WO2021023459A1 - Dispositif et installation de réfrigération - Google Patents

Dispositif et installation de réfrigération Download PDF

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cooling heat
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Fabien Durand
Guillaume DELAUTRE
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L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude
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    • F25B2600/0251—Compressor control by controlling speed with on-off operation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/04—Compressor cooling arrangement, e.g. inter- or after-stage cooling or condensate removal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/20—Integrated compressor and process expander; Gear box arrangement; Multiple compressors on a common shaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/34—Details about subcooling of liquids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/62—Details of storing a fluid in a tank

Definitions

  • the invention relates to a refrigeration device and installation.
  • the invention relates more particularly to a refrigeration device at low temperature, that is to say at a temperature between minus 100 degrees centigrade and minus 273 degrees centigrade, the refrigeration device being arranged in a frame and comprising a cooling circuit.
  • work forming a loop and containing a working fluid
  • the working circuit forming a cycle comprising in series: a mechanism for compressing the working fluid, a mechanism for cooling the working fluid, a mechanism for expanding the working fluid and a mechanism for heating the working fluid, the mechanisms for cooling and heating the working fluid comprising a common heat exchanger in which the working fluid passes against the current in two separate transit portions of the working circuit depending on whether it is cooled or reheated
  • the device comprising a refrigeration heat exchanger intended to extract heat from at least a member by heat exchange with the working fluid circulating in the working circuit
  • the compression mechanism comprising two separate compressors
  • the working fluid cooling mechanism comprising two cooling heat exchangers arranged respectively at the outlet of the two compressors and providing heat exchange between the working fluid and
  • low-temperature refrigeration device a refrigeration device which reaches a temperature between minus 100 degrees centigrade and minus 273 degrees centigrade, especially between minus 100 degrees centigrade and minus 253 degrees centigrade (20K).
  • the invention relates in particular to cryogenic refrigerators and / or liquefiers, for example of the “Turbo Brayton” cycle type or “Turbo Brayton coolers” in which a working gas, also called cycle gas (helium, nitrogen, hydrogen or other pure gas or mixture), undergoes a thermodynamic cycle producing cold which can be transferred to an organ or a gas to be cooled.
  • a working gas also called cycle gas (helium, nitrogen, hydrogen or other pure gas or mixture)
  • cycle gas helium, nitrogen, hydrogen or other pure gas or mixture
  • These devices are used in a wide variety of applications and in particular for cooling natural gas from a reservoir (for example in boats).
  • the liquefied natural gas is for example sub-cooled to prevent its vaporization or the gaseous part is cooled with a view to its reliquefaction.
  • a natural gas stream can be circulated through a heat exchanger cooled by the refrigerator / liquefier cycle gas.
  • These devices can include several heat exchangers interposed at the outlet of the compression stages. These devices are integrated into a frame or frame whose volume is limited. The integration of these various exchangers and the associated piping are thus made difficult. Cooling the working gas can in some cases be problematic.
  • An object of the present invention is to overcome all or part of the drawbacks of the prior art noted above according to claim 1 preferably.
  • the device according to the invention is essentially characterized in that the exchangers cooling heat exchangers are located in the frame around the common heat exchanger, that is to say that preferably the cooling heat exchangers are not located below the common heat exchanger between the exchanger heat joint and the lower base of the frame.
  • embodiments of the invention may include one or more of the following characteristics: the cooling heat exchangers are located in the frame next to the common heat exchanger in a direction transverse to the axis longitudinal, the cooling heat exchangers are located adjacent, that is to say spaced from one another by a distance of between 0 and 500mm, in particular between 100 and 300mm, the two cooling heat exchangers are arranged one above the other in a direction perpendicular to the base, the cooling heat exchangers each have an oblong shape extending in respective longitudinal directions, each cooling heat exchanger comprises an inlet of working gas to be cooled and an outlet for cooled working gas disposed respectively at two longitudinal ends, each cooling heat exchanger comprising a cooling fluid inlet and a cooling fluid outlet, the two cooling heat exchangers being arranged inverted, i.e.
  • each cooling heat exchanger comprises an inlet for working gas to be cooled and an outlet for gas. cooled work respectively arranged at two longitudinal ends, each cooling heat exchanger comprising a cooling fluid inlet and a cooling fluid outlet, the two cooling heat exchangers being arranged inverted, that is say that the respective longitudinal directions of the two cooling heat exchangers are parallel or substantially parallel and the directions of circulation of the working fluid in said cooling heat exchanger are opposite, the cooling fluid outlet of one of the exchangers of cooling heat is connected to the coolant inlet of the other cooling heat exchanger so that coolant flow passing through one of the cooling heat exchangers has already circulated in the other cooling heat exchanger, the two compressors are arranged in series in the working circuit, the device comprises at least two motors for driving the compressors in rotation and each comprising a rotary drive shaft, the compressors being driven in rotation by the respective rotary shaft or shafts, the expansion
  • the refrigerant circuit firstly supplies the first cooling heat exchanger in series according to the direction of circulation of the working fluid, then the second cooling heat exchanger in series according to the direction of circulation with the working fluid being supplied with cooling fluid having passed through the first cooling heat exchanger, the refrigerant circuit first supplies the second cooling heat exchanger in series with cooling fluid according to the direction of circulation of the working fluid, the first cooling heat exchanger in series according to the direction of circulation of the working fluid being supplied with cooling fluid having passed through the second cooling heat exchanger.
  • the invention also relates to an installation for refrigeration and / or liquefaction of a flow of user fluid, in particular natural gas, comprising a refrigeration device according to any one of the characteristics above or below, the installation comprising at least one user fluid reservoir, a conduit for circulating said flow of user fluid in the cooling exchanger.
  • the invention may also relate to any alternative device or method comprising any combination of the characteristics above or below within the scope of the claims.
  • FIG. 1 represents a schematic and partial view from above illustrating the structure and operation of an example of a device and installation capable of implementing the invention
  • FIG. 2 shows a schematic and partial side view along arrow V of Figure 1 illustrating details of the structure and operation of the device
  • FIG. 3 is a schematic and partial view illustrating a detail of the structure and operation of the device and of the installation according to a possible embodiment of the agency of two cooling heat exchangers.
