EP4551876A1 - Dispositif et procédé de liquéfaction d'un fluide - Google Patents

Dispositif et procédé de liquéfaction d'un fluide

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Publication number
EP4551876A1
EP4551876A1 EP23733348.9A EP23733348A EP4551876A1 EP 4551876 A1 EP4551876 A1 EP 4551876A1 EP 23733348 A EP23733348 A EP 23733348A EP 4551876 A1 EP4551876 A1 EP 4551876A1
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EP
European Patent Office
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refrigerator
temperature
fluid
motor
cycle
Prior art date
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Pending
Application number
EP23733348.9A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Pierre BARJHOUX
Laura Ayrault
Mathieu Roig
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
Publication of EP4551876A1 publication Critical patent/EP4551876A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • F25J1/0281—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc. characterised by the type of prime driver, e.g. hot gas expander
    • F25J1/0284—Electrical motor as the prime mechanical driver
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    • F25J1/0285—Combination of different types of drivers mechanically coupled to the same refrigerant compressor, possibly split on multiple compressor casings
    • F25J1/0288—Combination of different types of drivers mechanically coupled to the same refrigerant compressor, possibly split on multiple compressor casings using work extraction by mechanical coupling of compression and expansion of the refrigerant, so-called companders
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    • F25J1/0279—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc.
    • F25J1/029—Mechanically coupling of different refrigerant compressors in a cascade refrigeration system to a common driver
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    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0279—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc.
    • F25J1/0298—Safety aspects and control of the refrigerant compression system, e.g. anti-surge control
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    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/20—Integrated compressor and process expander; Gear box arrangement; Multiple compressors on a common shaft
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    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/14—External refrigeration with work-producing gas expansion loop
    • F25J2270/16—External refrigeration with work-producing gas expansion loop with mutliple gas expansion loops of the same refrigerant

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for liquefying a fluid such as hydrogen and/or helium.
  • the invention relates more particularly to a device for liquefying a fluid such as hydrogen and/or helium comprising a fluid circuit to be cooled having an upstream end intended to be connected to a source of gaseous fluid and a downstream end intended to be connected to a liquefied fluid collection member, the device comprising a set of heat exchanger(s) in thermal exchange with the circuit (3) of fluid to be cooled, the device comprising a pre-cooling system in heat exchange with at least part of the set of heat exchanger(s) configured to lower the temperature of the fluid to be cooled to a first temperature, for example between 30 and 110K, the device further comprising a cooling system in heat exchange with at least part of the set of heat exchanger(s) and configured to lower the temperature of the fluid to be cooled from the first temperature to a second temperature, for example between 15 and 25K, in which the system cooling system comprises a first refrigerator with a refrigeration cycle of a first cycle gas comprising helium and/or hydrogen, said first refrigerator comprising, arranged
  • Devices for liquefying cryogenic fluids, in particular hydrogen generally include a pre-cooling system using a cold source such as a reserve of liquid nitrogen or a refrigerator with a closed or semi-closed nitrogen cycle.
  • a cold source such as a reserve of liquid nitrogen or a refrigerator with a closed or semi-closed nitrogen cycle.
  • the lowest pressure of the pre-cooling cycle determines the lowest temperature the pre-cooling cycle gas reaches (cut-off temperature).
  • this low pressure of the pre-cooling cycle is imposed at the lowest possible value, to lower the cut-off temperature at the cold end of this pre-cooling cycle and thus effectively pre-cool the flow of gas to be liquefied before that -there is no thermal exchange with the refrigerator cycle gas lowering the temperature to a liquefaction temperature.
  • This architecture generally uses multi-stage compression stations comprising a gear wheel or speed increasing device between the speed provided by the electric motor typically at 50 or 60 Hz and the rotating shafts, carrying the multiple compression stages, which in turn require a very high shaft rotation speed for energy efficiency reasons.
  • This architecture does not allow a great capacity for flexibility in the liquefaction process as described below.
  • a known solution consists of using the so-called mobile “IGV” technology (“Inlet Guide Vanes”) which makes it possible to vary the gas flow rates at the suction typically of the first compression stage of the cycle which includes these IGVs. .
  • IGV Inlet Guide Vanes
  • this technology is only installed at the input of the first compression stage of the refrigeration cycle concerned for cost aspects and limitation of moving parts which could generate a potential failure on the entire plant.
  • This solution is only partially satisfactory.
  • the overall efficiency and performance of the installation are not satisfactory.
  • this solution does not make it possible to adapt the installation to intermittent energies or with unsatisfactory efficiency.
  • Another solution is to use a refrigeration cycle using mixed refrigerants (“MR”).
  • MR mixed refrigerants
  • these solutions provide a higher cut-off temperature (mixture of hydrocarbon and nitrogen type constituents whose mixture induces cut-off temperatures 20 to 50 degrees higher than pre-cooling cycles with pure nitrogen) which more constrains the cycle final cooling from a thermodynamic point of view.
  • the mixture to be reconstituted is complex for operators (need to determine the component(s) which are preferentially leaking and to readjust the mixture step by step).
  • the device according to the invention is essentially characterized in that at least one of the turbines is coupled to the same shaft as at least one stage compression so as to provide the compression stage with mechanical work produced during expansion and in that the pre-cooling system comprises a second refrigerator with a refrigeration cycle of a second cycle gas, said second refrigerator comprising, arranged in series in a cycle circuit: a cycle gas compression mechanism, at least one cycle gas cooling member, a cycle gas expansion mechanism and at least a member for heating the expanded cycle gas, in which the compression mechanism comprises several compression stages in series composed of a set of centrifugal type compressor(s), the compression stages being mounted on shafts driven in rotation by a set of motor(s), the expansion mechanism comprising one or more expansion stages composed of a set of centripetal type turbine(s) of which at least one is coupled to the same shaft as at least one compression stage of so as to provide the compression stage with the mechanical work produced during expansion.
