ES2693066T3 - Dispositivo y procedimiento de refrigeración criogénica - Google Patents

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Abstract

Dispositivo de refrigeración criogénica para transferir calor de una fuente de frío (15) a una fuente de calor (1) por medio de un fluido de trabajo que circula en un circuito (200) de trabajo cerrado, comprendiendo el circuito de trabajo (200) en serie: una porción de compresión sustancialmente isotérmica del fluido, una porción de enfriamiento sustancialmente isobárica del fluido, una porción de expansión sustancialmente isotérmica del fluido, y una porción de calentamiento sustancialmente isobárica del fluido, comprendiendo la porción de compresión del circuito (200) de trabajo al menos dos compresores (7, 5, 3, 101, 102, 103, 104, 105, 106) dispuestos en serie y al menos un intercambiador (6, 4, 2, 108) de enfriamiento del fluido comprimido dispuesto a la salida de cada compresor (7, 5, 3, 101, 102, 103, 104, 105, 106), comprendiendo la porción de expansión del circuito (200) de trabajo al menos una turbina (9, 11, 13, 116, 111) de expansión y al menos un intercambiador (10, 12, 14, 110) para calentar el fluido expandido, caracterizado por que los compresores (7, 5, 3, 101, 102, 103, 104, 105, 106) y la turbina o las turbinas (9, 11, 13) de expansión son accionadas por varios motores (70, 107, 112, 114, 109) llamados de alta velocidad, es decir, que giran a una velocidad de rotación de 10 000 rpm o varias decenas de miles de revoluciones por minuto, y en el que al menos uno de los motores comprende un árbol de salida, uno de cuyos extremos lleva y arrastra en rotación por acoplamiento directo un primer compresor (7, 5, 3, 101, 102, 103, 104, 105, 106) y el otro de cuyos extremos lleva y arrastra en rotación por acoplamiento directo una turbina (9, 11, 13, 116, 111) de expansión, siendo el número de etapas de compresión, es decir, de compresores, sustancialmente igual o superior al número de etapas de expansión, es decir, de turbinas, y por que los compresores (7, 5, 3, 101, 102, 103, 104, 105, 106) son del tipo de compresión centrífuga, y por que la turbina o las turbinas (9, 11, 13, 116, 111) de expansión son del tipo de expansión centrípeta, y por que los árboles (71) de salida de los motores (70, 107, 112, 114, 109) están montados en cojinetes (171) de tipo magnético o de tipo dinámico de gas, siendo utilizados dichos cojinetes (171) para sostener los compresores (7, 5, 3, 101, 102, 103, 104, 105, 106) y las turbinas (9, 11, 13, 116, 111), y por que la porción de enfriamiento y la porción de calentamiento comprenden un intercambiador de calor (8, 113) común en el que el fluido de trabajo circula en contracorriente dependiendo de si se está enfriando o calentando.

Description

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DESCRIPCION
Dispositivo y procedimiento de refrigeracion criogenica
La presente invencion se refiere a un dispositivo y a un metodo de refrigeracion criogenica.
La invencion se refiere mas particularmente a un dispositivo de refrigeracion criogenica para transferir calor de una fuente de fno a una fuente de calor a traves de un fluido de trabajo que circula en un circuito de trabajo cerrado, comprendiendo el circuito de trabajo, en serie: una porcion de compresion, una porcion de enfriamiento, una porcion de expansion y una porcion de calentamiento.
La fuente de fno puede ser, por ejemplo, nitrogeno lfquido para refrigerar y la fuente de calor, agua o aire.
Los refrigeradores conocidos para refrigerar elementos superconductores utilizan, en general, un ciclo de Brayton inverso. Estos refrigeradores conocidos utilizan un compresor lubricado en tornillo sinfm, un intercambiador de placas en contracorriente y una turbina de expansion.
Estos refrigeradores conocidos presentan numerosos inconvenientes entre los que se encuentran:
- un bajo rendimiento energetico del ciclo y, en consecuencia, del refrigerador,
- utilizacion de aceite para refrigerar y lubricar el compresor, lo que requiere una operacion de desengrase del gas de trabajo despues de la compresion,
- utilizacion de juntas giratorias entre el motor electrico y el compresor.
