Parametric analysis of loop heat pipe operation: a literature review

Loop heat pipes (LHPs) are heat transfer devices whose operating principle is based on the evaporation/condensation of a working fluid, and which use the capillary pumping forces to ensure the fluid circulation. Their major advantages as compared to heat pipes are an ability to operate against gravity and a greater maximum heat transport capability. In this paper, a literature review is carried out in order to investigate how various parameters affect the LHP operational characteristics. This review is based on the most recent published experimental and theoretical studies. After a reminder of the LHP operating principle and thermodynamic cycle, their operating limits are described. The LHP thermal resistance and maximum heat transfer capability are affected by the choice of the working fluid, the fill charge ratio, the porous wick geometry and thermal properties, the sink and ambient temperature levels, the design of the evaporator and compensation chamber, the elevation and tilt, the presence of non-condensable gases, the pressure drops of the fluid along the loop. The overall objective for this paper is to point the state-of-the-art for the related technology for future design and applications, where the constraints related to the LHPs are detailed and discussed.

RésuméLes boucles diphasiques à pompage capillaire sont des systèmes dont le principe de fonctionnement est basé sur l'évaporation/condensation d'un fluide et qui utilisent les forces de capillarité pour faire circuler le fluide dans la boucle. En comparaison des caloducs, les principaux avantages des boucles diphasiques à pompage capillaire sont une aptitude à vaincre les forces de gravité, lorsque le système est en position défavorable, et une puissance maximale transférable supérieure. La présente étude bibliographique, basée sur les travaux expérimentaux et théoriques les plus récents, a pour but est de comprendre comment différents paramètres influencent le comportement de la boucle. Après un rappel du principe de fonctionnement et du cycle thermodynamique de la pompe, ses limites de fonctionnement sont décrites. Sa résistance thermique et sa puissance maximale transférable dépendent du choix du fluide de travail, du taux de remplissage, de la géométrie et des propriétés thermophysiques de la structure capillaire, de la température ambiante, de la température de la source froide, de la géométrie de l'évaporateur et de la chambre de compensation, de l'élévation et l'inclinaison du système, de la présence de gaz incondensables et des pertes de pression du fluide le long de la boucle. L'objectif de cet article est de présenter l'état de l'art relatif aux influences de divers paramètres sur le fonctionnement des LHPs.