FR2523699A1 - Appareil miniature de refroidissement cryogenique, notamment pour capteurs infrarouges - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN APPAREIL MINIATURE DE REFROIDISSEMENT CRYOGENIQUE CREANT TRES PEU DE VIBRATIONS. ELLE SE RAPPORTE A UN APPAREIL QUI COMPREND DEUX VOLUMES DE TRAVAIL 28 ET 30 ET DEUX LITS DE RECUPERATION DE CHALEUR 22 ET 34. LE PREMIER LIT EST FORME DANS LE PISTON AUXILIAIRE 20. LES DEUX ENTREES 42 ET 44 RECOIVENT DES COURANTS DE FLUIDE DE TRAVAIL QUI SONT DEPHASES DE 180, ET QUI PROVIENNENT DE DEUX COMPRESSEURS SEPARES. DE CETTE MANIERE, LE PISTON AUXILIAIRE NE VIENT PAS COGNER SON BOITIER. APPLICATION AU REFROIDISSEMENT DES DETECTEURS INFRAROUGES.

Description

La présente invention concerne de façon générale

les appareils de refroidissement cryogénique et plus pré-

cisément un appareil miniature de refroidissement cryogé-

nique à double cycle réparti, ayant une partie à compres-

seur séparée de la partie de refroidissement.

Les appareils miniatures de refroidissement cryo-

génique sont bien connus et très utilisés pour le refroi-

dissement des cristaux tels que les détecteurs de rayonne-

ment Le refroidissement aux températures cryogéniques réduit les vibrations du réseau cristallin et améliore le

rapport signal/bruit Une application particulièrement im-

portante de ces appareils miniatures de refroidissement

cryogénique est le refroidissement des détecteurs infra-

rouges utilisés dans les dispositifs de vision nocturne ou de détection de sources de chaleur Ces appareils sont aussi utiles dans des applications médicales dans lesquelles

il est souhaitable que des tissus soient détruits par con-

gélation Bien que les critères auxquels doivent satisfaire

de tels appareils miniatures de refroidissement cryogéni-

que varient avec l'application considérée de l'appareil, des considérations nécessaires à la réalisation sont le rendement de fonctionnement, la durabilité, l'encombrement, le poids, les caractéristiques microphoniques (en général les vibrations dues au moteur du compresseur, les vibra tions dans le fluide de travail ou les chocs matériels des éléments mobiles dans l'appareil), et les caractéristiques

thermophoniques (c'est-à-dire le bruit dû au gradient ther-

mique dans l'appareil) Dans les applications mettant en

oeuvre desdétecteurs infrarouges dans des dispositifs aero-

portés, toutes ces considérations sont importantes.

Les appareils connus de refroidissement cryogÈ-

nique entrent dans plusieurs catégories Dans 1 lune d'elles,

les ensembles de compression et de détente forment un en-

semble intégré mettant en oeuvre un cycle de Stirling Etant donné la proximité des parties de compression et de détente, ces appareils intégraux sont particulièrement sensibles aux effets des caractéristiques microphoniques ou des vibrations

mécaniques Les appareils ont aussi tendance à être relati-

vement lourds et leurs durées de vie sont par exemple seule-

ment de 300 à 500 h Ainsi, les appareils intégraux ne sont pas particulièrement efficaces, surtout lorsqu'ils sont destinés à être utilisés dans des appareils aéroportés. On connaît des dispositifs à cycle réparti de Stirling dans lesquels-la partie de compression est séparée

de la partie de détente (appelée "doigt froid") par des con-

duits transmettant le fluide de travail afin que la partie de compression soit isolée par rapport aux vibrations du compresseur Un problème posé par de tels appareils à

cycle réparti est celui du bruit acoustique dû aux oscil-

lations du piston auxiliaire qui subit constamment des accélérations et des décélérations lorsqu'il oscille dans le doigt froid Ce bruit est particulièrement gênant

dans les appareils à cycle réparti de Stirling dans les-

quels un seul conduit est placé entre un seul compresseur

et la partie de détente.

