EP4325158B1 - Caloduc de type à pompage capillaire, à rainures réentrantes transversales à l`axe longitudinal du caloduc - Google Patents

Caloduc de type à pompage capillaire, à rainures réentrantes transversales à l`axe longitudinal du caloduc Download PDF

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EP4325158B1
EP4325158B1 EP23191678.4A EP23191678A EP4325158B1 EP 4325158 B1 EP4325158 B1 EP 4325158B1 EP 23191678 A EP23191678 A EP 23191678A EP 4325158 B1 EP4325158 B1 EP 4325158B1
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EP
European Patent Office
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heat pipe
capillary
channel
liquid
evaporator
Prior art date
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Application number
EP23191678.4A
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German (de)
English (en)
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EP4325158A1 (fr
Inventor
Mathieu Mariotto
Bénédicte CHAMPEL
Jean-Antoine Gruss
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/04—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/0233—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes the conduits having a particular shape, e.g. non-circular cross-section, annular
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/08—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning
    • F28F3/086—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning having one or more openings therein forming tubular heat-exchange passages

Definitions

  • the present invention relates to a capillary pumping type heat pipe with reentrant grooves.
  • the present invention aims to improve the boiling limit of such a heat pipe.
  • a heat pipe is a thermal device used to transfer a quantity of energy from a hot source to a cold source, a certain distance apart.
  • a heat pipe consists of a hermetically sealed enclosure, a working fluid, and a capillary network. During manufacturing, all the air present in the heat pipe tube is evacuated and a quantity of pure liquid is introduced to saturate the capillary network. Once the enclosure is sealed and subjected to a heat source, an equilibrium is established between the liquid phase and the vapor phase.
  • part of the liquid phase vaporizes and absorbs the heat flux in latent form by inducing a slight overpressure which causes the movement of the vapor towards an area at the other longitudinal end, called the condenser where the cold source is applied.
  • the condenser At the condenser, the vapor condenses and returns to the liquid phase.
  • the condensed fluid (the condensates) circulates in the capillary network and returns to the evaporator to repeat a cycle, under the effect of capillary forces, when the heat pipe is not subject to gravity.
  • the return of the liquid fluid from the condenser to the evaporator is obtained by capillary pumping.
  • the engine of the heat pipe is the capillary pumping of the fluid which takes place at the liquid-vapor interface zones specifically configured so that a meniscus is formed, resulting from the contact angle between the fluid and the metal constituting the heat pipe (itself dependent on the surface tension of the fluid, and the solid/liquid and solid/vapor interfacial tensions).
  • the higher the capillary pumping forces are The larger the friction forces of the fluid phases with the walls and between them, the more efficient the heat pipe is and the more energy it can carry.
  • Heat pipes affected by this absence of gravity are, for example, those used in space operating conditions, such as for the thermalization of satellite telecommunications systems.
  • Grooved heat pipes operate on the principle of capillary pumping. They consist of a tube, in which the inner surface has axial/longitudinal grooves [1] or slightly spiral-shaped grooves. Grooved heat pipes consist of a vapor core and a capillary network in which the liquid phase circulates. Due to a change in curvature of the liquid-vapor interface between the condenser and evaporator zones, a pressure gradient appears in the liquid, which leads to a change in capillary pressure. The smaller the groove width, the greater the capillary pumping effect.
  • the maximum power that grooved heat pipes can carry is generally set by the capillary limit, the driving term of which is the capillary pressure, and the limiting term essentially the loss of liquid pressure in the grooves and, to a lesser extent, the pressure losses of the steam flow.
  • Reentrant grooved heat pipes are special examples of grooved heat pipes, in which the grooves have a narrow connecting channel compared to the rest of the groove, which increases the capillary pumping effect while limiting pressure losses. These heat pipes are used mainly in the space sector, for example for thermal regulation in satellites and/or spacecraft.
  • Another technique uses mechanical machining, with this technique also the depth to width ratio is not significantly greater than 1. In addition, this technique has a relatively high cost price and is not suitable for medium and large series manufacturing.
  • Another technique uses chemical etching. But it also does not allow for a high depth-to-width ratio.
  • the heat pipe's operating curve which determines its maximum transport capacity, is obtained by combining the curves corresponding to the various physical operating limits, which ultimately define the heat pipe's operating range in terms of the maximum power it can transfer.
  • FIG. 1 illustrates the curve delimiting the operating domain for an example of a capillary pumped heat pipe.
  • the portions of curve Viscous Q, Sonic Q, Entrainment Q, Capillary Q, Boiling Q define the viscous, sonic, entrainment, capillary and boiling limits respectively.
  • the capillary driving pressure in a capillary pumped heat pipe, the capillary driving pressure must compensate for the static pressure losses related to the volume and dynamic forces generated by the flow of the working fluid in the heat pipe (friction between the flows and the walls).
  • This capillary driving pressure which corresponds to the capillary pressure difference between the evaporator and the condenser, is a function of the structure of the heat pipe, and the dynamic pressure losses increase with the mass flow rate of the working fluid (and with the length of the heat pipe): the capillary limit is reached when the capillary driving pressure is equal to the sum of the pressure losses.
  • a heat pipe only operates if the capillary driving pressure is higher, in microgravity conditions, than the pressure losses, and therefore below the capillary limit.
  • This limit is generally expressed in W.m: it is inversely proportional to the effective length of the heat pipe, that is to say that for the same design (same cross-section over the entire length), the capillary limit, expressed in W, of a 2-meter heat pipe is half that of a 1-meter heat pipe.
  • the ratio of the sections between the channel and the groove must not be too high, in order to facilitate the evacuation of steam bubbles which may possibly appear in the channels.
  • the meniscus of the liquid/vapor interface evaporates in the groove that delimits a connection channel, the meniscus moves back into the latter, especially as the heat flux is high. If the meniscus moves back too much, it can reach the reentrant channel. In this case, the capillary radius at the interface increases and therefore the capillary pressure, the driving force of the heat pipe, decreases; there is then a risk of the heat pipe losing its priming.
  • the overall thermal resistance of a heat pipe can be assessed by making a network analogy of independent thermal resistances.
  • Such a network is schematized in Figure 2 in which a heat flux Q emitted by a hot source SC must be evacuated by a heat pipe to a cold source.
  • the limiting thermal resistance is that of the liquid channels (capillary network), respectively to the evaporator and the condenser (R3, R7).
  • the film resistance depends in particular on the length of the triple contact lines between liquid, vapor and solid.
  • the general aim of the invention is then to respond at least in part to this need.
  • the invention firstly relates to a capillary pumped heat pipe with reentrant grooves, extending along a first longitudinal direction (X), comprising a sealed enclosure extending between a first longitudinal end, intended to be heated by a heat source SC to form, within the enclosure, an evaporator and a second longitudinal end intended to be cooled by a cold source SF to form, within the enclosure, a condenser, the sealed enclosure delimiting an adiabatic zone between the evaporator and the condenser, the sealed enclosure comprising a stack of plates in a second direction, orthogonal to the first direction, including two closure plates and at least a number of n modules on top of each other with n being an integer greater than or equal to 1, each module comprising at least one interposed plate between the closure plates, the interposed plate(s) comprising at least a first interposed plate comprising at least one window whose edges partially delimit a vapor channel extending along the first direction (X) between the evaporator and the conden
  • each exchange zone comprises a plurality of connecting channels, opening out which extend transversely to the first direction (X), preferably along the third direction (Y), two adjacent connecting channels being separated by a structuring thickness.
  • the width of the connecting channels is preferably between 0.1 mm and 0.5 mm, and optimally equal to 0.2 mm.
  • a structuring thickness is preferably between 0.3 mm and 3 mm and optimally equal to 1 mm.
  • the condenser of the heat pipe also comprises at least one exchange zone defining a liquid-vapor interface and delimited between the at least one intermediate plate and at least one other intermediate plate or a closing plate, connecting the vapor channel and the liquid channel(s), each exchange zone comprising at least one connecting channel, opening which extends transversely to the first direction (X), preferably in the third direction (Y).
  • the cross-section in the XZ plane of each connecting channel opening into the condenser is greater than that in the evaporator.
  • the connecting channels can be wider in the condenser because there is no need for capillary pressure unlike in the evaporator.
  • the adiabatic zone of the heat pipe is free of exchange zones between the vapor channel and the liquid channel(s).
  • the material constituting the plates forming the sealed enclosure is preferably chosen from aluminum, copper, nickel, or an alloy based on at least two of these.
  • each connecting channel is made opening onto the entire thickness in the YZ plane of a structure of an intermediate plate.
  • the connecting channels are made in such a way as to be arranged in a staggered pattern in an XZ plane.
  • the structures comprise longitudinal, non-opening grooves, which extend in the first direction (X), on the side of the vapor channel, crossing the connecting channels.
  • These longitudinal, non-opening grooves make it possible to increase the contact surface between liquid and vapor, and the length of the triple lines, thus making it possible to reduce the thermal resistance in the evaporation zone.
  • the width in the YZ plane of the longitudinal grooves is preferably substantially equal to the width in the XZ plane of the connecting channels.
  • the width in the YZ plane of the longitudinal grooves is preferably substantially equal to their depth in the third direction (Y).
