Dégazage et remplissage

La propreté de l’enveloppe du caloduc et la pureté du fluide caloporteur n’excluent pas qu’ils contiennent des gaz (dissous dans le liquide ou occlus dans l’enveloppe). Ces gaz se dégagent au cours du fonctionnement du caloduc et viennent bloquer plus ou moins complètement le transfert de chaleur au condenseur ; il faut donc les éliminer avant le remplissage du caloduc.

Le dégazage et le remplissage ont donc une grande influence sur les performances du caloduc. L’enveloppe et le fluide caloporteur doivent être dégazés très soigneusement et le remplissage doit être fait avec une grande précision pour éliminer toute trace de gaz incondensables.

3.7.1. Mise sous vide

Cette étape a pour but d’éliminer les impuretés présentes dans le caloduc et le tuyau de remplissage.

Le groupe de pompage comporte deux pompes à

vide – primaire et secondaire (Figure 3-11). La pompe

primaire est une pompe à palettes. Elle permet d’obtenir

un vide de l’ordre de 10-3 mbar. La pompe secondaire

est de type turbo moléculaire. Elle permet d’atteindre

des valeurs de 10-6 mbar. Afin d’obtenir un bon

dégazage, la mise sous vide dure plusieurs heures.

3.7.2. Purification du fluide

Le fonctionnement du caloduc équivaut à une distillation permanente du fluide interne, il faut donc que ce fluide soit parfaitement pur pour éviter toute séparation en plusieurs composants, ce qui altérerait l’uniformité de la température du caloduc. Il faut également que le fluide soit exempt de traces de corps catalyseurs de corrosion ou de décomposition chimique. Par conséquent, le fluide caloporteur doit être le plus pur possible. Le processus de purification est propre à chaque

fluideet il comporte souvent une ou plusieurs distillations.

Nous avons employé une des procédures les plus simples– distillation par ébullition [BRICARD]. Le fluide (eau) est disposé dans le ballon en verre et porté à l’ébullition par l’intermédiaire de la plaque chauffante sous le ballon. Le fluide commence à bouillir et à s’évaporer. Les gaz incondensables se libèrent à l’extérieur. Afin de récupérer le fluide, un réfrigérant, où circule de l’eau à une température beaucoup plus faible permet au fluide de retourner dans le réservoir par gravité. L’eau est distillée pendant quelques heures avant d’être injectée dans le caloduc.

Pompe secondaire

Figure 3-11 : Mise sous vide du caloduc Pompe

primaire Pompe secondaire

3.7.3. Remplissage du caloduc

Les études expérimentales effectuées par plusieurs auteurs ([

AVENAS-1][BRICARD][IVANOVA-1]) sur les minicaloducs montrent que leurs performances sont extrêmement sensibles à la charge en fluide et donc le remplissage est d’une extrême importance pour l’étude de leur fonctionnement. La quantité de liquide à introduire dans les caloducs considérés est faible (quelques dizaines de milligrammes) à cause de leurs volumes internes faibles. Ceci rend le processus de remplissage difficile, puisque une petite variation de quantité de fluide peut perturber le fonctionnement du caloduc. Il est nécessaire de connaître parfaitement la charge de fluide introduit et de s’assurer que ce fluide ne contient aucun gaz (dans le cas parfait) qui diminuerait les performances du caloduc.

[PETERSON-1] a utilisé une méthode de remplissage qui consiste à remplir le caloduc par capillarité en le mettant en contact avec un réservoir de fluide à l’état liquide avant d’être fermé. Le caloduc est placé dans une enceinte sous vide contenant une certaine quantité de fluide. Le réseau capillaire du caloduc aspire du liquide jusqu’au moment où il est saturé.

La technique la plus simple consiste à introduire le fluide à l’état liquide ou solide dans l’enveloppe. Cette technique a l’inconvénient d’un contrôle imprécis de la quantité de fluide restant dans le caloduc après fermeture et surtout ne permet pas éliminer tout à fait complètement l’air du caloduc et des traces d’oxygène peuvent diminuer la durée de vie de caloduc.

La technique la plus élaborée consiste à faire le transfert du fluide dans le caloduc sous vide après dégazage de l’enveloppe et du fluide, et sans rupture du vide entre les diverses opérations.

[AVENAS-1], [IVANOVA-2] et [PANDRAUD] ont rempli des caloducs avec des microseringues graduées. Nous avons utilisé cette dernière technique pour sa précision. Ainsi, la technique de remplissage choisie consiste à introduire le fluide à l’état liquide dans l’enveloppe du caloduc en utilisant une microseringue graduée, puis à chasser l’air par un chauffement local suffisamment prolongé avant la fermeture. Pendant l’injection du fluide, la vanne, qui relie le caloduc à la pompe à vide, est fermée. Le principe de fonctionnement

Filling pipe Vacuum pump µsyringe Heat pipe Filling pipe Vacuum pump µsyringe Heat pipe

Figure 3-12: Dispositif de remplissage

Vers la pompe à vide µseringe Caloduc Raccords Tuyau de remplissage Support du septum Vanne

de notre dispositif de remplissage est représenté sur la Figure 3-12. L’aiguille de la seringue est

introduite au tuyau de remplissage en piquant un septum (Figure 3-13). La quantité de fluide

optimale est celle avec laquelle le caloduc fonctionne le mieux. Son ordre de grandeur est déterminé à partir des dimensions géométriques du minicaloduc et de sa structure capillaire.

Figure 3-13 : Injection du fluide caloporteur avec une micro-

seringue

Plusieurs essais avec différents taux de remplissage sont effectués pour trouver la quantité optimale pour laquelle le caloduc aura une résistance thermique effective la plus basse. [POPOVA-1]

Une fois que le caloduc est rempli, le tuyau de remplissage est fermé par une vanne. Avant d’être utilisé, le caloduc doit être scellé pour isoler le fluide du milieu extérieur et pour ne pas permettre aux gaz incondensables de pénétrer dans le caloduc.

La fermeture finale du caloduc se fait en général par queusotage du tuyau de remplissage. Le queusotage est effectué par une pince à queusoter qui pince et coupe le tuyau. L’extrémité du

queusot est ensuite collée ou brasée pour assurer une meilleure étanchéité. [BENSON-2]