EP4325155A1 - Heat pipe with non-cylindrical cross section, comprising evaporator with improved vapor-liquid interface structure to increase boiling limit - Google Patents

Heat pipe with non-cylindrical cross section, comprising evaporator with improved vapor-liquid interface structure to increase boiling limit Download PDF

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EP4325155A1
EP4325155A1 EP23190790.8A EP23190790A EP4325155A1 EP 4325155 A1 EP4325155 A1 EP 4325155A1 EP 23190790 A EP23190790 A EP 23190790A EP 4325155 A1 EP4325155 A1 EP 4325155A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
channel
evaporator
heat pipe
liquid
vapor
Prior art date
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Pending
Application number
EP23190790.8A
Other languages
German (de)
French (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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP4325155A1 publication Critical patent/EP4325155A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00Heat-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
    • F28D15/02Heat-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
    • F28D15/0233Heat-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
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    • F28D15/046Heat-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 characterised by the material or the construction of the capillary structure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/14Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending longitudinally
    • F28F1/16Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending longitudinally the means being integral with the element, e.g. formed by extrusion

Definitions

  • the present invention relates to a heat pipe, in particular with capillary pumping with reentrant grooves.
  • the present invention aims to improve the boiling limit of such a heat pipe.
  • a heat pipe is a thermal device allowing a quantity of energy to be transferred from a hot source to a cold source, a certain length apart.
  • a heat pipe comprises 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 closed and subjected to a hot source, an equilibrium is established between the liquid phase and the vapor phase.
  • part of the liquid phase vaporizes and absorbs the heat flow in latent form by inducing a slight overpressure which causes the movement of the steam towards an area at the other longitudinal end, designated 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 (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 level of the liquid-vapor interface zones specifically configured so that a meniscus forms, resulting from the angle of contact between the fluid and the metal constituting the heat pipe (itself depending on the surface tension of the fluid, and the solid/liquid and solid/vapor interfacial tensions).
  • the 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 work on the principle of capillary pumping. They feature a tube, in which the inner surface has axial/longitudinal [1] or slightly spiral-shaped grooves. Grooved heat pipes comprise a vapor core and a peripheral capillary network in which the liquid phase circulates. Due to a variation in curvature of the liquid-vapor interface between the condenser zone and the evaporator zone, a pressure gradient appears in the liquid, which leads to a variation in capillary pressure. The smaller the width of the grooves, the greater the capillary pumping effect.
  • the maximum power that grooved heat pipes can transport is generally fixed by the capillary limit, the driving term of which is the capillary pressure, and the term essentially limiting the loss of liquid pressure in the grooves and, to a lesser extent, the pressure losses of steam flow.
  • Reentrant groove heat pipes are particular examples of groove heat pipes, in which the grooves have a narrow connection channel relative to the rest of the groove, which allows the capillary pumping effect to be increased while limiting heat losses. charge in the liquid phase.
  • These heat pipes are used mainly in the space sector, for example for thermal regulation in satellites and/or spacecraft.
  • the operating curve of the heat pipe which allows us to know its maximum transport capacity, is obtained by combining the curves corresponding to the different physical operating limits which ultimately define the operating range of the heat pipe in terms of maximum power that it can to transfer.
  • FIG. 1 illustrates the curve delimiting the operating range for an example of a capillary pumped heat pipe.
  • the curve portions Q viscous , Q sonic , Q entrainment , Q capillary , Q boiling define respectively the viscous, sonic, entrainment, capillary and boiling limits.
  • This operating limit is defined as the maximum flux (or flux density), for which bubbles created at the wall of the liquid channel at the evaporator can migrate without being blocked in the connecting channels up to the interface meniscus. liquid-vapor.
  • the boiling limit thus originates from the birth of vapor bubbles within the capillary network, when the heat flux density radial to the evaporator becomes too high.
  • the circulation of the liquid in the capillary structure can be affected by the appearance of trapped bubbles or by a congestion of a large number of bubbles which migrate towards the liquid channel. This disrupts the hydrodynamics of the heat pipe, degrades its performance and ultimately its operation, or even stops it, and causes the wall to dry out, which means that there is overheating at the source to be thermalized.
  • the boiling limit is the flux or flux density for which the first bubbles appear at the wall of the evaporator of a heat pipe.
  • the evaporator of such a heat pipe 1 axisymmetric of generally cylindrical shape, comprises a peripheral wall 10 in which are made a plurality of channels 11 with a cross section in the general shape of Omega, regularly distributed angularly and opening via a connecting channel 12 on a central cylindrical hollow 13 in which the vapor phase circulates.
  • the peripheral wall 10 is in contact with a hot source (SC).
  • SC hot source
  • the boiling limit is associated with a radial thermal power density which is generally expressed in W/m 2 : it is proportional to the surface area of the heat pipe evaporator, that is to say that for the same design (same cross section over the entire length of the evaporator), the boiling limit, expressed in W, of a heat pipe whose evaporator length is 10 centimeters is half that of a heat pipe whose evaporator length is 10 centimeters evaporator length is 20 centimeters.
  • ⁇ T overheated ⁇ L T v ⁇ v h lv 1 R b ⁇ 1 R in which ⁇ 1 designates the surface tension of the fluid (N/m), Tv the temperature of the vapor ⁇ v the density of the vapor, h 1v the enthalpy of vaporization of the fluid, R b the radius of the bubbles and R the radius of the meniscus.
  • axial groove heat pipes In addition to Omega cross-section heat pipes, axial groove heat pipes have a cylindrical cross section and the liquid return path from the condenser to the evaporator is located at the periphery of this cylindrical section: [1]. Heat pipes with other sections, rectangular or square, or even triangular, generally have this same characteristic.
  • a heat pipe 1 with artery is shown in figures 4, 4A And 4B : like other rectilinear heat pipes, it comprises a sealed enclosure delimited by a wall 10 and extends between a first longitudinal end, intended to be heated by a thermal flow ⁇ E emitted by a hot source, to form, within the enclosure, an evaporator Z E and a second longitudinal end intended to output a thermal flow ⁇ S towards a cold source to form, within the enclosure, a condenser Zc where the vapor V condenses, the sealed enclosure delimiting an adiabatic zone Z A between the evaporator and the condenser.
  • Such an artery heat pipe 1 integrates a liquid channel 11 forming an artery which brings the liquid from the condenser Zc to the evaporator Z E , which is dissociated from the vapor channel 13.
  • a heat pipe there is no liquid-vapor interface except for the evaporator Z E and the condenser Zc. This also makes it possible to reduce the friction forces of the liquid phase.
  • the liquid phase at the evaporator Z E is not directly subjected to the heat flow ⁇ E from the hot source, and this plays a role in moving away from the boiling limit.
  • a very interesting configuration for a terrestrial application that is to say where gravity applies, consists of integrating one or more of the arteries 11 in a porous medium 14, peripheral to the steam channel 13, as illustrated in the Figure 5 .
  • This porous medium 14, also called wick, can have pores with an average size of a few hundred microns per millimeter.
  • the porous medium 14 ensures a very good boiling limit at the level of the evaporator by a multiplication of lines and triple points P, that is to say solid-liquid-vapor contact points, which are very favorable to evaporation.
  • Capillary-pumped two-phase loops are also another type of favorable device for pushing the boiling limit.
  • a two-phase capillary pump loop like a heat pipe, aims to transfer a flow of thermal energy from a hot source (evaporator) to a cold source (condenser) using a fluid in liquid-vapor equilibrium and its changes phase.
  • the evaporator and the condenser are connected by independent pipes and as the authors of the publication [2] themselves define: unlike heat pipes, the liquid and vapor phases are separated and circulate in the same meaning in different behaviors.
  • the article [6] shows a heat pipe configuration with axial grooves in the adiabatic zone associated with a peripheral porous media (sintered metal powder or a wick screen) in the evaporator. It highlights the impact of the porous media on the capacity of the heat pipe to support high heat flow densities, which are on the other hand applied directly to a wall in contact with the porous media.
  • US2002/0050341A1 thus proposes a flat heat pipe comprising two plates, one constituting the evaporator and the other the condenser, connected together by a thermally conductive structural element and a porous media applied to them.
  • CN210165803U discloses an artery heat pipe for a cell phone, comprising a peripheral porous media allowing the return of the liquid phase to the evaporator, which allows the boiling limit to be moved away.
  • US8100170B2 discloses several original loop heat pipe evaporator configurations, with plates connected by an insert and integrating porous media, allowing to arrange liquid circulation channels in the plates.
  • the channels are connected to a liquid inlet and a steam outlet.
  • US6330907B 1 discloses a heat pipe with a cylindrical cross section for which the heat flow applied to the evaporator is disconnected from the liquid phase and applied in a zone where the evaporated flow circulates.
  • the heat flow is transmitted to the liquid-vapor interface configured in a porous media or superpositions of porous media, between the liquid inlet zone and the vapor phase evacuation zone, by conduction pillars.
  • EP3628956A1 discloses a capillary-pumped two-phase loop, integrating liquid channels with peripheral porous surfaces to assist the migration of the liquid flow by capillary effect.
  • the porous surfaces are implemented by superimposing machined plates (chemical etching) and assembled together by diffusion welding.
  • the general aim of the invention is then to respond at least in part to this need.
  • the invention firstly relates to a heat pipe extending along a first longitudinal direction (X), comprising a sealed enclosure extending between a first longitudinal end, intended to be heated by a hot 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 a zone adiabatic between the evaporator and the condenser, the evaporator comprising a vapor channel, at least one liquid channel connected to the vapor channel by defining at least one liquid-vapor interface, and a plurality of uprights forming thermal conduction pillars which extend at least in the steam channel in a second direction (Y) orthogonal to the first direction (X), from a side face of the enclosure from which the flow coming from the hot source is applied, to the liquid-vapor interface.
  • X first longitudinal direction
  • the flow coming from the hot source is intended to be applied exclusively to the side face of the enclosure facing the steam channel in which the thermal conduction pillars extend.
  • each thermal conduction pillar has at least one rectilinear shape over the entire height of the steam channel, in the second direction (Y).
  • each thermal conduction pillar comprises one or more branches forming one or more ramifications which extend(s) obliquely from a central portion of the rectilinear shape to the liquid-interface. steam.
  • These ramifications can constitute stiffening pillars. Depending on their size and configuration, they can eliminate any stiffener in the liquid channel.
  • These branches improve the supply of the heat flow coming from the hot source over the entire liquid-vapor interface without greatly increasing the pressure loss of the vapor phase compared to a higher number of pillars without branching.
  • each thermal conduction pillar has a cross section in the second direction (Y), which decreases from the side face of the enclosure to the liquid-vapor interface. This decrease in cross section forms clearances reducing the pressure loss for the evacuation of the vapor phase.
  • the pillars include one or more branches forming one or more ramifications, this decrease in cross section balances the thermal paths of each branch.
  • the cross section is oblong, with the length of the section in the first direction (X).
  • the liquid channel is connected to the vapor channel by at least one connecting channel forming a reentrant groove defining the liquid-vapor interface.
  • the sealed enclosure comprises a stack of plates in a third direction (Z), orthogonal to the first (X) and second (Y ) directions, including two closing 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 closing plates, the plate(s) spacers comprising at least a first spacer plate comprising at least one window whose edges partly delimit a vapor channel extending along the first direction (X) between the evaporator and the condenser, in which the vapor is intended to circulate , and on at least one lateral side of the window in the second direction (Y), at least one structure whose edges partly delimit a liquid channel in the evaporator and the condenser, at least one intermediate plate comprising at least one window the edges of which partly delimit the vapor channel, at least the first intermediate plate delimiting a connecting channel forming the reent
  • the heat pipe comprises amounts which extend in the second direction (Y) over the entire height of the single liquid channel at least in the evaporator, so as to constitute stiffening pillars .
  • the sealed enclosure, the thermal conduction pillars, the structures delimiting the reentrant grooves are constituted by a one-piece part produced by metal additive manufacturing, in particular by selective laser sintering.
  • the evaporator integrates a porous media, the liquid channel being connected to the vapor channel by at least part of the pores of the porous media defining the liquid-vapor interface.
  • the size of the pores of the porous media is between 100 and 200 ⁇ m.
  • the porous media has a cross section in the first longitudinal direction (X), in particular U, E, comb-shaped, such that its lateral edges at least partially cover the lateral edges of the liquid channel, in contact with the side walls of the sealed enclosure, the material constituting the porous media being the same as that of the sealed enclosure, preferably chosen from aluminum, copper, nickel, or an alloy based on at least two of these.
  • the thermal conduction pillars are nested at least partly in the porous media.
  • the sealed enclosure comprising a stack of plates in a third direction (Z), orthogonal to the first (X) and second (Y ) directions, including two closing 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 closing plates, the plate(s) spacers comprising at least a first spacer plate comprising at least one window whose edges partially delimit a vapor channel extending along the first direction (X) between the evaporator and the condenser, in which the steam is intended to circulate, and on at least one lateral side of the window in the second direction (Y), at least one structure whose edges partly delimit a liquid channel in the evaporator and the condenser, at least one intermediate plate comprising at least one window whose edges partially delimit the vapor channel, at least the first intermediate plate integrating the porous media whose part of the pores defining
  • the sealed enclosure, the thermal conduction pillars, the porous media are constituted by a single piece made by metal additive manufacturing, in particular by selective laser sintering.
  • the thermal conduction pillars are arranged staggered in a plane YZ of the steam channel. Such an arrangement makes it possible to limit pressure losses in the vapor phase, i.e. in the vapor channel.
  • At least part of the intermediate plates comprises, in the evaporator, one or more through slots which extend transversely to the connecting channel, preferably in the third direction (Z). These through slots further increase the triple lines at the level of the menisci, in order to maximize the latter.
  • the width of an through slot is substantially equal to that of a connecting channel.
  • the structures and intermediate plates of the n modules define a single vapor channel and a single liquid channel also in the condenser and in the adiabatic zone (ZA) between evaporator and condenser, the condenser and the adiabatic zone further comprising uprights which extend in the second direction (Y) over the entire height of the single liquid channel, so as to constitute stiffening pillars.
  • ZA adiabatic zone
  • Y second direction
  • the structures are only on one lateral side of the window delimiting the steam channel.
  • the hot source is arranged so that the heat flow on the evaporator is applied exclusively to the side face of the enclosure facing the steam channel.
  • the invention essentially consists of proposing a heat pipe whose evaporator is designed to transmit directly by conduction the heat emitted by the hot source by means of thermal conduction pillars in the steam channel which supplies the lines/points as close as possible. evaporation configured at the liquid-vapor interfaces (menisci), and without hindering the circulation of the vapor flow.
  • a first embodiment which can be implemented as according to the patent application EP3553445 , which consists of stacking and then assembling together by gluing, welding, preferably by vacuum brazing, punched or machined metal plates to define the different heat pipe channels.
  • the porous media can be inserted into the stack before the actual assembly step.
  • a preliminary and local addition of solder between the end of a thermal conduction pillar and the porous media is preferably carried out in order to allow optimization of the transmission of the thermal flow.
  • a second manufacturing method consists of producing the various walls and structures, in particular the thermal conduction pillars, and where appropriate the porous media by 3D metal additive manufacturing, in particular by selective laser sintering.
  • Metal additive manufacturing makes it possible to obtain heat pipe sections having technical particularities to meet the functional constraints of the final heat pipe (mechanical pressure withstand constraints and functional constraints for the fluid continuity of the liquid and vapor channels) and also allowing improved operation in terms of limits (viscous, sonic, entrainment, capillary and boiling).
  • Publication [7] indicates in particular an additive manufacturing of aluminum with a porous media whose pore sizes are from 50 microns to several hundred microns, which allows the realization of the designs proposed in the context of the invention.
  • the invention provides numerous advantages among which we can cite those compared to solutions according to the state of the art, an increase in the boiling limit, without this harming the capillary pumping limit or the thermal conductance of the heat pipe.
  • the reference SC used in the figures designates the hot source or, by extension, the zone of application of the heat flux emitted by the hot source directly on the side face of a heat pipe enclosure.
  • the heat pipe 1 comprises a sealed enclosure 2 extending along the longitudinal axis within the enclosure an evaporator Z E.
  • 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 hot source is for example an electrical or electronic component, a heat storage unit, an exothermic chemical reactor.
  • the cold source is for example a radiative surface, fins in forced convection, cold plates in single or two-phase flow, cold storage, an endothermic chemical reaction, etc.
  • the sealed enclosure 2 is produced by stacking and assembling end 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 include a single plate machined on its two main faces.
  • the plates 20 are preferably made of aluminum alloy and assembled by vacuum brazing.
  • a preferred embodiment consists of machining clad plates 20 on their two main faces, then assembling these sheets by vacuum eutectic brazing.
  • machining can be carried out on a single main face of the clad plates.
  • salt bath brazing for assembly, different processes are possible: salt bath brazing, inert gas brazing, ultrasonic welding, friction stir welding, bonding, etc.
  • heat pipes range from a few centimeters to a few meters.
  • the maximum size of heat pipes is generally limited by the tooling available. Indeed, the assembly of sheets by vacuum brazing requires large vacuum furnaces, several 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 the XZ plane, each having a large surface area promoting heat exchange with the hot source SC and the cold source SF.
  • the vapor channel 13 of constant rectangular cross section extends along the longitudinal axis adiabatic 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.
  • a liquid channel 11 When 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 plane XZ smaller than that of the liquid channel.
  • Each liquid channel 11 is intended for the circulation of liquid from the condenser Zc 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 connection channel 12 defines at least one liquid-vapor interface.
  • a plurality of uprights 15 forming thermal conduction pillars extend in the vapor channel 13 in the second direction (Y), from a side face 21 of the enclosure from which the flow from the hot source SC is applied, up to the liquid-vapor interface.
  • these thermal conduction pillars 15 regularly spaced from each other provide, in addition to their function of conducting the heat flow coming from the hot source SC from the side face 21 of the enclosure, a function of stiffening each intermediate plate 20 and therefore the mechanical strength of enclosure 2.
  • the liquid-vapor interface is provided according to this first mode by the reentrant grooves 12.
  • These reentrant grooves 12 are each delimited by structures 16 of two adjacent plates 20, to which the thermal conduction pillars 15 are connected.
  • the thermal conduction pillars 15 each supply thermal flow along the lines L directly to the menisci constituting the interfaces liquid-vapor while allowing the vapor flow which has just been evaporated at the level of the triple lines/points P to escape into the vapor channel 13.
  • the enclosure 2 can also integrate uprights or pillars 17 which extend in the second direction (Y) over the entire height of the single liquid channel 11, so as to constitute stiffening pillars 17. These pillars 17 thus also participate in the mechanical maintenance of the monobloc enclosure 2.
  • these stiffening pillars 17 can not only be installed in the evaporator Z E but also in the adiabatic zone ZA or in the condenser Zc of the heat pipe 1, that is to say over the entire length of the enclosure 2. As shown also on this Figure 7 , these pillars 17 are positioned as offset as possible relative to two thermal conduction pillars 15, so as to prevent part of the heat flow from being drained precisely by these pillars 17 towards the liquid channel. Preferably, as illustrated, these stiffening pillars 17 are also fewer in number than the thermal conduction pillars 15.
  • FIG. 8 A relative arrangement between thermal conduction pillars 15 and stiffening pillars 17 within the same intermediate plate 20 is illustrated in figure 8 .
  • FIG. 9 illustrates the interior of an enclosure 2 of heat pipe 1 (a closing plate 22 being omitted), once the stacking of intermediate plates 20 has been made and their assembly with two closing plates 22.
  • the density and shape of the pillars of thermal conduction 15 in the evaporator Z E can be adjusted depending on the compromise to be achieved, loss of capillary limit (more pressure loss on the side of the vapor channel 13) and gain on the boiling limit, which is sometimes predominant in operating conditions with respect to other limits.
  • each thermal conduction pillar 15 has a rectilinear shape over the entire height of the steam channel 13 and a cross section at the second direction (Y), which decreases from the side face 21 of the enclosure to the liquid-vapor interface.
  • This cross section is oblong with the length of the section in the first direction (X).
  • THE figures 10 and 11 show an advantageous arrangement of the thermal conduction pillars 15, according to which they are staggered in a plane YZ of the vapor channel 13 of the evaporator Z E of the enclosure 2.
  • intermediate plates can be stacked 20 alternating with offsets between the pillars 15 from one plate to another adjacent one. This arrangement is advantageous for limiting pressure losses in the vapor phase.
  • THE figures 12 and 13 illustrate an advantageous variant where through slots 18 extend transversely to the connecting channel 12 in the third direction (Z).
  • the width of a through slot 18 is substantially equal to that of a connecting channel 12.
  • FIG. 14 illustrates an advantageous characteristic to be implemented at the level of the intersections between connecting channels 12 and through-out slots 18.
  • the maximum opening dimension d of a connecting channel 12 which is therefore the value of the diagonal at level of an intersection, conditions the capillary performance of the heat pipe.
  • the thermal conduction pillars 15 can have a rectilinear shape with branches 19 forming ramifications which extend obliquely from a central portion of the rectilinear shape to the liquid-vapor interface.
  • This variant ensures more homogeneous flow transmission at the liquid-vapor interface where the triple lines are located at the level of the menisci, facing a configuration with iso number of pillars 15 of rectilinear shape as illustrated according to the figures 8 to 13 .
  • the variants with through slots 18 and ramification pillars 19 can be combined with each other with the presence of reentrant grooves, which makes it possible to further increase the lengths of the triple line.
  • through slots 18 and branching pillars 19 an increase of more than 40% in length of the triple lines can be envisaged.
  • branches 19 which can serve as stiffeners as such can make it possible to overcome the presence of stiffening pillars 17 in the liquid channel 11.
  • FIG. 17 illustrates the implementation of the liquid-vapor interface by a porous media 5 in place of reentrant grooves 12.
  • the pores of the porous media 5 have a size substantially equal to the width of a reentrant groove 12. It can be between several tens of microns to a few hundred microns, preferably between 100 and 200 ⁇ m.
  • the main advantage of installing a porous media 5 in place of reentrant grooves to ensure the liquid-vapor interface is to multiply the triple lines while maintaining a strong capillary pumping potential. This increase in triple lines improves the evaporation process and reduces the local thermal resistance to evaporation.
  • the first variant consists of depositing solder, in the same eutectic metal as that of the plates 20 in the form of a bead around the end of each pillar 15.
  • solder is deposited at the start of the stacking of plates 20, 22.
  • solder is deposited at the interface between the end of a pillar 15 and the porous media 5.
  • the solder due to the porous medium of media 5 will spread locally and ensure good mechanical and thermal contact between porous media 5 and pillar 15.
  • THE figures 18 and 18A illustrate the local deposition of the solders B in the form of a bead and the overall maintenance of the porous media 5 in the evaporator Z E.
  • the thickness of solder metal B deposited locally on one end of a pillar 15 is advantageously less than 100 ⁇ m, so that the migration of the solder into the porous media 5 is minimal.
  • this thickness of cord B is between 10 and 100 ⁇ m depending on the properties of the porous media 5, in particular depending on the average size of its pores and its void ratio.
  • Solder B can initially be in the form of a metal strip identical to that of the clad plates 20, 22.
  • FIG. 19A and 19B A second variant is illustrated in Figures 19A and 19B .
  • the porous media 5 is machined in such a way as to produce impressions 50, preferably in the form of discs, thermal conduction pillars, where contact with the porous media 5 is required.
  • the depth of an imprint 50 is preferably equal to the thickness of a metal sheet, typically from one to several hundred microns.
  • a metal disc 51 is forcefully introduced into each cavity 50 before the plates 20, 22 are stacked and assembled in a vacuum brazing furnace.
  • the porous media 5 is a machined part whose cross section in the YZ plane is a U shape.
  • the machining allows the flow of liquid to easily migrate into the liquid channel 11 and to impregnate the porous media 5 effectively.
  • the lateral branches 52 of the U of the machined porous media 5 make it possible, in addition to ensuring a mechanical holding function, to recover the thermal flow lines L of losses through the sides of the enclosure 2.
  • the branches 52 make it possible to transmit these loss lines L directly to the liquid phase contained in the last channel 11, which also contributes to improving the evaporation function and moving away the boiling limit of the heat pipe 1.
  • THE figures 22 to 24 illustrate an example respectively of an intermediate plate 20 which is suitable for integrating such a U-shaped porous media 5, and of an assembly of plates 20 obtained with this media 5.
  • FIG. 25A Other cross sections than the U shown in figure 25A can be considered for the porous media 5: it can be a general E shape ( Figure 25B ) or comb ( Figure 25C , always with the side branches 52 which are in contact and cover the edges side of the closing plates 22 to recover the heat flow lines coming from the face 21 subjected to the heat source and bring them directly into the liquid channel 11.
  • THE figures 26 to 27 illustrate a heat pipe 1 according to the invention, produced not by stacking and assembling plates 20, 22 as described previously but by 3D metal additive manufacturing.
  • the evaporator of enclosure 2 integrates, as thermal conduction pillars 15, branched three-dimensional shaped profiles 19 and a U-shaped porous media 5.
  • the pillars 15 with their three-dimensional ramifications 19 and the porous media 5 are constituted by a single, single-piece part resulting from additive manufacturing or 3D manufacturing.
  • the part may be manufactured by the powder bed fusion process in which an area of a layer of powdered material is melted in a given area using a laser beam or electron beam . Then a new layer of powdered material is deposited, which will then be melted in a given area. These steps are repeated until the piece is complete.
  • the layers have a thickness of, for example, between 20 ⁇ m and 100 ⁇ m, and the particles of the powder material have a diameter of, for example, between 10 ⁇ m and 50 ⁇ m. A minimum wall thickness of around 0.4 mm can be achieved by this process.
  • the part can be manufactured by material deposition and fusion or DED (“ Direct Energy Deposition” in Anglo-Saxon terminology).
  • a material is provided in the form of powder or wire, this is melted by a high energy source.
  • the material is selectively deposited layer by layer on a substrate, for example guided by a multi-axis robotic arm and then finished with CNC machining to melt the material.
  • Thermal energy is generated either by laser, by an electron beam, or by an ionized gas. The material is directly projected into the heated zone where it melts.
  • the module can be manufactured by the so-called Binder Jetting process in which binders are selectively projected onto the powder bed, binding these areas together to form a solid part, one layer at a time.
  • Heat post-treatment such as sintering, then takes place to remove the binder and create an all-metal part.
  • the part can be manufactured by metal extrusion, in which a filament or rod made of a polymer and heavily loaded with metal powder is extruded through a nozzle (as in the FDM process) to form the "green" part. » which is post-processed, for example by carrying out a deburring step and a sintering step, to create an entirely metallic part.
  • the part can be produced by ultrasonic additive manufacturing. To do this, metal sheets are glued layer by layer using ultrasonic welding, then formed to the desired shape using numerically controlled machining. The part is modeled by CAD, this modeling is then used in the additive manufacturing machine to direct the laser beam.
  • the production by additive manufacturing of the different elements and in particular of the pillars 15 and the channels 11, 13 requires a minimum interval between two adjacent elements, in order to avoid the fusion of facing surfaces -notice.
  • this minimum interval is equal to 0.3mm.
  • a heat pipe is filled with a two-phase fluid, it 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, depending on the constraints due to pressure, flammability, toxicity of the fluid and chemical compatibility between the fluid and the material. forming the heat pipe.
  • a heat pipe according to the invention made of nickel aluminum alloy, copper, titanium or an alloy based on a combination of them, which is either assembled by eutectic brazing, or made by metal additive manufacturing, ammonia, water, acetone, methanol, etc. can be used as fluid.
  • the couples envisaged can be as follows: Working fluid Heat pipe metal(s) Ammonia Aluminum, steel, stainless steel, nickel Methanol Copper, stainless steel Acetone Aluminum, stainless steel Water Copper, nickel, titanium

