L’innovation japonaise qui pourrait transformer la gestion thermique industrielle

Une innovation majeure dans le domaine de la gestion thermique a été réalisée par une équipe de chercheurs japonais. Leur développement d’un tuyau à chaleur en boucle (LHP) capable de transporter jusqu’à 10 kW de chaleur sans nécessiter d’électricité pourrait transformer plusieurs industries. Découvrez comment cette technologie pourrait contribuer à la neutralité carbone et à des économies d’énergie substantielles.

L’équipe de l’Université de Nagoya a mis au point un LHP qui surpasse toutes les versions précédentes en termes de capacité de transport de chaleur. Capable de transporter jusqu’à 10 kW de chaleur sans électricité, ce système est le plus performant au monde.

Les améliorations apportées à la structure de l’évaporateur ont permis une réduction de 18 % de la taille, une augmentation de 1,6 fois de la capacité de transport de chaleur et une efficacité de transfert de chaleur multipliée par quatre par rapport au précédent LHP développé par la même université.

Applications industrielles et environnementales

Ce LHP vise à contribuer à des économies d’énergie et à la neutralité carbone dans divers domaines, notamment la récupération de chaleur industrielle, l’utilisation de la chaleur solaire, la gestion thermique des véhicules électriques (VE) et le refroidissement des centres de données.

Les LHP ont déjà été utilisés dans des vols spatiaux habités, des véhicules électriques, des satellites météorologiques et des appareils électroniques domestiques. Le nouveau LHP pourrait étendre ces applications grâce à ses performances améliorées.

Une technologie sans électricité

«Ce LHP est sans précédent dans le transport d’une telle quantité de chaleur sans électricité, atteignant le plus grand transport de chaleur non électrique au monde», a indiqué le professeur Hosei Nagano, chercheur principal du projet. «Cela élimine le besoin d’électricité consommée par les pompes mécaniques conventionnelles, permettant un transport de chaleur quasi perpétuel sans électricité.»

Dans l’industrie des VE, la demande de méthodes de refroidissement écoénergétiques augmente en raison de la prise de conscience croissante des entreprises concernant leur empreinte carbone. Les LHP aident les VE à améliorer leur efficacité globale en fournissant un refroidissement sans nécessiter d’électricité, réduisant ainsi le besoin en énergie électrique.

Fonctionnement du LHP

Un LHP utilise un fluide de travail et un matériau poreux appelé mèche pour transporter efficacement la chaleur sur de longues distances. La mèche attire le fluide de travail à la surface par action capillaire. Lorsque 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 déplace vers le condenseur, où elle libère la chaleur et se condense en liquide. Le liquide retourne ensuite à la chambre de compensation, où il entre en contact avec la mèche, qui l’attire de nouveau à la surface, poursuivant ainsi le cycle de refroidissement.

Améliorations techniques

Le groupe a amélioré la section de la 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 réduisant la taille des canaux permettant 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 LHP réside dans la forme, la qualité et la taille de la mèche ainsi que dans la performance globale du LHP. Habituellement, en fabriquant des 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, entraînant une diminution de la perte de pression et des températures de fonctionnement plus basses.»

Résultats des tests

Le nouveau LHP a démontré une efficacité de transfert de chaleur plus de quatre fois supérieure à celle des LHP existants lors des tests. Le design s’est avéré si efficace qu’il a transporté la chaleur résiduelle sur une distance de 2,5 mètres sans alimentation électrique, utilisant la force capillaire générée par la mèche. Cela a établi un record pour le transport de chaleur sans alimentation électrique.

«Cette technologie pionnière de LHP devrait transformer la conservation de l’énergie et la neutralité carbone dans de nombreux domaines, y compris la récupération de chaleur résiduelle des usines, l’utilisation de la chaleur solaire, la gestion thermique des véhicules électriques et le refroidissement des centres de données», a conclu Shawn Somers-Neal. «L’économie efficace de la chaleur résiduelle des usines marque une étape significative vers des solutions énergétiques durables.»

Article : « Experimental investigation of a 10 kW-class flat-type loop heat pipe for waste heat recovery » – DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2024.125865

Légende illustration : Images de l’observation des différences de couleur dans les aurores boréales à l’aide de l’équipement de pointe. Les électrons à haute énergie font briller les aurores à basse altitude, produisant une lumière violette. Crédit : National Institute for Fusion Science