  • embodiments of the invention may comprise one or more of the following characteristics: the cycle gas of the second refrigerator comprises at least one of: nitrogen, neon, helium, hydrogen, oxygen, argon or carbon dioxide, the first refrigerator and the second refrigerator comprise respective motors of the same type and/or respective compressors of the same type, and/or respective turbines of the same type, the first refrigerator and the second refrigerator comprise at least one common motor whose shaft is coupled to one or more compressors and/or one or more turbines of the first refrigerator and also coupled to one or more compressors of the second refrigerator and /or one or more turbines of the second refrigerator, the assembly of motor(s) of the first and/or the second refrigerator comprises at least one electric motor with variable speed controlled by an electrical signal, for example by frequency variation, the set of motor(s) of the second refrigerator comprises at least one electric motor with variable speed controlled by an electrical signal, for example by frequency variation and in that the cold power supplied by the second refrigerator determines the first temperature and is a function of the rotation speed of said at least motor, the assembly of motor(s)
  • the invention also relates to a process for liquefying a fluid such as hydrogen and/or helium using a device according to any of the characteristics above or below, the process comprising a step of cooling the fluid to be cooled to the first temperature, for example between 30 and 110K via the second refrigerator then a step of cooling the fluid to be cooled from the first temperature to the second temperature, for example between 15 and 25K.
  • the method comprises a step of controlling the value of the first temperature via controlling the speed of at least one of the motors of the set of motor(s) of the second refrigerator, the circuits of cycle of the first refrigerator and the second refrigerator contain the same cycle gas and are interconnected via at least one valve.
  • the invention may also relate to any alternative device or method comprising any combination of the characteristics above or below within the scope of the claims.
  • FIG. 1 is a partial and schematic view illustrating an example of structure and operation of an example of liquefaction device according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic and partial view of a detail of such a device in an alternative embodiment
  • FIG. 3 is a schematic and partial view of another detail of such a device in another alternative embodiment.
  • the device 1 for liquefying a fluid such as hydrogen and/or helium illustrated in [Fig. 1] comprises a circuit 3 of fluid to be cooled having an upstream end intended to be connected to a source 2 of gaseous fluid and a downstream end 23 intended to be connected to a member 4 for collecting the liquefied fluid.
  • Source 2 may include a distribution (network) and/or gas production unit (for example hydrogen).
  • Source 2 may in particular comprise an electrolyzer or a steam reforming unit.
  • the collection member 4 may comprise, for example, at least one cryogenic liquid storage. Upstream of the storage 4, the circuit 3 of fluid to be cooled preferably comprises a valve, for example an expansion valve 12 and/or an expansion turbine.
  • the liquefaction device 1 comprises a set of heat exchanger(s) 6, 7, 8, 9, 10 arranged in series and/or in parallel in thermal exchange with the circuit 3 of fluid to be cooled and a system 20 of pre -cooling in thermal exchange with at least part of the set of heat exchanger(s) 6.
  • This pre-cooling system is typically configured to lower the temperature of the fluid to be cooled to a first temperature, for example between 30 and 110K, for example 80K.
  • the liquefaction device 1 further comprises a cooling system 21 in thermal exchange with at least part of the set of heat exchanger(s) 6, 7, 8, 9, 10.
  • This cooling system is for its part configured to further lower the temperature of the fluid to be cooled from the first temperature to a second temperature, for example between 15 and 25K, for example 20K to allow its liquefaction.
  • the cooling system comprises a first refrigerator 21 with a refrigeration cycle of a first cycle gas comprising helium and/or hydrogen.
  • This first refrigerator 21 comprises, arranged in series in a cycle circuit 14: a cycle gas compression mechanism 15, at least one cycle gas cooling member, a cycle gas expansion mechanism 17 and at least one expanded cycle gas heating member. That is to say that the first refrigerator 21 subjects the cycle gas to a thermodynamic cycle in which the cycle gas reaches at a cold end a very low temperature (cryogenic) constituting a cold power and which is put into thermal exchange with the fluid to be liquefied.
  • the fluid to be liquefied is a fluid which is preferably distinct from the fluid of the cycle gas (e.g. helium and possibly other component(s)).
  • the set of heat exchanger(s) which cools the fluid to be liquefied preferably comprises one or more counter-current heat exchangers 6, 7, 8, 9 arranged in series and in which two distinct portions of the cycle circuit 14 circulate simultaneously against the current (respectively for the cooling and heating of separate flows of the cycle gas).
  • this plurality of counter-current heat exchangers forms both a member for cooling the cycle gas (after compression and after one or more expansion stages, for example) and a member for cooling the cycle gas. reheating of the cycle gas (after expansion and before returning to the compression mechanism).
  • the compression mechanism comprises several compression stages 15 in series composed of a set of compressor(s) 15 of centrifugal type.
  • the compression mechanism comprises at least four compression stages 15 composed of a set of centrifugal type compressors arranged in series (and possibly in parallel).
  • a compression stage 15 can be composed of a wheel of a motorized centrifugal compressor.
  • the compression stages 15 i.e. the compressor wheels
  • the compression stages 15 are mounted on shafts 19 rotated by a set of motor(s) 18 (at least one motor).
  • all compressors 15 are of the centrifugal type.
  • the expansion mechanism preferably comprises several expansion stages composed of a set of turbine(s) 17 of centripetal type, in which at least one of the turbines 17 is coupled to the same shaft 19 as at least one compression stage 15 of so as to provide the compression stage 15 with mechanical work produced during expansion.
  • the expansion mechanism comprises three or more expansion stages formed by turbines 17 of the centripetal type arranged at least partly in series.
  • the number of compression stages (for example the number of compression wheels) is greater than the number of expansion stages (for example number of compression wheels). relaxation).
  • all the turbines 17 are of the centripetal type and are mainly arranged in series.
  • the device 1 may include a member 8, 9 for cooling the cycle gas configured to cool the cycle gas at the outlet of at least one of the turbines 17. That is to say, after expansion in a turbine 17, the cycle gas can be cooled by a value typically between 2K and 30K.
  • At least one of the turbines 17 is coupled to the same shaft 19 as a compression stage 15 of a compressor so as to provide the compressor with mechanical work produced during expansion.
  • This architecture makes it possible to de-correlate (make independent) the heat transfer fluid process (helium-based cycle gas for example) from the delivery temperature of the fluid to be liquefied (hydrogen for example).
  • This makes it possible in particular, in cycle circuit 14, to increase the value of the low pressure level of the cycle gas to pressures which are higher than in known devices. This is possible despite a relatively low overall compression ratio of the cycle gas.
  • This centrifugal compression technology was generally not recommended for hydrogen liquefaction in the prior art due to the limitation of the compression rate per stage.
  • the device 1 can include one or more Moto-Turbo-Compressors on part of the compression station.
  • a Moto-Turbo-Compressor is an assembly comprising an engine whose shaft directly drives a set of compression stage(s) (wheel(s)) and a set of expansion stage(s) (turbine(s) ). This enhances the mechanical work of expansion directly on one or more compressors 15 of the cycle gas.
