Caloduc capillaire

Abstract

 Caloduc comprenant au moins une cloison perméable (3, 4 ..) se développant suivant une nappe mise en contact à intervalles réguliers (A, B, C ...) avec la surface d'échange thermique (1) de manière à former avec celle-ci des canaux capillaires (10, 20, 30 ...) ayant les jointures (A, B, C ...)comme bords latéraux et de manière que lesdits canaux capillaires présentent des coins à angle aigu (101, 102, 201, ...) le long de leurs bords latéraux. Chaque cloison (3, 4 ...) présente des ouvertures (6) ayant un dia­mètre ou une largeur (d) au moins approximativement égale à la hauteur maximale (E) d'un canal.

Description

[0001] Un caloduc se présente sous la forme générale d'un tube, de section quelconque, hermétiquement scellé, dont la paroi interne est tapissée d'un tissu capillaire imbibé d'un liquide adéquat. Lorsque l'on chauffe ce tube, le liquide s'évapore du côté chauffé tandis que la vapeur se condense du côté refroidi. Enfin, le condensat est ramené à son point de départ par succion capillaire du tissu.

[0002] Lorsque le caloduc est incliné, évaporateur en-dessous, la gravité favorise fortement le retour du liquide tandis que la succion capillaire assure le mouillage efficace de toutes les surfaces d'évaporation et de condensation.

[0003] La phase vapeur dans le caloduc est quasi-isotherme, les seuls gradients se produisent par conduction de l'évaporateur et du condenseur. Le caloduc est donc un système quasi-isotherme quelle que soit sa longueur. La capacité de transport de chaleur maximum du caloduc est régie par l'équilibre des pressions motrices (gra­vité, succion capillaire) et des pressions résistantes (pertes de charge).

[0004] Une structure capillaire interne usuelle dans un caloduc utilise des cloisons perméables sous forme de treillis cylindriques concentriques. Cette structure a pour in­convénient de voir sa puissance calorifique transporta­ble limitée par deux phénomènes :

a) formation de bouchons de vapeur ou de gaz dans les canaux prévus pour la circulation du liquide dans les zones de chauffage.

b) formation d'un film de vapeur isolant qui engendre des gradients de température importants, préjudiciables à la supraconductivité recherchée dans le domaine de la trans­mission de chaleur.

[0005] De plus, ces caloducs connus subissent une très forte dé­gradation de leurs performances après cintrage, ce qui les rend impropres à leur utilisation dans certaines applica­tions telles que le domaine des satellites artificiels, par exemple.

[0006] L'invention a pour objet une structure interne de caloducs perfectionnée qui pallie les inconvénients des structures capillaires à treillis usuelles.

[0007] Cet objectif est atteint, selon l'invention, par un calo­duc caractérisé par au moins une cloison perméable se dé­veloppant en une nappe mise en contact à intervalles ré­guliers avec la surface d'échange thermique de manière à former avec celle-ci des canaux capillaires ayant comme bords latéraux les jointures précitées et de manière que lesdits canaux capillaires présentent des coins à angle aigu le long de leurs bords latéraux, chaque cloison pré­sentant des ouvertures ayant un diamètre ou une largeur au moins approximativement égale à la hauteur maximale d'un canal.

[0008] D'autres particularités de l'invention ressortiront de l'exposé de l'invention.

[0009] L'invention est exposée dans ce qui suit en s'appuyant sur les dessins ci-annexés dans lequels:

. la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un mode d'exécution exemplaire d'un caloduc selon l'inven­tion;

. la figure 2 montre schématiquement l'effet cinétique créé avec la disposition selon l'invention;

. les figures 3 et 4 illustrent deux autres exemples d'exécution typiques de la disposition selon l'invention.

[0010] Se reportant aux dessins, la figure 1 montre une coupe transversale d'un caloduc cylindrique selon l'invention. Le tube extérieur 1 du caloduc constitue la surface d'échange thermique de la zone évaporateur. La surface intérieure du tube 1 est avantageusement formée avec des rainures 2 dont on verra le rôle plus loin. A l'intérieur du tube 1 est fixée une première cloison capillaire3 se développant suivant une surface parallélipipédique hexagonale, les arêtes A, B.... de la surface parallélipipédique étant par exemple soudées au tube 1. Entre la surface 3 et le tube 1 sont ainsi formés plusieurs canaux capil­laires longitudinaux 10 pour la circulation d'un liquide.

[0011] A l'intérieur de la cloison 3 est fixée une deuxième cloison capillaire 4 formant avec la cloison 3 plusieurs canaux capillaires 20 parallèles aux canaux 10. Et à l'intérieur de la cloison 4 est fixée une troisième cloison 5 formant avec la cloison 4 des canaux capillaires longitudinaux 30. Des cloisons supplémentaires pourraient encore être prévues d'une façon similaire.

