EP4739962A1 - Réfrigérateur à cycle de réfrigération et dispositif et procédé de liquéfaction - Google Patents

Réfrigérateur à cycle de réfrigération et dispositif et procédé de liquéfaction

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EP4739962A1
EP4739962A1 EP24736339.3A EP24736339A EP4739962A1 EP 4739962 A1 EP4739962 A1 EP 4739962A1 EP 24736339 A EP24736339 A EP 24736339A EP 4739962 A1 EP4739962 A1 EP 4739962A1
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EP
European Patent Office
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compression
cycle gas
centrifugal
cycle
expansion
Prior art date
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Pending
Application number
EP24736339.3A
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German (de)
English (en)
Inventor
Pierre BARJHOUX
Axelle GAERTNER
Tianyi DANG
Marine ANDRICH
Guillaume DELAUTRE
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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
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Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
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    • 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.
    • F25J1/0298—Safety aspects and control of the refrigerant compression system, e.g. anti-surge control
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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 refrigeration cycle refrigerator and a liquefaction device and method.
  • the invention relates more particularly to a refrigerator with a refrigeration cycle of a cycle gas mainly comprising hydrogen and/or helium, the refrigerator having a cycle circuit comprising: a compression mechanism of the cycle gas, at least one member for cooling the cycle gas, a mechanism for expanding the cycle gas and at least one member for reheating the expanded cycle gas, the compression mechanism comprises at least one compression stage of the volumetric and reciprocating type and at least two centrifugal compression stages arranged in series, the expansion mechanism comprising at least two expansion turbines of the centripetal type, at least one of the turbines being mechanically coupled to a centrifugal compression stage so as to provide the compression stage with mechanical work produced during expansion.
  • An aim of the present invention is to overcome all or part of the drawbacks of the prior art noted above.
  • the refrigerator according to the invention is essentially characterized in that the at least one alternating volumetric type compression stage is arranged in series and upstream of the at least two centrifugal compression stages.
  • the invention also relates to a device for liquefying a feed fluid such as hydrogen and/or helium comprising a feed fluid circuit having an upstream end intended to be connected to a source of feed gas and a downstream end intended to be connected to a member for collecting the liquefied feed gas, the device comprising a set of heat exchanger(s) in heat exchange with the feed fluid circuit, the device comprising at least one refrigerator in heat exchange with at least part of the set of heat exchanger(s), the refrigerator conforming to any one of the characteristics above or below.
  • a feed fluid circuit having an upstream end intended to be connected to a source of feed gas and a downstream end intended to be connected to a member for collecting the liquefied feed gas
  • the device comprising a set of heat exchanger(s) in heat exchange with the feed fluid circuit
  • the device comprising at least one refrigerator in heat exchange with at least part of the set of heat exchanger(s), the refrigerator conforming to any one of the characteristics above or below.
  • the control member of the intake system and the discharge system is configured to reduce the pressure and/or the mass flow rate at the outlet of the volumetric and reciprocating compression stage by modifying the mass flow rate and/or the compression ratio of the volumetric and reciprocating compression stage,
  • the signal representative of the reduction in the thermal load of the supply fluid circuit being for example provided by a member for determining the flow rate and/or the characteristics of the gas flow supplying the device and/or a measurement of a determined change in temperature of a cold end of the cycle circuit of the refrigerator at equal operation and/or a measurement of a determined change in temperature on the supply fluid circuit at equal operation, for example downstream of the set of heat exchangers and upstream of an expansion valve,
  • the invention also relates to a method for liquefying a feed fluid, for example hydrogen, using a liquefaction device conforming to any of the characteristics above or below, comprising, a compression of the cycle gas first of the volumetric and alternating type and then a compression of the cycle gas of the centrifugal type, a centripetal expansion of the centrifugally compressed cycle gas and a step of recovering a part of the centripetal expansion work for the centrifugal compression.
  • the method comprises a step of regulating the mass flow rate of compressed cycle gas in the volumetric and reciprocating compression as a function of the thermal load of the feed gas flow and a step of regulating the flow rate of cycle gas in the centripetal expansion and in the centrifugal compression as a function of the mass flow rate of compressed cycle gas in the volumetric and reciprocating compression.
  • the invention may also relate to any alternative device or method comprising any combination of the features above or below within the scope of the claims.
  • FIG. 1 is a schematic and partial view illustrating an example of structure and operation of a first example of liquefaction device with refrigerator according to the invention
  • FIG. 1 is a schematic and partial view illustrating a second example of structure and operation of a refrigerator according to the invention.
  • FIG. 1 is a schematic and partial view of a detail of a variant of the compression system that can be used in a refrigerator according to the invention.
  • a refrigerator 2 with a refrigeration cycle of a cycle gas comprising, for example, mainly hydrogen and/or helium.
  • the refrigerator 2 has a cycle circuit 12 comprising: a mechanism 21, 22 for compressing the cycle gas, at least one member 23, 5 for cooling the cycle gas, a mechanism 24, 25 for expanding the cycle gas and at least one member 5 for reheating the expanded cycle gas.
  • the cooling and reheating of the cycle gas comprises for example a set of heat exchanger(s).
  • a set of heat exchanger(s) For example a plurality of heat exchangers arranged in series and in which two separate portions of the cycle circuit circulate simultaneously in counter-current for respectively cooling and reheating the cycle gas.
  • This plurality of heat exchangers forming a cycle gas cooling member and a cycle gas reheating member.
  • the compression mechanism comprises, arranged in series, at least one volumetric and reciprocating compression stage 21 (two stages in series in this example) and at least two centrifugal compression stages 22 (two stages in series in this example).
  • the expansion mechanism comprises at least two centripetal expansion turbines 24 (two in series in this example), at least one of which is mechanically coupled 122 to a centrifugal compression stage 22 so as to provide the compression stage 22 with mechanical work produced during expansion (in this example the two turbines 24 are mechanically coupled respectively to the two centrifugal compression stages).
  • This mechanical coupling is for example achieved by making the turbine and the compressor integral with the same drive shaft. This constitutes a turbo-compressor (i.e. without a compressor drive motor or other active element providing mechanical work to the compressor).
