Caloducs, Thermosiphons et leurs dérivés

 

I. Description technologique

 

Les échangeurs à caloducs (Heat Pipe Heat Exchangers - HPHE) et les échangeurs à thermosiphons constituent une famille d’échangeurs de chaleur reposant sur un principe de transfert thermique à fluide diphasique interne, particulièrement performant.

 

Ils sont principalement utilisés dans des configurations gaz/gaz, gaz/liquide ou air/air, lorsque l’on cherche à récupérer de l’énergie thermique tout en imposant une séparation physique stricte entre les deux circuits, sans mélange possible des fluides.

 

Le principe repose sur un ensemble de tubes scellés individuellement, contenant une quantité contrôlée de fluide de travail. Sous l’effet de la chaleur, ce fluide :

 

II. Cahier des charges procédés

 

Fluides utilisés

III. Conception, géométrie et matériaux

 

III.1 Tubes caloducs / thermosiphons

 

Le choix de l’enveloppe constitue un élément fondamental de la conception d’un caloduc, au même titre que le fluide de travail et la structure capillaire. L’enveloppe assure simultanément :

 

III.2 Éléments de conception spécifiques

 

 

IV. Usinage et fabrication

 

Étapes principales

 

V. Exploitation, maintenance et réparabilité

 

Fouling

 

VI. Avantages et limitations

 

 

VII. Caloducs pour le refroidissement de composants  électroniques et applications spatiales

 

En parallèle des applications industrielles, les caloducs constituent une technologie de référence pour la gestion thermique des composants électroniques à forte densité de flux thermique, lorsque les solutions conductives ou convectives classiques deviennent insuffisantes.

 

 

VIII. Variantes avancées de caloducs : architectures capillaires et instationnaires

 

Au-delà des caloducs « classiques » et des thermosiphons gravitaires, il existe plusieurs architectures dérivées, développées pour répondre à des contraintes spécifiques de transport thermique sur longue distance, de fort flux thermique localisé, de fonctionnement en microgravité, ou encore de robustesse vis-à-vis de l’orientation.

 

Ces variantes reposent toujours sur le principe fondamental du transfert thermique biphasique, mais introduisent des mécanismes hydrodynamiques et capillaires plus sophistiqués.

 

VIII.1 Boucles capillaires – Loop Heat Pipes (LHP)

 

Les Loop Heat Pipes (LHP) constituent une évolution majeure du caloduc classique, particulièrement adaptée aux applications spatiales, aéronautiques et électroniques critiques.

 

 

VIII.2 Caloducs pulsés – Pulsating Heat Pipes (PHP)

 

Les Pulsating Heat Pipes (PHP), également appelés Oscillating Heat Pipes, représentent une approche  différente du transfert thermique diphasique.

 

 

VIII.3 Autres variantes et architectures hybrides

 

On peut également citer :

 

VIII.4 Positionnement technologique des variantes avancées

 

Les LHP, PHP et architectures dérivées peuvent être positionnés comme :

 

IX. Tableau comparatif des technologies à caloducs et dérivées

 

 

X. Quelques fabricants