  • the pre-cooling system 21 comprises a second refrigerator 20 with a refrigeration cycle of a second cycle gas.
  • This second refrigerator 20 also comprises, arranged in series in a cycle circuit 140: a mechanism 150 for compressing the cycle gas, at least one member 160 for cooling the cycle gas, a mechanism 170 for expanding the cycle gas and at least one member 6 for heating the expanded cycle gas.
  • the compression mechanism comprises several compression stages 150 in series composed of a set of compressor(s) 150 of centrifugal type.
  • the compression stages 150 are mounted on shafts 190 rotated by a set of motor(s) 180.
  • the expansion mechanism comprising one or more expansion stages composed of a set of turbine(s) 170 of centripetal type.
  • at least one of the turbines 170 is coupled to the same shaft 190 as at least one compression stage 150 so as to provide the compression stage 150 with mechanical work produced during expansion.
  • first 21 and second 20 refrigerators preferably have the same general structure and technology.
  • This pre-cooling system 20 architecture makes it possible to lower the cut-off temperature of the pre-cooling system 20 compared to known devices and offers improved flexibility.
  • the cycle gas of the second refrigerator 20 may include at least one of: nitrogen, neon, helium, hydrogen, oxygen, argon or carbon dioxide.
  • the cycle gas of this second refrigerator ensuring pre-cooling is composed of a mixture of helium and neon or helium and nitrogen for example.
  • the device only uses rare and/or inert gases in the cycles.
  • At least one exchanger 6 can be common to the following flows: circuit 3 of fluid to be cooled, circuit 14 of the first refrigerator (in particular two flows: after and before compression) and circuit 140 of the second refrigerator (for example two flows: before and after relaxation).
  • the first 21 and second 20 refrigerators preferably have the same general structure and the same technology.
  • these two refrigerators 20, 21 preferably comprise components of the same nature or identical.
  • identical or “of the same nature” we mean components (engine, turbine wheel, compressor wheel, bearings, casing, etc.) of the same technology but not necessarily strictly identical.
  • components of the same nature can be of different sizes.
  • first refrigerator 21 and the second refrigerator 20 comprise for example respective motors of the same type and/or respective compressors of the same type, and/or respective turbines of the same type and/or bearings of the same type (magnetic or gas).
  • the two cycles 14, 140 include for example centripetal turbines and centrifugal compressors coupled on the same shafts. These components of the same nature allow a pooling of components or sub-components: for example same electric motors, same electrotechnical chain for motor-compressors and motor-turbo-compressors, same wheels, same dimensions, same designs. . .This makes it possible to pool supplies and in particular to reduce the references of components or organs of device 1 (example: motor, bearings on the entire liquefaction unit, etc.).
  • cryogenic components can be housed in separate thermally insulated (preferably vacuum) cold boxes or in the same cold box (for example with separate volumes, independent or not).
  • the first refrigerator 21 and the second refrigerator 20 may include a motor 18, 180 common to the rotary shaft 19, 190 to which the wheels of the two refrigerators 20, 21 are coupled.
  • the shaft 19, 190 of a motor 18, 180 is coupled to at least one compressor wheel 15 and/or turbine wheel 17 of the first 21 refrigerator and also coupled to at least one compressor wheel 150 and/or one turbine wheel 170 of the second 20 refrigerator.
  • motors of the two refrigerators 20, 21 may share common components, for example the same power circuitry and/or the same electronic speed variator (“VFD”).
  • VFD electronic speed variator
  • At least part of the assembly of motor(s) 18, 180 of the first and/or second refrigerator 21, 20 are electric motors with variable speed controlled by an electrical signal, for example by frequency variation.
  • each refrigerator 20, 21 is preferably a function of the rotation speed of the motor(s), for example the cold power supplied is proportional to the rotation speed of the motors.
  • the rotation speed of the motor(s) 180 of the second refrigerator 20 determines the lowest temperature provided by the second refrigerator 20 (cut-off temperature). This determines the second temperature in the process of cooling and liquefying the fluid to be liquefied.
  • the device 1 preferably comprises an electronic member 11 for controlling at least one motor(s) 18, 180.
  • the electronic member 11 comprises for example a microprocessor or computer or any other appropriate system.
  • the electronic member 11 can control at least one motor(s) 18 of the first refrigerator 21 and at least one motor 180 of the second refrigerator 20.
  • This control member 11 can in particular be configured to jointly control the setpoint of speed of the motors of the first and second refrigerators 20, 21. That is to say that the control of one of the refrigerators 20 or 21 determines (is dependent) on the control of the other refrigerator 21 or 20.
  • control member 11 can be configured to increase or decrease in an identical manner (in percentage) the speed instructions of the motors 18, 180 of the first 21 and second 20 refrigerators.
  • the temperature conditions of the liquefied fluid can be controlled via the speed of the motors 18, 180.
  • the speed of the motors 20 of the second refrigerator is also lowered (or increased) by 30%. This can be achieved via a single control instruction (an identical or unique signal).
  • the pre-cooling cycle is closed and the cooling cycle is also closed.
  • the two cycles could be connected via a balancing valve (and a valve control system). This makes it possible to distribute the cold powers produced by the two refrigerators 20, 21 without changing the speed of the corresponding motors.
  • the device 1 presents great flexibility for controlling the cold powers of the pre-cooling 20 and cooling 21 systems.
  • Device 1 also makes it possible to increase the cold production capacity at the cooling level by keeping the same architecture, that is to say a liquefied gas at a lower temperature than at the nominal operating point. In fact, it is possible to occasionally lower the cut-off temperature of the pre-cooling system. This makes it possible to reduce the thermal load for the cooling system and therefore to further subcool the liquefied fluid leaving the liquefier. Changing the cut-off temperature is possible over a wider temperature range.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de liquéfaction d'un fluide tel que l'hydrogène comprenant un système (20) de pré-refroidissement en échange thermique avec au moins une partie d'un ensemble d'échangeur(s) (6) de chaleur configuré pour abaisser la température du fluide à refroidir à une première température et un système (21) de refroidissement en échange thermique avec au moins une partie de l'ensemble d'échangeur(s) (6, 7, 8, 9, 10) de chaleur dans lequel le système (21) de refroidissement et le système de pré-refroidissement comprennent chacun un réfrigérateur (21, 20) à cycle de réfrigération d'un gaz de cycle comprenant, dans un circuit (14, 140) de cycle : un mécanisme (15, 150) de compression, un mécanisme (17, 170) de détente le mécanisme de compression comprenant un ensemble de compresseur(s) (15, 150) de type centrifuge montés sur des arbres (19, 190) entraînés en rotation par un ensemble de moteur(s) (18, 180), le mécanisme de détente comprenant au moins une des turbines (17, 170) accouplée au même arbre (19) qu'au moins un étage de compression (15).

