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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 ;
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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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2. Différents types de caloducs
2.1 Caloducs spéciaux
De nombreux types de caloducs dérivant des caloducs classiques décrits précédemment ou reposant sur des principes nettement différents ont déjà été expérimentés [8]. Citons notamment les caloducs qui se caractérisent par :
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la nature et la géométrie de leur enveloppe : caloducs plats, plans ou flexibles, coudés, ou caloducs avec soufflets de dilatation, caloducs annulaires, etc. (figure 10) ;
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la nature du phénomène assurant le retour du condensat : caloducs osmotiques (utilisant le phénomène d’osmose), caloducs électrodynamiques (utilisant un champ électrostatique), thermosiphon antigravité (utilisant une pompe à vapeur avec chauffage auxiliaire), caloducs tournants (le retour des condensats est assuré non par les forces capillaires, mais par la force centrifuge grâce à une légère conicité, de 1 à 2o ou à un rainurage hélicoïdal de la surface intérieure (figure 11) [12] [13].
2.2 Caloducs à conductance variable
Nous avons signalé que, lorsqu’un caloduc fonctionne, sa conductance thermique est très grande. Par contre, si pour une raison quelconque la circulation du fluide interne est interrompue, le caloduc ne transmet plus la chaleur que par conduction et sa conductance devient extrêmement faible. Il est possible d’utiliser ce phénomène en bloquant ou en débloquant la circulation du liquide ou la circulation de la vapeur à l’aide d’un dispositif interne commandé de l’extérieur du caloduc. On obtient ainsi un véritable interrupteur thermique.
Certains caloducs, tels que les caloducs assistés par gravité ou les thermosiphons, ne peuvent fonctionner que dans un sens (évaporateur vers le bas) ; ils se comportent donc comme des diodes thermiques. Ils peuvent aussi se comporter comme des interrupteurs thermiques si on les monte sur un support permettant de les faire basculer autour de la position horizontale...
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