Un échangeur de chaleur à plaques est un type d'échangeur de chaleur à récupération dont le principe repose sur la conversion et le déplacement de l'énergie thermique d'un milieu à un autre, au moyen de plaques de contact. Réunis en un seul faisceau, ils forment une sorte de canaux à travers lesquels se déplace le liquide de refroidissement. Les paramètres et les dimensions de l'appareil sont indiqués par les normes GOST 15518-83.
Types d'échangeurs de chaleur
Selon le degré d'accessibilité à la maintenance et à l'inspection, les échangeurs de chaleur sont divisés en plusieurs types :
- pliant,
- brasé,
- soudé,
- semi-soudé.
Pliant
Les appareils de ce type sont assemblés et démontés pour l'entretien, l'inspection et la réparation périodiques. Le processus de transfert de chaleur est effectué au moyen de plaques qui alternent entre elles, formant deux circuits de mouvement. Ceci élimine le mélange d'énergie thermique entre les deux flux. Toutes les plaques sont séparées par des entretoises en caoutchouc.
brasé
Les appareils de ce type ne sont pas démontés, contrairement au type précédemment considéré, et toutes les plaques sont soudées ensemble. Les avantages de tels dispositifs sont considérés comme un coût abordable et de petites dimensions. Le principal domaine d'application est les chaudières domestiques à gaz et autres systèmes de chauffage.
Soudé
Les unités de cette classe sont constituées de plaques soudées ensemble sans joints en caoutchouc. Le mouvement du flux de chaleur se fait à travers deux canaux : un le long du ondulé, le second le long du tubulaire. Parmi les inconvénients figurent le coût élevé de l'appareil et sa taille. Les caloporteurs de cette classe sont utilisés à l'échelle industrielle.
Semi-soudé
Une structure constituée de plaques qui sont installées de manière combinée. Les joints sont situés à l'extérieur des plaques soudées par paires. Un tel équipement permet de l'utiliser dans des environnements extrêmement agressifs ou dans des systèmes de refroidissement.
Avantages et inconvénients
Parmi les aspects positifs de l'utilisation de telles unités figurent :
- l'absence de gros coûts de production et d'investissement ;
- efficacité de l'approvisionnement en chaleur;
- petite taille;
- capacité d'auto-nettoyage grâce à un écoulement turbulent élevé;
- en raison de l'augmentation du nombre de plaques, il est possible d'obtenir une augmentation de l'efficacité;
- fiabilité;
- facilité d'entretien et de rinçage;
- poids léger;
- facilité d'installation;
- contamination superficielle minimale;
- élimination complète du mélange de différents types de liquide de refroidissement, grâce à un système d'étanchéité spécial ;
- résistance à la corrosion;
- le haut rendement offre une surface d'échange thermique minimale;
- la possibilité de réduire au minimum les pertes de charge en utilisant des plaques avec différents types de profils ;
- régulation de la température.
Les inconvénients des échangeurs de chaleur à plaques comprennent :
- le besoin de mise à la terre;
- rigueur à la qualité du liquide de refroidissement.
Un grand nombre d'avantages permet l'utilisation d'échangeurs de chaleur dans le segment domestique et industriel.Exiger du liquide de refroidissement n'est probablement pas un inconvénient, mais une nécessité, afin d'éviter la fréquence de remplacement des plaques devenues inutilisables.
Dispositif d'échangeur de chaleur à plaques
L'échangeur de chaleur à plaques est largement utilisé pour l'échange de chaleur de vapeurs ou de liquides et agit comme un refroidisseur, un préchauffeur ou un condenseur. Il se compose de plusieurs éléments :
- plaque mobile;
- plaque fixe;
- tuyaux de dérivation avec bride filetée et raccord soudé;
- un ensemble de plaques attachées ensemble;
- guides inférieurs et supérieurs;
- support fileté pour la fixation et les goujons.
Des joints en caoutchouc sont situés entre les plaques. Le mouvement de l'énergie thermique se produit selon plusieurs schémas:
- flux direct,
- contre-courant,
- mixte.
La sélection des équipements à installer dans le système de chauffage et le calcul sont effectués à l'aide d'un logiciel spécial développé spécifiquement à ces fins.
Diagramme de connexion
Pour connecter la plaque TO, un schéma classique est utilisé, dans lequel les tuyaux d'entrée et de sortie du liquide de refroidissement situés sur le panneau avant sont impliqués. Le plus souvent, ces trous sont positionnés de manière à assurer un contre-courant d'énergie thermique et à éviter le mélange des flux chauds et froids.
La deuxième option pour connecter l'échangeur de chaleur utilise les mêmes buses d'entrée et de sortie, qui peuvent être situées non seulement sur le panneau avant, mais également à l'arrière.
La connexion des flux d'entrée et de sortie d'énergie thermique se fait au moyen de buses, avec une connexion à bride, filetée ou soudée.