On a aussi mis au point des appareils à double cycle réparti, afin de résoudre les problèmes de maîtrise

du déplacement du piston auxiliaire afin que les carac-

téristiques microphoniques soient améliorées Dans ces appareils, deux conduits partent de deux compresseurs séparés et rejoignent l'appareil de détente En général, les ondes de pression des deux conduits sont déphasées afin que l'appareil ait un fonctionnement alternatif Ainsi, dans un tel appareil, le piston auxiliaire est déplacé par introduction alternative d'un gaz à pression élevée d'un côté et d'un gaz à plus faible pression de l'autre

afin que le piston auxiliaire ait un déplacement alternatif.

Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 4 092 833 décrit

un tel appareil de refroidissement à double cycle réparti.

L'appareil décrit comporte un compresseur qui a des pistons déphasés de 1800 Cependant, wdans cet appareil, les pistons

ont des sections différentes si bien que les ondes de pres-

sion dans les conduits individuels ont des amplitudes dif-

férentes En outre, rien ne suggère dans ce brevet l'uti-

lisation d'une phase répartie pour la décélération et l'in-

version du sens de déplacement du piston auxiliaire d'une manière qui empêche le contact de celui-ci avec les parois

du boîtier Ce contact avec le boîtier ou choc non seule-

ment augmente les caractéristiques microphoniques mais aussi donne un bruit acoustique audible De plus, ce document ne

décrit ni ne suggère l'utilisation des effets de refroidis-

sement d'un second volume de travail assurant un refroi-

dissement préalable du fluide de travail destiné au volume principal de travail qui se trouve à l'extrémité du doigt

froid Les appareils connus de refroidissement à phase ré-

partie ont en outre de courtes durées de fonctionnement.

Les brevets des Etats-Unis d'Amérique n' 4 090 859,

4 078 389, 3 523 427 et 4 206 609 décrivent d'autres appa-

reils connus de refroidissement.

L'invention concerne donc essentiellement un appa-

reil miniature de refroidissement cryogénique qui a un

rendement élevé, qui est peu encombrant et qui a des ca-

ractéristiques microphoniques et thermophoniques peu im-

portantes.

Elle concerne aussi un appareil mettant en oeuvre un double cycle de Stirling réparti "composite", l'appareil

ayant une durée de fonctionnement relativement longue.

L'invention concerne aussi un appareil de refroi-

dissement cryogénique qui comporte un ensemble de compres-

sion-à deux compresseurs isolés, donnant une phase répar-

tie ayant un déphasage de 180 .

Elle concerne aussi un appareil présentant tous les avantages précédents et réalisé avec des matériaux

classiques, d'une manière relativement simple et commode.

L'appareil miniature de refroidissement cryogéni-

que selon l'invention comporte deux compresseurs et deux sor-

ties Un premier et un second conduit contenant un fluide de travail sont reliés aux sorties des compresseurs Les compresseurs mettent le fluide de travail sous pression avec

un certain déphasage, c'est-à-dire avec une phase répartie.

Ces conduits sont reliés à un ensemble cryogénique formant un doigt froid, comprenant un boîtier allongé qui a une extrémité refroidie cryogéniquement et une butée interne

divisant le boîtier en un premier et un second comparti-

ment interne Le premier compartiment est disposé entre l'extrémité refroidie et la butée Un piston auxiliaire peut coulisser dans le premier compartiment, afin qu'il ait un mouvement alternatif longitudinal, et il crée un

premier volume de travail ou volume primaire entre l'ex-

trémité refroidie et le piston auxiliaire ainsi qu'un se-

cond volume de travail ou volume secondaire entre le pis-

ton auxiliaire et la butée.

