Les échangeurs de chaleur à plaques et ailettes sont généralement composés de chicanes, d'ailettes, de joints et d'aubes directrices. Des ailettes, des aubes directrices et des joints sont placés entre deux déflecteurs adjacents pour former un sandwich, appelé canal. De tels sandwichs sont empilés selon différents schémas d'écoulement de fluide et brasés en un tout pour former un faisceau de plaques. Le faisceau de plaques constitue le cœur de l’échangeur thermique à plaques et ailettes.
Caractéristiques des échangeurs de chaleur à plaques et ailettes
(1) Efficacité élevée du transfert de chaleur. Étant donné que les ailettes perturbent le fluide, la couche limite est constamment brisée et présente donc un coefficient de transfert thermique élevé. Dans le même temps, étant donné que les cloisons et les ailettes sont très fines et ont une conductivité thermique élevée, l'échangeur thermique à plaques et ailettes peut atteindre un rendement très élevé.
(2) Compacte. L'échangeur de chaleur à plaques et ailettes ayant une surface secondaire étendue, sa surface spécifique peut atteindre 1 000㎡/m3.
(3) Léger. La raison en est qu’il est compact et principalement constitué d’alliage d’aluminium. Aujourd’hui, l’acier, le cuivre, les matériaux composites, etc. sont également produits en série.
(4) Forte adaptabilité. L'échangeur de chaleur à plaques et ailettes peut être utilisé pour : l'échange de chaleur gaz-gaz, gaz-liquide, liquide-liquide, entre divers fluides et l'échange de chaleur à changement de phase avec changements d'état collectifs. Grâce à la disposition et à la combinaison des canaux d'écoulement, il peut s'adapter à différentes conditions d'échange thermique telles que le contre-courant, le flux croisé, le flux multi-flux et le flux multi-passe. Grâce à la combinaison de séries, parallèles et séries-parallèles entre les unités, il peut répondre aux besoins d'échange thermique des gros équipements. Dans l'industrie, il peut être standardisé et produit en série pour réduire les coûts, et l'interchangeabilité peut être étendue grâce à une combinaison de blocs de construction.
(5) Les exigences du processus de fabrication sont strictes et le processus est compliqué.
(6) Il est facile à obstruer, non résistant à la corrosion et difficile à nettoyer et à réparer. Par conséquent, il ne peut être utilisé que dans les cas où le fluide caloporteur est propre, non corrosif, difficile à tartiner, difficile à déposer et difficile à obstruer.
Du point de vue du mécanisme de transfert de chaleur, l'échangeur de chaleur à plaques et ailettes appartient toujours à l'échangeur de chaleur à cloison. Sa principale caractéristique est qu'il possède une surface de transfert de chaleur secondaire étendue (ailette), de sorte que le processus de transfert de chaleur s'effectue non seulement sur la surface de transfert de chaleur primaire (cloison), mais également sur la surface de transfert de chaleur secondaire. En plus de la chaleur provenant du milieu latéral à haute température qui est versée dans le milieu latéral à basse température à partir de la surface primaire, une partie de la chaleur est également transférée dans le sens de la hauteur de la surface de l'ailette, c'est-à-dire dans le sens de la hauteur de l'aileron, la cloison déverse de la chaleur, puis la chaleur est transférée au milieu latéral basse température par convection. Étant donné que la hauteur des ailettes dépasse largement l'épaisseur de l'ailette, le processus de conduction thermique dans le sens de la hauteur de l'ailette est similaire à la conduction thermique d'une tige de guidage mince et homogène. À l’heure actuelle, la résistance thermique de l’aileron ne peut être ignorée. La température la plus élevée aux deux extrémités de l’ailette est égale à la température de séparation. Au fur et à mesure que l'ailette et le milieu libèrent de la chaleur par convection, la température continue de diminuer jusqu'à atteindre la température du milieu dans la zone médiane de l'aileron.
Application des échangeurs de chaleur à plaques et ailettes
Les échangeurs de chaleur à plaques et ailettes sont de plus en plus utilisés dans divers secteurs industriels en raison de leurs performances supérieures et de leur technologie mature.
1. Équipement de séparation d'air : L'utilisation d'échangeurs de chaleur à plaques et à ailettes dans l'échangeur de chaleur principal, le sous-refroidisseur, l'évaporateur du condenseur et d'autres échangeurs de chaleur à basse température de l'équipement de séparation d'air peut économiser les coûts d'investissement et d'installation de l'équipement et réduire la consommation d'énergie unitaire.
2. Pétrochimique : Les échangeurs de chaleur à plaques et ailettes présentent les avantages d’une grande capacité de traitement, d’un bon effet de séparation et d’une faible consommation d’énergie. Ils ont été utilisés dans des processus tels que la séparation à froid en profondeur de l'éthylène, le lavage à l'azote synthétique d'ammoniac, le gaz naturel, la séparation et la liquéfaction des gaz de gisement de pétrole.
3. Machines d'ingénierie : Après plus de 20 ans de recherche et de pratique, des pays du monde entier ont produit et utilisé en série des échangeurs de chaleur à plaques et ailettes sur les automobiles, les radiateurs de locomotives, les refroidisseurs d'huile d'excavatrice, les radiateurs de réfrigérateur et les radiateurs de transformateur haute puissance.
4. Supraconductivité et technologie spatiale : Le développement de la supraconductivité à basse température et de la technologie spatiale a ouvert une nouvelle voie pour l'application des échangeurs de chaleur à plaques et ailettes. Des échangeurs de chaleur à plaques et ailettes ont été utilisés à la fois sur le vaisseau spatial américain Apollo et sur le vaisseau spatial chinois Shenzhou.