Description

Description
Titre de l’invention : Dispositif et procédé de liquéfaction d’un fluide.
L’invention concerne un dispositif et un procédé de liquéfaction d’un fluide tel que l’hydrogène et/ou l’hélium.
L’invention concerne plus particulièrement un dispositif de liquéfaction d’un fluide tel que l’hydrogène et/ou l’hélium comprenant un circuit de fluide à refroidir ayant une extrémité amont destinée à être reliée à une source de fluide gazeux et une extrémité aval destinée à être reliée à un organe de collecte du fluide liquéfié, le dispositif comprenant un ensemble d’échangeur(s) de chaleur en échange thermique avec le circuit (3) de fluide à refroidir, le dispositif comprenant un système de pré-refroidissement en échange thermique avec au moins une partie de l’ensemble d’échangeur(s) de chaleur configuré pour abaisser la température du fluide à refroidir à une première température, par exemple comprise 30 et 110K, le dispositif comprenant en outre un système de refroidissement en échange thermique avec au moins une partie de l’ensemble d’échangeur(s) de chaleur et configuré pour abaisser la température du fluide à refroidir de la première température à une seconde température, par exemple comprise entre 15 et 25K, dans lequel le système de refroidissement comprend un premier réfrigérateur à cycle de réfrigération d’un premier gaz de cycle comprenant de l’hélium et/ou de l’hydrogène, ledit premier réfrigérateur comprenant, disposés en série dans un circuit de cycle : un mécanisme de compression du gaz de cycle, au moins un organe de refroidissement du gaz de cycle, un mécanisme de détente du gaz de cycle et au moins un organe de réchauffage du gaz de cycle détendu, dans lequel le mécanisme de compression comprend plusieurs étages de compression en série composés d’un ensemble de compresseur(s) de type centrifuge, les étages de compressions étant monté sur des arbres entraînés en rotation par un ensemble de moteur(s), le mécanisme de détente comprenant plusieurs étages de détente composés d’un ensemble de turbines de type centripète.
Les dispositifs de liquéfaction de fluides cryogéniques, notamment d’hydrogène comprennent généralement un système de pré-refroidissement au moyen d’une source froide telle qu’une réserve d’azote liquide ou un réfrigérateur à cycle fermé ou semi-fermé d’azote.
La pression la plus basse du cycle de pré-refroidissement détermine la température la plus basse qu’atteint le gaz de cycle de pré-refroidissement (température de coupure). Ainsi, cette pression basse du cycle de pré-refroidissement est imposée à une valeur la plus basse possible, pour abaisser la température de coupure au bout froid de ce cycle de pré-refroidissement et ainsi prérefroidir efficacement le débit de gaz à liquéfier avant que celui-ci n’échange thermiquement avec le gaz de cycle du réfrigérateur qui abaisse la température jusqu’à une température de liquéfaction.
Cette architecture utilise généralement des stations de compression multi-étagées comportant une roue à engrenage ou dispositif d’augmentation de vitesse entre la vitesse fournie par le moteur électrique typiquement à 50 ou 60Hz et les arbres tournants, portant les multiples étages de compression, qui eux nécessitent pour des aspects d’efficacité énergétique une vitesse de rotation d’arbre bien élevée. Cette architecture ne permet pas une grande capacité de flexibilité dans le processus de liquéfaction comme décrit ci-dessous.
Une solution connue consiste à utiliser la technologie dite « IGV » mobiles (« Inlet Guide Vanes » Vannes Guide d’Entrée) qui permet de faire varier les débits de gaz à l’aspiration typiquement du premier étage de compression du cycle qui comporte ces IGV. Généralement, cette technologie n’est installée qu’en entrée du premier étage de compression du cycle de réfrigération concerné pour des aspects de coûts et de limitation d’organes mobiles pouvant générer une potentielle défaillance sur l’usine complète. Cette solution n’est que partiellement satisfaisante. En particulier, l’efficacité globale et le rendement de l’installation ne sont pas satisfaisants. En particulier, cette solution ne permet pas d’adapter l’installation aux énergies intermittentes ou alors avec un rendement peu satisfaisant.
Une autre solution consiste à utiliser un cycle de réfrigération utilisant des mélanges de réfrigérants (« MR »). Cependant ces solutions fournissent une température de coupure plus élevée (mélange de constituants de type hydrocarbures et azote dont le mélange induit des températures de coupure de 20 à 50 degrés plus élevé que les cycles de pré-refroidissement à azote pur) qui contraint plus le cycle de refroidissement final d’un point de vue thermodynamique. De plus, en cas de fuite le mélange à reconstituer est complexe pour les opérateurs (nécessité de déterminer le ou les composants qui fuient préférentiellement et de réajuster le mélange étape par étape). Si la température de coupure de ce cycle est abaissée (en ajoutant typiquement de l’azote dans le mélange en plus grandes proportions), le rendement de ce procédé chute significativement (de l’ordre de 10% si la température de coupure est abaissée de 5K).Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l’art antérieur relevés ci-dessus.
A cette fin, le dispositif selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu’en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que au moins une des turbines est accouplée au même arbre qu’au moins un étage de compression de façon à fournir à l’étage de compression du travail mécanique produit lors de la détente et en ce que le système de pré-refroidissement comprend un second réfrigérateur à cycle de réfrigération d’un second gaz de cycle, ledit le second réfrigérateur comprenant, disposés en série dans un circuit de cycle : un mécanisme de compression du gaz de cycle, au moins un organe de refroidissement du gaz de cycle, un mécanisme de détente du gaz de cycle et au moins un organe de réchauffage du gaz de cycle détendu, dans lequel le mécanisme de compression comprend plusieurs étages de compression en série composés d’un ensemble de compresseur(s) de type centrifuge, les étages de compressions étant monté sur des arbres entraînés en rotation par un ensemble de moteur(s), le mécanisme de détente comprenant un ou plusieurs étages de détente composés d’un ensemble de turbine(s) de type centripète dont au moins une est accouplée au même arbre qu’au moins un étage de compression de façon à fournir à l’étage de compression du travail mécanique produit lors de la détente.
