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La présente invention concerne un dispositif et un procédé de réfrigération cryogénique à puissance variable.
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Dans de nombreuses applications de réfrigération cryogénique, il est nécessaire de fournir une puissance froide à différents niveaux de température. Il existe souvent un besoin de refroidir une charge à une température basse, qui est la température la plus basse atteinte par le réfrigérateur, ainsi qu'une charge à une température intermédiaire. Typiquement la température basse peut se situer entre 2 K et 5 K, et la température intermédiaire entre 50 K et 100 K.
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Un exemple d'application présentant ces besoins est le refroidissement d'écrans thermiques dans des installations supraconductrices.
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La puissance froide à la température intermédiaire est habituellement fournie par une source froide distincte du réfrigérateur principal. Lorsque la température intermédiaire est proche de 80 K, il est connu d'utiliser comme source froide un bain d'azote liquide, ce qui est une solution peu onéreuse et avec une facilité de garantir une température stable. Alternativement, ou dans d'autres cas, un deuxième réfrigérateur peut être prévu.
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Souvent, on préfère utiliser un fluide de cycle du réfrigérateur principal pour l'échange thermique avec la charge à refroidir. On vise en général une pression d'opération la plus élevée possible afin de minimiser la taille des conduites du dispositif de réfrigération. Il est également souhaitable de maintenir un débit constant du fluide de cycle.
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Une contrainte spécifique se présente lorsque la charge thermique est variable, c'est-à-dire lorsque la demande en puissance froide à la température basse ou intermédiaire varie dans le temps. Dans le cas des écrans thermiques, ou d'autres applications supraconductrices utilisant un mode d'opération de dégazage ou de nettoyage, souvent appelé en anglais "baking", le besoin en puissance froide peut varier du simple au double dans certains cas de fonctionnement, et souvent pour des durées limitées.
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Une solution connue pour pouvoir fournir ponctuellement une puissance froide plus élevée consiste à augmenter la capacité de réfrigération installée. On entend par capacité de réfrigération la puissance froide maximale qui peut être délivrée par le réfrigérateur à la température de l'utilisateur. Le réfrigérateur principal est alors dimensionné pour fournir, par exemple, deux fois plus de puissance. La station de compression principale ainsi que tous les équipements en amont de la charge à refroidir doivent être dimensionnés pour le cas de charge maximal, ce qui est coûteux et peut dégrader la performance de l'ensemble en fonctionnement nominal avec moins de charge.
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Une autre solution consiste à prévoir un circuit fermé à température intermédiaire, distinct du réfrigérateur principal. Dans ce cas, le fluide de cycle du réfrigérateur principal n'est pas utilisé pour l'échange thermique avec la charge à refroidir. On prévoit alors un circulateur dédié dans un circuit fermé. Le débit et la pression de ce circuit fermé sont découplés des contraintes du réfrigérateur principal. En cas d'augmentation de charge sur les écrans, la vitesse du circulateur peut s'adapter. Mais l'utilisation de circulateurs froids n'est pas toujours souhaitable ou envisageable, ou encore elle ne serait simplement pas viable économiquement.
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La présente invention vise à remédier efficacement à tout ou partie de ces inconvénients.
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Selon un premier aspect, l'invention propose un dispositif de réfrigération cryogénique comprenant un premier réfrigérateur à cycle de réfrigération d'un fluide de cycle et au moins une source froide.
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Le premier réfrigérateur comprend, en série dans un circuit de cycle, et reliés par un ensemble de conduites et un ensemble de vannes : un mécanisme de compression du fluide de cycle, une première portion de refroidissement du fluide de cycle, un premier mécanisme de détente du fluide de cycle, une portion de réchauffage du fluide de cycle.
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Le dispositif comprend en outre une première portion de réfrigération configurée pour permettre le refroidissement d'un premier utilisateur, et comprenant
- un premier système d'échange de chaleur configuré pour mettre en échange thermique le fluide de cycle avec la source froide,
- un deuxième système d'échange de chaleur configuré pour mettre en échange thermique le fluide de cycle avec la source froide,
- un ensemble de réfrigération configuré pour mettre en échange thermique le premier utilisateur avec le fluide de cycle.
