Les échangeurs de chaleur sont des appareils conçus pour transférer de la chaleur d'un endroit à un autre. Leur fonction est d'extraire la chaleur d'un liquide comme l'eau chaude ou la vapeur et de la diriger vers un autre comme l'eau froide ou l'air. Ce processus par lequel la chaleur est transférée d’un fluide à un autre est appelé transfert de chaleur. Étant donné que les échangeurs de chaleur sont utilisés dans de nombreux endroits tels que les usines, les centrales électriques ou même nos maisons, ils deviennent très importants. En dessous, comment gérerions-nous la chaleur dans ces systèmes ?
Afin d'avoir une idée claire du mécanisme de fonctionnement derrière les échangeurs de chaleur, quelques éléments sur le fonctionnement du transfert de chaleur sont expliqués. La chaleur est une forme d’énergie qui circule des objets chauds vers les objets froids. Par exemple, lorsque vous touchez un poêle chaud, la chaleur est transférée du poêle à votre main, ce qui la rend chaude. Voilà une bonne raison de se méfier des surfaces chaudes. Il existe trois mécanismes dans le mouvement de la conduction thermique, de la convection et du rayonnement.
La convection se produit lorsque la chaleur est évacuée par des fluides en mouvement comme l'air et l'eau. Il s'agit d'un mécanisme de transfert de chaleur très important dans le cas de divers types d'appareils tels que les échangeurs de chaleur. À titre d’exemple, l’eau chaude circule à travers un échangeur de chaleur et, par convection, perd sa chaleur avec l’eau froide qui circule également à travers l’échangeur.
Il s’agit d’un processus de transfert de chaleur appelé rayonnement, qui se produit sans contact direct entre les objets. À titre d’exemple, considérons comment la Terre est chauffée par le soleil d’une manière simple. En effet, la chaleur du soleil se propage à travers l’espace – mais comme il n’y a pas de molécules dans le vide, elle réchauffe notre planète sans avoir à nous toucher.
Les échangeurs de chaleur sont merveilleux dans la mesure où ils peuvent contribuer à économiser de l’énergie. Ils extraient la chaleur d’un liquide chaud et la déplacent ensuite vers un liquide froid, sans perdre d’énergie. Dans un four de traitement - C'est très évident et largement utilisé mais, avec l'utilisation d'un échangeur de chaleur, nous pouvons économiser environ 25 à 35 % d'énergie ; par exemple, une usine qui chauffe l'eau qui passe par plusieurs étapes/niveaux dans la même usine, maintenant qu'il fait chaud en premier, un quatrième niveau froid alternatif est possible afin qu'un service de chauffage supplémentaire puisse être évité. De cette façon, aucune énergie thermique n’est gaspillée, ce qui entraîne des économies significatives sur vos factures mensuelles.
La différence de température entre les deux liquides joue un rôle important dans le transfert de chaleur. Plus de chaleur est transférée avec une plus grande différence de température. C'est pourquoi il est important de concevoir l'échangeur de chaleur en tenant compte de la différence de température appropriée. Il s'agit d'une considération importante pour les ingénieurs afin de garantir le fonctionnement efficace de l'échangeur de chaleur.
L’échangeur de chaleur à microcanaux est une conception particulièrement intéressante. Une autre particularité de ces échangeurs de chaleur est qu'ils apparaissent comme de minuscules canaux de seulement quelques millimètres de large. Ces minuscules canaux sont capables de fournir de bonnes performances thermiques dans un très petit volume en raison du rapport surface/volume élevé. Cela en fait des candidats idéaux pour ce type d’échange thermique.