  • the cooling and / or liquefaction installation comprises a refrigeration device 1 supplying cold (cooling power) at the level of a refrigeration heat exchanger 8.
  • the device is housed in a frame 100, for example parallelepiped.
  • the frame 100 includes a lower base 101.
  • the upper end of the frame does not necessarily have a structure above the device but could only include peripheral uprights whose vertical ends are located vertically above the base 101 at the level or under the highest point of the device. That is to say that the frame 100 could form a lateral protection all around the device while being devoid of the upper part directly above the device.
  • the installation comprises a pipe 125 for circulating a flow of fluid to be cooled placed in heat exchange with this cooling exchanger 8.
  • the fluid is liquid natural gas pumped into a tank 16 (for example via a pump), then is cooled (preferably outside the tank 16) and then returned to the tank 16 (for example in rain in the gas phase of the tank. tank 16).
  • This makes it possible to cool or sub-cool the contents of the reservoir 16 and to limit the phenomena of vaporization.
  • the liquid in the tank 16 is sub-cooled below its saturation temperature (drop in its temperature by several degrees K, in particular 5 to 20K and in particular 14K) before being reinjected into the tank 16.
  • this refrigeration can be supplied to the vaporization gas of the reservoir with a view in particular to its reliquefaction. That is, the refrigeration device 1 produces a cold power at the refrigeration heat exchanger 8.
  • the refrigeration device 1 comprises a working circuit 10 (preferably closed) forming a circulation loop.
  • This working circuit 10 contains a working fluid (helium, nitrogen, neon, hydrogen or other gas or suitable mixture (for example helium and argon or helium and nitrogen or helium and neon or helium and nitrogen and neon).
  • the working circuit 10 forms a cycle comprising: a mechanism 2, 3 for compressing the working fluid, a mechanism 4, 5, 6 for cooling the working fluid, a mechanism 7 for expanding the working fluid and a mechanism 6 for heating of the working fluid.
  • the device 1 comprises a refrigeration heat exchanger 8 located downstream of the expansion mechanism 7 and intended to extract heat from at least one member 125 by heat exchange with the cold working fluid circulating in the working circuit 10.
  • the mechanisms for cooling and reheating the working fluid conventionally comprise a common heat exchanger 6 in which the working fluid passes countercurrently in two separate transit portions of the working circuit 10 depending on whether it is cooled or heated.
  • the common heat exchanger 6 can be fixed to the frame at at least one fixed point 106, for example at a central longitudinal upright of the frame 100.
  • the cooling heat exchanger 8 is located for example between the expansion mechanism 7 and the common heat exchanger 6.
  • the cooling heat exchanger 8 can be a heat exchanger integrated into the common heat exchanger 6 (that is to say that the two exchangers 6, 8 can be in one piece, that is to say - say can have separate fluid circuits which however share the same exchange structure).
  • this refrigeration heat heat exchanger 8 could consist of a separate heat exchanger and separate from the common heat exchanger 6.
  • the working fluid which exits relatively hot from the compression mechanism 2, 3 is cooled in the common heat exchanger 6 before entering the expansion mechanism 7.
  • the working fluid which exits relatively cold from the mechanism 7 of expansion and the cooling heat exchanger 8 is in turn heated in the common heat exchanger 6 before returning to the compression mechanism 2 3 in order to start a new cycle.
  • the compression mechanism 2, 3 comprises at least two compressors and at least one motor 14, 15 for driving the compressors 2, 3.
  • the refrigeration power of the device is variable and can be controlled by regulating the speed. rotation of the drive motor or motors 14, 15 (cycle speed).
  • the cold power produced by the device 1 can be adapted from 0 to 100% of a nominal or maximum power by changing the speed of rotation of the motor or motors 14, 15 between a zero speed of rotation and a maximum or nominal speed. .
  • Such an architecture makes it possible to maintain high efficiency over a wide operating range (for example 97% of nominal efficiency at 50% of nominal cold power).
  • the refrigeration device 1 comprises two compressors 2, 3 in series. These two compressors 2, 3 can be driven respectively by two separate motors 14, 15.
  • a turbine 7 can be coupled to the drive shaft of one of the two motors 14 or 15.
  • a first motor 14 drives a compressor 2 via a shaft and this shaft is coupled to a turbine 7 at its other end. (motor-turbocharger) while the other engine 15 drives only a compressor 3 (motor-compressor).
  • the device 1 comprises two motors 14, 15 at high speed (for example 10,000 revolutions per minute or several tens of thousands of revolutions per minute) for respective driving of the compression stages 2, 3.
  • the turbine 7 can be coupled. to the motor 14 or 15 of one of the compression stages 2, 3, that is to say that the device may have a turbine 7 constituting the expansion mechanism which is coupled to the drive motor 15 of one stage compression (the first or the second).
  • each motor 14, 15 can be connected or rigidly fixed to the frame 100 via at least one fixed point 104, 105, for example at the level of a longitudinal and / or vertical post of the frame 100.
  • the power of the turbine or turbines 7 can be advantageously recovered and used to reduce the consumption of the engine or engines.
  • the refrigeration power produced and therefore the electrical consumption of the liquefier (and vice versa) is increased.
  • the compressors 2, 3 and turbine (s) 7 are preferably coupled directly to an output shaft of the motor concerned (without a geared movement transmission mechanism).
  • the output shafts of the motors are preferably mounted on bearings of the magnetic type or of the dynamic gas type.
  • the bearings are used to support compressors and turbines.
  • the refrigeration device 1 comprises two compressors 2, 3 forming two compression stages and an expansion turbine 7. That is, the compression mechanism includes two compressors 2, 3 in series, preferably of the centrifugal type, and the expansion mechanism comprises a single turbine 7, preferably centripetal.
  • the compression mechanism includes two compressors 2, 3 in series, preferably of the centrifugal type, and the expansion mechanism comprises a single turbine 7, preferably centripetal.