  • the turbines 24 in series are coupled from upstream to downstream respectively with compressors 22 taken in the reverse order (downstream to upstream). That is to say that, for example, at least one turbine 24 is coupled with a compression stage 22 located upstream of a compression stage 22 coupled to another turbine 24 which precedes it in the cycle circuit 12.
  • Each volumetric and reciprocating compression stage 21 may comprise or consist of a piston compressor.
  • the compression ratio of the total compression is typically between 10 and 30 between the upstream end and the inlet into the expansion turbines.
  • the piston compressors 21 make it possible to achieve high pressures maximizing the compression ratio. This relatively high compression ratio can be obtained with relatively limited volume flow rates and with good energy efficiency.
  • the number of volumetric and reciprocating compression stages 22 may be between one and eight, for example between three and six.
  • the number of centrifugal compression stages 12 can be between one and eight, for example between two and eight.
  • a cooler 23 (cycle gas/heat transfer fluid heat exchanger such as water) may be arranged at the outlet of one or more of the centrifugal compression stages 22, for example at least at the outlet of the last centrifugal compression stage (for example to ensure isothermal or substantially isothermal compression or to maintain the temperature of the cycle gas below a threshold of, for example, between 65 and 70°C. That is to say that the cycle circuit 12 may be devoid of a member for cooling the cycle gas at the outlet of at least one of the centrifugal compression stages 22 other than the last centrifugal compression stage 22.
  • This structure in fact allows a centrifugal over-compression of a relatively light cycle gas (hydrogen for example) which is pre-compressed by piston-type compressors 22. This allows a relative reduction in energy consumption for the compression work.
  • a relatively light cycle gas hydrogen for example
  • volumemetric piston and radial centrifugal have characteristics (enthalpy as a function of flow) that are difficult to associate. Indeed, a reciprocating compressor generates flow interruptions (piston) while the centrifugal compressor must by design receive a continuous minimum flow (to avoid its so-called pumping zone which leads to a risk of mechanical breakage).
  • the arrangement of the turbo-compressors 22 downstream of the reciprocating compressors 21 allows the turbo-compressors 22 to achieve the theoretical maximum energy efficiency of the compressors 22 by achieving lower specific speeds than in known solutions.
  • Supplying the centrifugal compressors 22 with a relatively high-pressure flow makes it possible to achieve optimum efficiency due to the reduced volume flow rate at the suction of the centrifugal compressors 22. This advantage is notable even if this configuration was not envisaged because it could generate relatively significant residual axial forces between the turbine wheel on one side and the compressor wheel on the other side of the axis.
  • the cycle gas flow can be divided into a first flow supplying the last turbine 24 before returning to an intermediate stage in the compression and a second flow supplying a valve 25 for example of the Joule Thomson type before returning to the compression inlet.
  • each piston compressor may comprise a structure with a piston 121 movable in a compression chamber of the cycle gas, an actuator 7 of the piston (motorized).
  • An admission system 210 of the cycle gas to be compressed in the compression chamber and a discharge system 211 of the compressed cycle gas out of the compression chamber are provided, for example via suitable valves or valves.
  • a control member 8 of the admission system 210 and of the discharge system 211 is provided to control the displacement and/or the compression ratio of the compression stage 21 of the volumetric and reciprocating type.
  • the control member 8 comprises for example an electronic controller comprising a microprocessor.
  • control member 8 can control different types of operation. For example, in a first operation the inlet valve is left open or not to admit for example 0%, 25%, 50%, 75% or 100% of the flow to be treated.
  • the inlet and outlet valves are opened or closed so as to pass the desired flow through the piston.
  • an extension of the compression chamber volume can be activated to change the flow rate processed by the piston.
  • the refrigerator 2 may include a system for regulating at least one of the expansion turbines 24 and comprising a throttling valve 13 at the inlet of the expansion turbine and/or a system 14, 15 for bypassing the flow of fluid supplying the turbine 24.
  • This regulation system may be configured to maintain a determined expansion rate at the terminals of each turbine 24.
  • the refrigerator 2 may comprise a downstream centrifugal compression regulation system configured to regulate the centrifugal compression stages 22 arranged in series.
  • This regulation system may comprise at least one of: a system 9, 10 for bypassing the fluid flow supplying all or part of the centrifugal compression stages 22, a frequency variator 17, an inlet flow regulator 11 (“IGV”) for the gas flow supplying the centrifugal compression stage 22.
  • IGV inlet flow regulator 11
  • This downstream compression control system can be configured to control the cycle gas flow rate in the centrifugal compression stages 22 and for example to decrease the cycle gas flow rate in the centrifugal compression stages 22 in response to a decrease in the cycle gas flow rate admitted to the turbines 24.
  • the bypass system may comprise one or more bypass lines 9 and a set of bypass valve(s) 10.
  • a first bypass line 9 provided with a valve 10 makes it possible to bypass all the centrifugal compressors 22 in series.
  • a second bypass line 9 provided with a valve 10 makes it possible to bypass several centrifugal compressors 22 in series downstream of at least one first centrifugal compressor 22.
  • a third bypass line 9 provided with a valve 10 makes it possible to bypass a single centrifugal compressor 22, for example a compressor at the downstream end of the series. All or part of these bypass lines 9 can be combined as required, for example when starting the installation.
  • a respective bypass line 9 provided with a valve 10 may be provided for each compressor 22 (and associated cooler 23 if applicable). This makes it possible to selectively bypass one or more of the compressors 23 in series and/or to recycle gas around the compressors to improve the energy efficiency of the refrigerator 2.
  • the cycle circuit 12 preferably comprises a volume 16 for damping the pressure pulsations arranged between the volumetric and reciprocating compression stages 21 and the centrifugal compression stages 22.
  • This damping volume 16 is sized to reduce by a factor of between 10 and 100 the pressure amplitudes of the cycle gas between the outlet of the volumetric and reciprocating compression stage(s) 21 and the inlet of the centrifugal compression stages 22.
  • this damping volume comprises, for example, a pressurized buffer storage.
  • this volume can be achieved by an equivalent dimensioning of the circuitry between these two compression portions (circuit pipes and possible cooling exchanger 23 downstream of the reciprocating compression 21).