Un premier lit de récupération est placé dans le piston auxiliaire et le boîtier à une première entrée

destinée à assurer la communication entre le premier con-

duit et le premier compartiment interne Le piston auxi-

liaire a un premier et un second orifice de manière qu'il assure la communication, par l'intermédiaire du premier lit

de récupération, entre la première entrée et le premier vo-

lume de travail En outre, un second lit de récupération est placé dans le second compartiment interne à l'intérieur du boîtier Ce dernier a aussi une seconde entrée qui assure la communication entre le second conduit et le second volume

de travail par l'intermédiaire du second lit de récupéra-

tion Un dispositif assure un amortissement transitoire des surpressions dans le premier et le second volume de travail lorsque le piston auxiliaire se déplace alternativement du

fait de son mode de fonctionnement alternatif dû à l'écou-

lement déphasé du fluide de travail provenant des compres-

seurs, si bien que le refroidissement est réalisé dans le

premier et le second volume de travail et les chocs du pis-

ton auxiliaire sont supprimés.

Le piston auxiliaire est guidé afin qu'il se déplace longitudinalement en translation dans le boîtier, par des joints glissants Dans un mode de réalisation avantageux, le premier conduit est enroulé autour de l'extérieur du boîtier près du second volume de travail, afin que le fluide de travail subisse un refroidissement préalable lorsqu'il est transporté dans le premier conduit Dans ce mode de réalisation, la butée comprend une joue disposée

transversalement à l'intérieur du bottier et ayant un ori-

fice permettant la communication entre le premier et le se-

cond compartiment interne Une plaque est destinée à fixer le second lit de récupération à un emplacement fixe dans le second compartiment interne et un échangeur de chaleur est placé entre cette plaque et cette butée Un échangeur de chaleur avantageux comporte plusieurs disques annulaires

distants longitudinalement.

L'amortissement pneumatique est amélioré par dis-

position d'un bouchon de déphasage à l'extrémité inférieure

du piston auxiliaire, près de la joue, ce bouchon étant pla-

cé de manière qu'il ferme l'orifice de la butée lorsque le piston auxiliaire est très proche de la joue Ce bouchon peut être un tampon d'une matière élastique ou un ressort placé dans un organe de revêtement, ayant une position et une structure telles qu'il recouvre le trou formé dans la butée Lorsque l'orifice de la joue est fermé, le déphasage des pressions dans le volume de travail est déplacé si bien

qu'un effet d'amortissement assure la décélération du pis-

ton auxiliaire d'une manière réglée.

Dans un autre mode de réalisation, la butée com-

porte un organe plein placé pratiquement sur la longueur

du second compartiment interne, et le second lit de récu-

pération est placé entre l'organe plein et le boîtier Un échangeur de chaleur, qui comprend des disques distants longitudinalement entourant le second volume de travail, est destiné à maintenir le second lit de récupération en position fixe dans le second compartiment interne Dans ce mode de réalisation, un blindage de protection contre le rayonnement thermique est destiné à entourer le boîtier à distance de celui-ci, de l'extrémité refroidie du boîtier vers le second volume de travail Ce blindage réduit la

charge thermique appliquée au premier volume de travail.

Le fond du piston auxiliaire joue le rôle du dispositif de déphasage Lorsque le piston auxiliaire descend, il ferme

progressivement les passages de circulation de fluide for-

més entre les disques de l'échangeur de chaleur dans le

second volume de travail.

D'autres caractéristiques et avantages de l'in-

vention ressortiront mieux de la description qui va suivre,

faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une coupe verticale d'un ensemble à doigt froid selon l'invention, permettant la mise en oeuvre d'un double cycle réparti "composite" de Stirling;

la figure 2 est une coupe d'un autre mode de ré-

alisation d'un doigt froid analogue; la figure 3 est une vue en plan, en coupe partielle par un plan horizontal, d'un compresseur qui peut être utilisé avec les doigts froids des figures 1 et 2; la figure 4 est une élévation latérale, en coupe partielle du compresseur de la figure 3

la figure 5 est un diagramme représentant la va-

riation de la pression en fonction du temps, dans le cas des ondes de pression produites par le compresseur la figure 6 est une élévation latérale en coupe

verticale partielle d'un piston auxiliaire placé dans l'ap-

pareil la figure 7 est une élévation latérale en coupe verticale partielle du piston auxiliaire de la figure 6; et la figure 8 est une élévation latérale en coupe verticale partielle d'une variante de bouchon de déphasage

associé au piston auxiliaire.

