Brevet FR2509448A1 — publié le 19830114

Dispositif de régulation d'un réfrigérateur à effet Joule Thomson. L'invention se rapporte à un dispositif de régulation d'un réfrigérateur à effet Joule Thomson, comprenant un con- duit d'amenée d'un fluide réfrigérant sous pression auquel est raccordé un étrangleur débouchant dans une chambre de détente et réfrigération qui communique avec un passage d'échange thermique avec ledit conduit d'amenée, cet étrangleur étant soumis à une régulation de débit décroissante en fonction de l'abaissement de la température de réfrigération. Un tel réfrigérateur peut être à circuit fermé ou ouvert, et il trouve notamment une application particulière en circuit ouvert pour les systèmes d'arme utilisant des projectiles à tête de guidage répondant aux infrarouges, dans laquelle est utilisée une cellule détectrice sensible, qui doit pouvoir être refroidie rapidement à basse température, en principe celle de liquéfaction du fluide réfrigérant, et pendant un certain temps, d'o l'intérêt d'une régulation telle que celle évoquée. La présente invention a pour objet un dispositif de régulation de réalisation particulièrement simple, ayant en outre le mérite d'être particulièrement peu encombrant et très adapté à la miniaturisation recherchée dans les applications précitées à bord de projectiles. Essentiellement, à cet effet, dans un réfrigérateur à effet Joule Thomson du genre prédéfini, le dispositif de régulation selon l'invention est caractérisé en ce qu'il est constitué d'un corps tubulaire raccordé audit conduit d'amenée et dans lequel est retenu un corps interne ménageant une section de passage qui est régulée par différence de coeffi- cient de dilatation des matériaux constitutifs de ces deux corps. Deux formes de réalisation d'un dispositif selon l'in- vention sont d'ailleurs ci-après décrites à titre d'exemple et en référence au dessin annexé, dans lequel: la fig l est une vue partielle en coupe axiale d'un réfrigérateur à effet Joule Thomson pourvu d'un dispositif de régulation selon l'invention; la fig 2 est une autre vue partielle en coupe axiale d'un tel réfrigérateur illustrative d'une variante de réali- sation du dispositif de régulation; la fig 3 est une vue en coupe partielle suivant III-III de la fig 2. Le réfrigérateur représenté comprend un vase de Dewar à double paroi 1, 2 dont la paroi de fond interne 2 a est pour- vue, face à la paroi de fond la laissant passer le rayonnement infrarouge dans l'axe du Dewar, d'une cellule détectrice 3 sensible aux infrarouges et à conducteurs de connexion non représentés sortant de l'enceinte sous vide du Dewar et des- tinés à être raccordés au circuit électronique de détection. A l'intérieur de la paroi interne du Dewar est disposé un conduit d'amenée de fluide réfrigérant sous haute pression, désigné par 4 dans son ensemble, et ici constitué d'un élément tubulaire coudé à deux branches 4 a, 4 b respectivement enrou- lées en hélice autour d'une douille 5 à fond fermé 5 a La partie coudée est pourvue d'un conduit 6 raccordé, par exemple par soudure en 7, à une buse 8 de détente, pourvue d'un organe d'étranglement 9 retenu en butée par une goupille 10 et qui débouche dans une chambre de réfrigération 11, constituée par la partie libre du fond de la paroi interne du Dewar que n'occupe pas l'ensemble 4 à 10. Le fluide réfrigérant détendu dans la chambre il est ensuite amené à sortir du Dewar après échange thermique avec le fluide amené par le conduit 4 en s'écoulant dans l'inter- valle laissé libre par ce dernier entre la paroi interne 2 du Dewar et la douille 5 Deux joncs élastiques souples non représentés peuvent être enroulés dans les creux d'hélice entre chaque branche 4 a, 4 b du tube pour faire étanchéité avec la paroi interne 2 du Dewar et contraindre le fluide détendu à suivre notamment le parcours hélicoïdal des enroulements du conduit 4. La régulation de débit et donc la puissance frigorifique obtenue résulte ici du choix pour la buse 8 et l'organe d'étranglement 9 de deux matériaux à coefficient de dilation différent Par exemple, on peut choisir les couples suivants: buse en alliage d'aluminium et organe d'étranglement en acier; ou buse en acier et organe d'étranglement en verre; ou encore buse en laiton et organe d'étranglement en saphir. Ainsi, avec une buse à coefficient de dilation supérieur à celui de l'organe d'étranglement, on peut obtenir en fonc- tionnement un débit initial relativement rapide du fluide réfrigérant sous la pression de sa source non représentée, par le choix d'un jeu initial prédéterminé existant à température ambiante entre la buse et l'étrangleur, et qui va donc aller décroissant avec la température de réfrigération atteinte, jusqu'à une valeur de section de passage résiduelle pouvant être prédéterminée en fonction de la température de liquéfac- tion du fluide utilisé et conditionnant la puissance frigori- fique d'entretien ou de croisière du dispositif. Il convient évidemment de disposer dans l'exemple de la fig l d'une buse dont l'alésage est usiné avec précision de même que la bille utilisée comme étrangleur doit être calibrée avec précision. Les fig 2 et 3 illustrent une réalisation préférée de l'ensemble buseétrangleur particulièrement adaptée pour obtenir aisément bien qu'avec précision une excellente mai- trise de la régulation désirée. A cet effet, l'organe d'étranglement 9 a est constitué dans sa majeure partie sous forme d'un cylindre monté avec jeu dans la buse 8 et présentant un plat 12, qui est destiné à délimiter avec la buse, à la température de réfrigération désirée, une section de passage résiduelle pour laquelle la buse sera venue enserrer la partie cylindrique de cet étran- gleur, et qui peut être prédéterminée avec précision tout en correspondant à une section favorable à la non obstruction de ce passage par des impuretés éventuelles du fluide réfrigé- rant Cette section de passage résiduelle peut aussi être constituée par une entaille choisie de façon à lui donner une section plus régulière selon les impuretés à craindre. Bien entendu d'autres variantes peuvent encore être imaginées tout en restant dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Dispositif de régulation d'un réfrigérateur à effet Joule Thomson comprenant un conduit d'amenée d'un fluide réfrigérant sous pression auquel est raccordé un étrangleur débouchant dans une chambre de détente et réfrigération commu- niquant avec un passage d'échange thermique avec ledit con- duit d'amenée, cet étrangleur étant soumis à une régulation de débit décroissante en fonction de l'abaissement de la tempéra- ture de réfrigération, caractérisé en ce qu'il est constitué à cet effet d'un corps tubulaire ( 8) raccordé audit conduit d'amenée ( 4) et dans lequel est retenu un corps interne ( 9, 9 a) y ménageant une section de passage qui est régulée par différence de coefficient de dilatation des matériaux cons- titutifs de ces deux corps. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit corps tubulaire est cylindrique et le corps interne est une bille retenue en butée dans celui-ci. 3 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps interne est destiné à former obturateur dans le corps tubulaire à la température de réfrigération désirée et présente un passage permettant alors un débit minimal du fluide réfrigérant détendu. 4 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit corps tubulaire est cylindrique de même que le corps interne, ce dernier présentant une entaille destinée à assurer ledit débit minimal du fluide réfrigérant.