  • This damping volume can comprise one or more internal elements which promote the reduction of the pulsations such as, for example, baffles and/or a pipe comprising holes.
  • this refrigerator 2 can be used in a device 1 for liquefying a supply fluid such as hydrogen and/or helium.
  • a device 1 also called a liquefier or liquefaction installation
  • a supply circuit 3 having an upstream end intended to be connected to a source 2 of supply gas (H2 for example) and a downstream end 23 intended to be connected to a member 4 for collecting the liquefied supply gas (for example at least one cryogenic storage).
  • the device 1 comprises a set of heat exchanger(s) 5 in thermal exchange with the supply circuit 3 and cooled by the aforementioned refrigerator 2.
  • the device 1 may further comprise at least one pre-cooling system 6 in heat exchange with at least part of the heat exchanger assembly 5.
  • This pre-cooling system 6 comprises, for example, a circuit 25 of heat transfer fluid such as liquid nitrogen and/or a refrigerator with a cycle circuit of a mixture of refrigerants comprising, for example, nitrogen and several hydrocarbons.
  • This pre-cooling system 6 may be configured, for example, to pre-cool the feed gas from the initial temperature at the upstream end (ambient temperature, for example) to an intermediate temperature (for example between 80 and 100K).
  • the refrigerator 2 then ensures the cooling of the feed gas from the intermediate temperature to the liquefaction temperature.
  • the feed gas flow may be variable (in particular in flow rate). This constitutes a heat load to be cooled which is variable. This preferably requires a variable cooling power for the refrigerator.
  • This variable heat load may be measured or determined, for example by measuring or calculating the feed gas flow rate in the feed circuit 3 (or any other representative parameter) and/or a determined change in temperature of a cold end of the refrigerator cycle circuit (indeed, a drop in temperature at the cold end without having changed the refrigerator setpoint indicates that the flow rate to be cooled tends to decrease, therefore less heat load).
  • control member 8 of the intake system 210 and of the discharge system 211 of the reciprocating volumetric compression can be configured to reduce the pressure and/or the mass flow rate at the outlet of this reciprocating volumetric compression.
  • This reduction in pressure and/or volumetric flow rate can thus be obtained by modifying the cylinder capacity and/or the compression ratio of the reciprocating volumetric compression stage(s) 21.
  • the device allows a liquefaction of hydrogen by means of a cycle refrigerator carrying out a compression of the cycle gas first of the volumetric and alternating type then a compression of the cycle gas of the centrifugal type, a centripetal expansion of the cycle gas compressed centrifugally and a step of recovering part of the centripetal expansion work for the centrifugal compression.
  • the control member 8 and/or the pressure regulation system of the centrifugal compressors and/or the turbine regulation system makes it possible to maintain a given production capacity at the liquefaction device.
  • This or these regulation devices (bypass valve(s) 10 of each or group of compressor(s), throttling valve(13) at the inlet of the cryogenic turbine(s), bypass valve(s) of the turbine(s) or gas recycle at the inlet of the reciprocating cycle compressor and/or control system 8 and control of the suction and/or discharge valves of the reciprocating compressor(s)) make it possible to adapt the refrigeration power to the thermal load.
  • Centrifugal compressors and/or turbines can be mounted on static and/or dynamic magnetic or gas bearings.
  • the bearing gas can be recovered and compressed in the compression system.
  • Turbochargers can operate in brake mode. That is, the compressor 22 does not receive any gas flow to be compressed (e.g. via a bypass) but forms a passive brake for the turbine 24 coupled to it.
  • the centripetal turbine 24 is still coupled to the centrifugal compressor 22 but the power supply to the centrifugal compressor is isolated from the rest of the cycle circuit 12 by means of elements interrupting the fluid such as for example a valve or a removed pipe element.
  • the fluid which circulates through the centrifugal compressor is of the same nature as that which passes through the centripetal turbine 24.
  • the fluid circulates in a closed loop around the centrifugal compressor and undergoes in particular the following transformations: compression in the centrifugal compressor, cooling in an exchanger, lowering of the pressure in an expansion element such as a valve.
  • a bypass 9 allows the continuity of the circuit 12 between the piston compressor 21 and the centripetal turbine 24 without passing through the centrifugal compressor 22 which operates in brake mode.
  • Some turbochargers 22 of the circuit 12 can operate in compression mode (“booster”) and some can operate in brake mode. All combinations of brake mode and booster mode of the different turbochargers 22 are conceivable.
  • the change from brake mode to compression mode and from compression mode to brake mode of the turbocharger(s) 22 can be carried out either with the refrigerator 2 in operation or with the refrigerator 2 stopped.
  • An adsorption cycle gas purification unit can also be provided between the centrifugal compression and the turbine expansion.

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Abstract

L'invention concerne un réfrigérateur à cycle de réfrigération d'un gaz de cycle comprenant majoritairement de l'hydrogène et/ou de l'hélium, possédant un circuit (12) de cycle avec un mécanisme (21, 22) de compression du gaz de cycle, un organe (23, 5) de refroidissement du gaz de cycle, un mécanisme (24, 25) de détente du gaz de cycle et un organe (5) de réchauffage du gaz de cycle détendu, le mécanisme de compression comprend au moins un étage (21) de compression de type volumétrique et alternative et au moins deux étages (22) de compression centrifuge disposés en série, le mécanisme de détente comprenant au moins deux turbines (24) de détente de type centripète, au moins une des turbines (24) étant accouplée (122) mécaniquement à un étage (22) de compression centrifuge, dans lequel, le au moins un étage (21) de compression de type volumétrique alternative est disposée en série et en amont des au moins deux étages (22) de compression centrifuge.

Description

    Réfrigérateur à cycle de réfrigération et dispositif et procédé de liquéfaction
  • L’invention concerne un réfrigérateur à cycle de réfrigération ainsi qu’un dispositif et un procédé de liquéfaction.
