Un échangeur de chaleur à plaques et à ailettes est un type d'échangeur de chaleur qui utilise des plaques et des chambres à ailettes pour transférer la chaleur entre des fluides, le plus souvent des gaz. Il est souvent classé dans la catégorie des échangeurs de chaleur compacts pour souligner son rapport surface de transfert de chaleur/volume relativement élevé. L'échangeur thermique à plaques et ailettes est largement utilisé dans de nombreuses industries, notamment l'industrie aérospatiale en raison de sa taille compacte et de ses propriétés légères, ainsi qu'en cryogénie où sa capacité à faciliter le transfert de chaleur avec de faibles différences de température est utilisée.[1]
Les échangeurs de chaleur à plaques et ailettes en alliage d'aluminium, souvent appelés échangeurs de chaleur en aluminium brasé, sont utilisés dans l'industrie aéronautique depuis plus de 75 ans et adoptés dans l'industrie de la séparation cryogénique de l'air au moment de la Seconde Guerre mondiale et peu de temps après dans les processus cryogéniques dans les usines chimiques telles que le traitement du gaz naturel. Ils sont également utilisés dans les locomotives et les automobiles. Les ailettes en tôle d'acier inoxydable sont utilisées dans les avions depuis plus de 35 ans et sont désormais en train de s'imposer dans les usines chimiques.[2]
Conçu à l'origine par un mécanicien italien, Paolo Fruncillo. Un échangeur de chaleur à plaques et ailettes est constitué de couches de tôles ondulées séparées par des plaques métalliques plates, généralement en aluminium, pour créer une série de chambres à ailettes. Des flux de fluides chauds et froids séparés s'écoulent à travers des couches alternées de l'échangeur de chaleur et sont enfermés sur les bords par des barres latérales. Principaux composants d'un échangeur de chaleur à plaques et ailettesLa chaleur est transférée d'un flux à travers l'interface à ailettes vers la plaque séparatrice et à travers l'ensemble d'ailettes suivant dans le fluide adjacent. Les ailettes servent également à augmenter l'intégrité structurelle de l'échangeur de chaleur et lui permettent de résister à des pressions élevées tout en offrant une surface étendue pour le transfert de chaleur.
Un haut degré de flexibilité est présent dans la conception des échangeurs de chaleur à plaques et à ailettes, car ils peuvent fonctionner avec n'importe quelle combinaison de gaz, de liquides et de fluides diphasiques.[3] Le transfert de chaleur entre plusieurs flux de processus est également pris en charge,[4] avec une variété de hauteurs et de types d'ailettes ainsi que différents points d'entrée et de sortie disponibles pour chaque flux.
Les quatre principaux types d'ailerons sont : simples, qui font référence à de simples conceptions triangulaires ou rectangulaires à ailettes droites ; chevrons, où les ailerons sont placés latéralement pour fournir un chemin en zigzag ; et dentelées et perforées qui font référence à des coupes et des perforations dans les ailettes pour augmenter la répartition du débit et améliorer le transfert de chaleur. Différentes structures d'ailettes pour les échangeurs de chaleur à plaques et ailettesUn inconvénient des échangeurs de chaleur à plaques et ailettes est qu'ils sont sujets à l'encrassement en raison de leurs petits canaux d'écoulement. Ils ne peuvent pas non plus être nettoyés mécaniquement et nécessitent d’autres procédures de nettoyage ainsi qu’une filtration appropriée pour fonctionner avec des flux potentiellement salissants.
