Les échangeur de chaleur

Les échangeurs de chaleur sont des équipements largement connus utilisés pour assurer le transfert de la chaleur entre deux ou plusieurs fluides[1]. De plus, les échangeurs de chaleur sont généralement utilisés dans les processus de refroidissement et de chauffage. Par conséquent, les échangeurs de chaleur sont parmi les principaux composants des systèmes cryogéniques.

Le principe de fonctionnement d'un échangeur de chaleur consiste à transférer la chaleur sans transférer ni mélanger le fluide qui transporte la chaleur, où le fluide chaud se refroidit et le fluide froid se réchauffe, sans contact direct.

On peut classer les échangeurs de chaleur en fonction de leur travail de base en 4 types basés sur la configuration du chemin d'écoulement, comme le montre la Figure 3, et leur explication est présentée dans Tableau 1.

Figure 3. Types de configuration de chemin d'écoulement à travers l'échangeur de chaleur
Tableau 1. Chemin d'écoulement à travers l'échangeur de chaleur

1

Écoulement parallèle

les deux flux de fluide entrent ensemble à une extrémité, s'écoulent dans la même direction et partent ensemble à l'autre extrémité.

2

À contre-courant

les deux flux se déplacent dans des directions opposées.

3

Flux croisé à passage unique

un fluide se déplace à travers le transfert de chaleur vers le trajet d'écoulement de l'autre fluide.

4

Flux croisé multi passe

un flux de fluide revient en arrière et plusieurs traversent le trajet d'écoulement de l'autre flux de fluide.

La différence entre ces quatre types de base peut être citée dans la surface de transfert de chaleur nécessaire pour transférer la quantité de chaleur souhaitée entre les deux fluides. Aussi, il est important de noter que plus la configuration est complexe, plus les technologies sont coûteuses, un facteur peut influer directement sur la faisabilité de la technologie d'un point de vue économique.

Échangeurs de chaleur utilisés dans les systèmes cryogéniques de liquéfaction

En fait, il existe deux échangeurs de chaleur couramment utilisés, le premier se réfère aux échangeurs à tube enroulé dans une coque (Figure 4), dans lesquels presque des systèmes ventilés ont été utilisés de ce type. Cependant, l'échangeur à tube enroulé dans une coque est coûteux et nécessite une grande quantité de main-d'œuvre. Ses avantages sont qu'il peut fonctionner à n'importe quelle pression supportée par le tube, et qu'il peut être construit sur des gammes de taille très larges et avec une grande flexibilité de conception.

Figure 4. Section d'un échangeur à tube enroulé dans une coque

Le deuxième type d'échangeurs de chaleur couramment utilisés est l'échangeur à plaques et ailettes (Figure 5, qui est devenu plus tard le type le plus couramment utilisé. Car ce type assure un coût relativement faible et une forte concentration de surface par pied cube de volume d'échangeur

Figure 5. Échangeur à plaques et ailettes