FR2878945A1 - Dispositif de refroidissement - Google Patents

Abstract

Dispositif de refroidissement (10) pour le refroidissement d'un détecteur (52) avec un échangeur de chaleur intérieur à contre-courant (12) et un échangeur de chaleur extérieur à contre-courant (14) pour un premier et un deuxième gaz dans un boîtier (16) thermiquement isolant, l'échangeur de chaleur intérieur (12) étant disposé à l'intérieur d'une partie de la longueur de l'échangeur de chaleur extérieur (14) et l'échangeur de chaleur intérieur (12) étant séparé dans l'espace de l'échangeur de chaleur extérieur (14) par une gaine extérieure (18). La gaine (18) comporte une plaque de séparation (32) entre une buse à expansion (28) à l'extrémité de l'échangeur de chaleur intérieur (12) pour le premier gaz et la partie restante de l'échangeur de chaleur extérieur (14). La partie restante de l'échangeur de chaleur extérieur (14), qui dépasse de l'échangeur de chaleur intérieur (12), est disposée dans la gaine extérieure (18). La gaine extérieure (18) est fermée par une plaque (46), au-dessous d'une buse à expansion (44), à l'extrémité de l'échangeur de chaleur extérieur (14), pour le deuxième gaz. La gaine extérieure (18) comporte un nombre d'ajours, dans la zone dans laquelle elle est entourée par l'échangeur de chaleur extérieur (14).

Description

L'invention concerne un dispositif de refroidissement pour refroidir un

détecteur contenant un échangeur de chaleur intérieur à contre-courant et un échangeur de chaleur extérieur à contre-courant pour un premier et un deuxième gaz dans un boîtier thermiquement

isolant, l'échangeur de chaleur intérieur à contre-courant étant disposé à l'intérieur d'une partie de la longueur de l'échangeur de chaleur extérieur à contre-courant et l'échangeur de chaleur intérieur à contre-courant étant séparé dans l'espace de l'échangeur de chaleur extérieur à contre-courant par une gaine extérieure.

Les détecteurs, tels que par exemple les détecteurs à semi- conducteurs, n'atteignent leur sensibilité optimale au rayonnement qu'à des températures qui se situent bien au-dessous de la température ambiante. Un refroidissement des détecteurs est donc nécessaire.

Par le document EP 0 432 538 B1, on connaît un dispositif de refroidissement pour refroidir un objet qui est construit à partir de deux refroidisseurs montés l'un derrière l'autre pour deux gaz différents. Le premier refroidisseur pour un premier gaz est un échangeur de chaleur à contre-courant qui comporte une buse à expansion laquelle se situe audessous de l'aller du deuxième refroidisseur pour le deuxième gaz.

Le premier gaz est détendu dans cette buse à expansion et est ainsi refroidi. Le premier gaz du premier refroidisseur refroidit à contre-courant aussi bien l'aller du deuxième refroidisseur pour le deuxième gaz que son propre aller. Les deux refroidisseurs sont disposés dans un boîtier isolant thermiquement. La buse à expansion du deuxième refroidisseur se trouve à l'extérieur de ce boîtier. Le gaz refroidi qui sort à cet endroit sert à refroidir des objets se trouvant à proximité.

Par le document DE 1 501 715 on connaît un dispositif de fluidification de gaz qui peut être utilisé par exemple pour refroidir des cellules photo-électriques. Le dispositif comprend deux échangeurs de chaleur à contre-courant dans un vase Dewar. Un échangeur de chaleur à contre-courant est disposé ici à l'intérieur de l'autre échangeur de chaleur à contre-courant. Les deux échangeurs de chaleur à contre-courant sont séparés l'un de l'autre par une gaine extérieure. A l'échangeur de chaleur intérieur à contre-courant, fermé avec une buse à expansion, fait suite une chambre frigorifique dans laquelle le gaz refroidi de l'échangeur de chaleur intérieur à contre-courant s'accumule et refroidit son propre aller à contre-courant. L'échangeur de chaleur extérieur à contre-courant, qui est disposé autour de la gaine extérieure dans laquelle se trouve l'échangeur de chaleur intérieur à contre-courant et la chambre frigorifique, se termine dans une buse à expansion, à proximité de laquelle se trouve l'objet à refroidir. Le gaz sortant par la buse à expansion de l'échangeur de chaleur extérieur à contre-courant refroidit à contre-courant, aussi bien l'objet se trouvant à proximité de la buse à expansion que son propre aller.