  • any other number and arrangement of compressor (s), turbine (s) and motor (s) can be considered, for example: three compressors driven respectively by three separate motors and a turbine for example coupled to one end of the drive shaft of one of these engines or three compressors and two turbines.
  • the device can comprise two compressors and two turbines or three compressors and three turbines ...
  • the drive shaft of each motor drives at one end at least one compressor while the other end of the shaft is devoid of impeller (compressor or turbine) or includes one or more impellers (turbine or compressor).
  • a cooling heat exchanger 4, 5 is provided at the outlet of each of the two compressors 2, 3 (for example cooling by heat exchange with water at ambient temperature or any other fluid or cooling agent. of a refrigerant circuit 26 (see [Fig. 3]).
  • a reheating exchanger may or may not be provided at the outlet of all or part of the expansion turbines 7 in order to achieve isentropic or isothermal expansion.
  • the heating and cooling of the working fluid are preferably isobaric without this being limiting.
  • the frame 100 extending in a longitudinal direction A and comprising a lower base 101 intended to be fixed on a support (for example the ground or a boat floor or the top of a tank 16 of liquid to be cooled, for example).
  • This base can be formed of rigid uprights defining a rectangle provided with longitudinal and transverse uprights.
  • at least some of the elements of the device can be fixed to this base 101, in particular a box housing the common heat exchanger 6 and the refrigeration exchanger 8.
  • the cooling heat exchangers 4, 5 are not located below the common heat exchanger 6 between the common heat exchanger 6 and the lower base 101 of the frame (100) but these exchangers 4, 5 cooling heaters are located in the frame 100 around the common heat exchanger 6.
  • the inventors have observed that this arrangement ensures a distribution of the masses improving the resistance of the device to forces, in particular when the device is mounted on a mobile device and in particular a boat. Indeed, this arrangement allows a better distribution of the masses as close as possible to the base 101.
  • the pipe or portion 17 of the working circuit connecting an outlet of the common heat exchanger 6 to the inlet of the turbine 7 is connected to the latter in the upper part of the device 1.
  • the casing or cold box (by vacuum insulated example) housing the common heat exchanger 6 and the refrigeration exchanger 8 can be fixed as closely as possible to the base 101.
  • the two cooling heat exchangers 4, 5 can each have an oblong shape extending in respective longitudinal directions which are parallel to the longitudinal axis A.
  • the two cooling heat exchangers 4, 5 can advantageously be arranged one above the other in a perpendicular direction.
  • the two cooling heat exchangers 4, 5 can in particular be placed side by side and fixed to one another. This optimizes the size of the device.
  • Each cooling heat exchanger 4, 5 may include a cooling fluid inlet 24, 25 and a cooling fluid outlet 34, 35.
  • the cooling fluid outlet 34 of one of the two cooling heat exchangers 4, 5 can be connected to the cooling fluid inlet 25 of the other cooling heat exchanger 5 so that the flow of cooling fluid passing through one 5 of the cooling heat exchangers has already circulated in the other cooling heat exchanger 4 (cf. [Fig. 3]).
  • This arrangement also makes it possible to simplify the network of coolant and working gas pipes intended for the heat exchangers 4, 5 or coming from the heat exchangers 4, 5.
  • this arrangement makes it easier to '' arrange the fluid circulation circuits (cooling and working) in a reduced space by allowing counter-current circulation between the working fluid and the cooling fluid, this by reducing the number and / or the length of the pipes carrying these fluids.
  • the refrigerant circuit 26 supplies cooling fluid firstly to the second cooling heat exchanger 5 and then to the first cooling heat exchanger 5 (the qualifiers "first" and "second” referring to the first and second compression stage in the direction of circulation of the working fluid).
  • the directions of circulation of the two fluids preferably transit against the current or in opposite directions in each exchanger.
  • the fluidic connection between the two cooling heat exchangers 4, 5 for passing the cooling fluid can be simplified and reduced.
  • This transfer of cooling fluid from one cooling exchanger 4, 5 to the other can in particular be carried out by a short and welded portion of tube, or even a simple tube or fitting between the two heat exchangers 4, 5.
  • the two cooling heat exchangers 4, 5 could even be integrated in the same casing or housing comprising two separate passages for the circulation of the working fluid, said two passages being in heat exchange respectively with two portions in series of the same circulation channel for the cooling fluid circuit.
  • the cooling heat exchangers 4, 5 can each have an oblong shape extending in a respective longitudinal direction.
  • Each cooling heat exchanger 4, 5 comprises an inlet working gas to be cooled and an outlet for cooled working gas respectively arranged at two longitudinal ends.
  • the cooling heat exchangers 4, 5 can be tube, tube and shell or plate and fin type exchangers (stainless steel, aluminum or other).
  • the two cooling heat exchangers 4, 5 are arranged within the device preferably inverted, that is to say that the respective longitudinal directions of the two cooling heat exchangers 4, 5 are parallel or substantially parallel and the directions of circulation of the working fluid in said cooling heat exchanger 4, 5 are opposed.
  • This arrangement combined with the arrangement of the circulation of the cooling fluid makes it possible to minimize the complexity of the fluid circuits while giving very good performance to the device.
  • All or part of the device, in particular its cold members, can be housed in a sealed thermally insulated casing 11 (in particular a vacuum chamber containing the common counter-current heat exchanger and the refrigeration exchanger 8).
  • the invention can be applied to a process for cooling and / or liquefying another fluid or mixture, in particular hydrogen.

