D’une manière générale, il existe trois types d’échangeurs de chaleur courants: les échangeurs de chaleur à plaques et à cadres, les échangeurs de chaleur à calandre et à tubes et les échangeurs de chaleur à double tube. Ils peuvent tous être efficaces dans une variété d’applications de transfert de chaleur, mais l’optimisation de l’efficacité, du coût et de l’espace dépend fortement du processus spécifique dans lequel l’échangeur de chaleur est installé. Dans ce blog, nous décrivons les échangeurs de chaleur à plaques et cadres, calandre et tube et double tube les plus couramment utilisés.
Échangeur de chaleur à plaques et cadres
La plaque de cadre et la plaque de pression compriment les plaques d’espacement ensemble en serrant les boulons. La plaque entretoise et le plateau de pression sont suspendus entre la tige supérieure et la tige de guidage inférieure. La conception mécanique simple permet un nettoyage facile et un changement de capacité en ajoutant ou en retirant.
Le milieu froid ou chaud et le fluide traité circulent dans des canaux alternés et la chaleur est transférée du canal le plus chaud vers le canal le plus froid. Par rapport aux échangeurs de chaleur à coque et à tube, les échangeurs de chaleur à plaques et à châssis ont généralement un volume et un coût inférieurs. Une autre différence entre les deux est que les échangeurs de chaleur à plaques sont utilisés pour les fluides à moyenne et basse pression par rapport aux types à coque et à tube pour les fluides à moyenne et haute pression.
En raison des chemins relativement étroits entre les plaques dans un échangeur de chaleur à plaques et cadres et de l’écoulement turbulent créé par la conception ondulée des plaques, sa conception est idéale pour chauffer des fluides de faible à moyenne viscosité. Lorsque le fluide est de viscosité modérée (consistance) ou contient un petit nombre de particules, un espace plus large entre les plaques aide à maintenir les exigences d’écoulement et permet aux particules de passer entre les plaques sans entraver l’écoulement.
Les planches standard ont généralement un motif à chevrons pour maximiser la résistance de la planche sous haute pression. Les plaques peuvent avoir différents angles de chevron, optimisés pour l’efficacité du transfert de chaleur pour une chute de pression spécifique. Une plaque d’écoulement plus large a moins de points de contact, aidant à prévenir le colmatage à la fois. Ils sont très efficaces pour les applications de purées chauffées au liquide ou à la vapeur.
Avantages des échangeurs de chaleur à plaques et cadres:
- Faible coût d’achat initial.
- Il existe de nombreuses configurations parmi lesquelles choisir.
- Efficacité de transfert de chaleur plus élevée.
- L’encrassement est réduit en raison de la forte turbulence de l’échangeur de chaleur.
- Un croisement de température important peut être obtenu.
- Petite empreinte.
Inconvénients des échangeurs à plaques et cadres:
- Plages de pression et de température admissibles plus étroites.
- Les voies d’écoulement étroites sont sujettes au colmatage/encrassement.
- Les joints d’étanchéité nécessitent des procédures d’ouverture et de fermeture spéciales.
- En raison de la paroi mince du tube, le choix du matériau est critique.
Les applications typiques des échangeurs de chaleur à plaques et cadres incluent:
- Produits de faible à moyenne viscosité pratiquement sans particules: lait, crème, mélanges pour glaces, boissons, bière, moût de bière, etc.
Échangeur de chaleur à coque et tube
Les échangeurs de chaleur à calandre et à tube sont en outre classés en fonction du nombre d’échangeurs de chaleur à calandre et à tube impliqués, généralement des échangeurs de chaleur à calandre et à tube avec des pressions supérieures à 30 bar et des températures supérieures à 260 °C sont utilisés pour les applications à haute pression. En effet, l’échangeur de chaleur à coque et à tube est conçu pour résister à des pressions élevées.
Ce type d’échangeur de chaleur comporte des tubes de petit diamètre installés entre deux plaques tubulaires à travers lesquelles se déplace le fluide principal. Le faisceau de tubes est disposé à l’intérieur d’une enceinte à travers laquelle le fluide secondaire circule sur la surface des tubes. En génie nucléaire, la chaleur générée dans le cœur d’un réacteur nucléaire est transférée à la vapeur d’eau. Pour augmenter la chaleur transférée et la puissance générée, il faut maximiser la surface d’échange thermique, ce qui est obtenu grâce à l’utilisation de tubes. Chaque générateur de vapeur peut contenir de 3000 à 16000 canettes, chaque tube fait environ 19mm de diamètre.
Avantages des échangeurs de chaleur à coque et à tube:
- Largement connu et compris.
- Le type le plus courant de service d’échangeur de chaleur.
- Plage de pression et de température autorisée la plus large.
- Structure mécanique robuste.
Inconvénients des échangeurs de chaleur à coque et à tube:
- L’efficacité de l’échange de chaleur est inférieure à celle des autres types d’échangeurs de chaleur.
- Soumis à des vibrations induites par le débit.
- Peu adapté aux conditions de passage de température.
- Contient des zones stagnantes côté virole pouvant entraîner de la corrosion.
- La distribution des flux est inégale.
Les applications typiques des échangeurs de chaleur à coque et à tube incluent:
- Produits de viscosité faible à moyenne: Selon le produit spécifique sélectionné, peuvent contenir des particules de différentes tailles, notamment de la pulpe, des purées, du WFI, des lotions, des gels, des boissons contenant des produits laitiers fortement contaminés.
Échangeur de chaleur à double tube
L’un des échangeurs de chaleur les moins chers en termes de conception et d’entretien est l’échangeur de chaleur à double tube, ce qui le rend idéal pour les petites industries. Bien que ces échangeurs de chaleur soient simples et peu coûteux à concevoir et à entretenir, leur faible efficacité et leur encombrement à grande échelle ont conduit l’industrie moderne à utiliser des échangeurs de chaleur plus efficaces tels que des échangeurs de chaleur à coque et à tube.
Avantages des échangeurs de chaleur à double tube:
- Vous pouvez obtenir une bonne efficacité de transfert de chaleur à un faible coût d’investissement.
- Comparés aux échangeurs de chaleur à coque et à tube, ils sont petits, ne nécessitent pas beaucoup d’espace de maintenance et le transfert de chaleur est acceptable.
- En raison de leur popularité, tous les composants sont standardisés, ce qui facilite grandement les réparations et l’entretien.
- Ils ont une conception flexible et d’autres ajouts et suppressions peuvent être effectués facilement.
- Vous pouvez utiliser ce type d’échangeur sous haute pression et haute température.
- La conception de l’échangeur de chaleur permet une plus grande dilatation thermique sans aucun joint de dilatation.
Inconvénients des échangeurs de chaleur à double tube:
- Ils sont généralement utilisés dans les conceptions à contre-courant et ne peuvent pas être utilisés dans certaines applications, mais cela ne signifie pas qu’ils ne peuvent pas être utilisés en flux parallèle.
- Ils ont des limitations dans le transfert de chaleur plutôt que des conceptions complexes et doivent être utilisés pour de faibles charges thermiques.
- Ce type de fuite d’échangeur de chaleur est plus courant (associé à plusieurs unités).
Les applications typiques des échangeurs de chaleur à double tube incluent:
- Il est difficile de couvrir toutes les applications des échangeurs de chaleur à double tube. Ils sont populaires dans les applications à haute température et haute pression, telles que les chaudières et les compresseurs, et pour la chaleur et le refroidissement sensibles dans les systèmes techniques, pour n’en nommer que quelques-uns.
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