La fonction principale des échangeurs thermiques à plaques est le transfert d’énergie (chaleur) d’un fluide à un autre sans se toucher et sans se mélanger. Les fluides présents au sein d’un échangeur thermique (liquide ou gaz) n’ont pas la même température. Le transfert de chaleur concerne un fluide chaud et un fluide froid présents dans des chambres séparées. L’échangeur à plaques dispose d’une excellente efficacité énergétique, bien qu’ils soient de petite taille. Découvrez le rôle d’un échangeur thermique à plaque, son mode de fonctionnement et les différents modèles présents sur le marché.
Principe et fonction d’un échangeur thermique à plaques ?
L’échangeur thermique à plaques est un élément qui permet de transférer la chaleur entre deux fluides de même nature (gaz ou liquide) et à température différente. Le transfert de la chaleur a lieu dans des chambres séparées contenant un fluide chaud et un fluide froid qui circulent sans se toucher ni se mélanger. Le rôle de l’échangeur à plaques est de chauffer l’eau froide et de refroidir l’eau chaude. Ces dispositifs sont présents à l’intérieur des accumulateurs à stratification. Selon les besoins, un tel échangeur peut être extensible. Un échangeur de ce type se retrouve dans les chaudières (pour la production d’eau chaude sanitaire), les réfrigérateurs et les climatisations.
Structure des échangeurs thermiques à plaque
Les échangeurs thermiques à plaque peuvent être fabriqués en plusieurs matériaux. Ils se composent de plusieurs plaques en acier inoxydable, en aluminium ou en matière synthétique. Les plaques qui les constituent sont très fines et ont une forme cannelée ou nervurée. Ces dernières sont assemblées entre elles par le biais d’une soudure, de joints ou encore d’une brasure. Elles ne sont pas épaisses, celles-ci mesurent environ 0,1 mm à 0,8 mm. Il y a des canaux entre chaque plaque pour que les fluides puissent circuler de façon parallèle. Ces espaces qui les séparent vont de 5 à 10 mm. Les plaques sont conçues en chevrons ou en canaux pour qu’une zone de turbulence soit créée au sein de l’échangeur. Cela donne la possibilité d’améliorer la conductivité et de rendre plus simples les échanges thermiques.
Comment fonctionne un échangeur de chaleur à plaque ?
Le mode de fonctionnement d’un échangeur de chaleur à plaque est simple. L’échangeur thermique est conçu pour permettre un échange de chaleur sans contact entre un fluide froid et un fluide chaud. Au sein de cet élément, les courants entre les fluides primaires et secondaires sont soit croisés, opposés ou parallèles. Pour fonctionner, l’un des fluides circule à l’intérieur des conduits impairs et l’autre au sein des conduits pairs. C’est sur toute la surface des plaques que le transfert calorifique s’effectue. C’est ce que l’on appelle la zone de transfert thermique. Le fluide froid est réchauffé et le fluide chaud est refroidi. Le niveau de température désiré peut être maintenu de manière durable et stable. Le principe majeur de l’échangeur de chaleur à plaques est de maximiser l’échange convectif. Afin d’y parvenir, les différentes plaques peuvent être gaufrées, croisées ou alvéolées. C’est grâce à cette conception que la turbulence est créée au sein de l’échangeur. Cela améliore les performances du dispositif. La majorité des échangeurs thermiques à plaques présentent la même technologie. Leur fonctionnement repose sur trois principes :
- Conduction : les échanges thermiques se réalisent généralement à travers les parois métalliques ;
- Convection : l’échange thermique s’effectue entre les parois et les fluides ;
- Rayonnement : les échanges sont faits entre les parois en infrarouge et les fluides. Cela concerne un fonctionnement à forte température uniquement.
Les différents types d’échangeurs à plaques
Les différents types d’échangeurs à plaques sont les suivants :
- Échangeurs thermiques à plaques air-eau : condenseurs d’air, refroidisseurs de liquide à refroidissement par air, refroidisseurs de gaz à air, refroidisseurs d’air, chauffe-air ;
- Échangeurs thermiques à plaques eau-gaz : condenseurs tubulaires, évaporateurs tubulaires, échangeurs thermiques tubulaires, échangeurs thermiques à tubes et calandres, échangeurs thermiques à double tube ;
- Échangeurs thermiques à plaques eau-eau : échangeurs thermiques à plaques et joints, échangeurs thermiques brasés ;
- Échangeurs thermiques à plaques eau-huile : échangeurs de chaleur brasés ;