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Abstract

Dispositif de réfrigération à basse température, le dispositif de réfrigération étant disposé dans un cadre (100) et comprenant un circuit de travail (10) formant une boucle et contenant un fluide de travail, le circuit (10) de travail formant un cycle comprenant en série: un mécanisme (2, 3) de compression, un mécanisme (4, 5, 6) de refroidissement, un mécanisme (7) de détente et un mécanisme (6, 8) de réchauffement, les mécanismes de refroidissement et de réchauffage du fluide de travail comprenant un échangeur (6) de chaleur commun dans lequel le fluide de travail transite à contre-courant dans deux portions de transit distinctes du circuit (10) de travail, le dispositif (1) comprenant un échangeur (8) de chaleur de réfrigération destiné à extraire de la chaleur à au moins un organe (125) par échange de chaleur avec le fluide de travail circulant dans le circuit (10) de travail, le mécanisme (2, 3) de compression comprenant deux compresseurs (2, 3) distincts, le mécanisme (4, 5, 6) de refroidissement du fluide de travail comprenant deux échangeurs (4, 5) de chaleur de refroidissement disposés respectivement à la sortie des deux compresseurs (2, 3) et assurant un échange de chaleur entre le fluide de travail et un fluide de refroidissement, le cadre (100) s'étendant selon une direction (A) longitudinale et comprenant une base (101) inférieure destinée à être fixée sur un support, les échangeurs (4, 5) de chaleur de refroidissement étant situés dans le cadre (100) autour de l'échangeur (6) de chaleur commun, c'est-à-dire que les échangeurs (4, 5) de chaleur de refroidissement ne sont pas situés en dessous de l'échangeur (6) de chaleur commun entre l'échangeur (6) de chaleur commun et la base (101) inférieure du cadre (100).

Description

Dispositif et installation de réfrigération
L'invention concerne un dispositif et une installation de réfrigération.
L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de réfrigération à basse température, c'est-à-dire à une température comprise entre moins 100 degrés centigrade et moins 273 degrés centigrade, le dispositif de réfrigération étant disposé dans un cadre et comprenant un circuit de travail formant une boucle et contenant un fluide de travail, le circuit de travail formant un cycle comprenant en série: un mécanisme de compression du fluide de travail, un mécanisme de refroidissement du fluide de travail, un mécanisme de détente du fluide de travail et un mécanisme de réchauffement du fluide de travail, les mécanismes de refroidissement et de réchauffage du fluide de travail comprenant un échangeur de chaleur commun dans lequel le fluide de travail transite à contre-courant dans deux portions de transit distinctes du circuit de travail selon qu'il est refroidi ou réchauffé, le dispositif comprenant un échangeur de chaleur de réfrigération destiné à extraire de la chaleur à au moins un organe par échange de chaleur avec le fluide de travail circulant dans le circuit de travail, le mécanisme de compression comprenant deux compresseurs distincts, le mécanisme de refroidissement du fluide de travail comprenant deux échangeurs de chaleur de refroidissement disposés respectivement à la sortie des deux compresseurs et assurant un échange de chaleur entre le fluide de travail et un fluide de refroidissement, le cadre s'étendant selon une direction longitudinale et comprenant une base inférieure destinée à être fixée sur un support,
Par dispositif de réfrigération à basse température on désigne un dispositif de réfrigération qui atteint une température comprise entre moins 100 degrés centigrade et moins 273 degrés centigrade, notamment entre moins 100 degrés centigrade et moins 253 degrés centigrade (20K).
L'invention concerne en particulier les réfrigérateurs et/ou liquéfacteurs cryogéniques, par exemple du type à cycle « Turbo Brayton » ou « refroidisseurs Turbo Brayton » dans lequel un gaz de travail, encore appelé gaz de cycle (hélium, azote, hydrogène ou autre gaz pur ou mélange), subit un cycle thermodynamique produisant du froid qui peut être transféré à un organe ou un gaz devant être refroidi.
Ces dispositifs sont utilisés dans une grande variété d'application et notamment pour refroidir du gaz naturel d'un réservoir (par exemple dans des bateaux). Le gaz naturel liquéfié est par exemple sous-refroidi pour éviter sa vaporisation ou la partie gazeuse est refroidie en vue de sa reliquéfaction.
Par exemple, un flux de gaz naturel peut être mis en circulation dans un échangeur de chaleur refroidi par le gaz de cycle du réfrigérateur/liquéfacteur .
Ces dispositifs peuvent comprendre plusieurs échangeurs de chaleurs interposés à la sortie des étages de compression. Ces dispositifs sont intégrés dans un bâtis ou cadre dont le volume est limité. L'intégration de ces divers échangeurs et des tuyauteries associées sont ainsi rendus difficiles. Le refroidissement du gaz de travail peut dans certains cas être problématique .
De plus, lorsque ces dispositifs sont montés sur des bateaux (méthanier par exemple) le dispositif est soumis aux efforts générés par le roulis et le tangage. Certains déséquilibres peuvent induire des contraintes mécaniques néfastes.
Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus selon la revendication 1 de préférence.
A cette fin, le dispositif selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci- dessus, est essentiellement caractérisé en ce que les échangeurs de chaleur de refroidissement sont situés dans le cadre autour de l'échangeur de chaleur commun, c'est-à-dire que préférentiellement les échangeurs de chaleur de refroidissement ne sont pas situés en dessous de l'échangeur de chaleur commun entre l'échangeur de chaleur commun et la base inférieure du cadre.
Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : les échangeurs de chaleur de refroidissement sont situés dans le cadre à côté de l'échangeur de chaleur commun selon une direction transversale à l'axe longitudinal, les échangeurs de chaleur de refroidissement sont situés de façon adjacente c'est-à-dire espacés l'un de l'autre d'une distance comprise entre 0 et 500mm notamment entre 100 et 300mm, les deux échangeurs de chaleur de refroidissement sont disposé l'un au-dessus de l'autre selon une direction perpendiculaire à la base, les échangeurs de chaleur de refroidissement ont chacun une forme oblongue s'étendant selon des directions longitudinales respectives, chaque échangeur de chaleur de refroidissement comprend une entrée de gaz de travail à refroidir et une sortie de gaz de travail refroidi disposées respectivement au niveau de deux extrémités longitudinales, chaque échangeur de chaleur de refroidissement comprenant une entrée de fluide de refroidissement et une sortie de fluide de refroidissement, les deux échangeurs de chaleur de refroidissement étant agencés de façon inversée, c'est-à-dire que les directions longitudinales respectives des deux échangeurs de chaleur de refroidissement sont parallèles ou sensiblement parallèles et les sens de circulation du fluide de travail dans lesdits échangeur de chaleur de refroidissement sont opposés, chaque échangeur de chaleur de refroidissement comprend une entrée de gaz de travail à refroidir et une sortie de gaz de travail refroidi disposées respectivement au niveau de deux extrémités longitudinales, chaque échangeur de chaleur de refroidissement comprenant une entrée de fluide de refroidissement et une sortie de fluide de refroidissement, les deux échangeurs de chaleur de refroidissement étant agencés de façon inversée, c'est-à-dire que les directions longitudinales respectives des deux échangeurs de chaleur de refroidissement sont parallèles ou sensiblement parallèles et les sens de circulation du fluide de travail dans lesdits échangeur de chaleur de refroidissement sont opposés, la sortie de fluide de refroidissement de l'un des échangeurs de chaleur de refroidissement est raccordée à l'entrée de fluide de refroidissement de l'autre échangeur de chaleur de refroidissement de sorte que du flux de fluide de refroidissement transitant dans l'un des échangeurs de chaleur de refroidissement a déjà circulé dans l'autre échangeur de chaleur de refroidissement, les deux compresseurs sont disposés en série dans le circuit de travail, le dispositif comprend au moins deux moteurs d'entraînement en rotation des compresseurs et comprenant chacun un arbre d'entraînement rotatif, les compresseurs étant entraînés en rotation par le ou les arbres rotatifs respectifs, le mécanisme de détente du fluide de travail comprenant au moins un turbine rotative solidaire en rotation d'un arbre d'un des moteurs d'entraînement d'au moins un compresseur, la puissance de réfrigération du dispositif de réfrigération étant variable et contrôlée par un contrôleur régulant la vitesse de rotation du ou des moteurs d'entraînement. le circuit de réfrigérant alimente en fluide de refroidissement d'abord le premier échangeur de chaleur de refroidissement en série selon le selon le sens de circulation du fluide de travail, puis le second échangeur de chaleur de refroidissement en série selon le selon le sens de circulation du fluide de travail étant alimenté en fluide de refroidissement ayant transité dans le premier échangeur de chaleur de refroidissement, le circuit de réfrigérant alimente en fluide de refroidissement d'abord le second échangeur de chaleur de refroidissement en série selon le selon le sens de circulation du fluide de travail, le premier échangeur de chaleur de refroidissement en série selon le selon le sens de circulation du fluide de travail étant alimenté en fluide de refroidissement ayant transité dans le second échangeur de chaleur de refroidissement.
L'invention concerne également une installation de réfrigération et/ou de liquéfaction d'un flux de fluide utilisateur, notamment du gaz naturel, comprenant un dispositif de réfrigération selon l'une quelconque des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous, l'installation comprenant au moins un réservoir de fluide utilisateur, une conduite de circulation dudit flux de fluide utilisateur dans l'échangeur de refroidissement.
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 :
[Fig. 1] représente une vue schématique et partielle de dessus illustrant la structure et le fonctionnement d'un exemple de dispositif et d'installation pouvant mettre en œuvre 1'invention,
[Fig. 2] représente une vue schématique et partielle de côté selon la flèche V de la figure 1 illustrant des détails de la structure et du fonctionnement du dispositif,
[Fig. 3] représente une vue schématique et partielle illustrant un détail de la structure et du fonctionnement du dispositif et de l'installation selon une variante possible de réalisation de l'agence de deux échangeurs de chaleur de refroidissement.
L'installation de refroidissement et/ou de liquéfaction comprend un dispositif 1 de réfrigération fournissant du froid (une puissance de refroidissement) au niveau d'un l'échangeur 8 de chaleur de réfrigération.
Le dispositif est logé dans un cadre 100, par exemple parallélépipédique. Le cadre 100 comprend une base 101 inférieure .
Contrairement à la représentation de la figure 2, l'extrémité supérieure du cadre ne comporte pas forcément de structure au- dessus du dispositif mais pourrait comporter uniquement des montants périphériques dont les extrémités verticales sont situées verticalement au-dessus de la base 101 au niveau ou sous le point le plus haut du dispositif. C'est-à-dire que le cadre 100 pourrait former une protection latérale tout autour du dispositif tout en étant dépourvu la partie supérieure à l'aplomb du dispositif.
L'installation comprend une conduite 125 de circulation d'un flux de fluide à refroidir mis en échange thermique avec cet échangeur 8 de refroidissement. Par exemple, le fluide est du gaz naturel liquide pompé dans un réservoir 16 (par exemple via une pompe), puis est refroidi (de préférence hors du réservoir 16) puis renvoyé dans le réservoir 16 (par exemple en pluie dans la phase gazeuse du réservoir 16). Ceci permet de refroidir ou sous-refroidir le contenu du réservoir 16 et de limiter les phénomènes de vaporisation. Par exemple, le liquide du réservoir 16 est sous refroidi en-dessous de sa température de saturation (baisse de sa température de plusieurs degrés K notamment 5 à 20K et notamment 14K) avant d'être réinjecté dans le réservoir 16. En variante cette réfrigération peut être apportée au gaz de vaporisation du réservoir en vue notamment de sa reliquéfaction. C'est-à-dire que le dispositif 1 de réfrigération produit une puissance froide au niveau de l'échangeur 8 de chaleur de réfrigération.
Le dispositif 1 de réfrigération comprend un circuit de travail 10 (de préférence fermé) formant une boucle de circulation. Ce circuit 10 de travail contient un fluide de travail (hélium, azote, néon, hydrogène ou autre gaz ou mélange approprié (par exemple hélium et argon ou hélium et azote ou hélium et néon ou hélium et azote et néon.).
Le circuit 10 de travail forme un cycle comprenant: un mécanisme 2, 3 de compression du fluide de travail, un mécanisme 4, 5, 6 de refroidissement du fluide de travail, un mécanisme 7 de détente du fluide de travail et un mécanisme 6 de réchauffement du fluide de travail.
Le dispositif 1 comprend un échangeur 8 de chaleur de réfrigération situé en aval du mécanisme 7 de détente et destiné à extraire de la chaleur à au moins un organe 125 par échange de chaleur avec le fluide de travail froid circulant dans le circuit 10 de travail.
Les mécanismes de refroidissement et de réchauffage du fluide de travail comprennent classiquement un échangeur 6 de chaleur commun dans lequel le fluide de travail transite à contre-courant dans deux portions de transit distinctes du circuit 10 de travail selon qu'il est refroidi ou réchauffé.
