EP3885671A1 - Systeme de regulation de la temperature d'un fluide cryogenique - Google Patents

Systeme de regulation de la temperature d'un fluide cryogenique Download PDF

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EP3885671A1
EP3885671A1 EP21164132.9A EP21164132A EP3885671A1 EP 3885671 A1 EP3885671 A1 EP 3885671A1 EP 21164132 A EP21164132 A EP 21164132A EP 3885671 A1 EP3885671 A1 EP 3885671A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
temperature
fluid
cryogenic fluid
cryogenic
pipe
Prior art date
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Pending
Application number
EP21164132.9A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Julien Tanchon
Jerome Lacapere
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Absolut System SAS
Original Assignee
Absolut System SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/002—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the refrigerant
    • 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
    • F25B23/00—Machines, plants or systems, with a single mode of operation not covered by groups F25B1/00 - F25B21/00, e.g. using selective radiation effect
    • F25B23/006—Machines, plants or systems, with a single mode of operation not covered by groups F25B1/00 - F25B21/00, e.g. using selective radiation effect boiling cooling systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/08—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point using ejectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B2341/00—Details of ejectors not being used as compression device; Details of flow restrictors or expansion valves
    • F25B2341/001—Ejectors not being used as compression device
    • F25B2341/0012—Ejectors with the cooled primary flow at high pressure
    • 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
    • F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/04—Refrigeration circuit bypassing means

Definitions

  • the invention relates to a system for controlling the temperature of a cryogenic fluid.
  • figure 1 In the absence of a cryogenic machine or when one wishes to do without such a machine for practical and / or economic reasons, a control system is shown in the figure. figure 1 .
  • a first cryogenic fluid (designated by the mark A) at a temperature Ti is circulating in a pipe 1, but must be cooled to a precise temperature Tapp in order to cool a device 2 (with an uncertainty depending on the applications).
  • a second cryogenic fluid (designated by the mark B) at a temperature Tf lower than Ti is used as a cold source to cool the circulating fluid A.
  • the fluid B used is liquid nitrogen, the temperature of which is known as a function of the pressure.
  • the fluid A passes through an exchanger 3 immersed in a liquid bath containing the fluid B.
  • Fluid A leaves the exchanger at temperature Tf or at a temperature close to Tf
  • the application temperature Tapp is between Tf and Ti.
  • a heater 4 such as a heating resistor, which can be regulated. Regulation of the heater makes it possible to adjust the power according to the mass flow rate of fluid A.
  • this system makes it possible to regulate the temperature of the fluid A circulating in the pipe 1 from the temperature Ti to the temperature Tapp. Thanks to the heater, the temperature Tapp can be obtained precisely for a wide range of mass flow rates.
  • the fluid B used can be liquid nitrogen at a temperature close to 80 K. It is then necessary to heat the fluid A cooled from about 80 K to at least 130 K, which generates a significant loss of energy, to which are added the thermal losses of the liquid nitrogen used to completely cool the fluid A from the initial temperature to 80 K .
  • the pipe 1 comprises a main branch 12 and a bypass branch 11 so as to divide the fluid A circulating in the pipe 1 between a part A1 circulating in the bypass branch 11 and a part A2 which circulates in the branch main.
  • the part A1 circulating in the bypass branch 11 is cooled to the temperature Tf by passing through an exchanger 3 bathed in the fluid B, as in the system of the figure 1 , while the part A2 circulating in the main branch remains at the temperature Ti.
  • the cooled fluid A1 is then mixed with the fluid A2 which has remained at the temperature Ti.
  • Tm The new temperature reached for the fluid A is denoted and depends on the mass flow rate of the fluid cooled to the temperature Tf.
  • a heater 4 is used in order to obtain the desired temperature Tapp.
  • the flow through the bypass branch must be precisely adjusted according to the temperature Tapp and the initial flow of fluid A.
  • cryogenic valves 91, 92 are used, respectively in the bypass branch 11 and in the main branch 12, controlled so as to regulate the flow passing through the bypass branch.
