Brevet FR2611973A1 — publié le 19880909

DISPOSITIF POUR LE REFROIDISSEMENT D'UN DETECTEUR, EN PARTICULIER D'UN DETECTEUR DE RAYONNEMENT INFRAROUGE UTILISE PAR EXEMPLE SUR UN ENGIN VOLANT. La présente invention se rapporte à un dispositif pour le refroidissement et l'etablissement d'une température de fonctionnement constante d'au un détecteur, en particulier d'un détecteur de rayonnement infrarouge, le-(s) détecteur(s) etant dispose(s) sur une plaque de transmission de chaleur et etant relié(s) de façon thermiquement conductrice a un groupe réfrigérant. Dans l'aéronautique et l'astronautique, ainsi que pour des applications militaires, il est usuel d'utiliser des détecteurs de rayonnement infrarouge dont la température de fonctionnement est en partie située loin en dessous de 150 K et qui nécessitent par conséquent un groupe réfrigérant ou un thermostat. Il est usuel d'utiliser à cet effet par exemple des réfrigérants Joule-Thomson comportant un doigt de refroidissement sur la pointe duquel le détecteur proprement dit qui peut composé de plusieurs éléments détecteurs est disposé avec un bon contact thermique. Un probleme particulier qui se présente pour les détecteurs de rayonnement infrarouge réside dans la forte dépendance de la température, de sorte que les groupes réfrigérants doivent généralement comporter une régulation de température onéreuse. La présente invention a pour objet un dispositif pour le refroidissement et l'établissement d'une température de fonction nement constante d'un détecteur, en particulier d'un détecteur de rayonnement infrarouge, dispositif qui présente une constante de température élevée et, dans le cas le plus simple, peut même se passer de régulation de température spéciale pour le groupe réfrigérant et qui permet en plus un refroidissement essentiellement exempt de vibrations du détecteur. Selon l'invention, il est prévu, entre la plaque de transmission de chaleur sur laquelle est disposé au moins un détecteur et le groupe réfrigérant auquel le détecteur est relié de façon thermiquement conductrice, une chambre thermostatique qui est remplie d'un fluide travail présentant une transition de phase a la température de fonctionnement du détecteur. L'invention utilise la propriété connue de substances et de mélanges de substances qui présentent une chaleur latente relativement importante a la transition de phase et sont ainsi en mesure d'absorber une quantité de chaleur considérable sans subir d'augmentation de température. En outre, la chambre thermostatique disposée suivant l'invention entre le groupe réfrigérant et le détecteur permet une isolation du détecteur, du point de vue vibrations, par rapport au groupe réfrigérant, ce qui augmente le pouvoir de résolution du détecteur. Suivant d'autres caractéristiques de l'invention - la chambre thermostatique est entourée d'une chambre-enveloppe qui est essentiellement découplée du point de vue thermique et mécanique de la chambre thermostatique et dont la pression interne est réglable; - le couplage thermique entre le groupe de refroidissement et la chambre thermostatique présente des propriétés d'amortissement des vibrations; - le fluide de travail de la chambre thermostatique subit une transition de phase solide-liquide a la température de fonctionnement du détecteur; - le fluide de travail de la chambre thermostatique est un gaz rare; - le fluide de travail de la chambre thermostatique est du monos ilane; - le fluide de travail de la chambre thermostatique est un mélange bi- ou polyphasique;; - la chambre thermostatique est remplie en plus de laine métallique, en particulier de laine de cuivre; - le couplage thermique entre le groupe réfrigérant et la chambre thermostatique comprend des bandes métalliques ou des bandes de tresses métalliques; - la chambre-enveloppe contient un gaz sous pression, en particulier du gaz hélium, à faible conductivité thermique; - la chambre thermostatique et/ou la chambre-enveloppe présente(nt) au moins une paroi élastique. En se référant à la figure unique du dessin annexé, on va décrire ci-apres plus en détail un exemple de réalisation non limitatif de l'objet de l'invention. Selon le dessin, un détecteur de rayonnement 2 est disposé en position centrale sur une plaque 1 bonne conductrice de la chaleur et est relié de façon thermiquement conductrice à la plaque 1. Sur le pourtour de la plaque 1 est fixée une bague de réglage 3 dont la surface frontale plane est appliquée contre des éléments de réglage 4; de cette maniere, le détecteur de rayonnement 2 est réglable avec précision par rapport à une optique non représentée. La plaque 1 constitue en même temps une paroi d'une chambre thermostatique 5 dans laquelle se trouve un fluide de travail 8, par exemple du monosilane ou un gaz rare liquéfié tel que le crypton ou le xénon. Le côté inférieur de la chambre 5 est formé par une plaque 6 également bonne conductrice de la chaleur qui est reliée à la plaque 1 par un soufflet à plis 7. En vue d'une meilleure transmission de chaleur de la plaque 1 à la plaque 6, l'espace intérieur de la chambre thermostatique 5 est en outre rempli de laine de cuivre. La chambre thermostatique 5 est reliée de façon thermiquement conductrice, mais en étant isolée du point de vue vibrations, par des conducteurs