FR3062899A1 - Dispositif et procede de gestion de la temperature d'un moteur stirling adapte a un detecteur quantique infrarouge - Google Patents
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Abstract
La présente invention se rapporte à un dispositif de refroidissement appliqué à des caméras nécessitant un refroidissement Stirling intégré et notamment utilisées dans le domaine de la surveillance ou du contrôle industriel. A cette fin, l'invention propose un dispositif de gestion de la température d'un moteur Stirling (21) adapté à un détecteur quantique infrarouge. Le dispositif comprend : un refroidisseur thermoélectrique 30 en contact avec la surface d'une première partie du moteur Stirling 21 et un dissipateur thermique (22) en contact avec le refroidisseur thermoélectrique (30). Ce dispositif permet notamment d'augmenter la durée de vie du moteur de Stirling utilisé dans ce contexte.
Description
© N° de publication : 3 062 899 (à n’utiliser que pour les commandes de reproduction) (© N° d’enregistrement national : 17 51125 ® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE
INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE
COURBEVOIE © IntCI8
F25 B 9/14 (2017.01), G 01 J 5/06
DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1
| ©) Date de dépôt : 10.02.17. | (© Demandeur(s) : NOXANT Société par actions simpli- |
| (© Priorité : | fiée — FR. |
| @ Inventeur(s) : VANNEAU EMMANUEL, LE MAZOU | |
| STEVEN et BERREBI STEPHANE. | |
| (43) Date de mise à la disposition du public de la | |
| demande : 17.08.18 Bulletin 18/33. | |
| (© Liste des documents cités dans le rapport de | |
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UN
DISPOSITIF ET PROCEDE DE GESTION DE LA TEMPERATURE D'UN MOTEUR STIRLING ADAPTE A DETECTEUR QUANTIQUE INFRAROUGE.
FR 3 062 899 - A1 _ La présente invention se rapporte à un dispositif de refroidissement appliqué à des caméras nécessitant un refroidissement Stirling intégré et notamment utilisées dans le domaine de la surveillance ou du contrôle industriel.
A cette fin, l'invention propose un dispositif de gestion de la température d'un moteur Stirling (21) adapté à un détecteur quantique infrarouge. Le dispositif comprend: un refroidisseur thermoélectrique 30 en contact avec la surface d'une première partie du moteur Stirling 21 et un dissipateur thermique (22) en contact avec le refroidisseur thermoélectrique (30).
Ce dispositif permet notamment d'augmenter la durée de vie du moteur de Stirling utilisé dans ce contexte.
-1 Dispositif et procédé de gestion de la température d'un moteur Stirling adapté à un détecteur quantique infrarouge
La présente invention se rapporte à un dispositif de refroidissement appliqué à des caméras dont les capteurs fonctionnent à température cryogénique. Lesdites caméras sont notamment utilisées dans le domaine de la surveillance ou du contrôle industriel.
Plus particulièrement, la présente invention s'applique à un détecteur quantique infrarouge à haute performance.
L'invention s'inscrit dans le domaine technique du refroidissement actif et de la ventilation forcée d'un refroidisseur de type cryo-refroidisseur ou refroidisseur par cryogénie (cryocooler en anglais) utilisant un cycle de Stirling comme un moteur Stirling.
De manière générale, l'invention peut s'appliquer à tout système utilisant des détecteurs refroidis de manière cryogénique comme des caméras thermiques ou des modules thermiques intégrés à des dispositifs comme des systèmes de surveillance ou des machines de contrôle industriel.
Les détecteurs quantiques infrarouges nécessitent un refroidissement à très basse température pour permettre une détection du rayonnement infrarouge. Ce refroidissement est par exemple opéré par un moteur cryogénique à effet Stirling. Les moteurs à effet Stirling, ou moteurs Stirling, génèrent eux-mêmes de la chaleur qu'il convient de dissiper. L'intégration d'un détecteur thermique équipé d'un moteur Stirling dans une caméra impose de permettre une dissipation thermique suffisante pour ne pas avoir une usure prématurée des composants du moteur Stirling. En effet, il a été constaté que l'usure de certains composants est fortement corrélée à la température de l'environnement dans lequel ils sont placés. D'ailleurs, les fabricants de moteurs Stirling préconisent en général une performance de dissipation thermique permettant de maintenir la température du moteur Stirling avec un écart inférieur à huit degrés environ par rapport à la température ambiante. L'invention s'appliquant à des caméras comprenant des détecteurs
-2quantiques infrarouges intégrées dans des systèmes à usage intensif, la problématique de vieillissement prématuré des composants devient cruciale. En effet, le vieillissement prématuré des composants du moteur Stirling peut avoir un impact tant sur sa durée de vie que sur sa fiabilité. En cas d'endommagement du moteur Stirling, il convient de remplacer complètement celui-ci, et les moteurs Stirling sont particulièrement onéreux ainsi que les opérations de maintenance des caméras. Les durées d'intervention sont également très importantes et peuvent avoir de lourdes conséquences sur la production par exemple dans le cas de machines de contrôle industriel.