  • the two cryogenic valves are controlled so as to balance the pressure drops in the two branches in parallel.
  • An aim of the invention is therefore to design a system which makes it possible to regulate the temperature of a cryogenic fluid while limiting energy losses and simplifying implementation by minimizing the number of valves required.
  • the invention provides a system for regulating the temperature of a cryogenic fluid, comprising a pipe for circulating the cryogenic fluid, comprising a main branch in which a part of the cryogenic fluid circulates at an initial temperature and a branch of branch in which another part of the cryogenic fluid is cooled to a final temperature below the initial temperature, so as to form a mixture of said parts of the cryogenic fluid at a temperature between the final temperature and the initial temperature, said system being characterized by that the main branch comprises a pipe comprising successively a converging part, a neck of section smaller than that of the pipe and a diverging part and in that the bypass branch is connected to said pipe by an upstream connection located upstream of the pipe converging part and by a downstream connection located at the neck, in the direction circulation of the cryogenic fluid.
  • upstream and downstream are understood in relation to the direction of flow of the fluid in the pipe considered.
  • the section of the neck is chosen to generate, by the Venturi effect, a depression suitable for generating a determined flow rate of the part of the fluid in the bypass branch.
  • the bypass branch further includes a valve for controlling the flow rate of the portion of the fluid in the bypass branch.
  • the bypass branch comprises a heat exchanger adapted to be immersed in a bath of a cryogenic liquid at the final temperature.
  • the bypass branch comprises a heat exchanger adapted to be thermally coupled to a cryogenic cold source operating at the final temperature.
  • the system can advantageously further comprise a heater adapted to heat the mixture of the parts of the cryogenic fluid to an application temperature higher than the temperature of said mixture.
  • the main branch does not have a valve for regulating the flow of fluid.
  • the figure 3 is a block diagram of a system for regulating the temperature of a cryogenic fluid according to one embodiment of the invention.
  • the system comprises a pipe 1 supplied by a source 7 of a cryogenic fluid A at a temperature Ti.
  • a circulation pump 6 circulates the cryogenic fluid in line 1.
  • Line 1 is arranged so as to cool a device 2 to an application temperature Tapp by means of the cryogenic fluid.
  • devices capable of being cooled in this way there may be mentioned, in a nonlimiting manner: superconducting equipment (motor, generator), electronic components, laser amplifier, etc.
  • Cryogenic fluid A can be liquid or gaseous.
  • the cryogenic fluid A can be chosen from: liquid nitrogen (LN2), liquid helium (LH2), gaseous helium (GHe), gaseous nitrogen (GN2), hydrogen gas (GH2).
  • Line 1 comprises a main branch 12 and a bypass branch 11 making it possible to separate the fluid A into a part A2 circulating in the main branch at the initial temperature Ti and a part A1 cooled to a final temperature Tf less than Ti, then from mix part A1 and part A2.
  • the bypass branch 11 comprises a bath of a cryogenic liquid B at the temperature Tf.
  • the fluid A circulating in the bypass branch 11 passes through an exchanger 3 immersed in the bath of the fluid B so as to be cooled to a temperature substantially equal to Tf or greater depending on the size of the exchanger used.
  • Fluid B can be, for example, but in a nonlimiting manner, liquid nitrogen at a temperature of the order of 80 K.
  • bypass branch 11 Downstream of said bath, the bypass branch 11 is connected to the main branch 12, which allows the mixing of the parts A1 and A2 of the fluid A, so as to provide the fluid A with a temperature Tm depending on the temperatures Ti and Tf and the respective rates of parts A1 and A2.
  • the application temperature Tapp is of the order of 130 to 180 K
  • the initial temperature Ti of the cryogenic fluid is close to Tapp
  • the final temperature Tf is of the order of 80 K
  • the temperature Tm of the mixture is also close to Tapp in order to limit the losses.
  • the fluidic connection between the bypass branch and the main branch is produced by means of a pipe 8 comprising successively, in the direction of circulation of the cryogenic fluid, a converging portion 8a, a neck 8b and a diverging portion 8c.