Abstract

L'invention concerne un caloduc (1) 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 (ZE) et une deuxième extrémité longitudinale (4) destinée à être refroidie par une source froide SF pour former un condenseur (ZC), l'enceinte étanche délimitant une zone adiabatique (ZA) entre l'évaporateur et le condenseur, l'évaporateur comprenant un canal vapeur (13), au moins un canal liquide (11) relié au canal vapeur en définissant au moins une interface liquide-vapeur (I), et une pluralité de montants (15) formant des piliers de conduction thermique qui s'étendent au moins dans le canal vapeur selon une deuxième direction (Y) orthogonale à (X), depuis une face latérale (21) de l'enceinte à partir de laquelle le flux provenant de la source chaude est appliqué, jusqu'à l'interface liquide-vapeur.The invention relates to a heat pipe (1) extending along a first longitudinal direction (X), comprising a sealed enclosure (2) extending between a first longitudinal end (3), intended to be heated by a source hot SC to form, within the enclosure, an evaporator (ZE) and a second longitudinal end (4) intended to be cooled by a cold source SF to form a condenser (ZC), the sealed enclosure delimiting an adiabatic zone (ZA) between the evaporator and the condenser, the evaporator comprising a vapor channel (13), at least one liquid channel (11) connected to the vapor channel by defining at least one liquid-vapor interface (I), and a plurality of uprights (15) forming thermal conduction pillars which extend at least in the steam channel in a second direction (Y) orthogonal to (X), from a side face (21) of the enclosure from which the flow from the hot source is applied, up to the liquid-vapor interface.

Description

Domaine techniqueTechnical area

La présente invention concerne un caloduc, notamment à pompage capillaire à rainures réentrantes.The present invention relates to a heat pipe, in particular with capillary pumping with reentrant grooves.

La présente invention vise à améliorer la limite d'ébullition d'un tel caloduc.The present invention aims to improve the boiling limit of such a heat pipe.

Technique antérieurePrior art

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.A heat pipe is a thermal device allowing a quantity of energy to be transferred from a hot source to a cold source, a certain length apart.

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.A heat pipe comprises 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 closed and subjected to a hot source, an equilibrium is established between the liquid phase and the vapor phase.

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.Under the effect of a hot source applied in a zone at one of the longitudinal ends, designated the evaporator, part of the liquid phase vaporizes and absorbs the heat flow in latent form by inducing a slight overpressure which causes the movement of the steam towards an area at the other longitudinal end, designated the condenser where the cold source is applied. At the condenser, the vapor condenses and returns to the liquid phase. The condensed fluid (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.

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 oeuvre dans des conditions de fonctionnement spatiales, comme pour la thermalisation de système de télécommunication des satellites.Indeed, in the absence of gravity, the engine of the heat pipe is the capillary pumping of the fluid which takes place at the level of the liquid-vapor interface zones specifically configured so that a meniscus forms, resulting from the angle of contact between the fluid and the metal constituting the heat pipe (itself depending on the surface tension of the fluid, and the solid/liquid and solid/vapor interfacial tensions). The greater the capillary pumping forces greater in relation to the various friction forces of the phases of the fluid with the walls and between them, the more efficient the heat pipe is and can transport a large quantity of energy. The 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.

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 oeuvre.In the terrestrial regime, with gravity, the problem of liquid phase return is completely different, and other liquid-vapor/wall interface configurations are implemented.

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 coeur vapeur et un réseau capillaire périphérique 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.Grooved heat pipes work on the principle of capillary pumping. They feature a tube, in which the inner surface has axial/longitudinal [1] or slightly spiral-shaped grooves. Grooved heat pipes comprise a vapor core and a peripheral capillary network in which the liquid phase circulates. Due to a variation in curvature of the liquid-vapor interface between the condenser zone and the evaporator zone, a pressure gradient appears in the liquid, which leads to a variation in capillary pressure. The smaller the width of the grooves, the greater the capillary pumping effect.

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.Furthermore, deep grooves make it possible to obtain a large passage section for the liquid return, and therefore to minimize pressure loss.

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.The maximum power that grooved heat pipes can transport is generally fixed by the capillary limit, the driving term of which is the capillary pressure, and the term essentially limiting the loss of liquid pressure in the grooves and, to a lesser extent, the pressure losses of steam flow.

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 dans la phase liquide. Ces caloducs sont utilisés principalement dans le domaine spatial, par exemple pour la régulation thermique dans les satellites et/ou les engins spatiaux.Reentrant groove heat pipes are particular examples of groove heat pipes, in which the grooves have a narrow connection channel relative to the rest of the groove, which allows the capillary pumping effect to be increased while limiting heat losses. charge in the liquid phase. These heat pipes are used mainly in the space sector, for example for thermal regulation in satellites and/or spacecraft.

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.Over the operating temperature range of a heat pipe, different physical limits can limit its performance. The operating curve of the heat pipe, which allows us to know its maximum transport capacity, is obtained by combining the curves corresponding to the different physical operating limits which ultimately define the operating range of the heat pipe in terms of maximum power that it can to transfer.

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, Qentraînement, Qcapillaire, Qébullition, définissent respectivement les limites visqueuse, sonique, d'entraînement, capillaire et d'ébullition.There figure 1 illustrates the curve delimiting the operating range for an example of a capillary pumped heat pipe. On this figure 1 , we recall that the curve portions Q viscous , Q sonic , Q entrainment , Q capillary , Q boiling , define respectively the viscous, sonic, entrainment, capillary and boiling limits.

Dans le cadre de l'invention, les inventeurs se sont intéressés plus spécifiquement à la limite d'ébullition.In the context of the invention, the inventors were more specifically interested in the boiling limit.

Cette limite de fonctionnement se définit comme le flux (ou la densité de flux) maximum, pour lequel des bulles créées à la paroi du canal liquide à l'évaporateur peuvent migrer sans être bloquées dans les canaux de liaison jusqu'au ménisque d'interface liquide-vapeur.This operating limit is defined as the maximum flux (or flux density), for which bubbles created at the wall of the liquid channel at the evaporator can migrate without being blocked in the connecting channels up to the interface meniscus. liquid-vapor.

La limite d'ébullition a ainsi pour origine la naissance de bulles de vapeur au sein du réseau capillaire, lorsque la densité de flux thermique radial à l'évaporateur devient trop importante.The boiling limit thus originates from the birth of vapor bubbles within the capillary network, when the heat flux density radial to the evaporator becomes too high.

Ainsi si la densité de flux radial est trop grande, la circulation du liquide dans la structure capillaire peut être affectée par l'apparition de bulles piégées ou par une congestion d'un grand nombre de bulles qui migrent vers le canal liquide. Cela perturbe l'hydrodynamique du caloduc, dégrade ses performances et in fine son fonctionnement, voire le stoppe, et entraîne un assèchement de la paroi, ce qui signifie qu'il y a surchauffe au niveau de la source à thermaliser.Thus if the radial flow density is too great, the circulation of the liquid in the capillary structure can be affected by the appearance of trapped bubbles or by a congestion of a large number of bubbles which migrate towards the liquid channel. This disrupts the hydrodynamics of the heat pipe, degrades its performance and ultimately its operation, or even stops it, and causes the wall to dry out, which means that there is overheating at the source to be thermalized.

De manière conservative, on considère que la limite d'ébullition est le flux ou la densité de flux pour laquelle les premières bulles apparaissent à la paroi de l'évaporateur d'un caloduc.Conservatively, we consider that the boiling limit is the flux or flux density for which the first bubbles appear at the wall of the evaporator of a heat pipe.