Sur les diverses figures, les références identiques

désignent des éléments anlogues.

La figure 1 représente un ensemble 10 à doigt froid comprenant un boîtier 12 formé d'un matériau de

faible conductibilité thermique tel que l'acier inxoyda-

ble Une butée 14 est placée dans le boîtier 12 et divise l'intérieur de celui-ci en deux compartiments internes 16

et 18 Le compartiment 16 a une section cylidnrique sensi-

blement circulaire Un piston auxiliaire 20 est destiné à

se déplacer longitudinalement en translation dans le com-

partiment 16 Le piston auxiliaire 20 est formé d'un matériau

tel que le "Nylon".

Le piston auxiliaire 20 est creux et contient un premier lit d'un matériau 22 de récupération qui est par exemple formé de grille de cuivre ou de sphères de cuivre. Le piston auxiliaire 20 a aussi des orifices 24 d'entrée

qui apparaissent plus clairement sur les figures 6 et 7.

Des orifices 26 de sortie sont aussi formés à l'extrémité supérieure du piston auxiliaire 20 Celui-ci a une longueur inférieure à celle du compartiment interne 16 si bien que le piston auxiliaire 20 crée, dans le compartiment interne 16, un premier volume de travail 28 (ou volume primaire) et un second volume de travail 30 (ou volume secondaire), grâce au fluide de travail, de la manière décrite dans la

suite Ainsi, le volume 28 de travail assure un refroidisse-

ment aux températures cryogéniques de l'extrémité froide 32 du boîtier 12 Cette extrémité froide 32 peut être formée d'un matériau ayant une conductibilité thermique

très élevée, par exemple de cuivre, afin que la transmis-

sion de chaleur d'une charge thermique (par exemple d'un détecteur infrarouge placé au contact de l'extrémité froide

32 soit très efficace.

Un second lit d'un matériau de récupération 34 est placé dans le compartiment interne 18 et est maintenu en place par une plaque 36 Celleci est de préférence formée d'un matériau ayant une conductibilité thermique élevé tel que le cuivre Une série de disques 38 espacés longitudinalement est placée entre la plaque 36 et la butée 14, les disques étant formés d'un matériau de conductibilité

thermique élevée afin qu'ils forment un échangeur de cha-

leur efficace.

Un premier conduit 40 entoure le boîtier 12 près

du second volume de travail 30 et communique avec le com-

partiment interne 16 à son extrémité 42 Un second con-

duit 44 communique avec le compartiment interne 18.

Comme l'indiquent les figures 1, 2, 3 et 4, un ensemble 50 de compression comporte un boîtier résistant 52 ayant une cavité cylindrique de section circulaire 54 Un

ensemble 56 à pistons comporte des pistons 58 et 60, dis-

tants longitudinalement et isolés l'un par rapport à l'autre, ces pistons étant rigidement raccordés l'un à l'autre par un organe 62 Cet organe de liaison 62 a une fente 64 qui coopère avec un axe 66 Celui-ci est monté excentriquement sur un disque 68 entraîné par un moteur Lorsque le disque 68 tourne, l'axe 66 suit le trajet

circulaire indiqué par le cercle 72 en traits interrompus.

Ainsi, lorsque l'axe 66 décrit le trajet circulaire 72, l'ensemble 66 se déplace en translation longitudinalement dans la cavité 54 Comme peuvent le noter les hommes du métier, lorsqu'un fluide de travail tel que l'hélium est

introduit-dans la cavité 54, sa pression augmente et dimi-

nue en alternance lorsque l'ensemble 56 se déplace en translation En outre, comme l'indique la figure 5, les variations de pression dans les conduits 40 et 44 sont

déphasées de 1800 puisque les pistons 58 et 60 sont ri-

gidement liés l'un à l'autre Ainsi, lorsque l'ensemble 56 est dans la position indiquée sur la figure 3, la pression dans le conduit 40 est relativement élevée et la pression dans le conduit 44 relativement faible Cette relation

s'inverse lorsque l'ensemble 56 se déplace vers la droite.