  • the converging portion 8a has a section which gradually decreases (generally linearly) from the section of the pipe 1 to a minimum section which is the section of the neck 8b; the divergent portion 8c has a section which increases progressively (generally linearly) from the section of the neck 8b towards the section of the pipe 1.
  • the bypass branch is fluidly connected to the main branch by a connector 80 located upstream of the converging portion 8a and a connector 81 located at the level of the neck 8b.
  • the cryogenic fluid A circulating in the pipe 1 is therefore divided between a part A1 which is taken upstream of the converging portion 8a in order to circulate in the bypass branch 11, and a part A2 which circulates in the pipe 8 which forms the branch main 12.
  • the section restriction at the neck 8b creates a depression by the Venturi effect.
  • the value of this depression can be adjusted by the difference in section between the neck 8b and the pipe 1.
  • the value of the depression is chosen so that the fluid flow rate in the bypass branch is sufficient to obtain a temperature Tm of the mixture of parts A1 and A2 of the cryogenic fluid that is sufficiently low compared to the desired temperature Tapp.
  • a part A1 of the fluid A is therefore taken from the pipe 1 to pass into the exchanger 3 and naturally reinjected at the level of the neck 8b, without it being it is necessary to force this flow, for example by means of a pump or a valve in the main branch.
  • valve 9 for regulating the flow rate on the bypass branch 11. Since the bypass flow rate and the section of the bypass branch are relatively small, the size of the valve 9 used in the bypass branch is smaller than the valve used in the main branch in the system shown in the figure. figure 2 . Any cryogenic valve, manual or piloted, can be used for this purpose. Said valve can optionally be slaved to the desired flow rates and temperatures.
  • the cooling of the fluid circulating in the bypass branch can be carried out by means of a cryogenic cold source operating at temperature Tf.
  • This embodiment is illustrated in the figure 4 .
  • the cooling system figure 4 is similar to that of the figure 3 and therefore will not be described again.
  • the bypass branch 11 comprises a heat exchanger 3 which is thermally coupled to a cryogenic cold source 5, such as a cryocooler, operating at the temperature Tf.
  • a cryogenic cold source 5 such as a cryocooler
  • part A1 of the cryogenic fluid has a temperature of the order of Tf.
  • the invention makes it possible to physically decouple the cold source (cryogenic liquid bath B or cryogenic machine) from the circulation loop of the cryogenic fluid A. This makes it possible to decouple the device for cooling from sources of vibrations such as the cryogenic machine.
  • the cold source not being directly coupled to the circulation of the cryogenic fluid, it is possible to quickly heat the device by closing the valve 9, thus isolating the injection of cold gas into the loop.

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Abstract

L'invention concerne un système de régulation de la température d'un fluide cryogénique, comprenant une conduite (1) de circulation du fluide cryogénique (A), comprenant une branche principale (12) dans laquelle une partie (A2) du fluide cryogénique circule à une température initiale (Ti) et une branche de dérivation (11) dans laquelle une autre partie (A1) du fluide cryogénique est refroidie à une température finale (Tf) inférieure à la température initiale (Ti), de sorte à former un mélange desdites parties (A1, A2) du fluide cryogénique à une température (Tm) comprise entre la température finale (Tf) et la température initiale (Ti), ledit système étant caractérisé en ce que la branche principale (12) comprend une canalisation (8) comprenant successivement une partie convergente (8a), un col (8b) de section inférieure à celle de la conduite (1) et une partie divergente (8c) et en ce que la branche de dérivation (11) est raccordée à ladite canalisation (8) par un raccord amont (80) situé en amont de la partie convergente (8a) et par un raccord aval (81) situé au niveau du col (8b).

Description

    Domaine technique
  • L'invention concerne un système de régulation de la température d'un fluide cryogénique.
    • Arrière-plan technologique
  • Il existe différentes techniques pour réguler la température d'un fluide cryogénique gazeux ou liquide destiné à refroidir un dispositif à une température Tapp définie.