  • At least one intermediate plate comprises longitudinal grooves which extend in the first direction, at the interface with an adjacent intermediate plate or a closing plate, crossing the connecting channels.
  • these longitudinal grooves on the soldering surfaces in this area make it possible to trap excess solder.
  • These grooves can be placed on one of the longitudinal sides, or on both sides of an intermediate plate.
  • the width of these grooves is advantageously substantially equal to or slightly smaller than that of the connecting channels in order to promote, by capillary pumping, the preferential trapping of excess solder in these areas.
  • the heat pipe comprises n modules one on top of the other, n being an integer greater than or equal to 1, defining a single vapor channel and n liquid channels on at least one lateral side, in particular on each lateral side of the vapor channel.
  • the cross-section in the YZ plane of the vapor channel and the liquid channel(s), preferably rectangular, is constant over the entire length of the heat pipe.
  • the invention essentially consists of proposing a heat pipe of which at least the evaporator comprises connecting channels between the vapor channel and the liquid channel(s) which are not produced along the length of the heat pipe as according to the state of the art, but transversely to this length.
  • the reference SC used in the figures designates the hot source or, by extension, the zone of application of the thermal flux emitted by the hot source directly on the lateral face of a heat pipe enclosure.
  • the heat pipe 1 comprises a sealed enclosure 2 extending along the longitudinal axis X between a first longitudinal end 3 and a second longitudinal end 4.
  • the first end 3 is for example intended to be heated by a hot source SC to form an evaporator Z E within the enclosure.
  • the second longitudinal end 4 is intended to be cooled by a cold source SF to form a condenser Zc within the enclosure.
  • the sealed enclosure 2 internally delimits an adiabatic zone Z A between the evaporator and the condenser.
  • the heat source is, for example, an electrical or electronic component, a heat storage system, an exothermic chemical reactor.
  • the cold source is, for example, a radiating surface, fins in forced convection, cold plates in single- or two-phase flow, a cold storage system, an endothermic chemical reaction, etc.
  • the sealed enclosure 2 is produced by stacking and assembling end plates 22 also called closing plates and intermediate plate modules 20 arranged between the end plates 22, according to a method described in the patent application. EP3553445 .
  • a module comprises at least two intermediate plates, the plates of the different intermediate plate modules 20 comprising windows or other structures, being stacked so as to delimit channels 11, 12, 13 as detailed below.
  • a module can also comprise a single plate machined on its two main faces.
  • the plates 20, 22 are preferably made of aluminum alloy and assembled by vacuum brazing.
  • the aluminum alloy plates may preferably be coated with a eutectic cladding.
  • a preferred embodiment consists of machining plates 20 cladded on their two main faces, then assembling these sheets by eutectic vacuum brazing. As a variant, machining can be carried out on only one main face of the cladded plates.
  • salt bath brazing For assembly, different processes are possible: salt bath brazing, inert gas brazing, ultrasonic welding, friction stir welding, gluing, etc.
  • heat pipes range from a few centimeters to a few meters.
  • the maximum size of heat pipes is generally limited by the available tooling. Indeed, joining sheets by vacuum brazing requires large vacuum furnaces, a few meters long.
  • windows are made by punching, cutting, for example by laser or water jet.
  • the stack defining the sealed enclosure 2 is then of rectangular parallelepiped shape with four longitudinal faces parallel to the XY plane or to the XZ plane, each having a large surface area promoting heat exchanges with the hot source SC and the cold source SF.
  • the longitudinal face 21 parallel to the XY plane is the one which receives the heat flow ( ⁇ E ) from the hot source (SC).
  • the steam channel 13 of constant rectangular cross-section extends along the longitudinal axis X.
  • the steam channel 13 serves for the circulation of the vapor phase from the evaporator Z E to the condenser Zc via the adiabatic zone Z A .
  • a liquid channel 11 may or may not be connected to the vapor channel 13 depending on the area of the heat pipe. When it is connected to the vapor channel 13, as in the evaporator Z E , a liquid channel 11 is connected by a connecting channel 12 with a section in the XZ plane smaller than that of the liquid channel. Each liquid channel 11 is intended for the circulation of the liquid from the condenser Z C to the evaporator Z E .
  • a connecting channel 12 forms a reentrant groove by defining an exchange zone between the vapor and the liquid.
  • a connecting channel 12 by defining at least one liquid-vapor interface.
  • the connecting channels 12 extend along the longitudinal direction X of the heat pipe.
  • this production of the channels 12 has in particular the disadvantage that the brazing zones B between intermediate plates 20 within the stack and with the end plates 22 can only be physically present on one longitudinal side of the liquid channels 11.
  • each connecting channel 12 is produced by machining opening transversely to the X direction.
  • each connecting channel 12 extends in the Y direction.
  • the brazing zones B between intermediate plates 20 and with the end plates 22 are physically present on both longitudinal sides of the liquid channels 11.
  • the intermediate plates 20 have a thickness of between 0.5 mm and 6 mm, preferably equal to 2 mm.
  • the end plates 22 have a thickness of between 1 mm and 3 mm, preferably equal to 2 mm.
  • the width in the XZ plane of a connecting channel 12 is between 0.1 and 1 mm, preferably of the order of 0.2 mm.
  • the structuring thickness 14 in the XZ plane delimiting the space between two adjacent connecting channels is between 0.2 and 2 mm, preferably of the order of 0.4 mm.
  • the width in the YZ plane of a liquid channel 11 is between 0.5 and 4 mm, preferably of the order of 3 mm.
  • the external dimensions of the heat pipes according to the invention are between a few centimeters and a few meters.
  • the maximum size of the heat pipes is generally limited by the available tools. Indeed, the assembly of sheets by vacuum brazing requires large vacuum furnaces, a few meters long. For the cutting and machining of the sheets, large machines are also required.
  • the mechanical strength sheet metal with narrow and long cuts should be taken into account. For example, windows are made by punching, cutting, for example by laser or water jet.
  • connecting channels 12 transversely to the longitudinal axis of the heat pipe makes it possible to increase the brazing zones B between plates 20, 22, since they are now present on either side of each liquid channel 11. This increases the pressure resistance of the heat pipe and thereby makes it possible to reduce the peripheral thicknesses in the section of the heat pipe, and therefore a gain in mass and volume is achieved for a heat pipe 1 according to the invention.
  • thermo-hydraulic calculations also make it possible to establish gains for a heat pipe 1 according to the invention compared to a heat pipe 1 according to the state of the art.
  • FIG. 12 illustrates respectively the gains on the volume of the liquid-vapor interface meniscus and on the length of the triple lines as a function of the space between two adjacent transverse connecting channels 12. It is specified here that for the comparative example according to the state of the art and the example according to the invention, the width of the connecting channels 12 is the same and equal to 0.2 mm.
  • THE figures 13 And 14 respectively illustrate the possibility of having the heat flow ( ⁇ E ) from the hot source (SC) on a lateral face 21 of the enclosure 2 opposite the liquid channels 11 or opposite the vapor channel 13.
  • the transverse connecting channels 12 are machined on each longitudinal side at the level of a structure 14 of an intermediate plate 20.
  • transverse connecting channels 12 according to the invention are produced over the entire thickness of the intermediate plates of the stack. In other words, these channels 12 are extended by grooved extensions 15.
  • This variant of the figure 16 firstly facilitates the machining of the connecting channels 12 because they are produced in a single operation on each intermediate plate 20. Then these emerging extensions 15 make it possible to partially communicate the re-entering channels with each other (from one liquid channel 11 to another), which can make it possible to balance the flows in them, in particular if there is a two-phase flow.
  • the transverse connecting channels 12 may be aligned from one plate 20 to the other or arranged in a staggered manner in the XZ plane as illustrated in the figure 18 .
  • FIG 19 illustrates an advantageous variant according to which several non-emerging longitudinal grooves 16 are made on the side of the vapor channel 13 in each intermediate plate 20. These grooves 16 make it possible to increase the contact surface between liquid and vapor, and the length of the triple lines, and thereby to reduce the thermal resistance in the evaporation zone.
  • the width of these additional grooves 16 is preferably equal to that of the transverse connecting channels 12 and their depth advantageously equal to their width.
  • the non-opening grooves 16 intersect transverse connecting channels 12 made over the entire height and aligned from one plate to the other. It is of course possible to produce a configuration with transverse connecting channels 12 over part of the height of the plates 20 and/or arranged in a staggered pattern.
  • FIG 20 illustrates an advantageous variant according to which several longitudinal grooves 17 are produced on the structure 14 of each intermediate plate 20 in the stacking interface zone with an adjacent intermediate plate 20 or closing plate 22.
  • These grooves 17 are intended to avoid blocking the connecting channels 12 with solder during the soldering operation between plates 20, 22. Indeed, in the event of excess solder, it will be able to lodge in these grooves 17 and therefore not come to lodge in the transverse connecting channels 12.
  • the width of these brazing grooves 17 is preferably equal to or slightly smaller than that of the connecting channels 12 in order to promote, by capillary pumping, the preferential trapping of excess brazing in these areas.
  • the non-opening brazing grooves 17 are produced on a single longitudinal side of structures 14 of an intermediate plate 20. These grooves 17 can of course be produced on both longitudinal sides of the structures 14 of each plate 20.
