Les échangeurs de chaleur sont des appareils très complexes et très techniques.  Il existe beaucoup de fabricants et de modèles. Concernant les échangeurs à plaques, on les regroupe dans 3 grandes familles :

• Échangeurs à plaques & joints (gasketed plate heat exchanger ou « GPHE »)
• Échangeurs à plaques soudées (welded plate heat exchanger ou « WPHE »)
• Échangeurs à plaques brasées (brazed heat exchanger ou « BHE »)

Dans cet article nous détaillerons le fonctionnement et les avantages d'un échangeur à plaques et joints.

A quoi sert un échangeur à plaques et joint?

L'échangeur à plaques et joint assure le transfert de chaleur entre deux fluides (eau/eau ou gaz/gaz) pour le résidentiel, le tertiaire, l'industrie et la santé.

Les échangeurs de chaleur à plaques permettent d’obtenir un ratio surface d’échange / volume très élevé, ce qui contribue à leur succès grandissant, notamment dans le secteur industriel et dans le bâtiment.

Le fonctionnement d’un échangeur à plaques et joints vise une réelle efficacité énergétique dans le processus de production de chaleur, pour un coût — d’installation et d’entretien — raisonnable.

Pour compléter le fonctionnement des échangeurs à plaques, des joints sont installés.

Fabriqués en polymère dans la plupart des cas, ils assurent un double rôle : l’étanchéité des pièces d’une part, et la répartition des fluides dans l’échangeur d’autre part.

Ces joints ne résistent pas à toutes les conditions d’utilisation.

Pour des applications plus exigeantes à des températures et pressions élevées, on peut se diriger vers des modèles à plaques brasées ou soudées.

Fonctionnement d'un échangeur de chaleur à plaques et joints

Comment cela fonctionne?

• Les échangeurs sont constitués de plusieurs plaques sur lesquels sont placés des joints.
  
• L'alternance du placement des joints sur deux plaques successives va permettre de contrôler l'alimentation en fluides chaud et son évacuation par la sortie.
• Pendant que le fluide s'écoule entre deux plaques, l'échange thermique va pouvoir se produire à travers ces plaques.
• On retrouve plusieurs compartiments successifs pour le fluide chaud et le même principe est reproduit pour le fluide froid, en exploitant les autres entrées et sorties.
• L'alternance du positionnement dans l'échangeur des compartiments fluides chaud et fluides froid, va permettre l'échange de chaleur entre les fluides à travers les plaques.
• Dans l'échangeur, les plaques sont jointives, comprimées pour assurer l'étanchéité de l'échangeur et l'échangeur est modulable puisqu'on peut faire varier le nombre de plaques, afin de contrôler les températures de sorties, fluide chaud et fluide froid.

 

Les plaques de l’échangeur thermique peuvent être, selon le fabricant, réalisées dans différents matériaux. Il peut en effet s’agir d’acier inoxydable, d’aluminium, ou d’un autre matériau synthétique. Leur épaisseur est très faible, puisqu’elle est comprise entre 0,1 mm et 0,8 mm. Elles sont séparées entre elles au sein de l’échangeur thermique par des espaces, une nouvelle fois, minime : entre 5 et 10 mm selon les fabricants.

Les joints de l’échangeur à plaques et joints sont quant à eux la plupart du temps fabriqués en polymère, une matière qui présente certaines caractéristiques avantageuses : la souplesse, la légèreté, ainsi qu’une bonne isolation électrique et thermique.

Des turbulences dans l’échangeur de chaleur à plaques et joints

Le fonctionnement d’un échangeur de chaleur à plaques et joints repose également sur les turbulences créées au sein de l’appareil. Celles-ci sont rendues possibles par la fabrication des plaques, qui peuvent être gaufrées.