- el bajo rendimiento isotermico de compresion del compresor,
- la periodicidad de las operaciones de mantenimiento.
El documento US-3.494.145 describe un sistema de refrigeracion que utiliza acoplamientos mediante engranajes que requieren cojinetes lubricados con aceite. Este tipo de dispositivo utiliza juntas giratorias tales como juntas de estanqueidad mecanicas entre el gas de trabajo y la caja de engranajes y los cojinetes lubricados con aceite. Esta construccion aumenta el riesgo de fugas del gas de trabajo y la posible contaminacion del gas de trabajo por el aceite. Este sistema se refiere, por otra parte, a un motor de tipo de baja velocidad.
El documento US-4.984.432 describe un sistema de refrigeracion que utiliza compresores o turbinas de tipo de anillo lfquido que funcionan con un motor de baja velocidad que utiliza cojinetes clasicos, tales como los rodamientos de bolas. Esta tecnologfa se refiere a los compresores y turbinas volumetricos.
Un objetivo de la presente invencion es superar todos o parte de los inconvenientes de la tecnica anterior mencionados anteriormente.
Para ello, la invencion propone un dispositivo de refrigeracion criogenica destinado a transferir calor de una fuente de fno a una fuente de calor a traves de un fluido de trabajo que circula en un circuito de trabajo cerrado, comprendiendo el circuito de trabajo, en serie: una porcion de compresion sustancialmente isotermica del fluido, una porcion de enfriamiento sustancialmente isobarica del fluido, una porcion de expansion sustancialmente isotermica del fluido y una porcion de calentamiento sustancialmente isobarica del fluido, comprendiendo la porcion de compresion del circuito de trabajo al menos dos compresores dispuestos en serie y al menos un intercambiador de enfriamiento del fluido comprimido dispuesto a la salida de cada compresor, comprendiendo la porcion de expansion del circuito de trabajo al menos una turbina de expansion y al menos un intercambiador de calor del fluido expandido, siendo accionados los compresores y la turbina o las turbinas de expansion por al menos un motor llamado de alta velocidad que comprende un arbol de salida, uno de cuyos extremos transporta y arrastra en rotacion mediante acoplamiento directo un primer compresor y el otro de cuyos extremos transporta y arrastra en rotacion por acoplamiento directo una turbina de expansion.
Los modos de realizacion permiten obtener un sistema sin contaminacion de aceite y sin contacto. De hecho, la combinacion de compresores centnfugos, de las turbinas centnpetas y de los cojinetes segun la invencion reduce o elimina cualquier contacto con partes fijas y partes giratorias. Esto evita cualquier riesgo de fugas. El conjunto del sistema es hermetico y no tiene ninguna junta giratoria con respecto a la atmosfera (tal como juntas de estanqueidad mecanicas o "junta de cara seca").
Por otra parte, la invencion comprende ademas las siguientes caractensticas:
- los compresores son del tipo de compresion centnfuga,
- la turbina o turbinas de expansion son del tipo de expansion centnpeta,
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- los arboles de salida de los motores estan montados sobre cojinetes de tipo magnetico o de tipo dinamico de gas, utilizandose dichos cojinetes para sostener los compresores y las turbinas,
- la porcion de enfriamiento y la porcion de calentamiento comprenden un intercambiador de calor comun, en el cual el fluido de trabajo pasa en contracorriente, segun que este enfriado o calentando.
Ademas, modos de realizacion particulares pueden incluir asimismo las siguientes caractensticas:
- el circuito de trabajo comprende un volumen que forma una capacidad de almacenamiento para almacenar el fluido de trabajo,
- el fluido de trabajo esta en fase gaseosa y constituye un gas puro o una mezcla de gases puros entre: el helio, el neon, el nitrogeno, el oxfgeno, el argon, el monoxido de carbono, el metano, o cualquier otro fluido que presente una fase gaseosa a la temperatura de la fuente de fno.
