Les échangeurs de chaleur à microcanaux améliorent les performances des refroidisseurs


Nov 24, 2023

Dans le but d'améliorer l'efficacité énergétique des produits de refroidissement, les échangeurs de chaleur à microcanaux (MCHE) ont eu un impact sur le marché. Évolution des échangeurs de chaleur à ailettes et à tubes, les MCHE offrent à la fois efficacité et économies, ainsi qu'une grande résistance à la corrosion, en particulier sur le marché des refroidisseurs à condensation par air. 

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

Les échangeurs de chaleur permettent le transfert de chaleur entre deux milieux différents, sans mélange ni contact direct. Ils jouent un rôle essentiel dans les systèmes de refroidissement à air, où un serpentin de condenseur (échangeur de chaleur) permet le transfert de la chaleur indésirable du réfrigérant vers l'air.

Comment fonctionnent les échangeurs de chaleur ?

Dans un échangeur de chaleur traditionnel à ailettes et à tubes, le fluide frigorigène circule dans d'étroits tubes de cuivre (appelés serpentins) à l'intérieur de l'échangeur de chaleur et l'air circule dans des ailettes en aluminium à l'extérieur. 

Dans les systèmes de refroidissement par air, le fluide frigorigène contenu dans les tubes étroits transporte de la chaleur. Cette chaleur est échangée avec l'air au cours d'un processus progressif. Tout d'abord, le réfrigérant chauffé dans les tubes transfère sa chaleur à la paroi du tube. Une série d'ailettes en aluminium sont reliées à l'extérieur de la paroi du tube. La chaleur traverse alors la paroi du tube jusqu'à ces ailettes. Les ailettes jouent un rôle crucial car elles augmentent la surface disponible pour l'écoulement de l'air, ce qui permet d'améliorer le transfert de chaleur des ailettes vers l'air. La chaleur passe des ailettes à l'air qui circule, pour être libérée dans l'atmosphère extérieure.

Comment fonctionnent les échangeurs de chaleur à microcanaux ?

Les échangeurs de chaleur à microcanaux ont repris l'échangeur de chaleur traditionnel à ailettes et à tubes et l'ont développé pour la nouvelle génération. Les principes de fonctionnement sont exactement les mêmes : le réfrigérant circule dans des tubes étroits à l'intérieur de l'échangeur de chaleur, transférant la chaleur indésirable à l'air par l'intermédiaire des ailettes.

Une unité à microcanaux comprend deux collecteurs - un collecteur d'entrée et un collecteur de sortie - qui s'étendent de part et d'autre de l'échangeur de chaleur. Entre chaque collecteur se trouve une série de tubes plats, eux-mêmes divisés en microcanaux (tubes plus petits à l'intérieur du tube plat, sur toute sa longueur). Cela permet d'augmenter la surface et la chaleur échangée par la paroi du tube. Des ailettes persiennes sont placées entre les tubes, afin d'augmenter la surface disponible pour l'air. Le système est brasé à l'aide de flux non corrosifs et est constitué d'alliages d'aluminium. Le réfrigérant circule dans les tubes plats à canaux multiples et l'air s'écoule par les interstices des ailettes. 

L'intérêt de ce système est qu'il augmente la surface disponible pour l'air et prolonge la durée de séjour du réfrigérant dans l'échangeur de chaleur. Le réfrigérant entre par l'un des collecteurs et passe ensuite par les microcanaux des tubes plats jusqu'à ce qu'il atteigne l'autre collecteur. Des chicanes situées dans le collecteur contrôlent la direction du flux de réfrigérant. Le réfrigérant est ainsi forcé de passer plusieurs fois dans les tubes. Plus le réfrigérant reste longtemps dans le tube, plus le transfert d'énergie thermique vers la paroi du tube est important. 

Comme dans les échangeurs de chaleur traditionnels à ailettes et à tubes, la chaleur est conduite à travers la paroi du tube jusqu'aux ailettes. La chaleur passe des ailettes à l'air et est libérée dans l'atmosphère extérieure.

Les échangeurs de chaleur à microcanaux rendent-ils les systèmes de refroidissement plus efficaces sur le plan énergétique ?

