Publié par : Maison Energie | 1 octobre 2009

Echangeur de chaleur – échangeur thermique

Echangeur à plaques vicarbUn échangeur de chaleur est un dispositif conçu pour transférer de l’énergie thermique d’un fluide à un autre. Très simplement, un échangeur est une « boîte » dans laquelle circulent deux fluides. En général il s’agit d’un fluide chaud (noté 1) et d’un fluide froid (noté 2).  Couramment, les fluides sont  l’eau ou l’air.

 

 

 

 

Il existe 3 genres de géométrie possible pour les échangeurs :

– Les échangeurs cocourant : (ou anti-méthodique) Ils ont pour particularité d’avoir les 2 fluides dans la même direction et même sens de circulation.Echangeurs cocourant

Avantage : Plus simple à réaliser qu’un échangeur à courants croisés

 

 

 

– Les échangeurs contre-courant : (ou méthodique) Ils ont pour particularité d’avoir les 2 fluides dans la même direction mais en sens inverse.

Echangeurs contre-courantAvantages : Ils sont plus performant que les échangeurs cocourant et sont plus simple à réaliser que les échangeurs à courants croisés.

Inconvénient : La paroi qui sépare les deux fluides subit des contraintes mécaniques plus importantes dues à une plus grande variation de température. Dans ce cas, on dit que la température de paroi est non-homogène.

 

– Les échangeurs à courants croisés : Les deux fluides se croisent perpendiculairement.

Echangeurs à courant croiséAvantage: Les échangeurs à courants croisés sont plus compacts et plus efficace pour un même volume donné.

 

 

 

Il faut savoir qu’il existe de nombreux  échangeurs dans le domaine de l’industrie. Les échangeurs à tubes, à plaques et joints, à plaques secondaires (développés pour les gaz), à spirales ;  il existe aussi ceux de type circuit imprimé qui sont utilisés pour la nanotechnologie.

Les plus couramment utilisés sont les échangeurs à plaques. Leurs avantages sont qu’ils sont nettoyables, facilement démontables et ils peuvent même être redimensionnés. Les limites d’utilisations sont fixées par une pression maximum de 25bars, et pour une plage de température de -3 à 200°C.

Pour un meilleur échange de chaleur, la technique principalement adoptée est celle des ailettes qui permet d’augmenter la surface de contacte entre les deux fluides et donc augmenter les échanges de calorie. Par exemple les ailettes sont utilisées sur les radiateurs de voiture ou de maison. Un radiateur n’est qu’un type particulier d’échangeur, en thermes scientifiques on pourrait l’appeler échangeur air-eau. Il existe aussi les chicanes comme autre solution pour accroitre les échanges de calorie ; on retrouve ce genre de procédé principalement dans les échangeurs multitubulaires. Le fluide ainsi parcouru forme des lacets entre les chicanes.

Quelles différences y a t-‘il entre les échangeurs monophasique (liquide) et diphasiques (liquide + vapeur) ?

La différence est considérable. Par exemple prenons  l’eau comme fluide caloporteur. Pour que l’eau devienne vapeur il est nécessaire que l’eau emmagasine beaucoup de chaleur. C’est pourquoi, quand un échangeur fonctionne avec de la vapeur d’eau, il est capable de restituer beaucoup plus de calorie au fluide froid. Cependant la pression à l’intérieur des échangeurs diphasique est beaucoup plus importante que pour un échangeur monophasique.

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