Base de connaissances
Un moteur ne transforme qu'une partie de son carburant en électricité ; le reste est évacué sous forme de chaleur dans l'eau de refroidissement, l'huile, l'air de suralimentation et les gaz d'échappement. Une centrale de cogénération récupère cette chaleur et la commercialise sous forme d'eau chaude ; l'échangeur à plaques est l'élément qui transfère cette chaleur du moteur vers le circuit de chauffage. Ce guide explique où se situe l'échangeur dans la chaîne de récupération de chaleur, pourquoi on utilise un échangeur à plaques à cet endroit et à quelles contraintes il doit faire face.
Le point de transfert
Les circuits de refroidissement du moteur sont fermés et relèvent du moteur : un mélange traité, une pression définie, un débit spécifié par le constructeur du moteur. Le circuit de chauffage relève du client : un réseau de chauffage urbain, un bâtiment, une serre ou un processus, avec sa propre eau, sa propre pression et ses propres pompes. Un échangeur à plaques se trouve entre les deux. La chaleur du moteur traverse les plaques et l'eau de chauffage l'évacue, mais les deux fluides ne se mélangent jamais : ainsi, un problème sur le réseau ne peut pas atteindre le moteur et le circuit du moteur ne peut pas fuir vers le réseau.
Récupération de la chaleur tout au long de la chaîne
La récupération de chaleur est généralement organisée en chaîne. L'eau de chauffage passe d'abord par les échangeurs qui captent la chaleur de moindre qualité, comme celle de l'huile et de l'air de suralimentation, où elle est récupérée, puis par l'échangeur du circuit d'eau de chemise, et enfin par l'échangeur de chaleur des gaz d'échappement, qui augmente encore sa température. L'échangeur des gaz d'échappement est une unité distincte conçue pour les gaz chauds, car un échangeur à plaques n'est pas adapté aux gaz d'échappement ; les échangeurs à plaques assurent le transfert liquide-liquide en amont. L'ordre de passage est important et est défini de manière à ce que chaque source cède autant de chaleur que possible.
Pourquoi utilise-t-on un échangeur à plaques ?
Les installations de moteurs sont souvent conçues sous forme de conteneurs compacts ou de châssis, et un échangeur à plaques permet d'assurer le fonctionnement dans un espace réduit. Il peut amener l'eau de chauffage à une température proche de celle du circuit du moteur, ce qui se traduit par un rendement thermique accru pour un même moteur. Il réagit rapidement lorsque la charge du moteur ou la demande de chaleur varie. Le modèle à joints peut être ouvert et nettoyé lorsque le côté de chauffage, qui est souvent le moins propre des deux, présente des dépôts ; le modèle brasé convient aux installations plus petites dotées de circuits fermés et propres.
Quand personne ne veut de la chaleur
La demande de chaleur correspond rarement exactement à celle du moteur : une journée chaude, un dysfonctionnement du réseau ou un processus à l'arrêt peuvent empêcher le circuit de chauffage d'absorber la chaleur. Le moteur devant tout de même être refroidi, l’installation a besoin d’une solution de secours, généralement un refroidisseur d’urgence ou un radiateur de décharge, ainsi que d’une vanne de régulation qui achemine la chaleur du moteur vers l’échangeur ou vers le radiateur selon les besoins. L’échangeur à plaques et le radiateur sont conçus conjointement afin que le moteur reste dans ses limites de fonctionnement dans les deux cas. TECS Engineering conçoit et fournit des solutions d’échangeurs de chaleur à plaques pour les circuits de refroidissement des moteurs, des centrales électriques et des installations industrielles, et fabrique les radiateurs et les refroidisseurs de secours qui les accompagnent ; transmettez-nous les données du moteur, la demande de chaleur et les conditions du site, et notre équipe d’ingénieurs vous apportera une réponse.
En bref
- Transfère la chaleur du moteur vers le circuit de chauffage tout en maintenant les fluides séparés
- Protège le circuit du moteur contre le réseau de chauffage et le réseau contre le moteur
- Fait partie d'un circuit : huile et air de suralimentation, puis eau de refroidissement, puis gaz d'échappement
- L'échangeur de chaleur des gaz d'échappement est une unité distincte conçue pour les gaz chauds
- Compact, avec une grande stabilité thermique et une grande réactivité
- Un refroidisseur d'urgence prend le relais lorsque le circuit de chauffage ne peut pas
Ce qu'il faut joindre à votre demande
- Fiche technique du moteur indiquant la chaleur dégagée par chaque circuit
- Le circuit de chauffage : son eau, ses températures et son débit
- Quelles sont les sources de chaleur à récupérer ?
- Pression de chaque côté et perte de charge admissible
- Comment la demande de chauffage varie-t-elle et que se passe-t-il lorsqu'elle cesse ?
- Espace disponible, conditions du site et spécifications éventuelles relatives aux matériaux
Les questions qu'on nous pose souvent
Quel est le rôle d'un échangeur à plaques dans une centrale de cogénération ?
Il transfère la chaleur des circuits de refroidissement du moteur vers le circuit d'eau chaude qui l'achemine jusqu'au client, tout en maintenant les deux fluides séparés.
Un échangeur à plaques permet-il de récupérer la chaleur des gaz d'échappement ?
Pas directement. La chaleur des gaz d'échappement est récupérée par un échangeur distinct conçu pour les gaz chauds ; les échangeurs à plaques traitent les circuits de liquide en amont.
Pourquoi ne pas raccorder directement la chaudière au réseau de chauffage ?
L'eau, la pression et la propreté du réseau ne correspondent pas aux besoins du moteur, et une défaillance d'un côté se répercuterait sur l'autre. L'échangeur permet de les séparer.
Que se passe-t-il lorsque le chauffage n'est pas nécessaire ?
Une vanne de régulation achemine la chaleur du moteur vers un refroidisseur de secours ou un radiateur de décharge, de sorte que le moteur reste refroidi quel que soit le fonctionnement du circuit de chauffage.
Quel type d'échangeur à plaques est utilisé ?
Un groupe équipé de joints d'étanchéité lorsque le côté chauffage risque de s'encrasser et qu'un accès pour le nettoyage est nécessaire ; un groupe brasé dans les petites installations dotées de circuits fermés et propres.
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