On a illustré de manière schématique en figures 3A à 3C ce phénomène d'apparition des bulles qui peut se produire dans l'évaporateur d'un caloduc à rainures réentrantes à section transversale en forme générale d'Omega, tel que celui illustré à la figure 2.We have schematically illustrated in Figures 3A to 3C this phenomenon of the appearance of bubbles which can occur in the evaporator of a heat pipe with reentrant grooves with a cross section in the general shape of Omega, such as that illustrated in figure 2 .

L'évaporateur d'un tel caloduc 1, axisymétrique de forme générale cylindrique, comprend une paroi périphérique 10 dans laquelle sont réalisés une pluralité de canaux 11 à section transversale en forme générale d'Omega, régulièrement répartis angulairement et débouchant par l'intermédiaire d'un canal de liaison 12 sur un creux central cylindrique 13 dans lequel circule la phase vapeur . La paroi périphérique 10 est en contact avec une source chaude (SC).The evaporator of such a heat pipe 1, axisymmetric of generally cylindrical shape, comprises a peripheral wall 10 in which are made a plurality of channels 11 with a cross section in the general shape of Omega, regularly distributed angularly and opening via a connecting channel 12 on a central cylindrical hollow 13 in which the vapor phase circulates. The peripheral wall 10 is in contact with a hot source (SC).

Sur la figure 3A, sous l'effet du flux thermique φE entrant, provenant de la source de chaleur SC, l'ébullition a, à l'interface I entre liquide et vapeur, la forme d'un film F, aucune bulle n'est créée. Le fonctionnement est nominal.On the Figure 3A , under the effect of the incoming heat flow φ E , coming from the heat source SC, the boiling has, at the interface I between liquid and vapor, the shape of a film F, no bubble is created. Operation is nominal.

Sur la figure 3B, il y a une ébullition nucléée, mais la taille des bulles B créées est suffisamment petite pour qu'elles s'échappent par le canal de liaison 12 via le ménisque M à l'interface vers la phase vapeur 13. Toutefois, si la densité des bulles B est trop importante, la mise en place du ménisque M peut être altérée et très dégradée, ce qui altère le pompage capillaire.On the Figure 3B , there is nucleate boiling, but the size of the bubbles B created is small enough for them to escape through the connecting channel 12 via the meniscus M at the interface to the vapor phase 13. However, if the density bubbles B is too large, the positioning of the meniscus M may be altered and very degraded, which impairs capillary pumping.

Sur la figure 3C, il y a aussi une ébullition avec une taille des bulles B trop importante ou un nombre de bulles trop élevé qui ne leur permet pas de s'échapper par le canal de liaison 12 via le ménisque M vers la phase vapeur. Les bulles B remontent alors dans le canal liquide 11. Il y a également un risque d'assèchement local de la paroi.On the Figure 3C , there is also boiling with too large a bubble size B or too high a number of bubbles which does not allow them to escape through the connecting channel 12 via the meniscus M towards the vapor phase. The bubbles B then rise into the liquid channel 11. There is also a risk of local drying of the wall.

La limite d'ébullition est associée à une densité de puissance thermique radiale qui s'exprime généralement en W/m2: elle est proportionnelle à la surface de l'évaporateur du caloduc, c'est-à-dire que pour un même design (même section transversale sur toute la longueur de l'évaporateur), la limite d'ébullition, exprimée en W, d'un caloduc dont la longueur de l'évaporateur est de 10 centimètres est la moitié de celle d'un caloduc dont la longueur d'évaporateur est de 20 centimètres.The boiling limit is associated with a radial thermal power density which is generally expressed in W/m 2 : it is proportional to the surface area of the heat pipe evaporator, that is to say that for the same design (same cross section over the entire length of the evaporator), the boiling limit, expressed in W, of a heat pipe whose evaporator length is 10 centimeters is half that of a heat pipe whose evaporator length is 10 centimeters evaporator length is 20 centimeters.

La puissance thermique maximum avant l'apparition de la limite d'ébullition est donnée par l'équation suivante: Q é bullition = G eq Δ T surchauffe |

Figure imgb0001
avec Geq qui est la conductance équivalente au niveau de l'évaporateur (en W/K), et ΔTsurchauffe, le gradient de température entre la paroi et la température vapeur nécessaire à l'apparition d'une bulle (en K).The maximum thermal power before the boiling limit appears is given by the following equation: Q e boiling = G eq Δ T overheated |
Figure imgb0001
with Geq which is the equivalent conductance at the evaporator (in W/K), and ΔTsuperheat, the temperature gradient between the wall and the vapor temperature necessary for the appearance of a bubble (in K).

Par la relation de Clausius-Clapeyron, on peut relier ΔTsurchauffe au rayon des bulles : Δ T surchauffe = σ l T v ρ v h lv 1 R b 1 R

Figure imgb0002
dans laquelle σ1 désigne la tension superficielle du fluide (N/m), Tv la température de la vapeur ρv la densité de la vapeur, h1v l'enthalpie de vaporisation du fluide, Rb le rayon des bulles et R le rayon du ménisque.Using the Clausius-Clapeyron relation, we can connect ΔTsuperheat to the radius of the bubbles: Δ T overheated = σ L T v ρ v h lv 1 R b 1 R
Figure imgb0002
in which σ1 designates the surface tension of the fluid (N/m), Tv the temperature of the vapor ρ v the density of the vapor, h 1v the enthalpy of vaporization of the fluid, R b the radius of the bubbles and R the radius of the meniscus.

Pour repousser la limite d'ébullition, on peut augmenter donc la conductance à l'évaporateur (Geq), ou augmenter la surchauffe, notamment en modifiant l'état de surface des canaux liquides, afin de diminuer le rayon de bulles. Pour cela, on peut diminuer les rugosités des canaux, ce qui peut par exemple être fait en réalisant un polissage électrolytique des tôles avant ou après usinage.To push back the boiling limit, we can therefore increase the conductance at the evaporator (Geq), or increase the superheat, in particular by modifying the surface state of the liquid channels, in order to reduce the bubble radius. To do this, the roughness of the channels can be reduced, which can for example be done by carrying out electrolytic polishing of the sheets before or after machining.

On peut aussi augmenter le rayon du ménisque de l'interface liquide-vapeur mais cela est contre-productif pour les forces de pompage capillaire.We can also increase the radius of the meniscus of the liquid-vapor interface but this is counterproductive for the capillary pumping forces.

Outre les caloducs à section transversale en Oméga, les caloducs à rainures axiale présentent une section transversale cylindrique et la voie de retour du liquide du condenseur vers l'évaporateur est située à la périphérie de cette section cylindrique : [1]. Les caloducs avec d'autres sections, rectangulaires ou carrées, voir triangulaires possèdent cette même caractéristique généralement.In addition to Omega cross-section heat pipes, axial groove heat pipes have a cylindrical cross section and the liquid return path from the condenser to the evaporator is located at the periphery of this cylindrical section: [1]. Heat pipes with other sections, rectangular or square, or even triangular, generally have this same characteristic.

Les caloducs à artère sont favorables pour repousser la limite d'ébullition. Un caloduc 1 à artère est représenté aux figures 4, 4A et 4B : tous comme les autres caloducs rectilignes, il comprend une enceinte étanche délimitée par une paroi 10 et s'étend entre une première extrémité longitudinale, destinée à être échauffée par un flux thermique ΦE émis par une source chaude, pour former, au sein de l'enceinte, un évaporateur ZE et une deuxième extrémité longitudinale destinée à sortir un flux thermique ΦS vers une source froide pour former, au sein de l'enceinte, un condenseur Zc où la vapeur V se condense, l'enceinte étanche délimitant une zone adiabatique ZA entre l'évaporateur et le condenseur.Artery heat pipes are favorable for pushing the boiling limit. A heat pipe 1 with artery is shown in figures 4, 4A And 4B : like other rectilinear heat pipes, it comprises a sealed enclosure delimited by a wall 10 and extends between a first longitudinal end, intended to be heated by a thermal flow Φ E emitted by a hot source, to form, within the enclosure, an evaporator Z E and a second longitudinal end intended to output a thermal flow Φ S towards a cold source to form, within the enclosure, a condenser Zc where the vapor V condenses, the sealed enclosure delimiting an adiabatic zone Z A between the evaporator and the condenser.

Un tel caloduc 1 à artère intègre un canal liquide 11 formant une artère qui ramène le liquide depuis le condenseur Zc vers l'évaporateur ZE, qui est dissocié du canal vapeur 13. Dans un tel caloduc, il n'y a pas d'interface liquide-vapeur hormis à l'évaporateur ZE et au condenseur Zc. Cela permet en outre de réduire les forces de frottement de la phase liquide. En plus, la phase liquide au niveau de l'évaporateur ZE n'est pas directement soumise au flux de chaleur ΦE de la source chaude, et cela joue un rôle dans l'éloignement de la limite d'ébullition.Such an artery heat pipe 1 integrates a liquid channel 11 forming an artery which brings the liquid from the condenser Zc to the evaporator Z E , which is dissociated from the vapor channel 13. In such a heat pipe, there is no liquid-vapor interface except for the evaporator Z E and the condenser Zc. This also makes it possible to reduce the friction forces of the liquid phase. In addition, the liquid phase at the evaporator Z E is not directly subjected to the heat flow Φ E from the hot source, and this plays a role in moving away from the boiling limit.

Une configuration très intéressante pour une application terrestre, c'est-à-dire où la gravité s'applique, consiste à intégrer une ou plusieurs des artères 11 dans un milieu poreux 14, périphérique au canal vapeur 13, comme illustré à la figure 5. Ce milieu poreux 14, aussi appelé mèche, peut avoir des pores d'une taille moyenne de quelques centaines de microns au millimètre. En plus de la perte de pression liquide réduite qu'il induit, le milieu poreux 14 assure une très bonne limite d'ébullition au niveau de l'évaporateur par une démultiplication de lignes et de points triples P, c'est-à-dire de points de contact solide-liquide-vapeur, qui sont très favorables à l'évaporation.A very interesting configuration for a terrestrial application, that is to say where gravity applies, consists of integrating one or more of the arteries 11 in a porous medium 14, peripheral to the steam channel 13, as illustrated in the Figure 5 . This porous medium 14, also called wick, can have pores with an average size of a few hundred microns per millimeter. In addition to the loss of reduced liquid pressure that it induces, the porous medium 14 ensures a very good boiling limit at the level of the evaporator by a multiplication of lines and triple points P, that is to say solid-liquid-vapor contact points, which are very favorable to evaporation.

Les boucles diphasiques à pompage capillaire constituent également un autre type de dispositifs favorables pour repousser la limite d'ébullition. On pourra se référer à la publication [2] qui donne une définition et décrit précisément ce type de système diphasique de contrôle thermique. Une boucle diphasique à pompage capillaire, comme un caloduc, a pour but de transférer un flux d'énergie thermique depuis une source chaude (évaporateur) vers une source froide (condenseur) en utilisant un fluide à l'équilibre liquide-vapeur et ses changements de phase. Dans une boucle diphasique à pompage capillaire, l'évaporateur et le condenseur sont reliés par des conduites indépendantes et comme le définissent eux-mêmes les auteurs de la publication [2]: contrairement aux caloducs, les phases liquide et vapeur sont séparées et circulent dans le même sens dans des conduites différentes. On pourra également se reporter à la figure 3 pour comprendre la structure d'une telle boucle diphasique, dans laquelle l'évaporateur assure le pompage capillaire, afin d'entraîner la phase liquide provenant du condenseur vers l'évaporateur. Les schémas des figures 3 à 5 proposés par les auteurs de la publication [2] montrent que le flux de chaleur à l'évaporateur n'est pas directement appliqué sur la phase liquide, mais au niveau du milieu poreux qui constitue une interface entre les deux phases, liquide et vapeur, en permettant également une démultiplication des lignes et points triples, favorable à l'évaporation sans créer de potentiels blocages de bulles ou destruction des ménisques, ou bien de reflux de bulles dans le canal liquide.Capillary-pumped two-phase loops are also another type of favorable device for pushing the boiling limit. We can refer to the publication [2] which gives a definition and precisely describes this type of two-phase thermal control system. A two-phase capillary pump loop, like a heat pipe, aims to transfer a flow of thermal energy from a hot source (evaporator) to a cold source (condenser) using a fluid in liquid-vapor equilibrium and its changes phase. In a two-phase capillary pumped loop, the evaporator and the condenser are connected by independent pipes and as the authors of the publication [2] themselves define: unlike heat pipes, the liquid and vapor phases are separated and circulate in the same meaning in different behaviors. We can also refer to the Figure 3 to understand the structure of such a two-phase loop, in which the evaporator provides capillary pumping, in order to drive the liquid phase coming from the condenser towards the evaporator. The diagrams of figures 3 to 5 proposed by the authors of the publication [2] show that the heat flow to the evaporator is not directly applied to the liquid phase, but at the level of the porous medium which constitutes an interface between the two phases, liquid and vapor, by also allowing a reduction in the lines and triple points, favorable to evaporation without creating potential blockages of bubbles or destruction of the menisci, or even reflux of bubbles in the liquid channel.

En revenant à la technologie des caloducs à rainures axiale, à ce jour, aucun agencement spécifique n'est mis en place pour éloigner la limite d'ébullition. Les canaux liquides sont directement configurés sous la zone où arrive le flux thermique de la source chaude, et de ce fait, sont sujets aux limitations décrites précédemment. En effet, sur une plage de température haute, due principalement à la variation des propriétés physiques, la limite d'ébullition est atteinte et conditionne le fonctionnement du caloduc.Returning to axial groove heat pipe technology, to date, no specific arrangement is put in place to move away from the boiling limit. The liquid channels are directly configured under the zone where the heat flow from the hot source arrives, and therefore, are subject to the limitations described above. Indeed, over a high temperature range, mainly due to the variation in physical properties, the boiling limit is reached and conditions the operation of the heat pipe.

Il est toujours possible d'appliquer le flux de chaleur à évacuer au niveau de l'évaporateur depuis un côté opposé aux canaux liquides lorsque ceux-ci ne sont pas répartis sur toute la périphérie du caloduc, sans aucun agencement particulier. Mais cela n'est pas favorable à la résistance thermique locale au niveau de l'évaporateur et détériore la chaine thermique et la conductance du caloduc. Réduire le flux au niveau des canaux liquides a pour avantage d'éviter la problématique de l'apparition des bulles dans le liquide, qui détériore l'hydrodynamisme du caloduc. Il faut pour cela s'assurer que le flux thermique soit bien transmis aux parties solides du caloduc dans la zone de transition, où les ménisques interfaciaux liquide-vapeur sont configurés. Dans le même temps cet agencement ne doit pas gêner le développement et la migration de la phase vapeur vers le condenseur (point froid).It is always possible to apply the heat flow to be evacuated at the level of the evaporator from a side opposite the liquid channels when these are not distributed over the entire periphery of the heat pipe, without any particular arrangement. But this is not favorable to the local thermal resistance at the evaporator and deteriorates the thermal chain and the conductance of the heat pipe. Reducing the flow at the level of the liquid channels has the advantage of avoiding the problem of the appearance of bubbles in the liquid, which deteriorates the hydrodynamics of the heat pipe. To do this, it is necessary to ensure that the heat flow is properly transmitted to the solid parts of the heat pipe in the transition zone, where the liquid-vapor interfacial menisci are configured. At the same time, this arrangement must not hinder the development and migration of the vapor phase towards the condenser (cold point).

De nombreuses solutions aux problématiques générales d'interface liquide-vapeur et de limite d'ébullition sont connues dans la littérature scientifique.Many solutions to the general problems of liquid-vapor interface and boiling limit are known in the scientific literature.

Ainsi, les auteurs de la publication [3] investiguent une nouvelle structure d'évaporateur à artère et mettent en avant l'intérêt d'appliquer le flux thermique indirectement sur l'interface liquide-vapeur et de prévoir en même temps des dégagements pour l'évacuation de la phase vapeur engendrée.Thus, the authors of the publication [3] investigate a new artery evaporator structure and highlight the interest of applying the heat flow indirectly to the liquid-vapor interface and at the same time providing clearances for the evacuation of the vapor phase generated.

Les auteurs de la publication [4] ont étudié une configuration d'évaporateur de boucle diphasique à pompage capillaire, où le flux de chaleur est appliqué au niveau de l'interface liquide vapeur d'un matériau poreux qui assure la force motrice du fluide dans la boucle. En effet, ces deux fonctions sont décorrélées, le flux s'applique d'après les auteurs sur une lame de liquide issue du milieu poreux contenant la phase liquide. Toujours d'après les auteurs, lorsque l'évaporation intervient via cette lame liquide et, indirectement, via également l'interface liquide-vapeur configurée à la surface du milieu poreux, le flux de chaleur est amené par la phase vapeur (fluide déjà évaporé). Cela ne résout pas la problématique de flux critique d'ébullition (assèchement). Cependant, les bulles potentiellement crées dans la lame de fluide (post milieu poreux) ne viennent pas interférer avec l'hydrodynamique de la boucle (pompage capillaire).The authors of the publication [4] studied a two-phase capillary pumped loop evaporator configuration, where the heat flow is applied at the liquid vapor interface of a porous material which provides the driving force of the fluid in the loop. Indeed, these two functions are uncorrelated, the flow applies according to the authors to a sheet of liquid coming from the porous medium containing the liquid phase. Still according to the authors, when evaporation occurs via this liquid layer and, indirectly, also via the liquid-vapor interface configured on the surface of the porous medium, the heat flow is brought by the vapor phase (fluid already evaporated ). This does not resolve the critical flow problem of boiling (drying). However, the bubbles potentially created in the fluid layer (post porous medium) do not interfere with the hydrodynamics of the loop (capillary pumping).