Les techniques actuelles de gestion de la température du moteur Stirling sont des variantes des principes généraux de dissipation thermique comme : une dissipation par conduction, une dissipation par convection forcée ou non. Ces méthodes classiques demeurent insuffisantes pour maintenir le moteur Stirling à des températures inférieures à la température ambiante, et ne permettent pas d'assurer une durée de vie optimisée, lors d'un usage intensif.
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant un nouveau dispositif de gestion de la température d'un moteur Stirling adapté à un détecteur thermique, notamment un détecteur quantique infrarouge. Ce dispositif permet notamment d'augmenter la durée de vie du moteur Stirling utilisé dans ce contexte.
L'invention a en outre pour objet un procédé de gestion de la température du moteur Stirling permettant notamment d'éteindre ce dernier si sa température de peau dénote un risque d'endommagement rapide.
On atteint au moins l'un des buts précités avec un dispositif de gestion de la température d'un moteur Stirling adapté à un détecteur quantique infrarouge comprenant un refroidisseur thermoélectrique en contact avec la surface d'une première partie du moteur Stirling et un dissipateur thermique en contact avec le refroidisseur thermoélectrique.
-3Le dispositif peut comprendre en outre un dispositif d'isolation thermique entourant une autre partie du moteur Stirling.
Le refroidisseur thermoélectrique comprend une face dite froide, avantageusement au contact d'une surface de pose du moteur Stirling.
Le refroidisseur thermoélectrique comprend en outre une face dite chaude, avantageusement au contact du dissipateur thermique.
Le dissipateur thermique peut comprendre un système à fluide caloporteur.
Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, le dissipateur thermique peut être composé d'un radiateur monté en série avec un ventilateur et le radiateur peut comprendre des caloducs.
Le dispositif d'isolation thermique peut avantageusement comprendre une enveloppe réalisée dans un matériau à faible conduction thermique.
Le dispositif d'isolation thermique peut en outre comprendre une enceinte réalisée dans un matériau à faible conduction thermique.
Ledit dispositif selon l'invention peut comprendre au moins un premier capteur de température positionné au contact de la surface de la première partie du moteur Stirling.
Ledit dispositif selon l'invention peut comprendre en outre un deuxième capteur de température positionné à proximité de la face chaude du refroidisseur thermoélectrique.
Ledit dispositif selon l'invention peut comprendre un troisième capteur positionné à l'extérieur du moteur Stirling, du refroidisseur thermoélectrique, du dissipateur thermique et du dispositif d'isolation thermique.
Ledit dispositif selon l'invention peut comprendre en outre un système de contrôle apte à recevoir une température transmise par au moins l'un des capteurs de température, à analyser la température reçue, à détecter un événement redouté.
Ledit dispositif selon l'invention peut également comprendre des moyens d'isolation de moyens de fixation du moteur Stirling sur un bâti supportant le détecteur quantique infrarouge.
-4Le procédé de gestion de la température d'un moteur Stirling adapté à un détecteur quantique infrarouge, au moyen d'un dispositif de gestion de température comprend les étapes suivantes :
- mesures de températures par au moins un capteur du dispositif de gestion de température ;
- transmission des mesures à un système de contrôle du dispositif de gestion de la température ;
- analyse des mesures transmises ;
- détection par le système de contrôle, à partir des mesures de températures, d'un des événements redoutés suivants :
- le refroidisseur thermoélectrique est défaillant ;
- la face froide, respectivement la face chaude, du refroidisseur thermoélectrique n'est plus en contact avec le moteur Stirling, respectivement le dissipateur thermique ;
les limites de fonctionnement d'un dispositif de refroidissement composé du refroidisseur thermoélectrique et du dissipateur thermique sont atteintes sans qu'une température de consigne du dispositif de gestion de température n'ait été atteinte ;
- le dissipateur thermique comportant un ventilateur, le ventilateur est arrêté ;
- l'alimentation électrique du refroidisseur thermoélectrique présente un dysfonctionnement ;
- sur détection d'un événement redouté, extinction du moteur Stirling par un système de pilotage du moteur Stirling et extinction du dispositif de refroidissement par le système de contrôle sur commande d'un système de gestion d'une caméra thermique comprenant le détecteur quantique infrarouge, le moteur Stirling et le dispositif de gestion de température ;
- sur détection d'un événement redouté, génération d'une alerte à l'intention d'un utilisateur du détecteur quantique infrarouge.