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L'ensemble de conduites et l'ensemble de vannes sont configurés pour pouvoir commuter le dispositif entre
- une première configuration de fonctionnement, dans laquelle au moins une partie du fluide de cycle est dirigée vers le premier système d'échange de chaleur, puis du premier système d'échange de chaleur vers l'ensemble de réfrigération, puis hors de la première portion de réfrigération vers le circuit de cycle ;
- une deuxième configuration de fonctionnement, dans laquelle au moins une partie du fluide de cycle est dirigée vers le premier système d'échange de chaleur, puis du premier système d'échange de chaleur vers l'ensemble de réfrigération, puis de l'ensemble de réfrigération vers le deuxième système d'échange de chaleur, puis du deuxième système d'échange de chaleur vers l'ensemble de réfrigération.
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Il est ainsi possible de fournir une puissance variable au premier utilisateur. Pour un premier réfrigérateur ayant la même capacité que dans l'état de l'art, il est possible de fournir à l'utilisateur une puissance froide supérieure.
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Cette solution offre également une manière simple d'adapter une installation existante pour pouvoir fournir plus de puissance froide à l'utilisateur.
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Dans une réalisation, le dispositif comprend un organe de commande configuré pour commuter le dispositif dans la première configuration en réponse à une information de baisse ou de prévision de baisse d'un besoin en puissance froide du premier utilisateur, ou dans la deuxième configuration en réponse à une information d'augmentation ou de prévision d'augmentation d'un besoin en puissance froide du premier utilisateur.
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Dans une réalisation, l'ensemble de réfrigération comprend un troisième système d'échange de chaleur configuré pour mettre en échange thermique le premier utilisateur avec le fluide de cycle, et un quatrième système d'échange de chaleur configuré pour mettre en échange thermique le premier utilisateur avec le fluide de cycle.
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Le troisième système d'échange de chaleur et le quatrième système d'échange de chaleur sont disposés en série et/ou en parallèle dans le circuit de cycle.
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Dans une réalisation, dans la deuxième configuration de fonctionnement, l'ensemble de conduites et l'ensemble de vannes sont configurés pour diriger le fluide de cycle ayant transité dans le premier système d'échange de chaleur du premier système d'échange de chaleur vers le troisième système d'échange de chaleur, puis du troisième système d'échange de chaleur vers le deuxième système d'échange de chaleur, puis du deuxième système d'échange de chaleur vers le quatrième système d'échange de chaleur.
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Dans une réalisation, dans la première configuration de fonctionnement, l'ensemble de conduites et l'ensemble de vannes sont configurés pour diriger le fluide de cycle ayant transité dans le premier système d'échange de chaleur vers le troisième système d'échange de chaleur, ou vers le quatrième système d'échange de chaleur, ou simultanément vers le troisième système d'échange de chaleur et le quatrième système d'échange de chaleur.
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Dans une réalisation, la source froide est distincte du premier réfrigérateur ; le premier réfrigérateur comprend une deuxième portion de refroidissement située, dans le circuit de cycle, en aval de la première portion de refroidissement et en amont du premier mécanisme de détente, et une deuxième portion de réfrigération configurée pour permettre le refroidissement d'un deuxième utilisateur et située, dans le circuit de cycle, en aval du premier mécanisme de détente.
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La première portion de réfrigération est située, dans le circuit de cycle, entre la première et la deuxième portion de refroidissement.
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Dans une réalisation, la première portion de réfrigération comprend un cinquième système d'échange de chaleur configuré pour mettre en échange thermique le fluide de cycle avec la source froide, et l'ensemble de conduites est configuré pour relier en série le quatrième système d'échange de chaleur au cinquième système d'échange de chaleur, et le cinquième système d'échange de chaleur à la deuxième portion de refroidissement du fluide de cycle.
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Dans une réalisation, l'ensemble de conduites comprend une première conduite de dérivation configurée pour prélever au moins une partie du fluide de cycle ayant transité dans le troisième système d'échange de chaleur, et la diriger directement vers la deuxième portion de refroidissement du fluide de cycle, c'est-à-dire sans passer par le deuxième système d'échange de chaleur ni par le quatrième système d'échange de chaleur.