De manière désavantageuse pour des applications déterminées, telles que par exemple le refroidissement rapide de détecteurs à grande surface, le pouvoir de refroidissement des dispositifs de refroidissement décrits n'est pas suffisant.

La présente invention a donc pour but de réaliser un dispositif de 20 refroidissement pour un détecteur qui présente un pouvoir de refroidissement plus grand par rapport à l'état de la technique.

Pour un dispositif de refroidissement destiné à refroidir un détecteur contenant un échangeur de chaleur intérieur à contre-courant et un échangeur de chaleur extérieur à contre-courant pour un premier et un deuxième gaz dans un boîtier thermiquement isolant, l'échangeur de chaleur intérieur à contre-courant étant disposé à l'intérieur d'une partie de la longueur de l'échangeur de chaleur extérieur à contre- courant, et l'échangeur de chaleur intérieur à contre-courant étant séparé dans l'espace de l'échangeur de chaleur extérieur à contre-courant par une gaine extérieure, ce but est atteint suivant l'invention en ce que: a) la gaine extérieure comporte une plaque de séparation entre une buse à expansion se trouvant à l'extrémité de l'échangeur de chaleur intérieur à contre-courant pour le premier gaz et la partie restante de l'échangeur de chaleur extérieur à contre-courant, b) la partie restante de l'échangeur de chaleur extérieur à contre-courant, qui dépasse de l'échangeur de chaleur intérieur à contre-courant, est disposée à l'intérieur de la gaine extérieure, c) la gaine extérieure est fermée par une plaque d'extrémité, au-dessous d'une buse à expansion, se trouvant à l'extrémité de l'échangeur de chaleur extérieur à contre-courant, pour le deuxième gaz, d) la gaine extérieure comporte un nombre d'ajours, dans la zone dans laquelle elle est entourée par l'échangeur de chaleur extérieur à contre-courant.

L'invention part de la considération selon laquelle un échangeur de chaleur extérieur à contre-courant pour un deuxième gaz subit, de la part d'un échangeur de chaleur intérieur à contre-courant, qui est séparé dans l'espace de l'échangeur extérieur par une gaine extérieure, une charge thermique au moment auquel le deuxième gaz est refroidi au-dessous d'une température du premier gaz de l'échangeur de chaleur intérieur à contre-courant. Ceci a pour effet de réduire le pouvoir de refroidissement maximal final à obtenir.

L'invention part en outre de la considération selon laquelle à partir de ce moment la charge thermique agit d'autant plus fortement que la zone dans laquelle l'échangeur de chaleur intérieur à contre- courant et une éventuelle chambre frigorifique se trouvant derrière, et l'échangeur de chaleur extérieur à contre-courant s'étendent ensemble le long de la gaine extérieure et se trouvent en échange thermique par celle- ci. On peut obtenir une amélioration du pouvoir de refroidissement si les deux échangeurs de chaleur à contre-courant ne s'étendent ensemble que le long d'une certaine partie de la longueur de la gaine extérieure, et la partie de l'échangeur de chaleur extérieur à contre-courant, qui dépasse de l'échangeur de chaleur intérieur à contre-courant, est disposée à l'intérieur de la gaine extérieure. On peut obtenir encore une amélioration du pouvoir de refroidissement en prévoyant dans la gaine extérieure une plaque de séparation qui sépare dans l'espace le reste de la partie de l'échangeur de chaleur extérieur à contre-courant de l'échangeur de chaleur intérieur à contre-courant. Grâce aux deux moyens indiqués précédemment, on obtient un certain io découplage thermique entre l'échangeur de chaleur intérieur à contre-courant et la partie restante de l'échangeur de chaleur extérieur à contre-courant, ce qui fait que l'échangeur de chaleur intérieur à contre-courant ne représente aucune charge thermique, ou seulement une charge thermique faible, pour l'échangeur de chaleur extérieur à contre-courant, si son gaz est déjà refroidi au-dessous d'une température du premier gaz de l'échangeur de chaleur intérieur à contre-courant.

