Échangeur de chaleur dans la réfrigération

Types d'échangeurs de chaleur dans la réfrigération

Un échangeur de chaleur dans la réfrigération est un dispositif conçu pour transférer de la chaleur entre deux fluides à des températures différentes sans les mélanger. Il joue un rôle essentiel dans le refroidissement du gaz de refoulement du compresseur dans le système de réfrigération. Il existe plusieurs façons de classer les échangeurs de chaleur, notamment l'arrangement d'écoulement, le matériau de construction, les conceptions et l'utilisation.

• Arrangement d'écoulement : Dans un échangeur de chaleur à contre-courant, deux fluides se déplacent dans des directions opposées. Cet arrangement permet au fluide froid d'absorber la chaleur efficacement, augmentant la différence de température entre les deux fluides. Pendant ce temps, dans un échangeur de chaleur à co-courant ou à écoulement parallèle, les deux fluides s'écoulent dans la même direction. Bien que cet arrangement empêche le fluide froid d'absorber la chaleur efficacement, les échangeurs de chaleur à écoulement parallèle sont plus faciles à construire et à entretenir.
• Matériaux de construction : L'acier est un matériau courant utilisé dans les échangeurs de chaleur en raison de sa construction durable. Les échangeurs de chaleur en acier au carbone fonctionnent bien dans les situations à haute pression. Le cuivre, couramment utilisé dans les échangeurs de chaleur à tubes et à calandres, a une excellente conductivité thermique, ce qui lui permet d'absorber et de transférer la chaleur rapidement et efficacement. L'aluminium est souvent utilisé dans les échangeurs de chaleur à plaques car il est léger et présente une bonne conductivité thermique. Les échangeurs de chaleur en aluminium sont utilisés dans les petits systèmes de réfrigération compacts.
• Conceptions : L'échangeur de chaleur tubulaire est constitué de longs tubes qui transfèrent la chaleur entre deux fluides. La conception peut être compacte ou occuper un grand espace, selon l'utilisation spécifique. L'échangeur de chaleur à plaques est constitué de nombreuses plaques métalliques minces et ondulées empilées les unes sur les autres. Il permet à deux fluides de s'écouler à intervalles entre les plaques, transférant la chaleur à travers elles. L'échangeur de chaleur pseudo-plaque utilise le même principe que la conception à plaques, mais il est beaucoup plus léger et plus fin. La conception à poche permet au réfrigérant de rester dans les poches plus longtemps, améliorant ainsi l'échange de chaleur.
• Utilisation : Les échangeurs de chaleur refroidis par air sont des dispositifs qui rejettent la chaleur du réfrigérant dans l'air ambiant. La chaleur est rejetée à l'aide d'un ventilateur qui fait circuler l'air ambiant à travers les serpentins, enlevant la chaleur et refroidissant efficacement le réfrigérant. Les condenseurs sont des composants essentiels des systèmes de réfrigération qui transforment les réfrigérants de l'état gazeux à l'état liquide. Ce processus permet au réfrigérant d'être disséminé dans tout le système, permettant un refroidissement efficace. Les refroidisseurs de liquide sont des échangeurs de chaleur spécialisés utilisés pour éliminer la chaleur d'un liquide, tel que le réfrigérant, l'eau ou le glycol, en la transférant vers un flux d'air. Le travail d'un évaporateur dans un système de réfrigération est d'absorber la chaleur de la zone ou du milieu qui nécessite un refroidissement. Ce processus libère de l'énergie thermique froide qui refroidit l'environnement ou l'espace.

Spécifications et entretien de l'échangeur de chaleur dans la réfrigération

Les échangeurs de chaleur sont fabriqués avec un matériau résistant pour supporter les situations à haute pression auxquelles ils sont confrontés. Le matériau typique est l'acier inoxydable. Les pièces principales comme les plaques, les tubes ou les conteneurs sont souvent fabriqués en cuivre, qui est très bon pour transférer la chaleur. Certaines unités de réfrigération utilisent de l'acier au carbone ou des alliages spéciaux en fonction des besoins des applications individuelles. Les alliages sont des matériaux constitués de deux métaux ou plus différents combinés ensemble. Bien que les dimensions des échangeurs de chaleur varient considérablement en fonction de leur type et des unités dans lesquelles ils sont utilisés, les éléments suivants incluent quelques spécifications courantes :