[0012] Une particularité caractéristique de la structure selon l'invention est que les canaux capillaires 10, 20, 30 formés par les cloisons à l'intérieur du tube 1 pré­sentent des coins à angle aigu, tels que 101, 102, 202, 301, 302 par exemple. Une seconde particularité caractéristique de l'invention est la formation d'une pluralité d'ouvertures 6 dans les cloisons 3, 4, 5.

[0013] Grâce à ces deux particularités combinées, les bulles de vapeur qui se forment dans les canaux de liquide 10, 20, 30 et qui auraient tendance à y stagner, se trouvent animées par une poussée capillaire développée dans un coin, qui les expulsent des coins 101, 102, 201...... et les aménent vers les ouvertures 6 qui les évacuent immédiatement vers le canal adjacent intérieur et finalement dans le canal de vapeur central 40 (voir figure 1). On évite ainsi la formation de bouchons de vapeur et de film de vapeur isolant qui limitent la puissance transportable dans les caloducs classiques. Les rainures 2 formées avantageusement dans la face interne du tube 1 et que l'on a mentionnées précédemment, réalise la distribution du liquide, logé préférentiellement dans les coins précités, sur l'entièreté de la surface interne du tube soumise au flux de chaleur.

[0014] Il est à noter que les ouvertures 6 précitées n'ont rien à voir avec les mailles d'un treillis habituel­lement utilisé pour constituer les cloisons perméables. Les ouvertures 6 sont réalisées dans la cloison avec des dimensions et un pas choisis en fonction de la largeur radiale maximale des canaux. Désignant par E la hauteur maximale d'un canal de liquide, la valeur optimale du diamètre ou de la largeur d des ouvertures est égale à environ E. Quant au pas e, il est avan­tageux de le choisir le plus petit possible, à la limite même de valeur nulle, c'est-à-dire que les ouvertures seraient des fentes continues. En pratique, cependant, il s'est avéré intéressant et suffisant de choisir le pas égal à 4d.

[0015] L'invention n'est nullement limitée au mode d'exécution exemplaire illustré à la figure 1. Deux autres exemples d'exécution typiques sont illustrés aux figures 3 et 4. Le mode d'exécution illustré à la figure 3 montre un caloduc à surface d'échange cylindrique avec une cloison perméable se développant suivant une surface polyédrique quelconque. Des cloisons additionnelles peuvent bien sûr être prévues comme décrit précédemment. La figure 4 illustre un mode d'exécution dans lequel la surface d'échange thermique 1 est plane.

[0016] En plus des avantages que procure la disposition selon l'invention sur le plan de la puissance calori­fique transportable, cette disposition a encore un avantage mécanique appréciable: celui de permettre le cintrage du caloduc sans dégradation de la capacité de transport de chaleur, la forme géométrique des canaux de liquide restant conforme à sa disposition initiale grâce au support mécanique des cloisons pliées, maintenues en contact avec la surface du tube.

Revendications

1. Caloduc comprenant une surface d'échange thermique et au moins une cloison perméable formant avec la surface d'échange thermique plusieurs canaux, caractérisé en ce que la ou chaque cloison (3, 4 ...) se développe suivant une nappe mise en contact à intervalles réguliers (A, B, C ...) avec la surface d'échange thermique (1) de manière à former avec celle-ci des canaux capillaires (10, 20, 30 ...) ayant comme bords latéraux les jointures (A, B, C ...) précitées et de manière que lesdits canaux capil­laires présentent des coins à angle aigu (101, 102, 201, ...) le long de leurs bords latéraux, et en ce que la ou chaque cloison (3, 4 ...) présente des ouvertures (6) ayant un diamètre ou une largeur (d) au moins approxima­tivement égale à la hauteur maximale (E) d'un canal.

2. Caloduc selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs cloisons (3, 4, 5 ...) mises en contact à intervalles réguliers entre elles et avec la sur­face d'échange thermique.

3. Caloduc selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la ou les cloisons (3, 4 ...) se développent sui­vant une surface parallélipipédique polygonale inscrite dans une surface d'échange thermique cylindrique.

4. Caloduc selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la ou les cloisons (3, 4 ...) se développent sui­vant une surface polydérique quelconque.

5. Caloduc selon la revendication 1, caractérisé en ce que la face interne de la surface d'échange thermique (1) présente des rainures (2) perpendiculaires à la direction longitudinale des canaux précités.

6. Caloduc selon la revendication 1 ou 2 , caractérisé en ce que la face interne de la surface d'échange thermique (1) est plane.

Dessins