Tubes et Coques pour Échangeurs de Chaleur

Un échangeur de chaleur est un dispositif permettant de transférer l’énergie thermique d’un liquide ou d’un gaz vers un autre liquide ou gaz sans que les deux n’entrent jamais en contact l’un avec l’autre. Un échangeur de chaleur à coque et tubes classique contiendra un faisceau de tubes à l’intérieur d’une enveloppe extérieure ou d’un corps. De l’eau froide s’écoule à travers ces tubes, tandis que de l’eau chaude ou du gaz circule à l’extérieur des tubes, permettant à la chaleur de l’eau chaude ou du gaz d’être transférée à l’eau plus froide à l’intérieur des tubes.

Un bon exemple de la façon dont le processus fonctionne sont les piscines, où la plupart sont chauffées via une chaudière, utilisant du gaz, du GPL ou de la biomasse comme source d’énergie. En théorie, le moyen le plus efficace de chauffer la piscine serait de faire circuler l’eau de la piscine directement à travers la chaudière. Mais si cela se produisait, les produits chimiques utilisés dans l’eau de la piscine pour assurer sa propreté se corroderaient rapidement et endommageraient les pièces vitales à l’intérieur de la chaudière, entraînant une défaillance prématurée et un remplacement coûteux.

Cependant, en utilisant un échangeur de chaleur comme «interface» entre le circuit d’eau de la chaudière et le circuit d’eau de la piscine, la chaudière est protégée contre les dommages et l’eau de la piscine est rapidement chauffée à la température requise; l’eau de la piscine passant par le «noyau tubulaire» central, tandis que l’eau chaude de la chaudière circule à l’extérieur des tubes, transférant de l’énergie thermique à l’eau de la piscine.

D’autres exemples d’applications où des échangeurs de chaleur Bowman sont utilisés.

Dans certaines conditions où il existe une différence de température significative entre le milieu de refroidissement et le liquide refroidi, un échangeur de chaleur à coque et tube est souvent la solution de refroidissement la plus rentable par rapport à un échangeur de chaleur à plaques. Cela est dû au petit trajet d’écoulement dans l’échangeur de chaleur à plaques qui crée des quantités importantes de turbulence, conduisant à une chute de pression élevée dans l’unité.

Comme leur nom l’indique, les échangeurs de chaleur à plaques sont construits à partir d’une série de plaques métalliques minces. Habituellement fabriqué en acier inoxydable, chaque plaque contient un motif pressé complexe, et pour garantir l’étanchéité de l’unité, des joints en caoutchouc sont “ pris en sandwich ” entre toutes les plaques métalliques, qui sont ensuite compressées ensemble dans un cadre rigide pour former un arrangement de parallèle canaux d’écoulement avec alternance de fluides chauds et froids.

En revanche, les échangeurs de chaleur à coque et à tube se composent de deux composants principaux; le corps extérieur (ou coque) et le noyau du tube (ou faisceau) à l’intérieur de la coque. Le liquide de refroidissement s’écoule à travers le noyau du tube, tandis que le fluide chaud entre dans la coque via un orifice d’entrée, s’écoulant à travers et autour de l’extérieur du noyau du tube à travers une série de déflecteurs, avant de quitter la coque via l’orifice de sortie. Pour une efficacité maximale du transfert de chaleur, les fluides chauds et froids circulent dans une direction «à contre-courant» à travers l’échangeur de chaleur. Pour plus d’informations sur le contre-courant.

Alors que les échangeurs de chaleur à plaques peuvent être assez compacts et ont la capacité d’être augmentés en taille, si les besoins de refroidissement changent, ils sont plus coûteux à entretenir que les échangeurs de chaleur à coque et tubes équivalents, car généralement les joints en caoutchouc durcissent et doivent être remplacés tous les deux ans. Il s’agit d’un exercice long et coûteux, mettant l’échangeur de chaleur hors service pendant de plus longues périodes. De plus, la détection des fuites peut être plus difficile et exiger une main-d’œuvre qualifiée pour entreprendre le travail. Et, en raison d’une plus grande résistance à l’écoulement de l’eau à l’intérieur de l’échangeur de chaleur, il y a un risque accru d’encrassement, ce qui réduit l’efficacité de l’unité.

En revanche, les échangeurs de chaleur à coque et tube sont extrêmement faciles à entretenir; le retrait des couvercles d’extrémité révèle le noyau du tube, qui peut être retiré pour le nettoyage et l’entretien de routine. L’efficacité du transfert de chaleur d’un échangeur de chaleur à coque et tube de qualité, tel que Bowman, est extrêmement bonne, tandis que les unités elles-mêmes sont robustes, offrant une longue durée de vie. Les échangeurs de chaleur à coque et à tubes peuvent également être utilisés avec les fluides de refroidissement les plus contraignants, notamment l’eau de mer et l’eau riche en minéraux ou contaminée. Plus d’informations sur la gamme d’échangeurs de chaleur à tubes et tubes de Bowman.