  • a heat pipe is filled with a two-phase fluid, which may be a fluid well known to those skilled in the art. This is chosen, for example, according to the operating and storage temperature range of the device, according to the constraints due to pressure, flammability, toxicity of the fluid and the chemical compatibility between the fluid and the material forming the heat pipe.
  • a heat pipe according to the invention made of an aluminum alloy, nickel, copper, titanium or an alloy based on a combination of them, assembled by eutectic brazing, ammonia, water, acetone, methanol, etc. can be used as fluid.

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Description

    Domaine technique
  • La présente invention concerne un caloduc de type à pompage capillaire à rainures réentrantes.
  • La présente invention vise à améliorer la limite d'ébullition d'un tel caloduc.
    • Technique antérieure
  • Un caloduc est un dispositif thermique permettant de transférer une quantité d'énergie depuis une source chaude vers une source froide, distantes d'une certaine longueur.
  • Un caloduc comporte une enceinte hermétiquement close, un fluide de travail et un réseau capillaire. Lors de la fabrication, tout l'air présent dans le tube caloduc est évacué et on introduit une quantité de liquide pur permettant de saturer le réseau capillaire. Une fois l'enceinte close, et soumis à une source chaude, il y a établissement d'un équilibre entre la phase liquide et la phase vapeur.
  • Sous l'effet d'une source chaude appliquée dans une zone à l'une des extrémités longitudinales, désignée évaporateur, une partie de la phase liquide se vaporise et absorbe le flux thermique sous forme latente en induisant une légère surpression qui provoque le mouvement de la vapeur vers une zone à l'autre extrémité longitudinale, désignée condenseur où la source froide s'applique. Au condenseur, la vapeur se condense et repasse en phase liquide. Le fluide condensé (les condensats) circule dans le réseau capillaire et revient vers l'évaporateur pour refaire un cycle, sous l'effet de forces capillaires, lorsque le caloduc n'est pas soumis à la gravité. Le retour du fluide liquide du condenseur à l'évaporateur est obtenu par pompage capillaire.
  • En effet, en l'absence de gravité, le moteur du caloduc est le pompage capillaire du fluide qui s'opère au niveau des zones d'interface liquide-vapeur spécifiquement configurées pour qu'un ménisque se forme, résultant de l'angle de contact entre le fluide et le métal constituant le caloduc (lui-même dépendant de la tension superficielle du fluide, et des tensions interfaciales solide/liquide et solide/vapeur). Plus les forces de pompage capillaire sont grandes par rapport aux diverses forces de frottement des phases du fluide avec les parois et entre elles, plus le caloduc est performant et peut transporter une grande quantité d'énergie. Les caloducs concernés par cette absence de gravité sont par exemple ceux mis en œuvre dans des conditions de fonctionnement spatiales, comme pour la thermalisation de système de télécommunication des satellites.
  • En régime terrestre, avec la gravité, la problématique du retour de phase liquide est tout autre, et d'autres configurations d'interface liquide-vapeur/paroi sont mises en œuvre.
  • Les caloducs à rainures fonctionnent sur le principe du pompage capillaire. Ils comportent un tube, dans lequel la surface intérieure comporte des rainures axiales/longitudinales [1] ou légèrement en forme de spirale. Les caloducs à rainures comportent un cœur vapeur et un réseau capillaire dans lequel circule la phase liquide. Du fait d'une variation de courbure de l'interface liquide-vapeur- entre la zone condenseur et la zone évaporateur, un gradient de pression apparaît dans le liquide, qui mène à une variation de pression capillaire. Plus la largeur des rainures est petite, plus l'effet de pompage capillaire est important.
  • Par ailleurs, des rainures profondes permettent d'obtenir une section de passage pour le retour liquide grande, et donc de minimiser la perte de pression.
  • La puissance maximale que peuvent transporter des caloducs à rainures est généralement fixée par la limite capillaire dont le terme moteur est la pression capillaire, et le terme limitant essentiellement la perte de pression liquide dans les rainures et, dans une moindre mesure les pertes de charge de l'écoulement vapeur.
  • Les caloducs à rainures réentrantes sont des exemples particuliers de caloducs à rainures, dans lesquels les rainures présentent un canal de liaison étroit par rapport au reste de la rainure, ce qui permet d'augmenter l'effet de pompage capillaire tout en limitant les pertes de charge. Ces caloducs sont utilisés principalement dans le domaine spatial, par exemple pour la régulation thermique dans les satellites et/ou les engins spatiaux.
  • Les techniques de réalisation connues des caloducs à rainures, et notamment des caloducs à rainures réentrantes, ne permettent pas d'obtenir des rainures ayant une profondeur sensiblement plus grande que leur largeur.
  • Ces caloducs sont réalisés essentiellement par extrusion. Avec une telle technique, le rapport profondeur sur largeur de rainures rectangulaires est de l'ordre de 1.
  • Dans le cas des rainures réentrantes, les contraintes de fabrication sont encore plus draconiennes, limitant la largeur, la longueur du rétrécissement et la section de la partie réentrante.
  • Une autre technique utilise l'usinage mécanique, avec cette technique également le rapport profondeur sur largeur n'est pas sensiblement supérieur à 1. En outre, cette technique a un prix de revient relativement élevé et n'est pas adaptée à la fabrication en moyenne et grande série.
  • Une autre technique utilise la gravure chimique. Mais elle ne permet pas non plus d'avoir un rapport profondeur sur largeur important.
  • Pour pallier ces inconvénients, la demanderesse a proposé dans la demande de brevet EP3553445A1 un caloduc réalisé par empilement de plaques solidarisées entre elles avec étanchéité, dont les plaques d'extrémité formant des plaques de fermeture et les plaques intercalaires sont structurées, de sorte que leur empilement délimite des rainures réentrantes s'étendant sur toute la longueur du caloduc. Les plaques peuvent être assemblées par différentes techniques de soudure, brasure ou collage.
  • Le brevet US7051793 décrit un caloduc comportant une ou plusieurs zones de circulation du fluide sous forme vapeur et de part et d'autre de ces zones des zones poreuses de circulation du liquide, ces zones capillaires s'étendant sur tout le caloduc. Le caloduc est réalisé également par empilement de plaques. Les zones capillaires sont obtenues en empilant des plaques comportant des fenêtres, les fenêtres ayant des directions orthogonales d'une plaque à l'autre. L'effet de pompage capillaire n'est pas optimal. En outre, une importante perte de charge existe. Ce caloduc étale le flux thermique sur la largeur du caloduc et n'est pas optimisé pour le transport du flux de chaleur sur sa longueur.
  • Sur la plage de températures de fonctionnement d'un caloduc, différentes limites physiques peuvent limiter ses performances. La courbe de fonctionnement du caloduc, qui permet de connaitre sa capacité de transport maximum, est obtenue par la réunion des courbes correspondant aux différentes limites physiques de fonctionnement qui définissent au final le domaine de fonctionnement du caloduc en termes de puissance maximale qu'il peut transférer.
  • La figure 1 illustre la courbe délimitant le domaine de fonctionnement pour un exemple de caloduc à pompage capillaire. Sur cette figure 1, on rappelle que les portions de courbe Qvisqueuse, Qsonique, Qentrainement, Qcapillaire, Qébullition, définissent respectivement les limites visqueuse, sonique, d'entraînement, capillaire et d'ébullition.
  • En ce qui concerne la limite d'ébullition, dans un caloduc à pompage capillaire, la pression motrice capillaire doit compenser les pertes de charge statiques liées aux forces de volume et dynamiques générées par l'écoulement du fluide de travail du caloduc (frottements entre les écoulements et les parois). Cette pression motrice capillaire, qui correspond à la différence de pression capillaire entre l'évaporateur et le condenseur, est fonction de la structure du caloduc, et les pertes de charge dynamiques sont croissantes avec le débit massique du fluide de travail (et avec la longueur du caloduc) : la limite capillaire est atteinte lorsque la pression motrice capillaire est égale à la somme des pertes de charges. Autrement dit, un caloduc ne fonctionne que si la pression motrice capillaire est supérieure, en conditions de microgravité, aux pertes de charge, et donc en dessous de la limite capillaire.
  • Cette limite s'exprime généralement en W.m : elle est inversement proportionnelle à la longueur efficace du caloduc, c'est-à-dire que pour un même design (même section transversale sur toute la longueur), la limite capillaire, exprimée en W, d'un caloduc de 2 mètres est la moitié de celle d'un caloduc de 1 mètre.
  • Les pertes de charge par frottement dans un écoulement s'expriment par l'équation de Darcy-Weisbach comme suit : dP dz = f 1 D h ρ v 2 2
    Figure imgb0001
     dans laquelle :
    • f est le coefficient de perte de charge (dépendant du régime d'écoulement du fluide, et que l'on peut déterminer via le nombre de Reynolds à partir de corrélations),
    • v la vitesse du fluide de travail (proportionnelle à la puissance thermique à transporter),
    • ρ la masse volumique du fluide de travail et
    • Dh le diamètre hydraulique.
  • Le diamètre hydraulique est lui-même défini par l'équation suivante: D h = 4 S P m
    Figure imgb0002
     avec S la section du fluide et Pm le périmètre mouillé.