Les auteurs de la publication [5] ont étudié un milieu poreux d'évaporateur d'une boucle diphasique à pompage capillaire dans lequel un gradient de porosité est réalisé avec une forme de fractale. Les auteurs ont jugé leurs résultats prometteurs avec notamment une très bonne aptitude lors du démarrage du caloduc.The authors of the publication [5] studied a porous evaporator medium of a two-phase capillary pumped loop in which a porosity gradient is produced with a fractal shape. The authors considered their results promising, including very good aptitude when starting the heat pipe.

L'article [6] montre une configuration de caloduc à rainures axiales dans la zone adiabatique associées avec un média poreux périphérique (poudre de métal frittée ou un écran à mèche) dans l'évaporateur. Il est mis en exergue l'impact du média poreux sur la capacité du caloduc à supporter de fortes densités de flux thermiques, qui sont en revanche appliquées directement sur une paroi en contact avec le média poreux.The article [6] shows a heat pipe configuration with axial grooves in the adiabatic zone associated with a peripheral porous media (sintered metal powder or a wick screen) in the evaporator. It highlights the impact of the porous media on the capacity of the heat pipe to support high heat flow densities, which are on the other hand applied directly to a wall in contact with the porous media.

De cette littérature, les inventeurs de la présente invention ont conclu que les points suivants sont connus :

  1. A/ dissocier l'application de la source chaude d'un évaporateur au niveau de canaux liquides et/ou de milieu poreux contenant la phase liquide;
  2. B/ configurer des dégagements pour l'évacuation de la vapeur créée, simultanément à A/;
  3. C/ mettre en avant des gradients de porosité sous la forme d'une fractale dans les milieux poreux contenant une phase liquide et servant d'interface liquide vapeur pour générer la force de pompage capillaire dans un dispositif de transfert thermique;
  4. D/ agencer un média poreux à l'évaporateur d'un caloduc pour éloigner la limite d'ébullition. La littérature brevets divulgue également la mise en oeuvre de milieux poreux dans les caloducs.
From this literature, the inventors of the present invention have concluded that the following points are known:
  1. A/ dissociate the application of the hot source from an evaporator at the level of liquid channels and/or porous medium containing the liquid phase;
  2. B/ configure clearances for the evacuation of the steam created, simultaneously with A/;
  3. C/ highlight porosity gradients in the form of a fractal in porous media containing a liquid phase and serving as a liquid vapor interface to generate the capillary pumping force in a heat transfer device;
  4. D/ arrange a porous media at the evaporator of a heat pipe to move away from the boiling limit. The patent literature also discloses the use of porous media in heat pipes.

US2002/0050341A1 propose ainsi un caloduc plat comprenant deux plaques, l'une constituant l'évaporateur et l'autre le condenseur, reliées entre elles par un élément structurel conducteur thermique et un média poreux appliqué sur ceux-ci. US2002/0050341A1 thus proposes a flat heat pipe comprising two plates, one constituting the evaporator and the other the condenser, connected together by a thermally conductive structural element and a porous media applied to them.

CN210165803U divulgue un caloduc à artère pour téléphone portable, comprenant un média poreux périphérique permettant le retour de la phase liquide à l'évaporateur, qui permet d'éloigner la limite d'ébullition. CN210165803U discloses an artery heat pipe for a cell phone, comprising a peripheral porous media allowing the return of the liquid phase to the evaporator, which allows the boiling limit to be moved away.

US8100170B2 divulgue plusieurs configurations originales d'évaporateur de caloduc en boucle, avec des plaques reliées par un insert et intégrant des milieux poreux, permettant d'agencer des canaux de circulation de liquide dans les plaques. Les canaux sont reliés à une entrée de liquide et une sortie vapeur. US8100170B2 discloses several original loop heat pipe evaporator configurations, with plates connected by an insert and integrating porous media, allowing to arrange liquid circulation channels in the plates. The channels are connected to a liquid inlet and a steam outlet.

US6330907B 1 divulgue un caloduc à section transversale cylindrique pour lequel le flux de chaleur appliqué à l'évaporateur est déconnecté de la phase liquide et appliqué dans une zone où circule le flux évaporé. Le flux de chaleur se transmet à l'interface liquide-vapeur configurée dans un media poreux ou des superpositions de médias poreux, entre la zone d'arrivée liquide et la zone d'évacuation de la phase vapeur, par des piliers de conduction. US6330907B 1 discloses a heat pipe with a cylindrical cross section for which the heat flow applied to the evaporator is disconnected from the liquid phase and applied in a zone where the evaporated flow circulates. The heat flow is transmitted to the liquid-vapor interface configured in a porous media or superpositions of porous media, between the liquid inlet zone and the vapor phase evacuation zone, by conduction pillars.

EP3628956A1 divulgue une boucle diphasique à pompage capillaire, intégrant des canaux liquides avec des surfaces poreuses périphériques pour assister la migration du flux liquide par effet capillaire. Les surfaces poreuses sont mises en oeuvre par superposition de plaques usinées (gravure chimique) et assemblées entre elles par soudage-diffusion. EP3628956A1 discloses a capillary-pumped two-phase loop, integrating liquid channels with peripheral porous surfaces to assist the migration of the liquid flow by capillary effect. The porous surfaces are implemented by superimposing machined plates (chemical etching) and assembled together by diffusion welding.

Ainsi, que cela soit pour le domaine des caloducs plats, à artères, des évaporateurs de boucle diphasique à pompage capillaire, plusieurs agencements géométriques comme selon les documents brevets précités permettent de ne pas appliquer directement le flux thermique à évacuer au niveau des canaux liquides. Ces agencements prennent en compte aussi la transmission possible du flux thermique via un milieu poreux interfaçant la phase liquide et la phase vapeur, avec en outre des moyens d'évacuation de la phase vapeur depuis l'interface liquide vapeur. Cela est surtout décrit pour les évaporateurs de boucle diphasique à pompage capillaire, et suppose nécessairement des connections fluidiques qui lui sont propres, telles que l'entrée liquide et la sortie vapeur.Thus, whether for the field of flat heat pipes, arteries, two-phase loop evaporators with capillary pumping, several geometric arrangements as according to the aforementioned patent documents make it possible not to directly apply the thermal flow to be evacuated at the level of the liquid channels. These arrangements also take into account the possible transmission of the heat flow via a porous medium interfacing the liquid phase and the vapor phase, with further means of evacuating the vapor phase from the liquid vapor interface. This is mainly described for two-phase capillary pumped loop evaporators, and necessarily assumes fluidic connections specific to it, such as the liquid inlet and the vapor outlet.

Par ailleurs, la demanderesse a proposé dans la demande de brevet EP3553444A1 un caloduc à artère, réalisé par empilement de plaques usinées ou mises en forme en aluminium claddées, structurellement différentes, solidarisées entre elles avec étanchéité, qui peuvent être assemblées par différentes techniques de soudure, brasure sous vide ou collage. Un tel assemblage offre un degré de configurations bien plus élevé que celles de l'état de l'art. En particulier, dans ce caloduc à empilement de plaques, des liens thermiques sont réalisés entre les artères liquides et la zone d'application du flux, via le canal vapeur. La réalisation d'un tel caloduc n'est cependant pas pleinement satisfaisante dans la mesure où il est nécessaire d'usiner deux plaques différentes, et où l'ouverture du canal de liaison dépend uniquement de l'épaisseur d'une des plaques et reste soumis à une maîtrise des coulures de brasures lors d'un process d'assemblage par brasage sous vide. Cette maîtrise est très délicate à atteindre afin de ne pas boucher les canaux de liaison. Par ailleurs, dans cette demande de brevet, il n'est pas prévu d'intégration de média poreux au niveau de la zone de transition liquide-vapeur.Furthermore, the applicant proposed in the patent application EP3553444A1 an artery heat pipe, made by stacking machined or shaped clad aluminum plates, structurally different, joined together with sealing, which can be assembled by different welding techniques, vacuum brazing or bonding. Such an assembly offers a much higher degree of configurations than those of the state of the art. In particular, in this heat pipe with a stack of plates, thermal links are made between the liquid arteries and the flow application zone, via the vapor channel. The production of such a heat pipe is however not fully satisfactory insofar as it is necessary to machine two different plates, and where the opening of the connecting channel depends only on the thickness of one of the plates and remains subjected to control of solder drips during an assembly process by vacuum brazing. This mastery is very difficult to achieve so as not to block the connecting channels. Furthermore, in this patent application, there is no provision for the integration of porous media at the liquid-vapor transition zone.

Par conséquent, il existe un besoin pour améliorer encore les caloducs à rainures, plus particulièrement les caloducs à rainures réentrantes, et ce afin d'en optimiser le fonctionnement, d'améliorer leurs performances et d'étendre leurs domaines de fonctionnement, plus particulièrement d'augmenter la limite d'ébullition sans que cela se fasse au détriment d'autres caractéristiques, notamment la limite de pompage capillaire.Consequently, there is a need to further improve grooved heat pipes, more particularly reentrant groove heat pipes, in order to optimize their operation, improve their performance and extend their operating ranges, more particularly increase the boiling limit without this being to the detriment of other characteristics, in particular the capillary pumping limit.

Le but général de l'invention est alors de répondre au moins en partie à ce besoin.The general aim of the invention is then to respond at least in part to this need.

Exposé de l'inventionPresentation of the invention

Pour ce faire, l'invention a tout d'abord pour objet un caloduc à 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'évaporateur comprenant un canal vapeur, au moins un canal liquide relié au canal vapeur en définissant au moins une interface liquide-vapeur, et une pluralité de montants formant des piliers de conduction thermique qui s'étendent au moins dans le canal vapeur selon une deuxième direction (Y) orthogonale à la première direction (X), depuis une face latérale de l'enceinte à partir de laquelle le flux provenant de la source chaude est appliqué, jusqu'à l'interface liquide-vapeur.To do this, the invention firstly relates to a heat pipe extending along a first longitudinal direction (X), comprising a sealed enclosure extending between a first longitudinal end, intended to be heated by a hot 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 a zone adiabatic between the evaporator and the condenser, the evaporator comprising a vapor channel, at least one liquid channel connected to the vapor channel by defining at least one liquid-vapor interface, and a plurality of uprights forming thermal conduction pillars which extend at least in the steam channel in a second direction (Y) orthogonal to the first direction (X), from a side face of the enclosure from which the flow coming from the hot source is applied, to the liquid-vapor interface.

De préférence, le flux provenant de la source chaude est destiné être appliqué exclusivement sur la face latérale de l'enceinte en regard du canal vapeur dans lequel les piliers de conduction thermique s'étendent.Preferably, the flow coming from the hot source is intended to be applied exclusively to the side face of the enclosure facing the steam channel in which the thermal conduction pillars extend.

Selon une caractéristique avantageuse, chaque pilier de conduction thermique a au moins une forme rectiligne sur toute la hauteur du canal vapeur, selon la deuxième direction (Y).According to an advantageous characteristic, each thermal conduction pillar has at least one rectilinear shape over the entire height of the steam channel, in the second direction (Y).

Selon une variante avantageuse, chaque pilier de conduction thermique comprend une ou plusieurs branches formant une (des) ramification(s) qui s'étende(nt) de manière oblique depuis une portion centrale de la forme rectiligne jusqu'à l'interface liquide-vapeur. Ces ramifications peuvent constituer des piliers raidisseurs. Selon leur dimensionnement et configuration, ils peuvent permettent de s'affranchir de tout raidisseur dans le canal liquide. Ces ramifications améliorent l'alimentation du flux de chaleur provenant de la source chaude sur l'ensemble de l'interface liquide-vapeur sans pour autant augmenter grandement la perte de pression de la phase vapeur comparativement à un nombre plus élevé de piliers sans ramification.According to an advantageous variant, each thermal conduction pillar comprises one or more branches forming one or more ramifications which extend(s) obliquely from a central portion of the rectilinear shape to the liquid-interface. steam. These ramifications can constitute stiffening pillars. Depending on their size and configuration, they can eliminate any stiffener in the liquid channel. These branches improve the supply of the heat flow coming from the hot source over the entire liquid-vapor interface without greatly increasing the pressure loss of the vapor phase compared to a higher number of pillars without branching.

Selon une autre variante avantageuse, la forme rectiligne de chaque pilier de conduction thermique présente une section transversale à la deuxième direction (Y), qui est décroissante depuis la face latérale de l'enceinte jusqu'à l'interface liquide-vapeur. Cette décroissance de la section transversale forme des dégagements diminuant la perte de charge pour l'évacuation de la phase vapeur. Lorsque les piliers comportent une ou plusieurs branches formant une (des) ramification(s), cette décroissance de la section transversale équilibre les chemins thermiques de chaque ramification.According to another advantageous variant, the rectilinear shape of each thermal conduction pillar has a cross section in the second direction (Y), which decreases from the side face of the enclosure to the liquid-vapor interface. This decrease in cross section forms clearances reducing the pressure loss for the evacuation of the vapor phase. When the pillars include one or more branches forming one or more ramifications, this decrease in cross section balances the thermal paths of each branch.

Avantageusement, la section transversale est oblongue, avec la longueur de la section selon la première direction (X).Advantageously, the cross section is oblong, with the length of the section in the first direction (X).

Selon un premier mode de réalisation, le canal liquide est relié au canal vapeur par au moins un canal de liaison formant une rainure réentrante définissant l'interface liquide-vapeur.According to a first embodiment, the liquid channel is connected to the vapor channel by at least one connecting channel forming a reentrant groove defining the liquid-vapor interface.

Selon ce premier mode, à partir d'un process d'empilement de plaques et d'assemblages entre elles, l'enceinte étanche comprend un empilement de plaques selon une troisième direction (Z), orthogonale aux première (X) et deuxième (Y) directions, 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 la deuxième direction (Y), au moins une structuration dont les bords délimitent en partie un canal liquide dans l'évaporateur et le condenseur, au moins une plaque intercalaire comportant au moins une fenêtre dont les bords délimitent en partie le canal vapeur, au moins la première plaque intercalaire délimitant un canal de liaison formant la rainure réentrante reliant le canal vapeur et le canal liquide au moins dans l'évaporateur, les structurations et plaques intercalaires des n modules définissant un unique canal vapeur dans lequel s'étendent les piliers de conduction thermique dans l'évaporateur jusqu'au canal de liaison et sur, le au moins un côté latéral du canal vapeur, un unique canal liquide au moins dans l'évaporateur.According to this first mode, from a process of stacking plates and assembling them together, the sealed enclosure comprises a stack of plates in a third direction (Z), orthogonal to the first (X) and second (Y ) directions, including two closing 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 closing plates, the plate(s) spacers comprising at least a first spacer plate comprising at least one window whose edges partly delimit a vapor channel extending along the first direction (X) between the evaporator and the condenser, in which the vapor is intended to circulate , and on at least one lateral side of the window in the second direction (Y), at least one structure whose edges partly delimit a liquid channel in the evaporator and the condenser, at least one intermediate plate comprising at least one window the edges of which partly delimit the vapor channel, at least the first intermediate plate delimiting a connecting channel forming the reentrant groove connecting the vapor channel and the liquid channel at least in the evaporator, the structures and intermediate plates of the n modules defining a single vapor channel in which the thermal conduction pillars extend in the evaporator up to the connecting channel and on at least one lateral side of the vapor channel, a single liquid channel at least in the evaporator.

Selon ce premier mode, et une variante de réalisation avantageuse, le caloduc comprend des montants qui s'étendent dans la deuxième direction (Y) sur toute la hauteur du canal liquide unique au moins dans l'évaporateur, de sorte à constituer des piliers raidisseurs.According to this first mode, and an advantageous alternative embodiment, the heat pipe comprises amounts which extend in the second direction (Y) over the entire height of the single liquid channel at least in the evaporator, so as to constitute stiffening pillars .

Selon ce premier mode, et un procédé de réalisation alternatif, l'enceinte étanche, les piliers de conduction thermique, des structurations délimitant les rainures réentrantes sont constitués par une pièce monobloc réalisée en fabrication additive métallique, notamment par frittage sélectif par laser.According to this first mode, and an alternative production method, the sealed enclosure, the thermal conduction pillars, the structures delimiting the reentrant grooves are constituted by a one-piece part produced by metal additive manufacturing, in particular by selective laser sintering.

Selon un deuxième mode avantageux, l'évaporateur intègre un média poreux, le canal liquide étant relié au canal vapeur par au moins une partie des pores du média poreux définissant l'interface liquide-vapeur.According to a second advantageous mode, the evaporator integrates a porous media, the liquid channel being connected to the vapor channel by at least part of the pores of the porous media defining the liquid-vapor interface.

De préférence la taille des pores du média poreux est comprise entre 100 et 200µm.Preferably the size of the pores of the porous media is between 100 and 200 μm.

Selon une variante de réalisation avantageuse, le média poreux présente une section transversale à la première direction longitudinale (X), notamment en U, E, en peigne, telle que ses bords latéraux recouvrent au moins partiellement les bords latéraux du canal liquide, en contact avec les parois latérales de l'enceinte étanche, le matériau constitutif du média poreux étant le même que celui de l'enceinte étanche, de préférence choisi parmi l'aluminium, le cuivre, le nickel, ou un alliage à base d'au moins deux de ceux-ci.According to an advantageous alternative embodiment, the porous media has a cross section in the first longitudinal direction (X), in particular U, E, comb-shaped, such that its lateral edges at least partially cover the lateral edges of the liquid channel, in contact with the side walls of the sealed enclosure, the material constituting the porous media being the same as that of the sealed enclosure, preferably chosen from aluminum, copper, nickel, or an alloy based on at least two of these.

Selon une caractéristique avantageuse, les piliers de conduction thermique sont imbriqués au moins en partie dans le média poreux.According to an advantageous characteristic, the thermal conduction pillars are nested at least partly in the porous media.

