3、Advantages et inconvénients

Avantages :

• Grande efficacité dans le transfert de la chaleur

• Adapté aux conditions de haute pression

• Unités faciles à nettoyer et à entretenir

Inconvénients :

• Plus d’espace occupé par rapport à d’autres types

• Coût initial élevé.

• Défaillance possible du tube.

Malgré leur taille importante et leur coût élevé, les échangeurs de chaleur à calandre restent l’épine dorsale du transfert de chaleur industriel en raison de leur équilibre entre efficacité et polyvalence.

Échangeurs de chaleur à plaques

1、Construction et principe de fonctionnement

Les échangeurs de chaleur à plaques fonctionnent selon un principe différent : des plaques métalliques sont utilisées pour échanger de la chaleur entre deux fluides. Les plaques offrent une grande surface à travers laquelle les fluides passent. C’est cette conception qui permet d’améliorer le transfert de chaleur tout en conservant des dimensions compactes.

2、Common Usages

Les types de plaques sont couramment utilisés dans les installations de chauffage, de ventilation et de climatisation, les installations de réfrigération, les industries ou les secteurs adjacents tels que le traitement des produits chimiques. Lorsqu’il est nécessaire d’avoir une application où le débit direct a lieu dans un petit espace, il devient essentiel que les plaques soient utilisées ici car elles ont plus d’une utilisation concernant la transition énergétique efficace (Szargut et al., 2015).

3、Avantages et inconvénients

Avantages :

• Une grande surface assure une grande efficacité.

• Il occupe moins d’espace que les autres types (Mario & Rayner 2018).

• Ce système peut être facilement nettoyé/entretenu en raison de sa nature (Hassan & Fazal 2010).

Inconvénients :

• Ne peut être utilisé dans des applications à haute pression.

• Il peut fuir s’il n’est pas correctement entretenu (Moran et al., 2011).

• Les échangeurs de chaleur à plaques constituent une solution flexible et efficace dans de nombreux contextes industriels, mais ils doivent faire l’objet de contrôles réguliers pour garantir leur fonctionnement optimal.

Échangeurs de chaleur refroidis par air

1、Mécanisme de transfert de chaleur

Les échangeurs de chaleur refroidis par air fonctionnent en transférant la chaleur d’un fluide à l’air ambiant. Au cours de cette procédure, des ventilateurs sont utilisés pour augmenter le flux d’air sur les surfaces d’échange de chaleur afin d’améliorer le refroidissement. L’efficacité du transfert de chaleur dépend de paramètres tels que la vitesse de l’air, la taille et la différence de température entre le fluide et l’air.

2、Industries utilisant des systèmes de refroidissement par air

Les échangeurs de chaleur refroidis par air sont très populaires en raison de leur rentabilité et de leur efficacité globale dans de nombreuses industries telles que :

• Centrales électriques

• Usines pétrochimiques

• Raffineries

• Systèmes CVC

Ces systèmes sont particulièrement utiles dans les régions où l’eau est rare ou coûteuse.

3、Avantages et limites

Les avantages des échangeurs de chaleur refroidis par air sont les suivants :

• Réduction des coûts opérationnels

• Réduction de la consommation d’eau

• Impact minimal sur l’environnement

Cependant, il y a aussi des inconvénients :

• Plus d’espace requis par rapport aux systèmes refroidis à l’eau

• Dépend de la température ambiante

• Risque de bruit dû au fonctionnement du ventilateur.

Les échangeurs de chaleur refroidis par air jouent un rôle important dans différents processus industriels, car ils offrent une solution efficace et durable à leurs besoins de chauffage.

Échangeurs de chaleur à double tube

1、Configuration et fonctionnement

Le double tube dimpleflo (également connu sous le nom de “tube dans le tube”) est la configuration la plus simple et la plus robuste que l’on puisse trouver dans un échangeur de chaleur hygiénique. Il se compose d’un tube intérieur à l’intérieur d’un autre tube extérieur, ce qui permet à deux fluides de s’écouler dans des directions opposées, facilitant ainsi un transfert efficace d’énergie thermique.

2、Typical Applications

Les échangeurs de chaleur à double tube trouvent leur application dans les situations où l’espace est limité et où un dispositif de base bon marché est nécessaire. On les trouve notamment dans les pays suivants

• Traitement chimique,

• Production de denrées alimentaires et de boissons,

• Industrie pétrolière et gazière.

3、Strengths and Weaknesses (forces et faiblesses)

Les configurations à double tuyau ont été privilégiées en raison de leur facilité d’utilisation en cas de problèmes de maintenance.

Points forts :

• Conception simple de la construction,

• Approche rentable,

• Processus d’assainissement facile,

Faiblesses :

• Zone de transfert de chaleur limitée,

• Non réalisable pour des opérations à grande échelle,

• Peut polluer certains fluides.

Échangeurs de chaleur régénératifs

1、Fonctionnalité et conception

D’autres noms pour les échangeurs de chaleur régénératifs incluent les échangeurs de chaleur de récupération ou de stockage. Ces dispositifs transfèrent l’énergie thermique d’un fluide chaud à un fluide froid après l’avoir stockée dans le premier. Cette opération est répétée à plusieurs reprises au cours du cycle, ce qui implique l’utilisation d’un certain support de transfert de chaleur tel qu’une matrice ou un lit de particules. Sur quelle base cette approche est-elle choisie ? Il peut s’agir d’une modélisation statique ou dynamique en fonction du système.

