Quelle est l'efficacité des échangeurs de chaleur à plaques ?

Dans les applications industrielles et résidentielles modernes, l'utilisation efficace de l'énergie thermique est essentielle pour améliorer les performances du système. Un échangeur de chaleur à plaques est un appareil composé d'une série de plaques métalliques parallèles et minces assurant le transfert de chaleur. Ces plaques sont scellées par des joints ou par brasage, formant des canaux étanches à l'intérieur desquels les fluides chauds et froids circulent alternativement. Par rapport aux échangeurs de chaleur traditionnels à tubes et calandre, l'avantage principal des échangeurs à plaques réside dans leur conception ondulée unique. Cette conception augmente non seulement considérablement la surface d'échange thermique, mais surtout, elle génère une turbulence intense au sein du fluide. Cette turbulence perturbe efficacement la couche limite de l'écoulement du fluide, améliore significativement l'efficacité du transfert de chaleur convectif et confère une certaine capacité d'auto-nettoyage.

Les échangeurs de chaleur à plaques sont utilisés dans des applications telles que la récupération de chaleur dans les systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation (HVAC), le refroidissement ou le chauffage de produits dans la production alimentaire et des boissons, la récupération de chaleur fatale dans la production industrielle, les pompes à chaleur à eau, la réfrigération d'équipements médicaux, l'industrie lourde et les raffineries. De plus, les avancées technologiques ont permis aux échangeurs de chaleur à plaques d'accomplir des percées importantes sur des marchés émergents tels que les systèmes de stockage d'énergie, la gestion du refroidissement liquide des centres de données et les piles à combustible à hydrogène. Les échangeurs de chaleur à plaques sont très efficaces, la capacité d'échange de chaleur étant généralement plusieurs fois supérieure à celle des modèles tubulaires. Ils peuvent fonctionner sous de faibles différences de température, récupérer pleinement la chaleur fatale et ainsi réaliser des économies d'énergie significatives.

1. Coefficient élevé d'échange de chaleur

✅ La structure ondulée ou en os de poisson présente sur la surface des plaques crée une turbulence intense dans le fluide, améliorant considérablement l'efficacité d'échange thermique.
✅ Les coefficients typiques de transfert thermique combiné peuvent atteindre 2000–6000 W/m² ·K, alors que les échangeurs de chaleur tubulaires ont généralement des coefficients de 500–1500 W/m² ·K.
✅ Ainsi, pour une même surface d'échange, les échangeurs de chaleur à plaques sont environ 2 à 5 fois plus efficaces que les échangeurs de chaleur tubulaires.

2. Faible différence de température minimale

✅ Les échangeurs de chaleur à plaques peuvent fonctionner avec des différences de température très faibles, allant jusqu'à 1°C.
✅ Cela signifie que la chaleur résiduelle à basse température peut être mieux utilisée, améliorant ainsi l'efficacité énergétique.

3. Utilisation élevée de la surface d'échange

✅ Les plaques minces (généralement de 0,5 à 0,8 mm d'épaisseur) offrent une faible résistance thermique.
✅ Étant donné que les plaques sont disposées de manière compacte, presque toute la surface des plaques est utilisée pour le transfert de chaleur, ce qui entraîne une utilisation élevée de la surface.

4. Avantages globaux d'efficacité

✅ Taille compacte et haut rendement : À capacité de transfert de chaleur égale, le volume et le poids d'un échangeur de chaleur à plaques ne représentent que 1/3 à 1/5 de celui d'un échangeur de chaleur tubulaire.
✅ Faible consommation d'énergie : Un fonctionnement avec une faible différence de température réduit la consommation d'énergie.
✅ Entretien facile : Lorsque le rendement diminue, il suffit de nettoyer les plaques pour le restaurer, éliminant ainsi la nécessité d'arrêts prolongés ou de remplacements coûteux.