Selon ce deuxième mode, à partir d'un process d'empilement de plaques et d'assemblages entre elles, l'enceinte étanche comprenant un empilement de plaques selon une troisième direction (Z), orthogonale aux première (X) et deuxième (Y) directions, 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 la deuxième direction (Y), au moins une structuration dont les bords délimitent en partie un canal liquide dans l'évaporateur et le condenseur, au moins une plaque intercalaire comportant au moins une fenêtre dont les bords délimitent en partie le canal vapeur, au moins la première plaque intercalaire intégrant le média poreux dont la partie des pores définissant l'interface liquide-vapeur reliant le canal vapeur et le canal liquide au moins dans l'évaporateur, les structurations et plaques intercalaires des n modules définissant un unique canal vapeur dans lequel s'étendent les piliers de conduction thermique dans l'évaporateur jusqu'au média poreux et sur, le au moins un côté latéral du canal vapeur, un unique canal liquide au moins dans l'évaporateur.According to this second mode, from a process of stacking plates and assembling them together, the sealed enclosure comprising a stack of plates in a third direction (Z), orthogonal to the first (X) and second (Y ) directions, including two closing 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 closing plates, the plate(s) spacers comprising at least a first spacer plate comprising at least one window whose edges partially delimit a vapor channel extending along the first direction (X) between the evaporator and the condenser, in which the steam is intended to circulate, and on at least one lateral side of the window in the second direction (Y), at least one structure whose edges partly delimit a liquid channel in the evaporator and the condenser, at least one intermediate plate comprising at least one window whose edges partially delimit the vapor channel, at least the first intermediate plate integrating the porous media whose part of the pores defining the liquid-vapor interface connecting the vapor channel and the liquid channel at least in the evaporator, the structures and intermediate plates of the n modules defining a single vapor channel in which the thermal conduction pillars extend in the evaporator to the porous media and on at least one lateral side of the channel vapor, a single liquid channel at least in the evaporator.

Selon ce deuxième mode, et un procédé de réalisation alternatif, l'enceinte étanche, les piliers de conduction thermique, le média poreux sont constitués par une pièce monobloc réalisée en fabrication additive métallique, notamment par frittage sélectif par laser.According to this second mode, and an alternative production method, the sealed enclosure, the thermal conduction pillars, the porous media are constituted by a single piece made by metal additive manufacturing, in particular by selective laser sintering.

Avantageusement, les piliers de conduction thermique sont agencés en quinconce dans un plan YZ du canal vapeur. Un tel agencement permet de limiter les pertes de pression de la phase vapeur, i.e. dans le canal vapeur.Advantageously, the thermal conduction pillars are arranged staggered in a plane YZ of the steam channel. Such an arrangement makes it possible to limit pressure losses in the vapor phase, i.e. in the vapor channel.

Selon une variante avantageuse, au moins une partie des plaques intercalaires comprend, dans l'évaporateur une ou plusieurs fentes débouchantes qui s'étendent transversalement au canal de liaison, de préférence selon la troisième direction (Z). Ces fentes débouchantes augmentent encore les lignes triples au niveau des ménisques, afin de maximiser ces derniers.According to an advantageous variant, at least part of the intermediate plates comprises, in the evaporator, one or more through slots which extend transversely to the connecting channel, preferably in the third direction (Z). These through slots further increase the triple lines at the level of the menisci, in order to maximize the latter.

Avantageusement, la largeur d'une fente débouchante est sensiblement égale à celle d'un canal de liaison.Advantageously, the width of an through slot is substantially equal to that of a connecting channel.

Selon une configuration préférée, les structurations et plaques intercalaires des n modules définissent un unique canal vapeur et un unique canal liquide également dans le condenseur et dans la zone adiabatique (ZA) entre évaporateur et condenseur, le condenseur et la zone adiabatique comprenant en outre des montants qui s'étendent dans la deuxième direction (Y) sur toute la hauteur du canal liquide unique, de sorte à constituer des piliers raidisseurs.According to a preferred configuration, the structures and intermediate plates of the n modules define a single vapor channel and a single liquid channel also in the condenser and in the adiabatic zone (ZA) between evaporator and condenser, the condenser and the adiabatic zone further comprising uprights which extend in the second direction (Y) over the entire height of the single liquid channel, so as to constitute stiffening pillars.

Selon une variante avantageuse, les structurations sont seulement d'un côté latéral de la fenêtre délimitant le canal vapeur.According to an advantageous variant, the structures are only on one lateral side of the window delimiting the steam channel.

Avantageusement, la section transversale dans un plan YZ du canal vapeur et du canal liquide, de préférence rectangulaire, est constante sur toute la longueur du caloduc, la troisième direction (Z) étant orthogonale aux première (X) et deuxième (Y) directions. 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 de la source chaude (SC) sur l'évaporateur étant sur au moins une face latérale de l'enceinte en regard du canal vapeur dans lequel les piliers de conduction thermique s'étendent, tandis que l'extraction de chaleur au condenseur vers la source froide (SF) est 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).
Advantageously, the cross section in a plane YZ of the vapor channel and the liquid channel, preferably rectangular, is constant over the entire length of the heat pipe, the third direction (Z) being orthogonal to the first (X) and second (Y) directions. The invention also relates to a system comprising:
  • a cold source (SF);
  • a hot spring (SC) and
  • at least one heat pipe with reentrant grooves as described above, the heat pipe being arranged so that the heat flow from the hot source (SC) to the evaporator is on at least one side face of the enclosure facing the steam channel in which the thermal conduction pillars extend, while the heat extraction from the condenser towards the cold source (SF) is on at least one side face of the enclosure facing the liquid channel(s) ( s), or on a side face perpendicular to it (these).

De préférence, la source chaude est agencée de sorte que le flux de chaleur sur l'évaporateur est appliqué exclusivement sur la face latérale de l'enceinte en regard du canal vapeur.Preferably, the hot source is arranged so that the heat flow on the evaporator is applied exclusively to the side face of the enclosure facing the steam channel.

Ainsi, l'invention consiste essentiellement à proposer un caloduc dont l'évaporateur est conçu pour transmettre directement par conduction la chaleur émise par la source chaude au moyen de piliers de conduction thermique dans le canal vapeur qui alimente au plus proche les lignes/points d'évaporation configurés aux interfaces liquide-vapeur (ménisques), et sans gêner la circulation du flux de vapeur.Thus, the invention essentially consists of proposing a heat pipe whose evaporator is designed to transmit directly by conduction the heat emitted by the hot source by means of thermal conduction pillars in the steam channel which supplies the lines/points as close as possible. evaporation configured at the liquid-vapor interfaces (menisci), and without hindering the circulation of the vapor flow.

En alimentant ainsi directement par le flux thermique les points d'évaporation, on augmente la limite d'ébullition à l'évaporateur.By thus directly supplying the evaporation points with the thermal flow, the boiling limit at the evaporator is increased.

Deux alternatives de mises en oeuvre des interfaces liquide-vapeur sont envisagées, à savoir soit par rainure réentrantes, soit par un média poreux intégré directement dans l'évaporateur. Deux modes de fabrication sont applicables chacun pour les deux alternatives,Two alternatives for implementing the liquid-vapor interfaces are considered, namely either by reentrant grooves, or by a porous media integrated directly into the evaporator. Two manufacturing methods are each applicable for the two alternatives,

Un premier mode de réalisation, qui peut être mis en oeuvre 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. Le média poreux peut être inséré dans l'empilement avant l'étape d'assemblage proprement dite. Lorsqu'il est réalisé par brasage, un ajout préalable et local de brasure entre l'extrémité d'un pilier de conduction thermique et le media poreux est de préférence réalisé afin de permettre une optimisation de la transmission du flux thermique.A first embodiment, which can be implemented as according to the patent application EP3553445 , which consists of stacking and then assembling together by gluing, welding, preferably by vacuum brazing, punched or machined metal plates to define the different heat pipe channels. The porous media can be inserted into the stack before the actual assembly step. When it is carried out by brazing, a preliminary and local addition of solder between the end of a thermal conduction pillar and the porous media is preferably carried out in order to allow optimization of the transmission of the thermal flow.

Un deuxième mode de fabrication consiste à réaliser les différentes parois et structurations, notamment les piliers de conduction thermique, et le cas échéant le média poreux par fabrication additive métallique 3D, notamment par frittage sélectif par laser. La fabrication additive métallique permet d'obtenir des sections de caloduc ayant des particularités techniques pour répondre aux contraintes fonctionnelles du caloduc final (contraintes mécaniques de tenue en pression et contraintes fonctionnelles pour la continuité fluidique des canaux liquides et vapeur) et permettant également un fonctionnement amélioré en termes de limites (visqueuse, sonique, d'entraînement, capillaire et d'ébullition). La publication [7] indique notamment une fabrication additive d'aluminium avec un média poreux dont les tailles de pores sont de 50 microns à plusieurs centaines de microns, ce qui permet la réalisation des designs proposés dans le cadre de l'invention.A second manufacturing method consists of producing the various walls and structures, in particular the thermal conduction pillars, and where appropriate the porous media by 3D metal additive manufacturing, in particular by selective laser sintering. Metal additive manufacturing makes it possible to obtain heat pipe sections having technical particularities to meet the functional constraints of the final heat pipe (mechanical pressure withstand constraints and functional constraints for the fluid continuity of the liquid and vapor channels) and also allowing improved operation in terms of limits (viscous, sonic, entrainment, capillary and boiling). Publication [7] indicates in particular an additive manufacturing of aluminum with a porous media whose pore sizes are from 50 microns to several hundred microns, which allows the realization of the designs proposed in the context of the invention.

L'invention apporte de nombreux avantages parmi lesquels on peut citer ceux par rapport aux solutions selon l'état de l'art une augmentation de la limite d'ébullition, sans que cela nuise à la limite de pompage capillaire ni à la conductance thermique du caloduc.The invention provides numerous advantages among which we can cite those compared to solutions according to the state of the art, an increase in the boiling limit, without this harming the capillary pumping limit or the thermal conductance of the heat pipe.

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.Other advantages and characteristics will become clearer on reading the detailed description, given for illustrative and non-limiting purposes, with reference to the following figures.

Brève description des dessinsBrief description of the drawings

  • [Fig 1] la figure 1 illustre la courbe délimitant le domaine de fonctionnement pour un exemple de caloduc à pompage capillaire.[ Figure 1 ] there figure 1 illustrates the curve delimiting the operating range for an example of a capillary pumped heat pipe.
  • [Fig 2] la figure 2 est une reproduction photographique d'un exemple de caloduc à rainures réentrantes à section transversale en Oméga selon l'état de l'art.[ Figure 2 ] there figure 2 is a photographic reproduction of an example of a heat pipe with reentrant grooves with an Omega cross section according to the state of the art.
  • [Fig 3A], [Fig 3B], [Fig 3C] les figures 3A, 3B, 3C sont des vues schématiques en coupe transversale et en détail montrant différentes situations d'ébullition qui ont lieu dans un évaporateur d'un caloduc selon la figure 2.[ Fig 3A], [Fig 3B], [Fig 3C ] THE Figures 3A, 3B, 3C are schematic views in cross section and in detail showing different boiling situations which take place in an evaporator of a heat pipe according to the figure 2 .
  • [Fig 4] la figure 4 est une vue schématique d'un caloduc à artère selon l'état de l'art.[ Figure 4 ] there Figure 4 is a schematic view of an artery heat pipe according to the state of the art.
  • [Fig 4A], [Fig 4B] les figures 4A et 4B sont des vues en coupe transversale de la figure 4, respectivement au niveau de l'évaporateur et du condenseur du caloduc à artère selon l'état de l'art.[ Figure 4A ], [ Fig 4B ] THE figures 4A And 4B are cross-sectional views of the Figure 4 , respectively at the level of the evaporator and the condenser of the artery heat pipe according to the state of the art.
  • [Fig 5] la figure 5 est une vue en coupe transversale d'une variante de caloduc à artères selon l'état de l'art.[ Figure 5 ] there Figure 5 is a cross-sectional view of a variant of the arterial heat pipe according to the state of the art.
  • [Fig 6] la figure 6 est une vue schématique de côté d'un caloduc à rainures réentrantes, selon un premier mode de l'invention.[ Figure 6 ] there Figure 6 is a schematic side view of a heat pipe with reentrant grooves, according to a first mode of the invention.
  • [Fig 6A] la figure 6A est une vue en coupe transversale de la figure 6, réalisée au niveau de l'évaporateur du caloduc.[ Fig 6A ] there Figure 6A is a cross-sectional view of the Figure 6 , carried out at the heat pipe evaporator.
  • [Fig 7] la figure 7 est une vue de côté d'une plaque métallique intercalaire pour la réalisation par empilement et assemblage de plaques, d'un caloduc à rainures réentrantes selon le premier mode de l'invention.[ Figure 7 ] there Figure 7 is a side view of an intermediate metal plate for producing, by stacking and assembling plates, a heat pipe with reentrant grooves according to the first mode of the invention.
  • [Fig 8] la figure 8 est une vue en perspective d'une partie de la plaque intercalaire de la figure 7, au niveau de l'évaporateur.[ Figure 8 ] there figure 8 is a perspective view of part of the intermediate plate of the Figure 7 , at the evaporator level.
  • [Fig 9] la figure 9 est une vue partielle en perspective d'un empilement de plaques métalliques assemblées pour la réalisation d'un caloduc à rainures réentrantes selon le premier mode de l'invention.[ Figure 9 ] there Figure 9 is a partial perspective view of a stack of metal plates assembled to produce a heat pipe with reentrant grooves according to the first mode of the invention.
  • [Fig 10] la figure 10 illustre, en vue partielle en coupe longitudinale et de dessus, d'une variante d'agencement de piliers de conduction thermique au sein d'un caloduc à rainures réentrantes selon le premier mode de l'invention.[ Figure 10 ] there Figure 10 illustrates, in partial view in longitudinal section and from above, a variant arrangement of thermal conduction pillars within a heat pipe with reentrant grooves according to the first mode of the invention.
  • [Fig 11] la figure 11 illustre, en vue partielle en perspective, un caloduc à rainures réentrantes avec les piliers de conduction thermique selon la variante de la figure 10.[ Figure 11 ] there Figure 11 illustrates, in partial perspective view, a heat pipe with reentrant grooves with the thermal conduction pillars according to the variant of the Figure 10 .
  • [Fig 12] la figure 12 illustre, en vue partielle en perspective, une partie d'une plaque intercalaire selon une variante avec fentes débouchantes, au niveau de l'évaporateur.[ Figure 12 ] there Figure 12 illustrates, in partial perspective view, a part of an intermediate plate according to a variant with through slots, at the level of the evaporator.
  • [Fig 13] la figure 13 est une vue partielle en perspective, d'un empilement de plaques métalliques assemblées pour la réalisation d'un caloduc à rainures réentrantes selon la variante de la figure 12.[ Figure 13 ] there Figure 13 is a partial perspective view of a stack of metal plates assembled to produce a heat pipe with reentrant grooves according to the variant of the Figure 12 .
  • [Fig 14] la figure 14 est une vue de détail et de dessus qui montre le croisement de fentes débouchantes selon les figures 12 et 13 avec les rainures réentrantes au sein de l'évaporateur.[ Figure 14 ] there Figure 14 is a detail and top view which shows the crossing of through-out slots according to the figures 12 and 13 with the reentrant grooves within the evaporator.
  • [Fig 15] la figure 15 illustre, en vue partielle en perspective une partie d'une plaque intercalaire selon une variante de piliers de conduction thermique avec des branches formant des ramifications, au niveau de l'évaporateur.[ Figure 15 ] there Figure 15 illustrates, in partial perspective view, a part of an intermediate plate according to a variant of thermal conduction pillars with branches forming ramifications, at the level of the evaporator.
  • [Fig 16] la figure 16 est une vue partielle en perspective, un empilement de plaques métalliques assemblées pour la réalisation d'un caloduc à rainures réentrantes selon la variante de la figure 15.[ Figure 16 ] there Figure 16 is a partial perspective view, a stack of metal plates assembled for the production of a heat pipe with reentrant grooves according to the variant of the Figure 15 .
  • [Fig 17] la figure 17 est une vue en coupe transversale, réalisée au niveau de l'évaporateur du caloduc à média poreux, selon un deuxième mode de l'invention.[ Figure 17 ] there Figure 17 is a cross-sectional view, taken at the level of the evaporator of the porous media heat pipe, according to a second mode of the invention.
  • [Fig 18] la figure 18 est une vue partielle en perspective d'un empilement de plaques métalliques assemblées pour la réalisation d'un caloduc à média poreux selon le deuxième mode de l'invention.[ Figure 18 ] there Figure 18 is a partial perspective view of a stack of metal plates assembled to produce a heat pipe with porous media according to the second mode of the invention.
  • [Fig 18A] la figure 18A est une vue de détail de la figure 18 montrant des zones de brasure locale pour la jonction entre média poreux et les piliers de conduction thermique, selon une première variante de réalisation.[ Fig 18A ] there Figure 18A is a detailed view of the Figure 18 showing local brazing zones for the junction between porous media and the thermal conduction pillars, according to a first alternative embodiment.
  • [Fig 19A], [Fig 19B] les figures 19A, 19B sont des vues de détail d'un média poreux, respectivement usiné avec ses empreintes et après, avec des disques de métal pour réaliser des brasures locales avec des piliers de conduction thermique, selon une deuxième variante de réalisation.[ Fig 19A], [Fig 19B ] THE Figures 19A, 19B are detailed views of a porous media, respectively machined with its imprints and afterwards, with metal discs to produce local solders with thermal conduction pillars, according to a second alternative embodiment.
  • [Fig 20] la figure 20 est une vue en coupe transversale, réalisée au niveau de l'évaporateur du caloduc à média poreux, selon le deuxième mode de l'invention et selon une variante où le média présente des bords latéraux configurés pour épouser ceux de l'enceinte étanche du caloduc.[ Figure 20 ] there Figure 20 is a cross-sectional view, produced at the level of the evaporator of the heat pipe with porous media, according to the second mode of the invention and according to a variant where the media has lateral edges configured to match those of the sealed enclosure of the heat pipe .
  • [Fig 21] la figure 21 est une vue en perspective du média poreux selon la figure 20.[ Figure 21 ] there Figure 21 is a perspective view of the porous media according to the Figure 20 .
  • [Fig 22] la figure 22 illustre, en vue partielle en perspective, une partie d'une plaque intercalaire mise en oeuvre avec le média poreux selon la figure 21.[ Figure 22 ] there Figure 22 illustrates, in partial perspective view, a part of an intermediate plate implemented with the porous media according to the Figure 21 .
  • [Fig 23], [Fig 24] les figures 23 et 24 sont des vues partielles en perspective, d'un empilement de plaques métalliques assemblées pour la réalisation d'un caloduc à média poreux selon la variante des figures 21 et 22.[ Figure 23 ], [ Figure 24 ] THE figures 23 And 24 are partial perspective views of a stack of metal plates assembled for the production of a heat pipe with porous media according to the variant of figures 21 And 22 .
  • [Fig 25A], [Fig 25B], [Fig 25C] les figures 25A, 25B, 25C sont des vues en coupe transversale, réalisée au niveau de l'évaporateur du caloduc à média poreux, illustrant des variantes de formes du média.[ Fig 25A ], [ Fig 25B], [Fig 25C ] THE figures 25A , 25B, 25C are cross-sectional views, taken at the level of the evaporator of the porous media heat pipe, illustrating variant shapes of the media.
  • [Fig 26] la figure 26 est une vue en perspective et en coupe transversale, réalisée au niveau de l'évaporateur d'un caloduc à média poreux, selon le deuxième mode de l'invention, réalisé par fabrication additive métallique.[ Figure 26 ] there Figure 26 is a perspective and cross-sectional view, produced at the level of the evaporator of a heat pipe with porous media, according to the second mode of the invention, produced by metal additive manufacturing.
  • [Fig 26A] la figure 26A est une vue en perspective et en coupe longitudinale de la figure 26.[ Fig 26A ] there figure 26A is a perspective view and longitudinal section of the Figure 26 .
  • [Fig 27] la figure 27 est une vue en perspective d'un exemple de pilier de conduction thermique selon l'invention réalisé par fabrication additive métallique.[ Figure 27 ] there Figure 27 is a perspective view of an example of a thermal conduction pillar according to the invention produced by metal additive manufacturing.
Description détailléedetailed description