  • En l'absence d'une machine cryogénique ou lorsqu'on souhaite se passer d'une telle machine pour des raisons pratiques et/ou économiques, un système de régulation est représenté sur la figure 1.
  • Un premier fluide cryogénique (désigné par le repère A) à une température Ti est en circulation dans une conduite 1, mais doit être refroidi à une température précise Tapp afin de refroidir un dispositif 2 (avec une incertitude dépendant des applications).
  • Un second fluide cryogénique (désigné par le repère B) à une température Tf inférieure à Ti est utilisé comme source froide pour refroidir le fluide A en circulation. En général, le fluide B utilisé est de l'azote liquide dont la température est connue en fonction de la pression.
  • Le fluide A passe dans un échangeur 3 plongé dans un bain liquide contenant le fluide B.
  • Le fluide A ressort de l'échangeur à la température Tf ou à une température proche de Tf
  • Or la température d'application Tapp est comprise entre Tf et Ti.
  • Il faut alors réchauffer le fluide cryogénique A de la température Tf jusqu'à la température Tapp grâce à un réchauffeur 4, tel qu'une résistance chauffante, qui peut être régulée. La régulation du réchauffeur permet d'ajuster la puissance en fonction du débit massique du fluide A.
  • Ainsi ce système permet de réguler la température du fluide A en circulation dans la conduite 1 de la température Ti à la température Tapp. Grâce au réchauffeur, la température Tapp peut être obtenue précisément pour une large gamme de débit massique.
  • Ce système peu coûteux à l'installation peut néanmoins engendrer des pertes importantes. En effet, d'une part, tout le débit massique du fluide A est refroidi jusqu'à la température froide Tf puis tout le débit massique dudit fluide A est réchauffé jusqu'à la température souhaitée Tapp. Cette perte énergétique peut être très importante pour des débits massiques du fluide A élevés et/ou pour des températures Tapp très éloignées de Tf.
  • Par exemple, ces pertes sont élevées pour des températures recherchées autour de 130 K à 180 K. En effet, pour ces températures, le fluide B utilisé peut être de l'azote liquide à une température proche de 80 K. Il faut alors réchauffer le fluide A refroidi de 80 K environ à au moins 130 K, ce qui engendre une déperdition d'énergie importante, à laquelle s'ajoutent les pertes thermiques de l'azote liquide utilisé pour refroidir intégralement le fluide A de la température initiale à 80 K.
  • Une solution permettant de limiter les pertes énergétiques lorsque la température Tapp est élevée par rapport à la température du bain Tf consiste à utiliser une dérivation (dite « by-pass » en anglais) pour refroidir uniquement une partie du débit du fluide A.
  • Un tel système de régulation est représenté schématiquement sur la figure 2.
  • Dans ce système, la conduite 1 comprend une branche principale 12 et une branche de dérivation 11 de sorte à diviser le fluide A circulant dans la conduite 1 entre une partie A1 circulant dans la branche de dérivation 11 et une partie A2 qui circule dans la branche principale. La partie A1 circulant dans la branche de dérivation 11 est refroidie à la température Tf en passant dans un échangeur 3 baignant dans le fluide B, comme dans le système de la figure 1, tandis que la partie A2 circulant dans la branche principale reste à la température Ti. Le fluide A1 refroidi est ensuite mélangé au fluide A2 qui est resté à la température Ti. La nouvelle température atteinte pour le fluide A est notée Tm et dépend du débit massique du fluide refroidi à la température Tf. Comme dans le système de la figure 1, un réchauffeur 4 est utilisé afin d'obtenir la température désirée Tapp.
  • On a dans ce cas : Tf < Tm < Tapp < Ti.
  • Le débit passant dans la branche de dérivation doit être ajusté précisément en fonction de la température Tapp et du débit initial du fluide A.
  • A cet effet, on utilise deux vannes cryogéniques 91, 92, respectivement dans la branche de dérivation 11 et dans la branche principale 12, pilotées de manière à réguler le débit passant par la branche de dérivation. Les deux vannes cryogéniques sont asservies de manière à équilibrer les pertes de charges dans les deux branches en parallèle.