Par ailleurs, des modes de réalisation de l’invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : le gaz de cycle du second réfrigérateur comprend au moins l’un parmi : de l’azote, du néon, de l’hélium, de l’hydrogène, de l’oxygène, de l’argon ou du dioxyde de carbone, le premier réfrigérateur et le second réfrigérateur comportent des moteurs respectifs de même type et/ou des compresseurs respectifs de même type, et/ou des turbines respectives de même type, le premier réfrigérateur et le second réfrigérateur comportent au moins un moteur commun dont l’arbre est accouplé à un ou des compresseurs et/ou une ou des turbines du premier réfrigérateur et accouplé également à un ou des compresseurs du second réfrigérateur et/ou une ou des turbines du second réfrigérateur, l’ensemble de moteur(s) du premier et/ou du second réfrigérateur comprend au moins un moteur électrique à vitesse variable pilotée par un signal électrique, par exemple par variation de fréquence, l’ensemble de moteur(s) du second réfrigérateur comprend au moins un moteur électrique à vitesse variable pilotée par un signal électrique, par exemple par variation de fréquence et en ce que la puissance froide fournie par le second réfrigérateur détermine la première température et est fonction de la vitesse de rotation dudit au moins moteur, l’ensemble de moteur(s) du premier réfrigérateur comprend au moins un moteur électrique à vitesse variable pilotée par un signal électrique, par exemple par variation de fréquence et en ce que la puissance froide fournie par le premier réfrigérateur détermine la seconde température et est fonction de la vitesse de rotation dudit au moins un moteur, le dispositif comporte un organe électronique de commande d’au moins un moteur(s) du premier réfrigérateur et d’au moins un moteur du second réfrigérateur, l’organe de commande étant configuré pour piloter de façon conjointe la consigne de vitesse des moteurs des premier et second réfrigérateurs, l’organe de commande est configuré pour augmenter ou diminuer de façon identique en pourcentages les consignes de vitesse des moteurs des premier et second réfrigérateurs. L’invention concerne également_un procédé de liquéfaction d’un fluide tel que l’hydrogène et/ou l’hélium utilisant un dispositif selon l’une quelconque des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous, le procédé comprenant une étape de refroidissement du fluide à refroidir à la première température, par exemple comprise entre 30 et 110K via le second réfrigérateur puis une étape de refroidissement du fluide à refroidir de la première température à la seconde température par exemple comprise entre 15 et 25K.
Selon d’autres particularités possibles : le procédé comporte une étape de contrôle de la valeur de la première température via le pilotage de la vitesse d’au moins un des moteurs de l’ensemble de moteur(s) du second réfrigérateur, les circuits de cycle du premier réfrigérateur et du second réfrigérateur contiennent le même gaz de cycle et sont interconnectés via au moins une vanne.
L’invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous dans le cadre des revendications.
D’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures dans lesquelles :
Brève description des figures
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
[Fig. 1] est une vue partielle et schématique illustrant un exemple de structure et de fonctionnement d’un exemple de dispositif de liquéfaction selon l’invention,
[Fig. 2] est une vue schématique et partielle d’un détail d’un tel dispositif dans une variante de réalisation,
[Fig. 3] est une vue schématique et partielle d’un autre détail d’un tel dispositif dans une autre variante de réalisation.
Description détaillée
Sur toutes les figures, les mêmes références se rapportent aux mêmes éléments. Dans cette description détaillée, les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, cela ne signifie pas que les caractéristiques s’appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées et/ou interchangées pour fournir d’autres réalisations.
Le dispositif 1 de liquéfaction d’un fluide tel que l’hydrogène et/ou l’hélium illustré à la [Fig. 1] comprend un circuit 3 de fluide à refroidir ayant une extrémité amont destinée à être reliée à une source 2 de fluide gazeux et une extrémité aval 23 destinée à être reliée à un organe 4 de collecte du fluide liquéfié.
La source 2 peut comprendre une unité distribution (réseau) et/ou de production de gaz (par exemple de l’hydrogène). La source 2 peut comprendre en particulier un électrolyseur ou une unité de vapo-reformage.
L’organe 4 de collecte peut comprendre, par exemple, au moins un stockage de liquide cryogénique. En amont du stockage 4 le circuit 3 de fluide à refroidir comporte de préférence une vanne, par exemple une vanne 12 de détente et/ou une turbine de détente.
Le dispositif 1 de liquéfaction comprend un ensemble d’échangeur(s) 6, 7, 8, 9, 10 de chaleur disposés en série et/ou en parallèle en échange thermique avec le circuit 3 de fluide à refroidir et un système 20 de pré-refroidissement en échange thermique avec au moins une partie de l’ensemble d’échangeur(s) 6 de chaleur.
Ce système de pré-refroidissement est typiquement configuré pour abaisser la température du fluide à refroidir à une première température, par exemple comprise entre 30 et 110K, par exemple 80K.
Le dispositif 1 de liquéfaction comprend en outre un système 21 de refroidissement en échange thermique avec au moins une partie de l’ensemble d’échangeur(s) 6, 7, 8, 9, 10 de chaleur.
Ce système de refroidissement est quant à lui configuré pour abaisser encore la température du fluide à refroidir de la première température à une seconde température, par exemple comprise entre 15 et 25K, par exemple 20K pour permettre sa liquéfaction.
Comme illustré, le système de refroidissement comprend un premier réfrigérateur 21 à cycle de réfrigération d’un premier gaz de cycle comprenant de l’hélium et/ou de l’hydrogène. Ce premier réfrigérateur 21 comprend, disposés en série dans un circuit 14 de cycle : un mécanisme 15 de compression du gaz de cycle, au moins un organe de refroidissement du gaz de cycle, un mécanisme 17 de détente du gaz de cycle et au moins un organe de réchauffage du gaz de cycle détendu. C’est-à-dire que le premier réfrigérateur 21 soumet le gaz de cycle à un cycle thermodynamique dans lequel le gaz de cycle atteint à une extrémité froide une température très basse (cryogénique) constituant une puissance froide et qui est mise en échange thermique avec le fluide à liquéfier.
Le fluide à liquéfier (exemple l’hydrogène) est un fluide qui est de préférence distinct du fluide du gaz de cycle (exemple hélium et éventuellement autre(s) composant(s)).
De préférence ces deux circuits sont donc distincts.
