Caloduc polymérique à large surface d’évaporation assemblé en une étape

Le maintien de la température d'opération des appareils électroniques dans une plage optimale est nécessaire. Nous visons à adresser cette problématique, particulièrement pour des dispositifs flexibles, à faible flux de chaleur et à large surface, tels que les dispositifs électroniques moulés, les panneaux LED ou les batteries lithium-ion. Le caloduc serait un candidat potentiel pour la gestion thermique de ces applications. Ces échangeurs de chaleur, passifs et biphasiques, sont généralement fabriqués à partir de cuivre ou d'aluminium. Cependant, la rigidité, la densité et le coût des métaux font que le caloduc métallique n'est pas une bonne alternative en gestion thermique pour tous types d'applications. Par conséquent, nous introduisons le caloduc polymérique comme le mode de gestion thermique pour ces applications flexibles, à large surface et à faible flux de chaleur. Ainsi, notre objectif est de concevoir et de fabriquer cet échangeur de chaleur avec une structure poreuse optimisée pour augmenter sa capacité de transfert thermique. Cet échangeur de chaleur passif et biphasique extrait la chaleur par changement de phase, du liquide à la vapeur. L'enceinte du caloduc maintient un environnement saturé où le liquide s'évapore et transporte la chaleur par la circulation de la vapeur. La puissance transportée est limitée par le pompage capillaire du milieu poreux qui tapisse l'intérieur de l'enceinte. En effet, la pression capillaire du milieu poreux doit lutter contre les pertes de charge liquide et vapeur pour pomper le liquide d'un bout à l'autre du caloduc. Nous utilisons une approche basée sur une distribution variable de la densité du milieu poreux pour dissocier le lien entre la capillarité et les pertes de charge. Cette distribution de densité permet d'augmenter la capillarité tout en minimisant l'impact sur les pertes de charge. Nous avons développé des modèles fluidiques qui prédisent la puissance maximale transportée par le caloduc en fonction du type de milieu poreux utilisé. La modélisation théorique montre qu'une distribution de densité du milieu poreux améliore la puissance maximale de transport du caloduc d'un facteur de 1.5 par rapport à une distribution constante. En parallèle de nos recherches sur l'optimisation des propriétés thermiques des caloducs polymériques, nous avons également entrepris d'explorer des solutions pour réduire le coût de fabrication et simplifier le processus d'assemblage. En effet, le procédé de fabrication des caloducs et les matériaux utilisés restent coûteux. Ainsi, le procédé de fabrication typique implique plusieurs étapes, notamment l'assemblage, le remplissage et le scellage. De plus, jusqu'à présent, tous les caloducs plats sont reliés à un tube pour réaliser le tirage du vide et le remplissage. Nous avons développé un procédé de fabrication viable et économique en une seule étape, où le scellage et le remplissage sont réalisés simultanément. Ainsi, notre procédé de fabrication permet de réduire le coût des caloducs polymériques et d'éliminer l'utilisation du tube de remplissage. Le caloduc polymérique fabriqué présente une conductivité thermique effective de 833 W/m·K. Cette valeur se situe dans la plage des conductivités thermiques des caloducs polymériques rapportées dans la littérature, qui varie entre 100 et 1000 W/m·K. Nous avons également adapté un modèle théorique qui associe le comportement fluidique au comportement thermique des caloducs. La validation expérimentale de cette étude permet de fournir des lignes directrices pour définir des stratégies d'amélioration et d'optimisation des caloducs polymériques en fonction de la géométrie et du matériau utilisé lors de la fabrication

Impact of Micropillar Density Distribution on the Capillary Limit of Heat Pipes

International audienceAbstract This paper shows the performance enhancement of heat pipes by tailoring the density distribution of micropillar wicks to minimize viscous pressure loss while maintaining sufficient capillary pumping. In a heat pipe, capillarity and permeability are linked, since small pores create higher capillary pumping while unfortunately inducing more pressure drop along the heat pipe. This pressure loss accumulates along the heat pipe, leading to a non-uniform pressure difference between the liquid and vapor. Therefore, we do not need a uniform capillary pressure to withstand this difference. This provides the opportunity to spatially tailor the wick structure, aiming for a high capillarity to pump the liquid, but a low permeability to induce less pressure loss. Our study offers a compromise between capillarity and permeability by designing the density distribution of the pillar wick structure. This density distribution, which was not studied before, will be shown to enhance the heat pipe performance. The theoretical models show that a tailored density distribution can enhance the heat pipe performance by a factor of 1.5. To support this result, ‘rate of rise’ measurements along a pillar array demonstrate that the liquid pressure loss in a tailored density array are less compared to a constant pillar density