Échangeurs de chaleur brasés à coefficient d'échange thermique élevé

1. Concepts de base du transfert de chaleur.

La chaleur se déplace toujours des objets à haute température vers les objets à basse température, et plus la différence de température entre eux est grande, plus la vitesse de transfert de chaleur est rapide. Quand la différence de température est nulle, le transfert de chaleur s'arrête.
Il existe trois méthodes de base de transfert de chaleur: radiation, conduction et convection.
La chaleur rayonnée est transmise vers l'extérieur sous forme d'ondes électromagnétiques.
La conduction thermique est l'échange thermique qui se produit lorsque des objets entrent en contact direct. Afin d'améliorer l'effet de transfert de chaleur de l'échangeur de chaleur, matériaux avec une bonne conductivité thermique comme le cuivre, aluminium, etc.. sont souvent utilisés. L'acier inoxydable a également de bonnes performances de transfert de chaleur.
La convection est un processus dans lequel la chaleur est transférée par le mouvement relatif des molécules après que le fluide lui-même soit chauffé..
Dans le processus de transfert de chaleur d'un échangeur de chaleur, plusieurs méthodes de transfert de chaleur se produisent souvent en même temps.
Parce que la quantité de transfert de chaleur par convection est importante et facile à contrôler, c'est la principale méthode de transfert de chaleur dans les échangeurs de chaleur.

Les formules de base pour la conduction thermique et le transfert de chaleur par convection sont: Q=KA(Tg-Td)

Dans la formule, Q est le transfert de chaleur, l'unité est KW
K est le coefficient de transfert de chaleur, l'unité est W/m2°C
A est la zone de transfert de chaleur de l'échangeur de chaleur
Tg est la température du côté haute température
Td est la température du côté basse température

La différence de température entre les températures élevées et basses change réellement, donc en pratique la différence de température moyenne logarithmique Δt est utilisée pour la calculer.

2. Type d'échangeur de chaleur.

Il existe de nombreuses méthodes de classification, mais la méthode de classification la plus importante est la classification par forme structurelle:

1. Échangeur de chaleur à calandre et à tubes: C'est le plus ancien échangeur de chaleur, mais c'est aussi l'échangeur de chaleur le plus fiable et le plus pratique.

Comme le montre la figure ci-dessous, il s'agit d'un évaporateur sec à tube en forme de U souvent utilisé dans les systèmes de réfrigération. Le réfrigérant circule à l'intérieur du tube et de l'eau (réfrigérant secondaire) s'écoule à l'extérieur du tube.

Le réfrigérant liquide entre par la partie inférieure du couvercle d'extrémité gauche, se vaporise après passage dans le tube en forme de U, et se transforme en gaz réfrigérant et sort par la partie supérieure du capot d'extrémité gauche.

Afin d'augmenter le débit d'eau (réfrigérant) et rendre le réfrigérant meilleur contact avec la paroi extérieure du tube, des déflecteurs sont installés dans la coque de l'échangeur de chaleur à calandre et à tubes.

2. Échangeur de chaleur à boîtier et à tubes: Deux types de tubes de diamètres différents sont utilisés, qui sont empilés et enroulés en une bobine serpentine ou circulaire. Le réfrigérant s'écoule à l'extérieur du tube et l'eau s'écoule à l'intérieur du tube. C'est peu coûteux, mais fonctionne de manière irrégulière.

3. Echangeur de chaleur à plaques: Il s'agit d'un échangeur de chaleur efficace et compact qui a été développé et largement utilisé au cours des dernières décennies.. Il est composé d'une série de métaux minces parallèles les uns aux autres et présentant des surfaces ondulées.. Sous la même consommation de métal, la zone de transfert de chaleur des échangeurs de chaleur à plaques est beaucoup plus grande que celle des échangeurs de chaleur à calandre et à tubes. Parce que l'écoulement du fluide dans les canaux ondulés entre les plaques d'échange thermique peut provoquer de graves perturbations, le coefficient de transfert de chaleur est grand. Pour échangeurs de chaleur à plaques liquide-liquide, le coefficient de transfert de chaleur peut atteindre 2500-7000W/(㎡·℃), lequel est 2-4 fois plus élevé que le type à coque et tube. Lorsque les fluides chauds et froids échangent de la chaleur à contre-courant, des températures très proches peuvent être obtenues. Les échangeurs de chaleur à plaques sont largement utilisés dans les secteurs industriels tels que le thermique, nourriture, médecine, vinification, breuvages, fibres synthétiques, métallurgie et chimie, et avec des améliorations dans la forme et la structure des plaques, ses domaines d'application s'élargissent encore.