Les figures 1 à 5 ont déjà été commentées en préambule. Elles ne sont pas détaillées ci-après.THE figures 1 to 5 have already been commented on in the preamble. They are not detailed below.

Par souci de clarté, un même élément selon l'art antérieur et l'invention est désigné par la même référence numérique.For the sake of clarity, the same element according to the prior art and the invention is designated by the same numerical reference.

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.It is specified here that the reference SC used in the figures designates the hot source or, by extension, the zone of application of the heat flux emitted by the hot source directly on the side face of a heat pipe enclosure.

Sur les figures 6 et 6A, on peut voir un exemple de caloduc 1 à pompage capillaire à rainures réentrantes selon l'invention.On the figures 6 And 6A , we can see an example of a heat pipe 1 with capillary pumping with reentrant grooves according to the invention.

Sur la figure 6, l'exemple de caloduc 1 à pompage capillaire s'étendant selon un axe longitudinal X est vu de l'extérieur.On the Figure 6 , the example of heat pipe 1 with capillary pumping extending along a longitudinal axis X is seen from the outside.

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.The heat pipe 1 comprises a sealed enclosure 2 extending along the longitudinal axis within the enclosure an evaporator Z E. The second longitudinal end 4 is intended to be cooled by a cold source SF to form a condenser Zc within the enclosure.

L'enceinte étanche 2 délimite intérieurement une zone adiabatique ZA entre l'évaporateur et le condenseur.The sealed enclosure 2 internally delimits an adiabatic zone Z A between the evaporator and the condenser.

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...The hot source is for example an electrical or electronic component, a heat storage unit, an exothermic chemical reactor. The cold source is for example a radiative surface, fins in forced convection, cold plates in single or two-phase flow, cold storage, an endothermic chemical reaction, etc.

Selon un premier mode de l'invention, l'enceinte étanche 2 est réalisée par empilement et assemblage de plaques d'extrémité et de modules de plaques intercalaires 20 agencés entre les plaques d'extrémité 22, selon un procédé décrit dans la demande de brevet EP3553445 .According to a first mode of the invention, the sealed enclosure 2 is produced by stacking and assembling end plates and intermediate plate modules 20 arranged between the end plates 22, according to a method described in the patent application 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.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 include a single plate machined on its two main faces.

La réalisation, l'empilement et l'assemblage des plaques ne sont pas détaillés ici, on pourra se reporter à la demande précitée EP3553445 . Néanmoins, les plaques 20 sont préférentiellement en alliage d'aluminium et assemblées par brasure sous vide.The production, stacking and assembly of the plates are not detailed here, we can refer to the aforementioned request EP3553445 . However, the plates 20 are preferably made of aluminum alloy and assembled by vacuum brazing.

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.A preferred embodiment consists of machining clad plates 20 on their two main faces, then assembling these sheets by vacuum eutectic brazing. As a variant, machining can be carried out on a single main face of the clad plates.

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...For assembly, different processes are possible: salt bath brazing, inert gas brazing, ultrasonic welding, friction stir welding, bonding, etc.

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.The external dimensions of heat pipes range from a few centimeters to a few meters. The maximum size of heat pipes is generally limited by the tooling available. Indeed, the assembly of sheets by vacuum brazing requires large vacuum furnaces, several meters long.

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.For sheet metal cutting and machining, large machines are also required. In addition, the mechanical strength of sheets with small width and long length cuts must be taken into account.

Par exemple, des fenêtres sont réalisées par poinçonnage, découpage, par exemple au laser ou au jet d'eau.For example, windows are made by punching, cutting, for example by laser or water jet.

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.In the example illustrated, all the plates 20 have the same external dimensions, the stack defining the sealed enclosure 2 is then of rectangular parallelepiped shape with four longitudinal faces parallel to the XY plane or the XZ plane, each having a large surface area promoting heat exchange with the hot source SC and the cold source SF.

L'empilement de plaques 20 avec leurs fenêtres ou leurs structurations 12, 15, 16, délimite intérieurement, dans l'évaporateur ZE, un canal liquide 11, un canal vapeur 13 relié au canal liquide 11 par des canaux de liaison 12.The stack of plates 20 with their windows or their structures 12, 15, 16, internally delimits, in the evaporator Z E , a liquid channel 11, a vapor channel 13 connected to the liquid channel 11 by connecting channels 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.More precisely , the vapor channel 13 of constant rectangular cross section extends along the longitudinal axis adiabatic Z A .

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.A liquid channel 11 may or may not be connected to the vapor channel 13 depending on the area of the heat pipe. When 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 plane XZ smaller than that of the liquid channel. Each liquid channel 11 is intended for the circulation of liquid from the condenser Zc to the evaporator Z E.

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 définit au moins une interface liquide-vapeur.A connecting channel 12 forms a reentrant groove by defining an exchange zone between the vapor and the liquid. In other words, a connection channel 12 defines at least one liquid-vapor interface.

Selon ce premier mode, dans l'évaporateur, une pluralité de montants 15 formant des piliers de conduction thermique s'étendent dans le canal vapeur 13 selon la deuxième direction (Y), depuis une face latérale 21 de l'enceinte à partir duquel le flux provenant de la source chaude SC est appliqué, jusqu'à l'interface liquide-vapeur. De fait, ces piliers de conduction thermique 15 régulièrement espacés les uns des autres assurent, outre leur fonction de conduction du flux thermique provenant de la source chaude SC depuis la face latérale 21 de l'enceinte, une fonction de raidisseur de chaque plaque intercalaire 20 et donc de tenue mécanique de l'enceinte 2.According to this first mode, in the evaporator, a plurality of uprights 15 forming thermal conduction pillars extend in the vapor channel 13 in the second direction (Y), from a side face 21 of the enclosure from which the flow from the hot source SC is applied, up to the liquid-vapor interface. In fact, these thermal conduction pillars 15 regularly spaced from each other provide, in addition to their function of conducting the heat flow coming from the hot source SC from the side face 21 of the enclosure, a function of stiffening each intermediate plate 20 and therefore the mechanical strength of enclosure 2.

Autrement dit, l'interface liquide-vapeur est assurée selon ce premier mode par les rainures réentrantes 12. Ces rainures réentrantes 12 sont chacune délimitées par des structurations 16 de deux plaques adjacentes 20, auxquelles sont reliés les piliers de conduction thermique 15.In other words, the liquid-vapor interface is provided according to this first mode by the reentrant grooves 12. These reentrant grooves 12 are each delimited by structures 16 of two adjacent plates 20, to which the thermal conduction pillars 15 are connected.

Comme illustré en figure 6A, les piliers de conduction thermique 15 alimentent chacun en flux thermique selon les lignes L directement les ménisques constituant les interfaces liquide- vapeur tout en laissant s'échapper, dans le canal vapeur 13, le flux de vapeur venant d'être évaporé au niveau des lignes/points triples P.As illustrated in Figure 6A , the thermal conduction pillars 15 each supply thermal flow along the lines L directly to the menisci constituting the interfaces liquid-vapor while allowing the vapor flow which has just been evaporated at the level of the triple lines/points P to escape into the vapor channel 13.

L'enceinte 2 peut en outre intégrer des montants ou piliers 17 qui s'étendent dans la deuxième direction (Y) sur toute la hauteur du canal liquide unique 11, de sorte à constituer des piliers raidisseurs 17. Ces piliers 17 participent ainsi également au maintien mécanique de l'enceinte monobloc 2.The enclosure 2 can also integrate uprights or pillars 17 which extend in the second direction (Y) over the entire height of the single liquid channel 11, so as to constitute stiffening pillars 17. These pillars 17 thus also participate in the mechanical maintenance of the monobloc enclosure 2.

Comme montré à la figure 7, ces piliers raidisseurs 17 peuvent non seulement être implantés dans l'évaporateur ZE mais également dans la zone adiabatique ZA ou au condenseur Zc du caloduc 1, c'est-à-dire sur toute la longueur de l'enceinte 2. Comme montré également sur cette figure 7, ces piliers 17 sont positionnés le plus décalés possible par rapport à deux piliers de conduction thermique 15, de manière à éviter qu'une partie du flux thermique soit drainée justement par ces piliers 17 vers le canal liquide. De préférence, comme illustré, ces piliers raidisseurs 17 sont aussi moins nombreux que les piliers de conduction thermique 15.As shown in Figure 7 , these stiffening pillars 17 can not only be installed in the evaporator Z E but also in the adiabatic zone ZA or in the condenser Zc of the heat pipe 1, that is to say over the entire length of the enclosure 2. As shown also on this Figure 7 , these pillars 17 are positioned as offset as possible relative to two thermal conduction pillars 15, so as to prevent part of the heat flow from being drained precisely by these pillars 17 towards the liquid channel. Preferably, as illustrated, these stiffening pillars 17 are also fewer in number than the thermal conduction pillars 15.

Un agencement relatif entre piliers de conduction thermique 15 et piliers raidisseur 17 au sein d'une même plaque intercalaire 20 est illustré en figure 8.A relative arrangement between thermal conduction pillars 15 and stiffening pillars 17 within the same intermediate plate 20 is illustrated in figure 8 .

Sur cette figure 8, on voit également le décalage e/2 des structurations 16 par rapport au bord longitudinal d'une plaque 20, selon la direction d'empilement Z des plaques 20. Ce décalage e/2 permet de calibrer l'ouverture d'un canal de liaison 12, égal donc à e, c'est-à-dire à deux fois le décalage de deux plaques empilées l'une sur l'autre. La maitrise, le cas échéant par usinage de cette valeur e/2 permet de contrôler la limite capillaire du caloduc 1, qui est la limite la plus contraignante sur une majorité de la plage de température de fonctionnement, avec un impact direct pour la puissance transportable en W.m par le caloduc.On this figure 8 , we also see the offset e/2 of the structures 16 relative to the longitudinal edge of a plate 20, according to the stacking direction Z of the plates 20. This offset e/2 makes it possible to calibrate the opening of a channel of connection 12, therefore equal to e, that is to say twice the offset of two plates stacked one on top of the other. Control, if necessary by machining, of this e/2 value makes it possible to control the capillary limit of heat pipe 1, which is the most restrictive limit over a majority of the operating temperature range, with a direct impact on the transportable power. in Wm through the heat pipe.

La figure 9 illustre l'intérieur d'une enceinte 2 de caloduc 1 (une plaque de fermeture 22 étant omise), une fois réalisé l'empilement de plaques intercalaires 20 et leur assemblage avec deux plaques de fermeture 22. La densité et la forme des piliers de conduction thermique 15 dans l'évaporateur ZE peuvent être ajustées en fonction du compromis à atteindre, perte de limite capillaire (plus de perte de pression du côté du canal vapeur 13) et gain sur la limite d'ébullition, qui est parfois prédominante dans des conditions opératoires vis-à-vis des autres limites.There Figure 9 illustrates the interior of an enclosure 2 of heat pipe 1 (a closing plate 22 being omitted), once the stacking of intermediate plates 20 has been made and their assembly with two closing plates 22. The density and shape of the pillars of thermal conduction 15 in the evaporator Z E can be adjusted depending on the compromise to be achieved, loss of capillary limit (more pressure loss on the side of the vapor channel 13) and gain on the boiling limit, which is sometimes predominant in operating conditions with respect to other limits.

Dans l'exemple illustré aux figures 7 à 13, chaque pilier de conduction thermique 15 présente une forme rectiligne sur toute la hauteur du canal vapeur 13 et une section transversale à la deuxième direction (Y), qui est décroissante depuis la face latérale 21 de l'enceinte jusqu'à l'interface liquide-vapeur. Cette section transversale est oblongue avec la longueur de la section selon la première direction (X). On peut bien entendu envisager d'autres types de section transversale et de forme, en tenant compte des contraintes de réalisation, notamment d'usinage. Par exemple, on peut envisager des formes rectilignes à section transversale carrée, qui sont à priori plus facilement usinables, mais plus génératrices de perte de pression.In the example illustrated in figures 7 to 13 , each thermal conduction pillar 15 has a rectilinear shape over the entire height of the steam channel 13 and a cross section at the second direction (Y), which decreases from the side face 21 of the enclosure to the liquid-vapor interface. This cross section is oblong with the length of the section in the first direction (X). We can of course consider other types of cross section and shape, taking into account the production constraints, in particular machining. For example, we can consider rectilinear shapes with a square cross section, which are a priori more easily machinable, but more likely to generate pressure loss.

Les figures 10 et 11 montrent un agencement avantageux des piliers de conduction thermique 15, selon lequel ils sont en quinconce dans un plan YZ du canal vapeur 13 de l'évaporateur ZE de l'enceinte 2. Pour réaliser cet agencement en quinconce, on peut empiler des plaques intercalaires 20 en alternance avec des décalages entre les piliers 15 d'une plaque à l'autre adjacente. Cet agencement est avantageux pour limiter les pertes de pression de la phase vapeur.THE figures 10 and 11 show an advantageous arrangement of the thermal conduction pillars 15, according to which they are staggered in a plane YZ of the vapor channel 13 of the evaporator Z E of the enclosure 2. To achieve this staggered arrangement, intermediate plates can be stacked 20 alternating with offsets between the pillars 15 from one plate to another adjacent one. This arrangement is advantageous for limiting pressure losses in the vapor phase.

Les figures 12 et 13 illustrent une variante avantageuse où des fentes débouchantes 18 s'étendent transversalement au canal de liaison 12 selon la troisième direction (Z). La largeur d'une fente débouchante 18 est sensiblement égale à celle d'un canal de liaison 12. Ces fentes débouchantes permettent de maximiser les lignes triples au niveau des ménisques à l'interface vapeur-liquide. Typiquement, avec les fentes débouchantes 18 comme illustrées, on peut envisager une augmentation de plus de 20% de longueur des lignes triples.THE figures 12 and 13 illustrate an advantageous variant where through slots 18 extend transversely to the connecting channel 12 in the third direction (Z). The width of a through slot 18 is substantially equal to that of a connecting channel 12. These through slots make it possible to maximize the triple lines at the level of the menisci at the vapor-liquid interface. Typically, with the through slots 18 as illustrated, an increase of more than 20% in length of the triple lines can be envisaged.

La figure 14 illustre une caractéristique avantageuse à mettre en oeuvre au niveau des intersections entre canaux de liaison 12 et des fentes débouchantes 18. En effet, la dimension maximale d d'ouverture d'un canal de liaison 12, qui est donc la valeur de la diagonale au niveau d'une intersection, conditionne la performance capillaire du caloduc. Pour maintenir cette dimension d à une valeur égale dans le reste de l'évaporateur, il est nécessaire de réaliser des surépaisseurs des structurations 16, qui sont symbolisées par les portions de matière au-delà des traits en pointillés sur la figure 14.There Figure 14 illustrates an advantageous characteristic to be implemented at the level of the intersections between connecting channels 12 and through-out slots 18. In fact, the maximum opening dimension d of a connecting channel 12, which is therefore the value of the diagonal at level of an intersection, conditions the capillary performance of the heat pipe. To maintain this dimension d at an equal value in the rest of the evaporator, it is necessary to produce additional thicknesses of the structures 16, which are symbolized by the portions of material beyond the dotted lines on the Figure 14 .