Par ailleurs, l'invention part de la considération selon laquelle on obtient un grand pouvoir de refroidissement relativement rapidement avec le dispositif de refroidissement, si l'échangeur de chaleur extérieur à contre-courant est refroidi à contre-courant non seulement par son propre gaz, mais si un autre gaz contribue encore au refroidissement.

Du fait que la gaine extérieure présente un nombre d'ajours dans la zone dans laquelle elle est entourée par l'échangeur de chaleur extérieur à contre-courant, l'échangeur de chaleur extérieur à contre- courant est refroidi aussi non seulement par son propre gaz à contre- courant, mais aussi en partie par le gaz par l'échangeur de chaleur intérieur à contrecourant. Le gaz de l'échangeur de chaleur intérieur à contre-courant refroidit ainsi son propre aller et, du fait qu'il ressort par les ajours dans la zone dans laquelle se trouve l'échangeur de chaleur extérieur à contre-courant, il refroidit cette partie de l'aller de l'échangeur de chaleur extérieur à contre-courant.

De plus l'invention part de la considération selon laquelle les objets à refroidir, tels que par exemple des détecteurs, peuvent être endommagés ou leur capacité de fonctionnement réduite - par exemple si la surface de l'objet est exposée à l'humidité -, lorsqu'ils viennent en contact direct avec un gaz refroidi ou liquéfié. Du fait que la gaine extérieure est fermée par une plaque d'extrémité, au-dessous d'une buse à expansion se trouvant à l'extrémité de l'échangeur de chaleur extérieur à contre-courant, pour le deuxième gaz, on réalise un dispositif de refroidissement fermé, constitué de deux échangeurs de chaleur à contrecourant, qui d'une part ne doit plus compenser des charges thermiques extérieures et ne réalise pas d'autre part un contact direct entre le gaz et l'objet à refroidir.

Grâce à l'invention il est réalisé un dispositif de refroidissement qui, par comparaison avec l'état de la technique, atteint un refroidissement plus rapide d'un détecteur avec une capacité thermique comparable, ou obtient un temps de refroidissement comparable pour des détecteurs plus grands avec une plus grande capacité thermique.

Ces dispositifs de refroidissement conviennent en particulier à leur utilisation dans des missiles. Suivant le domaine d'application, les missiles ou leurs unités de détection de cible doivent être entièrement opérationnelles extrêmement rapidement, c'est-à-dire refroidies rapidement. D'autre part, il est important que le missile détecte un champ visuel aussi grand que possible pour la détection et la reconnaissance de cible. La dimension du champ visuel pouvant être détectée est directement proportionnelle à la surface du détecteur utilisé dans le missile. Plus la surface du détecteur, qui peut être utilisé en fonction du pouvoir de refroidissement est grande, plus le champ visuel qui peut être détecté est grand. Le développement moderne des unités de détection de cible tend aujourd'hui vers des détecteurs à matrice de plus en plus grands et donc vers des masses plus grandes avec des capacités thermiques correspondantes qu'un dispositif de refroidissement doit refroidir.

Du fait que l'échangeur de chaleur intérieur à contre-courant est disposé à l'intérieur de l'échangeur de chaleur extérieur à contre- courant, on obtient une construction extrêmement compacte. Cette construction très "élancée" du dispositif de refroidissement le rend précisément propre à une utilisation dans des missiles, car dans ce cas un dispositif de refroidissement doit être logé dans la zone de la tête to chercheuse du missile, là où l'on on ne dispose que de très peu de place.

Dans des applications militaires déterminées, il est nécessaire de refroidir non seulement un détecteur à une température inférieure à 100 K, mais également d'atteindre particulièrement rapidement cette température. Ce refroidissement extrêmement rapide, qui ne doit atteindre des temps de refroidissement que de une à deux secondes pour une température inférieure à 100 K, pose de grandes exigences à un dispositif de refroidissement.

Outre la construction d'un dispositif de refroidissement, le pouvoir de refroidissement d'un dispositif de refroidissement est influencé directement aussi par les deux gaz utilisés pour le refroidissement. Pour le deuxième gaz, on choisit judicieusement un gaz qui, en ce qui concerne son pouvoir de refroidissement et sa température d'ébullition, satisfait aux exigences spécifiques à l'application quant au pouvoir de refroidissement nécessaire, et avec lequel on peut atteindre la température de refroidissement minimale du détecteur à laquelle un fonctionnement satisfaisant de celui-ci est possible.