Dans certains cas, aucun tuyau de dérivation n'est utilisé. Ensuite, la connexion s'effectue en perçant des trous supplémentaires avec un filetage interne pour l'installation de goujons, qui serviront de fixation du liquide de refroidissement à la canalisation. En tant que joint, vous pouvez prendre un joint en caoutchouc ou en caoutchouc résistant à la chaleur.
Règles de sélection
Le choix de l'équipement dépend de plusieurs paramètres, chacun étant calculé individuellement, en fonction de l'endroit où l'échangeur de chaleur sera installé.
Lors du choix d'un modèle, vous devez déterminer les points suivants:
- type de milieu (vapeur, eau, etc.);
- indicateurs de température à l'entrée et à la sortie du liquide de refroidissement;
- perte de pression admissible ;
- indicateurs de température maximale;
- pression maximale à l'intérieur de l'appareil ;
- charge thermique sur l'équipement.
Après avoir obtenu des données sur ces paramètres, il est nécessaire de calculer les indicateurs du système d'échange de chaleur. Après cela, vous pouvez commencer à choisir un modèle, en fonction des indicateurs de puissance disponibles, du débit d'eau, du diamètre et de la zone d'échange thermique.
Principe d'opération
Le principe de fonctionnement d'un échangeur de chaleur à plaques ne peut pas être qualifié de simple. Les plaques sont installées à un angle de 180 degrés les unes par rapport aux autres. Il s'agit généralement d'une soudure de deux paires de plaques qui fournissent une entrée et une sortie d'énergie thermique. La paire extrême ne participe pas au processus de transfert de chaleur.
Selon les caractéristiques de conception, les échangeurs de chaleur sont généralement divisés en trois types :
- mono-circuit,
- multi-circuits,
- bidirectionnel.
La circulation d'énergie thermique dans un dispositif à circuit unique s'effectue en permanence, sur tout le circuit et dans un sens, avec un contre-courant simultané du fluide caloporteur.
Le mouvement du caloporteur dans l'équipement multicircuit se produit dans différentes directions. De tels dispositifs ne sont utilisés que s'il existe une légère différence de température dans le flux de retour et d'entrée.
Le mouvement de l'énergie thermique dans les appareils bidirectionnels se produit le long de deux circuits indépendants, soumis à un contrôle constant de l'apport de chaleur.
Il existe un autre type d'appareil - un échangeur de chaleur à plaques à vapeur, qui est responsable du chauffage de l'eau ou d'un autre liquide dans le système de chauffage. Le principe de fonctionnement de cet appareil n'est pas différent des modèles standard d'agrégats à plaques.
Plaques pour échangeur de chaleur à plaques
L'acier, de 1 mm d'épaisseur, est utilisé comme matériau pour les plaques. Pour turbuliser le flux de liquide de refroidissement et augmenter la surface d'échange thermique, la partie d'écoulement des plaques est nervurée ou ondulée.
Vue en coupe, la surface ondulée a un profil triangulaire équilatéral. La résistance et le débit dépendent du degré de l'angle auquel se trouve l'ondulation. Plus il est tranchant, plus la résistance est faible et plus la vitesse du liquide de refroidissement est élevée.
En plus de l'acier, d'autres alliages sont également utilisés pour la fabrication de plaques d'échangeur de chaleur, selon l'endroit où l'appareil fonctionnera.
Applications
Chaque type d'échangeur de chaleur a son propre domaine d'application.
Les échangeurs de chaleur à joints sont généralement utilisés :
- pour l'installation de réseaux de chaleur;
- dans des chambres frigorifiques ;
- dans les piscines, etc.
Les appareils brasés sont utilisés :
- dans des congélateurs ;
- dans les systèmes de climatisation;
- dans les systèmes de ventilation ;
- dans les installations de compresseurs.
Les appareils soudés et semi-soudés ont trouvé leur application :
- dans les systèmes de climatisation et de ventilation ;
- dans l'industrie pharmaceutique;
- dans l'industrie alimentaire;
- dans les systèmes de chauffage et l'approvisionnement en eau chaude ;
- dans les pompes de circulation, etc.
En usage domestique, on trouve le plus souvent un échangeur de chaleur de type brasé. Il est responsable du refroidissement ou du chauffage de l'énergie thermique.
Un échangeur de chaleur est un élément de système utilisé dans les secteurs des services publics, de l'alimentation, de la métallurgie, du pétrole et du gaz, ainsi que dans la construction navale. La prévalence des avantages sur les inconvénients indique son utilisation efficace. Après avoir correctement identifié les caractéristiques techniques et les tâches de l'appareil, vous pouvez installer le système de chauffage à la maison à l'aide des dessins et des schémas de connexion de l'échangeur de chaleur accessibles au public sur Internet.