La invencion proporciona ademas un procedimiento de refrigeracion criogenica para transferir calor de una fuente de fno a una fuente de calor a traves de un fluido de trabajo que circula en un circuito de trabajo cerrado, comprendiendo el circuito de trabajo en serie: una porcion de compresion, que comprende al menos dos compresores dispuestos en serie, una porcion de enfriamiento del fluido, una porcion de expansion, que comprende al menos una turbina de expansion, y una porcion de calentamiento, comprendiendo el procedimiento un ciclo de trabajo que comprende una primera etapa de compresion sustancialmente isotermica del fluido en la porcion de compresion por enfriamiento del fluido comprimido a la salida de los compresores, una segunda etapa de enfriamiento sustancialmente isobarica del fluido en la porcion de enfriamiento, una tercera etapa de expansion sustancialmente isotermica del fluido en la porcion de expansion por calentamiento del fluido expandido a la salida de la turbina, y una cuarta etapa de calentamiento sustancialmente isobarica del fluido que ha intercambiado calor con la fuente de fno, siendo el ciclo de trabajo del fluido (temperatura T, entropfa S) del tipo de Ericsson inverso segun la reivindicacion 6.
Por otra parte:
- durante la primera etapa de compresion sustancialmente isotermica, el fluido comprimido es enfriado a la salida de cada compresor para mantener las temperaturas del fluido a la entrada y a la salida de cada compresor sustancialmente iguales y preferiblemente en un rango de aproximadamente 10 K,
- durante la tercera etapa de expansion sustancialmente isotermica, el fluido expandido es refrigerado a la salida de cada turbina para mantener las temperaturas del fluido a la entrada y a la salida de cada turbina sustancialmente iguales y preferiblemente en un rango de aproximadamente 5 K,
- los compresores y la turbina o turbinas de expansion son accionadas por al menos un motor llamado de alta velocidad que comprende un arbol de salida, uno de cuyos extremos lleva y arrastra en rotacion por acoplamiento directo un primer compresor, y el otro extremo lleva y arrastra en rotacion por acoplamiento directo una turbina de expansion, y en que el procedimiento comprende una etapa de transferir mediante una pieza trabajo mecanico de la turbina o turbinas al compresor o compresores a traves de los arboles de salida.
Ademas, modos de realizacion de la invencion pueden combinar una o mas de las siguientes caractensticas:
- despues de la segunda etapa de enfriamiento, el fluido de trabajo es llevado a una temperatura baja del orden de 60 K y por que el circuito de trabajo comprende un numero compresores aproximadamente tres veces mayor que el numero de turbinas de expansion,
- el fluido de trabajo se utiliza para enfriar o mantener fnos elementos superconductores a una temperatura del orden de 65 K
- la cafda de temperatura del fluido que constituye la fuente de fno es sustancialmente identica al aumento de temperatura del gas en los intercambiadores.
La invencion puede tener una o mas de las ventajas siguientes:
- el ciclo del fluido de trabajo (tipo Ericsson inverso) hace posible obtener un mayor rendimiento que los sistemas conocidos, sin por ello crear o aumentar otros inconvenientes,
- el trabajo de expansion en las turbinas puede aumentar ventajosamente,
- es posible superar el problema de la utilizacion de aceite para la lubricacion o el enfriamiento, lo que permite suprimir la instalacion de desengrasado mas abajo del compresor, asf como las operaciones de tratamiento y reciclaje de los aceites utilizados,
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- el sistema requiere solo una pequena cantidad de piezas moviles, lo que aumenta su sencillez y fiabilidad. Gracias a la invencion, es posible superar el problema de la necesidad de una transmision de potencia mecanica del tipo multiplicador de velocidad, juntas cardan, ...
- las operaciones de mantenimiento se reducen o son practicamente inexistentes,
- el sistema permite evitar las juntas giratorias y utilizar un sistema totalmente hermetico frente al exterior. Esto evita cualquier perdida o contaminacion del gas de ciclo de trabajo,
- el volumen del refrigerador se puede reducir en comparacion con los sistemas conocidos.
