Échangeurs de chaleur régénératifs : types, principe de fonctionnement, champ d'application

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-17 10:27

Le principe de l'échange de chaleur à l'aide de fluides circulants chauffés est considéré comme optimal pour maintenir le fonctionnement des systèmes de chauffage. Un système bien organisé de canaux de transfert d'énergie thermique nécessite des coûts de maintenance minimes, mais offre en même temps des performances suffisantes. Une option de conception optimisée pour un tel système est un échangeur de chaleur régénératif qui fournit des processus de chauffage et de refroidissement alternatifs.

Qu'est-ce qu'un échangeur de chaleur ?

Les conceptions des échangeurs de chaleur modernes fournissent des processus de transfert d'énergie thermique avec des pertes minimales entre les fluides de fonctionnement. L'échange se produit le plus souvent entre un liquide chaud et des surfaces métalliques froides dont les parois, à leur tour,tourner, transférer la chaleur vers un autre fluide calorigène. Un mouvement constant produit l'effet d'un transfert de masse stable, qui est utilisé à la fois dans les entreprises industrielles et dans le service domestique des maisons privées. En plus de l'échange d'énergie entre les fluides froids et chauds, les échangeurs de chaleur peuvent assurer les processus d'évaporation, de séchage, de fusion et de condensation avec refroidissement. Au lieu de la chaleur comme principal moyen de travail, des flux froids peuvent également être utilisés, ce qui est particulièrement courant dans les processus de production où un refroidissement périodique de l'équipement est nécessaire. Cependant, les tâches de chauffage sont plus susceptibles d'être associées aux conceptions d'échangeurs de chaleur. Par exemple, un équipement à haute température de ce type peut augmenter le régime thermique jusqu'à 400-700 °C.

Caractéristiques de l'échangeur de chaleur régénératif

Les conceptions d'échangeurs de chaleur au niveau de base sont divisées en surface et en mélange. Dans ce cas, nous parlons d'un représentant d'un groupe d'appareils de surface, qui se caractérisent par le fait que deux milieux actifs (flux chauffé et froid) et une paroi métallique sont impliqués dans le processus de travail, qui transfère l'énergie entre la circulation masses. Dans un échangeur de chaleur régénératif, la plaque métallique de séparation est rincée à intervalles réguliers, mais pas en continu. A titre de comparaison, nous pouvons donner un exemple d'un autre échangeur de chaleur de surface - récupérateur. Dans de tels dispositifs, le processus de travail implique le lavage constant d'un mur similaire avec du froid ou du chaudcoule.

Le principe de fonctionnement de l'appareil

La fonction principale de l'échangeur de chaleur est réalisée au moment du contact du fluide de travail actif avec une plaque métallique qui sépare les flux. Autrement dit, le principe clé de fonctionnement est l'accumulation d'énergie à partir d'un liquide qui a actuellement une température différente de celle de la paroi de l'échangeur de chaleur. En gros, dans le premier cycle de fonctionnement, les flux chauds transmettent et retiennent ainsi la chaleur dans l'élément métallique, et dans le deuxième et dernier cycle, l'environnement déjà froid perçoit cette chaleur. Le principe de fonctionnement cumulatif de l'échangeur de chaleur avec une séparation claire en fluides en fonction de la température présente des avantages significatifs. Tout d'abord, l'absence de nécessité de mélange des milieux de travail améliore la qualité de la composition des flux. Il s'agit d'un facteur important dans le contenu technique et opérationnel des communications. Deuxièmement, l'efficacité du transfert de chaleur en tant que tel est également augmentée. D'autre part, ces avantages sont indissociables des inconvénients de la conception. La séparation fondamentale des flux augmente les dimensions des équipements, obligeant parfois l'extension de segments de canalisations dans les anciens réseaux de chauffage communicants. De plus, assurer la fonction de circulation nécessite une augmentation du potentiel énergétique, qui se traduit par la nécessité de raccorder des stations de pompage de grande capacité.