-5D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode de mise en œuvre nullement limitatif, et des dessins annexés, sur lesquels :
La figure 1 est une vue schématique d'une caméra thermique équipée d'un détecteur quantique infrarouge refroidi selon l'état de la technique,
La figure 2 est une vue de principe d'un détecteur quantique infrarouge refroidi selon l'invention,
La figure 3 représente un premier mode de réalisation du détecteur quantique infrarouge pourvu du dispositif de gestion de la température du moteur Stirling selon l'invention,
La figure 4 représente un deuxième mode de réalisation du détecteur quantique infrarouge pourvu du dispositif de gestion de la température du moteur Stirling selon l'invention,
La figure 5 représente un ordinogramme d'un procédé de gestion de la température du moteur Stirling selon l'invention,
La figure 6 représente un exemple de montage d'un système de refroidissement sur le moteur Stirling et du moteur Stirling sur un châssis de la caméra thermique.
La figure 1 représente une caméra thermique 10 selon l'état de la technique. La caméra thermique 10 est pourvue d'un objectif 11 composé de lentilles 12. La caméra thermique 10 comporte un bâti 13 contenant l'ensemble des éléments composant la caméra thermique 10. Sur le bâti 13, un dissipateur thermique 14 peut être monté afin d'en assurer le refroidissement. Le bâti 13 est également équipé de plusieurs interfaces représentées sur la figure 1 par deux connecteurs ou interfaces 15, 16. Un nombre d'interface supérieur à deux peut aussi être envisagé. Une première interface 15 peut servir à transférer les données acquises par la caméra thermique 10 vers un système extérieur, ou à recevoir des données d'un système extérieur. Une deuxième interface 16 peut être une interface permettant une alimentation de la caméra thermique 10 et notamment de tous les systèmes qu'elle comporte.
-6La caméra thermique 10 est équipée d'un détecteur quantique infrarouge 1, ou détecteur infrarouge 1. Le refroidissement du détecteur quantique infrarouge 1 peut être réalisé par un moteur cryogénique à effet Stirling ou plus simplement un moteur Stirling 5. Le détecteur quantique infrarouge 1 est piloté par un système de pilotage du détecteur 102. Le système de pilotage 102 est lui-même relié à un dispositif de traitement de données acquises par le détecteur infrarouge 1, et de gestion 103 de la caméra thermique 10.
La matrice photosensible du détecteur infrarouge 1 est placée dans une cavité sous vide assurant une protection thermique, par exemple un vase Dewar 6. Le détecteur infrarouge 1 est par ailleurs placé au contact d'une première extrémité d'un doigt dit « froid » 2. Le doigt froid 2 est luimême placé dans une cavité dite « puits du doigt froid » 19. Le doigt froid 2 fait partie du moteur Stirling 5. Le doigt froid 2 est par ailleurs en contact avec une partie mécanique 17 du moteur Stirling 5, elle-même reliée à une partie électrique 18 du moteur Stirling 5. La partie électrique 18 comporte un connecteur 100 permettant notamment d'alimenter en énergie électrique le moteur Stirling 5. Le connecteur 100 est relié à un système de pilotage 101 du moteur Stirling 5.
La figure 2 présente de manière schématique une solution de refroidissement d'un moteur Stirling 21 mise en œuvre dans le cadre de l'invention.
La figure 2 représente notamment un détecteur quantique infrarouge 20 faisant partie d'une caméra thermique. Le détecteur quantique infrarouge est refroidi par le moteur Stirling 21.
Le dispositif de gestion de la température du moteur Stirling 21 selon l'invention comporte un refroidisseur thermoélectrique 30. Le refroidisseur thermoélectrique 30 peut être un module Peltier ou TEC pour Thermo Electric Coder en anglais. Un module Peltier est un moyen avantageusement compact et puissant pour réaliser la fonction de refroidissement.