  • L'utilisation d'une seule vanne peut être envisagée sur la branche principale mais engendre des difficultés de mise au point.
  • Ainsi l'utilisation de deux vannes cryogéniques pilotées ou d'une seule sur la branche principale peut être problématique pour des questions d'encombrement et/ou de coût, et ce, d'autant plus que le diamètre de la branche principale est important
    • Brève description de l'invention
  • Un but de l'invention est donc de concevoir un système qui permette de réguler la température d'un fluide cryogénique en limitant les pertes énergétiques et en simplifiant la mise en œuvre en minimisant le nombre de vannes nécessaires.
  • A cet effet, l'invention propose un système de régulation de la température d'un fluide cryogénique, comprenant une conduite de circulation du fluide cryogénique, comprenant une branche principale dans laquelle une partie du fluide cryogénique circule à une température initiale et une branche de dérivation dans laquelle une autre partie du fluide cryogénique est refroidie à une température finale inférieure à la température initiale, de sorte à former un mélange desdites parties du fluide cryogénique à une température comprise entre la température finale et la température initiale, ledit système étant caractérisé en ce que la branche principale comprend une canalisation comprenant successivement une partie convergente, un col de section inférieure à celle de la conduite et une partie divergente et en ce que la branche de dérivation est raccordée à ladite canalisation par un raccord amont situé en amont de la partie convergente et par un raccord aval situé au niveau du col, dans le sens de circulation du fluide cryogénique.
  • Dans le présent texte, les termes « amont » et « aval » s'entendent par rapport au sens d'écoulement du fluide dans la canalisation considérée.
  • De manière particulièrement avantageuse, la section du col est choisie pour générer par effet Venturi une dépression adaptée pour engendrer un débit déterminé de la partie du fluide dans la branche de dérivation.
  • Dans certains modes de réalisation, la branche de dérivation comprend en outre une vanne de contrôle du débit de la partie du fluide dans la branche de dérivation.
  • Dans certains modes de réalisation, la branche de dérivation comprend un échangeur thermique adapté pour être immergé dans un bain d'un liquide cryogénique à la température finale.
  • Dans d'autres modes de réalisation, la branche de dérivation comprend un échangeur thermique adapté pour être couplé thermiquement à une source froide cryogénique fonctionnant à la température finale.
  • Le système peut avantageusement comprendre en outre un réchauffeur adapté pour réchauffer le mélange des parties du fluide cryogénique à une température d'application supérieure à la température dudit mélange.
  • De manière particulièrement avantageuse, la branche principale est dépourvue d'une vanne de régulation du débit de fluide.
    • Brève description des dessins
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
    • la figure 1 est un schéma de principe d'un système de régulation de la température d'un fluide cryogénique de type connu ;
    • la figure 2 est un schéma de principe d'un autre système de régulation de la température d'un fluide cryogénique de type connu ;
    • la figure 3 est un schéma de principe d'un système de régulation de la température d'un fluide cryogénique selon un mode de réalisation de l'invention ;
    • la figure 4 est un schéma de principe d'un système de régulation selon un autre mode de réalisation de l'invention.
  • Les signes de référence identiques d'une figure à l'autre désignent des éléments identiques ou remplissant la même fonction.
    • Description détaillée de modes de réalisation
  • La figure 3 est un schéma de principe d'un système de régulation de la température d'un fluide cryogénique selon un mode de réalisation de l'invention.
  • Le système comprend une conduite 1 alimentée par une source 7 d'un fluide cryogénique A à une température Ti. Une pompe de circulation 6 assure la circulation du fluide cryogénique dans la conduite 1.
  • La conduite 1 est agencée de sorte à refroidir un dispositif 2 à une température d'application Tapp au moyen du fluide cryogénique. Parmi les exemples de dispositifs susceptibles d'être ainsi refroidis on peut citer, de manière non limitative : équipement supraconducteur (moteur, générateur), composants électroniques, amplificateur laser, ...