Pour des temps de refroidissement de l'ordre de une à 30 deux secondes et une température de refroidissement de 100 K selon l'application militaire citée précédemment, les gaz argon, azote ou air sont particulièrement recommandés, car dans ces trois cas leur température d'ébullition se situe au-dessous de 100 K. En revanche le premier gaz peut présenter une température d'ébullition supérieure à 100 K, mais pour le refroidissement efficace du deuxième gaz il doit présenter un très grand pouvoir de refroidissement. Les gaz R14 (tétrafluorométhane, CF4) ou le méthane (CH4) sont recommandés ici.

La capacité réfrigérante du "deuxième gaz", du fait de l'expansion sous haute pression dans la buse à expansion, est d'autant plus grande io que les gaz sont déjà plus froids avant l'expansion sous haute pression dans la buse à expansion. Dans un dispositif de refroidissement décrit précédemment, le premier gaz est utilisé en partie aussi pour prérefroidir le deuxième gaz dans le mélange avec le retour du deuxième gaz. Si l'on choisit une combinaison de gaz dans les gaz proposés précédemment, le deuxième gaz, qui sert au refroidissement du détecteur, est abaissé à une plage de températures qui se situe largement au-dessous de la température d'inversion et juste au-dessus de sa température d'ébullition. Dans cette plage de températures, le deuxième gaz présente alors, suivant ses propriétés thermodynamiques, une capacité de refroidissement sensiblement supérieure après son expansion, par rapport à la capacité de refroidissement qui pourrait être obtenue par un pré-refroidissement uniquement avec le deuxième gaz. On peut atteindre par là une liquéfaction pratiquement complète du deuxième gaz. Avec la phase liquide du deuxième gaz on peut alors refroidir efficacement le détecteur. Une combinaison de gaz qui convient particulièrement est constituée par exemple par l'argon comme deuxième gaz avec une température d'ébullition de 90 K et le tétrafluorméthane comme premier gaz avec une température d'ébullition de 140 K. Pour parvenir à des températures de refroidissement sensiblement inférieures à 90 K, l'utilisation d'un mélange de néon et d'argon ou de néon et d'azote comme deuxième gaz pour l'échangeur de chaleur extérieur à contre-courant et de méthane avec une température d'ébullition de 113 K (à 1 bar) comme premier gaz pour l'échangeur de chaleur intérieur à contre-courant, convient comme combinaison de gaz.

Pour les missiles avec un détecteur à infrarouge, l'utilisation du gaz R14 (tétrafluorométhane) pour l'échangeur de chaleur intérieur à contre-courant et de l'argon pour l'échangeur de chaleur extérieur à contre-courant s'est révélée une combinaison de gaz particulièrement Io appropriée pour le dispositif de refroidissement. Mais on peut imaginer aussi d'utiliser pour l'échangeur de chaleur intérieur à contre-courant le méthane (CH4) et pour l'échangeur de chaleur extérieur à contre- courant l'azote ou l'air.