  • L’invention concerne plus particulièrement un réfrigérateur à cycle de réfrigération d’un gaz de cycle comprenant majoritairement de l’hydrogène et/ou de l’hélium, le réfrigérateur possédant un circuit de cycle comprenant: 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, le mécanisme de compression comprend au moins un étage de compression de type volumétrique et alternative et au moins deux étages de compression centrifuge disposés en série, le mécanisme de détente comprenant au moins deux turbines de détente de type centripète, au moins une des turbines étant accouplée mécaniquement à un étage de compression centrifuge de façon à fournir à l’étage de compression du travail mécanique produit lors de la détente.
  • Il est connu de récupérer le travail de détente de turbines vers des compresseurs centrifuges. Les documents US2022390169A et WO2022033714A1 décrivent des solutions de réfrigérateurs.
  • Les solutions connues sont cependant peu satisfaisantes par exemple pour des liquéfacteurs d’hydrogène de grande taille (faible efficacité, faible pression de service, faible taux de compression de la compression centrifuge …).
  • 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 réfrigérateur selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu’en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que le au moins un étage de compression de type volumétrique alternative est disposée en série et en amont des au moins deux étages de compression centrifuge.
  • Par ailleurs, des modes de réalisation de l’invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
    • le mécanisme de compression comporte au moins trois étages de compression centrifuge disposés en série,
    • le mécanisme de détente comprend au moins deux turbines accouplées mécaniquement respectivement à des étages de compression centrifuge respectifs,
    • le mécanisme de compression comporte au moins deux étages de compression de type volumétrique et alternative disposés en série,
    • le mécanisme de détente comprend au moins une vanne de détente de type Joule Thomson disposée en série en aval d’au moins une des deux turbines de détente,
    • le au moins un étage de compression de type volumétrique et alternative comprend un compresseur à piston,
    • le compresseur à piston comprend un piston mobile dans une chambre compression du gaz de cycle, un actionneur du piston et un système d’admission du gaz de cycle à comprimer dans la chambre de compression, un système de refoulement du gaz de cycle comprimé hors de la chambre de compression, et un organe de commande du système d’admission et/ou du système de refoulement pour contrôler le débit massique et/ou le taux de compression de l’étage de compression de type volumétrique et alternative,
    • le réfrigérateur comporte un système de régulation d’au moins une des turbines de détente et comprenant une vanne de laminage en entrée de la turbine de détente et/ou un système de bypass du flux de fluide alimentant la turbine,
    • l’organe de commande contrôle l’ouverture ou la fermeture d’une extension du volume de la chambre de compression, ladite extension pouvant être activée pour modifier le débit massique que le compresseur piston doit comprimer,
    • le système de régulation de la au moins une turbine de détente est configuré pour maintenir un taux de détente déterminé aux bornes de la turbine,
    • le réfrigérateur comprend un système de régulation de la compression aval configuré pour réguler les moins deux étages de compression centrifuge disposés en série, ledit système de régulation de la compression aval comprenant au moins un parmi : un système de bypass du flux de fluide alimentant tout ou partie des étages de compression centrifuge, un variateur de fréquence associé à l’un au moins des étages de compression centrifuge, un régulateur de débit d’entrée (« IGV ») du flux de gaz alimentant l’un au moins des étages de compression centrifuge,
    • le système de régulation de la compression aval est configuré pour contrôler le débit de gaz de cycle dans les étages de compression centrifuge et par exemple pour diminuer le débit de gaz de cycle dans les étages de compression centrifuge en réponse à une diminution de débit de gaz de cycle admis dans les turbines,
    • le circuit de cycle comprend un volume d’amortissement des pulsations de pression disposé entre les étages de compression de type volumétrique et alternative et les étages de compression centrifuge, par exemple un stockage tampon sous pression, le volume d’amortissement étant dimensionné pour réduire d’un facteur compris entre dix et cent les amplitudes de pression du gaz de cycle entre la sortie du ou des étages de compression de type volumétrique et alternative et l’entrée des étages de compression centrifuge,
    • le circuit de cycle est dépourvu d’organe de refroidissement du gaz de cycle à la sortie d’au moins un des étages de compression centrifuge autre que le dernier étage de compression centrifuge.
  • L’invention concerne également un dispositif de liquéfaction d’un fluide d’alimentation tel que l’hydrogène et/ou l’hélium comprenant un circuit de fluide d’alimentation ayant une extrémité amont destinée à être reliée à une source de gaz d’alimentation et une extrémité aval destinée à être reliée à un organe de collecte du gaz d’alimentation liquéfié, le dispositif comprenant un ensemble d’échangeur(s) de chaleur en échange thermique avec le circuit de fluide d’alimentation, le dispositif comprenant au moins un réfrigérateur en échange thermique avec au moins une partie de l’ensemble d’échangeur(s) de chaleur, le réfrigérateur étant conforme à l’une quelconque des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous.
  • Selon d’autres particularités possibles :
  • - en réponse à un signal représentatif de la baisse de la charge thermique du circuit de fluide d’alimentation, l’organe de commande du système d’admission et du système de refoulement est configuré pour diminuer la pression et/ou le débit massique en sortie l’étage de compression de type volumétrique et alternative en modifiant le débit massique et/ou le taux de compression de l’étage de compression de type volumétrique et alternative, le signal représentatif de la baisse de la charge thermique du circuit de fluide d’alimentation étant par exemple fourni par un organe de détermination du débit et/ou des caractéristiques du flux de gaz d’alimentation du dispositif et/ou une mesure d’une modification déterminée en température d’un bout froid du circuit de cycle du réfrigérateur à fonctionnement égal et/ou une mesure d’une modification déterminée en température sur le circuit de fluide d’alimentation à fonctionnement égal , par exemple en aval de l’ensemble d’échangeurs de chaleur et en amont d’une détente,
  • L’invention concerne également un procédé de liquéfaction d’un fluide d’alimentation, par exemple l’hydrogène utilisant un dispositif de liquéfaction conforme à l’une quelconque des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous, comprenant, une compression du gaz de cycle d’abord de type volumétrique et alternative puis ensuite une compression du gaz de cycle de type centrifuge, une détente centripète du gaz de cycle comprimé de façon centrifuge et une étape de récupération d’une partie du travail de détente centripète pour la compression centrifuge.