métalliques annulaires souples 10 à une plaque de montage ll qui est couplée mécaniquement et thermiquement avec le doigt de refroidissement 12 d'un groupe réfrigérant 13 connu en soi. Pour éviter des pertes thermique, la plaque de montage 1 est maintenue par une plaque de céramique 14 qui est à son tour reliée au corps ou carter 15. La chambre thermostatique 5 ainsi que les conducteurs souples 10 servant à la transmission de chaleur et à l'amortissement des vibrations se trouvent à l'intérieur d'une chambre-enveloppe 16 dont la paroi extérieure est réalisée sous la forme d'un soufflet à plis 18 relié de façon étanche au gaz d'une part au carter 15 et d'autre part à la bague 3. Ce soufflet à plis 18 réduit la transmission des vibrations du carter 15 ou du groupe réfrigérant 13 au détecteur de rayonnement 2. La chambre-enveloppe 16 est remplie d'un gaz sous pression 17 mauvais conducteur de la chaleur, par exemple du gaz hélium, dont la pression est mesurée par un capteur de pression 20 et réglée à l'aide d'un conduite de régulation de pression 19. Pour réduire les conséquences de rayonnements thermiques, des couches d'isolation 21, 22 et 23 sont disposées dans la chambre enveloppe 16 ainsi que dans l'espace entre la plaque de montage 11 et le groupe réfrigérant 13 ou le carter 15. Le fluide de travail 8 est adapté au type de détecteur de rayonnement 2 utilisé et cela de telle manière qu'il subisse une transition de phase de l'état solide à l'état liquide à la température qui est prévu comme température de fonctionnement pour le détecteur de rayonnement 2. Ainsi, la température de fusion du monosilane est de 88,5 K, celle du crypton de 117 K et celle du xénon de 162 K. Etant donné que les températures de fusion et de solidification varient en fonction de la pression, il est possible de faire varier la température de fonctionnement en passant par la pression de gaz dans la chambre-enveloppe 16, qui se répercute sur la pression à l'intérieur de la chambre thermostatique 5. Lorsque le détecteur ou le groupe réfrigérant est prévu pour des applications ou missions de faible durée, comme c'est le cas par exemple pour les détecteurs sur des engins volants, il suffit de choisir la masse du fluide de travail 8 suffisamment grande pour qutà la fin de la mission, la transition de phase de solide à liquide ne soit pas encore complètement achevée. Pour des applications de longue durée, il est recommandé de déterminer de façon empirique la charge thermique et de superposer un chauffage additionnel aux flux thermiques parasites, en faisant en sorte que le dépassement vers le haut ou vers le bas de températures prédéterminées soit mesuré à l'aide de détecteurs de température et que le chauffage soit régulé en conséquence. En tant que fluide de travail, on peut évidemment utiliser également des mélanges bi- ou polyphasiques dont le point eutechtique se trouve au voisinage de la température de fonctionnement du détecteur. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour le refroidissement et l'établissement d'une température de fonctionnement constante d'au moins un détecteur, en particulier d'un détecteur de rayonnement infrarouge, le(s) détecteur(s) étant disposé(s) sur une plaque de transmission de chaleur et étant relié(s) de façon thermiquement conductrice à un groupe réfrigérant, caractérisé par le fait qu'entre la plaque de transmission de chaleur (1) et le groupe réfrigérant (3) est disposée une chambre thermostatique (5) qui est remplie d'un fluide de travail (8) présentant une transition de phase à la température de fonctionnement du ou des détecteur(s) (2). 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la chambre thermostatique (5) est entourée d'une chambreenveloppe (16) qui est essentiellement découplée du point de vue thermique et mécanique de la chambre thermostatique (5) et dont la pression interne est réglable. 3. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le couplage thermique (10) entre le groupe réfrigérant (13) et la chambre thermostatique (5) présente des propriétés d'amortissement des vibrations. 4. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le fluide de travail (8) présente une transition de phase solide-liquide à la température de fonctionnement du ou des détecteur(s) (2). 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le fluide de travail (8) est un gaz rare. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le fluide de travail (8) est du monosilane. 7. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le fluide de travail (8) est un mélange bi-ou polyphasique. 8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que la chambre thermostatique (5) est en plus remplie de laine métallique, en particulier de laine de cuivre. 9. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que le couplage thermique (10) présente des bandes métalliques ou des bandes de tresses métalliques. 10. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que la chambre enveloppe (16) contient un gaz sous pression, en particulier du gaz hélium de faible conductibilité thermique. 11. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 a 10, caractérisé par le fait que la chambre thermostatique (5) et/ou la chambre enveloppe (16) présente(nt) au moins une paroi élastique (7, 18).