Si le dispositif de refroidissement est utilisé dans des missiles, il est important que le poids que le missile doit emporter du fait du dispositif de refroidissement et des quantités de gaz qui sont nécessaires pendant une mission du missile, soit maintenu aussi faible que possible. Ceci peut s'obtenir d'une part si le débit du premier gaz pour l'échangeur de chaleur intérieur peut être réduit jusqu'au débit zéro, en fonction de la température du deuxième gaz refroidi. En effet, si le gaz de l'échangeur de chaleur extérieur est déjà refroidi à la température voulue, il peut se maintenir lui-même à cette température, par son refroidissement sans que l'on ait besoin pour cela encore du gaz de l'échangeur de chaleur intérieur. Dès avant l'utilisation du missile ou dès le stade du développement du missile, on détermine habilement quelles quantités de gaz sont nécessaires pour l'échangeur de chaleur intérieur et l'échangeur extérieur, et ne sont plus emportées comme nécessaires dans le missile. De manière pratique, on dimensionne tout aussi petits les réservoirs de gaz de refroidissement pour les deux gaz, pour le fonctionnement du dispositif de refroidissement, ce qui contribue à un gain de place. Grâce à la possibilité de réduire à un débit zéro le gaz pour l'échangeur de chaleur intérieur à contre-courant, ou de l'épuiser définitivement après un certain temps de fonctionnement, il est garanti que dans l'espace situé derrière la buse à expansion de l'échangeur de chaleur extérieur, il ne se produit pas un excès de phase liquide et donc pas de problème de stabilité de la température. Le travail de refroidissement nécessaire pour le deuxième gaz pour l'échangeur de chaleur extérieur augmente certes ainsi, mais étant donné qu'après la phase de refroidissement du deuxième gaz, la puissance de refroidissement à évacuer diminue dans une mesure io significative, le deuxième gaz peut assurer sans problème la charge de refroidissement plus élevée du fait de la suppression de la puissance de refroidissement provenant du circuit de refroidissement au moyen du premier gaz. Cette charge de refroidissement plus élevée empêche en effet aussi, comme déjà mentionné, la formation d'un excès de phase liquide du deuxième gaz dans l'espace situé derrière la buse à expansion de l'échangeur de chaleur extérieur. On évite largement par là des problèmes de stabilité de la température dus à des fractions liquides du deuxième gaz dans le retour de l'échangeur de chaleur extérieur, avec des sauts de température correspondants.

D'une manière générale, dans les espaces qui sont réalisés au- dessous des buses à expansion des deux échangeurs de chaleur à contre- courant, il faut veiller à un dimensionnement convenable de leur volume, lequel dimensionnement dépend de la combinaison, des volumes, des pressions, des gaz de refroidissement utilisés ainsi que de la durée d'utilisation. Ces espaces dits à "vapeurs" doivent aussi être conçus géométriquement de manière à assurer d'une part un pouvoir de refroidissement optimal et à empêcher d'autre part un excès de phase liquide qui porte atteinte à la stabilité de la température. En particulier l'espace à vapeurs de l'échangeur de chaleur intérieur recevant la composante gazeuse et fluide, doit être conçu géométriquement de manière à assurer d'une part un pouvoir de refroidissement optimal du 2878945 io détecteur et à éviter largement d'autre part un retour de la phase liquide dans l'échangeur de chaleur extérieur, car ceci peut entraîner à cet endroit des débits de gaz fortement variables qui à leur tour entraînent dans l'espace à vapeurs des variations de la pression et donc des variations du point d'évaporation et de la température le long de la courbe du point d'ébullition du deuxième gaz, et agissent ainsi défavorablement sur la stabilité de la température du détecteur.

De manière avantageuse, le nombre d'ajours pratiqués dans la gaine extérieure est formé par des perforations régulières. On assure io par là un brassage particulièrement bon des deux gaz de refroidissement utilisés et on atteint donc un temps de refroidissement plus court et un pouvoir de refroidissement plus grand. Le reflux de gaz mélangé du premier et du deuxième gaz est directement influencé par le nombre et la taille des trous formés par des perforations dans la gaine extérieure. De manière judicieuse, la conception géométrique des perforations est choisie en fonction de la combinaison des gaz de refroidissement utilisée et du débit souhaité.

Un détecteur est disposé de préférence sur la face extérieure de la plaque d'extrémité qui ferme la gaine extérieure. La plaque d'extrémité est constituée d'un matériau thermoconducteur et permet de ce fait un transfert optimal de la chaleur entre le gaz liquéfié, se trouvant dans l'espace à vapeurs de l'échangeur de chaleur extérieur à contre-courant, et le détecteur, sans que ce dernier vienne ici en contact direct avec le gaz liquéfié. Par la plaque à chaleur thermoconductrice, on obtient une distribution homogène de la température sur tout le détecteur. Ceci garantit un fonctionnement parfait du détecteur. En outre, on évite par là que le détecteur ne subisse d'éventuels dommages dus au contact direct avec le gaz liquéfié.

De manière judicieuse, le boîtier thermiquement isolant du dispositif de refroidissement est conçu de manière que le détecteur soit exposé dégagé vers l'avant, c'est-à-dire qu'il puisse "regarder vers l'avant" sous un angle de visée prédéfini. Le boîtier thermiquement isolant peut être un vase Dewar isolant thermiquement, pour isoler thermiquement le dispositif de refroidissement du milieu ambiant.