Comme illustré, l’ensemble d’échangeur(s) de chaleur qui refroidit le fluide à liquéfier comprend de préférence un ou plusieurs échangeurs de chaleur 6, 7, 8, 9 à contre-courant disposés en série et dans lesquels deux portions distinctes du circuit 14 de cycle circulent simultanément à contre-courant (respectivement pour le refroidissement et le réchauffage de flux distincts du gaz de cycle).
C’est-à-dire que cette pluralité d’échangeurs de chaleur à contre-courant forme à la fois un organe de refroidissement du gaz de cycle (après la compression et après un ou des étages de détente par exemple) et un organe de réchauffage du gaz de cycle (après la détente et avant le retour dans le mécanisme de compression).
Le mécanisme de compression comprend plusieurs étages de compression 15 en série composés d’un ensemble de compresseur(s) 15 de type centrifuge. Par exemple, le mécanisme de compression comprend au moins quatre étages 15 de compression composés d’un ensemble de compresseurs de type centrifuge disposés en série (et éventuellement en parallèle).
Un étage 15 de compression peut être composé d’une roue d’un compresseur centrifuge motorisé.
Les étages de compression 15 (c’est-à-dire les roues de compresseurs) sont montés sur des arbres 19 entraînés en rotation par un ensemble de moteur(s) 18 (au moins un moteur).
De préférence, tous les compresseurs 15 sont de type centrifuge.
Le mécanisme de détente comprend de préférence plusieurs étages de détente composés d’un ensemble de turbine(s) 17 de type centripète, dans lequel au moins une des turbines 17 est accouplée au même arbre 19 qu’au moins un étage de compression 15 de façon à fournir à l’étage de compression 15 du travail mécanique produit lors de la détente. Par exemple, le mécanisme de détente comprend trois ou plus étages de détente formés de turbines 17 de type centripète disposées au moins en partie en série.
De préférence, le nombre d’étages de compression (par exemple le nombre de roues de compression) est supérieur au nombre d’étages de détente (par exemple nombre de roues de détente). De préférence, toutes les turbines 17 sont de type centripète et sont majoritairement disposées en série.
Le dispositif 1 peut comporter un organe 8, 9 de refroidissement du gaz de cycle configuré pour refroidir le gaz de cycle à la sortie de l’une au moins des turbines 17. C’est-à-dire que, après détente dans une turbine 17, le gaz de cycle peut être refroidi d’une valeur typiquement comprise entre 2K et 30K.
De plus, au moins une des turbines 17 est accouplée au même arbre 19 qu’un étage de compression 15 d’un compresseur de façon à fournir au compresseur du travail mécanique produit lors de la détente.
Cette architecture permet de dé-corréler (rendre indépendant) le procédé à fluide caloporteur (gaz de cycle à base d’hélium par exemple) de la température de livraison du fluide à liquéfier (hydrogène par exemple). Ceci permet en particulier, dans le circuit 14 de cycle, d’augmenter la valeur du niveau de basse pression du gaz de cycle à des pressions qui sont plus élevées que dans les dispositifs connus. Ceci est possible malgré un taux de compression global du gaz de cycle relativement faible. Cette technologie de compression centrifuge n’était généralement pas recommandée pour la liquéfaction d’hydrogène dans l’art antérieur du fait de la limitation du taux de compression par étage.
Ainsi, le dispositif 1 peut comporter un ou plusieurs Moto-Turbo-Compresseurs sur une partie de la station de compression. Un Moto-Turbo-Compresseurs est un ensemble comprenant un moteur dont l’arbre entraîne directement un ensemble d’étage(s) de compression (roue(s)) et un ensemble d’étage(s) de détente (turbine(s)). Ceci valorise du travail mécanique de détente directement sur un ou des compresseurs 15 du gaz de cycle.
Le système 21 de pré-refroidissement comprend un second réfrigérateur 20 à cycle de réfrigération d’un second gaz de cycle. Ce second réfrigérateur 20 comprend lui aussi, disposés en série dans un circuit 140 de cycle : un mécanisme 150 de compression du gaz de cycle, au moins un organe 160 de refroidissement du gaz de cycle, un mécanisme 170 de détente du gaz de cycle et au moins un organe 6 de réchauffage du gaz de cycle détendu.
Le mécanisme de compression comprend plusieurs étages de compression 150 en série composés d’un ensemble de compresseur(s) 150 de type centrifuge. Les étages de compressions 150 sont montés sur des arbres 190 entraînés en rotation par un ensemble de moteur(s) 180.
Le mécanisme de détente comprenant un ou plusieurs étages de détente composés d’un ensemble de turbine(s) 170 de type centripète. Comme pour le premier réfrigérateur, au moins une des turbines 170 est accouplée au même arbre 190 qu’au moins un étage de compression 150 de façon à fournir à l’étage de compression 150 du travail mécanique produit lors de la détente.
C’est-à-dire que les premier 21 et second 20 réfrigérateurs ont de préférence la même structure générale et technologie.
Cette architecture de système 20 de pré-refroidissement permet d’abaisser la température de coupure du système 20 de pré-refroidissement par rapport aux dispositifs connus et offre une flexibilité améliorée.
Le gaz de cycle du second réfrigérateur 20 peut comprendre au moins l’un parmi : de l’azote, du néon, de l’hélium, de l’hydrogène, de l’oxygène, de l’argon ou du dioxyde de carbone. De préférence le gaz de cycle de ce second réfrigérateur assurant le pré-refroidissement est composé d’un mélange d’hélium et néon ou hélium et azote par exemple. De préférence le dispositif n’utilise que des gaz rares et/ou inertes dans les cycles.
Ceci permet d’atteindre des températures plus basses dans le système de pré-refroidissement (typiquement sous 80K) sans nuire au rendement global et sans risquer de condenser ou même geler un constituant qui aurait un impact dramatique sur les turbomachines et échangeurs du circuit.
Comme illustré, au moins un échangeur 6 peut être commun aux flux suivants : circuit 3 de fluide à refroidir, circuit 14 du premier réfrigérateur (notamment deux flux : après et avant compression) et circuit 140 du second réfrigérateur (par exemple deux flux : avant et après détente).
Comme mentionné ci-dessus, les premier 21 et second 20 réfrigérateurs ont de préférence la même structure générale et la même technologie. En particulier, ces deux réfrigérateurs 20, 21 comportent de préférence des composants de même nature ou identiques. Par « identiques » ou « de même nature » on désigne des composants (moteur, roue de turbine, roue de compresseur, paliers, carter. . .) de même technologie mais pas forcément strictement identiques. Par exemple, les composants de même nature peuvent être de tailles différentes.