L'échangeur 6 de chaleur commun peut être fixé au cadre au niveau d'au moins un point fixe 106, par exemple au niveau d'un montant longitudinal central du cadre 100.
L'échangeur 8 de chaleur de refroidissement est situé par exemple entre le mécanisme 7 de détente et l'échangeur 6 de chaleur commun. Comme illustré, l'échangeur 8 de chaleur de refroidissement peut être un échangeur de chaleur intégré dans l'échangeur 6 de chaleur commun (c'est-à-dire que les deux échangeurs 6, 8 peuvent être monoblocs, c'est-à-dire peuvent avoir des circuits de fluides distincts qui partagent cependant une même structure d'échange). Cependant, en variante, cet échangeur 8 de chaleur de chaleur de réfrigération pourrait être constitué d'un échangeur de chaleur distinct et séparé de l'échangeur 6 de chaleur commun.
Ainsi, le fluide de travail qui sort relativement chaud du mécanisme 2, 3 de compression est refroidi dans l'échangeur 6 de chaleur commun avant d'entrer dans le mécanisme de détente 7. Le fluide de travail qui sort relativement froid du mécanisme 7 de détente et de l'échangeur de chaleur 8 de refroidissement est quant à lui réchauffé dans l'échangeur 6 de chaleur commun avant de retourner dans le mécanisme de compression 2 3 en vue de recommencer un nouveau cycle.
Le mécanisme 2, 3 de compression comprend au moins deux compresseurs et au moins un moteur 14, 15 d'entraînement des compresseurs 2, 3. De plus, de préférence la puissance de réfrigération du dispositif est variable et peut être contrôlée en régulant la vitesse de rotation du ou des moteurs 14, 15 d'entraînement (vitesse de cycle). De préférence la puissance froide produite par le dispositif 1 peut être adaptée de 0 à 100% d'une puissance nominale ou maximale en changeant la vitesse de rotation du ou des moteurs 14, 15 entre une vitesse de rotation nulle et une vitesse maximale ou nominale. Une telle architecture permet de maintenir un rendement élevé sur une large plage de fonctionnement (par exemple 97% de rendement nominal à 50% de la puissance froide nominale).
Dans l'exemple non limitatif représenté, le dispositif 1 de réfrigération comprend deux compresseurs 2, 3 en série. Ces deux compresseurs 2, 3 peuvent être entraînés respectivement par deux moteurs 14, 15 distincts. Une turbine 7 peut être accouplée à l'arbre d'entraînement d'un des deux moteurs 14 ou 15. Par exemple un premier moteur 14 entraîne par un arbre un compresseur 2 et cet arbre est accouplé à une turbine 7 à son autre extrémité (moto-turbocompresseur) tandis que l'autre moteur 15 entraîne uniquement un compresseur 3 (moto-compresseur).
Par exemple, le dispositif 1 comprend deux moteurs 14, 15 à haute vitesse (par exemple 10000 tours par minute ou plusieurs dizaines de milliers de tours par minute) d'entrainement respectifs des étages de compression 2, 3. La turbine 7 peut être accouplée au moteur 14 ou 15 de l'un des étages de compression 2, 3, c'est- à-dire que le dispositif peut posséder une turbine 7 constituant le mécanisme de détente qui est accouplée au moteur 15 d'entraînement d'un étage de compression (le premier ou le second) .
Comme illustré, chaque moteur 14, 15 peut être relié ou fixé rigidement à au cadre 100 via au moins un point fixe 104, 105, par exemple au niveau d'un montant longitudinal et/ou vertical du cadre 100.
Ainsi, la puissance de la ou des turbines 7 peut être avantageusement récupérée et utilisée pour réduire la consommation du ou des moteurs. Ainsi, en augmentant la vitesse des moteurs (et donc le débit dans le cycle du gaz de travail), on augmente la puissance de réfrigération produite et donc la consommation électrique du liquéfacteur (et inversement). Les compresseurs 2, 3 et turbine(s) 7 sont de préférence accouplés de façon directe à un arbre de sortie du moteur concerné (sans mécanisme de transmission de mouvement à engrenages).
Les arbres de sortie des moteurs sont de préférence montés sur des paliers de type magnétique ou de type dynamique à gaz. Les paliers sont utilisés pour sustenter les compresseurs et les turbines .
Dans l'exemple représenté, le dispositif 1 de réfrigération comprend deux compresseurs 2, 3 formant deux étages de compression et une turbine 7 de détente. C'est-à-dire que le mécanisme de compression comprend deux compresseurs 2, 3 en série, de préférence du type centrifuge et le mécanisme de détente comprend une unique turbine 7, de préférence centripète. Bien entendu, tout autre nombre et arrangement de compresseur (s), turbine(s) et moteur(s) peut être envisagé, par exemple : trois compresseurs entraînés respectivement par trois moteurs distinct et une turbine par exemple accouplée à une extrémité de l'arbre d'entraînement d'un de ces moteurs ou trois compresseurs et deux turbines. De même le dispositif peut comprendre deux compresseurs et deux turbines ou trois compresseurs et trois turbines...L'arbre d'entraînement de chaque moteur entraîne à une extrémité au moins un compresseur tandis que l'autre extrémité de l'arbre est dépourvue de roue (compresseur ou turbine) ou comprend une ou plusieurs roues (turbine ou compresseur).
Comme illustré, un échangeur 4, 5 de chaleur de refroidissement est prévu à la sortie de chacun des deux compresseurs 2, 3 (par exemple un refroidissement par échange de chaleur avec de l'eau à température ambiante ou tout autre fluide ou agent de refroidissement d'un circuit 26 de réfrigérant cf. [Fig. 3]).
Ceci permet de réaliser une compression isentropique ou isotherme ou sensiblement isotherme. De même, un échangeur de réchauffage peut être prévu ou non en sortie de tout ou partie des turbines 7 de détente pour réaliser une détente isentropique ou isotherme. De préférence également, les réchauffage et refroidissement du fluide de travail sont de préférence isobares sans que ceci soit limitatif.
