Un échangeur de chaleur est un appareil spécialisé qui aide au transfert de chaleur d’un fluide à l’autre. Dans certains cas, une paroi solide peut séparer les fluides et les empêcher de se mélanger. Dans d’autres conceptions, les fluides peuvent être en contact direct les uns avec les autres. Dans les échangeurs de chaleur les plus efficaces, la surface de la paroi entre les fluides est maximisée tout en minimisant simultanément la résistance à l’écoulement du fluide. Des ailettes ou des ondulations sont parfois utilisées avec la paroi afin d’augmenter la surface et d’induire des turbulences.
Les appareils courants contenant un échangeur de chaleur comprennent les climatiseurs, les réfrigérateurs et les radiateurs. Ces appareils sont également utilisés dans le traitement chimique et la production d’électricité. L’échangeur de chaleur le plus connu est peut-être un radiateur de voiture, qui refroidit le liquide chaud du radiateur en profitant du flux d’air sur la surface du radiateur.
Il existe trois configurations de flux primaires avec les échangeurs de chaleur : à contre-courant, à flux parallèle et à flux croisé. Dans l’échangeur à contre-courant, les fluides pénètrent dans l’échangeur par des côtés opposés. C’est la conception la plus efficace car elle transfère la plus grande quantité de chaleur. Dans la version à écoulement parallèle, les fluides arrivent par la même extrémité et se déplacent parallèlement les uns aux autres lorsqu’ils s’écoulent de l’autre côté. L’échangeur de chaleur à flux croisés déplace les fluides de manière perpendiculaire.
Il existe également quatre conceptions différentes d’échangeurs de chaleur : calandre et tube, plaque, régénératif et intermédiaire fluide ou solide. Le type le plus typique est la conception de la coque et du tube. Cela a plusieurs tubes à ailettes. L’un des fluides traverse les tubes tandis que l’autre fluide les survole, ce qui le réchauffe ou le refroidit. Dans l’échangeur de chaleur à plaques, le fluide s’écoule à travers des chicanes. Cela provoque la séparation des fluides par des plaques de grande surface. Ce type d’échangeur est généralement plus efficace que la conception à calandre et à tubes.
L’échangeur de chaleur régénératif profite de la chaleur d’un procédé spécifique pour chauffer le fluide utilisé dans le même procédé. Ceux-ci peuvent être fabriqués avec la conception de la coque et du tube ou la conception de la plaque. L’échangeur de chaleur à fluide ou solide intermédiaire utilise les fluides ou les solides qu’il contient pour retenir la chaleur et la déplacer de l’autre côté afin d’être libérée. Cette méthode est couramment utilisée pour refroidir les gaz tout en éliminant les impuretés.