Ainsi, le premier réfrigérateur 21 et le second réfrigérateur 20 comportent par exemple des moteurs respectifs de même type et/ou des compresseurs respectifs de même type, et/ou des turbines respectives de même type et/ou des paliers du même type (magnétique ou à gaz).
Les deux cycles 14, 140 comprennent par exemple des turbines centripètes et compresseurs centrifuges couplés sur de mêmes arbres. Ces composants de même nature permettent une mutualisation de composants ou de sous-composants : par exemple mêmes moteurs électriques, même chaîne électrotechnique pour les moto-compresseurs et moto-turbo-compresseurs, mêmes roues, mêmes dimensions, mêmes conceptions. . .Ceci permet de mutualiser les approvisionnements et de réduire notamment les références de composants ou d’organes du dispositif 1 (exemple : moteur, paliers sur l’ensemble de l’unité de liquéfaction. . .).
Ceci permet d’utiliser dans le même dispositif 1 (même installation) des machines d’un seul type aussi bien pour le pré-refroidissement (de 300K à 80K par exemple) que le refroidissement entre 80 et 20K par exemple). Par exemple seules les turbines seraient différentes.
Les composants cryogéniques peuvent être logés dans des boîtes froides isolées thermiquement (de préférence sous vide) distinctes ou dans une même boîte froide (par exemple avec des volumes séparés indépendants ou non).
De plus, et comme schématisé à la [Fig. 2], le premier réfrigérateur 21 et le second réfrigérateur 20 peuvent comporter un moteur 18, 180 commun à l’arbre 19, 190 rotatif duquel sont accouplés des roues des deux réfrigérateurs 20, 21. Par exemple l’arbre 19, 190 d’un moteur 18, 180 est accouplé à au moins une roue de compresseur 15 et/ou de turbine 17 du premier 21 réfrigérateur et également accouplé à au moins une roue de compresseur 150 et/ou une roue de turbine 170 du second 20 réfrigérateur.
De même, des moteurs des deux réfrigérateurs 20, 21 peuvent partager des composants communs, par exemple la même circuiterie de puissance et/ou un même variateur électronique de vitesse (« VFD »).
De préférence, au moins une partie de l’ensemble de moteur(s) 18, 180 du premier et/ou du second réfrigérateur 21, 20 sont des moteurs électriques à vitesse variable pilotée par un signal électrique, par exemple par variation de fréquence.
De plus, la puissance froide fournie par chaque réfrigérateur 20, 21 est de préférence fonction de la vitesse de rotation du ou des moteurs, par exemple la puissance froide fournie est proportionnelle à la vitesse de rotation des moteurs.
En particulier, la vitesse de rotation du ou des moteurs 180 du second réfrigérateur 20 conditionne la température la plus basse fournie par le second réfrigérateur 20 (température de coupure). Ceci détermine la seconde température dans le processus de refroidissement et de liquéfaction du fluide à liquéfier.
Comme schématisé à la [Fig. 3], le dispositif 1 comporte de préférence un organe 11 électronique de commande d’au moins un moteur(s) 18, 180. L’organe 11 électronique comprend par exemple un microprocesseur ou ordinateur ou tout autre système approprié.
Comme illustré, l’organe 11 électronique peut commander au moins un moteur(s) 18 du premier réfrigérateur 21 et au moins un moteur 180 du second réfrigérateur 20. Cet organe 11 de commande peut en particulier être configuré pour piloter de façon conjointe la consigne de vitesse des moteurs des premier et second réfrigérateurs 20, 21. C’est-à-dire que la commande d’un des réfrigérateurs 20 ou 21 détermine (est dépendante) de la commande de l’autre réfrigérateur 21 ou 20.
Par exemple, l’organe 11 de commande peut être configuré pour augmenter ou diminuer de façon identique (en pourcentage) les consignes de vitesse des moteurs 18, 180 des premier 21 et second 20 réfrigérateurs.
Par exemple, les conditions de température du fluide liquéfié peuvent être contrôlées via la vitesse des moteurs 18, 180. Ainsi, par exemple s’il faut baisser (ou augmenter) de 30% la vitesse des moteurs du premier réfrigérateur 21, la vitesse des moteurs 20 du second réfrigérateur est baissée (ou augmentée) également de 30%. Ceci peut être réalisé via une seule consigne de commande (un signal identique ou unique).
De préférence, le cycle de pré-refroidissement est fermé et le cycle de refroidissement est également fermé.
Dans une variante possible, les deux cycles pourraient être connectés via une vanne d’équilibrage (et un système de pilotage de la vanne). Ceci permet de répartir les puissances froides produites par les deux réfrigérateurs 20, 21 sans changer la vitesse des moteurs correspondants.
Le dispositif 1 présente une grande flexibilité pour piloter les puissances froides des systèmes de pré-refroidissement 20 et de refroidissement 21.
Ainsi il est possible de contrôler et fixer les températures à la jonction entre les deux réfrigérateurs dans le circuit 3 de fluide à liquéfier.
