Un nouveau caloduc en boucle développé transporte 10 kW de chaleur résiduelle : aucune électricité requise

Une équipe de chercheurs de l’Université de Nagoya au Japon a développé un caloduc en boucle (LHP) capable de transporter jusqu’à 10 kW de chaleur sans nécessiter d’électricité. Cette capacité de transport de chaleur est la plus importante au monde.

Le LHP du groupe vise à contribuer aux économies d’énergie et à la neutralité carbone dans divers domaines, notamment la récupération de chaleur résiduelle industrielle, l’utilisation de la chaleur solaire, la gestion thermique des véhicules électriques (VE) et le refroidissement des centres de données. Les conclusions sont détaillées dans le Journal international des transferts de chaleur et de masse.

Ce LHP surpasse le précédent caloduc en boucle de plus grande taille grâce aux améliorations apportées à la structure de l’évaporateur. Ces améliorations ont conduit à une réduction de 18 % de la taille, à une augmentation de 1,6 fois de la capacité de transport de chaleur et à une multiplication par quatre de l’efficacité du transfert de chaleur par rapport au précédent LHP développé par l’Université de Nagoya.

Les LHP ont été utilisés dans les vols spatiaux habités, les véhicules électriques, les satellites météorologiques et les appareils électroniques domestiques.

« Ce LHP est sans précédent dans le transport d’une telle quantité de chaleur sans électricité, réalisant le plus grand transport de chaleur non électrique au monde », a déclaré le professeur Hosei Nagano, chercheur principal impliqué dans le projet.

« Cela élimine le besoin d’électricité auparavant consommée par les pompes mécaniques conventionnelles, ce qui permet un transport de chaleur quasi perpétuel sans électricité. »

L’industrie des véhicules électriques connaît une demande croissante de méthodes de refroidissement économes en énergie en raison de la prise de conscience croissante des entreprises de leur empreinte carbone. Les LHP aident les véhicules électriques à améliorer leur efficacité globale en fournissant un refroidissement qui ne nécessite pas d’électricité, réduisant ainsi le besoin en énergie électrique.

« Pour les véhicules électriques, le maintien de la température de l’onduleur est crucial pour des performances optimales », explique Shawn Somers-Neal, un étudiant diplômé impliqué dans le projet.

« Les méthodes de refroidissement traditionnelles des onduleurs nécessitent de l’énergie, mais notre LHP maintient la température sans électricité. Cela conduit à une augmentation de l’efficacité tout en étant capable de gérer les charges thermiques élevées requises dans l’industrie. »

Dans un LHP, un fluide de travail et un matériau poreux appelé mèche sont utilisés pour transporter efficacement la chaleur sur de longues distances. La mèche attire le fluide de travail vers la surface par capillarité.

Lorsque de la chaleur est appliquée à l’évaporateur, le fluide à la surface de la mèche absorbe la chaleur et se transforme en vapeur. Cette vapeur se dirige vers le condenseur, où elle libère la chaleur et se condense à nouveau en liquide. Le liquide retourne ensuite dans la chambre de compensation, où il entre à nouveau en contact avec la mèche, ce qui la ramène à la surface et continue le cycle de refroidissement.

Le groupe a amélioré la section de mèche du LHP en la rendant plus fine, plus longue et plus large tout en préservant ses propriétés poreuses de haute qualité. Ils ont également amélioré les capacités de transport de chaleur en rétrécissant les canaux qui permettent à la vapeur de s’échapper de l’évaporateur et en ajoutant des canaux supplémentaires sur les côtés, augmentant ainsi le nombre total de canaux.

« La particularité du caloduc en boucle (LHP) réside dans la forme, la qualité et la taille de la mèche ainsi que dans les performances globales du LHP. En général, lors de la fabrication de mèches plus grandes, la qualité diminue, mais la qualité de cette mèche est similaire à celle des mèches plus petites », explique le professeur Nagano.

« La mèche possède des noyaux qui aident à réduire l’épaisseur, ce qui entraîne une perte de pression moindre et des températures de fonctionnement plus basses. »

Lors des tests, le LHP nouvellement développé a démontré une efficacité de transfert de chaleur plus de quatre fois supérieure à celle des LHP existants. La conception était si efficace qu’elle a transporté la chaleur perdue sur une distance de 2,5 mètres sans électricité, en utilisant la force capillaire générée par la mèche. Cela a établi un record pour le transport de chaleur sans électricité.

« Cette technologie LHP pionnière devrait révolutionner la conservation de l’énergie et la neutralité carbone dans de nombreux domaines, notamment la récupération de la chaleur perdue en usine, l’utilisation de la chaleur solaire, la gestion de la chaleur des véhicules électriques et le refroidissement des centres de données », a déclaré Somers-Neal.

« L’économie efficace de la chaleur résiduelle des usines marque une étape importante vers des solutions énergétiques durables. »