  • On comprend donc que pour maximiser la limite capillaire, il faut privilégier des canaux de liquide et de vapeur de section élevée, afin de minimiser les vitesses de fluides dans ces canaux sans réduire le débit, qui est proportionnel à la puissance thermique transférée dans le caloduc.
  • Il est également nécessaire d'avoir une largeur de rainure à l'interface faible, afin d'avoir une pression capillaire élevée. Mais cette largeur de rainure ne peut être trop faible pour être réalisable technologiquement par une opération de brasure selon le procédé de la demande EP3553445A1 . En effet, une largeur trop faible induirait un risque de bouchage par la brasure.
  • Par ailleurs, le rapport des sections entre le canal et la rainure ne doit pas être trop élevé, afin de faciliter l'évacuation des bulles de vapeur pouvant éventuellement apparaitre dans les canaux.
  • Par ailleurs également, lors de l'évaporation du ménisque de l'interface liquide/vapeur dans la rainure qui délimite un canal de liaison, le ménisque recule dans cette dernière, d'autant plus que le flux thermique est élevé. Si le ménisque recule trop, il peut atteindre le canal réentrant. Dans ce cas, le rayon capillaire à l'interface augmente et donc la pression capillaire, moteur du caloduc diminue; il y a alors risque de désamorçage du caloduc.
  • Il est donc avantageux d'avoir un volume important de liquide dans un canal de liaison, afin de minimiser ce phénomène.
  • La résistance thermique globale d'un caloduc peut être évaluée en faisant une analogie de réseau de résistances thermiques indépendantes.
  • Un tel réseau est schématisé en figure 2 dans laquelle un flux de chaleur Q émis par une source chaude SC doit être évacué par un caloduc jusqu'à une source froide.
  • D'un point de vue thermique, le caloduc peut être considéré comme un ensemble d'un nombre de onze résistances thermiques R1 à R11 en série et/ou en parallèle comme représenté sur cette figure 1. Les résistances axiales de la paroi extérieure R10 et du réseau capillaire R11 sur la longueur du caloduc sont immenses. Par conséquent, le chemin du flux thermique privilégié est celui passant par la section de circulation de la vapeur. Ce chemin est constitué de cinq résistances différentes, comme suit :
    • la résistance entre la source extérieure et la paroi R1, R9 respectivement à l'évaporateur et au condenseur;
    • la résistance de la paroi extérieure R2, R8 respectivement à l'évaporateur et au condenseur;
    • la résistance des canaux liquides (réseau capillaire) R3, R7 respectivement à l'évaporateur et au condenseur ;
    • la résistance de l'interface entre liquide et vapeur R4, R6 respectivement à l'évaporateur et au condenseur et
    • la résistance de l'écoulement de vapeur R5.
  • Sur ce chemin, la résistance thermique limitante est celle des canaux liquides (réseau capillaire), respectivement à l'évaporateur et au condenseur (R3, R7).
  • Pour l'évaporateur, l'auteur de la publication [2] a proposé un modèle de résistance thermique avec un chemin à travers le liquide dans la rainure en parallèle d'un chemin conductif dans la dent puis dans le film d'évaporation.
  • Dans ce modèle très conservatif, la conductivité équivalente du film est donnée par une formule empirique selon l'équation 3 : λ film = λ l 0.185 ∗ c
    Figure imgb0003
  • Dans un caloduc à parois en aluminium et rempli d'ammoniac en tant que fluide de travail, étant donné l'écart de conductivité thermique entre l'ammoniac liquide (0,4 W/m/K) et l'aluminium (150 W/m/K), le chemin privilégié du flux thermique entre la source chaude et la vapeur va passer par les parois métalliques entre canaux liquides.
  • Le même schéma se produit au condenseur, où le chemin privilégié du flux thermique entre la vapeur et la source froide va passer par les parois entre canaux.
  • Il ressort donc que, pour augmenter la conductance thermique à l'évaporateur et au condenseur, il est avantageux que les parois entre canaux liquides aient une section la plus élevée possible.
  • Enfin, la résistance de film dépend notamment de la longueur des lignes triples de contact entre liquide, vapeur et solide.
  • La résistance mécanique d'un caloduc à rainures réentrantes peut également aussi impacter ses performances. En particulier, dans la demande de brevet EP3553445A1 , un canal de liaison entre un canal liquide et un canal vapeur est complètement ouvert sur toute sa longueur selon l'axe longitudinal du caloduc, l'assemblage brasé, collé ou soudé des plaques empilées ne peut donc être réalisé que sur les parois périphériques de celles-ci, ce qui entraîne des épaisseurs de paroi importantes pour résister à la pression interne du caloduc.
  • Par conséquent, dans les caloducs à rainures réentrantes selon l'état de l'art, les canaux de liaison entre les rainures réentrantes (canaux) remplies de liquide et le canal vapeur sont réalisées sur toute la longueur selon l'axe longitudinal du caloduc, ce qui entraine les inconvénients suivants :
    • limitation de la résistance thermique à l'évaporateur par conduction thermique limitée dans les parois entre canaux ;
    • limitation de la résistance thermique à l'évaporateur par limitation des longueurs de lignes triples de contact entre liquide, vapeur et solide, lieu privilégié d'évaporation du liquide;
    • limitation du flux thermique pouvant être transporté par le caloduc, par volume limité des canaux de liaison entrainant un risque de reculée du ménisque dans les canaux réentrants de liquide et par-là un désamorçage du caloduc. Une augmentation de la longueur des canaux de liaison permettrait d'éviter ce risque, mais au détriment du volume et de la masse du caloduc ;
    • brasage, collage ou soudage des plaques empilées, entre elles uniquement dans les parois longitudinales périphériques du caloduc.
  • Par conséquent, il existe un besoin pour améliorer encore les caloducs à rainures réentrantes, et ce afin de pallier les inconvénients précités.
  • Le but général de l'invention est alors de répondre au moins en partie à ce besoin.
    • Exposé de l'invention
  • Pour ce faire, l'invention a tout d'abord pour objet un caloduc à pompage capillaire à rainures réentrantes, s'étendant le long d'une première direction longitudinale (X), comprenant une enceinte étanche s'étendant entre une première extrémité longitudinale, destinée à être échauffée par une source chaude SC pour former, au sein de l'enceinte, un évaporateur et une deuxième extrémité longitudinale destinée à être refroidie par une source froide SF pour former, au sein de l'enceinte, un condenseur, l'enceinte étanche délimitant une zone adiabatique entre l'évaporateur et le condenseur, l'enceinte étanche comprenant un empilement de plaques selon une deuxième direction, orthogonale à la première direction, dont deux plaques de fermeture et au moins un nombre de n modules les uns sur les autres avec n étant un entier supérieur ou égal à 1, chaque module comprenant au moins une plaque intercalaire entre les plaques de fermeture, la ou les plaques intercalaires comprenant au moins une première plaque intercalaire comportant au moins une fenêtre dont les bords délimitent en partie un canal vapeur s'étendant le long de la première direction (X) entre l'évaporateur et le condenseur, dans lequel la vapeur est destinée à circuler, et sur au moins un côté latéral de la fenêtre selon une troisième direction (Y) orthogonale aux première (X) et deuxième direction (Z), au moins une structuration dont les bords délimitent en partie au moins un canal liquide dans l'évaporateur et le condenseur, le caloduc comprenant, au moins dans l'évaporateur, au moins une zone d'échange définissant une interface liquide-vapeur et délimitée entre la au moins une plaque intercalaire et au moins une autre plaque intercalaire ou une plaque de fermeture, reliant le canal vapeur et le(s) canal(ux) liquide(s).
  • Selon l'invention, chaque zone d'échange comprenant une pluralité de canaux de liaison, débouchants qui s'étendent transversalement à la première direction (X), de préférence selon la troisième direction (Y), deux canaux de liaison adjacents étant séparés par une épaisseur de structuration.
  • La largeur des canaux de liaison est de préférence comprise entre 0,1 mm et 0,5mm, et de manière optimale égale à 0,2mm.
  • Une épaisseur de structuration est de préférence comprise entre 0,3 mm et 3mm et et de manière optimale égale à 1mm.
  • Plus le nombre de canaux de liaison est important, plus le nombre de lignes triples d'interface liquide vapeur est également élevé, ce qui permet d'obtenir une meilleure conductance locale à l'évaporateur, croisé avec des limites estimées de fabricabilité (par usinage ou fabrication additive).
  • Selon une configuration avantageuse, le condenseur du caloduc comprend également au moins une zone d'échange définissant une interface liquide-vapeur et délimitée entre la au moins une plaque intercalaire et au moins une autre plaque intercalaire ou une plaque de fermeture, reliant le canal vapeur et le(s) canal(ux) liquide(s), chaque zone d'échange comprenant au moins un canal de liaison, débouchant qui s'étend transversalement à la première direction (X), de préférence selon la troisième direction (Y).
  • Avantageusement, la section transversale dans le plan XZ de chaque canal de liaison débouchant dans le condenseur est supérieure à celle dans l'évaporateur. En effet, les canaux de liaison peuvent être plus larges dans le condenseur car il n'y a pas besoin de pression capillaire contrairement à l'évaporateur.