Le dispositif 1 permet en outre d’augmenter la capacité de production de froid au niveau du refroidissement en gardant la même architecture, c’est-à-dire un gaz liquéfié à plus basse température qu’au point de fonctionnement nominal. En effet, il est possible d’abaisser ponctuellement la température de coupure du système de pré-refroidissement. Ceci permet de réduire la charge thermique pour le système de refroidissement et donc de sous-refroidir davantage le fluide liquéfié en sortie de liquéfacteur. La modification de la température de coupure est possible sur une plus grande plage de températures.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Dispositif de liquéfaction d’un fluide tel que l’hydrogène et/ou l’hélium comprenant un circuit (3) de fluide à refroidir ayant une extrémité amont destinée à être reliée à une source (2) de fluide gazeux et une extrémité aval (23) destinée à être reliée à un organe (4) de collecte du fluide liquéfié, le dispositif (1) comprenant un ensemble d’échangeur(s) (6, 7, 8, 9, 10) de chaleur en échange thermique avec le circuit (3) de fluide à refroidir, le dispositif (1) comprenant un système (20) de pré-refroidissement en échange thermique avec au moins une partie de l’ensemble d’échangeur(s) (6) de chaleur configuré pour abaisser la température du fluide à refroidir à une première température, par exemple comprise entre 30 et 110K, le dispositif (1) comprenant en outre un système (21) de refroidissement en échange thermique avec au moins une partie de l’ensemble d’échangeur(s) (6, 7, 8, 9, 10) de chaleur et configuré pour abaisser la température du fluide à refroidir de la première température à une seconde température, par exemple comprise entre 15 et 25K, dans lequel le système (21) de refroidissement comprend un premier réfrigérateur (21) à cycle de réfrigération d’un premier gaz de cycle comprenant de l’hélium et/ou de l’hydrogène, ledit premier réfrigérateur (21) comprenant, disposés en série dans un circuit (14) de cycle : un mécanisme (15) de compression du gaz de cycle, au moins un organe (6, 7, 8, 9) de refroidissement du gaz de cycle, un mécanisme (17) de détente du gaz de cycle et au moins un organe (10, 9, 8, 7, 6) de réchauffage du gaz de cycle détendu, dans lequel le mécanisme de compression comprend plusieurs étages de compression (15) en série composés d’un ensemble de compresseur(s) (15) de type centrifuge, les étages de compressions (15) étant monté sur des arbres (19) entraînés en rotation par un ensemble de moteur(s) (18), le mécanisme de détente comprenant plusieurs étages de détente composés d’un ensemble de turbines (17) de type centripète, dans lequel au moins une des turbines (17) est accouplée au même arbre (19) qu’au moins un étage de compression (15) de façon à fournir à l’étage de compression (15) du travail mécanique produit lors de la détente et en ce que le système (21) de pré-refroidissement comprend un second réfrigérateur (20) à cycle de réfrigération d’un second gaz de cycle, ledit le second réfrigérateur (20) comprenant, disposés en série dans un circuit (140) de cycle : un mécanisme (150) de compression du gaz de cycle, au moins un organe (160, 6) de refroidissement du gaz de cycle, un mécanisme (170) de détente du gaz de cycle et au moins un organe (6) de réchauffage du gaz de cycle détendu, dans lequel le mécanisme de compression comprend plusieurs étages de compression (150) en série composés d’un ensemble de compresseur(s) (150) de type centrifuge, les étages de compressions (150) étant monté sur des arbres (190) entraînés en rotation par un ensemble de moteur(s) (180), le mécanisme de détente comprenant un ou plusieurs étages de détente composés d’un ensemble de turbine(s) (170) de type centripète dont au moins une est accouplée au même arbre (190) qu’au moins un étage de compression (150) de façon à fournir à l’étage de compression (150) du travail mécanique produit lors de la détente caractérisé en ce que, l’ensemble de moteur(s) (18) du premier réfrigérateur (21) comprend au moins un moteur électrique à vitesse variable pilotée par un signal électrique, par variation de fréquence et en ce que la puissance froide fournie par le premier réfrigérateur détermine la seconde température et est fonction de la vitesse de rotation dudit au moins un moteur (18), l’ensemble de moteur(s) (180) du second réfrigérateur (20) comprend au moins un moteur électrique à vitesse variable pilotée par un signal électrique, par variation de fréquence et en ce que la puissance froide fournie par le second réfrigérateur détermine la première température et est fonction de la vitesse de rotation dudit au moins moteur (180).
[Revendication 2] Dispositif de liquéfaction selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz de cycle du second réfrigérateur (20) comprend au moins l’un parmi : de l’azote, du néon, de l’hélium, de l’hydrogène, de l’oxygène, de l’argon ou du dioxyde de carbone.
[Revendication 3] Dispositif de liquéfaction selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier réfrigérateur (21) et le second réfrigérateur (20) comportent des moteurs respectifs de même type et/ou des compresseurs respectifs de même type, et/ou des turbines respectives de même type.
[Revendication 4] Dispositif de liquéfaction selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le premier réfrigérateur (21) et le second réfrigérateur (20) comportent au moins un moteur (18, 180) commun dont l’arbre (19, 190) est accouplé à un ou des compresseurs (15) et/ou une ou des turbines du premier (21) réfrigérateur et accouplé également à un ou des compresseurs (150) du second (20) réfrigérateur et/ou une ou des turbines (170) du second (20) réfrigérateur.
[Revendication 5] Dispositif de liquéfaction selon l’une quelconque des revendication 1 à 4, caractérisé en ce qu’il comporte un organe (11) électronique de commande d’au moins un moteur(s) (18) du premier réfrigérateur (21) et d’au moins un moteur du second réfrigérateur (20), l’organe (11) de commande étant configuré pour piloter de façon conjointe la consigne de vitesse des moteurs des premier et second réfrigérateurs (20, 21).
[Revendication 6] Dispositif de liquéfaction selon la revendication 5, dans lequel l’organe (11) de commande est configuré pour augmenter ou diminuer de façon identique en pourcentages les consignes de vitesse des moteurs des premier et second réfrigérateurs (20, 21).
[Revendication 7] Procédé de liquéfaction d’un fluide tel que l’hydrogène et/ou l’hélium utilisant un dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, le procédé comprenant une étape de refroidissement du fluide à refroidir à la première température, par exemple comprise entre 30 et 110K via le second réfrigérateur (20) puis une étape de refroidissement du fluide à refroidir de la première température à la seconde température par exemple comprise entre 15 et 25K.
[Revendication 8] Procédé de liquéfaction selon la revendication 7, caractérisé en ce qu’il comporte une étape de contrôle de la valeur de la première température via le pilotage de la vitesse d’au moins un des moteurs de l’ensemble de moteur(s) (180) du second réfrigérateur (20).
[Revendication 9] Procédé de liquéfaction selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les circuits de cycle (14, 140) du premier réfrigérateur (21) et du second réfrigérateur (20) contiennent le même gaz de cycle et sont interconnectés via au moins une vanne.
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FR3165059A1 (fr) * 2024-07-25 2026-01-30 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Installation et procédé de refroidissement
FR3165949A1 (fr) * 2024-08-30 2026-03-06 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Procédé de dégivrage d’une installation de production d’un fluide cryogénique

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015002164A1 (de) * 2015-02-19 2016-08-25 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zum Verflüssigen von Erdgas
US10415857B2 (en) * 2015-05-01 2019-09-17 Mayekawa Mfg. Co., Ltd. Refrigerator and operation method for refrigerator
FR3099820B1 (fr) * 2019-08-05 2022-11-04 Air Liquide Dispositif et installation de réfrigération
FR3099816B1 (fr) * 2019-08-05 2022-10-21 Air Liquide Procédé, dispositif et installation de réfrigération et/ou de liquéfaction
FR3099819B1 (fr) * 2019-08-05 2021-09-10 Air Liquide Dispositif et installation de réfrigération
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