Echangeur tubulaire, principes et avantages

L’échangeur thermique est, aujourd’hui, présent dans de nombreux appareils du quotidien. Il se charge du transfert d’énergie calorifique entre des fluides. Il est utile dans les systèmes de chauffage ou dans la réfrigération. Cet appareil reste très pratique pour les industries et intervient dans différents domaines, notamment dans les installations thermiques industrielles. Il existe différents types d’échangeurs de chaleur : l’échangeur tubulaire et l’échangeur à plaques et joints. Le premier s’utilise le plus dans le domaine industriel, il représente même 60 % des installations existantes. Mais quel est l’intérêt de cet échangeur ? Ci-après le principe de fonctionnement de cet appareil ainsi que ses avantages.

Les différents types de cet échangeur de chaleur à tube

L’échangeur tubulaire, comme son nom l’indique, use de tubes pour favoriser l’échange entre les fluides. Ainsi, vous pouvez trouver différents modèles de cet appareil sur le marché :

• L’échangeur monotube qui ne sert que d’un seul tube. Celui-ci se place dans le réservoir et prend la forme d’un serpentin ;

• Il y a l’échangeur thermique tube-in-tube, aussi connu sous le nom de coaxial. Cet appareil contient plusieurs tubes, entremêlés entre eux ;

• Celui formé avec plusieurs tubes, il s’agit de l’échangeur multitubulaire et il est accessible en trois formes. Vous pouvez trouver un échangeur à calandre et à tube, constitué d’un faisceau de tubes installé dans une calandre. L’échangeur tubulaire à ailettes, qui se compose d’un faisceau de tubes représentés en nappe. Les fluides circulent donc au niveau de ces nappes pour ce modèle. La dernière forme s’appelle échangeur à tubes séparés contenant un grand tube et de petits tubes. Le grand tube intègre les petits qui se relient entre eux par des entretoises.

Comment fonctionne un échangeur tubulaire ?

Un échangeur tubulaire use d’un faisceau de tubes dans une enveloppe et de boîtes de distribution pour la circulation des fluides. Ce faisceau s’installe alors de manière horizontale ou verticale dans cet appareil. La calandre contient également de chicanes pour permettre le transfert et les turbulences des fluides. Quant aux boîtes, elles assurent la bonne circulation des fluides. Pour cet appareil, l’échange de chaleur se fait entre deux fluides. Les deux fluides se composent de fluide chauffant et de fluide chauffé. L’un passe au niveau des tubes et l’autre traverse la calandre, ils ne se mettent pas en contact. Leur mode de circulation peut se présenter de différentes manières :

• La circulation à co-courants ou à courants parallèles : les fluides prennent le même sens pour circuler au niveau de la surface d’échange ;

• Le déplacement à courants opposés ou à courant-croisés. Ici, contrairement à la première, les deux fluides parcourent un sens opposé dans la surface d’échange. Cela produit donc un écart de température conséquent ;

• Le mouvement à contre-courants où les fluides circulent dans des directions perpendiculaires.

Ce type d’échangeur à chaleur peut contenir des fluides de différentes natures. Il peut s’agir d’un échange gaz/gaz, liquide/gaz, eau/fumées, vapeur à haute pression/eau ou encore eau/fluide thermique.

Les formes d’échangeur thermique

En fonction de l’application souhaitée, il existe différentes catégories d’échangeur tubulaire :

• Le condenseur, ici l’échange consiste à modifier l’état du fluide. En d’autres termes, il vise à refroidir le gaz et à le rendre liquide. Il assure donc la condensation de la vapeur au niveau de la surface froide ;

• Le cristalliseur où l’échangeur va permettre la transformation d’un produit, après son isolation, en état solide ;

• Le refroidisseur qui, comme indiqué par son nom, refroidit un grand volume de liquide chaud ;

• Le réchauffeur, contrairement au précédent, l’échangeur se charge, ici, de réchauffer une certaine quantité de fluides. Ces derniers peuvent être des gaz ou de liquides ;
• L’évaporateur qui permet la transformation d’une fluide liquide en gaz. Cette action se produit par le biais d’un apport d’énergie ou d’un fluide caloporteur chaud ;

• Le bouilleur qui consiste à transformer un solide ou un liquide ou un mélange des deux en vapeur. Il s’utilise dans les procédés de distillation ou de chauffage.

La majorité de ces différents appareils sont omniprésents dans les industries. C’est pourquoi, l’échangeur tubulaire représente une part conséquente des installations industrielles.

Pourquoi opter pour un échangeur tubulaire ?

L’échangeur de chaleur à plaques commence à prendre de l’ampleur aujourd’hui. Néanmoins, plusieurs industries utilisent encore l’échangeur tubulaire pour leurs équipements. Cet intérêt s’explique sans doute par les nombreux avantages offerts par cet appareil à tubes :

• Il montre avant tout une excellente fiabilité surtout pour les fluides présentant de forte pression. Sa conception solide, parvient à supporter cette dernière ;

• Il est très robuste et soutient de larges écarts de température. Il peut ainsi assurer une condensation partielle ;

• Il peut aussi contenir différentes variétés de fluides et reste très pratique dans différents secteurs industriels ;

• La technologie de cet échangeur thermique supporte les fluides très visqueux et très encrassant ;

• Une perte de charge limitée, lors de la circulation de ses fluides.

Par ailleurs, il est possible de créer un échangeur à tubes de grandes dimensions en fonction des besoins des industries.