De manière avantageuse, le boîtier thermiquement isolant du dispositif de refroidissement est fermé à son extrémité inférieure par une fenêtre transparente au rayonnement pour le détecteur. Il en résulte un dispositif de refroidissement qui permet le fonctionnement d'un détecteur intégré de manière fixe à l'intérieur du dispositif de refroidissement. Par le boîtier comportant la fenêtre, le détecteur est en to outre protégé contre des endommagements et les influences extérieures de la chaleur.

Il est avantageux en outre que l'espace compris entre la plaque d'extrémité et la fenêtre soit mis sous vide. La mise sous vide provoque une meilleure isolation thermique à l'égard des influences thermiques de l'extérieur. Etant donné que le vide est un mauvais conducteur de la chaleur, le refroidissement se concentre sur le détecteur et n'est pas cédé par celui-ci au milieu ambiant. On garantit par là un fonctionnement sans défaillance du détecteur, à peine influencé par le bruit thermique. La puissance de refroidissement à fournir par le dispositif de refroidissement pendant l'opération de refroidissement se concentre en effet par là sur les voies de dissipation restantes vers le détecteur et sur la capacité thermique du détecteur et de ses fixations.

Il est avantageux en outre que les échangeurs de chaleur à contre- courant comprennent un tube pourvu d'ailettes autour duquel sont tirés des fils plastiques. Les fils plastiques servent, exactement comme les ailettes, à améliorer encore le transfert de chaleur par déviation des gaz. L'amélioration qui en résulte du transfert thermique entraîne des temps de refroidissement plus courts et donc une disponibilité plus rapide du détecteur. En outre, ceci permet d'améliorer le pouvoir de refroidissement du fait que des températures plus basses du gaz de l'échangeur de chaleur extérieur sont atteintes. Ceci permet aussi le fonctionnement de détecteurs avec une surface plus grande.

Un exemple de réalisation de l'invention est décrit plus en détail à l'aide d'un dessin. La figure du dessin montre de manière schématique la conception d'un dispositif de refroidissement avec un échangeur de chaleur intérieur et un échangeur de chaleur extérieur.

Le dispositif de refroidissement 10 possède un échangeur de chaleur intérieur à contre-courant 12 et un échangeur de chaleur extérieur à contre-courant 14. Les deux échangeurs de chaleur 12, 14 sont disposés dans un boîtier 16 thermiquement isolant. L'échangeur de chaleur intérieur 12, l'échangeur de chaleur extérieur 14 et le boîtier 16 sont concentriques les uns aux autres. L'échangeur de chaleur intérieur 12 est séparé dans l'espace de l'échangeur de chaleur extérieur 14 par une mince gaine extérieure 18 métallique.

Par un raccord de gaz 20, un premier gaz sous haute pression s'écoule, par une conduite d'arrivée 22, depuis un réservoir sous pression non représenté, dans l'échangeur de chaleur intérieur 12. Le premier gaz sous haute pression s'écoule par un tube 26, disposé en hélice autour d'une gaine intérieure 24 thermiquement mauvaise conductrice, jusqu'à une buse à expansion 28 se trouvant à l'extrémité du tube 26. Dans la buse à expansion 28, le premier gaz sous haute pression est détendu et par là il refroidit suivant son coefficient thermique Joule-Thomson. De ce fait, l'aller du premier gaz sous haute pression est ensuite davantage refroidi jusqu'à ce qu'il se forme, après la buse à expansion, à partir du gaz sous haute pression, un fluide constitué de fractions gazeuses et de fractions liquides. La phase liquide du gaz sous haute pression refroidi s'accumule dans un espace à vapeurs 30 se trouvant au-dessous de la buse à expansion 28 lequel espace est formé par une plaque de séparation 32 se trouvant dans la gaine extérieure. Le liquide qui s'y évapore à la température d'ébullition du premier gaz sous haute pression, s'écoule alors en tant que gaz, avec la fraction gazeuse non liquéfiée, à contre-courant autour de la surface extérieure du tube 26 et s'évacue par une sortie 34. Le tube 26 pour l'aller du premier gaz sous haute pression et donc le gaz sous haute pression lui-même est refroidi par là par la capacité réfrigérante du premier gaz sous haute pression approximativement jusqu'au point d'ébullition du premier gaz sous haute pression. Pour améliorer l'échange de chaleur entre l'aller du premier gaz sous haute pression et le retour du premier gaz sous haute pression refroidi, détendu, le tube 26 est pourvu sur son côté extérieur d'ailettes 36 en spirale. De plus, pour améliorer le transfert ou l'échange de chaleur, des fils de matière plastique 37 sont tirés autour du côté extérieur du tube. Les fils de matière plastique 37 provoquent dans le retour du premier gaz sous haute pression refroidi, détendu, un écoulement turbulent et augmentent ainsi l'échange de chaleur avec la paroi du tube et les ailettes.

