Chacun de nous a rencontré les échangeurs de chaleur les plus simples. Un exemple frappant de ceci est la conception de "pipe in pipe" ou quelque chose comme ça. Il serait difficile d'imaginer notre vie si l'échangeur de chaleur n'avait pas été inventé. Aujourd'hui, il existe un grand nombre d'échangeurs de chaleur. Ils diffèrent les uns des autres non seulement par leurs caractéristiques techniques, mais aussi par leur portée, leur conception, etc. Parlons plus en détail de ce sujet et traitons des points intéressants.
Quelques informations générales
Un échangeur de chaleur est un dispositif utilisé pour transférer la chaleur d'un milieu à un autre. Dans le même temps, vous devez comprendre que l'échangeur de chaleur lui-même, sans équipement de chauffage, est complètement inutile, mais dans le complexe, vous pouvez obtenir de merveilleux résultats et chauffer avec succès même des pièces très grandes et froides. De plus, les scientifiques ont constamment essayé de minimiser la perte de chaleur lorsqu'elle est transférée dans un autre environnement. Aujourd'hui ce n'est pas possiblese vanter d'une efficacité de 100 %, mais nous pouvons parler en toute sécurité d'une efficacité de 90 à 95 %. Les caractéristiques opérationnelles et techniques du produit sont augmentées grâce à l'utilisation de matériaux spécialement préparés, ainsi que d'un liquide de refroidissement. Bien sûr, tout cela augmente quelque peu le prix des équipements, mais ça vaut le coup.
Lors de la conception, les ingénieurs sont constamment confrontés à des exigences contradictoires qui doivent être combinées dans une seule bouteille. Par exemple, il est nécessaire de réduire la résistance hydraulique et en même temps d'augmenter le coefficient de transfert de chaleur. L'échangeur de chaleur doit être résistant à la corrosion, mais pas trop difficile à entretenir. Tout cela a conduit au fait que de nombreux types d'échangeurs de chaleur sont apparus. Celui qui convient le mieux à la situation est utilisé.
Classification des échangeurs de chaleur
Comme indiqué ci-dessus, il existe actuellement un grand nombre d'échangeurs de chaleur. Tout d'abord, ils doivent être séparés selon la méthode de transfert de chaleur vers le milieu. Ici, les échangeurs de chaleur sont divisés en groupes suivants:
- récupération;
- régénératif;
- mélange;
- chauffage électrique.
Regardons de plus près les échangeurs de chaleur à récupération. La conception du produit implique la présence d'une paroi monocouche ou multicouche à travers laquelle la chaleur est transférée. Habituellement, cela se produit déjà en mouvement constant. Il est intéressant de noter que dans de tels dispositifs, le transfert de chaleur s'effectue avec un mouvement forcé sans changement de phaseÉtats. Mais cela ne s'applique qu'aux échangeurs de chaleur fonctionnant en permanence. Si nous parlons d'unités avec un mode de fonctionnement périodique, alors pendant une certaine période de temps, le chauffage, l'évaporation et le refroidissement sont effectués, et tout cela en mode séquentiel. De tels dispositifs appartiennent à des échangeurs de chaleur à mouvement thermique instable. Cela est dû au fait que la température du liquide de refroidissement à l'entrée et à la sortie est très différente. Souvent, ces agrégats se trouvent sous la forme de bobines et sont lamellaires, nervurés et autres formes. Un peu plus tard, nous examinerons plusieurs types. Mais la classification des échangeurs de chaleur ne s'arrête pas là.