Il existe deux types d'échangeurs de chaleur à plaques: type assemblé et type brasé intégral. Le type assemblé est composé de plusieurs plaques de transfert de chaleur en métal ondulé pressé, avec des trous aux quatre coins, comme le montre la figure 6-33. Les plaques adjacentes sont séparées par des joints d'étanchéité spéciaux, de sorte que les fluides froids et chauds s'écoulent respectivement depuis un trou d'angle, écoulement entre les plaques à intervalles le long des canaux d'écoulement définis par les joints et les ondulations, puis coule de l'autre côté. Un trou d'angle en diagonale s'écoule, comme le montre la figure 6-34. L'échangeur de chaleur à plaques assemblé présente l'avantage d'être facile à démonter et à nettoyer, mais sa résistance à la pression est limitée. Chiffre 6-35 montre un échangeur de chaleur à plaques intégralement brasées. Les plaques de ce type d'échangeur de chaleur à plaques sont les mêmes que celles du type assemblé. Les extrémités des plaques sont intégralement brasées. Il a une capacité de charge élevée, mais ce n'est pas pratique à nettoyer. Vous devez faire attention lorsque vous l'utilisez. Assurez-vous que le liquide est propre. En général, la capacité d'échange thermique d'un seul échangeur de chaleur brasé intégré est inférieure à celle d'un échangeur assemblé.

Les plaques de transfert de chaleur sont les composants essentiels des échangeurs de chaleur à plaques. Chaque plaque de transfert de chaleur se chevauche dans un certain ordre pour former un canal d'écoulement entre les plaques. Les fluides froids et chauds circulent dans leurs canaux d'écoulement respectifs des deux côtés de la plaque et traversent la plaque.. Les copeaux sont échangés thermiquement, comme le montre la figure 6-34. La surface de la plaque est ondulée, et la direction d'écoulement du fluide est perpendiculaire aux ondulations, ou à un certain angle d'inclinaison.

Différentes formes de plaques affectent directement le coefficient de transfert thermique, résistance à l'écoulement et résistance à la pression. Le matériau des plaques est généralement en acier inoxydable. Maintenant, les plaques d'échange thermique adoptent pour la plupart une forme en chevrons, comme le montre la figure 6-35. Il a été rapporté que des échangeurs de chaleur à plaques assemblées sont utilisés comme condenseurs et évaporateurs dans les refroidisseurs à absorption au bromure de lithium., tandis que les échangeurs de chaleur brasés intégrés ont été largement utilisés dans les petites unités de pompe à chaleur à eau comme évaporateurs..

1. Le passage d’une substance liquide à la vapeur est appelé évaporation., et les composants associés sont appelés évaporateurs; le passage de la vapeur au liquide est appelé condensation.
Le composant associé est appelé le condenseur.
Il faut beaucoup de chaleur dans ces changements.

Nous avons tous vécu cela lorsque l'alcool s'évapore sur notre peau, nous avons froid. C'est l'évaporation, qui est la réfrigération.

Par exemple, 1 un kilogramme d'eau est chauffé de 50°C à 90°C. Il n'y a pas de changement d'état. La chaleur requise est:
Q=1(kg)x1(kcal/kg.°C) X(90-50°C)=40kcal= 40x1,163=46,52 watts
Mais en tournant 1 kilogramme d'eau à 100°C en vapeur d'eau à 100°C nécessite 838.8 kcal = 838,8x1,163 = 9116.5 calories.
La différence est 20.97 fois.
Cette chaleur est appelée "chaleur latente"
Par exemple, la chaleur latente de vaporisation du liquide R22 est 48.51 kcal/kg, et la chaleur spécifique du gaz R22 est 0.157 kcal/kg°C.
Donc, la chaleur absorbée lors de l’évaporation de 1 kg de R22 de 2°C à 7°C est:
Q=48,51 kcal/kg+0,157 kcal/kg°Cx(7-2)°C=48,51+0,785=49,3 kcal/kg
Il est évident que la chaleur latente au milieu est la principale, comptabilité 98%.
Afin de réduire la taille du système de réfrigération, la chaleur latente doit être utilisée

2. Cycle de réfrigération.

Le réfrigérant liquide est réduit en pression dans l'évaporateur et s'évapore continuellement en vapeur. En même temps, il absorbe continuellement la chaleur du milieu environnant, provoquant une baisse de la température du milieu.

Ces vapeurs de réfrigérant sont aspirées dans le compresseur et comprimées, augmenter la pression et la température, c'est, convertir le travail en chaleur. Ensuite, il est déchargé dans le condenseur pour dissiper la chaleur et se condenser en liquide réfrigérant..

Ces liquides réfrigérants pénètrent dans le papillon des gaz, accélérer et réduire la pression, et s'évaporer après être entré dans l'évaporateur..

Tant que le compresseur continue de fonctionner et d'effectuer des travaux sur le réfrigérant, le réfrigérant continuera à s'évaporer dans l'évaporateur et absorbera continuellement la chaleur du milieu environnant, atteignant ainsi l'objectif de la réfrigération.

3. Comment fonctionne l'échangeur de chaleur à plaques brasées dans le système de réfrigération?

Manuel d'utilisation du brasage

Guide d'installation de l'échangeur de chaleur brasé 1

Guide d'installation de l'échangeur de chaleur brasé 2