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Dans une réalisation, l'ensemble de conduites comprend une deuxième conduite de dérivation configurée pour prélever au moins une partie du fluide de cycle ayant transité dans le deuxième système d'échange de chaleur, et la diriger directement vers la deuxième portion de refroidissement du fluide de cycle, c'est-à-dire sans passer par le quatrième système d'échange de chaleur.
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Dans une réalisation, la source froide est une partie du circuit de cycle du premier réfrigérateur, et la première portion de réfrigération est située, dans le circuit de cycle, en aval du premier mécanisme de détente.
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Dans une réalisation, l'ensemble de conduites comprend une troisième conduite de dérivation configurée pour prélever au moins une partie du fluide de cycle ayant transité par le troisième système d'échange de chaleur, et la diriger vers la portion de réchauffage du fluide de cycle
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Selon un deuxième aspect, l'invention propose un procédé de réfrigération cryogénique utilisant un dispositif tel que décrit ci-dessus ou ci-dessous pour refroidir un premier utilisateur relié à la première portion de réfrigération, le procédé comprenant une étape de commutation du dispositif de la première configuration vers la deuxième configuration, ou de la deuxième configuration vers la première configuration, notamment en réponse à une information d'évolution ou de prévision d'évolution d'un besoin en puissance froide du premier utilisateur.
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Dans une réalisation, le débit de fluide de cycle à travers le mécanisme de compression est constant.
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Dans une réalisation, la puissance froide fournie à l'utilisateur dans la deuxième configuration est comprise entre 100% et 200% de la puissance froide fournie à l'utilisateur dans la première configuration, notamment entre 150% et 200%.
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Dans une réalisation, la source froide fournit une puissance froide à une température comprise entre 50 K et 100 K.
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Dans une réalisation, la source froide fournit une puissance froide à une température comprise entre 2 K et 5 K.
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L'invention peut encore concerner tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous, notamment dans le cadre des revendications.
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L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention.
- [Fig. 1] est une représentation schématique et partielle d'un dispositif selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
- [Fig. 2] est une représentation schématique et partielle d'un dispositif selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ;
- [Fig. 3] est une représentation schématique et partielle d'un détail d'implémentation du mode de réalisation des Fig.1 et Fig.2 ;
- [Fig. 4] est une représentation schématique et partielle d'un détail d'implémentation du mode de réalisation des Fig.1.
- [Fig. 5] est une représentation schématique et partielle d'un détail d'implémentation du mode de réalisation de la Fig.1.
- [Fig. 6] est une représentation schématique et partielle d'un détail d'implémentation du mode de réalisation de la Fig.2.
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Selon un premier aspect, l'invention concerne un dispositif de réfrigération. En référence aux Fig.1, Fig.2 et Fig.3, on a représenté un dispositif de réfrigération 1 selon l'invention. Le dispositif 1 comprend un premier réfrigérateur 2 à cycle de réfrigération d'un fluide de cycle et au moins une source froide 4. La source froide peut notamment être une réserve de liquide cryogénique produit par le réfrigérateur 2, une réserve de liquide cryogénique distincte du réfrigérateur 2, un deuxième réfrigérateur à cycle de réfrigération. La source froide 4 peut aussi être formée par deux ou plusieurs de ces éléments.
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Le premier réfrigérateur 2 comprend, en série dans un circuit de cycle, et reliés par un ensemble de conduites et un ensemble de vannes, un mécanisme de compression 21 du fluide de cycle, une première portion de refroidissement 22 du fluide de cycle, un premier mécanisme de détente 24 du fluide de cycle et une portion de réchauffage 25 du fluide de cycle.
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Le mécanisme de compression 21 peut comprendre un ou plusieurs étages de compression et un ou plusieurs échangeurs de post-refroidissement. Il peut s'agir de compresseurs volumétriques ou centrifuges.
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Typiquement, la portion de réchauffage 25 et la première portion de refroidissement 22 comprennent un ou plusieurs échangeurs communs dans lesquels le fluide de cycle circule à contre courant selon qu'il est refroidi ou réchauffé.
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La première portion de refroidissement 22 du fluide de cycle peut en outre être configurée pour mettre en échange thermique le fluide de cycle avec un fluide de la source froide 4. Par exemple, lorsque la source froide 4 est une réserve de liquide cryogénique, les gaz d'évaporation de cette réserve peuvent être mis en échange thermique avec le fluide de cycle afin de refroidir le fluide de cycle et réchauffer les gaz d'évaporation.