L'échangeur de chaleur extérieur 14 comprend également un tube 38 qui est pourvu d'ailettes et de fils de matière plastique 41 sur son côté extérieur. Le tube 38 de l'échangeur de chaleur extérieur est enroulé ici en spirale sur le côté extérieur, autour de la gaine extérieure 18, jusqu'à la hauteur de la plaque de séparation 32. L'échangeur de chaleur extérieur 14 est guidé ensuite au-dessous de la plaque de séparation 32, à l'intérieur de la gaine extérieure 18.

La zone de l'échangeur de chaleur extérieur 14, qui s'étend ici à l'intérieur de la gaine extérieure 18, est enroulée, comme l'échangeur de chaleur intérieur 12, autour d'une gaine intérieure 42 thermiquement mauvaise conductrice. Le tube 38 de l'échangeur de chaleur extérieur 14 se termine également dans une buse à expansion 44. Au-dessous de la buse à expansion est disposée une plaque d'extrémité 46 qui ferme la gaine extérieure 18. De ce fait il est formé un espace à vapeurs 48 pour le deuxième gaz sous haute pression pour l'échangeur de chaleur extérieur 14.

2878945 14 Le deuxième gaz sous haute pression pour l'échangeur de chaleur extérieur 14 s'écoule, par un raccord de gaz 49, depuis un réservoir sous pression non représenté, par une conduite d'arrivée 50, dans l'échangeur de chaleur extérieur 14. Le deuxième gaz sous haute pression pour l'échangeur de chaleur extérieur 14 s'écoule alors à travers le tube 38 et est détendu à l'extrémité du tube 38 dans la buse à expansion 44, et de ce fait refroidi suivant son coefficient Joule- Thomson. La phase liquide du deuxième gaz sous haute pression s'accumule sur le fond de l'espace à vapeurs 48 et sert à cet endroit, par son enthalpie d'évaporation, au refroidissement du détecteur, et à son point d'ébullition elle se transforme à nouveau dans la phase gazeuse, c'est-à- dire qu'elle s'évapore. A partir de là, le deuxième gaz sous haute pression refroidi s'écoule à contre-courant le long des surfaces extérieures du tube 38 et s'évacue par la sortie 34.

Du fait que la gaine extérieure 18 présente des perforations 52 régulières dans la zone dans laquelle l'échangeur de chaleur intérieur 12 est entourépar l'échangeur de chaleur extérieur, une partie du premier gaz sous haute pression refroidi de l'échangeur de chaleur intérieur 12 sort dans la zone extérieure de l'échangeur de chaleur extérieur 14. Il se produit ainsi un refroidissement meilleur et plus rapide de l'aller du deuxième gaz sous haute pression pour l'échangeur de chaleur extérieur 14, par le deuxième gaz sous haute pression s'écoulant à contre-courant et une partie du premier gaz sous haute pression à contre-courant de l'échangeur de chaleur intérieur 12. Il se forme de ce fait dans cette zone une plus grande quantité du mélange de gaz à contre-courant de l'échangeur de chaleur extérieur 14, à partir des deux gaz sous haute pression, lequel assure un refroidissement particulièrement efficace de l'aller du deuxième gaz sous haute pression. Depuis l'espace à vapeurs 48, à partir du point d'ébullition du deuxième gaz sous haute pression, son aller est pré-refroidi par le gaz expansé proprement dit provenant de la buse à expansion 44, jusque dans la zone de l'échangeur de chaleur à contre-courant 14, à partir de laquelle commence la zone de l'échangeur de chaleur intérieur à contre-courant 12 avec la gaine extérieure perforée. A partir de cette zone, l'échangeur de chaleur extérieur à contre-courant 14 est refroidi par le mélange de gaz des deux gaz sous haute pression refroidis, expansés. A partir de la plaque de séparation 32, par le courant partiel supplémentaire du premier gaz sous haute pression provenant de la buse à expansion 28, et à partir de son point d'ébullition, l'aller du deuxième gaz sous haute pression est refroidi de manière particulièrement intense et donc rapide dans l'échangeur de chaleur extérieur 14, par ce débit total de gaz plus important. On obtient par là un refroidissement très rapide du deuxième gaz sous haute pression pour le refroidissement du détecteur.