L'ensemble 50 de compression décrit précédemment

est particulièrement bien adapté à un appareil de refroi-

dissement cryogénique Comme les pistons 58 et 60 ont le même diamètre et la même masse, ils sont équilibrés par rapport au point d'entraînement si bien que les vibrations mécaniques sont minimales En outre, cette réalisation à entraînement par une fente, présentant un faible bras de

couple, et le déplacement linéaire de l'ensemble 56, pro-

voquent une faible usure des joints, donc une longue durée de fonctionnement De plus, on n'a pas encore noté qu'il était souhaitable ou possible d'utiliser un compresseur à déphasage de 1800 dans lequel les pistons ont la même dimension Cette caractéristique est due au fait qu'on n'a pas encore considéré l'arrangement de déphasage qui assure un amortissement pneumatique assurant la décélération réglable du piston auxiliaire et la réduction des chocs de celui-ci Cette disposition permet la réalisation d'un

compresseur très peu encombrant et de fabrication simple.

On décrit maintenant le fonctionnement de l'en- semble 50 à compresseur, en coopération avec le doigt froid Comme indiqué précédemment, lorsque l'ensemble 56 des pistons se déplace en translation, des ondes de pression sont créées dans les conduits 40 et 44 avec un déphasage de 1800 Le fluide de travail du conduit 40, par exemple de l'hélium, circule autour de l'extérieur du boîtier 10 et

pénètre dans le premier compartiment interne 16 à l'ex-

trémité 42 du conduit 40 Grâce à la disposition des joints glissants 80 et 82 qui guident le déplacement du piston auxiliaire 20, le fluide de travail qui pénètre dans le compartiment 16 passe à l'intérieur du piston auxiliaire 20

par les orifices 24 et s'écoule dans le lit 22 de récupé-

ration et finalement par les orifices 26 et à l'intérieur du premier volume 28 de travail De même, le fluide de travail du conduit 44 pénètre dans le second compartiment interne 18, passe dans le second lit de récupération 34, au niveau de la plaque 36 et le long des disques 38 d'échange de chaleur puis dans le compartiment interne 16, par un orifice 84 formé dans la butée 14 afin que le volume 30 de travail soit délimité Etant donné la présence des joints 80 et 82, les volumes de travail 28 et 30, avec leur fluide de travail, restent séparés et isolés l'un par

rapport à l'autre.

Lorsque l'ensemble 50 de compression fonctionne, la pression dans le volume 28 de travail est relativement

élevée lorsque la pression dans le volume 30 est relati-

vement faible, et inversement, de manière cyclique Etant donné cette différence cyclique de pressions, le piston auxiliaire 20 se déplace en translation alternativement dans le premier compartiment 16 Comme le savent les spécialistes de la thermodynamique, lorsque le piston alternatif 20 se déplace d'une manière cyclique, les températures dans les deux volumes 28 et 30 diminuent Ainsi, l'énergie dépensée provoque un refroidissement, de la même manière que dans le

cycle thermodynamique bien connu de Stirling.

Le refroidissement dans les deux volumes 28 et 30 de travail est avantageux pour deux raisons D'abord, comme le conduit 40 entoure le boîtier 12 près du volume 30 de travail, le refroidissement dans ce volume provoque le refroidissement du fluide de travail dans le conduit 40

avant qu'il ne pénètre dans le compartiment interne 16.

Ainsi, lorsque le fluide atteint le volume 28, il est à l'état préalablement refroidi si bien que les possibilités

globales de refroidissement du doigt froid 10 sont accrues.

Ensuite, le gradient thermique le long du piston auxiliaire est réduit Une telle réduction du gradient thermique

améliore les caractéristiques thermophoniques.