Le refroidisseur thermoélectrique 30 présente une face dite froide 23 en contact avec une première surface d'une première partie du moteur
-7Stirling 21, dite première surface du moteur Stirling 21. Le refroidisseur thermoélectrique 30 comporte également une face dite chaude 24 opposée à la face froide 23. La face froide 23 est la face refroidie du refroidisseur thermoélectrique 30. Le refroidisseur thermoélectrique 30 agit comme une pompe à calories en transférant l'énergie thermique de sa face froide 23 à sa face chaude 24. Le refroidisseur thermoélectrique 30 agit de manière active sur la première surface du moteur Stirling 21. La première surface est parmi les surfaces extérieures du moteur Stirling 21 capables de conduction thermique, celle offrant la plus grande surface de contact îo possible avec le refroidisseur thermoélectrique 30, permettant ainsi un refroidissement plus efficace du moteur Stirling 21. La première surface peut être une surface lisse, épousant la forme de la face froide 23 du refroidisseur thermoélectrique 30. Ou inversement, la face froide 23 du refroidisseur thermoélectrique 30 peut être adaptée pour épouser la forme de la première surface. Pour le moteur Stirling 21 représenté sur la figure 2, la première surface est une surface permettant de fixer le moteur Stirling 21 sur un bâti de la caméra thermique, autrement appelée surface de pose.
Dans un mode de réalisation alternatif, il est possible de remplacer le module Peltier 30 par un système de refroidissement par circulation d'un fluide caloporteur tel de l'eau, ledit fluide étant par ailleurs lui-même refroidi pour atteindre la température nécessaire au refroidissement du moteur Stirling 21.
Le dispositif de gestion de la température comporte en outre un dissipateur thermique 22 en contact avec la face chaude 24 du refroidisseur thermoélectrique 30. Le dissipateur thermique 22 permet de dissiper la chaleur extraite par le refroidisseur thermoélectrique 30 du moteur Stirling 21. Le dissipateur thermique 22 et le refroidisseur thermoélectrique 30 forment un dispositif de refroidissement du moteur
Stirling 21 faisant partie du dispositif de gestion de la température du moteur Stirling 21.
Le dispositif de gestion de la température du moteur Stirling 21 selon l'invention comporte également un dispositif d'isolation thermique 25 positionné au contact d'un maximum de surfaces du moteur Stirling 21
-8autres que la première surface. Pour le moteur Stirling 21 représenté sur la figure 2, les autres surfaces du moteurs Stirling sont les surfaces autres que la surface de pose. Ainsi le dispositif d'isolation thermique 25 entoure les autres parties du moteur Stirling 21, autre que la première partie du moteur Stirling, c'est-à-dire qui ne sont pas en contact avec le refroidisseur thermoélectrique 30. Autrement dit, le dispositif d'isolation thermique 25 entoure les surfaces du moteur Stirling autres que la première surface. Le dispositif d'isolation thermique 25 permet le passage de différentes connectiques 29 dont notamment une alimentation du io moteur Stirling 21. Le dispositif d'isolation thermique 25 permet de limiter les transferts thermiques de l'extérieur vers le moteur Stirling 21 lorsque la température extérieure est supérieure à la température du moteur Stirling 21. En effet, un refroidissement actif peut avoir un effet de pompe à chaleur, à savoir capter la chaleur du moteur Stirling 21 mais également la chaleur de l'environnement extérieur du moteur Stirling 21.
La conjonction du dispositif de refroidissement et du dispositif d'isolation thermique 25 permet donc d'une part de limiter la puissance requise pour alimenter le refroidisseur thermoélectrique 30. La limitation de la puissance d'alimentation du refroidisseur thermoélectrique 30 permet de conserver un dispositif de refroidissement compact. La solution technique consistant à refroidir activement une surface du moteur Stirling 21 tout en isolant thermiquement les autres surfaces du moteur Stirling 21 permet donc d'assurer une gestion optimale de la température du moteur Stirling 21.
Le dispositif de gestion de la température du moteur Stirling 21 comporte en outre un ensemble de capteurs de température ou sondes 26, 27, 28, 210. Les capteurs de température peuvent être positionnés ainsi :
• un premier capteur de température 27 à proximité de la première partie du moteur Stirling 21, c'est-à-dire la partie à refroidir ;
• un quatrième capteur de température 26 sur la surface de l'autre partie du moteur Stirling 21 ;
• un deuxième capteur de température 28 positionné à proximité de la face chaude 24 du refroidisseur thermoélectrique 30 ;
-9• un troisième capteur de température 210, est positionné à l'extérieur du moteur Stirling 21 et du dispositif de gestion de la température du moteur Stirling 21.