La réponse courte est oui. L'utilisation d'échangeurs de chaleur à microcanaux améliore le transfert de chaleur et les performances thermiques. En effet :

  • Les MCHE peuvent utiliser jusqu'à 50 % de fluide frigorigène en moins 
  • La méthode de fabrication de l'assemblage par brasage élimine la résistance de contact pour une plus grande efficacité.
  • Les tubes multicanaux plats à microcanaux ont un diamètre plus petit que les tubes en cuivre, ce qui permet un échange de chaleur plus important dans le transfert de chaleur monophasé.
  • Les tubes multicanaux à microcanaux plats ont une tension de surface plus élevée que les tubes en cuivre, ce qui provoque un écoulement stratifié. Cela permet également un échange de chaleur plus important dans le cadre d'un transfert de chaleur en deux phases.
  • Les unités à microcanaux utilisent des ailettes à lamelles. Cela permet d'obtenir un coefficient de transfert de chaleur 50 % plus élevé qu'avec les ailettes rectangulaires que l'on trouve habituellement dans les échangeurs de chaleur à ailettes et à tubes.
  • Les ailettes persiennes peuvent réduire les turbulences du flux d'air et minimiser les ombres de l'air.
  • Les ailettes persiennes produisent une chute de pression plus faible côté air, ce qui réduit la consommation d'énergie des ventilateurs.
  • Les MCHE présentent une résistance supérieure à la corrosion, ce qui augmente leur durée de vie. 

Les fabricants d'échangeurs de chaleur à microcanaux s'accordent sur leur capacité supérieure à transférer la chaleur et l'importance dans les systèmes CVC à haut rendement. Les échangeurs de chaleur à microcanaux offrent un niveau élevé de fiabilité et de durabilité, une charge de réfrigérant réduite, une taille et un poids réduits, ainsi que des économies enviables en termes d'empreinte carbone.

Microcanaux contre ailettes et tubes

Avantages des échangeurs de chaleur à microcanaux :

  • Efficacité énergétique - certains fabricants affirment que l'efficacité énergétique est supérieure de 20 à 40 % à celle des échangeurs de chaleur à ailettes et à tubes.
  • Les MCHE sont beaucoup plus petits et peuvent peser jusqu'à 60 % de moins par échangeur de chaleur, ou jusqu'à 7 % de moins par refroidisseur.
  • Leur construction est robuste et leur durée de vie est plus longue.
  • Facile à nettoyer, ce qui améliore la facilité d'entretien
  • Probablement moins coûteux en matériaux
  • Peuvent améliorer l'efficacité énergétique des systèmes plus anciens lorsqu'ils remplacent les échangeurs de chaleur à ailettes et à tubes
  • Fonctionnement plus silencieux, car des ventilateurs plus petits peuvent être utilisés
  • Plus grande souplesse en matière d'agencement et de conception.

Inconvénients des échangeurs de chaleur à microcanaux :

  • Les condensats peuvent poser problème et bloquer la circulation de l'air sur les ailettes. 
  • L'unité étant plus complexe, les caractéristiques de conception de l'échangeur de chaleur doivent garantir une circulation correcte du réfrigérant.  Les unités mal conçues ou mal fabriquées ne donneront pas les résultats escomptés.

L'un des grands avantages de la MCHE est la résistance naturelle à la corrosion offerte par la construction en aluminium, qui peut être encore améliorée par des revêtements protecteurs. L'étude Carrier - Heat Exchanger Corrosion Durability Study, réalisée par Advanced Materials Engineering, a comparé neuf serpentins différents, dont des MCHE avec ou sans revêtement, des systèmes de tubes et d'ailettes en cuivre et en aluminium avec ou sans revêtement, ainsi que des serpentins nus en aluminium et en cuivre. 

Sans surprise, un échangeur de chaleur à microcanaux revêtu de première qualité est arrivé en tête de tous les tests. Cependant, le MCHE non revêtu a tout de même surpassé les échangeurs de chaleur à ailettes et à tubes traditionnels qui n'étaient pas revêtus, qui avaient des ailettes en aluminium pré-revêtues et qui utilisaient des serpentins revêtus d'or avec des tubes en cuivre et des ailettes en aluminium. Le MCHE non revêtu a également été plus performant que le serpentin nu avec des tubes et des ailettes en cuivre.

Certification des refroidisseurs utilisant des échangeurs de chaleur à microcanaux

Lorsque vous choisissez un refroidisseur utilisant des MCHE, vous devez vous assurer que vous sélectionnez le bon produit pour votre application. Vous devez non seulement connaître ses capacités, mais aussi disposer d'informations sur ses performances techniques. Cela vous aidera à éviter tout problème de performance potentiel. 

La certification vous permet de comparer objectivement les produits et de prendre une décision en connaissance de cause. Les avantages d'un produit certifié sont les suivants

  • Les performances du produit sont évaluées selon les mêmes critères et les résultats sont exprimés dans la même unité de mesure, quel que soit le pays où les produits sont fabriqués ou commercialisés.
  • Les performances d'un produit certifié sont vérifiées par un organisme accrédité impartial, indépendant et compétent.
  • Les produits certifiés sont conformes aux normes
  • Un produit dont les performances sont certifiées fonctionnera conformément aux spécifications énoncées par le fabricant.

Si vous souhaitez consulter et comparer la technologie des refroidisseurs, notre annuaire des produits certifiés est un bon point de départ. La fonction de recherche facile à utiliser vous permet de visualiser les produits par famille, type, marque, nom de modèle et numéro de certificat. 

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