Unités de régénération et chauffage électrique
Dans ce cas, comme dans le précédent, la surface d'échange thermique est utilisée pour transférer l'énergie thermique. Cependant, cette surface est une sorte de buse. Il joue le rôle d'un moyen d'accumulation intermédiaire qui accumule de la chaleur. Dans l'ensemble, l'ensemble du processus peut être divisé en plusieurs étapes. Au premier étage, la buse perçoit une certaine quantité de chaleur. Ensuite, il y a une transition vers la deuxième étape et le liquide de refroidissement est transféré sur la surface de la buse. Cela se produit lors de la modification du débit des liquides de refroidissement. À ce stade, la buse se refroidit progressivement et la chaleur accumulée est libérée dans l'environnement chauffé, qui peut être votre pièce.
Les régénérateurs sont des unités non stationnaires. La buse est souvent immobile et les processus thermiques sont répétés de manière synchrone. Les appareils de ce type sont souvent appelés épurateurs outours de refroidissement.
L'essence des échangeurs de chaleur à chauffage électrique est que l'électricité est utilisée comme principale source de chaleur. Les installations à arc électrique sont utilisées pour convertir l'énergie électrique en énergie thermique. Ils peuvent être à la fois directs et indirects. Les échangeurs de chaleur les plus courants dans l'industrie sont les appareils de chauffage à induction et à résistance. Comme vous pouvez le voir, les équipements d'échange de chaleur peuvent être différents, nous allons maintenant examiner de plus près chaque type, sa portée et ses caractéristiques de conception.
Échangeurs de chaleur en spirale
L'appareil est une paire de canaux en spirale. Ils s'enroulent généralement autour de la cloison centrale. Pour ce faire, ils sont fabriqués à partir de matériau laminé. Il convient de noter que les échangeurs de chaleur en spirale sont bien adaptés au chauffage et au refroidissement de fluides à haute viscosité.
En gros, la surface chauffante est formée de deux feuilles de métal, qui sont fixées au noyau au moyen d'une soudure. L'unité elle-même se compose de seulement 2 canaux, généralement rectangulaires, réalisés sous la forme d'une spirale. L'extrémité de la spirale (interne) a une paroi de séparation et est fixée avec des épingles. Les échangeurs de chaleur peuvent être réalisés à la fois verticaux et horizontaux. S'il n'est pas possible d'installer un type en raison d'un espace insuffisant ou d'une configuration complexe de la pièce, le second, plus préférable, est utilisé. Il est également intéressant que le consommateur puisse choisir la spiraleéchangeurs de chaleur avec différentes largeurs de spirale, de 20 à 150 centimètres. Dans le même temps, la surface de chauffe peut varier de 3,2 à 100 mètres carrés avec une pression maximale du système de 1 MPa.
Il convient de noter que cet équipement d'échange de chaleur présente un certain nombre d'avantages importants. Premièrement, il s'agit d'une résistance hydraulique réduite. Deuxièmement, compacité et haute efficacité et intensité de transfert de chaleur. Mais tout cela a contribué au fait qu'il y avait des inconvénients sous la forme d'une conception et d'une réparation complexes.
À propos des échangeurs de chaleur à plaques
Actuellement, des échangeurs de chaleur à plaques pliables et non séparables sont fabriqués. Naturellement, le premier type est préférable pour de nombreuses raisons. Tout d'abord, c'est la facilité d'entretien. Un tel équipement est très rapidement démonté et assemblé, de sorte que toute panne est éliminée en peu de temps. Les modèles non séparables ne sont généralement pas réparés, et s'ils le sont, alors beaucoup plus longtemps.
En fait, le nom suggère que cet équipement se compose d'un ensemble de plaques préfabriquées. Ils peuvent être fabriqués à partir de divers matériaux tels que le cuivre, le titane, le graphite, etc. Presque toujours, pour améliorer les performances, les plaques sont réalisées en tôle ondulée. Dans les échangeurs de chaleur à plaques, les flux de liquide de refroidissement froid et chaud passent en couches.