  • Avantageusement encore, la zone adiabatique du caloduc est exempte de zone d'échange entre le canal vapeur et le(s) canal(ux) liquide(s).
  • Le matériau constitutif des plaques formant l'enceinte étanche est de préférence choisi parmi l'aluminium, le cuivre, le nickel, ou un alliage à base d'au moins deux de ceux-ci.
  • Selon une ou plusieurs caractéristiques avantageuses qui peuvent être combinées entre elles :
    • les plaques intercalaires présentent une épaisseur comprise entre 0,5 à 6mm, de préférence de l'ordre de 2mm,
    • les plaques de fermeture présentent une épaisseur comprise entre 1 et 3mm, de préférence de l'ordre de 2mm,
    • la largeur dans le plan XZ d'un canal de liaison est comprise entre 0,1 et 1mm, de préférence de l'ordre de 0,2mm,
    • l'épaisseur de structuration dans le plan XZ délimitant l'espace entre deux canaux de liaison adjacents est comprise entre 0,2 et 2mm, de préférence de l'ordre de 0,4mm,
    • la largeur dans le plan YZ d'un canal liquide est comprise entre 0,5 et 4mm, de préférence de l'ordre de 3mm.
  • Selon une variante de réalisation avantageuse, chaque canal de liaison est réalisé débouchant sur toute l'épaisseur dans le plan YZ d'une structuration d'une plaque intercalaire.
  • Cette variante amène plusieurs avantages :
    • elle facilite l'usinage des canaux de liaison car ils sont réalisés en une seule opération sur chaque plaque,
    • elle permet de faire communiquer partiellement les canaux ré entrants entre eux (d'un canal liquide à un autre), ce qui peut permettre d'équilibrer les écoulements dans ceux-ci, notamment s'il y a un écoulement diphasique,
    • elle permet d'augmenter la part liquide dans un canal de liaison, ainsi que la longueur des lignes triples, ce qui améliore davantage la résistance thermique à l'évaporateur.
  • Selon une autre variante de réalisation avantageuse, les canaux de liaison sont réalisés de telle sorte à être agencés en quinconce dans un plan XZ.
  • Selon un mode de réalisation avantageux, les structurations comprennent des rainures longitudinales, non débouchantes, qui s'étendent selon la première direction (X), du côté du canal vapeur, en croisant les canaux de liaison. Ces rainures longitudinales non débouchantes permettent d' augmenter la surface de contact entre liquide et vapeur, et la longueur des lignes triples, permettant ainsi de diminuer la résistance thermique dans la zone d'évaporation.
  • Selon ce mode, la largeur dans le plan YZ des rainures longitudinales est de préférence sensiblement égale à la largeur dans le plan XZ des canaux de liaison.
  • La largeur dans le plan YZ des rainures longitudinales est de préférence sensiblement égale à leur profondeur selon la troisième direction (Y).
  • Selon un mode de réalisation avantageux, au moins une plaque intercalaire comprend des rainures longitudinales qui s'étendent selon la première direction, à l'interface avec une plaque intercalaire adjacente ou une plaque de fermeture, en croisant les canaux de liaison. Afin d'éviter de boucher les canaux de liaison avec de la brasure lors d'une opération de brasage pour l'assemblage entre les différentes plaques de l'empilement, ces rainures longitudinales sur les surfaces de brasage dans cette zone permettent de piéger la brasure en excès.
  • On peut disposer ces rainures sur un seul des côtés longitudinaux, ou sur les deux côtés d'une plaque intercalaire.
  • La largeur de ces rainures est avantageusement sensiblement égale ou légèrement plus faible à celle des canaux de liaison afin de favoriser par pompage capillaire le piégeage préférentiel de la brasure en excès dans ces zones.
  • Selon une configuration avantageuse, le caloduc comporte n modules les uns sur les autres, n étant un entier supérieur ou égal à 1, définissant un canal vapeur unique et n canaux liquides sur au moins un côté latéral, notamment sur chaque côté latéral du canal vapeur.
  • Avantageusement, la section transversale dans le plan YZ du canal vapeur et du(des) canal(ux) liquide(s), de préférence rectangulaire, est constante sur toute la longueur du caloduc.
  • L'invention a également pour objet un système comprenant :
    • une source froide (SF) ;
    • une source chaude (SC) et
    • au moins un caloduc à rainures réentrantes tel que décrit précédemment, le caloduc étant agencé de sorte que le flux de chaleur (ϕE ) de la source chaude (SC) sur l'évaporateur étant sur au moins une face latérale de l'enceinte en regard du canal vapeur ou sur au moins une face latérale en regard du(des) canal(ux) liquide(s), tandis que l'extraction de chaleur au condenseur vers la source froide (SF) étant sur au moins une face latérale de l'enceinte en regard du(des) canal(ux) liquide(s), ou sur une face latérale perpendiculaire à celui-ci (ceux-ci).
  • Ainsi, l'invention consiste essentiellement à proposer un caloduc dont au moins l'évaporateur comprend des canaux de liaison entre canal vapeur et canal(ux) liquide(s) qui sont non pas réalisés selon la longueur du caloduc comme selon l'état de l'art, mais transversalement à cette longueur.
  • La réalisation d'un tel caloduc est mise en œuvre avec un procédé comme selon la demande de brevet EP3553445 , qui consiste à empiler puis assembler entre elles par collage, soudage, de préférence par brasage sous vide, des plaques métalliques poinçonnées ou usinées pour définir les différents canaux de caloduc.
  • L'invention apporte de nombreux avantages parmi lesquels on peut citer ceux par rapport aux solutions selon l'état de l'art, notamment un caloduc selon EP3553445 :
    • une augmentation de la résistance à la pression du caloduc du fait d'une zone d'assemblage supplémentaire par les structurations entre les canaux des liaisons. Ceci permet de diminuer les épaisseurs périphériques dans la section du caloduc, et donc de diminuer la masse et le volume du caloduc,
    • une amélioration de la résistance thermique du caloduc au niveau de l'évaporateur grâce à une plus grande longueur des lignes triples , sans perturber les lignes de flux thermique qui relient la zone où le flux à thermaliser est appliqué vers ces lignes triples. De plus, la résistance thermique de conduction au niveau d'un canal de liaison est améliorée,
    • une augmentation de la surface de ménisque d'interface liquide/vapeur, tout en conservant une ouverture de canal de liaison la plus faible possible, qui assure la pression motrice assurant le pompage capillaire dans le caloduc,
    • une augmentation du volume de liquide dans un canal de liaison entre canal liquide et canal vapeur, ce qui permet une reculée du ménisque qui est moindre, à flux thermique équivalent. Ceci implique une longueur de zone de liaison (canaux de liaison) nécessaire qui est moindre et donc un gain en volume et en masse supplémentaire. Ce gain peut aussi être utilisé, en gardant la même longueur de canal de liaison, pour obtenir une plage de température d'opérations plus large à taux de remplissage donné. Alternativement, en gardant la même longueur de canal de liaison, on peut obtenir une plage de température d'opérations plus large à taux de remplissage donné du caloduc.
  • D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée, faite à titre illustratif et non limitatif, en référence aux figures suivantes.
    • Brève description des dessins
    • [Fig 1] la figure 1 illustre la courbe délimitant le domaine de fonctionnement pour un exemple de caloduc à pompage capillaire.
    • [Fig 2] la figure 2 est une représentation symbolique d'un réseau de résistances thermiques qui s'établissent pour un caloduc.
    • [Fig 3] la figure 3 est une vue schématique de côté d'un caloduc à rainures réentrantes, selon l'état de l'art.
    • [Fig 4] la figure 4 est une vue en perspective et coupe transversale de la figure 3, au niveau de l'évaporateur du caloduc à rainures réentrantes selon la demande de brevet EP3553445 .
    • [Fig 5] la figure 5 est une vue de détail et en coupe transversale de la figure 4.
    • [Fig 6] la figure 6 est une vue partielle en perspective et coupe transversale, au niveau de l'évaporateur d'un caloduc à rainures réentrantes à canaux de liaison transversaux réalisé par empilement de plaques métalliques assemblées selon l'invention.
    • [Fig 7] la figure 7 est une est une vue de détail et en coupe transversale de la figure 6.
    • [Fig 7A] la figure 7A est une vue de détail et en coupe longitudinale de la figure 7.
    • [Fig 8] la figure 8 est une vue en perspective d'une partie d'un évaporateur selon l'état de l'art, comme illustré à la figure 4.
    • [Fig 9] la figure 9 est une vue en perspective d'une partie d'un évaporateur selon l'invention, comme illustré à la figure 6.
    • [Fig 10] la figure 10 est une représentation graphique de calculs mécaniques réalisés au moyen d'un logiciel de simulation par éléments finis de la partie selon l'état de l'art illustrée à la figure 8.
    • [Fig 11] la figure 11 est une représentation graphique de calculs mécaniques réalisés au moyen d'un logiciel de simulation par éléments finis de la partie selon l'invention illustrée à la figure 9.
    • [Fig 12] la figure 12 illustre sous forme de courbes les gains respectivement sur le volume d'interface liquide-vapeur et de longueur de lignes triples, obtenus au niveau de l'évaporateur d'un caloduc grâce aux canaux de liaison transversaux conformes à l'invention.