  • Selon une particularité possible, le procédé comporte une étape de régulation du débit massique de gaz de cycle comprimé dans la compression de type volumétrique et alternative en fonction de la charge thermique du flux de gaz d’alimentation et une étape de régulation du débit de gaz de cycle dans la détente centripète et dans la compression centrifuge en fonction du débit massique de gaz de cycle comprimé dans la compression de type volumétrique et alternative.
  • 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 :
  • est une vue schématique et partielle illustrant un exemple de structure et de fonctionnement d’un premier exemple de dispositif de liquéfaction avec réfrigérateur selon l’invention,
  • est une vue schématique et partielle illustrant un deuxième exemple de structure et de fonctionnement d’un réfrigérateur selon l’invention,
  • est une vue schématique et partielle d’un détail d’une variante de système de compression pouvant être utilisé dans un réfrigérateur selon l’invention.
    •  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.
  • La illustre un exemple de réalisation de réfrigérateur 2 à cycle de réfrigération d’un gaz de cycle comprenant par exemple majoritairement de l’hydrogène et/ou de l’hélium.
  • Le réfrigérateur 2 possède un circuit 12 de cycle comprenant: un mécanisme 21, 22 de compression du gaz de cycle, au moins un organe 23, 5 de refroidissement du gaz de cycle, un mécanisme 24, 25 de détente du gaz de cycle et au moins un organe 5 de réchauffage du gaz de cycle détendu.
  • Le refroidissement et le réchauffage du gaz de cycle comprend par exemple un ensemble d’échangeur(s) de chaleur. Par exemple une pluralité d’échangeurs de chaleur disposés en série et dans lesquels deux portions distinctes du circuit de cycle circulent simultanément à contre-courant pour respectivement le refroidissement et pour le réchauffage du gaz de cycle. Cette pluralité d’échangeurs de chaleur formant un organe de refroidissement du gaz de cycle et un organe de réchauffage du gaz de cycle.
  • Comme schématisé, le mécanisme de compression comprend, disposés en série, au moins un étage 21 de compression de type volumétrique et alternative (deux étages en série dans cet exemple) et au moins deux étages 22 de compression centrifuge (deux étages en série dans cet exemple).
  • Le mécanisme de détente comprend au moins deux turbines 24 de détente de type centripète (deux en série dans cet exemple) dont au moins une est accouplée 122 mécaniquement à un étage 22 de compression centrifuge de façon à fournir à l’étage de compression 22 du travail mécanique produit lors de la détente (dans cet exemple les deux turbines24 sont accouplées mécaniquement respectivement aux deux étages de compression centrifuge). Cet accouplement mécanique est par exemple réalisée en rendant solidaire la turbine et le compresseur d’un même arbre d’entraînement. Ceci constitue un turbo-compresseur (c’est-à-dire sans moteur d’entraînement du compresseur ou autre élément actif fournissant du travail mécanique au compresseur).
  • Comme illustré, de préférence, les turbines 24 en série sont accouplées d’amont en aval respectivement avec des compresseurs 22 pris selon l’ordre inverse (aval en amont). C’est-a-dire que, par exemple, au moins une turbine 24 est accouplée avec un étage 22 de compression situé en amont d’un étage de compression 22 accouplé à une autre turbine 24 qui la précède dans le circuit 12 de cycle.
  • Chaque étage 21 de compression de type volumétrique et alternative peut comprendre ou être constitué d’un compresseur à piston. Le taux de compression de la compression totale est typiquement compris entre 10 à 30 entre l’extrémité amont et l’entrée dans les turbines de détente. Les compresseurs 21 à piston permettent d’atteindre des pressions élevées maximisant le taux de compression. Ce taux de compression relativement élevé peut être obtenu avec des débits volumiques relativement limités et avec une bonne efficacité énergétique.
  • Le nombre d’étage(s) 22 de compression de type volumétrique et alternative peut être compris entre un et huit, par exemple entre trois et six.
  • Le nombre d’étages 12 de compression centrifuge peut être compris entre un et huit, par exemple entre deux et huit.
  • Un refroidisseur 23 (échangeur de chaleurs gaz de cycle/fluide caloporteur tel que l’eau) peut être disposé à la sortie de l’un ou plusieurs des étages 22 de compression centrifuge, par exemple au moins à la sortie du dernier étage de compression centrifuge (pour assurer par exemple un compression isotherme ou sensiblement isotherme ou pour maintenir la température du gaz de cycle en dessous d’un seuil compris par exemple entre 65 et 70°C. C’est-à-dire que le circuit 12 de cycle peut être dépourvu d’organe de refroidissement du gaz de cycle à la sortie d’au moins un des étages 22 de compression centrifuge autre que le dernier étage 22 de compression centrifuge.
  • Cette architecture avec le ou les étages 22 de compression de type volumétrique alternative disposé(s) en série en amont des étages 22 de compression centrifuge confère une grande efficacité énergétique au réfrigérateur 2.
  • Cette structure permet en effet une sur-compression centrifuge d’un gaz de cycle relativement léger (hydrogène par exemple) qui est pré-comprimé par des compresseurs 22 de type à piston. Ceci permet de diminuer relativement la consommation énergétique pour le travail de compression.
  • Ces deux technologies de compression très différentes (volumétrique à piston et radiale centrifuge) ont des caractéristiques (enthalpie en fonction du débit) difficiles à associer. En effet, un compresseur alternatif génère des interruptions de débit (piston) alors que le compresseur centrifuge doit par conception recevoir un débit minimal continu (pour éviter sa zone dite de pompage qui entraîne un risque de casse mécanique).
  • Les inventeurs ont constaté que l’association dans cet ordre des étages de compression permet cependant une compression efficace énergétiquement notamment.
  • En effet, l’agencement des turbo-compresseurs 22 en aval des compresseurs 21 alternatifs permet aux turbo-compresseurs 22 d’atteindre le rendement énergétique maximum théorique des compresseurs 22 grâce à l’atteinte de vitesses spécifiques moins élevées que dans les solutions connues. L’alimentation des compresseurs 22 centrifuges avec un flux à relative haute pression (fourni par les compresseurs 21 alternatifs) permet d’atteindre un rendement optimal du fait du débit volumique réduit à l’aspiration des compresseurs 22 centrifuges. Cet avantage est notable même si cette configuration n’était pas envisagée car pouvant générer des efforts axiaux résiduels relativement importants entre la roue de turbine d’un côté et la roue de compresseur de l’autre côté de l’axe.