Le cadre 100 s'étendant selon une direction A longitudinale et comprenant une base 101 inférieure destinée à être fixée sur un support (par exemple le sol ou un plancher de bateau ou le sommet d'un réservoir 16 de liquide à refroidir par exemple). Cette base peut être formée de montants rigides délimitant un rectangle muni de montants longitudinaux et transversaux. Comme illustré [Fig. 2] au moins une partie des éléments du dispositif peuvent être fixés sur cette base 101, notamment un caisson abritant l'échangeur 6 de chaleur commun et l'échangeur 8 de réfrigération.
Comme visible à titre d'exemple à la [Fig. 2], les échangeurs 4, 5 de chaleur de refroidissement ne sont pas situés en dessous de l'échangeur 6 de chaleur commun entre l'échangeur 6 de chaleur commun et la base 101 inférieure du cadre (100) mais ces échangeurs 4, 5 de chaleur de refroidissement sont situés dans le cadre 100 autour de l'échangeur 6 de chaleur commun. Les inventeurs ont constaté que cet agencement assure une répartition des masses améliorant la tenue du dispositif aux efforts notamment lorsque le dispositif est monté sur un engin mobile et notamment un bateau. En effet, cette agencement permet une meilleure répartition des masses au plus près de la base 101.
De plus, la conduite ou portion 17 du circuit de travail reliant une sortie de l'échangeur 6 de chaleur commun à l'entrée de la turbine 7 est raccordée à ce dernier en partie supérieure du dispositif 1. Le carter ou boîte froide (par exemple isolée sous vide) abritant échangeur 6 de chaleur commun et l'échangeur 8 de réfrigération peut être fixé au plus près sur la base 101.
Ceci améliore encore la répartition des masses du dispositif et des efforts d'accélération.
Comme illustré, les deux échangeurs 4, 5 de chaleur de refroidissement peuvent chacun avoir une forme oblongue s'étendant selon des directions longitudinales respectives qui sont parallèles à l'axe longitudinal A. Les deux échangeurs 4, 5 de chaleur de refroidissement peuvent avantageusement être disposés l'un au-dessus de l'autre selon une direction perpendiculaire. Les deux échangeurs 4, 5 de chaleur de refroidissement peuvent en particulier être accolés et fixés l'un à l'autre. Ceci optimise l'encombrement du dispositif. Chaque échangeur 4, 5 de chaleur de refroidissement peut comprendre une entrée 24, 25 de fluide de refroidissement et une sortie 34, 35 de fluide de refroidissement. Selon une particularité avantageuse, la sortie 34 de fluide de refroidissement de l'un des deux échangeur 4, 5 de chaleur de refroidissement peut être raccordée à l'entrée 25 de fluide de refroidissement de l'autre échangeur 5 de chaleur de refroidissement de sorte que du flux de fluide de refroidissement transitant dans l'un 5 des échangeurs de chaleur de refroidissement a déjà circulé dans l'autre échangeur de chaleur 4 de refroidissement (cf. [Fig. 3]).
Ceci permet aux deux échangeurs 4, 5 de chaleur de refroidissement de recevoir 100% d'un flux de fluide de refroidissement (au lieu de subdiviser ce flux en deux moitiés réparties respectivement dans les deux échangeurs 4, 5).
Cette augmentation relative du débit de fluide de refroidissement permet ainsi d'augmenter le coefficient d'échange thermique et donc améliore la qualité et la fiabilité du refroidissement. De plus, cette solution permet d'éviter des problèmes inhérents à la solution connue dans laquelle deux débits peuvent diverger au sein des deux échangeurs de chaleur (du fait notamment des pertes de charges qui peuvent varier d'un circuit ou échangeur à l'autre).
Cet arrangement permet en outre de simplifier le réseau de conduites de fluide de refroidissement et de gaz de travail à destination des échangeurs de chaleur 4, 5 ou provenant des échangeurs de chaleur 4, 5. En particulier, cet agencement permet avec plus de facilité d'agencer les circuits de circulation des fluides (refroidissement et de travail) dans un espace réduit en permettant des circulations à contre-courant entre le fluide de travail et le fluide de refroidissement, ceci en réduisant le nombre et/ou la longueur des conduites transportant ces fluides. Comme représenté à la [Fig. 3], par exemple le circuit 26 de réfrigérant alimente en fluide de refroidissement d'abord le second échangeur 5 de chaleur de refroidissement puis ensuite le premier échangeur 5 de chaleur de refroidissement (les qualificatif « premier » et « second » faisant référence au premier et second étage de compression dans le sens de circulation du fluide de travail).
Bien entendu, l'agencement contraire peut être envisagée (circulation du fluide de refroidissement d'abord dans le premier 4 échangeur de chaleur puis ensuite dans le second 5 échangeur de chaleur).
Comme illustré, dans les deux cas, les sens de circulation des deux fluides (fluide de travail à refroidir et fluide de refroidissement relativement plus froid) transitent de préférence à contre-courant ou sens opposés dans chaque échangeur.
Comme illustré à la [Fig. 3], la liaison fluidique entre les deux échangeurs 4, 5 de chaleur de refroidissement pour faire transiter le fluide de refroidissement peut être simplifiée et réduite. Ce transfert de fluide de refroidissement d'un échangeur 4, 5 de refroidissement à l'autre peut notamment être réalisée par une portion de tube courte et soudée, voir un simple tube ou raccord entre les deux échangeurs 4, 5 de chaleur.
Le cas échéant, les deux échangeurs 4, 5 de chaleur de refroidissement pourraient même être intégrés dans un même carter ou boîtier comprenant deux passages distincts de circulation du fluide de travail, lesdits deux passages étant en échange thermiques respectivement avec deux portions en série d'un même canal de circulation du circuit de fluide de refroidissement. Par exemple, les échangeurs 4, 5 de chaleur de refroidissement peuvent avoir chacun une forme oblongue s'étendant selon une direction longitudinale respective. Chaque échangeur 4, 5 de chaleur de refroidissement comprend une entrée de gaz de travail à refroidir et une sortie de gaz de travail refroidi disposées respectivement au niveau de deux extrémités longitudinales .