Les capteurs de température 26, 27, 28, 210 peuvent être reliés par une liaison de données à un système de contrôle et de régulation 200 du dispositif de refroidissement du moteur Stirling 21 afin de transmettre à ce dispositif les températures relevées par les capteurs de température 26, 27, 28, 210. Le système de contrôle et de régulation 200 est en outre connecté à un système de gestion de la caméra thermique 202, à un système de pilotage du moteur Stirling 201, au refroidisseur thermoélectrique 30 et au dissipateur thermique 22. Le système de contrôle et de régulation 200 du dispositif de refroidissement du moteur Stirling 21, est apte à arrêter le fonctionnement du refroidisseur thermoélectrique 30, du dissipateur 22 et du moteur Stirling 21, via le système de pilotage du moteur Stirling 201, notamment lorsqu'une température critique est détectée par l'un des capteurs 26, 27, 28, 210. Le système de contrôle et de régulation 200 du dispositif de refroidissement du moteur Stirling 21 est en outre apte à lever une alerte, par exemple transmise à un moyen de présentation d'information par l'intermédiaire du système de gestion de la caméra thermique 202, afin d'avertir un utilisateur du détecteur de la survenue d'une anomalie. L'alerte peut également être transmise à un système extérieur à la caméra thermique. Par la suite, le système de contrôle et de régulation 200 du dispositif de refroidissement du moteur Stirling 21 est nommé système de contrôle 200 du dispositif de refroidissement ou plus simplement système de contrôle 200.
Les figures 3 et 4 représentent deux modes de réalisation possibles du dispositif selon l'invention, non exclusifs l'un de l'autre.
Sur les figures 3 et 4, se retrouvent le refroidisseur thermoélectrique et le dissipateur thermique 22. Le dissipateur thermique 22 peut être lui-même composé d'un échangeur thermique 32 et d'un ventilateur 33.
L'échangeur thermique est un radiateur 32 sur les figures 3 et 4. Le
-10radiateur 32 peut comporter des caloducs dans un mode de réalisation alternatif.
Le module Peltier 30 est un refroidisseur thermoélectrique 30 comportant une face froide en contact avec l'élément à refroidir. Dans le cadre de l'invention l'élément à refroidir est le moteur Stirling 21 via une surface de pose. Le module Peltier 30 comporte en outre une face chaude à laquelle il est nécessaire d'accoler un système de dissipation de chaleur. La dissipation de la chaleur de la face chaude du module Peltier peut être assurée par le radiateur 32, directement accolé au module Peltier 30, et îo accélérée par le ventilateur 33, lui-même accolé au radiateur, à l'opposé du module Peltier. Dans un autre mode de réalisation le dissipateur thermique 22 peut être un système de refroidissement à fluide caloporteur comme de l'eau.
Sur la figure 3, le dispositif d'isolation thermique comprend une enveloppe 34 composée d'un matériau à faible conduction thermique tel qu'un caoutchouc à base de polychloroprène : le néoprène®. L'enveloppe 34 peut être composée d'une ou plusieurs couches de matériau isolant. Le matériau est découpé de manière à recouvrir au maximum les surfaces du moteur Stirling 21 qui ne sont pas en contact avec le dispositif de refroidissement. L'enveloppe peut se trouver au plus près du moteur Stirling, par exemple en contact direct avec le moteur Stirling. L'enveloppe 34 permet avantageusement de limiter l'apport calorifique provenant de l'extérieur vers le moteur Stirling 21. Le dispositif d'isolation thermique est découpé afin de laisser passer les différentes connectiques 29 du moteur Stirling ainsi que les câbles des capteurs de température 26, 27, 28. Si le dispositif de gestion de température ne comportait pas de dispositif d'isolation thermique, il serait nécessaire de mettre un dispositif de refroidissement beaucoup plus puissant et il perdrait en compacité.
Dans un autre mode de réalisation représenté sur la figure 4, le dispositif d'isolation thermique comprend une enceinte 40. L'enceinte 40 peut entourer l'enveloppe 34. Dans mode de réalisation alternatif, le dispositif d'isolation thermique comprend uniquement l'enceinte 40.
-11L'enceinte 40 comporte des orifices afin de laisser passer le détecteur infrarouge 20, les différents câbles de connectique 29, et des câbles de transmission de données par exemple entre les capteurs de température et le système de contrôle 200 du dispositif de refroidissement. L'enceinte 40 est réalisée dans un matériau à faible conduction thermique en laissant une lame d'air entre le moteur Stirling 21, ou l'enveloppe 34 lorsque celleci est présente, et l'enceinte 40. L'enceinte 40 peut entourer l'enveloppe 34. L'enceinte 40 permet de confiner la lame d'air pour éviter au maximum qu'il soit en contact avec l'air extérieur afin d'apporter à la lame d'air un pouvoir isolant s'ajoutant à l'isolation thermique apportée par l'enceinte 40 elle-même. Ainsi la lame d'air est refroidie petit à petit par le dispositif de refroidissement du moteur Stirling 21. A cette fin, les orifices sont réalisés de manière à isoler l'air intérieur de l'enceinte avec l'air extérieur. Lesdits orifices sont donc en contact direct avec le détecteur infrarouge 20 et les différents câbles de connectique 29. Le dispositif d'isolation thermique peut comprendre l'enveloppe 34 et l'enceinte 40 ou seulement l'une des deux. L'ajout au dispositif d'isolation thermique de l'enceinte 40 en plus de l'enveloppe 34 permet ainsi de renforcer l'isolation thermique réalisée par l'enveloppe 34.
