Brevet FR2053163A1 — publié le 19710416

L'invention concerne un tube transmetteur de la dhaleur qui sera dénommé ci-aprè!s ("tube de chaleur") comportant une première partie absorbant la chaleur à partir du milieu am- biant et dans laquelle se vaperise un fluide de travail (région chaude) et une seconde partie abandonnant de la chaleur à ltex- térieur et dans laquelle la vapeur se condense (région froide) ; ces deux parties formant pour le fluide de travail un circuit fermé, le conduit pour le retour du liquide de condensation étant constitué par un réseau de capillaires0 Les tubes de chaleur permettent le transfert de grandes quantités de chaleur par unité de surface et, lorsque le fluide de travail utilisé est convenablement choisi, ils peuvent-fonctionner dans toutes les positions et dans un domaine très étendu de températures. On connaît des dispositifs qui possèdent simultanément une grande conductibilité thermique et une faible conductibilité électrique et qui, dans ce but présentent des parois en verre et en métal (G Yall Eastman : es tubes de chaleur" Scientific Àmerican Mai 1968, page 38). Une grande quantité de chaleur, éventuellement isolée électriquement, peut ainsi être transmise. but de l'invention est de permettre, suivant les besoins, de transmettre une très grande ou une très fable quantité de chaleur. Ce résultat a été atteint, conformément à l'invention, à l'aide dtun tube de chaleur du genre décrit ei- dessus, dont la conductibilité thermique présente, en fonction de la température des variations brusques.Un tel tube de chaleir inverse avantageusement son fonctionnement de lui-meXme, sans action mécanique extérieure Bes dispositifs- additionnels ne sont pas nécessairesê Cet avantage mérite d'entre noté , car on sait que toute adjonction à un tube de chaleur d'organes mécaniques entrasse des difficultés dans la transmission de la cha leur. Cette faculté propre d'inversion est obtenue, en conformité avec le but poursuivi, par la combinaison de deux dispositions suivantes : a) Par le choix de l'agent de travail dont la pression de vapeur varie très fortement dans le domaine des températures envisagées.La pression de vapear, et par conséquent la masse du fluide transportée, ainsi que sa conductibilité thermique seront, pour ce fluide, considérablement diminuées par un abaissement de la température , b) l'enveloppe, et éventuellement une des faces frontales, sont constituées par un matériau isolant. Les faces frontales , l'une d'entre elles tout au moins, sont par contre exécutées dans un matériau bon conducteur thermique. Ainsi, le flux de chaleur circulant par conductibilité dans l'enveloppe du tube de chaleur est très faible,-tandis que, si la pression de vapeur est suffisamment élevée, la quantité de chaleur transmise à travers les faces frontales est néanmoins grande. Il s'ensuit que la quantité totale de chaleur transmise est très faible, quand le tube n'est pas en fonctionnement. Dans l'exposé ci-des$ns, deux exemples de réalisation de l'invention seront décrits et deus applica- tions particulières-seront expliquées en détail. La figure 1 représente un tube de chaleur avec une enveloppe en verre la figure 2 représente un tube de chaleur aveo une enveloppe en céramique et une face frontale en métal la figure 3 représente, à titre exemple, la structure capillaire d'une disposition correspondant à la figure lo Un tube de verre I (longueur 20 cm, dia mètre 2 em-, épaisseur des parois 1 mm par exemple} est fermé à ses deux extrémités par une pièce métallique 2 (voir figure 1). A l'intérieur se trouve, pressé contre la paroi de verre, un réseau 3 qui est humecté par le fluide de travail dont la structure capillaire assure le retour du liquide de condensation. Le dispositif est rempli de soufre.Pour une température, dans la région chaude, de 2500C, le tube ci-dessus peut transmettre une puissance d'au moins 50 watts. Pour une température de 1300C de l'extrémité chaude, la chaleur transmise ne représente plus que 0,02 watt. La figure 2 représente un tube de chalet qui comporte, du cSté chaud seulement une surface métallique 1 pour absorbeur