Otras particularidades y ventajas apareceran con la lectura de la descripcion que sigue, realizada haciendo referencia a las figuras, en las cuales:
- la figura 1 representa una vista esquematica que ilustra la estructura y el funcionamiento de un primer ejemplo de realizacion de dispositivo de refrigeracion segun la invencion;
- la figura 2 representa de manera esquematica un detalle de la figura 1 que ilustra una disposicion de un motor de accionamiento de un conjunto compresor -compresor o compresor -turbina,
- la figura 3 representa de manera esquematica un ejemplo de ciclo de trabajo del fluido de trabajo del refrigerador de la figura 1,
- la figura 4 representa una vista esquematica que ilustra la estructura y el funcionamiento de un segundo ejemplo de realizacion de un refrigerador segun la invencion,
- la figura 5 representa de manera esquematica un segundo ejemplo de ciclo de trabajo del fluido de trabajo del refrigerador de la figura 3.
Haciendo referencia al ejemplo de realizacion de la figura 1, el refrigerador segun la invencion esta destinado a transferir calor desde una fuente de fno 15 a una temperatura criogenica hacia una fuente de calor a temperatura ambiente 1, por ejemplo.
La fuente de fno 15 puede ser, por ejemplo, nitrogeno lfquido para refrigerar y la fuente de calor 1, agua o aire. Para realizar esta transferencia de calor, el refrigerante ilustrado en la figura 1 utiliza un circuito de trabajo 200 de un gas de trabajo que comprende los componentes enumerados a continuacion.
El circuito 200 comprende varios compresores 3, 5, 7 centnfugos dispuestos en serie y que funcionan a temperatura ambiente.
El circuito 200 comprende varios intercambiadores de calor 2, 4, 6 que funcionan a temperatura ambiente, dispuestos respectivamente a la salida de los compresores 3, 5, 7. Las temperaturas del gas de trabajo a la entrada y a la salida, de cada etapa de compresion (es decir, a la entrada y a la salida de cada compresor 3, 5, 7) son mantenidas por los intercambios de calor en un nivel sustancialmente identico (vease la zona A en la figura 3 que representa un ciclo de trabajo del gas: temperatura en K en funcion de la entropfa S en J/kg). En la figura 3, las partes ascendentes de la zona A en dientes de sierra corresponden cada una a una etapa de compresion, mientras que las partes descendentes de esta zona A corresponden a un enfriamiento mediante el intercambiador.
Esta disposicion permite aproximarse a una compresion isotermica. Las temperaturas de entrada y de salida, de cada etapa de compresion, son sustancialmente iguales.
Los intercambiadores 2, 4, 6 pueden estar separados o consistir en porciones separadas del mismo intercambiador en intercambio de calor con la fuente de calor 1.
El refrigerador comprende varios motores (70, vease la figura 2) denominados de alta velocidad. Por motor de alta velocidad se designa habitualmente a motores cuya velocidad de rotacion permite el acoplamiento directo con una etapa de compresion centnfuga o una etapa de expansion centnpeta. Los motores 70 de alta velocidad utilizan preferentemente cojinetes de gas magneticos o dinamicos 171 (figura 2). Un motor de alta velocidad gira tipicamente a una velocidad de rotacion de 10.000 rpm o de varias decenas de miles de revoluciones por minuto. Un motor de baja velocidad funciona mas bien con una velocidad de algunos miles de revoluciones por minuto.
Mas abajo de la porcion de compresion que comprende los compresores en serie, el refrigerador comprende un intercambiador 8 de calor, preferiblemente de tipo de placas en contracorriente, que separan los elementos a temperatura ambiente (en la parte alta del circuito 200 representado en la figura 1) de los elementos a temperatura criogenica (en la parte inferior del circuito 200). El fluido se enfna (correspondiente a la zona D en la figura 3). El enfriamiento del gas de la temperatura ambiente a la temperatura criogenica se efectua por intercambio en contracorriente con el mismo gas de trabajo del gas a la temperatura criogenica que vuelve de la porcion de expansion despues del intercambio de calor con la fuente de fno 15.
