Les systèmes de chauffage, de climatisation ou de réfrigération ne peuvent fonctionner sans échangeur thermique. Ce dernier est un élément essentiel qui assure le transfert de chaleur entre deux fluides au travers d’une paroi conductrice sans les mélanger. Découvrez dans cet article tout ce qu’il faut savoir concernant l’échangeur de chaleur ainsi que les différents types existants.
Mission de l’échangeur thermique
La mission principale de l’échangeur thermique consiste au transfert de l’énergie calorifique d’un fluide vers un autre, sans que les deux se mélangent. En ce qui concerne le système de chauffage ou de production d’eau chaude, par exemple, le traitement d’eau pour échangeur de chaleur se fait de la manière suivante : un fluide primaire, dit « fluide chauffant » chauffe le fluide secondaire à travers un matériau conducteur qui permet, d’autre part, de limiter les fuites de chaleur.
Pour un échange de chaleur optimal, il est impératif qu’il y ait un écart de température entre les deux fluides : l’un est donc chaud et l’autre froid. Toutefois, le rôle de l’échangeur de chaleur n’est pas seulement de réchauffer un fluide, il consiste également à assurer la réfrigération de celui-ci comme pour le cas du système de refroidissement des réfrigérateurs et des climatiseurs, entre autres.
Principe de fonctionnement de l’échangeur thermique
Pour pouvoir effectuer le transfert thermique entre les fluides, l’échangeur de chaleur est constitué de réseaux parallèles à travers lesquels les fluides, de température différente, circulent. Le fluide chaud (fluide primaire) se dirigera vers le fluide froid (fluide secondaire) pour le réchauffer, perdra ses calories, puis sortira de l’échangeur refroidi tandis que le second fluide est réchauffé.
L’eau, l’air, l’huile, la vapeur d’eau ou encore un liquide caloporteur, tels sont les fluides pouvant être utilisés dans un échangeur thermique. Ces derniers peuvent évoluer de manière différente d’un échangeur de chaleur à un autre et peuvent ainsi circuler :
- À contre-courant, autrement dit, en déplacement dans un sens opposé l’un par rapport à l’autre ;
- À éo-courant ou courants parallèles, dans le même sens ;
- À courants croisés, le sens d’écoulement est à la fois à contrecourant et à co-courant.
Dans la majorité des cas, les échangeurs thermiques ont recours aux fluides à évolution à contre-courant ou à courants croisés.
Les divers types d’échangeurs thermiques
On peut répertorier plusieurs types d’échangeurs thermiques, dont :
- L’échangeur à ailettes ;
- L’échangeur à bloc ;
- L’échangeur à spirale ;
- L’échangeur à plaques ;
- L’échangeur à tubes.
Il est bon de savoir que ce sont ces deux dernières options (à plaques et à tubes) qui constituent le principal choix technologique dans les systèmes de chauffage ou chauffe-eau des logements et sur lesquels nous nous focaliserons.
L’échangeur de chaleur à plaques
Ce type d’échangeur thermique est souvent utilisé notamment dans les climatisations, dans les chaudières pour la production d’eau chaude sanitaire ou dans les réfrigérateurs. Dans ce cas, les fluides évoluent de chaque côté des plaques qui sont, en général, ondulées.
Les plaques, fabriquées en acier inoxydable, en aluminium, en inox ou en cuivre, vont servir de conducteur de chaleur et sont parfaitement étanches afin d’empêcher que les fluides de température différente ne se mélangent. Pour assurer leur étanchéité, les plaques peuvent être à joints, soudées, assemblées par fusion ou brasées.
L’échangeur thermique à tubes ou tubulaire
Composé de nombreux tubes placés dans une calandre, l’échangeur tubulaire ou multitubulaire est encombrant et particulièrement utilisé dans les installations puissantes, telles que les tours de refroidissement des centrales nucléaires, par exemple.
