Les quatre types d'échangeurs de chaleur à plaques dans l'industrie alimentaire

Introduction

L'échange thermique est fondamental dans l'industrie agroalimentaire pour des processus tels que la pasteurisation, la stérilisation, le refroidissement, le chauffage et la récupération d'énergie. Parmi les différents échangeurs de chaleur, les échangeurs de chaleur à plaques (PHE) sont particulièrement populaires en raison de leur conception compacte, de leur efficacité thermique élevée et de leur facilité de maintenance. Il existe quatre principaux types d’échangeurs de chaleur à plaques utilisés dans l’industrie agroalimentaire :

Échangeurs de chaleur à plaques avec joints (GPHE)

Échangeurs de chaleur à plaques brasées (BPHE)

Échangeurs de chaleur à plaques soudées (WPHE)

Échangeurs de chaleur à plaques semi-soudées (SWPHE)

Chacun possède des caractéristiques uniques adaptées à des applications spécifiques dans la transformation des aliments.

1. Échangeurs de chaleur à plaques avec joints (GPHE)

Conception et structure
Les échangeurs de chaleur à plaques avec joints sont constitués d'un empilement de plaques ondulées maintenues ensemble dans un cadre. Chaque plaque est scellée avec des joints en élastomère qui contrôlent l'écoulement des fluides à travers des canaux alternés.

Principales fonctionnalités
Flexible et utilisable : les plaques et les joints peuvent être remplacés ou ajoutés.

Les plaques ondulées créent des turbulences, améliorant le transfert de chaleur.

Les joints permettent un démontage et un nettoyage faciles, ce qui est crucial pour l'hygiène alimentaire.

Applications
Pasteurisation du lait, des jus et de la bière

Refroidissement des fermentations

Systèmes CIP (Clean-in-Place)

Circulation d'eau chaude et d'eau glacée

Avantages
Excellente hygiène : facile à nettoyer et à inspecter.

Évolutif : des plaques peuvent être ajoutées ou supprimées pour répondre à la demande.

Haute efficacité : les plaques fines offrent d’excellentes performances de transfert de chaleur.

Limites
Limites du joint : Ne convient pas aux pressions ou températures très élevées.

Potentiel de fuite si les joints se dégradent avec le temps.

2. Échangeurs de chaleur à plaques brasées (BPHE)

Conception et structure
Les BPHE sont constitués de fines plaques d’acier inoxydable brasées ensemble sous vide à l’aide de cuivre ou de nickel. Le résultat est une unité compacte et scellée sans joints.

Principales fonctionnalités
Pas de joints : entièrement étanche, ce qui le rend plus robuste.

Extrêmement compact et peu encombrant.

Convient aux applications haute pression et haute température.

Applications
Systèmes de refroidissement des produits laitiers

Refroidissement par carbonatation des boissons

Chauffage à l'eau chaude

Évaporateurs et condenseurs frigorifiques

Avantages
Conception compacte : s’adapte aux espaces restreints.

Durable : résistant aux hautes pressions et températures.

Faible entretien : aucun joint à remplacer.

Limites
Non réparable : ne peut pas être démonté ou nettoyé mécaniquement.

Moins hygiénique pour certaines applications de qualité alimentaire en raison des limitations de nettoyage.

Risque de contamination par le cuivre dans les produits sensibles sauf si le brasage au nickel est utilisé.

3. Échangeurs de chaleur à plaques soudées (WPHE)

Conception et structure
Les WPHE comportent des plaques entièrement soudées ensemble, souvent sans aucun joint. Ils sont conçus pour des fluides agressifs et des températures et pressions extrêmes.

Principales fonctionnalités
Entièrement soudé pour zéro fuite dans les processus dangereux ou corrosifs.

Disponible en modèles de blocs compacts.

Souvent utilisé en combinaison avec des boîtiers de type coque.

Applications
Traitement de fluides visqueux ou agressifs (ex. concentré de tomate, sirop)

Récupération de chaleur dans les processus de stérilisation

Traitement des huiles et des graisses

Chauffage à la vapeur des solutions de nettoyage

Avantages
Construction robuste : adaptée aux environnements difficiles.

Fonctionnement sans fuite.

Longue durée de vie avec des fluides agressifs.

Limites
Ne peut pas être nettoyé à la main : doit s'appuyer sur les systèmes CIP.

Plus cher que les unités avec joints.

Aucune modification possible une fois fabriqué.

4. Échangeurs de chaleur à plaques semi-soudées (SWPHE)

Conception et structure
Il s’agit d’un hybride entre les PHE avec joints et soudés. Deux plaques sont soudées ensemble pour former une « cassette » et les cassettes sont scellées entre elles. Un côté a un canal soudé et l'autre un canal avec joint.

Principales fonctionnalités
Permet la manipulation de fluides agressifs du côté soudé et de fluides nettoyables du côté scellé.

Idéal pour les systèmes à ammoniac et les fluides corrosifs.

Permet un démontage partiel pour le nettoyage.

Applications
Condenseurs et évaporateurs d'ammoniac

Transformation de jus et concentrés de fruits

Chauffage du sirop de sucre

Condensation de vapeur dans les évaporateurs

Avantages

Double fonctionnalité : équilibre facilité d’entretien et durabilité.

Rentable pour les systèmes nécessitant une exposition limitée aux joints.

Convient pour le nettoyage CIP partiel et mécanique.

Limites

Toujours vulnérable à la défaillance du joint d'un côté.

Une construction plus complexe augmente les coûts.