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Mas abajo de esta porcion de enfriamiento constituida por los intercambiadores 8 de placas, el circuito comprende una o varias turbinas 9, 11, 13 de expansion, preferiblemente de tipo centnpetas, dispuestas en serie. Las turbinas 9, 11, 13 funcionan a temperaturas criogenicas, las temperaturas de entrada y de salida de cada etapa de expansion (entrada y salida de la turbina) son mantenidas sustancialmente identicas mediante uno o mas intercambiadores de calor 10, 12, 14 criogenicos dispuestos a la salida de la turbina o turbinas. Esto corresponde a la zona C de la figura 3, correspondiendo cada una de las porciones descendentes de la zona C a una etapa de expansion, mientras que las porciones ascendentes de esta zona corresponden al calentamiento en los intercambiadores 10, 12, 14. Esta disposicion permite aproximarse a una expansion isotermica. Las temperaturas de entrada y de salida de cada etapa de expansion son sustancialmente iguales. Ademas, con el fin de aumentar el rendimiento del refrigerador, el aumento de la temperatura del gas de trabajo en el intercambiador o los intercambiadores (10, 12, 14) puede ser sustancialmente identico (en valor absoluto) a la disminucion de la temperatura del fluido a refrigerar (15) (fuente de fno).
Estos intercambiadores de calor 10, 12, 14 de calentamiento pueden ser separados o consistir en porciones separadas de un mismo intercambiador en intercambio de calor con la fuente de fno 15.
Mas abajo de la porcion de expansion y del intercambio de calor con la fuente de fno 15, el fluido de trabajo intercambia calor de nuevo con el intercambiador 8 de calor de placas (zona B de la figura 3). El fluido intercambia calor en el intercambiador 8 en contracorriente con respecto a su paso despues de la porcion de compresion. Despues de calentar el fluido, vuelve a la porcion de compresion y puede comenzar de nuevo un ciclo.
El circuito puede comprender ademas un almacen de gas de trabajo a temperatura ambiente (no representado para simplificar) para limitar la presion en los circuitos durante la parada del refrigerador, por ejemplo.
El refrigerador utiliza, preferentemente, como fluido de trabajo un fluido en fase gaseosa que circula en circuito cerrado. Este esta constituido, por ejemplo, por un gas puro o una mezcla de gas puro. Los gases mas adecuados para esta tecnologfa son: el neon, el nitrogeno, el oxfgeno y el argon. Tambien se pueden utilizar el monoxido de carbono y el metano.
El refrigerador esta disenado y, por lo tanto, controlado, para obtener un ciclo de trabajo del fluido que se aproxima al ciclo de Ericsson inverso. Es decir: una compresion isotermica, un enfriamiento isobarico, una expansion isotermica y un calentamiento isobarico.
Segun una particularidad ventajosa, el refrigerador utiliza para el accionamiento al menos de los compresores 3, 5, 7 (es decir, para el accionamiento de las ruedas de los compresores) varios motores 70 llamados de alta velocidad.
Tal como se muestra esquematicamente en la figura 2, cada motor de alta velocidad 70 recibe en uno de los extremos de su arbol de salida una rueda de compresor 31 y, en el otro extremo de su arbol otra rueda de compresor o una rueda de turbina 9. Esta disposicion ofrece numerosas ventajas. Esta configuracion permite en el refrigerador un acoplamiento directo entre el motor 70 y las ruedas del compresor 3, 5, 7 o entre el motor 70 y las ruedas de las turbinas 9, 11, 13. Esto permite superar el problema de un multiplicador o reductor de velocidad (lo que limita el numero de piezas moviles necesarias). Esta configuracion permite asimismo un aumento del trabajo mecanico de la turbina o turbinas 9, 11, 13 y, por consiguiente, un aumento del rendimiento energetico global del refrigerador. Segun esta configuracion, el refrigerador tiene un funcionamiento sin aceite, lo que permite garantizar la pureza del gas de trabajo y elimina la necesidad de una operacion de desengrasado.
El numero de motores de alta velocidad es, principalmente, una funcion del rendimiento energetico deseado para el refrigerador. Cuanto mayor es este rendimiento, mayor debe ser el numero de motores de alta velocidad.