Comme illustré aux figures 15 et 16, les piliers de conduction thermique 15 peuvent avoir une forme rectiligne avec des branches 19 formant des ramifications qui s'étendent de manière oblique depuis une portion centrale de la forme rectiligne jusqu'à l'interface liquide-vapeur. Cette variante permet d'assurer une transmission du flux plus homogène à l'interface liquide-vapeur où se trouvent les lignes triples au niveau des ménisques, vis-à-vis d'une configuration à iso nombre de piliers 15 de forme rectiligne comme illustrés selon les figures 8 à 13.As illustrated in figures 15 And 16 , the thermal conduction pillars 15 can have a rectilinear shape with branches 19 forming ramifications which extend obliquely from a central portion of the rectilinear shape to the liquid-vapor interface. This variant ensures more homogeneous flow transmission at the liquid-vapor interface where the triple lines are located at the level of the menisci, facing a configuration with iso number of pillars 15 of rectilinear shape as illustrated according to the figures 8 to 13 .

Il est possible suivant les contraintes de dimensionnement du caloduc et de son évaporateur ZE, de déterminer un optimum entre l'homogénéité du flux thermique transmis aux interfaces liquide-vapeur et les pertes de charges dans le canal vapeur 13 engendrées par les piliers 15 et leurs ramifications 19.It is possible, depending on the sizing constraints of the heat pipe and its evaporator Z E , to determine an optimum between the homogeneity of the heat flow transmitted to the liquid-vapor interfaces and the pressure losses in the vapor channel 13 generated by the pillars 15 and their ramifications 19.

Les variantes à fentes débouchantes 18 et piliers à ramifications 19 peuvent être combinées entre elles avec la présence de rainures réentrantes, ce qui permet de démultiplier encore les longueurs de ligne triple. Typiquement, avec des fentes débouchantes 18 et piliers à ramifications 19, on peut envisager une augmentation de plus de 40% de longueur des lignes triples.The variants with through slots 18 and ramification pillars 19 can be combined with each other with the presence of reentrant grooves, which makes it possible to further increase the lengths of the triple line. Typically, with through slots 18 and branching pillars 19, an increase of more than 40% in length of the triple lines can be envisaged.

Comme montré aussi aux figures 15 et 16, prévoir des ramifications 19 qui peuvent servir de raidisseurs en tant que tels peut permettre de s'affranchir de la présence de piliers raidisseurs 17 dans le canal liquide 11.As also shown in figures 15 And 16 , providing branches 19 which can serve as stiffeners as such can make it possible to overcome the presence of stiffening pillars 17 in the liquid channel 11.

A l'instar de ce qui est illustré aux figures 10 et 11 avec des piliers de conduction thermique 15 de forme rectiligne, on peut aussi agencer en quinconce des piliers 15 avec ramifications 19 dans un plan YZ du canal vapeur 13 de l'évaporateur ZE de l'enceinte 2. Pour réaliser cet agencement en quinconce, on peut empiler des plaques intercalaires 20 en alternance avec des décalages entre les piliers 15 à ramifications 19 d'une plaque à l'autre adjacente. Cet agencement est aussi avantageux pour limiter les pertes de pression de la phase vapeur.Like what is illustrated in figures 10 and 11 with thermal conduction pillars 15 of rectilinear shape, it is also possible to arrange pillars 15 with ramifications 19 in a staggered manner in a plane YZ of the vapor channel 13 of the evaporator Z E of enclosure 2. To achieve this staggered arrangement, we can stack intermediate plates 20 alternately with offsets between the pillars 15 with ramifications 19 from one plate to another adjacent one. This arrangement is also advantageous for limiting pressure losses in the vapor phase.

La figure 17 illustre la mise en oeuvre de l'interface liquide-vapeur par un média poreux 5 en lieu et place de rainures réentrantes 12. Les pores du média poreux 5 ont une taille sensiblement égale à la largeur d'une rainure réentrante 12. Elle peut être comprise entre plusieurs dizaines de microns à quelques centaines de microns, de préférence entre 100 et 200µm.There Figure 17 illustrates the implementation of the liquid-vapor interface by a porous media 5 in place of reentrant grooves 12. The pores of the porous media 5 have a size substantially equal to the width of a reentrant groove 12. It can be between several tens of microns to a few hundred microns, preferably between 100 and 200µm.

Le principal avantage d'implanter un média poreux 5 en lieu et place de rainures réentrantes pour assurer l'interface liquide-vapeur est de démultiplier les lignes triples tout en gardant un potentiel de pompage capillaire fort. Cette augmentation de lignes triples permet d'améliorer le processus d'évaporation et de réduire la résistance thermique locale à l'évaporation.The main advantage of installing a porous media 5 in place of reentrant grooves to ensure the liquid-vapor interface is to multiply the triple lines while maintaining a strong capillary pumping potential. This increase in triple lines improves the evaporation process and reduces the local thermal resistance to evaporation.

De plus, en intégrant un milieu poreux 5 d'une certaine épaisseur, on augmente la capacité d'accommodation aux variations de volume de liquide, qui sont fonction des variations des puissances thermiques mises enjeu et de la température opératoire du caloduc, tout en évitant le désamorçage du caloduc. On précise ici que le désamorçage est la conséquence des variations de conditions opératoires du caloduc, c'est-à-dire les variations de température et de puissance. En effet, suivant la masse de fluide initiale, et une masse volumique du fluide de travail (phases liquide et vapeur) changeant en fonction de la température, le volume du fluide change également. De plus, la forme du ménisque et sa position dans le canal de liaison évoluent suivant la direction longitudinale X du caloduc : à l'évaporateur, c'est le point ou la différence de pression entre phases liquide et vapeur est maximale, et où le ménisque se creuse et recule le plus. Si ce volume de fluide de travail, devient trop faible, potentiellement, si le canal de liaison 12 et/ou le média poreux 5 sont trop courts ou trop minces, le ménisque peut se décrocher du canal de liaison ou du media poreux. Ce décrochage est un désamorçage.Furthermore, by integrating a porous medium 5 of a certain thickness, we increase the capacity to accommodate variations in liquid volume, which are a function of variations in the thermal powers involved and the operating temperature of the heat pipe, while avoiding defusing the heat pipe. It is specified here that defusing is the consequence of variations in the operating conditions of the heat pipe, that is to say variations in temperature and power. Indeed, depending on the initial mass of fluid, and a density of the working fluid (liquid and vapor phases) changing as a function of temperature, the volume of the fluid also changes. In addition, the shape of the meniscus and its position in the connecting channel evolve along the longitudinal direction meniscus deepens and recedes the most. If this volume of working fluid becomes too low, potentially, if the connecting channel 12 and/or the porous media 5 are too short or too thin, the meniscus may become detached from the connecting channel or the porous media. This disconnection is a defusing.

Comparé à une configuration précédemment décrite avec des canaux de liaison 12 formant les rainures réentrantes, le volume mis enjeu dans un media poreux 5 est bien plus important.Compared to a configuration previously described with connecting channels 12 forming the reentrant grooves, the volume involved in a porous media 5 is much greater.

La mise en oeuvre d'un tel média poreux 5 doit être faite de sorte à s'assurer d'un très bon contact thermique entre les piliers de conduction thermique 15 et la matière du média au niveau de leurs zones de contact.The use of such a porous media 5 must be done so as to ensure very good thermal contact between the thermal conduction pillars 15 and the material of the media at their contact zones.

Pour ce faire, il est nécessaire de faire un ajout local de brasure entre l'extrémité d'un pilier de conduction thermique 15 et le média poreux 5. Cet ajout local de brasure peut être fait, avant de mettre l'assemblage de plaques 20, 22 empilée dans un four de brasage sous vide.To do this, it is necessary to make a local addition of solder between the end of a thermal conduction pillar 15 and the porous media 5. This local addition of solder can be made, before putting the assembly of plates 20 , 22 stacked in a vacuum brazing furnace.

Deux variantes peuvent être envisagées pour cet ajout local de brasure.Two variants can be considered for this local addition of solder.

La première variante consiste à déposer de la brasure, dans le même métal eutectique que celui des plaques 20 sous forme d'un cordon autour de l'extrémité de chaque pilier 15. De ce fait, le média poreux 5 est positionné au début de l'empilement des plaques 20, 22. A chaque plaque 20 empilée, on dépose de la brasure à l'interface entre l'extrémité d'un pilier 15 et le média poreux 5. Lors du brasage, la brasure, du fait du milieu poreux du média 5 va se répandre localement et assurer un bon contact mécanique et thermique entre le media 5 poreux et le pilier 15.The first variant consists of depositing solder, in the same eutectic metal as that of the plates 20 in the form of a bead around the end of each pillar 15. As a result, the porous media 5 is positioned at the start of the stacking of plates 20, 22. On each stacked plate 20, solder is deposited at the interface between the end of a pillar 15 and the porous media 5. During brazing, the solder, due to the porous medium of media 5 will spread locally and ensure good mechanical and thermal contact between porous media 5 and pillar 15.

Les figures 18 et 18A illustrent le dépôt local des brasures B sous la forme d'un cordon et le maintien global du média poreux 5 dans l'évaporateur ZE. L'épaisseur de métal de brasure B déposée localement sur une extrémité d'un pilier 15 est avantageusement inférieure à 100µm, de telle sorte à ce que la migration de la brasure dans le média poreux 5 soit minimale. De préférence, cette épaisseur de cordon B est comprise entre 10 et 100µm suivant les propriétés du média poreux 5, notamment en fonction de la taille moyenne de ses pores et de son taux de vide. La brasure B peut être initialement sous forme d'un feuillard métallique identique à celui des plaques claddées 20, 22.THE figures 18 and 18A illustrate the local deposition of the solders B in the form of a bead and the overall maintenance of the porous media 5 in the evaporator Z E. The thickness of solder metal B deposited locally on one end of a pillar 15 is advantageously less than 100 μm, so that the migration of the solder into the porous media 5 is minimal. Preferably, this thickness of cord B is between 10 and 100 μm depending on the properties of the porous media 5, in particular depending on the average size of its pores and its void ratio. Solder B can initially be in the form of a metal strip identical to that of the clad plates 20, 22.

Une deuxième variante est illustrée aux figures 19A et 19B. Le média poreux 5 est usiné de telle sorte à réaliser des empreintes 50, de préférence sous la forme de disques, des piliers de conduction thermique, là où le contact avec le média poreux 5 est requis. La profondeur d'une empreinte 50 est de préférence égale à l'épaisseur d'une feuille métallique, typiquement d'une à plusieurs centaines de microns. Dans chaque empreinte 50, est introduit en force un disque métallique 51 avant l'empilement des plaques 20, 22 et leur assemblage dans un four de brasage sous vide.A second variant is illustrated in Figures 19A and 19B . The porous media 5 is machined in such a way as to produce impressions 50, preferably in the form of discs, thermal conduction pillars, where contact with the porous media 5 is required. The depth of an imprint 50 is preferably equal to the thickness of a metal sheet, typically from one to several hundred microns. A metal disc 51 is forcefully introduced into each cavity 50 before the plates 20, 22 are stacked and assembled in a vacuum brazing furnace.

Comme illustré aux figures 20 et 21, le média poreux 5 est une pièce usinée dont la section transversale dans le plan YZ est une forme de U.As illustrated in figures 20 and 21 , the porous media 5 is a machined part whose cross section in the YZ plane is a U shape.

Les usinages permettent au flux de liquide de migrer facilement dans la canal liquide 11 et d'imprégner le media poreux 5 efficacement.The machining allows the flow of liquid to easily migrate into the liquid channel 11 and to impregnate the porous media 5 effectively.

En outre, les branches latérales 52 du U du media poreux usiné 5 permettent, en plus d'assurer une fonction de maintien mécanique, de récupérer les lignes de flux thermique L de pertes par les côtés de l'enceinte 2. Ainsi, les branches 52 permettent de transmettre ces lignes de pertes L directement à la phase liquide contenue dans le canal 11 dernier, ce qui contribue également à améliorer la fonction évaporation et éloigner la limite d'ébullition du caloduc 1.In addition, the lateral branches 52 of the U of the machined porous media 5 make it possible, in addition to ensuring a mechanical holding function, to recover the thermal flow lines L of losses through the sides of the enclosure 2. Thus, the branches 52 make it possible to transmit these loss lines L directly to the liquid phase contained in the last channel 11, which also contributes to improving the evaporation function and moving away the boiling limit of the heat pipe 1.

Les figures 22 à 24 illustrent un exemple respectivement de plaque intercalaire 20 qui convient à une intégration d'un tel média poreux 5 en U, et d'assemblage des plaques 20 obtenu avec ce média 5.THE figures 22 to 24 illustrate an example respectively of an intermediate plate 20 which is suitable for integrating such a U-shaped porous media 5, and of an assembly of plates 20 obtained with this media 5.

D'autres sections transversales que le U illustré à la figure 25A peuvent être envisagées pour le média poreux 5 : il peut s'agir d'une forme générale en E (figure 25B) ou en peigne (figure 25C, avec toujours les branches latérales 52 qui sont en contact et recouvrent les bords latéraux des plaques de fermeture 22 pour récupérer les lignes de flux thermique provenant de la face 21 soumise à la source de chaleur et les amener directement dans le canal liquide 11.Other cross sections than the U shown in figure 25A can be considered for the porous media 5: it can be a general E shape ( Figure 25B ) or comb ( Figure 25C , always with the side branches 52 which are in contact and cover the edges side of the closing plates 22 to recover the heat flow lines coming from the face 21 subjected to the heat source and bring them directly into the liquid channel 11.

Les figures 26 à 27 illustrent un caloduc 1 selon l'invention, réalisé non pas par empilement et assemblages de plaques 20, 22 comme décrit précédemment mais par fabrication additive métallique 3D. Ici, l'évaporateur de l'enceinte 2 intègre, en tant que piliers de conduction thermique 15, des profils de forme tridimensionnelle ramifiées 19 et un média poreux 5 en forme de U. L'enceinte 2, les piliers 15 avec leurs ramifications tridimensionnelles 19 et le média poreux 5 sont constitués par une seule et même pièce monobloc issue de la fabrication additive ou fabrication 3D.THE figures 26 to 27 illustrate a heat pipe 1 according to the invention, produced not by stacking and assembling plates 20, 22 as described previously but by 3D metal additive manufacturing. Here, the evaporator of enclosure 2 integrates, as thermal conduction pillars 15, branched three-dimensional shaped profiles 19 and a U-shaped porous media 5. Enclosure 2, the pillars 15 with their three-dimensional ramifications 19 and the porous media 5 are constituted by a single, single-piece part resulting from additive manufacturing or 3D manufacturing.

Par exemple, la pièce peut être fabriquée par le procédé de fusion par lit de poudre dans lequel une zone d'une couche de matériau en poudre est fondue dans une zone donnée au moyen d'un faisceau laser ou d'un faisceau d'électrons. Puis une nouvelle couche de matériau en poudre est déposée, qui sera ensuite fondue dans une zone donnée. Ces étapes sont répétées jusqu'à ce que la pièce soit terminée. Les couches ont une épaisseur comprise par exemple entre 20 µm et 100 µm, et les particules du matériau en poudre ont un diamètre compris par exemple entre 10 µm et 50 µm. Une épaisseur minimale de paroi de l'ordre de 0,4 mm peut être atteinte par ce procédé.For example, the part may be manufactured by the powder bed fusion process in which an area of a layer of powdered material is melted in a given area using a laser beam or electron beam . Then a new layer of powdered material is deposited, which will then be melted in a given area. These steps are repeated until the piece is complete. The layers have a thickness of, for example, between 20 µm and 100 µm, and the particles of the powder material have a diameter of, for example, between 10 µm and 50 µm. A minimum wall thickness of around 0.4 mm can be achieved by this process.

En variante, la pièce peut être fabriquée par dépôt de matériau et fusion ou DED (« Direct Energy Déposition » en terminologie anglo-saxonne). Un matériau est apporté sous forme de poudre ou de fil, celui-ci est fondu par une source à haute énergie. Le matériau est déposé sélectivement couche par couche sur un substrat, par exemple guidé par un bras robotisé multi-axes et ensuite fini par un usinage par commande numérique pour fondre le matériau. L'énergie thermique est générée soit par laser, soit par un faisceau d'électrons, soit par un gaz ionisé. Le matériau est directement projeté dans la zone chauffée où il fond.Alternatively, the part can be manufactured by material deposition and fusion or DED (“ Direct Energy Deposition” in Anglo-Saxon terminology). A material is provided in the form of powder or wire, this is melted by a high energy source. The material is selectively deposited layer by layer on a substrate, for example guided by a multi-axis robotic arm and then finished with CNC machining to melt the material. Thermal energy is generated either by laser, by an electron beam, or by an ionized gas. The material is directly projected into the heated zone where it melts.

En variante, le module peut être fabriqué par le procédé dit de Jet de liant (« Binder Jetting» en terminologie anglo-saxonne) dans lequel des liants sont projetés sélectivement sur le lit de poudre, liant ces zones ensemble pour former une partie solide, une couche à la fois. Un post-traitement thermique, par exemple un frittage, a ensuite lieu pour éliminer le liant et créer une pièce entièrement métallique.Alternatively, the module can be manufactured by the so-called Binder Jetting process in which binders are selectively projected onto the powder bed, binding these areas together to form a solid part, one layer at a time. Heat post-treatment, such as sintering, then takes place to remove the binder and create an all-metal part.

En variante, la pièce peut être fabriquée par extrusion de métal, dans lequel un filament ou une tige constitué d'un polymère et fortement chargé de poudre métallique est extrudé à travers une buse (comme dans le procédé FDM) pour former la partie «verte » qui est post-traitée, par exemple en réalisant une étape d'ébavurage et une étape de frittage, pour créer une pièce entièrement métallique.Alternatively, the part can be manufactured by metal extrusion, in which a filament or rod made of a polymer and heavily loaded with metal powder is extruded through a nozzle (as in the FDM process) to form the "green" part. » which is post-processed, for example by carrying out a deburring step and a sintering step, to create an entirely metallic part.