la chaleur La liaison s'effectue par un joint 2 en métal et en céramique, avec le corps céramique 3 qui absorbe la chaleur contenue dans la vapeur pour la rayonner à l'ex térieur. Le tube de chaleur de la figure 1 peut être utilise avantageusement dans une voiture électrique comportant des accumulateurs à haute température (des éléments Nua/5 suivant Ford, ou bien des éléments Li/Cl o En fonctionnement, cet aceumulateur dégage une grande quantité de chaleur0 Celle-ci est évacuée à l'aide d'un ou de plusieurs tubes de chaleur0 Pour que l'accumulateur hors service reste chaud, il doit être isolé thermiquement. A l'arrêt, l'accumulateur ne se refroidit, sous l'action des tubes de chaleur, que jusqu'au point où ceux-ci cessent de fonctionner0 Un générateur d'isotopes fournit un autre cas d'utilisation0 La capsule remplie de radionucléides doit être protégée contre la surchauffe.Si cette capsule est reliée à une diode thermoionique, par exemple, il peut s'ensuivre une surchauffe due à une interruption de courant (rupture d'un conducteur par exemple), car dans ce cas le refroidissement des électrons cesse La surchauffe peut être évitée avec un tube de chaleur qui ne fonotionne pas tant que la température reste normale. Par contre, si la température de la capsule dépasse certaines limites, le transfert de la chaleur commence. Dans le cas d'un tube de chaleur rempli d'étain (enveloppe en A1203 par exemple) relié àune capsule remplie de radionucléides et portée à une température de 14000C, la chaleur à cette température n'est éliminée pratiquement que par rayonnement . Si toutefois la température de la capsule atteint 17000C, la quantité de chaleur évacuée devient très élevée. L'invention peut être utilisée pour d'autres problèmes de transmission de chaleur avec des tubes comportant des remplissages et des dispositions diverses. Son avantage réside en ce que l'inversion de fonctionnement du tube seyait d'elle mêmeO La position du tube peut être quelconque, et il peut entre fixé rigidement. Si le tube, indépendamment de l'évacuation de la chaleur, doit aussi assurer la transmission de celle-ci,dans le cas par exemple d'espaces clos ou de fours, l'inversion permet de -disposer de deux régimes de transmission de chaleur également convenableso Dans ce cas, dans le domaine des faibles régimes, ce n'est pas une quantité de chaleur faible et négligeable qui est transmise, mais une quantité adaptée à des besoins diminués, REVENDICAIIONS lo Tube transmetteur de chaleur (dit "tube de chaleur") comportant une première partie dans laquelle se vaporise un fluide de travail (région chaude) et une seconde partie évacuant la chaleur vers l'extérieur dans laquelle la vapeur se condense (région froide), les deux parties constituant pour le fluide de travail un circuit fermé, le retour du liquide de condensation se faisant grâce à un milieu conducteur constitué par des capillaires, caractérisé en ce que la conductibilité thermique du tube varie brusquement en fonction de la température. 2o Tube de chaleur suivant la revendication 1 caractérisé par la combinaison 3 a) d'un fluide de tramail dont la pression de vapeur présente de fortes variations dans le domaine des températures d'utilisation , b) d'une enveloppe, et éventuellement d'une des cloisons frontales , exécutée en un matériau mauvais conducteur de la chaleur, avec au moins une cloison frontale exécutée en un matériau bon conducteur de la chaleur ; 3. Tube de chaleur suivant les revendications i et 2, caractérisé en ce que l'enveloppe du tube est en verre et que le fluide de travail est du soufre. 4. Tube de chaleur suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ltenveloppe-du tube est en oxyde d'aluminium, et le fluide de travail est de l'étain, et en ce que le tube est relié à une capsule remplie de radionucléide. 5. Tube de chaleur conforme suivant l'ensemble des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce qu'il est disposé sur.-un!accumulateur à haute température. 6o Tube de chaleur suivant l'ensemble des revendications 1, 2 et 4, caractérisé en ce qu'il seSt au refroidissement d'un générateur d'isotopèsO