    • [Fig 13] la figure 13 est une vue partielle en perspective et en coupe transversale d'un caloduc à rainures réentrantes selon l'invention selon une variante d'amenée du flux de chaleur provenant d'une source chaude.
    • [Fig 14] la figure 14 est une vue partielle en perspective et en coupe transversale d'un caloduc à rainures réentrantes selon l'invention selon une autre variante d'amenée du flux de chaleur provenant d'une source chaude.
    • [Fig 15] la figure 15 est une vue partielle en perspective et en coupe transversale d'un caloduc à rainures réentrantes selon l'invention selon une variante de réalisation où une seule face longitudinale des plaques intercalaires de l'empilement est usinée.
    • [Fig 16] la figure 16 est une vue partielle en perspective et en coupe transversale d'un caloduc à rainures réentrantes selon une variante de réalisation où les canaux de liaison transversaux selon l'invention sont réalisés sur toute l'épaisseur des plaques intercalaires de l'empilement.
    • [Fig 17] la figure 17 illustre sous forme de courbes les gains respectivement sur le volume d'interface liquide-vapeur et de longueur de lignes triples, obtenus au niveau de l'évaporateur d'un caloduc grâce aux canaux de liaison transversaux conformes à la variante de la figure 16.
    • [Fig 18] la figure 18 est une vue partielle en perspective et en coupe transversale d'un caloduc à rainures réentrantes selon une variante de réalisation où les canaux de liaison transversaux selon l'invention sont agencés en quinconce dans un plan longitudinal XZ du caloduc.
    • [Fig 19] la figure 19 est une vue partielle en perspective et en coupe transversale d'un caloduc à rainures réentrantes selon une variante de réalisation où des rainures longitudinales non débouchantes sont réalisées côté du canal vapeur en croisant les canaux de liaison transversaux selon l'invention.
    • [Fig 20] la figure 20 est une vue partielle en perspective et en coupe transversale d'un caloduc à rainures réentrantes selon une variante de réalisation où des rainures longitudinales non débouchantes sont réalisées à l'interface entre plaques de l'empilement en croisant les canaux de liaison transversaux selon l'invention.
    Description détaillée
  • Les figures 1 et 2 ont déjà été commentées en préambule. Elles ne sont pas détaillées ci-après.
  • Par souci de clarté, un même élément selon l'art antérieur et l'invention est désigné par la même référence numérique.
  • On précise ici que la référence SC utilisée dans les figures désigne la source chaude ou, par extension, la zone d'application du flux thermique émis par la source chaude directement sur la face latérale d'une enceinte de caloduc.
  • Sur les figures 3 à 5, on peut voir un exemple de caloduc 1 à pompage capillaire à rainures réentrantes réalisé selon la demande de brevet EP3553445 .
  • Cet exemple de caloduc 1 à pompage capillaire s'étendant selon un axe longitudinal X est vu de l'extérieur sur la figure 3.
  • Le caloduc 1 comporte une enceinte étanche 2 s'étendant selon l'axe longitudinal X entre une première extrémité longitudinale 3 et une deuxième extrémité longitudinale 4. La première extrémité 3 est par exemple destinée à être à être échauffée par une source chaude SC pour former au sein de l'enceinte un évaporateur ZE. La deuxième extrémité longitudinale 4 est destinée à être refroidie par une source froide SF pour former au sein de l'enceinte un condenseur Zc.
  • L'enceinte étanche 2 délimite intérieurement une zone adiabatique ZA entre l'évaporateur et le condenseur.
  • La source chaude est par exemple un composant électrique ou électronique, un stockage de chaleur, un réacteur chimique exothermique. La source froide est par exemple une surface radiative, des ailettes en convection forcée, des plaques froides en écoulement mono ou diphasique, un stockage de froid, une réaction chimique endothermique...
  • L'enceinte étanche 2 est réalisée par empilement et assemblage de plaques d'extrémité 22 aussi appelés plaques de fermeture et de modules de plaques intercalaires 20 agencés entre les plaques d'extrémité 22, selon un procédé décrit dans la demande de brevet EP3553445 .
  • Un module comprend au moins deux plaques intercalaires, les plaques des différents modules de plaques intermédiaires 20 comprenant des fenêtres ou d'autres structurations, étant empilées de sorte à délimiter des canaux 11, 12, 13 comme détaillé par la suite. Un module peut aussi comprendre une unique plaque usinée sur ses deux faces principales.
  • La réalisation, l'empilement et l'assemblage des plaques n'est pas détaillé ici, on pourra se reporter à la demande précitée EP3553445 . Néanmoins, les plaques 20, 22 sont préférentiellement en alliage d'aluminium et assemblées par brasure sous vide. Les plaques en alliage d'aluminium peuvent être préférentiellement revêtues d'un cladding eutectique.
  • Un mode de réalisation préférentiel consiste à usiner des plaques 20 claddées sur leurs deux faces principales, puis réaliser l'assemblage de ces tôles par brasure eutectique sous vide. A titre de variante, on peut réaliser un usinage sur une seule face principale des plaques claddées.
  • Pour l'assemblage, différents procédés sont envisageables : brasure au bain de sel, brasure sous gaz inerte, soudage par ultrasons, soudure par friction-malaxage (« Friction Stir Welding » en anglais), collage...
  • Les dimensions extérieures des caloducs sont comprises entre quelques centimètres et quelques mètres. La taille maximale des caloducs est en général limitée par l'outillage disponible. En effet, l'assemblage des tôles par brasure sous vide requiert des fours sous vide de grande taille, de quelques mètres de longueur.
  • Pour la découpe et l'usinage des tôles, des machines de grande taille sont également requises. En outre, la tenue mécanique de tôles avec des découpes de faible largeur et de grande longueur est à prendre en compte.
  • Par exemple, des fenêtres sont réalisées par poinçonnage, découpage, par exemple au laser ou au jet d'eau.
  • Dans l'exemple illustré, toutes les plaques 20 présentent les mêmes dimensions extérieures, l'empilement définissant l'enceinte étanche 2 est alors de forme parallélépipédique rectangle avec quatre faces longitudinales parallèles au plan XY ou au plan XZ, ayant chacune une grande surface favorisant les échanges de chaleur avec la source chaude SC et la source froide SF. Dans l'exemple illustré, la face longitudinale 21 parallèle au plan XY, est celle qui reçoit le flux de chaleur (ϕE ) de la source chaude (SC).
  • L'empilement de plaques 20 avec leurs fenêtres ou leurs structurations 14, délimite intérieurement, dans l'évaporateur ZE, des canaux liquides 11, un canal vapeur 13 relié aux canaux liquide 11 par des canaux de liaison 12.
  • Plus précisément, le canal vapeur 13 de section transversale rectangulaire constante s'étend le long de l'axe longitudinal X. Le canal vapeur 13 sert à la circulation de la phase vapeur de l'évaporateur ZE au condenseur Zc en passant par la zone adiabatique ZA.
  • Un canal liquide 11 peut être relié ou non au canal vapeur 13 en fonction de la zone du caloduc. Lorsqu'il est relié au canal vapeur 13, comme dans l'évaporateur ZE. un canal liquide 11 l'est par un canal de liaison 12 de section dans le plan XZ plus faible que celle du canal liquide. Chaque canal liquide 11 est destiné à la circulation du liquide du condenseur ZC à l'évaporateur ZE.
  • Un canal de liaison 12 forme une rainure réentrante en définissant une zone d'échange entre la vapeur et le liquide. Autrement dit, un canal de liaison 12 en définissant au moins une interface liquide-vapeur.
  • Ainsi, dans l'état de l'art, comme illustré en figures 4 et 5, les canaux de liaison 12 s'étendent selon la direction longitudinale X du caloduc. Comme symbolisé sur la figure 5, cette réalisation des canaux 12 a notamment pour inconvénient que les zones de brasage B entre plaques intermédiaires 20 au sein de l'empilement et avec les plaques d'extrémité 22 ne peuvent présentes physiquement que sur un côté longitudinal des canaux liquides 11.
  • Selon l'invention, comme illustré aux figures 6 à 7A, chaque canal de liaison 12 est réalisé par usinage débouchant transversalement à la direction X. Ainsi, chaque canal de liaison 12 s'étend selon la direction Y. Comme symbolisé sur les figures 7 et 7A, avec de tels canaux de liaison transversaux 12, les zones de brasage B enter plaques intermédiaires 20 et avec les plaques d'extrémité 22 sont présentes physiquement des deux côtés longitudinaux des canaux liquides 11.
  • A titre d'exemple, notamment pour un caloduc en alliage d'aluminium utilisant l'ammoniac comme fluide de travail, les plaques intercalaires 20 ont une épaisseur comprise entre 0,5 mm et 6 mm, de préférence égale à 2 mm.
  • Les plaques d'extrémité 22 ont une épaisseur comprise entre 1 mm et 3 mm, de préférence égale à 2 mm.
  • La largeur dans le plan XZ d'un canal de liaison 12 est comprise entre 0,1 et 1mm, de préférence de l'ordre de 0,2mm.