• Tubes : Le diamètre extérieur des tubes mesure généralement entre 3/8 et 1 pouce, tandis que la longueur atteint 20 pieds ou plus.
• Collecteurs : Les collecteurs se trouvent généralement dans des formes carrées ou rectangulaires. Leurs dimensions dépendent de l'échangeur de chaleur dans lequel ils sont utilisés.
• Pression nominale : Les pressions nominales vont de 1 livre par pouce carré à 10 000 livres par pouce carré. Les pressions nominales les plus couramment utilisées sont de 150 psi, 300 psi et 600 psi.
• Ailettes : Les ailettes peuvent être trouvées dans différentes formes telles que trapézoïdales, en forme de W, elliptiques, rondes et carrées. Leur hauteur varie de 1/2 à 1 pouce, tandis que la longueur atteint 10 pouces ou plus. La distance entre deux ailettes est généralement d'environ 1/4 de pouce.

Un entretien et une maintenance appropriés des échangeurs de chaleur peuvent aider les propriétaires et les exploitants à garantir que leurs performances sont optimales, à prolonger leur durée de vie et à éviter tout accident ou incident imprévu. Voici un programme d'entretien de routine qui s'applique à la plupart des échangeurs de chaleur que l'on trouve dans les systèmes de réfrigération :

• Contrôles quotidiens : Effectuez des contrôles visuels sur les échangeurs de chaleur tous les jours. Recherchez tout signe de dommage, de fuite ou de corrosion. Surveillez les jauges de température et de pression sur l'échangeur de chaleur pour les maintenir dans des limites saines. Signalez immédiatement toute lecture inhabituelle ou anormale aux autorités compétentes.
• Contrôles hebdomadaires : Nettoyez l'échangeur de chaleur de l'extérieur au moins une fois par semaine. Utilisez les produits et solutions de nettoyage recommandés par les fabricants d'équipements. Le goudron, la graisse et la poussière peuvent s'accumuler sur la surface au fil du temps et affecter l'efficacité du transfert de chaleur. Il est également très important de vérifier s'il y a des obstructions ou des dépôts à l'intérieur de l'échangeur de chaleur. Les solides peuvent s'accumuler au fil du temps, réduisant ses performances.
• Contrôles mensuels : Inspectez l'isolation de l'échangeur de chaleur une fois par mois. Recherchez tout signe de dommage, d'humidité ou de décomposition. Une isolation endommagée peut entraîner une perte de chaleur et augmenter les factures d'énergie. De même, tous les raccords et les fixations doivent être vérifiés pour s'assurer qu'ils sont bien fixés et serrés. Toute pièce desserrée doit être resserrée immédiatement pour éviter les risques de sécurité.
• Contrôles trimestriels : Faites réviser le système d'échangeur de chaleur tous les trois mois par un technicien qualifié. Il effectuera une inspection approfondie de toutes les pièces et de tous les composants. Le système sera calibré conformément aux normes du fabricant, tandis que toute pièce endommagée ou défectueuse sera remplacée instantanément.

Scénarios

• Réfrigération commerciale :

  Les échangeurs de chaleur sont des composants essentiels des systèmes de réfrigération commerciale. Les supermarchés, par exemple, utilisent des échangeurs de chaleur dans leurs systèmes de réfrigération pour permettre le transfert de chaleur entre le réfrigérant et l'air à l'intérieur du magasin. Cela permet de garder les produits frais et bien conservés.

• Refroidissement des procédés industriels :

  Les industries chimique, pharmaceutique et agroalimentaire s'appuient souvent sur les échangeurs de chaleur pour refroidir les équipements, les réacteurs et les produits. Ils jouent un rôle important dans le maintien d'une température optimale pour garantir la qualité du produit final.

• Refroidissement des centres de données :

  Les centres de données exploitent de grandes fermes de serveurs qui produisent une quantité énorme de chaleur. Les échangeurs de chaleur sont utilisés pour dissiper cette chaleur et maintenir des températures de fonctionnement optimales pour les serveurs afin d'éviter tout dommage.

• Systèmes de climatisation :

  Les échangeurs de chaleur sont également utilisés dans une variété de types de systèmes de climatisation, y compris les systèmes centralisés et les systèmes à division. La fonction de l'échangeur de chaleur dans le climatiseur est de permettre le transfert de chaleur entre le réfrigérant et l'air intérieur/extérieur.

