Brevet FR2624956A1 — publié le 19890623

DISPOSITIF DE SUR-REFROIDISSEMENT TEMPORAIRE D'UN DETECTEUR REFROIDI, L'invention concerne un dispositif de sur-refroi- dissement temporaire d'un détecteur refroidi en régime perma- nent dans une enceinte au moyen d'un premier refroidisseur. Un dispositif de ce genre trouve une application par exemple dans les viseurs d'étoiles embarqués sur des en- gins et dont la durée d'utilisation est de l'ordre de quelques secondes. Ces viseurs d'étoiles sont équipés de détecteurs CCD fonctionnant dans le visible et refroidis à faible tempé- rature (0O à 5'C) dans une enceinte thermostatée. Pendant le temps de visée, ces détecteurs subissent des agressions de type nucléaire. Les composants CCD sont constitués par des matériaux semiconducteurs dont les paramè- tres se dégradent lorsque le détecteur est frappé par un bon- bardement de particules. Il en résulte qu'à température cons- tante le courant d'obscurité grandit. Comme ce courant diminue avec la température, il est nécessaire de refroidir davantage lorsqu'il a augmenté afin de rétablir sa valeur en l'absence d'agression nucléaire et de conserver ainsi au détecteur sa sensibilité initiale. Le but de l'invention est de fournir un dispositif assurant ce surrefroidissement pendant la durée d'utilisation du détecteur sans apporter de perturbation à l'équilibre ther- mique de l'ensemble. A cet effet l'invention est remarquable en ce qu'un second refroidisseur est mis temporairement en action pour produire le sur-refroidissement requis sans entraîner d'échan- ge thermique avec l'extérieur, ce résultat étant acquis par le fait que l'énergie thermique dissipée par ledit second refroi- disseur est absorbée par le passage de l'état solide à l'état liquide d'un matériau à changement'de phasejchoisi en fonction de la température de régime permanent et disposé entre lesdits premier et second refroidisseurs, de sorte que le bilan éner- gétique total est nul et que l'environnement extérieur n'est pas thermiquement perturbé tant que la durée du sur-refroidis- sement n'excède pas la durée d'absorption dudit matériau à changement de phase. La description suivante en regard du dessin annexé, le tout donné à titre d'exemple,. fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure unique représente une coupe schématique du dispositif de sur-refroidissement de l'invention. Le détecteur 1 est placé à l'intérieur d'un bottier dont la surface latérale 2 est constituée d'un matériau à fai- ble conductibilité thermique et dont le fond 3 est un support en contact avec l'environnement extérieur. La partie du boitier en vis à vis du détecteur est percée d'une ouverture obturée par une fenêtre transparente 4. Le détecteur est par exemple un CCD matriciel. Un premier refroidisseur 5 est mis en contact avec le support 3 alors qu'un second refroidisseur 6 est mis en contact avec le détecteur. Ces deux refroidisseurs fonction- nent par exemple à l'effet Peltier. Une enceinte 7 contenant un matériau à changement de phase (solide * liquide) est intercalé entre les refroidis- seurs 5 et 6. Ce matériau est choisi en fonction de la tempé- rature permanente de fonctionnement: l'eau pour une tempéra- ture de OC, le tétradécane pour une température de 5C. L'en- ceinte contient par exemple 0,5 g d''eau. Le premier refroidisseur 5 assure en régime perma- nent le refroidissement de l'ensemble détecteur 1, refroidis- seur 6 (hors service) et enceinte 7 contenant le matériau à changement de phase. Lorsqu'un sur-refroidissement du détecteur est né- cessaire, le second refroidisseur à effet Peltier 6 est mis en service. L'énergie thermique dissipée par ce refroidisseur est absorbée par le passage de l'état solide à l'état liquide du matériau à changement de phase sans perturbation de l'environ- nement extérieur à condition que la durée du sur-refroidisse- ment n'excède pas la durée de capacité d'absorption du maté- riau. Un tel dispositif peut assurer un sur-refroidisse- ment de 20*C pendant une durée d'environ 20 secondes. Un des avantages de ce dispositif est de pouvoir fonctionner autant de fois qu'on le désire, car après le sur- refroidissement la partie de matière à l'état liquide repasse à l'état solide et le système est prêt à fonctionner une nou- velle fois. Comme applications types on peut citer: - le viseur d'étoiles à matrice CCD intégré au coeur d'une centrale inertielle à coeur isolé. Pour cette application, la visée se fait en une seule fois et ne dure qu'une dizaine de secondes avec une contrainte qui assure la stabilité des échanges thermiques coeur-vi- seur, raison pour laquelle le dispositif proposé est tout à fait adapté. - Le Viseur d'étoiles à matrice CCD intégré sur satellite ne faisant des mesures de recalage stellaire que quelques fois par orbite. Le surrefroidisseur ne serait mis en action que si, au fil des années, le courant d'obscurité augmentait trop. REVENDICATIONS 1. Dispositif de sur-refroidissement temporaire d'un détecteur refroidi en régime permanent dans une enceinte au moyen d'un premier refroidisseur, caractérisé en ce qu'un se- cond refroidisseur est mis temporairement en action pour pro- duire le sur-refroidissement requis sans entrainer d'échange thermique avec l'extérieur, ce résultat étant acquis par le fait que l'énergie thermique dissipée par ledit second refroi- disseur est absorbée par le passage de l'état solide à l'état liquide d'un matériau A changement de phase.choisi en fonction de la température de régime permanent et disposé entre lesdits premier et second refroidisseurs, de sorte que le bilan éner- gétique total est nul et que l'environnement extérieur n'est pas thermiquement perturbé tant que la durée du sur-refroidis- sement n'excède pas la durée d'absorption dudit matériau & changement de phase. 2. Dispositif de sur-refroidissement selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que lesdits refroidisseurs sont à effet Peltier. 3. Dispositif de sur-refroidissement selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que ledit matériau à changement de phase est de l'eau si la température de régime permanent est de O'C et du tétradécane si la température de régime permanent est de 5'C.