Rev. Phys. Appl. (Paris) 12, 439-446 (1977)
DOI: 10.1051/rphysap:01977001202043900

« Étude expérimentale d'un caloduc avec substance poreuse active »

Argyrios V. Spyridonos

Centre de Recherches Nucléaires « Demokritos » Aghia Paraskevi Attikis, Grèce

Abstract
In view of a solar application a heat pipe at a reduced scale of dimensions of 60 mm, external diameter and 267 mm, length is studied. In order that the heat pipe be independent of its inclinations an active porous medium is used within it. Gypsum is used as a porous medium for the heat pipe for the reason that it is reversibly decomposed for a certain temperature range. Water is used as the fluid responsible for the heat transfer. The decomposition is followed by the release of water, of crystallisation, which participates in the whole procedure of heat transfer in the interior of heat pipe, and by a significant change of the structure of the gypsum. Properties of commercial type gypsum are studied as well as those of a heat pipe under steady state, conditions and for different inclinations toward a horizontal level and at different heat supplies. The effect of the water present in the interior of the pipe on the heat pipe efficiency is investigated. The distribution of the axial temperature as a function of heat pipe inclination and the supplied heat is studied. Points of optimum functioning have been observed. The heat-pipe efficiency has also been studied for a transient state. It has been found that the pipe efficiency varies significantly due to the evaporation of water found in the gypsum pores as well as to the other porous forces. This heat pipe has been studied for a solar energy application, and will be placed at the focus of a mirror.

Résumé
Un caloduc a été étudié en vue d'une application solaire. Ce caloduc sera placé ultérieurement au foyer d'un miroir. Pour rendre le fonctionnement du caloduc indépendant de son inclinaison et par conséquent de la pesanteur, on construit un caloduc de substance poreuse active. Cette substance poreuse active serait capable de pomper à travers elle-même, en position verticale, c'est-à-dire l'évaporateur se trouvant en haut et le condenseur en bas, une quantité de fluide par unité de temps importante en comparaison avec une substance poreuse inactive et de mêmes propriétés. On a étudié alors expérimentalement un caloduc de dimensions réduites, dont le diamètre extérieur était de 60 mm et la longueur de 267 mm. On a choisi comme substance poreuse du caloduc le gypse, parce qu'il se décompose reversiblement dans une région de température donnée, avec l'eau comme fluide caloporteur. Cette décomposition est suivie par la libération de l'eau moléculaire, qui prend part au processus de transport de la chaleur à l'intérieur du caloduc, et par la modification de la structure poreuse. On a étudié les propriétés du caloduc en régime permanent sous différents régimes de chauffage et diverses inclinaisons. On a étudié l'influence de la quantité de l'eau à l'intérieur du caloduc sur le rendement de celui-ci. On a étudié la distribution de la température axiale en fonction de l'inclinaison et de la puissance fournie. On remarque qu'il existe des optimums de fonctionnement. Par ailleurs on a étudié le rendement du caloduc en régime transitoire. En régime transitoire la valeur du rendement subit une fluctuation importante à cause de l'évaporation de l'eau enfermée dans les pores et à cause de la modification de la structure poreuse de l'évaporateur.

PACS
4490 - Other topics in heat flow, thermal and thermodynamic processes.

Key words
heat pipes -- solar power -- scale model heat pipe -- active porous medium -- solar application -- water -- heat transfer -- gypsum -- water of crystallisation -- efficiency -- independent of inclination -- reversible decomposition -- steady state conditions -- transient conditions -- heat supply rate -- axial temperature distribution