Une caractéristique importante de l'invention est que la structure du doigt froid, en combinaison avec les ondes de pression déphasées appliquées aux entrées, assurent un amortissement pneumatique du piston auxiliaire si bien que le contact physique entre celui-ci et l'extrémité froide 32 d'une part et la butée 14 d'autre part est éliminé ou réduit Un facteur important pour cet amortissement est constitué par les impédances opposées à la circulation du fluide dans les lits 22 et 34 de récupération Ainsi, étant donné la nature des trajets de circulation du gaz, lorsque le piston auxiliaire se rapproche rapidement des extrémités 32 par exemple, la pression augmente dans le volume 28 et le piston auxiliaire est ralenti et amorti avant contact avec l'extrémité 32 Cet effet est accru par la disposition latérale des orifices 26, contrairement

à l'emplacement en bout indiqué dans la technique antérieure.

L'emplacement latéral augmente aussi les caractéristiques

de transmission de chaleur à l'extrémité froide 32.

Le mode de réalisation important représenté sur

les figures 6 et 7 augmente cet effet d'amortissement pneu-

matique Un bouchon 90 de déphasage, formé d'un matériau

élastique, est placé à la face inférieure du piston auxi-

1 l liaire 20 Lorsque ce dernier descend, le bouchon 90 ferme

l'orifice 84 et ferme ainsi le volume 30 de travail, aug-

mentant ainsi l'élévation de pression transitoire si bien que le piston auxiliaire 20 décélère Lorsque l'orifice 84 est fermé, le déphasage des pressions dans les deux vo- lumes de travail est donc décalé par rapport au déphasage de 1800 pratiquement La figure 8 représente un autre mode de réalisation destiné à donner un amortissement pneumatique plus important Dans ce cas, un ressort 92 est fixé à la face inférieure du piston auxiliaire 20 et est recouvert par un capuchon métallique 94 Comme le mode de réalisation des figures 6 et 7, lorsque le capuchon 94 atteint la butée 14, l'orifice 84 est fermé si bien que l'augmentation de la

pression est accrue Le ressort 92 ramène le capuchon pra-

tiquement dans la même position à chaque cycle.

La figure 2 représente un autre mode de réalisa-

tion d'ensemble 100 à doigt froid destiné à être utilisé avec l'ensemble 50 à compression de la figure 3 Dans ce mode de réalisation, un boîtier a des tronçons 102 et 103 et il est séparé en des compartiments internes 104 et 106 par une butée pleine 108 Le piston auxiliaire 110

est destiné à se déplacer en translation dans le com-

partiment interne 104 Comme dans le mode de réalisation de la figure 1, le piston auxiliaire 110 est creux et il est rempli d'un lit d'un matériau de récupération tel que des petites sphères de cuivre De même, la région annulaire comprise entre la partie'103 du bottier et la butée pleine

108 est aussi remplie d'un lit d'un matériau de récupération.

En outre, un blindage 111 de protection contre la chaleur est incorporé dans ce mode de réalisation et il entoure la partie 102 du boîtier, de l'extrémité froide 112 à une

entrée 114 de fluide Ce blindage 111 est formé d'un ma-

tériau très conducteur de la chaleur tel que le cuivre, et il est destiné à évacuer le rayonnement, à distance

de l'extrémité refroidie 112 Comme dans le mode de ré-

alisation de la figure 1, deux volumes de travail 116 et 118 sont formés dans le boîtier 102 En outre, comme dans le cas du mode de réalisation de la figure 1, des disques circulaires 120 distants longitudinalement sont destinés à accroître la transmission de chaleur Une seconde entrée 122 communique avec les compartiments internes 106 Des entrées 114 et 122 sont reliées à un compresseur tel que l'ensemble 50 représenté sur la figure 3 Il faut noter que le piston auxiliaire 110 se déplace en translation dans le compartiment interne 104 sous l'action des ondes de pression qui proviennent de l'ensemble 50 de compression

et qui assurent un mode alternatif Cette oscillation provo-

que un refroidissement à la fois dans le volume primaire 116

de travail et dans le volume secondaire 118 de travail.