Liquides de refroidissement usagés

Les modèles d'échangeurs de chaleur régénératifs sont polyvalents en termes de facilité d'entretien pour différentsenvironnements de travail. Comme pour les autres échangeurs de chaleur, le milieu actif le plus courant est un liquide, de l'eau ou de l'antigel. Les liquides de refroidissement utilisés dans les opérations technologiques en production sont plus diversifiés. La vapeur d'eau, les mélanges de gaz, la fumée et les produits de combustion sont utilisés pour le chauffage et le refroidissement. Cependant, cela ne signifie pas du tout que le même échangeur de chaleur régénératif peut supporter un fonctionnement avec différents caloporteurs. En principe, la conception permet une telle possibilité théorique, mais chaque instance doit initialement être conçue pour fonctionner en contact avec un certain environnement agressif, car les températures élevées et le liquide en tant que tel affectent négativement la structure métallique.

Types d'échangeurs de chaleur régénératifs

Il existe deux types d'unités de ce type. Ce sont des dispositifs à action continue et périodique. Les échangeurs de chaleur continus sont des unités à charge granulaire circulante. Le système de contrôle du processus de déplacement du fluide de travail permet un arrêt complet du mouvement, dans lequel le liquide de refroidissement maintiendra le contact avec la surface lavée. Soit dit en passant, la fonction d'un régulateur automatique naturel peut être assurée par des buses de stockage thermique spéciales. Dans la conception d'un échangeur régénératif à buses fixes, les possibilités de contrôle des débits sont limitées et totalement dépendantes des réglages effectués par l'opérateur. Quant aux modèles à action périodique, ilsont une structure de distribution compliquée de chambres avec des caloporteurs. Un tel dispositif augmente l'efficacité de l'appareil, mais nécessite également une fonction d'alimentation plus responsable de la pompe de circulation.

Échangeurs de chaleur à noyau fusible

L'une des versions les plus avancées du régénérateur d'échange de chaleur à l'heure actuelle, dont le garnissage est formé de plaquettes d'une épaisseur moyenne de 20 mm. Dans ce système, il y a un noyau de fusion - un dispositif avec du métal liquide à l'intérieur, qui libère de l'énergie thermique pendant les périodes de fusion ou de cristallisation. La chaleur latente dans les échangeurs de chaleur régénératifs à buse mobile multiplie par dix la capacité calorifique du circuit par rapport aux unités conventionnelles qui créent des conditions favorables aux processus d'accumulation de chaleur. Les performances de ce type d'échangeur à haute température seront déterminées par la surface spécifique du garnissage et sa capacité de stockage thermique.

Étendue de l'équipement

Les unités d'échange de chaleur sont largement utilisées dans divers systèmes d'équipements de chauffage avec installations de chaudières, chauffe-eau, réservoirs de stockage, chaudières, etc. Cela s'applique principalement au segment privé, mais les indicateurs techniques et opérationnels les plus élevés de cet appareil sont divulgués dans le secteur industriel. Par exemple, les applications cibles pour un échangeur de chaleur discontinu régénératif sont formées par les usines sidérurgiques et verrières, où il est nécessaire de travailler avectempératures très élevées. Par exemple, les aérothermes connectés dans de telles conditions de fonctionnement sont calculés pour des modes jusqu'à 1300 °C. Et encore une fois, nous pouvons parler non seulement de milieux liquides, mais aussi de mélanges de gaz, ce qui augmente les exigences de sécurité pour le fonctionnement de telles unités.

Conclusion

La modification régénérative de l'échangeur de chaleur a été développée pour optimiser un certain nombre de processus thermiques. En conséquence, dans les mêmes installations industrielles, il est aujourd'hui possible de réaliser des processus technologiques avec une consommation de carburant minimale, tout en maintenant une température de combustion élevée. Mais cela ne signifie nullement que le principe de fonctionnement d'un échangeur de chaleur à fonction d'accumulation est totalement dépourvu d'inconvénients. Les points faibles de cet équipement incluent les possibilités limitées d'automatisation du processus d'ingénierie thermique, la taille et le poids importants de l'appareil, ainsi que la difficulté de connecter la structure aux principales communications de production. Une autre chose est que la conception du régénérateur est constamment améliorée, comme en témoigne l'émergence de modèles plus avancés d'échangeurs de chaleur à noyau fusible.