Nous vous aidons ici à trouver l’échangeur qui conviendra le mieux à votre application.
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Le choix de votre échangeur devra se faire en plusieurs étapes :
Il faut déterminer la puissance et le différentiel de température souhaité. Pour cela, il faut déjà comprendre le principe d’un échangeur thermique.
Principe d’un échangeur thermoélectrique
Ces échangeurs utilisent de modules thermoélectriques* (Modules Peltier, effet Peltier, ou encore plaque thermoélectrique …). Les modules sont intégrés entre deux systèmes de dissipation (côté froid et côté chaud).
* Se reporter à notre article sur le choix d’un module thermoélectrique
L’échange thermique, se fait des 2 côtés grâce :
- à un ensemble radiateur / ventilateur
- à un contact direct
- ou par circulation d’eau.
Pour exemple, le dessin éclaté ci-contre d’un échangeur Air / Air montre le positionnement des modules et des systèmes de dissipation (dans ce cas radiateurs / ventilateurs).
D’une manière générale, ces échangeurs sont utilisés pour refroidir ou maintenir en température un volume, un objet ou un liquide. Il y a donc un système de dissipation pour le côté froid qui permet de refroidir ou maintenir en température et un système de dissipation pour le coté chaud dont la fonction est d’évacuer les calories.
L’échangeur de chaleur permet de contrôler la température d’un système ou d’un produit en échangeant de la chaleur entre deux milieux. Il est indispensable dans de nombreuses applications courantes, en réfrigération, en refroidissement électronique, en génie des procédés, pour le stockage d’énergie ou la production d’énergie mécanique (ou électrique) à partir d’énergie thermique. Dans l’échangeur classique, un fluide chaud transfère une partie de son enthalpie à un fluide froid. Ce type d’échangeur sert de base pour donner les définitions et les paramètres nécessaires à son dimensionnement.
Dans la plupart des cas, les deux fluides ne sont pas en contact, et le transfert s’effectue à travers une surface d’échange. Au sein de la paroi séparatrice, le mécanisme de transmission de la chaleur est la conduction, et, sur chacune des deux surfaces de contact avec les fluides, ce sont presque toujours les phénomènes de convection qui prédominent.
Il existe une très importante variété de modèles d’échangeurs, les quatre principales catégories utilisées dans les systèmes énergétiques sont les suivantes :
- échangeurs tubulaires
- les échangeurs à tube et calandre
- échangeurs à ailettes
- les échangeurs à plaque
Ces derniers sont la technologie que nous vous proposons sur ce site. Le fabricant LAIRD étant leader sur cette technologie.
Quels sont les différents types d’échange thermique ?
Les échangeurs de chaleur à plaque proposés par le fabricant LAIRD (leader sur cette technologie) ont différentes configurations.
La première approche dans votre choix consiste à décider du type d’échange souhaité en fonction de votre application (configuration, environnement, …). La référence de chaque échangeur commence avec ces 2 lettres. (AA pour Air / Air)
Echange Air / Air (AA) :
Dans cette configuration, l’échange thermique se fait des 2 côtés par un ensemble radiateur/ventilateur. L’air contenu dans le boitier est refroidit par l’ensemble radiateur/ventilateur. Le ventilateur permet une bonne répartition de l’air froid dans le boitier. Les calories sont évacuées par le radiateur/ventilateur extérieur.
Echange Direct / Air (DA) :
L’échange est réalisé d’un côté par un système radiateur/ventilateur et de l’autre par un contact direct (plaque). Dans le schéma ci-contre le contact est réalisé directement sur la paroi. Il peut aussi être réalisé par un contact direct sur la source de chaleur (semi-conducteur, laser, …).
Echange Liquide / Air (LA) :
Le système de dissipation froid est un bloc d’aluminium dans lequel circule un liquide (eau, eau +glycol, ..). La circulation du liquide est assurée indépendamment de l’échangeur, la pompe n’est pas fournie. L’évacuation des calories à l’extérieur est assurée par un ensemble radiateur/ventilateur.
Echange Direct / Liquide (DL) :
L’échange est réalisé d’un côté par un système radiateur/ventilateur (dissipation chaud) et de l’autre par un contact direct (dissipation froid). Dans le schéma ci-contre le contact est installé directement sur la paroi. Il peut aussi être réalisé par un contact direct sur la source de chaleur (composant électronique, bloc laser, …). L’évacuation des calories est assurée par la circulation d’un liquide (pompe non fournie).