En variante encore, la pièce peut être réalisée par fabrication additive ultrasonique. Pour cela des feuilles métalliques sont collées couche par couche à l'aide d'un soudage par ultrasons, puis formées à la forme souhaitée à l'aide d'un usinage à contrôle numérique. La pièce est modélisée par CAO, cette modélisation est ensuite utilisée dans la machine de fabrication par méthode additive pour diriger le faisceau laser.As a further variant, the part can be produced by ultrasonic additive manufacturing. To do this, metal sheets are glued layer by layer using ultrasonic welding, then formed to the desired shape using numerically controlled machining. The part is modeled by CAD, this modeling is then used in the additive manufacturing machine to direct the laser beam.

Comme préconisé par les auteurs de la publication [7], la réalisation par fabrication additive des différents éléments et notamment des piliers 15 et des canaux 11, 13 nécessite un intervalle minimum entre deux éléments adjacents, afin d'éviter la fusion de surfaces en vis-à vis. Typiquement, cet intervalle minimum est égal à 0,3mm.As recommended by the authors of the publication [7], the production by additive manufacturing of the different elements and in particular of the pillars 15 and the channels 11, 13 requires a minimum interval between two adjacent elements, in order to avoid the fusion of facing surfaces -notice. Typically, this minimum interval is equal to 0.3mm.

Les formes qu'il est possible d'obtenir avec la fabrication additive pour un caloduc 1 selon l'invention, tel qu'illustré aux figures 26 à 27 permettent un très bon compromis en termes d'homogénéité du flux thermique au niveau des interfaces liquide-vapeur, de poids et de pertes de pression du côté du canal vapeur 13.The shapes that it is possible to obtain with additive manufacturing for a heat pipe 1 according to the invention, as illustrated in figures 26 to 27 allow a very good compromise in terms of homogeneity of the heat flow at the liquid-vapor interfaces, weight and pressure losses on the side of the vapor channel 13.

Ceci s'applique pour des interfaces liquide-vapeur qui sont assurées par :

  • des rainures réentrantes 12 où se développent les lignes triples et le cas échéant dans des fentes traversantes 18 ;
  • un media poreux 5 avec des ramifications 19 de piliers 15 qui peuvent s'imbriquer à l'intérieur même du média, ce qui apporte une plus-value considérable pour l'homogénéité du flux dans ledit média poreux 5.
This applies to liquid-vapor interfaces which are ensured by:
  • reentrant grooves 12 where the triple lines develop and where appropriate in through slots 18;
  • a porous media 5 with ramifications 19 of pillars 15 which can nest within the media itself, which provides considerable added value for the homogeneity of the flow in said porous media 5.

D'autres avantages et améliorations pourront être apportés sans pour autant sortir du cadre de l'invention.Other advantages and improvements could be made without departing from the scope of the 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.The invention is not limited to the examples which have just been described; In particular, it is possible to combine characteristics of the illustrated examples within non-illustrated variants.

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.A heat pipe is filled with a two-phase fluid, it 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, depending on the constraints due to pressure, flammability, toxicity of the fluid and chemical compatibility between the fluid and the material. forming the heat pipe.

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.In addition, certain fluids are not compatible with certain materials, oxy-reduction reactions can lead to corrosive phenomena involving reaction products, for example non-condensable gases, degrading the hydrodynamic operation of the heat pipes.

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, qui est soit assemblé par brasure eutectique, soit réalisé par fabrication additive métallique, on peut utiliser comme fluide l'ammoniac, l'eau, l'acétone, le méthanol, ....By way of example, for a heat pipe according to the invention made of nickel aluminum alloy, copper, titanium or an alloy based on a combination of them, which is either assembled by eutectic brazing, or made by metal additive manufacturing, ammonia, water, acetone, methanol, etc. can be used as fluid.

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 Due to the limits of use, between the working fluids and the metals mentioned, the couples envisaged can be as follows: Working fluid Heat pipe metal(s) Ammonia Aluminum, steel, stainless steel, nickel Methanol Copper, stainless steel Acetone Aluminum, stainless steel Water Copper, nickel, titanium

Liste des références citéesList of cited references

  • [1]: Christine Hoa :«Thermique des caloducs à rainures axiales : études et réalisations pour des applications spatiales». Université de Poitiers, 2004 .[1]: Christine Hoa: “Thermal of heat pipes with axial grooves: studies and achievements for space applications”. University of Poitiers, 2004 .
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Claims (15)

Caloduc (1) 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 (ZE) et une deuxième extrémité longitudinale (4) destinée à être refroidie par une source froide SF pour former, au sein de l'enceinte, un condenseur (ZC) , l'enceinte étanche délimitant une zone adiabatique (ZA) entre l'évaporateur et le condenseur, l'évaporateur comprenant un canal vapeur (13), au moins un canal liquide (11) relié au canal vapeur en définissant au moins une interface liquide-vapeur (I), et une pluralité de montants (15) formant des piliers de conduction thermique qui s'étendent au moins dans le canal vapeur selon une deuxième direction (Y) orthogonale à la première direction (X), depuis une face latérale (21) de l'enceinte à partir de laquelle le flux provenant de la source chaude est appliqué, jusqu'à l'interface liquide-vapeur, chaque pilier de conduction thermique ayant au moins une forme rectiligne sur toute la hauteur du canal vapeur, selon la deuxième direction (Y), la forme rectiligne de chaque pilier de conduction thermique présentant une section transversale à la deuxième direction (Y), qui est décroissante depuis la face latérale de l'enceinte jusqu'à l'interface liquide-vapeur.Heat pipe (1) extending along a first longitudinal direction (X), comprising a sealed enclosure (2) extending between a first longitudinal end (3), intended to be heated by a hot source SC to form, within the enclosure, an evaporator (Z E ) and a second longitudinal end (4) intended to be cooled by a cold source SF to form, within the enclosure, a condenser (Z C ), the enclosure sealed delimiting an adiabatic zone (Z A ) between the evaporator and the condenser, the evaporator comprising a vapor channel (13), at least one liquid channel (11) connected to the vapor channel by defining at least one liquid-vapor interface ( I), and a plurality of uprights (15) forming thermal conduction pillars which extend at least in the steam channel in a second direction (Y) orthogonal to the first direction (X), from a side face (21) from the enclosure from which the flow coming from the hot source is applied, to the liquid-vapor interface, each thermal conduction pillar having at least a rectilinear shape over the entire height of the vapor channel, according to the second direction (Y), the rectilinear shape of each thermal conduction pillar having a cross section in the second direction (Y), which decreases from the side face of the enclosure to the liquid-vapor interface. Caloduc (1) selon la revendication 1, chaque pilier de conduction thermique comprenant une ou plusieurs branches (19) formant une (des) ramification(s) qui s'étende(nt) de manière oblique depuis une portion centrale de la forme rectiligne jusqu'à l'interface liquide-vapeur.Heat pipe (1) according to claim 1, each thermal conduction pillar comprising one or more branches (19) forming one or more branch(s) which extend(s) obliquely from a central portion of the rectilinear shape to 'at the liquid-vapor interface. Caloduc (1) selon la revendication 1 ou 2, la section transversale étant oblongue avec la longueur de la section selon la première direction (X).Heat pipe (1) according to claim 1 or 2, the cross section being oblong with the length of the section in the first direction (X). Caloduc (1) selon l'une des revendications précédentes, le canal liquide étant relié au canal vapeur par au moins un canal de liaison formant une rainure réentrante définissant l'interface liquide-vapeur.Heat pipe (1) according to one of the preceding claims, the liquid channel being connected to the vapor channel by at least one connecting channel forming a reentrant groove defining the liquid-vapor interface. Caloduc (1) à rainures réentrantes selon la revendication 4, l'enceinte étanche comprenant un empilement de plaques (20, 22) selon une troisième direction (Z), orthogonale aux première (X) et deuxième (Y) directions, dont deux plaques de fermeture (22) 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 (22), la ou les plaques intercalaires comprenant au moins une première plaque intercalaire (20) 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 la deuxième direction (Y), au moins une structuration (16) dont les bords délimitent en partie un canal liquide dans l'évaporateur et le condenseur, au moins une plaque intercalaire comportant au moins une fenêtre dont les bords délimitent en partie le canal vapeur (13), au moins la première plaque intercalaire délimitant un canal de liaison formant la rainure réentrante reliant le canal vapeur et le canal liquide au moins dans l'évaporateur, les structurations et plaques intercalaires des n modules définissant un unique canal vapeur dans lequel s'étendent les piliers de conduction thermique dans l'évaporateur jusqu'au canal de liaison et sur, le au moins un côté latéral du canal vapeur, un unique canal liquide au moins dans l'évaporateur, le caloduc comprenant, de préférence, des montants (17) qui s'étendent dans la deuxième direction (Y) sur toute la hauteur du canal liquide unique au moins dans l'évaporateur, de sorte à constituer des piliers raidisseurs.Heat pipe (1) with reentrant grooves according to claim 4, the sealed enclosure comprising a stack of plates (20, 22) in a third direction (Z), orthogonal to the first (X) and second (Y) directions, including two plates closure (22) and at least a number of n modules one on top of the other with n being an integer greater than or equal to 1, each module comprising at least one interposed plate between the closure plates (22), the plate(s) spacers comprising at least one first spacer plate (20) comprising at least one window whose edges partly delimit a steam channel (13) extending along the first direction (X) between the evaporator and the condenser, in which the steam is intended to circulate, and on at least one lateral side of the window in the second direction (Y), at least one structure (16) whose edges partly delimit a liquid channel in the evaporator and the condenser, at least one intermediate plate comprising at least one window whose edges partly delimit the vapor channel (13), at least the first intermediate plate delimiting a connecting channel forming the reentrant groove connecting the vapor channel and the liquid channel at least in the evaporator, the structures and intermediate plates of the n modules defining a single vapor channel in which the thermal conduction pillars extend in the evaporator up to the connecting channel and on at least one lateral side of the vapor channel, a single liquid channel at least in the evaporator , the heat pipe preferably comprising uprights (17) which extend in the second direction (Y) over the entire height of the single liquid channel at least in the evaporator, so as to constitute stiffening pillars. Caloduc (1) à rainures réentrantes selon la revendication 4, l'enceinte étanche, les piliers de conduction thermique, des structurations délimitant les rainures réentrantes étant constitués par une pièce monobloc réalisée en fabrication additive métallique, notamment par frittage sélectif par laser.Heat pipe (1) with reentrant grooves according to claim 4, the sealed enclosure, the thermal conduction pillars, the structures delimiting the reentrant grooves being constituted by a single piece made by metal additive manufacturing, in particular by selective laser sintering. Caloduc (1) selon l'une des revendications 1 à 3, l'évaporateur intégrant un média poreux (5), le canal liquide étant relié au canal vapeur par au moins une partie des pores du média poreux définissant l'interface liquide-vapeur, de préférence la taille des pores du média poreux étant comprise entre 100 et 200µm, de préférence le média poreux présentant une section transversale à la première direction longitudinale (X), notamment en U, E, en peigne, telle que ses bords latéraux recouvrent au moins partiellement les bords latéraux du canal liquide, en contact avec les parois latérales de l'enceinte étanche, de préférence les piliers de conduction thermique étant imbriqués au moins en partie dans le média poreux, de préférence le matériau constitutif du média poreux étant dans le même que celui de l'enceinte étanche, de préférence choisi parmi l'aluminium, le cuivre, le nickel, ou un alliage à base d'au moins deux de ceux-ci.Heat pipe (1) according to one of claims 1 to 3, the evaporator integrating a porous media (5), the liquid channel being connected to the vapor channel by at least part of the pores of the porous media defining the liquid-vapor interface , preferably the size of the pores of the porous media being between 100 and 200µm, preferably the porous media having a cross section in the first longitudinal direction (X), in particular U, E, comb-shaped, such that its lateral edges cover at least partially the lateral edges of the liquid channel, in contact with the side walls of the sealed enclosure, preferably the thermal conduction pillars being nested at least partly in the porous media, preferably the material constituting the porous media being in the same as that of the sealed enclosure, preferably chosen from aluminum, copper, nickel, or an alloy based on at least two of these. Caloduc (1) à média poreux selon la revendication 7, l'enceinte étanche comprenant un empilement de plaques selon une troisième direction (Z), orthogonale aux première (X) et deuxième (Y) directions, 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 (22), la ou les plaques intercalaires comprenant au moins une première plaque intercalaire (20) 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 la deuxième direction (Y), au moins une structuration (16) dont les bords délimitent en partie un canal liquide dans l'évaporateur et le condenseur, au moins une plaque intercalaire comportant au moins une fenêtre dont les bords délimitent en partie le canal vapeur (13), au moins la première plaque intercalaire intégrant le média poreux dont la partie des pores définissant l'interface liquide-vapeur reliant le canal vapeur et le canal liquide au moins dans l'évaporateur, les structurations et plaques intercalaires des n modules définissant un unique canal vapeur dans lequel s'étendent les piliers de conduction thermique dans l'évaporateur jusqu'au média poreux et sur, le au moins un côté latéral du canal vapeur, un unique canal liquide au moins dans l'évaporateur.Heat pipe (1) with porous media according to claim 7, the sealed enclosure comprising a stack of plates in a third direction (Z), orthogonal to the first (X) and second (Y) directions, including two closing 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 closing plates (22 ), the intermediate plate(s) comprising at least one first intermediate plate (20) comprising at least one window whose edges partially delimit a vapor channel (13) extending along the first direction (X) between the evaporator and the condenser, in which the steam is intended to circulate, and on at least one lateral side of the window in the second direction (Y), at least one structure (16) whose edges partly delimit a liquid channel in the evaporator and the condenser, at least one intermediate plate comprising at least one window whose edges partially delimit the vapor channel (13), at least the first intermediate plate integrating the porous media whose part of the pores define the liquid-vapor interface connecting the vapor channel and the liquid channel at least in the evaporator, the structures and intermediate plates of the n modules defining a single vapor channel in which the thermal conduction pillars extend in the evaporator up to the porous media and on, the at least one lateral side of the vapor channel, a single liquid channel at least in the evaporator. Caloduc (1) à média poreux selon la revendication 7, l'enceinte étanche, les piliers de conduction thermique, le média poreux étant constitués par une pièce monobloc réalisée en fabrication additive métallique, notamment par frittage sélectif par laser.Heat pipe (1) with porous media according to claim 7, the sealed enclosure, the thermal conduction pillars, the porous media being constituted by a single piece made by metal additive manufacturing, in particular by selective laser sintering. Caloduc (1) selon l'une des revendications 5 et 8, les piliers de conduction thermique étant agencés en quinconce dans un plan YZ du canal vapeur.Heat pipe (1) according to one of claims 5 and 8, the thermal conduction pillars being arranged staggered in a plane YZ of the steam channel. Caloduc (1) selon la revendication 5, au moins une partie des plaques intercalaires comprenant, dans l'évaporateur une ou plusieurs fentes débouchantes (18) qui s'étendent transversalement au canal de liaison, de préférence selon la troisième direction (Z), de préférence la largeur d'une fente débouchante étant sensiblement égale à celle d'un canal de liaison.Heat pipe (1) according to claim 5, at least part of the intermediate plates comprising, in the evaporator, one or more through slots (18) which extend transversely to the connecting channel, preferably in the third direction (Z), preferably the width of an through slot being substantially equal to that of a connecting channel. Caloduc selon l'une des revendications 5 et 8, les structurations et plaques intercalaires des n modules définissant un unique canal vapeur et un unique canal liquide également dans le condenseur et dans la zone adiabatique (ZA) entre évaporateur et condenseur, le condenseur et la zone adiabatique comprenant en outre des montants (17) qui s'étendent dans la deuxième direction (Y) sur toute la hauteur du canal liquide unique, de sorte à constituer des piliers raidisseurs.Heat pipe according to one of claims 5 and 8, the structures and intermediate plates of the n modules defining a single vapor channel and a single liquid channel also in the condenser and in the adiabatic zone (ZA) between evaporator and condenser, the condenser and the adiabatic zone further comprising uprights (17) which extend in the second direction (Y) over the entire height of the single liquid channel, so as to constitute stiffening pillars. Caloduc (1) selon l'une des revendications 5 et 8, les structurations étant seulement d'un côté latéral de la fenêtre délimitant le canal vapeur.Heat pipe (1) according to one of claims 5 and 8, the structures being only on one lateral side of the window delimiting the steam channel. Caloduc selon l'une des revendications précédentes, la section transversale dans un plan YZ du canal vapeur et du canal liquide, de préférence rectangulaire, étant constante sur toute la longueur du caloduc, la troisième direction (Z) étant orthogonale aux première (X) et deuxième (Y) directions.Heat pipe according to one of the preceding claims, the cross section in a plane YZ of the vapor channel and the liquid channel, preferably rectangular, being constant over the entire length of the heat pipe, the third direction (Z) being orthogonal to the first (X) and second (Y) directions. 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 de la source chaude (SC) sur l'évaporateur étant sur au moins une face latérale (21) de l'enceinte (2) en regard du canal vapeur dans lequel les piliers de conduction thermique s'étendent, 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). System comprising: - a cold source (SF); - a hot spring (SC) and - at least one heat pipe (1) according to one of the preceding claims, the heat pipe being arranged so that the heat flow from the hot source (SC) on the evaporator being on at least one side face (21) of the the enclosure (2) facing the steam channel in which the thermal conduction pillars extend, while the heat extraction from the condenser towards the cold source (SF) being on at least one side face of the facing enclosure of the liquid channel(s), or on a lateral face perpendicular to it (these).
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