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Le dispositif 1 comprend encore une première portion de réfrigération 3 configurée pour permettre le refroidissement d'un premier utilisateur 300. La première portion de réfrigération 3 comprend un premier système d'échange de chaleur 31 configuré pour mettre en échange thermique le fluide de cycle avec la source froide 4, un deuxième système d'échange de chaleur 32 configuré pour mettre en échange thermique le fluide de cycle avec la source froide 4, et un ensemble de réfrigération 33, 34 configuré pour mettre en échange thermique le premier utilisateur 300 avec le fluide de cycle.
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Le premier 31 et/ou le deuxième 32 système d'échange de chaleur peut par exemple être une conduite immergée dans une réserve de liquide cryogénique, ou un échangeur avec un passage pour le fluide de cycle et un passage pour un fluide caloporteur relié à la source froide 4.
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De plus, le premier 31 et le deuxième 32 système d'échange de chaleur peuvent être distincts ou faire partie d'un seul et même dispositif d'échange de chaleur. Par exemple, ils peuvent faire partie d'un échangeur avec un passage dédié au premier échange et un passage dédié au deuxième échange. Alternativement, ils peuvent être formés par un seul passage d'un même échangeur de chaleur, dans lequel le flux du premier échange et le flux du deuxième échange sont mélangés. Encore alternativement, le premier système d'échange de chaleur 31 est formé par un premier échangeur, et le deuxième système d'échange de chaleur 32 est formé par un deuxième échangeur, distinct du premier.
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L'ensemble de conduites et l'ensemble de vannes sont configurés pour pouvoir commuter le dispositif 1 entre :
- une première configuration de fonctionnement, dans laquelle au moins une partie du fluide de cycle est dirigée vers le premier système d'échange de chaleur 31, puis du premier système d'échange de chaleur 31 vers l'ensemble de réfrigération 33, 34, puis hors de la première portion de réfrigération 3 vers le circuit de cycle ;
- une deuxième configuration de fonctionnement, dans laquelle au moins une partie du fluide de cycle est dirigée vers le premier système d'échange de chaleur 31, puis du premier système d'échange de chaleur 31 vers l'ensemble de réfrigération 33, 34, puis de l'ensemble de réfrigération 33, 34 vers le deuxième système d'échange de chaleur 32, puis du deuxième système d'échange de chaleur 32 vers l'ensemble de réfrigération 33, 34.
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C'est-à-dire que, dans la première configuration, le fluide de cycle transite une seule fois par l'ensemble d'échange de chaleur 33, 34. Lors de ce passage, l'utilisateur est refroidi et le fluide de cycle est réchauffé. Puis le fluide de cycle retourne dans le circuit pour être refroidi ou réchauffé, en contournant l'ensemble d'échange de chaleur 33, 34. Ainsi, dans cette configuration, le fluide de cycle ayant transité une première fois par l'ensemble d'échange de chaleur 33, 34 est dirigé directement vers le mécanisme de compression 21, éventuellement en passant au préalable par le mécanisme de détente 24.
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Dans la deuxième configuration, le fluide de cycle transite deux fois de suite par l'ensemble d'échange de chaleur 33, 34. A chaque passage dans l'ensemble d'échange de chaleur 33, 34 l'utilisateur 300 est refroidi et le fluide de cycle est réchauffé. Entre ces deux passages, le fluide de cycle est refroidi dans le deuxième système d'échange de chaleur 32.
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Il est ainsi possible de fournir une puissance variable au premier utilisateur 300 et d'augmenter la puissance froide fournie par rapport à un système de l'état de l'art.
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Notamment pour un même coût de l'installation, c'est-à-dire pour un nombre et une capacité égaux des compresseurs, il est possible de fournir plus de puissance froide au premier utilisateur 300. Ceci est vrai que la source froide 4 soit distincte, ou que la puissance froide de la source froide 4 soit générée directement par le premier réfrigérateur 2. Grâce à l'invention, il n'est pas nécessaire d'augmenter la capacité de compression.