  • L'épaisseur de structuration 14 dans le plan XZ délimitant l'espace entre deux canaux de liaison adjacents est comprise entre 0,2 et 2mm, de préférence de l'ordre de 0,4mm.
  • La largeur dans le plan YZ d'un canal liquide 11 est comprise entre 0,5 et 4mm, de préférence de l'ordre de 3mm.
  • Les dimensions extérieures des caloducs selon l'invention sont comprises entre quelques centimètres et quelques mètres. La taille maximale des caloducs est en général limitée par l'outillage disponible. En effet, l'assemblage des tôles par brasure sous vide requiert des fours sous vide de grande taille, de quelques mètres de longueur. Pour la découpe et l'usinage des tôles, des machines de grande taille sont également requises. En outre, la tenue mécanique de tôles avec des découpes de faible largeur et de grande longueur est à prendre en compte. Par exemple, les fenêtres sont réalisées par poinçonnage, découpage, par exemple au laser ou au jet d'eau.
  • Le fait de réaliser des canaux de liaison 12 transversalement à l'axe longitudinal du caloduc permet d'augmenter les zones de brasage B entre plaques 20, 22, puisque présentes désormais de part et d'autre de chaque canal liquide 11. On augmente ainsi la résistance à la pression du caloduc et par-là on peut diminuer les épaisseurs périphériques dans la section du caloduc, et donc on réalise un gain de masse et de volume pour un caloduc 1 selon l'invention.
  • Pour mettre en exergue ces gains en volume et masse d'un caloduc 1 réalisé avec des canaux de liaison transversaux 12, i.e. selon la direction Y comparativement à un caloduc selon l'état de l'art avec des canaux de liaison longitudinaux, i.e. selon la direction X, les inventeurs de la présente invention ont réalisé des calculs mécaniques par éléments finis.
  • Ces configurations comparatives sont illustrées respectivement aux figures 8 et 10 pour un caloduc 1 selon l'état de l'art et aux figures 9 et 10 pour un caloduc 1 selon l'invention.
  • Les calculs mécaniques montrent ainsi qu'en appliquant une pression interne de 130 bars, il faudrait, pour ne pas dépasser la limite élastique de l'alliage d'aluminium, des plaques de fermeture 22 de 2,1mm d'épaisseur pour le caloduc 1 selon les figures 8 et 10, tandis qu'une épaisseur de 1,4mm suffit pour un caloduc 1 selon l'invention. Par conséquent, cela représente un gain en masse de 24%, et un gain de volume de 11% à limite capillaire égale.
  • D'autres calculs thermo-hydrauliques permettent d'établir également des gains pour un caloduc 1 selon l'invention comparativement à un caloduc 1 selon l'état de l'art.
  • La figure 12 illustre respectivement les gains sur le volume du ménisque d'interface liquide-vapeur et sur la longueur des lignes triples en fonction de l'espace entre deux canaux de liaison transversaux 12 adjacents. On précise ici que pour l'exemple comparatif selon l'état de l'art et l'exemple selon l'invention, la largeur des canaux de liaison 12 est la même et égale à 0,2mm.
  • De ces courbes de la figure 12, il ressort que :
    • pour un espace entre deux canaux transversaux 12, égal à 8 mm, le volume du ménisque est équivalent à celui d'un caloduc 1 selon l'état de l'art. En revanche, le gain est de 40% sur la longueur des lignes triples,
    • pour un espace entre deux canaux transversaux 12, égal à 4 mm, le gain en volume du ménisque est de 60% comparativement à celui d'un caloduc 1 selon l'état de l'art. Le gain est de 140% sur la longueur des lignes triples.
  • Cela implique donc un gain sur la résistance thermique à l'évaporateur ZE et au condenseur ZC qui doit dépendre de la longueur des lignes triples.
  • Par ailleurs, le volume du ménisque est plus important ce qui permet de réduire la longueur d'un canal de liaison 12 (pour retrouver un volume de ménisque équivalent), ou d'avoir plus de sécurité en cas de reculée du ménisque pour éviter le désamorçage du caloduc.
  • Cela permet aussi d'accommoder une plus grande variation du volume de liquide dans le caloduc et donc potentiellement d'élargir, à taux de remplissage donné, sur la plage de température d'opérations.
  • Les figures 13 et 14 illustrent respectivement la possibilité d'avoir le flux de chaleur (ϕE ) de la source chaude (SC) sur une face latérale 21 de l'enceinte 2 en regard des canaux liquides 11 ou en regard du canal vapeur 13.
  • Dans l'exemple illustré précédemment, les canaux de liaison 12 transversaux sont usinés sur chaque côté longitudinal au niveau d'une structuration 14 d'une plaque intercalaire 20. Alternativement, on peut prévoir de les usiner uniquement sur un seul côté longitudinal, comme illustré sur la figure 15.
  • La figure 16 illustre une variante de réalisation avantageuse où les canaux de liaison transversaux 12 selon l'invention sont réalisés sur toute l'épaisseur des plaques intercalaires de l'empilement. Autrement dit, ces canaux 12 sont prolongés par des extensions rainurées 15.
  • Cette variante de la figure 16 facilite tout d'abord l'usinage des canaux de liaison 12 car ils sont réalisés en une seule opération sur chaque plaque intermédiaire 20. Ensuite ces extensions débouchantes 15 permettent de faire communiquer partiellement les canaux ré entrants entre eux (d'un canal liquide 11 à un autre), ce qui peut permettre d'équilibrer les écoulements dans ceux-ci, notamment s'il y a un écoulement diphasique.
  • Enfin, le fait d'usiner ces canaux de liaison 12 avec extensions 15 sur toute la hauteur des plaques 20 permet d'augmenter la part liquide dans chaque canal de liaison 12, ainsi que la longueur des lignes triples, ce qui améliore davantage la résistance thermique à l'évaporateur. Ce dernier avantage est illustré sous formes de courbes en figure 17 en fonction de l'espace entre deux canaux de liaison transversaux 12 adjacents.
  • De ces courbes de la figure 17, il ressort que :
    • pour un espace entre deux canaux transversaux 12 avec extensions 15 sur toute la hauteur des plaques 20, égal à 8 mm, les gains en volume du ménisque et sur la longueur des lignes triples sont respectivement de 70% et de 90% comparativement à celui d'un caloduc 1 selon l'état de l'art ;
    • pour un espace entre deux canaux transversaux 12, égal à 4 mm, le gain en volume du ménisque est de 180% comparativement à celui d'un caloduc 1 selon l'état de l'art. Le gain est de 210% sur la longueur des lignes triples.
  • Les canaux de liaison transversaux 12 peuvent être alignés d'une plaque 20 à l'autre ou agencés en quinconce dans le plan XZ comme illustré sur la figure 18.
  • La figure 19 illustre une variante avantageuse selon laquelle plusieurs rainures longitudinales non débouchantes 16 sont réalisées côté du canal vapeur 13 dans chaque plaque intercalaire 20. Ces rainures 16 permettent d'augmenter la surface de contact entre liquide et vapeur, et la longueur des lignes triples, et par-là de diminuer la résistance thermique dans la zone d'évaporation. La largeur de ces rainures supplémentaires 16 est de préférence égale à celle des canaux de liaison transversaux 12 et leur profondeur avantageusement égale à leur largeur. Dans la figure 19, les rainures non débouchantes 16 croisent des canaux de liaison transversaux 12 réalisés sur toute la hauteur et alignés d'une plaque à l'autre. On peut bien entendu réaliser une configuration avec des canaux de liaison transversaux 12 sur une partie de la hauteur des plaques 20 et/ou agencés en quinconce.
  • La figure 20 illustre une variante avantageuse selon laquelle plusieurs rainures longitudinales 17 sont réalisées sur la structuration 14 de chaque plaque intercalaire 20 dans la zone d'interface d'empilement avec une plaque intercalaire 20 ou une plaque de fermeture 22 adjacente. Ces rainures 17 sont destinées à éviter de boucher les canaux de liaison 12 avec de la brasure lors de l'opération de brasage entre plaques 20, 22. En effet, en cas de brasure en excès, celle-ci va pouvoir se loger dans ces rainures 17 et donc ne pas venir se loger dans les canaux de liaison transversaux 12. La largeur de ces rainures de brasage 17 est de préférence égale ou légèrement plus faible à celle des canaux de liaison 12 afin de favoriser par pompage capillaire le piégeage préférentiel de la brasure en excès dans ces zones. Dans la figure 19, les rainures non débouchantes de brasage 17 sont réalisées sur un seul côté longitudinal de structurations 14 d'une plaque intercalaire 20. On peut bien entendu réaliser ces rainures 17 sur les deux côtés longitudinaux des structurations 14 de chaque plaque 20.
  • D'autres avantages et améliorations pourront être apportées sans pour autant sortir du cadre de l'invention.
  • L'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits; on peut notamment combiner entre elles des caractéristiques des exemples illustrés au sein de variantes non illustrées.
  • Toutes les variantes peuvent être combinées ou non entre elles : on peut par exemple avoir des rainures longitudinales non débouchantes 16 combinée avec des canaux de liaison transversaux 12 sur toute la hauteur des plaques intercalaires 20, par exemple en quinconce, et le cas échéant avec des rainures longitudinales 17 de brasage à l'interface entre plaques 20 ou 20, 22.