Echange Liquide / Liquide (LL) :
L’échange thermique est réalisé par deux systèmes de circulation indépendant. L’un sert à refroidir ou maintenir en température, l’autre à évacuer les calories. Pour les deux circuits de liquide, les pompes de circulations ne sont pas fournies
Comment estimer la puissance de l’échangeur pour son application ?
Une fois le principe d’échange thermique choisi, il faut dimensionner thermiquement (W) l’échangeur pour qu’il soit capable d’assurer sa fonction de refroidissement et / ou de maintien en température.
La gamme des échangeurs thermoélectriques propose des puissances de 10 W jusqu’à 480W.
Chaque série a plusieurs puissances. Voir sur les pages correspondantes.
Comment choisir un échangeur thermique
Cette puissance est indiquée dans la référence de chaque échangeur. Après les 2 lettres qui définissent le principe d’échange thermique, vous trouverez 3 chiffres (AA-100, LA-230, DL-045, …). Ces 3 chiffres indiquent la puissance maximale pouvant être dissipée par l’échangeur à Delta T°=0°.
Pour commencer, il faut comprendre la notion de puissance max. à Delta T°=0°. C’est la puissance max. de refroidissement de l’échangeur quand la difference entre la température cible (objet ou volume à refroidir) et la température ambiante (salle de laboratoire, à l’extérieur, …) est égale à zéro.
Exemple :
Votre besoin est de refroidir puis maintenir en température (13°C) un coffret. Celui-ci est positionné dans une salle d’analyse dont la température ambiante est de 23°C. La puissance estimée à dissiper est de 70W avec delta T est de 10° (23° – 13°).
Le graphique montre la courbe de performance d’un échangeur AA-100. Pour un delta T° de 10°, la capacité de refroidissement est de 75W.
Si pour une raison particulière la température ambiante devait s’élever à 28°C, le delta T° serait de 15° et la puissance disponible de l’échangeur ne serait plus que de 60W. Dans ce cas l’échangeur AA-100 n’est pas adapté, il faut prendre un AA-150.
Autres paramètres pour votre choix :
Une fois ce calcul théorique réalisé, d’autres éléments sont à prendre en compte :
- Caractéristiques du coffret :
- le matériaux utilisé : le pouvoir de dissipation est différent suivant si vous avez de l’acier, du plastique, du verre, etc… ),
- les dimensions sont importante pour pour connaitre le volume à refroidir,
- l’isolation :
- Positionnement du coffret :
- intérieur (température ambiante et variations, ..)
- ou extérieur (rayonnement solaire, protection par un auvent, …).
- Durée souhaitée pour atteindre la température cible.
COMMENT RÉGULER SON ECHANGEUR ?
La question à se poser maintenant est le pilotage de son échangeur thermoélectrique.
Le type de contrôle de votre échangeur dépend de votre application. Maintenir l’intérieur d’un coffret dans une plage de température définie (+55°c à +35°c) ou conserver une température précise (13°C à +/-0,1°C) définie feront appel à des dispositifs complètement différents.
Dans le cas du maintien en température dans une plage assez large, il est recommandé d’utiliser l’échangeur avec une gestion ON / OFF gérée par un thermostat. Quand la valeur haute de la plage est atteinte, le thermostat met en route l’échangeur à pleine puissance. Une fois la valeur basse atteinte, l’échangeur s’arrête.
Pour un contrôle plus précis de la température, la gestion peut se faire avec un contrôleur. Dans ce cas, la consigne de température est envoyé au contrôleur. Une boucle fermée avec un capteur de température permet au contrôleur de moduler l’alimentation de l’échangeur. Cela permet d’adapter la puissance en fonction de la consigne donnée.
LAIRD Thermal systems propose différents contrôleurs :
- Régulateur thermostatiques unidirectionnels
- Régulateur thermostatiques bidirectionnels
- Régulation proportionnelle PID, PWM
Simulateur Laird Thermal Systems
Toutes ces caractéristiques propres à votre application peuvent être configurées grâce au simulateur disponible sur le site de LAIRD Thermal Systems. Vous pourrez ainsi créer les conditions d’utilisation de l’échangeur avec vos paramètres (isolation, dimensions, rayonnement solaire, …).
Comment choisir un échangeur thermique
Gamme des échangeurs PAR TECHNOLOGIE LAIRD
Gamme LAIRD des échangeurs PAR APPLICATION
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Pitch technologies est l'agent LAIRD pour le territoire Français pour la partie thermique. Vente directe du fabricant. Pas d'intermédiaire 👌
Comment choisir un échangeur thermique
Comment choisir un échangeur thermique
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Comment choisir un échangeur thermique