Fonctionnement d'un échangeur à plaques et joints

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. Mais comment les choses se passent-elles concrètement à l’intérieur de ce matériel ? C’est ce que nous vous proposons de voir tout de suite !

Des plaques en acier, des joints en polymère… et d’autres combinaisons

Échangeur à plaques et joints Alfa Laval

Sur quoi repose le fonctionnement d’un échangeur à plaques et joints ? Évidemment, sur l’utilisation… de plaques et de joints, chargés de réaliser le transfert de chaleur dont nous vous parlons plus bas.

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 : c’est à peu près l’épaisseur d’une feuille de papier que vous glissez dans votre imprimante ! 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 !

Fonctionnement d'un échangeur à plaques et joints : un échange entre fluides

Pour fonctionner, un échangeur à plaques et joints a besoin de deux fluides. L’un sera appelé « fluide primaire », et aura pour rôle de chauffer, quand l’autre, le « fluide secondaire », récupérera la chaleur du premier. Ainsi, l’échangeur à plaques et joints n’échange rien au sens strict du terme (le fluide qui perd sa chaleur au profit du second ne récupère rien dans le processus, ce qui serait le principe d’un échange !) : il transfère l’énergie calorifique d’un fluide à l’autre.

Les fluides qui permettent à un échangeur de chaleur à plaques et joints d’atteindre une belle efficacité énergétique peuvent être de nature différente : de l’eau, d’autres liquides, de l’air, un gaz particulier …

Ceux-ci peuvent circuler au sein de l’appareil de plusieurs façons. Tout d’abord, ils peuvent circuler à co-courants (on parle aussi de courants parallèles) : ils parcourent alors la surface d’échange dans le même sens.

Ensuite, ils peuvent circuler à contre-courants (ou courants opposés) ; les fluides primaires et secondaires parcourent dans ce cas la surface d’échange dans un sens opposé — notez que cette solution occasionne un écart de température sur la surface d’échange dont il faut tenir compte.

Enfin, les fluides peuvent parfois être amenés à circuler à courants croisés ; cette solution alternative, qui est celle choisie par la plupart des fabricants d’échangeurs de chaleur à plaques et joints, réunit certaines caractéristiques des fonctionnements à co-courants et à contre-courant : ainsi, pendant qu’un fluide circule dans les conduits pairs (par exemple, le fluide primaire), l’autre circule (par exemple le fluide secondaire) circule dans les conduits impairs.

Avantage incontestable : le transfert d’énergie calorifique se fait alors sur l’ensemble de la surface des plaques.

Notez que le choix des fluides utilisés a un impact sur le fonctionnement de l’échangeur thermique, notamment en ce qui concerne l’entretien et la maintenance. En effet, certains fluides peuvent s’encrasser plus vite que d’autres, être visqueux, sales, etc.

Une maintenance plus aisée

L’avantage avec le fonctionnement d’un échangeur de chaleur à plaques et joints, c’est, en plus des performances énergétiques notables, que la maintenance de l’appareil est assez aisée.

Si le passage dans le circuit d’une solution de nettoyage devait ne pas suffire à retirer les impuretés et les incrustations (de calcaire notamment), il est ainsi possible de retirer les plaques, d’utiliser un jet à haute pression (cette dernière étant limitée malgré tout à 30 bars !), de les nettoyer manuellement (avec une brosse en nylon et de l’eau tiède), et/ou de les plonger dans des bains de soude caustique (dosé à 4 % maximum et à une température de 80 °C) ou d’acide nitrique (à 4 % également, porté à une température de 60 °C, pendant une heure tout au plus).

La promesse d’une efficacité énergétique continue pour un appareil aux hautes performances !