Les turbulences qui se créent dans l’échangeur permettent d’améliorer ses performances. Elles limitent également les besoins en maintenance, ce qui contribue à faire de l’échangeur de chaleur à plaques et joints une solution intéressante pour un retour sur investissement rapide, notamment dans le secteur industriel !

Les avantages d’un échangeur de chaleur à plaques

Le fonctionnement d’un échangeur de chaleur à plaques procure de nombreux avantages :

• Le peu de maintenance nécessaire, surtout comparé à d’autres solutions d’échange de chaleur — même si des opérations de nettoyage des plaques sont évidemment nécessaires ;
• Un fonctionnement simple, au service d’une fiabilité reconnue ;
• Une durée de vie importante, combinée à une rareté des pannes constatées ;
• La possibilité d’utiliser de nombreux matériaux différents et donc de nombreuses applications possibles ;
• Une belle rentabilité pour les débits d’air inférieurs à 5 000 m3/h ;
• Des performances élevées, notamment dans la récupération de chaleur ;
• Une compacité sans égale !

Quelques inconvénients tout de même : un échangeur à plaques fonctionne souvent sans système de by-pass.

Il n’y a donc pas de régulation de température, ce qui peut faire naître un risque de surchauffe en été.

De même, en hiver, le givre pouvant être dangereux, il faut surveiller la régulation.

Enfin, si les pannes sont rares, elles peuvent causer des fuites. À surveiller !

Quelles sont les applications de l'échangeur de chaleur?

Les modèles d’échangeurs sont souvent spécialisés dans un certain type d’industrie (par exemple, on trouve surtout des BHE dans l’HVAC). Les fonctionnalités de l’échangeur peuvent aussi beaucoup varier : il peut servir de refroidisseur, d’évaporateur, de condenseur, etc.

Enfin, en plus du contexte industriel dans lequel un échangeur est utilisé, le choix du modèle (et donc son coût) est influencé par de nombreux  paramètres :

• La pression (certains échangeurs thermiques excellent dans le transfert de chaleur à faible pression, ou au contraire à forte pression)
• La température (transfert de chaleur recherché, risques de gel, etc.)
• Les fluides qui servent à l’échange thermique (corrosifs, abrasifs, visqueux, etc.)
• Les contraintes hygiéniques (les standards ne sont pas les mêmes pour de l’eau chaude sanitaire ou un vaccin par exemple)
• Les contraintes physiques de l’endroit où sera positionné l’échangeur (l’emprise au sol, entre autres)

Article extrait du site Factory Future :

https://www.factoryfuture.fr/fonctionnement-echangeur-plaques/

https://www.factoryfuture.fr/prix-echangeur-chaleur-plaques/

---

---

Zoom sur l'échangeur à plaques et joints de CIAT, de la gamme ITEX

Dans ses installations de chaufferie industrielle, RCI-Réalisation de chaufferies Industrielles a été amené à installer des échangeurs thermiques à plaques et joints de la marque CIAT.

Ses avantages :

• Très bon coefficient d'échange, surface réduite,
• Très compact, faible encombrement au sol,
• Facilité d'installation,
• Maintenance aisée,
• Possibilité de très faible pincement de température,
• Grande résistance à la corrosion,
• Faible capacité des circuits,
• Puissance modulable par ajout de plaques.

   

  Ses caractéristiques

  Gamme : Disponible en 12 modèles

  • Débit de liquide jusqu'à 800 m3/h
  • Température jusqu'à 200°C
  • Pression jusqu'à 25 bar

  Plage d'utilisation :
  Puissance de 5 à 5 000 kW

  Descriptif :

  • Lot de plaques embouties et de joints assemblés,
  • 2 plateaux serrent les plaques au moyen de tirants,
  • Les joints clipsés (plug-in) assurent la circulation des fluides entre les plaques et l'étanchéité vers l'extérieur,
  • Différents types de matière pour les plaques et les joints, les raccordements,
  • Raccord par mamelon, manchon ou bride

  En savoir plus sur l'échangeur ITEX