L'équipement lui-même est bon car il a une disposition compétente. Cela a permis d'augmenter la surface de la surface d'échange thermique et de faire rentrer tout cela dans des dimensions relativement réduites. Dans tous les cas, avant d'acheter, un calcul des échangeurs de chaleur est effectué, ce qui vous permet d'obtenir des données sur la puissance dont l'appareil a besoin dans un cas particulier. Il faut comprendre que toutes les plaques qui sont resserrées dans un emballage forment des canaux entre elles du fait de la même forme. Le fluide les traverse. Eh bien, nous allons maintenant examiner quelques détails plus intéressants liés à cet équipement.
Utiliser des joints
Comme indiqué ci-dessus, l'élément principal du transfert de chaleur sont les plaques. Ils sont estampés à froid. Pour cela, des alliages résistants à la corrosion sont utilisés, ce qui peut augmenter considérablement la durabilité et l'efficacité de l'unité. L'épaisseur des plaques, selon le modèle, peut varier de 0,4 à 1,0 mm. En position de travail, les plaques sont étroitement plaquées l'une contre l'autre. Dans ce cas, de petits canaux à fentes sont formés. Sur la face avant, il y a une rainure spéciale, un joint en caoutchouc (joint) y est installé. De plus, les joints ont des trous nécessaires à l'alimentation et à l'évacuation du fluide. En cas de percée d'un des trous, un système de rainures de drainage est prévu pour éviter le mélange de fluides froids et chauds.
Grâce à la création d'un contre-courant entre les deux fluides, il a été possible d'obtenir non seulement une amélioration de la température réglée, mais également un transfert de chaleur plus rapide avec des résistances hydrauliques relativement faibles. Il ne serait pas superflu de dire que le principe de base du fonctionnement est basé sur le contre-courant, c'est-à-dire le mouvement de chauffage etfluide chauffant dans différentes directions. Pour éviter le mélange, un double joint en caoutchouc ou une plaque métallique est installé. Le nombre de plaques et de canaux peut varier en fonction des exigences opérationnelles de l'équipement. Avant création, un calcul thermique des échangeurs de chaleur est effectué, ce qui permet de déterminer le mode de fonctionnement optimal. Parfois, des alliages coûteux sont utilisés qui ne craignent pas un fonctionnement à long terme dans un environnement agressif.
Échangeurs de chaleur à plaques et ailettes
PRT sont utilisés pour transférer de la chaleur dans des milieux non agressifs et gazeux dans une large plage de températures, de -270 à +200 degrés Celsius. Dans ce cas, la pression dans le système peut atteindre 100 atmosphères et partir du vide. La conception est basée sur l'idée d'appliquer une surface nervurée des deux côtés des plaques. Le produit lui-même se compose de plusieurs nervures, grâce auxquelles le transfert de chaleur entre les supports est effectué. Il convient de noter que c'est l'échangeur de chaleur à plaques à ailettes qui présente une grande variété de formes d'ailettes. Cela vous permet de modifier légèrement les caractéristiques opérationnelles et techniques. Le plus souvent, vous pouvez voir des côtes continues et ondulées. Mais en plus de ceux-ci, il y en a aussi des plus exotiques, comme ceux perforés et écailleux. La tôle est généralement utilisée comme matériau. Leur épaisseur est réglable en fonction de la pression dans le système et du fluide utilisé.
Souvent, ces types d'échangeurs de chaleur sont fabriqués avec différents types de débit. Le plus souvent, le contre-courant est utilisé, mais il existe égalementcircuits directs et croisés. Si nous parlons brièvement des points forts de ces équipements, ils sont nombreux. Premièrement, ce sont des propriétés opérationnelles, telles que le transfert de chaleur rapide et intensif. Deuxièmement, il est de petite taille. Aujourd'hui, beaucoup disent que ce sont les échangeurs de chaleur à ailettes qui sont les plus avancés. Le plus souvent, le PRT est utilisé dans des industries telles que l'énergie, le raffinage du pétrole, la chimie et l'aviation. Tout cela est dû à un grand nombre d'avantages, ainsi qu'à une large gamme de fluides et de pressions utilisés dans le système.