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Dans une réalisation, le dispositif 1 comprend un organe de commande configuré pour commuter le dispositif 1 dans la première configuration en réponse à une information de baisse ou de prévision de baisse d'un besoin en puissance froide du premier utilisateur 300, ou dans la deuxième configuration en réponse à une information d'augmentation ou de prévision d'augmentation d'un besoin en puissance froide du premier utilisateur 300.
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La première configuration est utilisée lorsque la demande en puissance froide du premier utilisateur 300 est relativement basse. La deuxième configuration est utilisée lorsque la demande en puissance froide du premier utilisateur 300 est relativement haute ou va devenir haute.
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La commutation entre les deux configurations peut être déclenchée sur la base d'une information, par exemple actuelle, de demande en puissance froide, ou encore sur la base d'une prévision d'évolution d'une telle demande, ou d'une planification d'une telle demande.
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La commutation entre les deux configurations peut être déclenchée selon l'une ou plusieurs de ces manières. Un opérateur peut actionner manuellement l'organe de commande pour déclencher la commutation. On peut prévoir un planning de charge et la commutation se fait automatiquement sur la base de ce planning. On peut générer un signal ou une information de déclenchement à partir d'une mesure effectuée avec un organe de mesure ou un capteur, par exemple une mesure de la température du fluide en sortie de l'ensemble d'échange de chaleur 33, 34.
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Avantageusement, l'organe de commande peut être un organe de commande électronique, tel qu'un micro contrôleur, un processeur ou un ordinateur.
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Dans une réalisation, l'ensemble de réfrigération 33, 34 comprend un troisième système d'échange de chaleur 33 configuré pour mettre en échange thermique le premier utilisateur 300 avec le fluide de cycle, et un quatrième système d'échange de chaleur 34 configuré pour mettre en échange thermique le premier utilisateur 300 avec le fluide de cycle.
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Le troisième système d'échange de chaleur 33 et le quatrième système d'échange de chaleur 34 étant disposés en série ou en parallèle dans le circuit de cycle. Il est également possible de configurer l'ensemble de conduites et l'ensemble de vannes pour pouvoir modifier, durant le fonctionnement du dispositif 1, cet agencement des troisième 33 et quatrième 34 systèmes d'échange de chaleur.
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Dans une réalisation, dans la deuxième configuration de fonctionnement du dispositif 1, l'ensemble de conduites et l'ensemble de vannes sont configurés pour diriger le fluide de cycle ayant transité dans le premier système d'échange de chaleur 31 du premier système d'échange de chaleur 31 vers le troisième système d'échange de chaleur 33, puis du troisième système d'échange de chaleur 33 vers le deuxième système d'échange de chaleur 32, puis du deuxième système d'échange de chaleur 32 vers le quatrième système d'échange de chaleur 34.
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Alternativement, l'ensemble de conduites et l'ensemble de vannes peuvent être configurés pour diriger le fluide de cycle ayant transité dans le premier système d'échange de chaleur 31 du premier système d'échange de chaleur 31 vers le quatrième système d'échange de chaleur 34, puis du quatrième système d'échange de chaleur 34 vers le deuxième système d'échange de chaleur 32, puis du deuxième système d'échange de chaleur 32 vers le troisième système d'échange de chaleur 33.
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C'est-à-dire que, dans l'agencement "en série" des troisième 33 et quatrième 34 systèmes d'échange de chaleur, l'ordre dans lequel le fluide de cycle transite dans les troisième 33 et quatrième 34 systèmes d'échange de chaleur n'est pas important.
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Dans une réalisation, dans la première configuration de fonctionnement du dispositif 1, l'ensemble de conduites et l'ensemble de vannes sont configurés pour diriger le fluide de cycle ayant transité dans le premier système d'échange de chaleur 31, au choix, vers le troisième système d'échange de chaleur 33, ou vers le quatrième système d'échange de chaleur 34, ou simultanément vers le troisième système d'échange de chaleur 33 et le quatrième système d'échange de chaleur 34.
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C'est-à-dire que dans la première configuration, le fluide de cycle peut transiter uniquement par l'un des troisième 33 ou quatrième 34 systèmes d'échange de chaleur, ou en parallèle dans les deux.