La relacion entre el numero de etapas de compresion (compresores) y el numero de etapas de expansion (turbinas) depende de la temperatura fna objetivo. Por ejemplo, para un refrigerador cuya fuente de fno esta a 273 K, el numero de etapas de compresion sera sustancialmente igual al numero de etapas de expansion. Para un refrigerador cuya fuente de fno es de 65 K, el numero de etapas de compresion es aproximadamente 3 veces mayor que el numero de etapas de expansion.
La figura 4 ilustra otro modo de realizacion que puede ser utilizado, por ejemplo, para enfriar o mantener en temperatura cables superconductores a una temperatura criogenica de aproximadamente 65 K. Para este nivel de temperatura, el numero de etapas de compresion (compresores) debe ser aproximadamente tres veces mayor que el numero de etapas de expansion (turbinas). Esto se puede hacer de acuerdo con varias configuraciones posibles. Por ejemplo, tres compresores y una turbina o seis compresores y dos turbinas, ...
La eleccion del numero de organos dependera del rendimiento energetico deseado. Por lo tanto, una solucion que utiliza tres compresores y una turbina tendra un rendimiento energetico menor que una solucion que utiliza seis compresores y dos turbinas.
En el ejemplo de la figura 4, el refrigerador comprende seis compresores 101, 102, 103, 104, 105, 106 y dos turbinas 116, 111 y cuatro motores de alta velocidad 107, 112, 114, 109. Los dos primeros compresores 101, 102 (es decir, las ruedas de los compresores) estan montados respectivamente en los dos extremos de un primer motor de alta
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velocidad 107. Los dos compresores 103, 104 siguientes estan acoplados respectivamente en los dos extremos de un segundo motor de alta velocidad 112. El compresor siguiente 105 y la turbina 116 (es dedr, la rueda de la turbina) estan montados respectivamente en los dos extremos de un tercer motor de alta velocidad 114. Finalmente, la ultima turbina 111 y el sexto compresor 106 estan montados respectivamente en los dos extremos de un cuarto motor 109.
El recorrido del gas de trabajo durante un ciclo en el circuito de bucle cerrado se puede describir como sigue.
Durante una primera etapa, el gas es comprimido progresivamente pasando sucesivamente por los cuatro compresores en serie 101, 102, 103, 104, 105, 106.
Tras cada etapa de compresion (a la salida de cada compresor), el gas de trabajo es enfriado en un intercambiador de calor respectivo 108 (por intercambio de calor con aire o agua, por ejemplo) para aproximarse a una compresion isotermica. Despues de esta porcion de compresion, el gas es enfriado isobaricamente a traves de un intercambiador de placas en contracorriente 103. Despues de esta porcion de enfriamiento, el gas de refrigeracion es expandido progresivamente en las dos turbinas centnpetas en serie 116, 111. Despues de cada etapa de expansion, el gas de trabajo es calentado por intercambio de calor en un intercambiador 110 (por ejemplo, por intercambio de calor con la fuente de frio), de manera que se realiza una expansion sustancialmente isotermica. Al final de esta expansion isotermica, el gas de trabajo es calentado en el intercambiador 113 y, a continuacion, puede comenzar de nuevo un nuevo ciclo mediante una compresion.
La figura 5 representa el ciclo (temperatura T y entropfa S) del fluido de trabajo del refrigerador de la figura 5. Como anteriormente para la figura 3, se distinguen en la zona A de compresion seis dientes de sierra correspondientes a las seis compresiones y enfriamientos sucesivos. En la zona C de expansion se muestran dos dientes de sierra correspondientes a las dos expansiones y el recalentamiento sucesivos.
La invencion mejora los refrigeradores criogenicos en terminos de rendimiento energetico, fiabilidad y volumen. La invencion permite reducir las operaciones de mantenimiento y eliminar la utilizacion de aceites. Por supuesto, uno o los dos extremos de los arboles de salida de los motores pueden accionar directamente mas de una ruta (es decir, es decir, varios compresores o varias turbinas.)