  • Comme illustré, en amont de la dernière turbine 24 de détente, le flux de gaz de cycle peut être divisé en un premier flux alimentant la dernière turbine 24 avant de retourner à un étage intermédiaire dans la compression et un deuxième flux alimentant une vanne 25 par exemple de type Joule Thomson avant de retourner à l’entrée de la compression.
  • Comme schématisé à la , chaque compresseur à piston peut comprendre une structure avec un piston 121 mobile dans une chambre compression du gaz de cycle, un actionneur 7 du piston (motorisé). Un système d’admission 210 du gaz de cycle à comprimer dans la chambre de compression et un système de refoulement 211 du gaz de cycle comprimé hors de la chambre de compression sont prévus, par exemple via des soupapes ou vannes appropriées. Un organe 8 de commande du système d’admission 210 et du système de refoulement 211 est prévu pour contrôler la cylindrée et/ou le taux de compression de l’étage 21 de compression de type volumétrique et alternative. L’organe 8 de commande comprend par exemple contrôleur électronique comportant un microprocesseur.
  • Par exemple l’organe 8 de commande peut commander différents types de fonctionnement. Par exemple, dans un premier fonctionnement le clapet d'admission est laissé ouvert ou pas pour admettre par exemple 0%, 25% ,50% ,75% ou 100% du débit à traiter.
  • Dans un deuxième fonctionnement possible il y a ouverture ou fermeture des clapets d'admissions et de refoulement de sorte à faire passer le débit souhaité à travers le piston.
  • Dans un troisième fonctionnement possible une extension du volume de la chambre de compression peut être activée pour changer le débit traité par le piston.
  • De même, le réfrigérateur 2 peut comporter un système de régulation d’au moins une des turbines 24 de détente et comprenant une vanne 13 de laminage en entrée de la turbine de détente et/ou un système 14, 15 de bypass du flux de fluide alimentant la turbine 24. Ce système de régulation peut être configuré pour maintenir un taux de détente déterminé aux bornes de chaque turbine 24.
  • Comme illustré également à la , le réfrigérateur 2 peut comprendre un système de régulation de la compression centrifuge aval configuré pour réguler les étages 22 de compression centrifuge disposés en série. Ce système de régulation peut comprendre au moins un parmi : un système 9, 10 de bypass du flux de fluide alimentant tout ou partie des étages 22 de compression centrifuge, un variateur de fréquence 17, un régulateur de débit d’entrée 11 (« IGV ») du flux de gaz alimentant l’étage 22 de compression centrifuge.
  • Ce système de régulation de la compression aval peut être configuré pour contrôler le débit de gaz de cycle dans les étages 22 de compression centrifuge et par exemple pour diminuer le débit de gaz de cycle dans les étages 22 de compression centrifuge en réponse à une diminution de débit de gaz de cycle admis dans les turbines 24.
  • Comme illustré à la , le système de bypass peut comporter une ou plusieurs conduite 9 de dérivation et un ensemble de vanne(s) 10 de dérivation.
  • Par exemple, une première conduite 9 de dérivation muni d’une vanne 10 permet de bypasser tous les compresseurs 22 centrifuges en série. Une seconde conduite 9 de dérivation muni d’une vanne 10 permet de bypasser plusieurs compresseurs 22 centrifuges en série en aval d’au moins un premier compresseur 22 centrifuge. Une troisième conduite 9 de dérivation muni d’une vanne 10 permet de bypasser un seul compresseur 22 centrifuge, par exemple un compresseur à l’extrémité aval de la série. Tout ou partie de ces conduites 9 de dérivation peuvent être combinées selon les besoins par exemple au démarrage de l’installation.
  • Comme illustré en variante à la , une conduite 9 de dérivation respective munie d’une vanne 10 peut être prévue pour chaque compresseur 22 (et refroidisseur 23 associé le cas échéant). Ceci permet de by-passer sélectivement l’un ou plusieurs des compresseurs 23 en série et/ou de recycler du gaz autour des compresseurs pour améliorer l'efficacité énergétique du réfrigérateur 2.
  • Comme schématisé également, le circuit 12 de cycle comprend de préférence un volume 16 d’amortissement des pulsations de pression disposé entre les étages 21 de compression de type volumétrique et alternative et les étages 22 de compression centrifuge. Ce volume 16 d’amortissement est dimensionné pour réduire d’un facteur compris entre 10 et 100 les amplitudes de pression du gaz de cycle entre la sortie du ou des étages 21 de compression de type volumétrique et alternative et l’entrée des étages 22 de compression centrifuge. Dans l’exemple illustré ce volume d’amortissement comprend par exemple un stockage tampon sous pression. Bien entendu, ce volume peut être réalisé par un dimensionnement équivalent de la circuiterie entre ces deux portions de compression (conduites du circuit et éventuel échangeur 23 de refroidissement en aval de la compression 21 alternative). Ce volume d’amortissement peut comprendre un ou des éléments internes qui favorisent la réduction des pulsations comme par exemple des chicanes et/ou un tuyau comprenant des trous.
  • Comme illustré à la , ce réfrigérateur 2 peut être utilisé dans un dispositif 1 de liquéfaction d’un fluide d’alimentation tel que l’hydrogène et/ou l’hélium. Un tel dispositif 1 (appelée également liquéfacteur ou installation de liquéfaction) comprend un circuit 3 d’alimentation ayant une extrémité amont destinée à être reliée à une source 2 de gaz d’alimentation (H2 par exemple) et une extrémité aval 23 destinée à être reliée à un organe 4 de collecte du gaz d’alimentation liquéfié (par exemple au moins un stockage cryogénique).
  • Le dispositif 1 comprend un ensemble d’échangeur(s) 5 de chaleur en échange thermique avec le circuit 3 d’alimentation et refroidi(s) par le réfrigérateur 2 précité.
