EP0322028B1 - Dispositif de sur-refroidissement temporaire d'un détecteur refroidi - Google Patents

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EP0322028B1
EP0322028B1 EP88202855A EP88202855A EP0322028B1 EP 0322028 B1 EP0322028 B1 EP 0322028B1 EP 88202855 A EP88202855 A EP 88202855A EP 88202855 A EP88202855 A EP 88202855A EP 0322028 B1 EP0322028 B1 EP 0322028B1
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EP
European Patent Office
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cooler
detector
overcooling
temperature
phase
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EP88202855A
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German (de)
English (en)
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EP0322028A1 (fr
Inventor
Henri Société Civile S.P.I.D. Bourcier
Marc Société Civile S.P.I.D. Pochard
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Koninklijke Philips NV
Original Assignee
SODERN SA
Philips Gloeilampenfabrieken NV
Koninklijke Philips Electronics NV
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Publication date
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B21/00—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F25B21/02—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effect; using Nernst-Ettinghausen effect

Definitions

  • the invention relates to a method of temporarily super-cooling a detector.
  • the invention also relates to a device for implementing the method.
  • a device of this kind finds an application for example in the sights of stars embarked on vehicles and whose duration of use is of the order of a few seconds.
  • These star finders are equipped with CCD detectors operating in the visible range and cooled to low temperature (0 ° to 5 ° C) in a thermostatically controlled enclosure.
  • Document US-A 4 279 292 discloses a detector cooling device with two coolers in series, connected by a thermally conductive material.
  • CCD components are made up of semiconductor materials, the parameters of which degrade when the detector is struck by a bombardment of particles. It follows that at constant temperature the dark current increases. As this current decreases with temperature, it is necessary to cool further when it has increased in order to restore its value in the absence of nuclear aggression and thus maintain the detector's initial sensitivity.
  • the object of the invention is to provide a device ensuring this super-cooling during the duration of use of the detector without bringing disturbance to the thermal equilibrium of the assembly.
  • the single figure shows a schematic section of the super-cooling device of the invention.
  • the detector 1 is placed inside a housing whose lateral surface 2 is made of a material with low thermal conductivity and whose bottom 3 is a support in contact with the external environment.
  • the part of the housing facing the detector is pierced with an opening closed by a transparent window 4.
  • the detector is for example a matrix CCD.
  • a first cooler 5 is brought into contact with the support 3 while a second cooler 6 is brought into contact with the detector.
  • These two coolers operate for example with the Peltier effect.
  • An enclosure 7 containing a phase change material (solid ⁇ liquid) is interposed between the coolers 5 and 6.
  • This material is chosen as a function of the permanent operating temperature: water for a temperature of 0 ° C., tetradecane for a temperature of 5 ° C.
  • the enclosure contains for example 0.5 g of water.
  • the first cooler 5 provides steady cooling of the detector 1, cooler 6 (out of service) and enclosure 7 assembly containing the phase change material.
  • the second Peltier effect cooler 6 is switched on. service.
  • the thermal energy dissipated by this cooler is absorbed by the transition from the solid state to the liquid state of the phase change material without disturbing the external environment provided that the duration of the super-cooling does not exceed the duration of absorption capacity of the material.
  • Such a device can ensure a super-cooling of 20 ° C for a period of approximately 20 seconds.
  • One of the advantages of this device is to be able to operate as many times as desired, because after the supercooling the part of the material in the liquid state returns to the solid state and the system is ready to operate again .

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)
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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Description