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En référence à la Fig.4, dans une réalisation, la source froide 4 est distincte du premier réfrigérateur 2. C'est-à-dire par exemple que la source froide 4 fournit une puissance froide indépendamment du premier réfrigérateur 2. Le premier réfrigérateur 2 comprend une deuxième portion de refroidissement 23 située, dans le circuit de cycle, en aval de la première portion de refroidissement 22 et en amont du premier mécanisme de détente 24. Le premier réfrigérateur comprend en outre une deuxième portion de réfrigération 5 configurée pour permettre le refroidissement d'un deuxième utilisateur et située, dans le circuit de cycle, en aval du premier mécanisme de détente 24. La première portion de réfrigération 3 est située, dans le circuit de cycle, entre la première 22 et la deuxième 23 portion de refroidissement.
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En référence à la Fig. 5, dans une réalisation, la première portion de réfrigération 3 comprend un cinquième système d'échange de chaleur 35 configuré pour mettre en échange thermique le fluide de cycle avec la source froide 4. L'ensemble de conduites est configuré pour relier en série le quatrième système d'échange de chaleur 34 au cinquième système d'échange de chaleur 35, et le cinquième système d'échange de chaleur 35 à la deuxième portion de refroidissement 23 du fluide de cycle.
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Grâce au cinquième système d'échange de chaleur 35, la génération de la puissance froide nécessaire au deuxième utilisateur 5 va être plus efficace, car le fluide de cycle est refroidi avant de retourner dans le circuit de cycle.
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Dans une réalisation, l'ensemble de conduites comprend une première conduite de dérivation 6 configurée pour prélever au moins une partie du fluide de cycle ayant transité dans le troisième système d'échange de chaleur 33, et la diriger directement vers la deuxième portion de refroidissement 23 du fluide de cycle. C'est-à-dire que cette partie du fluide de cycle ne passe pas par le deuxième deuxième système d'échange de chaleur 32 ni par le quatrième système d'échange de chaleur 34.
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On peut ainsi moduler la puissance froide fournie au premier utilisateur 300, par exemple entre 100% et 200% de la puissance fournie par la source froide 4.
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Dans une réalisation, l'ensemble de conduites comprend une deuxième conduite de dérivation 7 configurée pour prélever au moins une partie du fluide de cycle ayant transité dans le deuxième système d'échange de chaleur 32, et la diriger directement vers la deuxième portion de refroidissement 23 du fluide de cycle. C'est-à-dire que cette partie du fluide de cycle ne passe pas par le quatrième système d'échange de chaleur 34.
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Ici aussi, on peut moduler la puissance froide fournie au premier utilisateur 300, par exemple entre 100% et 200% de la puissance fournie par la source froide 4. En plus, la génération de la puissance froide nécessaire au deuxième utilisateur 5 va être plus efficace car au moins une partie du fluide de cycle est refroidie avant de retourner dans le circuit de cycle.
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Dans une réalisation, l'ensemble de conduites comprend une troisième conduite de dérivation 8 configurée pour prélever au moins une partie du fluide de cycle ayant transité par le troisième système d'échange de chaleur 33, et la diriger vers la portion de réchauffage 25 du fluide de cycle.
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Ici aussi, on peut moduler la puissance froide fournie au premier utilisateur 300, par exemple entre 100% et 200% de la puissance fournie par la source froide 4. En plus, on peut également moduler la quantité de fluide de cycle circulant dans le mécanisme de détente. L'efficacité du dispositif est améliorée.
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En référence à la Fig.6, dans une réalisation, la source froide 4 est une partie du circuit de cycle du premier réfrigérateur 2, et la première portion de réfrigération 3 est située, dans le circuit de cycle, en aval du premier mécanisme de détente 24.
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La source froide 4 peut notamment être, dans ce cas, une réserve de fluide de cycle liquéfié.
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Dans une réalisation alternative à celle de la Fig.6, la source froide 4 est distincte du premier réfrigérateur 2, et la première portion de réfrigération 3 est située, dans le circuit de cycle, en aval du premier mécanisme de détente 24.
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Selon un autre aspect, l'invention concerne un procédé de réfrigération cryogénique utilisant un dispositif de réfrigération 1 tel que décrit ci-avant.
