Un échangeur de chaleur est un dispositif spécialement conçu pour transférer efficacement la chaleur d'un fluide — liquide ou gaz — vers un autre fluide à travers une surface solide. Les fluides peuvent être en contact direct ou rester séparés par une paroi. Le transfert thermique s'effectue soit par dissipation, soit par absorption de chaleur. Déclinés en plusieurs types et classés selon leur configuration d'écoulement, les échangeurs de chaleur sont présents dans une multitude d'applications industrielles et résidentielles.
Les principaux types d'échangeurs de chaleur
L'échangeur à faisceau tubulaire
Cet échangeur est constitué de tubes en U en cuivre logés dans une enveloppe (calandre) en acier au carbone. Robuste, il est particulièrement adapté aux procédés industriels soumis à des conditions extrêmement abrasives et corrosives.
L'échangeur à calandre et serpentin
Composé de tubes ondulés placés à l'intérieur d'une enveloppe légère et compacte, ce modèle est idéal lorsque l'espace disponible est limité. Sa conception favorise également un bon rendement thermique malgré son encombrement réduit.
L'échangeur à plaques brasées
Formé d'un ensemble de plaques assemblées par brasure sans joints d'étanchéité, cet échangeur limite fortement les risques de fuite. Léger et compact, il génère un écoulement turbulent élevé qui optimise les échanges thermiques. Il convient parfaitement aux systèmes hydrauliques tels que le chauffage de l'eau sanitaire, les spas, les systèmes de fonte de glace et de neige, ainsi que les installations de piscines.
Les catégories selon le mode d'écoulement
La disposition des fluides à l'intérieur de l'appareil détermine la catégorie de l'échangeur de chaleur. On distingue trois configurations principales :
Le co-courant
Dans un échangeur à co-courant, les deux fluides entrent au même point et s'écoulent parallèlement l'un à l'autre dans la même direction.
Les courants croisés
Dans un échangeur à courants croisés, les fluides circulent perpendiculairement l'un par rapport à l'autre, ce qui permet une bonne dissipation thermique dans un volume restreint.
Le contre-courant
Dans un échangeur à contre-courant, les fluides entrent par des extrémités opposées et circulent en sens inverse. Comme cette configuration transfère le plus de chaleur, l'échangeur à contre-courant est considéré comme le plus efficace sur le plan de la conception.
Les opérations de transfert thermique
L'échangeur de chaleur remplit plusieurs fonctions essentielles. Il permet notamment de condenser un fluide gazeux à l'aide d'un fluide plus froid, ou inversement de porter un liquide à ébullition tout en condensant un gaz plus chaud. Il sert également à réchauffer un fluide froid grâce à un fluide plus chaud, à abaisser la température d'un fluide chaud au moyen d'un fluide plus froid, ou encore à vaporiser un liquide en utilisant une source de chaleur supérieure.
Les applications résidentielles
À l'échelle domestique, les échangeurs de chaleur équipent de nombreux systèmes : chauffage central, chauffage géothermique et solaire, dispositifs de fonte de la glace et de la neige, production d'eau chaude sanitaire, chauffages de piscine et planchers chauffants rayonnants.
Les applications industrielles
Dans le secteur industriel, on retrouve les échangeurs de chaleur dans les évaporateurs et condenseurs des systèmes frigorifiques, les systèmes d'eau souterraine, les refroidisseurs de moteurs et de transmissions, les refroidisseurs de chaudières, la récupération des eaux usées ainsi que les refroidisseurs d'huile. Ils jouent également un rôle clé dans les usines chimiques, les centrales électriques, les raffineries de pétrole, les installations frigorifiques et le traitement du gaz naturel.
Véritable pilier du génie thermique, l'échangeur de chaleur allie performance énergétique et polyvalence. Le choix du type et de la configuration dépendra avant tout des conditions opératoires, de l'espace disponible et de l'application envisagée.
Source : https://jardin.98905.com/building-remodeling/remodeling-tools-equipment/1007126149.html