Des masses 130 et 132 conductrices de la chaleur sont placées près du volume de travail 118 et peuvent échanger de la chaleur avec les disques 120 Un matériau qui convient est le cuivre Lorsque le volume 118 de travail se refroidit,

l'effet de refroidissement se transmet, par la matière con-

ductrice 130 et 132, si bien que le fluide de travail pé-

nétrant dans le compartiment interne 104 par l'entrée 114

subit un refroidissement préalable Comme décrit précédem-

ment, cet arrangement non seulement assure un refroidissement

préalable du fluide de travail, mais réduit aussi sensible-

ment le gradient thermique sur la longueur du piston auxi-

liaire 110 si bien que les caractéristiques thermophoniques indésirables sont efficacement réduites Ainsi, grâce aux matières conductrices de la chaleur 130 et 132, il n'est pas

nécessaire que l'entrée 114 soit enroulée autour de l'ex-

térieur de l'ensemble 100.

Une caractéristique importante du mode de réali-

sation de la figure 2 est que, lorsque le piston auxiliaire

descend, il vient successivement au niveau des disques 120.

Etant donné les tolérances serrées existant entre les di-

mensions de ces disques et du piston auxiliaire 110, le trajet

de circulation de fluide est réduit progressivement au ni-

veau de chacun des disques Lorsque le piston auxiliaire atteint le disque inférieur, la circulation est totalement interrompue Cette réduction progressive de débit permet une décélération réglée du piston auxiliaire par amortissement pneumatique Ainsi, les chocs sont efficacement supprimés

par ce dispositif de déphasage.

Ainsi, l'invention concerne un appareil miniature de refroidissement cryogénique qui a des caractéristiques très

avantageuses aux points de vue microphonique et thermophoni-

que Ces caractéristiques sont obtenues parce que le doigt

froid assure un amortissement pneumatique empêchant le con-

tact entre le piston auxiliaire alternatif et son enceinte.

En outre, un refroidissement préalable du fluide de travail,

dans un second volume de travail, réduit les gradients ther-

miques qui améliorent notablement le problème des caractéris-

tiques thermophoniques Les deux compresseurs de l'ensemble de

compression qui entraînent le piston auxiliaire sont de cons-

truction simple, car les deux pistons se déplacent suivant un même axe L'ensemble de compression est ainsi de fabrication bien plus simple que les compresseurs connus qui ont des pistons orientés dans des directions qui font des angles autres que 1800 les unes avec les autres, ou qui ont des

pistons de dimensions différentes En outre, comme l'en-

semble de compresion a des pistons de même dimension, il est

automatiquement équilibré.

Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments

constitutifs sans pour autant sortir de son cadre.

Claims (11)

REVENDICATIONS

1 Appareil miniature de refroidissement cryogénique, comprenant deux compresseurs à deux sorties, un premier et un second conduit transmettant un fluide de travail, chaque conduit étant relié à l'une des sorties, le fluide de tra-

vail étant mis sous pression avec un déphasage par les com-

presseurs, ledit appareil étant caractérisé en ce qu'il com-

prend un ensemble à doigt froid qui comporte

un boîtier allongé ( 12) ayant une extrémité re-

froidie cryogéniquement et une butée interne ( 14) divisant le bottier en un premier et un second compartiment interne