La plaque d'extrémité 46, qui ferme la gaine extérieure 18, est un matériau bon conducteur thermiquement. Sur cette plaque d'extrémité 46 est disposé, sur sa face extérieure, un détecteur 52. Par le matériau thermoconducteur de la plaque d'extrémité 46, le détecteur 50 est en échange thermique direct avec la phase liquide, accumulée dans l'espace à vapeurs 48, du deuxième gaz sous haute pression de l'échangeur de chaleur extérieur 14.

Le boîtier 16 thermiquement isolant du dispositif de refroidissement 10 est fermé sur sa surface de fond par une fenêtre 54 transparente au rayonnement. La fenêtre 54 est disposée de manière à se trouver parallèlement, à une certaine distance du détecteur 52, et permet à celui-ci de détecter un champ visuel aussi grand que possible. L'espace 56 formé par le boîtier 16 thermiquement isolant, la fenêtre 54 et la plaque d'extrémité 46, est mis sous vide, pour empêcher un échange de chaleur entre le détecteur 52 et le milieu ambiant.

Claims (6)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de refroidissement (10) pour refroidir un détecteur (52) contenant un échangeur de chaleur intérieur à contre-courant et un échangeur de chaleur extérieur à contre-courant (respectivement 12 et 14) pour un premier et un deuxième gaz dans un boîtier (16) thermiquement isolant, l'échangeur de chaleur intérieur (12) étant disposé à l'intérieur d'une partie de la longueur de l'échangeur de to chaleur extérieur (14) et l'échangeur de chaleur intérieur (12) étant séparé dans l'espace de l'échangeur de chaleur extérieur (14) par une gaine extérieure (18), caractérisé en ce que a) la gaine extérieure (18) comporte une plaque de séparation (32) entre une buse à expansion (28) se trouvant à l'extrémité de l'échangeur de chaleur intérieur (12) pour le premier gaz et la partie restante de l'échangeur de chaleur extérieur (14) , b) la partie restante de l'échangeur de chaleur extérieur (14), qui dépasse de l'échangeur de chaleur intérieur (12), est disposée à 20 l'intérieur de la gaine extérieure (18), c) la gaine extérieure (18) est fermée par une plaque d'extrémité (46), au-dessous d'une buse à expansion (44), se trouvant à l'extrémité de l'échangeur de chaleur extérieur (14), pour le deuxième gaz, d) la gaine extérieure (18) comporte un nombre d'ajours, dans la zone dans laquelle elle est entourée par l'échangeur de chaleur extérieur (14).

2. Dispositif de refroidissement (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre d'ajours est formé par des perforations (51) régulières.

3. Dispositif de refroidissement (10) selon l'une quelconque 5 des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'un détecteur (52) est disposé sur la face extérieure de la plaque d'extrémité (46).

4. Dispositif de refroidissement (10) selon la revendication 3, caractérisé en ce que le boîtier (16) isolant thermiquement est fermé, à son extrémité inférieure, par une fenêtre (54) transparente au rayonnement pour le détecteur (52).

5. Dispositif de refroidissement (10) selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'espace (56) situé entre la plaque d'extrémité (46) et la fenêtre (54) est mis sous vide.

6. Dispositif de refroidissement (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les échangeurs de chaleur (12, 14) comprennent un tube (26, 38), pourvu de rainures (36, 40) , autour duquel sont tirés des fils en matière plastique (37, 41).