  • Comme illustré, le dispositif 1 peut comporter en outre au moins un système 6 de pré-refroidissement en échange thermique avec au moins une partie de l’ensemble d’échangeur(s) 5 de chaleur. Ce système 6 de pré-refroidissement comprend par exemple un circuit 25 de fluide caloporteur tel que de l’azote liquide et/ou un réfrigérateur à circuit de cycle d’un mélange de réfrigérants comportant par exemple de l’azote et plusieurs hydrocarbures. Ce système 6 de pré-refroidissement peut être configuré par exemple pour pré-refroidir le gaz d’alimentation de la température initiale à l’extrémité amont (température ambiante par exemple) à une température intermédiaire (par exemple entre 80 et 100K). Le réfrigérateur 2 assure ensuite le refroidissement du gaz d’alimentation de la température intermédiaire jusqu’à la température de liquéfaction.
  • Le flux de gaz d’alimentation peut être variable (notamment en débit). Ceci constitue une charge thermique à refroidir qui est variable. Ceci nécessite de préférence une puissance de refroidissement variable pour le réfrigérateur. Cette charge thermique variable peut être mesurée ou déterminée, par exemple en mesurant ou calculant le débit de gaz d’alimentation dans le circuit 3 d’alimentation (ou tout autre paramètre représentatif) et/ou un changement déterminé en température d’un bout froid du circuit de cycle du réfrigérateur (en effet, une baisse de température au bout froid sans avoir changé de consigne du réfrigérateur indique le débit à refroidir a tendance à baisser, donc moins de charge thermique).
  • Par exemple, en réponse à un signal représentatif de la baisse de la charge thermique du circuit 3 de fluide d’alimentation, l’organe 8 de commande du système d’admission 210 et du système de refoulement 211 de la compression volumétrique alternative peut être configuré pour diminuer la pression et/ou le débit massique en sortie de cette compression de type volumétrique et alternative. Cette baisse de pression et/ou de débit volumique peut être ainsi obtenue en modifiant la cylindrée et/ou le taux de compression du ou des étages 21 de compression de type volumétrique et alternative.
  • Ainsi, le dispositif permet une liquéfaction d’hydrogène au moyen d’un réfrigérateur de cycle réalisant une compression du gaz de cycle d’abord de type volumétrique et alternative puis ensuite une compression du gaz de cycle de type centrifuge, une détente centripète du gaz de cycle comprimé de façon centrifuge et une étape de récupération d’une partie du travail de détente centripète pour la compression centrifuge.
  • L’organe 8 de commande et/ou le système de régulation de pression des compresseurs centrifuges et/ou le système de régulation de turbine(s) permet de maintenir une capacité de production donnée au dispositif de liquéfaction. Ce ou ces dispositifs de régulation (vanne(s) 10 de bypass de chaque ou groupe de compresseur(s), vanne(13) de laminage en entrée de turbine(s) cryogéniques, vanne(s) de bypass de turbine(s) ou recycle de gaz à l’entrée du compresseur alternatif de cycle et/ou système de contrôle 8 et de commande des clapets d’aspiration et/ou refoulement du ou des compresseurs alternatif) permettent d’adapter la puissance de réfrigération à la charge thermique.
  • Les compresseurs centrifuges et/ou turbines peuvent être montés sur des paliers magnétiques ou à gaz statiques et/ou dynamiques. Le gaz de palier pouvant être récupéré et comprimé dans le système de compression.
  • Les turbocompresseurs peuvent fonctionner en mode frein. C’est-à-dire que le compresseur 22 ne reçoit pas de débit de gaz à comprimer (par exemple via un bypass) mais forme un frein passif pour la turbine 24 qui lui est accouplée.
  • Dans ce mode de fonctionnement, la turbine centripète 24 est toujours accouplée au compresseur centrifuge 22 mais l’alimentation du compresseur centrifuge est isolée du reste du circuit 12 de cycle grâce à des éléments interrompant le fluide comme par exemple une vanne ou un élément de tuyauterie retiré. Le fluide qui circule à travers le compresseur centrifuge est de même nature que celui qui traverse la turbine centripète 24. Le fluide circule en boucle fermée autour du compresseur centrifuge et subit notamment les transformations suivantes : compression dans le compresseur centrifuge, refroidissement dans un échangeur, abaissement de la pression dans un élément de détente tel qu’une vanne. Dans ce mode de fonctionnement, un bypass 9 permet la continuité du circuit 12 entre le compresseur à piston 21 et la turbine centripète 24 sans passer par le compresseur centrifuge 22 qui fonctionne en mode frein. Certains turbocompresseurs 22 du circuit 12 peuvent fonctionner en mode de compression (« booster ») et certains peuvent fonctionner en mode frein. Toutes les combinaisons de mode frein et de mode booster des différents turbocompresseurs 22 sont envisageables. Le passage du mode frein au mode compression et du mode compression au mode frein du ou des turbo-compresseurs 22 peut être réalisé soit avec le réfrigérateur 2 en fonctionnement soit avec le réfrigérateur 2 à l’arrêt.
  • Une unité de purification du gaz de cycle par adsorption peut en outre être prévue entre la compression centrifuge et la détente à turbines.
    •

Claims (17)

  1. Réfrigérateur à cycle de réfrigération d’un gaz de cycle comprenant majoritairement de l’hydrogène et/ou de l’hélium, le réfrigérateur possédant un circuit (12) de cycle comprenant: un mécanisme (21, 22) de compression du gaz de cycle, au moins un organe (23, 5) de refroidissement du gaz de cycle, un mécanisme (24, 25) de détente du gaz de cycle et au moins un organe (5) de réchauffage du gaz de cycle détendu, le mécanisme de compression comprend au moins un étage (21) de compression de type volumétrique et alternative et au moins deux étages (22) de compression centrifuge disposés en série, le mécanisme de détente comprenant au moins deux turbines (24) de détente de type centripète, au moins une des turbines (24) étant accouplée (122) mécaniquement à un étage (22) de compression centrifuge de façon à fournir à l’étage de compression (22) du travail mécanique produit lors de la détente, dans lequel, le au moins un étage (21) de compression de type volumétrique alternative est disposée en série et en amont des au moins deux étages (22) de compression centrifuge, caractérisé en ce qu’il comporte un système de régulation d’au moins une des turbines (24) de détente et comprenant une vanne (13) de laminage en entrée de la turbine de détente et/ou un système (14, 15) de bypass du flux de fluide alimentant la turbine (24).