  • Le fluide cryogénique A peut être liquide ou gazeux. Par exemple, mais de manière non limitative, le fluide cryogénique A peut être choisi parmi : l'azote liquide (LN2), l'hélium liquide (LH2), l'hélium gazeux (GHe), l'azote gazeux (GN2), l'hydrogène gazeux (GH2).
  • La conduite 1 comprend une branche principale 12 et une branche de dérivation 11 permettant de séparer le fluide A en une partie A2 circulant dans la branche principale à la température initiale Ti et une partie A1 refroidie à une température finale Tf inférieure à Ti, puis de mélanger la partie A1 et la partie A2.
  • A cet effet, la branche de dérivation 11 comprend un bain d'un liquide cryogénique B à la température Tf. Le fluide A circulant dans la branche de dérivation 11 passe au travers d'un échangeur 3 immergé dans le bain du fluide B de sorte à être refroidi à une température sensiblement égale à Tf ou supérieure suivant la taille de l'échangeur utilisé. Le fluide B peut être par exemple mais de manière non limitative de l'azote liquide à une température de l'ordre de 80 K.
  • En aval dudit bain, la branche de dérivation 11 se raccorde à la branche principale 12, ce qui permet le mélange des parties A1 et A2 du fluide A, de sorte à procurer au fluide A une température Tm dépendant des températures Ti et Tf et des débits respectifs des parties A1 et A2.
  • A titre purement indicatif et non limitatif, la température d'application Tapp est de l'ordre de 130 à 180 K, la température initiale Ti du fluide cryogénique est proche de Tapp, la température finale Tf est de l'ordre de 80 K, la température Tm du mélange est également proche de Tapp afin de limiter les pertes.
  • La liaison fluidique entre la branche de dérivation et la branche principale est réalisée au moyen d'une canalisation 8 comprenant successivement, dans le sens de circulation du fluide cryogénique, une portion convergente 8a, un col 8b et une portion divergente 8c.
  • La portion convergente 8a présente une section qui se réduit progressivement (généralement linéairement) de la section de la conduite 1 vers une section minimale qui est la section du col 8b ; la portion divergente 8c présente une section qui augmente progressivement (généralement linéairement) de la section du col 8b vers la section de la conduite 1.
  • La branche de dérivation est reliée fluidiquement à la branche principale par un raccord 80 situé en amont de la portion convergente 8a et un raccord 81 situé au niveau du col 8b.
  • Le fluide cryogénique A circulant dans la conduite 1 est donc divisé entre une partie A1 qui est prélevé en amont de la portion convergente 8a afin de circuler dans la branche de dérivation 11, et une partie A2 qui circule dans la canalisation 8 qui forme la branche principale 12.
  • Dans la canalisation 8, la restriction de section au niveau du col 8b crée une dépression par effet Venturi. La valeur de cette dépression peut être ajustée par la différence de section entre le col 8b et la conduite 1.
  • De ce fait, si la perte de charge dans la branche de dérivation 11 est égale à la dépression créée au niveau du col 8b, un écoulement de la partie A1 du fluide cryogénique peut être provoqué.
  • La valeur de la dépression est choisie pour que le débit de fluide dans la branche de dérivation soit suffisant pour obtenir une température Tm du mélange des parties A1 et A2 du fluide cryogénique suffisamment basse par rapport à la température Tapp souhaitée.
  • Pour un débit donné, une partie A1 du fluide A est donc prélevée dans la conduite 1 pour passer dans l'échangeur 3 et réinjectée naturellement au niveau du col 8b, sans qu'il soit nécessaire de forcer cet écoulement, par exemple au moyen d'une pompe ou d'une vanne dans la branche principale.