Les échangeurs 4, 5 de chaleur de refroidissement peuvent être des échangeurs du type à tube, tube et calandre ou à plaque et ailettes (en inox, alu ou autre).
De plus, les deux échangeurs 4, 5 de chaleur de refroidissement sont agencés au sein du dispositif de préférence de façon inversée, c'est-à-dire que les directions longitudinales respectives des deux échangeur 4, 5 de chaleur de refroidissement sont parallèles ou sensiblement parallèles et les sens de circulation du fluide de travail dans lesdits échangeur 4, 5 de chaleur de refroidissement sont opposés. Cette agencement combiné à l'agencement de la circulation du fluide de refroidissement permet de minimiser la complexité des circuits fluidiques tout en conférant de très bonnes performances au dispositif.
Tout ou partie du dispositif, notamment ses organes froids peuvent être logés dans un carter 11 étanche isolé thermiquement (notamment une enceinte sous vide contenant l'échangeur de chaleur commun à contre-courant et l'échangeur 8 de réfrigération) .
L'invention peut s'appliquer à un procédé de refroidissement et/ou de liquéfaction d'un autre fluide ou mélange, notamment de l'hydrogène.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de réfrigération à basse température, c'est-à- dire à une température comprise entre moins 100 degrés centigrade et moins 273 degrés centigrade, le dispositif de réfrigération étant disposé dans un cadre (100) et comprenant un circuit de travail (10) formant une boucle et contenant un fluide de travail, le circuit (10) de travail formant un cycle comprenant en série: un mécanisme (2, 3) de compression du fluide de travail, un mécanisme (4, 5, 6) de refroidissement du fluide de travail, un mécanisme (7) de détente du fluide de travail et un mécanisme (6, 8) de réchauffement du fluide de travail, les mécanismes de refroidissement et de réchauffage du fluide de travail comprenant un échangeur (6) de chaleur commun dans lequel le fluide de travail transite à contre-courant dans deux portions de transit distinctes du circuit (10) de travail selon qu'il est refroidi ou réchauffé, le dispositif (1) comprenant un échangeur (8) de chaleur de réfrigération destiné à extraire de la chaleur à au moins un organe (125) par échange de chaleur avec le fluide de travail circulant dans le circuit (10) de travail, le mécanisme (2, 3) de compression comprenant deux compresseurs (2, 3) distincts, le mécanisme (4, 5, 6) de refroidissement du fluide de travail comprenant deux échangeurs (4, 5) de chaleur de refroidissement disposés respectivement à la sortie des deux compresseurs (2, 3) et assurant un échange de chaleur entre le fluide de travail et un fluide de refroidissement, le cadre (100) s'étendant selon une direction (A) longitudinale et comprenant une base (101) inférieure destinée à être fixée sur un support, les échangeurs (4, 5) de chaleur de refroidissement étant situés dans le cadre (100), les échangeurs (4, 5) de chaleur de refroidissement ayant chacun une forme oblongue s'étendant selon des directions longitudinales respectives, caractérisé en ce que chaque échangeur (4, 5) de chaleur de refroidissement comprend une entrée de gaz de travail à refroidir et une sortie de gaz de travail refroidi disposées respectivement au niveau de deux extrémités longitudinales, chaque échangeur (4, 5) de chaleur de refroidissement comprenant une entrée (24, 25) de fluide de refroidissement et une sortie (34, 35) de fluide de refroidissement, les deux échangeurs (4, 5) de chaleur de refroidissement étant agencés de façon inversée, c'est-à-dire que les directions longitudinales respectives des deux échangeurs (4, 5) de chaleur de refroidissement sont parallèles ou sensiblement parallèles et les sens de circulation du fluide de travail dans lesdits échangeur (4, 5) de chaleur de refroidissement sont opposés.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les échangeurs (4, 5) de chaleur de refroidissement sont situés dans le cadre (100) à côté de l'échangeur (6) de chaleur commun selon une direction transversale à l'axe (A) longitudinal.
3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les échangeurs (4, 5) de chaleur de refroidissement sont situés de façon adjacente c'est-à-dire espacés l'un de l'autre d'une distance comprise entre 0 et 500mm notamment entre 100 et 300mm.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les deux échangeurs (4, 5) de chaleur de refroidissement sont disposé l'un au-dessus de l'autre selon une direction perpendiculaire à la base (101).
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les échangeurs (4, 5) de chaleur de refroidissement de forme oblongue s'étendant selon des directions longitudinales parallèles à l'axe longitudinal (A).
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la sortie (34, 35) de fluide de refroidissement de l'un des échangeurs (4, 5) de chaleur de refroidissement est raccordée à l'entrée (25, 24) de fluide de refroidissement de l'autre échangeur (5) de chaleur de refroidissement de sorte que du flux de fluide de refroidissement transitant dans l'un (5, 4) des échangeurs de chaleur de refroidissement a déjà circulé dans l'autre échangeur de chaleur (4, 5) de refroidissement.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les deux compresseurs (2, 3) sont disposés en série dans le circuit de travail.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que qu'il comprend au moins deux moteurs (14, 15) d'entraînement en rotation des compresseurs (2, 3) et comprenant chacun un arbre d'entraînement rotatif, les compresseurs (2, 3) étant entraînés en rotation par le ou les arbres rotatifs respectifs, le mécanisme de détente du fluide de travail comprenant au moins un turbine (7) rotative solidaire en rotation d'un arbre d'un des moteurs (14, 15) d'entraînement d'au moins un compresseur (2) et en ce que la puissance de réfrigération du dispositif (1) de réfrigération est variable et contrôlée par un contrôleur régulant la vitesse de rotation du ou des moteurs (14, 15) d'entraînement.
9. Installation de réfrigération et/ou de liquéfaction d'un flux de fluide utilisateur, notamment du gaz naturel, comprenant un dispositif (1) de réfrigération selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, l'installation comprenant au moins un réservoir (16) de fluide utilisateur, une conduite (125) de circulation dudit flux de fluide utilisateur dans l'échangeur (8) de refroidissement.
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