Claims (9)

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    REIVINDICACIONES
    1. Dispositivo de refrigeracion criogenica para transferir calor de una fuente de fno (15) a una fuente de calor (1) por medio de un fluido de trabajo que circula en un circuito (200) de trabajo cerrado, comprendiendo el circuito de trabajo (200) en serie: una porcion de compresion sustancialmente isotermica del fluido, una porcion de enfriamiento sustancialmente isobarica del fluido, una porcion de expansion sustancialmente isotermica del fluido, y una porcion de calentamiento sustancialmente isobarica del fluido, comprendiendo la porcion de compresion del circuito (200) de trabajo al menos dos compresores (7, 5, 3, 101, 102, 103, 104, 105, 106) dispuestos en serie y al menos un intercambiador (6, 4, 2, 108) de enfriamiento del fluido comprimido dispuesto a la salida de cada compresor (7, 5, 3, 101, 102, 103, 104, 105, 106), comprendiendo la porcion de expansion del circuito (200) de trabajo al menos una turbina (9, 11, 13, 116, 111) de expansion y al menos un intercambiador (10, 12, 14, 110) para calentar el fluido expandido, caracterizado por que los compresores (7, 5, 3, 101, 102, 103, 104, 105, 106) y la turbina o las turbinas (9, 11, 13) de expansion son accionadas por varios motores (70, 107, 112, 114, 109) llamados de alta velocidad, es decir, que giran a una velocidad de rotacion de 10 000 rpm o varias decenas de miles de revoluciones por minuto, y en el que al menos uno de los motores comprende un arbol de salida, uno de cuyos extremos lleva y arrastra en rotacion por acoplamiento directo un primer compresor (7, 5, 3, 101, 102, 103, 104, 105, 106) y el otro de cuyos extremos lleva y arrastra en rotacion por acoplamiento directo una turbina (9, 11, 13, 116, 111) de expansion, siendo el numero de etapas de compresion, es decir, de compresores, sustancialmente igual o superior al numero de etapas de expansion, es decir, de turbinas, y por que los compresores (7, 5, 3, 101, 102, 103, 104, 105, 106) son del tipo de compresion centnfuga, y por que la turbina o las turbinas (9, 11, 13, 116, 111) de expansion son del tipo de expansion centnpeta, y por que los arboles (71) de salida de los motores (70, 107, 112, 114, 109) estan montados en cojinetes (171) de tipo magnetico o de tipo dinamico de gas, siendo utilizados dichos cojinetes (171) para sostener los compresores (7, 5, 3, 101, 102, 103, 104, 105, 106) y las turbinas (9, 11, 13, 116, 111), y por que la porcion de enfriamiento y la porcion de calentamiento comprenden un intercambiador de calor (8, 113) comun en el que el fluido de trabajo circula en contracorriente dependiendo de si se esta enfriando o calentando.
  2. 2. Dispositivo segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el circuito de trabajo comprende un volumen que forma una capacidad de almacenamiento para almacenar el fluido de trabajo.
  3. 3. Dispositivo segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado por que el fluido de trabajo esta en fase gaseosa y esta constituido por un gas puro o por una mezcla de gases puros entre: el helio, el neon, el nitrogeno, el oxfgeno, el argon, el monoxido de carbono, el metano o cualquier otro fluido que presenta una fase gaseosa a la temperatura de la fuente de fno.
  4. 4. Dispositivo segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que comprende al menos un motor (70, 107, 112, 114, 109) del que al menos uno de los extremos del arbol de salida arrastra en rotacion por acoplamiento directo al menos a dos ruedas (ruedas de compresor y/o ruedas de turbina).
  5. 5. Dispositivo segun la reivindicacion 4, caracterizado por que comprende al menos un motor, del cual un extremo de su arbol de salida arrastra en rotacion por acoplamiento directo dos ruedas del compresor, arrastrando en rotacion el otro extremo del arbol de salida por acoplamiento directo una rueda de la turbina.