2、Scénarios d’utilisation

Les centrales électriques, le traitement chimique, les systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation, etc. sont quelques-uns des principaux domaines dans lesquels ces types d’échangeurs de chaleur sont utilisés le plus fréquemment, car leur qualité est généralement élevée et leur coût extrêmement bas. Ce type d’équipement est mieux adapté aux cas où il existe une différence de température appréciable entre les fluides.

3、 Principaux avantages et inconvénients

Avantages :

• Grande efficacité thermique

• Économie d’énergie

• Réduction des dépenses d’exploitation

Inconvénients :

• Coûts initiaux plus élevés

• Complexité de la conception et de la maintenance

• Risque de fatigue thermique

Cela signifie que sans les échangeurs de chaleur régénératifs, de nombreux processus industriels auraient été impossibles en raison de l’équilibre entre l’efficacité et la rentabilité.

Échangeurs de chaleur compacts

1、Caractéristiques de conception

Les échangeurs de chaleur compacts sont conçus pour maximiser la surface de transfert de chaleur dans un espace réduit. Ils sont efficaces et, dans de nombreux cas, ils deviennent nécessaires lorsque la taille et la masse sont des considérations importantes. Fondamentalement, ils comportent de nombreux petits canaux ou plaques étroitement espacés qui favorisent un échange efficace de chaleur.

2、Domaines d’application

Les échangeurs de chaleur compacts trouvent des applications dans différentes industries car ils permettent d’économiser de l’espace. Les principaux domaines d’application sont les suivants

• Radiateurs de refroidissement d’eau et d’huile pour automobiles

• Applications de climatisation

• Récupération de chaleur industrielle et de chaleur résiduelle

• Systèmes de conversion de l’énergie thermique des mers

3、Advantages et défis

Avantages	Défis
Haute efficacité	Risque d’encrassement
Peu encombrant	Coût initial plus élevé
Léger	Complexité de la maintenance

Échangeurs de chaleur à contact direct

1、Mécanisme de fonctionnement

Dans les échangeurs de chaleur à contact direct, deux flux de fluides entrent en contact physique l’un avec l’autre, ce qui permet de les chauffer sans qu’il y ait de paroi de séparation. Cette méthode est très efficace pour certaines applications où le mélange des fluides est autorisé.

2、Applications pratiques

Les échangeurs de chaleur à contact direct sont couramment utilisés dans les :

• Tours de refroidissement (eau)

• Systèmes de lavage des gaz

• Humidificateurs

3、Avantages et inconvénients

Pour :

• Rendement thermique élevé

• Coût inférieur grâce à une conception plus simple

• Efficacité pour les opérations à grande échelle

Cons :

• Limité aux cas où il y a mélange de fluides

• Risque de contamination

• Les propriétés du fluide doivent être soigneusement contrôlées.

L’échangeur de chaleur à contact direct répond aux situations qui requièrent une efficacité et une rentabilité élevées, mais une compatibilité totale des fluides doit être maintenue.

Conclusion

Conclusion : les échangeurs de chaleur sont essentiels dans de nombreuses applications industrielles et domestiques. Comprendre les différents types d’échangeurs de chaleur, tels que les échangeurs tubulaires, les échangeurs à plaques et les échangeurs refroidis par air, permet de choisir le meilleur en fonction des besoins spécifiques et des conditions environnantes. Chaque type présente des avantages et des inconvénients qui font qu’il est essentiel de prendre en compte des facteurs tels que l’efficacité, le coût et l’entretien lors de la sélection d’un système d’échange de chaleur approprié à un usage particulier. Les industries peuvent optimiser leurs processus de gestion thermique en utilisant des équipements d’échange de chaleur appropriés, ce qui leur permet d’obtenir de meilleures performances et d’économiser de l’énergie.

FAQ

Q1. Qu’est-ce qu’un échangeur de chaleur ?

A1. Un dispositif qui transfère la chaleur entre deux ou plusieurs fluides sans les mélanger. Il est couramment utilisé dans les systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC).

Q2. Comment fonctionne un échangeur de chaleur à calandre ?

A2. Il est constitué d’une série de tubes, dont l’un contient le fluide chaud et l’autre le fluide froid. La chaleur est transférée à travers les parois du tube, sans contact direct entre les liquides.

Q3. Quels sont les avantages des échangeurs de chaleur à plaques ?

Les échangeurs de chaleur à plaques A3 sont des appareils simples et peu encombrants qui ont des pertes de charge élevées pour des mélanges qui possèdent des propriétés intéressantes.

Q4.Dans quelles industries les échangeurs de chaleur refroidis par air sont-ils couramment utilisés ?

A4 Les échangeurs de chaleur refroidis par air sont souvent utilisés dans les centrales électriques, les usines pétrochimiques et les raffineries où l’eau est rare ou chère.

Q5.Quel est le principal avantage de l’utilisation d’échangeurs de chaleur à double tube ?

A5 Les échangeurs de chaleur à double tube sont utilisés à petite échelle avec une bonne efficacité sur une large gamme de débits de fluides.

Q6. Les échangeurs de chaleur régénératifs sont-ils efficaces sur le plan énergétique ?

Oui, ils sont efficaces sur le plan énergétique parce qu’ils récupèrent la chaleur perdue des gaz/fluides d’échappement et la réutilisent pour préchauffer le flux d’alimentation entrant, réduisant ainsi la consommation d’énergie globale de l’usine.