  • L'invention concerne un procédé de sur-refroidissement temporaire d'un détecteur.
  • L'invention concerne aussi un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé.
  • Un dispositif de ce genre trouve une application par exemple dans les viseurs d'étoiles embarqués sur des engins et dont la durée d'utilisation est de l'ordre de quelques secondes.
  • Ces viseurs d'étoiles sont équipés de détecteurs CCD fonctionnant dans le visible et refroidis à faible température (0° à 5°C) dans une enceinte thermostatée.
  • Du document US-A 4 279 292 on connaît un dispositif de refroidissement de détecteur avec deux refroidisseurs en série, reliés par un matériau thermoconducteur.
  • Pendant le temps de visée, ces détecteurs subissent des agressions de type nucléaire. Les composants CCD sont constitués par des matériaux semiconducteurs dont les paramètres se dégradent lorsque le détecteur est frappé par un bombardement de particules. Il en résulte qu'à température constante le courant d'obscurité grandit. Comme ce courant diminue avec la température, il est nécessaire de refroidir davantage lorsqu'il a augmenté afin de rétablir sa valeur en l'absence d'agression nucléaire et de conserver ainsi au détecteur sa sensibilité initiale.
  • Le but de l'invention est de fournir un dispositif assurant ce sur-refroidissement pendant la durée d'utilisation du détecteur sans apporter de perturbation à l'équilibre thermique de l'ensemble.
  • Ce but est atteint par un procédé selon la revendication 1 et un dispositif selon la revendication 2.
  • On notera qu'il est connu, notamment du document DE-A 3 528 731, d'utiliser, dans un dispositif de refroidissement, un matériau à changement d'état disposé entre une source froide et un refroidisseur.
  • La description suivante en regard du dessin annexé, le tout donné à titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée.
  • La figure unique représente une coupe schématique du dispositif de sur-refroidissement de l'invention.
  • Le détecteur 1 est placé à l'intérieur d'un boîtier dont la surface latérale 2 est constituée d'un matériau à faible conductibilité thermique et dont le fond 3 est un support en contact avec l'environnement extérieur.
  • La partie du boîtier en vis à vis du détecteur est percée d'une ouverture obturée par une fenêtre transparente 4.
  • Le détecteur est par exemple un CCD matriciel.
  • Un premier refroidisseur 5 est mis en contact avec le support 3 alors qu'un second refroidisseur 6 est mis en contact avec le détecteur. Ces deux refroidisseurs fonctionnent par exemple à l'effet Peltier.
  • Une enceinte 7 contenant un matériau à changement de phase (solide → liquide) est intercalé entre les refroidisseurs 5 et 6. Ce matériau est choisi en fonction de la température permanente de fonctionnement : l'eau pour une température de 0°C, le tétradécane pour une température de 5°C. L'enceinte contient par exemple 0,5 g d''eau.
  • Le premier refroidisseur 5 assure en régime permanent le refroidissement de l'ensemble détecteur 1, refroidisseur 6 (hors service) et enceinte 7 contenant le matériau à changement de phase.
  • Lorsqu'un sur-refroidissement du détecteur est nécessaire, le second refroidisseur à effet Peltier 6 est mis en service. L'énergie thermique dissipée par ce refroidisseur est absorbée par le passage de l'état solide à l'état liquide du matériau à changement de phase sans perturbation de l'environnement extérieur à condition que la durée du sur-refroidissement n'excède pas la durée de capacité d'absorption du matériau.
  • Un tel dispositif peut assurer un sur-refroidissement de 20°C pendant une durée d'environ 20 secondes.
  • Un des avantages de ce dispositif est de pouvoir fonctionner autant de fois qu'on le désire, car après le sur-refroidissement la partie de matière à l'état liquide repasse à l'état solide et le système est prêt à fonctionner une nouvelle fois.
  • Comme applications types on peut citer :
    • le viseur d'étoiles à matrice CCD intégré au coeur d'une centrale inertielle à coeur isolé.
      Pour cette application, la visée se fait en une seule fois et ne dure qu'une dizaine de secondes avec une contrainte qui assure la stabilité des échanges thermiques coeur-viseur, raison pour laquelle le dispositif proposé est tout à fait adapté.
    • Le Viseur d'étoiles à matrice CCD intégré sur satellite ne faisant des mesures de recalage stellaire que quelques fois par orbite. Le sur-refroidisseur ne serait mis en action que si, au fil des années, le courant d'obscurité augmentait trop.

Claims (4)

  1. Procédé de sur-refroidissement temporaire d'un détecteur refroidi en régime permanent à une température de régime permanent dans une enceinte au moyen d'un premier refroidisseur, ladite enceinte comportant en outre dans cet ordre entre le premier refroidisseur et le détecteur un matériau de stockage de chaleur et un deuxième refroidisseur, dans lequel, ledit matériau de stockage de chaleur fonctionnant par changement de phase solide-liquide à température très voisine de la température de régime permanent, ledit deuxième refroidisseur est mis temporairement en action pour produire le sur-refroidissement requis et la liquéfaction partielle dudit matériau à changement de phase, ladite chaleur ainsi stockée à température constante étant ensuite évacuée par ledit premier refroidisseur.
  2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de sur-refroidissement temporaire d'un détecteur refroidi en régime permanent dans une enceinte au moyen d'un premier refroidisseur selon la revendication 1, ledit dispositif comportant un logement muni d'un fond relié à des surfaces latérales et au moins une paroi qui comporte une fenêtre transparente, un détecteur agencé à l'intérieur dudit logement en regard de ladite fenêtre, ledit premier refroidisseur en contact avec le fond, un deuxième refroidisseur en contact avec ledit détecteur et un espace, contenant un matériau de stockage de chaleur, interposé entre lesdits premier et deuxième refroidisseurs, ledit matériau de stockage de chaleur étant un matériau à changement de phase de la phase solide à la phase liquide, qui est porté à une température très voisine de sa température de fusion, à l'état entièrement solide, en régime permanent, et à une température égale à sa température de fusion, à l'état partiellement liquide, en régime de sur-refroidissement temporaire dudit détecteur.
  3. Dispositif de sur-refroidissement selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits premier et deuxième refroidisseurs sont à effet Peltier.
  4. Dispositif de sur-refroidissement selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit matériau à changement de phase est de l'eau si la température de régime permanent est de 0°C et du tétradécane si la température de régime permanent est de 5°C
EP88202855A 1987-12-18 1988-12-13 Dispositif de sur-refroidissement temporaire d'un détecteur refroidi Expired - Lifetime EP0322028B1 (fr)

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FR8717713A FR2624956B1 (fr) 1987-12-18 1987-12-18 Dispositif de sur-refroidissement temporaire d'un detecteur refroidi

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EP0322028A1 EP0322028A1 (fr) 1989-06-28
EP0322028B1 true EP0322028B1 (fr) 1992-03-25

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JP (1) JPH01202688A (fr)
DE (1) DE3869581D1 (fr)
FR (1) FR2624956B1 (fr)

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