  6. 6. Procedimiento de refrigeracion criogenica destinado a transferir calor de una fuente de fno (15) hacia una fuente de calor (1) a traves de un fluido de trabajo que circula en un circuito (200) de trabajo cerrado, comprendiendo el circuito de trabajo (200), en serie: una porcion de compresion que comprende al menos dos compresores (7, 5, 3, 101, 102, 103, 104, 105, 106) dispuestos en serie, una porcion de enfriamiento del fluido, una porcion de expansion que comprende al menos una turbina (9, 11, 13, 116, 111), y una porcion de calentamiento, comprendiendo el procedimiento un ciclo de trabajo que comprende una primera etapa de compresion sustancialmente isotermica del fluido en la porcion de compresion por enfriamiento del fluido comprimido a la salida de los compresores (7, 5, 3, 101, 102, 103, 104, 105, 106), una segunda etapa de enfriamiento sustancialmente isobarico del fluido en la porcion de enfriamiento, una tercera etapa de expansion sustancialmente isotermica del fluido en la porcion de expansion por calentamiento del fluido expandido a la salida de la turbina, y una cuarta etapa de calentamiento sustancialmente isobarico del fluido que ha intercambiado calor con la fuente de fno (15), siendo el ciclo de trabajo del fluido (temperatura T, entropfa S) del tipo de Ericsson inverso, durante la primera etapa de compresion sustancialmente isotermica, el fluido comprimido es enfriado a la salida de cada compresor (7, 5, 3, 101, 102, 103, 104, 105, 106) para mantener las temperaturas del fluido a la entrada y a la salida de cada compresor sustancialmente iguales y preferiblemente dentro de un rango de aproximadamente 10 K, calentandose el fluido expandido a la salida de cada turbina (9, 11, 13, 116, 111) durante la tercera etapa de expansion sustancialmente isotermica, para mantener las temperaturas del fluido a la entrada y a la salida de cada turbina (9, 11, 13, 116, 111) sustancialmente iguales y, preferentemente, en un rango de aproximadamente 5 K, caracterizado por que los compresores (7, 5, 3, 101, 102, 103, 104, 105, 106 ) y la turbina o las turbinas (9, 11, 13, 116, 111) de expansion son accionadas por varios motores (70, 107, 112, 114, 109) denominados de alta velocidad, es decir, que giran a una velocidad de rotacion de 10 000 revoluciones por minuto o de varias decenas de miles de revoluciones por minuto, y de los cuales al menos uno de los motores comprende un arbol de salida del cual uno de sus extremos lleva y arrastra en rotacion por acoplamiento directo un primer compresor (7, 5, 3, 101, 102, 103, 104, 105, 106) y el otro extremo lleva y arrastra en rotacion por acoplamiento directo una turbina (9, 11, 13, 116, 111) de expansion, siendo el numero de etapas de compresion, es decir, de compresores, sustancialmente igual o mayor que el numero de etapas de expansion, es decir, de turbinas,
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    y por que el procedimiento comprende una etapa de transferencia de una parte del trabajo mecanico de la turbina o las turbinas (9, 11, 13, 116, 111) hacia el compresor o los compresores (7, 5, 3, 101, 102, 103, 104, 105, 106) a traves del arbol o los arboles de salida (71), y por que los arboles de salida (71) de los motores (70, 107, 112, 114, 109) estan montados sobre cojinetes (171) de tipo magnetico o de tipo dinamico de gas, siendo utilizados dichos 5 cojinetes (171) para soportar los compresores y las turbinas, y por que la porcion de enfriamiento y la porcion de
    calentamiento comprenden un intercambiador de calor (8, 113) comun en el que el fluido de trabajo circula en
    contracorriente cuando es enfriado o calentado.
  7. 7. Procedimiento segun la reivindicacion 6, caracterizado por que despues de la segunda etapa de enfriamiento, el
    fluido de trabajo es llevado a una temperatura baja del orden de 60 K y por que el circuito (200) de trabajo
    10 comprende un numero de compresores (7, 5, 3, 101, 102, 103, 104, 105, 106) tres veces mayor que el numero de
    turbinas (9, 11, 13, 116, 111) de expansion.
  8. 8. Procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 6 o 7, caracterizado por que el fluido de trabajo se utiliza para enfriar o mantener fnos elementos superconductores fnos a una temperatura del orden de 65 K.
  9. 9. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado por que la cafda de temperatura del 15 fluido que constituye la fuente de fno (15) es sustancialmente identica al aumento de la temperatura del gas de
    trabajo en los intercambiadores (110, 10, 12, 14) del circuito de trabajo (200).
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