Dans le secteur industriel, les échangeurs tubulaires représentent plus de 60 % des installations thermiques.

Si les échangeurs à plaques et joints gagnent du terrain — en raison, nous le verrons, de certains avantages incontestables — il n’est pas rare de croiser l’un de ces énormes appareils.

Mais sur quoi est basé le fonctionnement d’un échangeur tubulaire ? C’est ce que nous allons voir tout de suite !

Fonctionnement d’un échangeur tubulaire : de (très) longs tubes

fonctionnement d'un échangeur tubulaire

Échangeur tubulaire Alfa Laval

Vous n’auriez pas pu passer à côté d’un échangeur tubulaire sans vous en apercevoir.

Ces appareils dédiés à l’échange thermique sont … gigantesques, puisqu’ils peuvent mesurer jusqu’à plusieurs dizaines de mètres de long !

Mais comment fonctionne un échangeur tubulaire ?

Revenons sur les caractéristiques d’un échangeur tubulaire.

Il s’agit, tout d’abord, d’un appareil constitué d’un faisceau de tubes.

Ceux-ci sont disposés à l’intérieur d’une enveloppe que l’on nomme « calandre ».

Notez que ces tubes peuvent être placés verticalement ou horizontalement, ce qui est la configuration la plus courante.

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Un fluide dans les tubes, l’autre dans la calandre

Comme les autres échangeurs, l’échangeur tubulaire fonctionne grâce à un échange entre deux fluides, un « primaire » chargé d’apporter la chaleur, et un « secondaire », qui s’imprègne de cette énergie calorifique.

Ainsi, l’un des fluides de l’échangeur tubulaire circule à l’intérieur des tubes, pendant que l’autre circule dans la calandre, c’est-à-dire autour des tubes.

Afin d’améliorer le transfert à l’extérieur des tubes et de créer quelques turbulences dans les fluides, des chicanes sont installées à l’intérieur de la calandre.

Des boîtes de distribution assurent par ailleurs la circulation du fluide dans le faisceau.

Ces boîtes sont disposées à chaque extrémité du faisceau de tubes.

De nombreux fluides potentiels

L’une des forces de ce type de technologie, c’est que le fonctionnement de l’échangeur tubulaire est possible avec des fluides très différents.

Ainsi, l’échangeur thermique peut être opérationnel avec un échange :

  • Eau / vapeur à haute pression ;
  • Eau / eau surchauffée ;
  • Eau / fumées ;
  • Eau / fluide thermique ;
  • Gaz / gaz ;
  • Liquide / liquide
  • Etc.

Ces fluides peuvent circuler de plusieurs façons différentes, comme pour les échangeurs à plaques et joints.

Ainsi, on trouve des appareils :

  • À co-courants (un fonctionnement que l’on appelle aussi courants parallèles) : les deux fluides primaires et secondaires parcourent dans ce cas la surface d’échange dans le même sens ;
  • À contre-courants (ou à courants opposés) : les deux fluides de l’échangeur tubulaire parcourent alors la surface d’échange dans un sens opposé — cela occasionne un écart de température important sur la surface d’échange ;
  • À courants croisés, une alternative aux fonctionnements évoqués précédemment.

Notez que le choix du mode de fonctionnement de la circulation des fluides au sein de l’échangeur de chaleur dépend … du choix des constructeurs présents sur le marché !

Les avantages et les inconvénients du fonctionnement d’un échangeur tubulaire

Cette multitude de fluides potentiels et de modes de fonctionnement n’est pas le seul avantage de l’échangeur tubulaire : il résiste en effet à de très fortes pressions, et à de nombreuses puissances.

Il accepte de grands écarts de température, et peut être utilisé en condensation partielle.

En revanche, son entretien n’est pas aisé, ce qui s’explique notamment par son fonctionnement basé sur de grands tubes, qu’il faut sortir complètement pour pouvoir les nettoyer.

L’échangeur tubulaire est également sensible aux vibrations, ce qui est à ne pas négliger dans le cadre d’une installation sur un site industriel !

Le fonctionnement d’un échangeur tubulaire est-il le plus optimisé ?

Clairement, pas vraiment !

Si les échangeurs tubulaires perdent du terrain face aux échangeurs de chaleur à plaques, ce n’est pas pour rien : ces derniers proposent un fonctionnement plus souple, tout en étant efficaces d’un point de vue énergétique.

Le fonctionnement de l’échangeur tubulaire nécessite pour sa part de la place, ainsi qu’un entretien plus important (et réalisé par des professionnels très équipés).

Ainsi, si vous avez le choix, nous ne saurions que trop vous conseiller de vous diriger vers un échangeur de chaleur à plaques.

Avec plus de turbulences et une plus grande surface d’échange, ils présentent de meilleures performances, et permettent un excellent retour sur investissement.

Ils vous permettront aussi de gagner de la place, ce qui n’est pas un demi-avantage de nos jours !