  • Pour permettre de faire varier le débit de la partie A1 du fluide cryogénique et/ou la température Tm du mélange des parties A1 et A2, il peut être avantageux de mettre en place une vanne 9 de régulation du débit sur la branche de dérivation 11. Dans la mesure où le débit de dérivation et la section de la branche de dérivation sont relativement faibles, la taille de la vanne 9 utilisée dans la branche de dérivation est plus faible que la vanne utilisée dans la branche principale dans le système représenté sur la figure 2. Toute vanne cryogénique, manuelle ou pilotée, peut être utilisée à cet effet. Ladite vanne peut éventuellement être asservie aux débits et températures souhaitées.
  • En revanche, aucune vanne n'est nécessaire dans la branche principale 12.
  • Par conséquent, le système permet d'éviter les instabilités liées à l'ouverture et à la fermeture des vannes rencontrées dans le système représenté sur la figure 2.
  • De manière alternative au bain du liquide cryogénique B, le refroidissement du fluide circulant dans la branche de dérivation peut être effectué au moyen d'une source froide cryogénique fonctionnant à la température Tf.
  • Ce mode de réalisation est illustré sur la figure 4.
  • Hormis le moyen de refroidissement, le système de la figure 4 est similaire à celui de la figure 3 et ne sera donc pas décrit à nouveau.
  • La branche de dérivation 11 comprend un échangeur thermique 3 qui est couplé thermiquement à une source froide cryogénique 5, telle qu'un cryorefroidisseur, fonctionnant à la température Tf.
  • A la sortie de l'échangeur 3, la partie A1 du fluide cryogénique présente une température de l'ordre de Tf.
  • Par ailleurs, l'invention permet de découpler physiquement la source froide (bain de liquide cryogénique B ou machine cryogénique) de la boucle de circulation du fluide cryogénique A. Cela permet de découpler le dispositif à refroidir des sources de vibrations comme la machine cryogénique.
  • De plus, la source froide n'étant pas directement couplée à la circulation du fluide cryogénique, il est possible de réchauffer rapidement le dispositif en fermant la vanne 9, isolant ainsi l'injection de gaz froid dans la boucle.

Claims (7)

  1. Système de régulation de la température d'un fluide cryogénique, comprenant une conduite (1) de circulation du fluide cryogénique (A), comprenant une branche principale (12) dans laquelle une partie (A2) du fluide cryogénique circule à une température initiale (Ti) et une branche de dérivation (11) dans laquelle une autre partie (A1) du fluide cryogénique est refroidie à une température finale (Tf) inférieure à la température initiale (Ti), de sorte à former un mélange desdites parties (A1, A2) du fluide cryogénique à une température (Tm) comprise entre la température finale (Tf) et la température initiale (Ti), ledit système étant caractérisé en ce que la branche principale (12) comprend une canalisation (8) comprenant successivement une partie convergente (8a), un col (8b) de section inférieure à celle de la conduite (1) et une partie divergente (8c) et en ce que la branche de dérivation (11) est raccordée à ladite canalisation (8) par un raccord amont (80) situé en amont de la partie convergente (8a) et par un raccord aval (81) situé au niveau du col (8b), dans le sens de circulation du fluide cryogénique.
  2. Système selon la revendication 1, dans lequel la section du col (8b) est choisie pour générer par effet Venturi une dépression adaptée pour engendrer un débit déterminé de la partie (A1) du fluide dans la branche de dérivation (11).
  3. Système selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la branche de dérivation (11) comprend en outre une vanne (9) de contrôle du débit de la partie (A1) du fluide dans la branche de dérivation.
  4. Système selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la branche de dérivation (11) comprend un échangeur thermique (3) adapté pour être immergé dans un bain d'un liquide cryogénique (B) à la température finale (Tf).
  5. Système selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la branche de dérivation (11) comprend un échangeur thermique (3) adapté pour être couplé thermiquement à une source froide cryogénique (5) fonctionnant à la température finale (Tf).
  6. Système selon l'une des revendications 1 à 5, comprenant en outre un réchauffeur (4) adapté pour réchauffer le mélange des parties (A1, A2) du fluide cryogénique à une température d'application (Tapp) supérieure à la température (Tm) dudit mélange.
  7. Système selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel la branche principale (12) est dépourvue d'une vanne de régulation du débit de fluide.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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