La figure 5 représente un diagramme de différentes étapes du procédé 56 de gestion de la température du moteur Stirling 21 selon l'invention. Le procédé décrit différentes étapes de contrôle et de supervision du dispositif de gestion de la température selon l'invention. Le procédé 56 est mis en œuvre par le système de contrôle et de régulation 200, le système de gestion de la caméra thermique 202 et le système de pilotage du moteur Stirling 201. Un des objectifs de ce procédé est de détecter un mauvais fonctionnement du dispositif de refroidissement pouvant engendrer un accroissement rapide de la température du moteur Stirling 21 pouvant aller jusqu'à endommager ce dernier.
Une première étape 50 du procédé selon l'invention est une étape de mesure réalisée par les différents capteurs de températures 26, 27, 28, 210. D'autres mesures peuvent également être réalisées : une mesure de
-12consommation électrique du refroidisseur thermoélectrique 30, une mesure de la vitesse de rotation du ventilateur 33.
Les mesures sont ensuite transmises, au cours d'une deuxième étape 51, au système de contrôle 200 du dispositif de refroidissement.
Le système de contrôle 200 réalise une analyse de ces mesures au cours d'une troisième étape 52, notamment vis-à-vis de limites et/ou de seuils prédéterminés à ne pas franchir. En outre, le système de contrôle 200 du dispositif de refroidissement utilise les mesures réalisées par le premier capteur de température 27 à proximité de la première partie du moteur Stirling 21 à refroidir en tant que retour d'une boucle de régulation du dispositif de refroidissement. La régulation du dispositif de refroidissement peut avoir pour objectif d'atteindre et de maintenir une température de consigne correspondant à une température souhaitable de fonctionnement du moteur Stirling 21.
Une des tâches du système de contrôle 200 est de détecter des événements redoutés susceptibles d'affecter le fonctionnement du moteur Stirling 21 au cours d'une quatrième étape 55. Ces événements redoutés sont par exemple le résultat de franchissement de limites et/ou seuils par une ou plusieurs températures mesurées.
Parmi les événements redoutés que le module de contrôle cherche à détecter se trouve une défaillance de fonctionnement du refroidisseur thermoélectrique 30. Par exemple, lorsque les températures des premier et deuxième capteurs de température 27, 28 dépassent respectivement un seuil, un emballement du refroidisseur thermoélectrique 30 est détecté et une alerte de dysfonctionnement du refroidisseur thermoélectrique 30 est levée.
Il est également possible de surveiller la consommation du refroidisseur thermoélectrique 30. Lorsque le système de contrôle 200 détecte une surconsommation du refroidisseur thermoélectrique 30 alors que les températures mesurées par les premier et deuxième capteurs de température 27, 28 sont en deçà des seuils admissibles, ceci peut indiquer une défaillance de l'un ou des premier et deuxième capteurs de
-13température 27, 28 et une alerte de dysfonctionnement de capteurs est levée.
Une surveillance par système de contrôle 200 de la tension et/ou du courant aux bornes du refroidisseur thermoélectrique 30 permet en outre de détecter un dysfonctionnement d'alimentation électrique de ce dernier.
Lorsque le système de contrôle 200 détecte une augmentation de la température mesurée par le premier capteur de température 27 alors que la température ambiante mesurée par le troisième capteur 210 n'augmente pas ou n'a pas dépassé de seuil admissible, ceci peut révéler un décollement du refroidisseur thermoélectrique 30 et de la première surface du moteur Stirling 21, ou un décollement du refroidisseur thermoélectrique 30 du dissipateur thermique 22. On entend par décollement, une perte partielle ou totale de contact entre deux éléments. Dans ce cas, une alerte de dysfonctionnement du refroidisseur thermoélectrique 30 est également levée.
Une autre défaillance peut provenir du ventilateur 33. Lorsque la mesure de la vitesse de rotation du ventilateur 33 remonte une vitesse presque nulle, ceci peut signifier que le ventilateur 33 est dysfonctionnel. Une alerte de dysfonctionnement du ventilateur est alors levée.
