Brevet FR2241053A1 — publié le 19750314

Cette invention concerne un dispositif conducteur de chaleur perfectionné, et plus spécialement un dispositif perfectionné du type connu comme conduit de chaleur, par exemple comme divulgué dans le brevet américain numéro 2 350 348, et selon lequel la chaleur est transférée d'une partie de l'évaporateur à une partie du condenseur du conduit de chaleur, au moyen d'un liquide vaporisable utilisé pour transférer de la chaleur au cours d'un cycle comprenant l'évaporation, la condensation, et le retour du condensat à la partie de l'évaporateur du conduit de chaleur par une mèche capillaire. Généralement, de tels dispositifs de transfert de chaleur com prennent une enveloppe extérieure, habituellementtubulaire, qui possède un revetement en matériau capillaire. L'enveloppe est scel lée et mise sous vide hors de la présence de liquide vaporisable. Bien que ces dispositifs puissent avoir toute forme désirée, ils présentent ordinairement celle d'un tube allongé. Ces dispositifs antérieurs sont bi-directionnels en cours de fonctionnement, c'està-dire que, suivant leur environnement, ils peuvent être utilisés pour transférer de la chaleur d'une extrémité à l'autre, suivant 1 'extrémité qui est placée de façon à recevoir de la chaleur d'une source de chaleur, et suivant l'extrémité qui est située de façon à céder de la chaleur à un récepteur de chaleur. L'objet de la présente invention est de fournir un dispositif de transfert de chaleur qui assure un effet de transfert de chaleur substantiellement unidirectionnel, tel que, s'il est considéré comme ayant deux zones de transfert de chaleur séparées, il possède un coefficient de transfert de chaleur bien meilleur d'une zone à l'autre que vice versa. Suivant la présente invention, on dispose d'un dispositif de transfert de chaleur comprenant une enveloppe scellée, mise sous vide, hors de la présence d'une quantité déterminée de liquide vaporisable, un revetement en matériau capillaire à l'intérieur de l'enveloppe et s'étendant entre les première et seconde zones de transfert de chaleur de Irenveloppe, et un matériau capillaire additionnel disposé à l'intérieur de l'enveloppe, adjacent au ma tériau capillaire dans la première zone, en sorte que le coefficient de transfert de chaleur, quand une zone est chauffée et 1 'autre re liée avec un récepteur de chaleur, est plus grand quand la première zone est chauffée que lorsque la seconde zone est chauffée et la première zone utilisée pour transférer de la chaleur à un récepteur de chaleur. D'une manière appropriée, le matériau capillaire additionnel peut être disposé à l'intérieur de l'enveloppe comme -un revêtement au matériau capillaire de revêtement dans la première zone. La forme préférée du dispositif de transfert de chaleur se situe comme conduit de chaleur avec l'enveloppe sous la forme d'un tube allongé. De préférence, le volume du liquide de travail vaporisable est interne substantiellement égal à l'espace/du matériau de revêtement. Pour atteindre des résultats optimums,l'espace interne du produit capillaire additionnel doit au moins être égal a l'espace interne du matériau capillaire de revêtement qui n'est pas dans la première zone. Avec une telle disposition, quand la première zone est chauffée, le liquide s 'évapore simplement, et traverse le tube jusqu'! la seconde zone où il se condense, pour revenir, le long du matériau capillaire de revêtement, sous forme liquide, avant d'être évaporé a nouveau, le transfert de chaleur étant effectué par le liquide qui prend sa chaleur latente d'évaporation dans la première zone et cede sa chaleur latente de condensation dans la seconde zone.Quand les zones sont inversées et que la seconde zone est chauffée, le liquide va s'évaporer et se déplacer le lond du tube de chaleur Jusqu'd la seconde zone, où il se condensera comme cidessus. Néanmoins, étant donné la capacité du matériau capillaire additionnel, tout le liquide peut être absorbé par le matériau capillaire-dans la première zone, où le liquide a légèrement tendance à revenir en arrière, le long du matériau capillaire de revêtement, jusqu'à la seconde zone, pour nouvelle évaporation. L'invention sera décrite plus avant, à titre d'èxemple, avec référence à la figure unique du dessin ci-annexé, qui est une vue en coupe schématique d'un dispositif de transfert de chaleur sous la forme d'un conduit de chaleur tubulaire, établi selon a présente invention. Si l'on se réfère au dessin, il est montré un conduit de chaleur substantiellement unidirectionnel, comprenant une enveloppe tubulaire extérieure 1 en cuivre, acier inoxydable, ou toute autre matière conductrice de la chaleur, scellée au moyen de bouchons terminaux 2 et 3. A l'intérieur de l'enveloppe 1 se trouve disposé un-revêtement de matériau capillaire 4, s'étendant d'un bout à l'autre de celle-là, entre une première zone 6 et une seconde zone 7 du conduit. A l'intérieur de la première zone 6, se trouve disposée une couche de matériau capillaire additionnel 5, qui entoure et contacte le matériau capillaire de revêtement 4. Pendant la fabrication, l'espace intérieur du conduit de chaleur a été mis sous vide et garni ensuite d'une quantité prédéterminée d'un liquide vaporisable. te matériau capillaire peut être fait, de manière appropriée, à partir d'un tissu à mailles de fil métallique, ou d'autre maté- riau conducteur de la chaleur, comportant des pores communiquants ou des espaces interstitieis, ayant un volume interne capable de capter et conduire le condensat liquide en retour. Durant la fabrication de ce conduit de chaleur, l'enveloppe tubulaire extérieure 1 présente d'abord, disposé en son intérieur, le revêtement de matériau capillaire 4, maintenu aux parois internes de l'enveloppe 1 par des