• Systèmes CVC :

  Dans les systèmes CVC, les échangeurs de chaleur sont utilisés pour récupérer l'énergie de l'air d'évacuation, transférer la chaleur entre différents flux de fluide et améliorer les processus de refroidissement et de chauffage.

• Systèmes d'énergie renouvelable :

  Les échangeurs de chaleur sont des composants essentiels des systèmes d'énergie renouvelable tels que les centrales solaires à concentration (CSP) et les centrales géothermiques.

Comment choisir un échangeur de chaleur dans la réfrigération

Les échangeurs de chaleur jouent un rôle important dans l'efficacité des systèmes de réfrigération, il est donc essentiel de choisir l'échangeur de chaleur approprié pour l'application du système de réfrigération.

• Fluide de travail :

  Identifier les fluides entre lesquels le transfert de chaleur doit avoir lieu. Chaque type d'échangeur de chaleur a certaines limites concernant les propriétés des fluides qu'il peut manipuler. Par exemple, les échangeurs de chaleur air-air sont utilisés lorsque deux courants d'air sont impliqués.

• Surface de transfert de chaleur requise :

  La quantité de surface nécessaire pour le transfert de chaleur dépend de la capacité de réfrigération du système et des plages de température du réfrigérant et de la substance à refroidir ou à chauffer.

• Perte de charge :

  Une perte de charge admissible permet de sélectionner un échangeur de chaleur qui correspond au budget de pression global du système de réfrigération.

• Compacité :

  La taille physique de l'échangeur de chaleur est souvent importante pour l'assemblage final du système de réfrigération, en particulier pour les modèles portables.

• Coût :

  En tenant compte du coût de l'échangeur de chaleur acheté pour une seule unité. En petites quantités, les échangeurs de chaleur à tubes et à calandres sont généralement plus rentables et sont souvent utilisés dans les équipements qui seront utilisés dans de nombreuses installations commerciales.

• Source :

  Un facteur important pour décider comment choisir des échangeurs de chaleur dans les systèmes de réfrigération et leurs sous-composants sera l'approvisionnement et les considérations d'utilisation. Certains fournisseurs proposent des solutions complètes de réfrigération qui utilisent des pièces standard comme les échangeurs de chaleur. En revanche, d'autres peuvent concentrer leurs offres sur des articles individuels entièrement personnalisés pour leur mise en œuvre de la réfrigération.

Enquêter sur les performances de l'échangeur de chaleur dans la réfrigération avant d'acheter est une bonne option. Méfiez-vous des fournisseurs qui ne peuvent pas fournir d'informations claires sur le fonctionnement de leurs systèmes ou sur la durée de vie estimée de leur service.

Q&A

Q1 : Les échangeurs de chaleur sont-ils utilisés dans les réfrigérateurs ?

A1 : Oui, les échangeurs de chaleur sont utilisés dans les réfrigérateurs. Le type d'échangeur de chaleur utilisé dépend de la conception du réfrigérateur. Généralement, le réfrigérant fonctionne en faisant passer le réfrigérant à travers les serpentins de l'échangeur de chaleur. La chaleur de l'intérieur du réfrigérateur est absorbée par le réfrigérant qui circule à travers les serpentins. En conséquence, la chaleur est échangée et l'intérieur refroidi.

Q2 : Les échangeurs de chaleur refroidissent-ils ?

A2 : Oui, les échangeurs de chaleur peuvent effectuer un refroidissement. Les échangeurs de chaleur sont des dispositifs utilisés pour transférer de la chaleur entre deux fluides ou plus sans les laisser se mélanger. L'un des processus qui peuvent être effectués par un échangeur de chaleur est le refroidissement. Les échangeurs de chaleur peuvent éliminer la chaleur d'un fluide, ce qui entraîne un effet de refroidissement.

Q3 : Quelles sont les limites des échangeurs de chaleur ?

A3 : Les échangeurs de chaleur ont certaines limites. Ils nécessitent une maintenance périodique pour bien fonctionner. Ils peuvent également fuir, ce qui entraîne le mélange des fluides. Il y a aussi le risque de colmatage qui réduit l'efficacité du transfert de chaleur, et les échangeurs peuvent être très chers.