Lorsque la température du moteur Stirling 21 lui-même, mesurée par le premier capteur 27 dépasse une limite admissible, une alerte de dépassement de limite de température peut également être levée.
Une autre alerte peut être levée lorsque le deuxième capteur 28 mesure une température supérieure à une valeur prédéfinie, ou bien si un profil d'évolution de cette température indique que le dispositif de refroidissement atteint ses limites de fonctionnement sans que la température de consigne ne soit atteinte.
D'autres analyses peuvent être réalisées par le système de contrôle 200 comme une mesure de l'efficacité de l'ensemble du dispositif de gestion de la température du moteur Stirling 21 et du moteur Stirling 21 lui-même, à l'aide des températures mesurées par les premier et troisième capteurs 27, 210. Le suivi de la mesure d'efficacité permet une surveillance du fonctionnement du dispositif de gestion de la température et du moteur Stirling 21. A cette fin les mesures peuvent être enregistrées
-14sur un dispositif de stockage de données prévu dans le système de contrôle 200 ou dans le système de gestion de la caméra 202.
La mesure de la température ambiante par le troisième capteur 210 permet également d'obtenir un suivi de l'environnement d'opération du détecteur quantique infrarouge. Ceci peut permettre par exemple d'expliquer une détérioration prématurée du moteur Stirling si le détecteur quantique infrarouge est utilisé en dehors de ses conditions de fonctionnement normales.
Par ailleurs, la mesure de la consommation du refroidisseur thermoélectrique 30 permet de réguler ce dernier, c'est-à-dire qu'il est possible d'adapter le courant fourni au refroidisseur thermoélectrique 30 à une consigne afin d'éviter une surchauffe du refroidisseur thermoélectrique 30.
Une cinquième étape 53 du procédé selon l'invention est une étape d'extinction au plus vite du moteur Stirling 21 et du système de refroidissement. Le moteur Stirling 21 est arrêté sur commande du système de gestion de la caméra 202, par le système de pilotage du moteur Stirling 201. Le système de refroidissement est également arrêté par le système de contrôle 200, sur commande du système de gestion de la caméra 202, au cours de la cinquième étape 53.La cinquième étape 53 intervient afin d'éviter une surchauffe du moteur Stirling 21 suite à la détection d'un événement redouté parmi :
• une défaillance du refroidisseur thermoélectrique 30, • une perte de contact entre le refroidisseur thermoélectrique 30 et le moteur Stirling 21 ou une perte de contact entre le refroidisseur thermoélectrique 30 et le dissipateur thermique 22, • un arrêt du ventilateur 33, • atteinte des limites de fonctionnement du dispositif de refroidissement sans qu'une température de consigne n'ait été atteinte, • un dysfonctionnement d'alimentation électrique du refroidisseur thermoélectrique 30.
Une sixième étape 54 est une étape de génération d'une alerte à l'intention d'un utilisateur du détecteur suite à la détection d'au moins un
-15événement redouté. Cette alerte est générée par le système de contrôle 200. Cette alerte est ensuite transmise par le système de contrôle 200 au système de gestion de la caméra thermique 202 qui le transmet lui-même à un dispositif de présentation d'information afin d'y être affichée. Cette alerte a pour objectif d'informer l'utilisateur qu'une anomalie de fonctionnement a été détectée. L'utilisateur peut également être un automate.
La figure 6 représente un exemple de montage du moteur Stirling 21 et de son dispositif de gestion de la température selon l'invention sur un bâti 65 portant le détecteur quantique infrarouge. La surface de pose 66 ou première surface dite à refroidir du moteur Stirling 21 comporte des pattes de fixation 67. Les pattes de fixation 67 comportent chacune une ouverture 63 permettant le passage d'un moyen de fixation 61 du moteur Stirling 21 sur le bâti 65. Le moyen de fixation peut être une vis 61 positionnée dans chaque ouverture 63. Le refroidisseur thermoélectrique 30 est positionné sur le moteur Stirling 21 de façon à laisser libre l'accès aux ouvertures 63. Le dissipateur thermique 22 est également positionné au contact du refroidisseur thermoélectrique 30 de sorte à laisser libre accès aux ouvertures 63. Le bâti 65 comporte également des supports en regard des pattes de fixation 67. Chaque support du bâti 65 comporte une cavité 68 apte à accueillir le moyen de fixation 61. La cavité 68 peut être taraudée afin de permettre la fixation de la vis 61. Deux rondelles en matériaux thermiquement isolant sont disposées de part et d'autre de l'ouverture 63 afin d'isoler thermiquement le moteur Stirling 21 de la tête de vis 61 et du bâti 65. La vis 61 traverse les deux rondelles 62. Les rondelles 62 peuvent être en platine ou en plastique dur comme le polyétheréthercétone. Le montage ajoute ainsi une isolation thermique supplémentaire afin de prévenir les transferts d'énergie thermique du bâti 65 au moteur Stirling 21.
Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention.
-16Un des principaux avantages de l'invention est d'améliorer de manière significative la fiabilité et la durée de vie des moteurs Stirling, intégrés à un détecteur thermique. Il découle de cet avantage une réduction des coûts d'exploitation des caméras ainsi refroidies et notamment dans les applications pour lesquelles elles sont utilisées de manière continue et/ou intensive, comme dans les domaines de la surveillance ou du contrôle industriel.
Claims (14)
- REVENDICATIONS1. Dispositif de gestion de la température d'un moteur Stirling (21) adapté à un détecteur quantique infrarouge, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend : un refroidisseur thermoélectrique (30) en contact avec la surface d'une première partie du moteur Stirling (21) et un dissipateur thermique (22) en contact avec le refroidisseur thermoélectrique (30).
- 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'isolation thermique (25) entourant une autre partie du moteur Stirling (21).
- 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le refroidisseur thermoélectrique (30) comprend une face dite froide au contact d'une surface de pose du moteur Stirling (21).
- 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le refroidisseur thermoélectrique (30) comprend une face dite chaude au contact du dissipateur thermique (22).
- 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dissipateur thermique (22) comprend un système à fluide caloporteur.
- 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dissipateur thermique est composé d'un radiateur (32) monté en série avec un ventilateur (33).
- 7. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le radiateur (32) comprend des caloducs.
- 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que le dispositif d'isolation thermique (25) comprend une enveloppe (34) réalisée dans un matériau à faible conduction thermique.-189. Dispositif selon l'une quelconque des 2 à 8, caractérisé en ce que le dispositif d'isolation thermique (25) comprend une enceinte (40), réalisée dans un matériau à faible conduction thermique.
- 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un premier capteur de température (27) positionné au contact de la surface de la première partie du moteur Stirling (21).
- 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un deuxième capteur de température (28) positionné à proximité de la face chaude du refroidisseur thermoélectrique (30).
- 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend un capteur (210), dit troisième capteur, positionné à l'extérieur du moteur Stirling (21), du refroidisseur thermoélectrique (30), du dissipateur thermique (22) et du dispositif d'isolation thermique (25).
- 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un système de contrôle (200) apte à recevoir une température transmise par au moins l'un des capteurs de température (26, 27, 28, 210), à analyser la température reçue, à détecter un événement redouté.
- 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens d'isolation (62) de moyens de fixation du moteur Stirling (21) sur un bâti (65) supportant le détecteur quantique infrarouge.
- 15. Procédé (56) de gestion de la température d'un moteur Stirling (21) adapté à un détecteur quantique infrarouge, au moyen d'un dispositif de gestion de température, selon l'une quelconque des revendications-19précédentes, caractérisé en ce que ledit procédé comprend les étapes suivantes :- mesures (50) de températures par au moins un capteur (26, 27, 28, 210) du dispositif de gestion de température ;- transmission (51) des mesures à un système de contrôle (200) du dispositif de gestion de la température ;- analyse (52) des mesures transmises ;- détection (55) par le système de contrôle (200), à partir des mesures de températures, d'un des événements redoutés suivants :o le refroidisseur thermoélectrique (30) est défaillant ; o la face froide, respectivement la face chaude, du refroidisseur thermoélectrique (30) n'est plus en contact avec le moteur Stirling (21), respectivement le dissipateur thermique (22) ;oies limites de fonctionnement d'un dispositif de refroidissement composé du refroidisseur thermoélectrique (30) et du dissipateur thermique (22) sont atteintes sans qu'une température de consigne du dispositif de gestion de température n'ait été atteinte ;o le dissipateur thermique (22) comportant un ventilateur (33), le ventilateur (33) est arrêté ;o l'alimentation électrique du refroidisseur thermoélectrique (30) présente un dysfonctionnement ;- sur détection d'un événement redouté, extinction (53) du moteur Stirling (21) par un système de pilotage du moteur Stirling (201) et extinction du dispositif de refroidissement par le système de contrôle (200), sur commande d'un système de gestion d'une caméra thermique (202) comportant le détecteur quantique infrarouge, le moteur Stirling (21) et le dispositif de gestion de température ;- sur détection d'un événement redouté, génération (54) d'une alerte à l'intention d'un utilisateur du détecteur quantique infrarouge.202Gestion de caméra201200
Pilotage Système de rnntrôlo ot rlo Stirling régulation
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