  2. Réfrigérateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de régulation de la au moins une turbine (24) de détente est configuré pour maintenir un taux de détente déterminé aux bornes de la turbine (24).
  3. Réfrigérateur selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce qu’il comprend un système de régulation de la compression aval configuré pour réguler les moins deux étages (22) de compression centrifuge disposés en série, ledit système de régulation de la compression aval comprenant au moins un parmi : un système (9, 10) de bypass du flux de fluide alimentant tout ou partie des étages (22) de compression centrifuge, un variateur de fréquence (17) associé à l’un au moins des étages (22) de compression centrifuge, un régulateur de débit d’entrée (11) (« IGV ») du flux de gaz alimentant l’un au moins des étages (22) de compression centrifuge.
  4. Réfrigérateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le système de régulation de la compression aval est configuré pour contrôler le débit de gaz de cycle dans les étages (22) de compression centrifuge et par exemple pour diminuer le débit de gaz de cycle dans les étages (22) de compression centrifuge en réponse à une diminution de débit de gaz de cycle admis dans les turbines (24).
  5. Réfrigérateur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mécanisme de compression comporte au moins trois étages (22) de compression centrifuge disposés en série.
  6. Réfrigérateur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mécanisme de détente comprend au moins deux turbines (24) accouplées (122) mécaniquement respectivement à des étages (22) de compression centrifuge respectifs.
  7. Réfrigérateur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mécanisme de compression comporte au moins deux étages (21) de compression de type volumétrique et alternative disposés en série.
  8. Réfrigérateur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mécanisme de détente comprend au moins une vanne (25) de détente de type Joule Thomson disposée en série en aval d’au moins une des deux turbines (24) de détente.
  9. Réfrigérateur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le au moins un étage (21) de compression de type volumétrique et alternative comprend un compresseur à piston.
  10. Réfrigérateur selon la revendication 9, caractérisé en ce que le compresseur à piston comprend un piston (121) mobile dans une chambre compression du gaz de cycle, un actionneur (7) du piston et un système d’admission (210) du gaz de cycle à comprimer dans la chambre de compression, un système de refoulement (211) du gaz de cycle comprimé hors de la chambre de compression, et un organe de (8) de commande du système d’admission (210) et/ou du système de refoulement (211) pour contrôler le débit massique et/ou le taux de compression de l’étage (21) de compression de type volumétrique et alternative.
  11. Réfrigérateur selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que l’organe (8) de commande contrôle l’ouverture ou la fermeture d’une extension du volume de la chambre de compression, ladite extension pouvant être activée pour modifier le débit massique que le compresseur piston doit comprimer.
  12. Réfrigérateur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit (12) de cycle comprend un volume (16) d’amortissement des pulsations de pression disposé entre les étages (21) de compression de type volumétrique et alternative et les étages (22) de compression centrifuge, par exemple un stockage tampon sous pression, le volume (16) d’amortissement étant dimensionné pour réduire d’un facteur compris entre 10 et 100 les amplitudes de pression du gaz de cycle entre la sortie du ou des étages (21) de compression de type volumétrique et alternative et l’entrée des étages (22) de compression centrifuge.
  13. Réfrigérateur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit (12) de cycle est dépourvu d’organe de refroidissement du gaz de cycle à la sortie d’au moins un des étages (22) de compression centrifuge autre que le dernier étage (22) de compression centrifuge.
  14. Dispositif de liquéfaction d’un fluide d’alimentation tel que l’hydrogène et/ou l’hélium comprenant un circuit (3) de fluide d’alimentation ayant une extrémité amont destinée à être reliée à une source (2) de gaz d’alimentation et une extrémité aval (23) destinée à être reliée à un organe (4) de collecte du gaz d’alimentation liquéfié, le dispositif (1) comprenant un ensemble d’échangeur(s) (5) de chaleur en échange thermique avec le circuit (3) de fluide d’alimentation, le dispositif (1) comprenant au moins un réfrigérateur (2) en échange thermique avec au moins une partie de l’ensemble d’échangeur(s) de chaleur (5), le réfrigérateur (2) étant conforme à l’une quelconque des revendications 1 à 13.
  15. Dispositif de liquéfaction selon la revendication 14, le réfrigérateur (2) étant conforme à la revendication 10, caractérisé en ce que, en réponse à un signal représentatif de la baisse de la charge thermique du circuit (3) de fluide d’alimentation, l’organe (8) de commande du système d’admission (210) et du système de refoulement (211) est configuré pour diminuer la pression et/ou le débit massique en sortie l’étage (21) de compression de type volumétrique et alternative en modifiant le débit massique et/ou le taux de compression de l’étage (21) de compression de type volumétrique et alternative, le signal représentatif de la baisse de la charge thermique du circuit (3) de fluide d’alimentation étant par exemple fourni par un organe de détermination du débit et/ou des caractéristiques du flux de gaz d’alimentation du dispositif et/ou une mesure d’une modification déterminée en température d’un bout froid du circuit (12) de cycle du réfrigérateur à fonctionnement égal et/ou une mesure d’une modification déterminée en température sur le circuit de fluide d’alimentation à fonctionnement égal , par exemple en aval de l’ensemble d’échangeurs de chaleur et en amont d’une détente.
  16. Procédé de liquéfaction d’un fluide d’alimentation, par exemple l’hydrogène utilisant un dispositif de liquéfaction conforme à l’une quelconque des revendications 15 ou 16, comprenant, une compression du gaz de cycle d’abord de type volumétrique et alternative puis ensuite une compression du gaz de cycle de type centrifuge, une détente centripète du gaz de cycle comprimé de façon centrifuge et une étape de récupération d’une partie du travail de détente centripète pour la compression centrifuge.
  17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce qu’il comporte une étape de régulation du débit massique de gaz de cycle comprimé dans la compression de type volumétrique et alternative en fonction de la charge thermique du flux de gaz d’alimentation et une étape de régulation du débit de gaz de cycle dans la détente centripète et dans la compression centrifuge en fonction du débit massique de gaz de cycle comprimé dans la compression de type volumétrique et alternative.
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