Échangeur de chaleur à calandre: conception et caractéristiques
Les équipements d'échange de chaleur de type surface, que nous avons déjà examinés, ne sont pas aussi populaires que les unités à calandre et tube. Ce ne sont que les dispositifs qui ont été mentionnés au tout début, dans la version la plus simple - c'est le système "pipe in pipe". Un échangeur de chaleur de ce type est un système (faisceau) de tubes qui sont placés dans un boîtier. Les tubes sont roulés et soudés au corps du produit. Dans certains cas, ils sont en outre ébouillantés. Ceci est fait pour assurer une étanchéité à 100%. Le corps est fourni avec des buses supplémentaires. Certains sont nécessaires pour fournir de la vapeur, d'autres pour l'évacuation des condensats. De plus, il y a des grilles transversales dans le boîtier, qui sont utilisées pour supporter les tubes d'échange de chaleur sur toute la longueur de l'unité. Fait intéressant, les échangeurs de chaleur à coque et à tube sont utilisés à des températures de 190 degrés Celsius oupressions de vapeur saturée supérieures à 15 bar.
Tout système impliquant un mouvement de fluide peut être sujet à un coup de bélier. Ce phénomène est susceptible de désactiver partiellement ou totalement l'équipement. Pour éviter que cela ne se produise, différents types d'éléments de stockage sont utilisés, appelés vases d'expansion. Mais dans notre cas, ce n'est pas nécessaire, car les échangeurs de chaleur à calandre y sont très résistants. De plus, il n'y a pas d'exigences strictes en matière de propreté de l'environnement. Un inconvénient important de ces équipements est que tous les types d'échangeurs de chaleur de ce type sont très gourmands en métal, ce qui affecte le coût final et les dimensions.
Échangeurs de chaleur pour équipements à gaz
Ce n'est un secret pour personne que toute chaudière à combustible solide ou à gaz a un échangeur de chaleur dans sa conception, on les appelle aussi des radiateurs. Nous avons déjà examiné les principaux types. Comme vous l'avez probablement remarqué, ces types ou ces types sont utilisés dans diverses industries. Certains appareils ont trouvé une application plus large, d'autres sont utilisés dans certaines industries et ne conviennent pas à d'autres. Dans notre cas, l'utilisation d'échangeurs de chaleur tubulaires et à plaques a lieu. Dans le premier cas, nous avons affaire à un système de tubes, dans le second - à des plaques. En principe, quel que soit le type, un échangeur de chaleur pour geyser doit répondre à un certain nombre d'exigences. Premièrement, avoir un coefficient de transfert de chaleur élevé, et deuxièmement, être durable et résistant aux températures élevées. Les matériaux les plus populaires sont le cuivre, l'aluminium etacier. Cette dernière option est moins préférable, car un tel métal est lourd, ce qui réduit l'efficacité. Dans tous les cas, l'échangeur de chaleur du geyser doit servir au moins 5 ans.
Conclusion
Nous avons donc passé en revue les principaux types d'échangeurs de chaleur. Des espèces telles que la coquille et la plaque ont été laissées sans attention. En principe, ils diffèrent légèrement des lamellaires ou nervurés classiques. Mais vous pouvez souvent trouver des poêles de bain avec un échangeur de chaleur avec un boîtier. Cependant, la principale caractéristique est que l'équipement résiste aux températures et aux pressions de fonctionnement élevées. Le boîtier peut être constitué de matériaux tels que le titane, l'acier inoxydable ou l'acier au carbone. Il est intéressant de noter que les poêles de bain avec échangeur de chaleur à coque et à plaques sont bien régulés pour la vapeur ou le condensat, ce qui est sans aucun doute un avantage significatif. En principe, cela peut compléter l'histoire, puisque vous savez maintenant tout ce dont vous avez besoin sur les échangeurs de chaleur.
