Conception de l'échangeur de chaleur à plaques

Construction d'un échangeur de chaleur à plaques : entre le châssis et la plaque fixe en acier sont fixés un rail de guidage et une base porteuse, formant une structure rigide en cadre.

La surface d'échange thermique est constituée d'un ensemble de plaques ondulées en acier inoxydable, assemblées en bloc, qui est fixé dans le cadre fixe de l'appareil. Le paquet est composé de plaques identiques sur la base porteuse. Chaque plaque est installée en la tournant de 180° par rapport à la précédente, ce qui crée des canaux en forme de sinusoïde inversée pour le passage du fluide caloporteur.

Aux coins des plaques se trouvent quatre trous, qui, lorsqu'ils sont assemblés en bloc, forment quatre collecteurs pour le passage du fluide caloporteur chauffant et de celui qui est chauffé. Deux trous dans la plaque remplissent une fonction de transit, un est un collecteur de distribution et l'autre un collecteur de sortie.

Le joint polymère est fixé aux clips sur la périphérie des plaques, empêchant les fuites dans les interstices entre les plaques et le mélange des fluides entre le circuit chauffant et le circuit chauffé.

Les plaques de bord dans le paquet ne participent pas au processus de transfert de chaleur. Dans les échangeurs de chaleur à passage unique, la dernière plaque est 'aveugle' (sans trous).

Le bloc de plaques est fixé avec une plaque de pression mobile à l'aide de boulons de serrage, dont une extrémité est fixée sur le palier de la plaque de pression fixe et l'autre sur la mobile.

L'échangeur de chaleur à plaques assemblé est installé sur une base, fixé avec des boulons à travers les trous dans les pieds de support du cadre et du châssis.

Plaques

L'élément clé de la construction d'un échangeur de chaleur à plaques est fabriqué par un procédé de formage à froid sur une presse hydraulique à partir de feuilles de métal, suivi d'un polissage électrochimique.

Les plaques sont embouties à une profondeur de 2,5 à 4 mm à partir d'aciers inoxydables alliés et d'alliages de titane, en fonction des conditions de température de fonctionnement, de la pression ainsi que des propriétés chimiques des fluides de travail. Les matériaux de base les plus courants pour les plaques sont : AISI 304, AISI 316, SMO 254, Titane.

L'épaisseur des plaques varie entre 0,4 et 1 mm. Les plaques fines sont moins chères et ont une conductivité thermique plus élevée, mais elles sont conçues pour une pression plus faible et une durée de vie plus courte. Le standard des plaques pour les échangeurs de chaleur installés dans les systèmes de chauffage et d'eau chaude est la plaque en acier inoxydable allié AISI 316 avec une épaisseur de 0,5 mm.

Le relief des plaques remplit la fonction de distribution uniforme du flux à travers la surface, assure la rigidité structurelle de la plaque et forme un flux en spirale qui aide à l'auto-nettoyage des canaux de l'échangeur de chaleur.

L'angle de formation du relief des plaques influe sur la vitesse de la couche de fluide de travail et sur la turbulence du flux, ce qui entraîne des changements dans les caractéristiques thermiques de l'appareil d'échange de chaleur.

Type H – canal thermodynamique long – l'échangeur de chaleur avec des plaques de configuration [H] se caractérise par un coefficient de transfert thermique élevé et une chute de pression accrue. La turbulence élevée du flux favorise l'auto-nettoyage de l'échangeur de chaleur contre les dépôts.

Type L – canal thermodynamique court – les plaques avec un motif en L ont un coefficient de transfert thermique plus faible, des pertes de pression beaucoup plus faibles lors du passage du flux et se salissent plus rapidement par rapport aux plaques H.

Type M – canal mixte – obtenu en superposant les profils H et L, héritant des valeurs intermédiaires de transfert thermique et de pertes de pression.

Joints en polymère

Ils remplissent la fonction de sceller les interstices entre les plaques et empêchent également le mélange de l'eau de chauffage et de l'eau chauffée.

Les élastomères sont fabriqués sous la forme d'un joint polymère intégral (EPDM, NBR ou FKM). Le joint est fixé autour du contour dans une rainure spéciale de la plaque de l'échangeur de chaleur à l'aide de colle époxy ou par des clips prévus dans la conception du joint. La fixation des élastomères par clips permet un remplacement rapide lors de l'entretien technique.

Dans les systèmes de chauffage et d'eau chaude, des joints à clips en EPDM sont utilisés.

La durée de vie moyenne des joints en polymère dans un échangeur de chaleur à plaques est d'environ 8 ans.