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Pour produire la puissance froide requise, le fluide de cycle est comprimé dans le mécanisme de compression 21, refroidi dans la première portion de refroidissement 22 et, le cas échéant, dans la deuxième portion de refroidissement 23, et détendu dans le premier mécanisme de détente 24.
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Le premier mécanisme de détente 24 peut comprendre une ou plusieurs turbines ou vannes de détente, configurées pour amener le fluide de cycle à la température plus froide requise. Une fois cette température atteinte, le fluide de cycle est mis en échange thermique, directement ou indirectement, avec un utilisateur à refroidir, puis il est réchauffé dans la portion de réchauffage 25 et retourne au mécanisme de compression. Au moins une partie du fluide de cycle circule dans la première portion de réfrigération 3.
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Le procédé selon l'invention vise à refroidir un premier utilisateur 300 relié à la première portion de réfrigération 3. Le procédé comprend une étape de commutation du dispositif 1 de la première configuration vers la deuxième configuration, ou de la deuxième configuration vers la première configuration.
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La commutation a notamment lieu en réponse à une information d'évolution, ou de prévision d'évolution, d'un besoin en puissance froide du premier utilisateur 300. Par exemple, on va commuter de la première configuration à la deuxième si l'évolution correspond à une augmentation du besoin en puissance froide. On va commuter de la deuxième configuration à la première configuration si l'évolution correspond à une baisse du besoin en puissance froide.
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Dans une mise en œuvre du procédé, le débit de fluide de cycle à travers le mécanisme de compression 21 peut être constant. Ce qui permet de maintenir une efficacité de compression élevée et/ou optimale.
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Dans une mise en œuvre du procédé, la puissance froide fournie à l'utilisateur 300 dans la deuxième configuration est comprise entre 100 et 200% de la puissance froide fournie à l'utilisateur 300 dans la première configuration, notamment entre 150 et 200%.
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Dans une mise en œuvre du procédé, la source froide 4 fournit une puissance froide à une température comprise entre 50 K et 100 K, notamment 80 K.
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Le fluide de cycle entre dans le premier système d'échange de chaleur 31 à une température comprise entre 55 K et 120 K, notamment entre 85 K et 120 K, et sors du premier système d'échange de chaleur 31 à une température comprise entre 50 K et 100 K, notamment 80 K.
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Ensuite, ce premier flux de fluide de cycle refroidi entre dans l'ensemble d'échange de chaleur 33, 34, et notamment dans le troisième système d'échange de chaleur 33, afin de prélever une première quantité de chaleur du premier utilisateur 300. On obtient en sortie un premier flux de fluide de cycle réchauffé à une température comprise entre 55 K et 120 K, notamment entre 85 K et 120 K.
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Puis ce premier flux de fluide de cycle réchauffé est introduit dans le deuxième système d'échange de chaleur 32 afin de le refroidir. On obtient en sortie un deuxième flux de fluide de cycle refroidi à une température comprise entre 50 K et 100 K, notamment 80 K.
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Ce deuxième flux de fluide de cycle refroidi est à nouveau dirigé vers l'ensemble d'échange de chaleur 33, 34, et notamment vers le quatrième système d'échange de chaleur 34, afin de prélever une deuxième quantité de chaleur du premier utilisateur 300. On obtient en sortie un deuxième flux de fluide de cycle réchauffé à une température comprise entre 55 K et 120K, notamment entre 85 K et 120 K.
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Le deuxième flux de fluide de cycle réchauffé retourne dans le circuit de cycle soit pour y être ultérieurement refroidi, soit pour y être ultérieurement réchauffé.
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Dans une mise en œuvre du procédé, la source froide 4 fournit une puissance froide à une température comprise entre 2 K et 5 K.
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Le fonctionnement est le même que celui décrit pour le cas ci-dessus. Mais la température du fluide de cycle en entrée du premier système d'échange de chaleur 31 est alors comprise par exemple entre 4 K et 10 K. La température en sortie est comprise par exemple entre 2 K et 5 K.
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La température du premier flux de fluide de cycle réchauffé et du deuxième flux de fluide de cycle réchauffé est comprise par exemple entre 4 K et 20 K, notamment entre 4 K et 10 K.
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Dans une mise en oeuvre du procédé, le fluide de cycle est choisi parmi : hélium, néon, argon, azote, ou un mélange d'au moins deux de ces gaz.