Présentation
Auteur(s)
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Alain BRICARD : Ingénieur du Conservatoire national des arts et métiers
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Serge CHAUDOURNE : Ingénieur de l’École centrale de Lyon - Docteur ingénieur
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Lire l’articleINTRODUCTION
Ingénieurs de recherche au Commissariat de l’énergie atomique de Grenoble Département de thermohydraulique et de physique, Groupement pour la recherche des échangeurs thermiques
Bien meilleurs conducteurs que les métaux, les caloducs sont des appareils qui peuvent transporter une quantité de chaleur égale à plusieurs centaines ou milliers de fois celle transportée par un conducteur métallique solide et homogène de même volume.
Mettant en jeu l’évaporation et la condensation d’un fluide interne, le caloduc peut être conçu à différentes fins :
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transmettre des flux thermiques élevés avec un faible écart de température ;
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transmettre un flux thermique variable à température constante ;
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uniformiser la température d’une structure soumise à des variations de température ;
-
adapter la densité de flux thermique entre une source chaude et une source froide de surfaces très différentes.
Breveté en 1942, le caloduc est oublié jusqu’au début des années 60 où il est redécouvert pour les besoins de la technologie spatiale. Appelé aussi quelquefois tube de chaleur, en anglais : Heat-Pipe, il a pour ancêtre le tube de Perkins, sorte de bouilleur en circuit fermé, inventé au XIX e siècle par A.M. et J. Perkins.
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4. Applications
Le caloduc étant un dispositif capable de transmettre des flux thermiques importants avec un très faible gradient de température, on pourra envisager son application dans tous les cas où l’on a besoin soit de transférer des flux thermiques élevés, soit d’uniformiser la température d’un dispositif, soit éventuellement les deux à la fois.
Les applications sont donc extrêmement variées avec des niveaux thermiques allant de celui de l’hélium à quelques kelvins (refroidissement des cibles dans les accélérateurs de particules), à plus de 2 000 K avec un fluide caloporteur tel que l’argent.
Parmi les applications relevant principalement des transferts de flux, citons le refroidissement des composants électriques et électroniques ainsi que des machines tournantes et les échanges de chaleur entre deux fluides.
Parmi les applications visant plutôt à uniformiser la température d’un dispositif, citons le refroidissement des moules de fonderie, la réduction des contraintes mécaniques et des déformations des structures situées dans un champ de température non uniforme (enveloppes de satellites, support de télescopes), ainsi que les fours caloducs à très faible gradient de température.
4.1 Échangeurs et climatiseurs à caloducs
Les échanges de chaleur entre deux fluides (principalement gazgaz) dans les récupérateurs et surtout dans la climatisation (société CIAT) se sont bien développés au cours de ces dernières années. Les thermosiphons double phase (utilisés de préférence aux caloducs) sont disposés en un faisceau tubulaire vertical maintenu en place par une pièce centrale qui sépare les deux veines où circulent, en sens opposé, le fluide à chauffer et le fluide à refroidir (figure 18).
Chaque thermosiphon ou caloduc travaille avec une température différente et il s’établit pour l’ensemble un effet de contre-courant qui autorise une efficacité d’échange élevée.
Les qualités sont :
-
la très bonne étanchéité entre les fluides (intérêt certain pour des fluides dangereux à mettre en contact, car le thermosiphon ou le caloduc représente une barrière avec deux parois) et le fiabilité de l’échangeur (nombreux éléments indépendants) ;
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l’efficacité...
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