  • Un caloduc est rempli d'un fluide diphasique, il peut s'agir d'un fluide bien connu de l'homme du métier. Celui-ci est choisi par exemple en fonction de la gamme de température de fonctionnement et de stockage du dispositif, en fonction des contraintes dues à la pression, l'inflammabilité, la toxicité du fluide et de la compatibilité chimique entre le fluide et le matériau formant le caloduc.
  • De plus, certains fluides ne sont pas compatibles avec certains matériaux, des réactions d'oxy-réduction pouvant conduire à des phénomènes corrosifs impliquant des produits de réaction, par exemple des gaz incondensables, dégradant le fonctionnement hydrodynamique des caloducs.
  • A titre d'exemple, pour un caloduc selon l'invention réalisé en alliage d'aluminium en nickel, en cuivre, en titane ou en alliage à base d'une combinaison d'entre eux, assemblé par brasure eutectique, on peut utiliser comme fluide l'ammoniac, l'eau, l'acétone, le méthanol, ....
  • Du fait des limites d'utilisation, entre les fluides de travail et les métaux cités, les couples envisagés peuvent être comme suit :
    Fluide de travail Métal(ux) du caloduc
    Ammoniac Aluminium, acier, acier inoxydable, nickel
    Méthanol Cuivre, acier inoxydable
    Acétone Aluminium, acier inoxydable
    Eau Cuivre, nickel, titane
    • Liste des références citées
    1. [1]: Christine Hoa :«Thermique des caloducs à rainures axiales : études et réalisations pour des applications spatiales». Université de Poitiers, 2004.
    2. [2]: S. W. Chi, "Heat Pipe Theory and Practice," McGraw-Hill, NY, U.S.A., 1976.

Claims (19)

  1. Caloduc (1) à pompage capillaire à rainures réentrantes, s'étendant le long d'une première direction longitudinale (X), comprenant une enceinte étanche (2) s'étendant entre une première extrémité longitudinale (3), destinée à être échauffée par une source chaude SC pour former, au sein de l'enceinte, un évaporateur et une deuxième extrémité longitudinale (4) destinée à être refroidie par une source froide SF pour former, au sein de l'enceinte, un condenseur, l'enceinte étanche délimitant une zone adiabatique entre l'évaporateur et le condenseur, l'enceinte étanche comprenant un empilement de plaques (20, 22) selon une deuxième direction (Z), orthogonale à la première (X) direction, dont deux plaques de fermeture (22) et au moins un nombre de n modules les uns sur les autres avec n étant un entier >1, chaque module comprenant au moins une plaque intercalaire (20) entre les plaques de fermeture, la ou les plaques intercalaires comprenant au moins une première plaque intercalaire comportant au moins une fenêtre dont les bords délimitent en partie un canal vapeur (13) s'étendant le long de la première direction (X) entre l'évaporateur et le condenseur, dans lequel la vapeur est destinée à circuler, et sur au moins un côté latéral de la fenêtre selon une troisième direction (Y) orthogonale aux première (X) et deuxième direction (Z), au moins une structuration (14) dont les bords délimitent en partie au moins un canal liquide (11) dans l'évaporateur et le condenseur, le caloduc comprenant, au moins dans l'évaporateur, au moins une zone d'échange définissant une interface liquide-vapeur et délimitée entre la au moins une plaque intercalaire et au moins une autre plaque intercalaire ou une plaque de fermeture, reliant le canal vapeur et le(s) canal(ux) liquide(s) le caloduc (1) étant caractérisé en ce que, chaque zone d'échange comprend une pluralité de canaux de liaison, débouchants (12) qui s'étendent transversalement à la première direction (X), de préférence selon la troisième direction (Y), deux canaux de liaison adjacents étant séparés par une épaisseur de structuration.
  2. Caloduc (1) à pompage capillaire à rainures réentrantes selon la revendication 1, le condenseur du caloduc comprenant également au moins une zone d'échange définissant une interface liquide-vapeur et délimitée entre la au moins une plaque intercalaire et au moins une autre plaque intercalaire ou une plaque de fermeture, reliant le canal vapeur et le(s) canal(ux) liquide(s), chaque zone d'échange comprenant au moins un canal de liaison, débouchant (12) qui s'étend transversalement à la première direction (X), de préférence selon la troisième direction (Y).
  3. Caloduc (1) à pompage capillaire à rainures réentrantes selon la revendication 2, la section transversale dans le plan XZ de chaque canal de liaison débouchant (12) dans le condenseur étant supérieure à celle dans l'évaporateur.
  4. Caloduc (1) à pompage capillaire à rainures réentrantes selon l'une des revendications précédentes, la zone adiabatique du caloduc étant exempte de zone d'échange entre le canal vapeur et le(s) canal(ux) liquide(s).
  5. Caloduc (1) à pompage capillaire à rainures réentrantes selon l'une des revendications précédentes, le matériau constitutif des plaques formant l'enceinte étanche, étant choisi parmi l'aluminium, le cuivre, le nickel, ou un alliage à base d'au moins deux de ceux-ci.
  6. Caloduc (1) à pompage capillaire à rainures réentrantes selon l'une des revendications précédentes, les plaques intercalaires (20) présentant une épaisseur comprise entre 0,5 à 6mm, de préférence de l'ordre de 2mm.
  7. Caloduc (1) à pompage capillaire à rainures réentrantes selon l'une des revendications précédentes, les plaques de fermeture (22) présentant une épaisseur comprise entre 1 et 3mm, de préférence de l'ordre de 2mm.
  8. Caloduc (1) à pompage capillaire à rainures réentrantes selon l'une des revendications précédentes, la largeur dans le plan XZ d'un canal de liaison (12) étant comprise entre 0,1 et 1mm, de préférence de l'ordre de 0,2mm.
  9. Caloduc (1) à pompage capillaire à rainures réentrantes selon l'une des revendications précédentes, l'épaisseur de structuration (14) dans le plan XZ délimitant l'espace entre deux canaux de liaison (12) adjacents étant comprise entre 0,2 et 2mm, de préférence de l'ordre de 0,4mm.
  10. Caloduc (1) à pompage capillaire à rainures réentrantes selon l'une des revendications précédentes, la largeur dans le plan YZ d'un canal liquide (11) étant comprise entre 0,5 et 4mm, de préférence de l'ordre de 3mm.
  11. Caloduc (1) à pompage capillaire à rainures réentrantes selon l'une des revendications précédentes, chaque canal de liaison (12, 15) étant réalisé débouchant sur toute l'épaisseur dans le plan YZ d'une structuration (14) d'une plaque intercalaire (20).
  12. Caloduc (1) à pompage capillaire à rainures réentrantes selon l'une des revendications précédentes, les canaux de liaison (12) étant réalisés de telle sorte à être agencés en quinconce dans un plan XZ.
  13. Caloduc (1) à pompage capillaire à rainures réentrantes selon l'une des revendications précédentes, les structurations (14) comprenant des rainures longitudinales (16), non débouchantes, qui s'étendent selon la première direction (X), du côté du canal vapeur (13), en croisant les canaux de liaison (12).
  14. Caloduc (1) à pompage capillaire à rainures réentrantes selon la revendication 13, la largeur dans le plan YZ des rainures longitudinales (16) étant sensiblement égale à la largeur dans le plan XZ des canaux de liaison (12).
  15. Caloduc (1) à pompage capillaire à rainures réentrantes selon la revendication 13 ou 14, la largeur dans le plan YZ des rainures longitudinales (16) étant sensiblement égale à leur profondeur selon la troisième direction (Y).
  16. Caloduc (1) à pompage capillaire à rainures réentrantes selon l'une des revendications précédentes, au moins une plaque intercalaire comprenant des rainures longitudinales (17) qui s'étendent selon la première direction (X), à l'interface avec une plaque intercalaire adjacente ou une plaque de fermeture (22), en croisant les canaux de liaison (12).
  17. Caloduc (1) à pompage capillaire à rainures réentrantes selon l'une des revendications précédentes, comportant n modules les uns sur les autres, n étant un entier supérieur ou égal à 1, définissant un canal vapeur unique et n canaux liquides sur au moins un côté latéral, notamment sur chaque côté latéral du canal vapeur.
  18. Caloduc (1) à pompage capillaire à rainures réentrantes selon l'une des revendications précédentes, la section transversale dans le plan YZ du canal vapeur et du(des) canal(ux) liquide(s), de préférence rectangulaire, étant constante sur toute la longueur du caloduc.
  19. Système comprenant :
    - une source froide (SF) ;
    - une source chaude (SC) et
    - au moins un caloduc (1) selon l'une des revendications précédentes, le caloduc étant agencé de sorte que le flux de chaleur (ϕE ) de la source chaude (SC) sur l'évaporateur étant sur au moins une face latérale (21) de l'enceinte en regard du canal vapeur ou sur au moins une face latérale en regard du(des) canal(ux) liquide(s), tandis que l'extraction de chaleur au condenseur vers la source froide (SF) étant sur au moins une face latérale de l'enceinte en regard du(des) canal(ux) liquide(s), ou sur une face latérale perpendiculaire à celui-ci (ceux-ci).
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