moyens conventionnels. Une extrémité de l'enveloppe tubulaire est ensuite pourvue d'une mèche additionnelle 5 qui comprend simplement des couches additionnelles de ma tériau capillaire et qui est en liaison capillaire avec la couche 4 du matériau capillaire de l'enveloppe. L'ensemble tout entier est ensuite nettoyé bien à fond avant mise sous vide du récipient; à un degré élevé, et avant introduction d'un volume donné prédéterminé de liquide de travail, avantgue soit srinÇ le dispositif Afin d'obtenir un courant de chaleur unidirectionnel efficient, pour que le conduit de chaleur puisse etre considéré comme une diode à courant de chaleur, le volume interne du matériau capillaire additionnel 5 doit être au moins aussi grand, et de préférence plus grand, que le volume interne de la portion du matériau capillaire intérieur 4 qui ne se trouve pas dans la première zone 6. De préférence aussi, le volume de liquide Yaporisable de travail doit être équivalent au volume interne du matériau de revêtement 4. Quand on parle du volume interne de la matière capillaire, on entend se référer à l'espace, espaces des pores ou espaces interstitiels, dans la structure du matériau capillaire qui est à même de recevoir le condensat liquide. pans le mode de transfert de la chaleur normal ou avancé, une source de chaleur est appliquée à la première zone 6, et un récepteur de chaleur à la seconde zone de transfert de chaleur 7. L ' évaporation habituelle par- le conduit de chaleur intervient alors, avec la vapeur circulant vers la région de la seconde zone de transfert de chaleur où elle se condense, le condensat revenant le long du matériau capillaire 4, dans la pre mière zone 6, pour nouvelle évaporation. Dans ces conditions d'opération, le matériau capillaire additionnel 5 ne joue aucun rôle actif, la vapeur évaporée du matériau capillaire 4 de l'enveloppe 1, dans la première zone 6, passant simplement à travers le matériau capillaire additionnel 5 sur son trajet vers l'autre extrémite du conduit de chaleur, où elle se condense dans la zone 7. Dans le mode de transfert de chaleur inverse, avec une source de chaleur appliquée à la zone 7 de transfert de chaleur et un ré- cepteur de chaleur appliqué a la zone 6 de transfert de chaleur, un chauffage initial fera évaporer le liquide du mAtériau capillaire de revêtement 4 dans la seconde zone 7, et le fera passer dans liaL tre extrémité du conduit de chaleur, où il se condensera dans la zone 6. Néanmoins, par suite du volume interne du matériau additionnel 5, le liquide aura tendance à saturer le matériau capillaire additionnel de revêtement dans la première zone 6, avant de revenir en arrière le long du matériau capillaire de revêtement dans la seconde zone 7.Du fait que le matériau capillaire dans la zone 6 est capable de capter tout le liquide présent dans le conduit de chaleur, il n'y a qu'un déplacement très lent du condensat depuis la première zone 6 vers la seconde zone 7, le long du matériau capillaire de revêtement 4, ce qui a pour résultat que le matériau capillaire dans la seconde zone 7 reste substantiellement sec, avec un manque de disponibilité de liquide de travail pour évaporation et transfert de chaleur Ainsi, dans ce mode de transfert de chaleur de direction inverse, le conduit de chaleur, après un départ initial, présente une section d'évaporateur substantiellement sèche, avec inhibition consécutive de l'action du conduit de chaleur. Dans un exemple particulier de construction de conduit de cha ae cnaieur leur selon l'invention, on a établi un conduit/diode avec un corps tubulaire en acier inoxydable, de diamètre extérieur 9,5 mm, et de longueur 305 mm. te matériau capillaire de revêtement 4 comprenait une couche de tissu en acier inoxydable à mailles 150, tandis que le matériau capillaire additionnel 5 comprenait 5 couches de ce même tissu à mailles 150, s'étendant sur 102 mm de la longueur du conduit de chaleur. Le liquide de travail était constitué par 1,5 ml d'eau. Avec une température de la source de chaleur de 155 , un transfert de chaleur a été obtenu dans une direction de 110 watts, tandis que, dans la direction opposée, il n'était que de 1,8 watt. R E V E N D I-C A T I 0 N S 1/ Dispositif de transfert de chaleur comprenant une enveloppe scellée, mise sous vide hors de la présence d'une quantité prédéterminée de liquide vaporisable, et un revêtement de matériau capillaire dans l'enveloppe et s'étendant entre et dans les première et seconde zones de transfert de chaleur de l'enveloppe, caractérisé en ce qu'il comporte un matériau capillaire additionnel, disposé dans l'enveloppe, adjacent au matériau capillaire de l'enveloppe dans la première zone, en sorte que le coefficient de transfert de chaleur, quand une zone est chauffée et l'autre reliée à un récepteur de chaleur, est plus grand quand la première zone est chauffée que lorsque la seconde zone est chauffée et la première zone utilisée pour transférer de la chaleur à un récepteur de chaleur. 2/ Dispositif de transfert de chaleur selon revendication 1, caractérisé en ce qu'il constitue un conduit de chaleur ayant son enveloppe sous la forme d'un tube allongé. 3/ Dispositif de transfert de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le volume de liquide vaporisable est substantiellement égal à l'espace interne du matériau de revêtement. 4/ Dispositif de transfert de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'espace interne du matériau capillaire additionnel est au moins égal 'à l'espace interne de la partie du matériau capillaire de revêtement qui n'est pas à l'intérieur de la première zone. 5/ Dispositif de transfert de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enveloppe et le revêtement capillaire de l'enveloppe sont tous deux en acier inoxydable.