( 16, 18), le premier compartiment étant disposé entre l'ex-

trémité refroidie et la butée, un piston auxiliaire ( 20) disposé de manière qu'il coulisse dans le premier compartiment ( 16) avec un mouvement alternatf longitudinal, et qu'il forme un premier volume de travail entre l'extrémité refroidie et le piston auxiliaire et un second volume de travail entre le piston auxiliaire et la butée, un premier lit de récupération ( 22) placé dans le piston auxiliaire ( 20), une première entrée ( 40) placée dans le boîtier et destinée à assurer la communication entre le premier conduit et le premier compartiment interne, un premier et un second orifice ( 24, 26) formés dans le piston auxiliaire et assurant la communication, par l'intermédiaire du premier lit de récupération, entre la première entrée et le premier volume de travail, un second lit de récupération ( 34) placé dans le second compartiment interne ( 18), une seconde entrée ( 44) formée dans le boîtier et

assurant la communication entre le second conduit et le se-

cond volume de travail par l'intermédiaire du second lit de récupération, et

un dispositif destiné à créer des surpressions tem-

poraires d'amortissement dans le premier et le second volume

de travail lorsque le piston auxiliaire se déplace alter-

nativement vers l'extrémité refroidie et vers la butée ( 14) avec une influence alternative du courant déphasé du fluide de travail provenant des compresseurs, si bien qu'un refroidissement est assuré dans le premier et dans le second volume de travail. 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des joints glissants ( 80, 82) placés entre le boîtier ( 12) et le piston auxiliaire ( 20) et

destinés à guider ce dernier afin qu'il se déplace longi-

tudinalement en translation dans, le premier compartiment interne. 3 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en

ce que le premier conduit ( 40) est enroulé autour de l'ex-

térieur du boîtier ( 12) près du second volume de travail afin qu'il assure un refroidissement préalable du fluide de

travail transporté dans le premier conduit.

4 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la butée ( 14) comporte une joue placée transversalement

à l'intérieur du boîtier et ayant un orifice assurant la com-

munication entre le premier et le second compartiment interne

( 16, 18).

Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une plaque ( 36) destinée à fixer

le second lit de récupération en position fixe dans le se-

cond compartiment interne ( 18) et un échangeur de chaleur

( 38) placé entre la plaque et la butée.

6 Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur comporte plusieurs disques

annulaires ( 38) distants longitudinalement.

7 Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que les joints glissants comprennent un jeu d'organes élastiques d'étanchéité ( 80, 82) placés de part et d'autre du premier orifice formé dans le piston auxiliaire afin que

toute circulation de fluide au-delà des dispositifs d'étan-

chéité soit pratiquement empêchée.

8 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la butée ( 108) est formée d'un organe plein placé pratiquement sur toute la longueur du second compartiment interne, et le second lit de récupération est placé entre

cet organe plein et le boîtier.

9 Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend un échangeur de chaleur ( 120) destiné à maintenir le second lit de récupération en position fixe

par rapport au second compartiment interne.

Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur comporte des disques ( 120) distants longitudinalement et entourant le second volume

de travail.

11 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un blindage ( 111) de protection contre les rayonnements, entourant le bottier ( 102) à distance

de celui-ci et placé de l'extrémité refroidie vers le se-

cond volume de travail.

12 Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un bouchon ( 90) de déphasage placé à l'extrémité inférieure du piston auxiliaire près de

la joue et destiné à fermer l'orifice lorsque le piston au-

xiliaire est placé près de la joue.

13 Appareil selon la revendication 12, caractérisé en ce que le bouchon comprend un patin ( 90) d'une matière élastique. 14 Appareil selon la revendication 12, caractérisé en ce que le bouchon comprend un ressort ( 92) placé dans

un capuchon ( 94).

i 5 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les compresseurs sont destinés à donner un déphasage

de 180 dans les conduits.

16 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les compresseurs comprennent une cavité cylindrique ( 54) formée dans un bottier ( 52) et deux pistons ( 58, 60) raccordés rigidement et espacés, destinés-à se déplacer

alternativement dans la cavité afin qu'ils donnent un dé-

phasage de 180 au fluide de travail.

17 Appareil selon la revendication 10, caractérisé

en ce que les disques espacés longitudinalement ( 120) coo-

pèrent avec le piston auxiliaire ( 110) à la réduction du

débit du fluide de travail progressivement lorsque le pis-

ton auxiliaire vient au niveau des disques successivement en se rapprochant de l'extrémité de son parcours.