Un échangeur de chaleur, également appelé échangeur thermique, est une pièce indispensable au sein d’un système de climatisation ou de chauffage. Lorsque ce dernier n’est pas présent, l’échange de chaleur entre les fluides ne peut pas s’effectuer. Cela signifie que sans lui, il n’y a aucune production d’eau chaude sanitaire, de chaleur pour le chauffage et de froid pour la climatisation. Les échangeurs de chaleur permettent également d’accélérer la transition énergétique. En effet, ces dispositifs ont la capacité de valoriser l’énergie thermique qui est produite par les procédés de l’industrie. Découvrez à quoi sert l’échangeur de chaleur et comment fonctionne ce dispositif. Voici également les différents modèles d’échangeurs thermiques domestiques et industriels qui existent sur le marché.
Qu’est-ce qu’un échangeur de chaleur ?
Avant de savoir à quoi servent les échangeurs de chaleur, il est essentiel de se pencher sur sa définition. Un échangeur de chaleur est un élément qui donne la possibilité de transférer de l’énergie calorifique au sein d’un chauffe-eau ou d’une chaudière. Pour être plus précis, un échangeur permet la conductivité thermique d’un fluide vers un autre fluide, afin d’alimenter les dispositifs de chauffage (plancher chauffant, radiateurs à eau) ou de climatisation. Par exemple, dans un système de production d’eau chaude sanitaire nous retrouvons, le fluide primaire (premier fluide) considéré comme “chauffant”. Ce dernier chauffe l’eau chaude sanitaire directement. Le transfert de chaleur a lieu sans mélange des deux fluides (liquide ou gaz). Pour que les échanges de chaleur se réalisent de façon optimale et éviter les déperditions thermiques, il est nécessaire d’utiliser un matériau conducteur au sein de la composition de l’échangeur. Maintenant que vous savez ce qu’est ce dispositif, savoir quelle est la fonction d’un échangeur de chaleur est important pour l’utiliser correctement.
Quel est le rôle d’un échangeur de chaleur ?
Les rôles d’un échangeur de chaleur sont nombreux. Le rôle principal de l’échangeur thermique est de préchauffer ou de refroidir un liquide ou un gaz. L’autre fonction de cet élément est le refroidissement d’un fluide pour la dissipation de l’énergie thermique ne pouvant pas être valorisée. Un échangeur sert aussi à déshumidifier un gaz. Un autre but de l’échangeur de chaleur est d’humidifier, afin de transformer un gaz en un état liquide. Ce dispositif joue un rôle de captation et d’émission thermique pour la restitution de la chaleur. Enfin, les échangeurs thermiques ont comme mission de refroidir le fluide caloporteur au sein des réfrigérateurs ou dans les systèmes de réfrigérateur. Le principe d’un échangeur est de souffler le chaud et le froid.
Principe de fonctionnement de l’échangeur thermique
Le principe de fonctionnement de l’échangeur thermique est très simple. Pour fonctionner, l’échangeur de chaleur utilise deux fluides de même nature ou de nature différente (gaz ou liquide). Ces fluides sont séparés par une paroi conçue en matière conductrice, comme le cuivre, l’acier, l’aluminium ou l’inox. Afin que l’échange de chaleur soit possible, une différence de température entre les deux fluides est primordiale. La chaleur circule du chaud vers le froid et non l’inverse. Au sein de l’échangeur de chaleur, le fluide primaire est chauffé, grâce à l’énergie produite au moment de la combustion du fioul ou de gaz ou créée par la récupération de l’énergie solaire ou par les résistances électriques, etc. Afin d’obtenir un échange de chaleur optimal et efficace, il faut que les fluides circulent soit à :
- Courant croisé
- Contre-courant
- Co-courant
Lorsque l’échange se fait à courant croisé, l’un des deux liquides circule de manière verticale, alors que l’autre circule de façon horizontale. Dans le cas d’un échange de chaleur à contre-courant, l’un des deux liquides entre par le haut de l’échangeur thermique et l’autre par le bas du dispositif. Enfin, lors d’un échange à co-courant, les deux liquides circulent dans la même direction. Les échanges à co-courant ont une circulation moins efficace. En revanche, les échanges à courant croisé et à contre-courant offrent un excellent rendement. Il s’agit des procédés les plus utilisés. Afin que l’efficacité de l’échange de chaleur soit encore plus efficace, certains échangeurs de chaleur hybrides ont recours à plusieurs procédés en même temps. On parle alors de :
- Échangeurs à contact direct
- Échangeur en U ou échangeur ou épingle.
Dans le cas d’un échangeur à contact direct, les fluides doivent être dans un état différent, afin d’éviter qu’ils ne se mélangent (air et eau par exemple). Pour ce qui est de l’échangeur en épingle ou en U, le fluide secondaire réalise un aller-retour au sein du premier fluide en co-courant et après en contre-courant. Pour une meilleure efficacité des transferts de chaleur, la participation d’autres facteurs a lieu, en plus de la circulation des fluides. Nous pouvons citer, le type de fluide, la vitesse du fluide, la matière de la paroi pour la limitation des pertes de chaleur, ainsi que la différence de température entre les fluides.
Quels sont les différents types d’échangeurs de chaleur pour une application domestique ?
Les différents types d’échangeurs thermiques pour une application domestique sont nombreux. Deux catégories les répartissent. Il y a les échangeurs à air et les échangeurs à eau.
Échangeurs de chaleur à air
- Échangeur de chaleur à plaques
- Échangeur de chaleur micro-canaux
- Batterie tube ailette ventilée
- Batterie tube ailette
Échangeur de chaleur à eau
- Échangeur thermique à plaques (échangeur de chaleur à plaques brasées, échangeur de chaleur à plaques et joints)
- Échangeur de chaleur à serpentin
- Échangeur de chaleur multitubulaire
Quels sont les différents types d’échangeurs de chaleur pour l’industrie ?
Les différents types d’échangeurs thermiques pour l’industrie sont :
- Échangeur de chaleur tubulaire vertical
- Échangeur de chaleur tubulaire horizontal
- Échangeur de chaleur à spirale
- Échangeur de chaleur à tubes en U
- Échangeur de chaleur à plaques air/air
- Échangeur de chaleur à plaques eau/eau
- Échangeur de chaleur à bloc
- Échangeur de chaleur rotatif
- Échangeur de chaleur à ailettes
- Condenseur ou économiseur
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