Brevet FR2611031A1 — publié le 19880819

REFRIGERATEUR, NOTAMMENT A CYCLE DE VUILLEUMIER, COMPORTANT DES PISTONS SUSPENDUS PAR DES PALIERS A GAZ DESCRIPTION La présente invention concerne un réfrigérateur cryogénique de petite puissance, et particulièrement un réfrigérateur fonctionnant selon le cycle de Vuilleumier. Plus précisément, l'invention concerne un réfrigérateur capable de fonctionner pendant une durée très longue sans possibilité d'intervention ou d'entretien afin de pouvoir être embarqué, par exemple à bord d'un satellite. La réfrigération cryogénique de petite puissance, c'est-à-dire pour des puissances comprises entre un dixième de watt et quelques watts, à des niveaux de températures compris entre 100K et 4K est obtenue, de façon connue, par des machines fonctionnant selon des cycles de Stirling, de Mac Mahon, de Vuilleumier ou leurs dérivés. De manière générale, des réfrigérateurs de ce type comportent un ou plusieurs cylindres à l'intérieur de chacun desquels se déplace un piston animé d'un mouvement de translation alternatif afin de comprimer ou de détendre un gaz, ou simplement de transvaser ce gaz d'une chambre dans une autre. Ces pistons sont dits "compresseurs" lorsqu'une force doit être appliquée au piston pour vaincre les forces dues aux pressions différentes régnant sur ses deux faces. On utilise des pistons de type compresseur pour réaliser une compression (ou une détente) mécanique du gaz dans les cycles de Stirling, Gifford Mac Mahon, Joule Thomson ou leurs dérivés. Pratiquement, les forces appliquées aux pistons soit par le gaz soit par la force mécanique du moteur d'entraînement ne sont jamais rigoureusement axiales et opposées, ce qui entraîne des réactions radiales importantes sur les paliers de guidage qui doivent donc être conçus pour supporter des forces importantes et qui doivent donc présenter une grande raideur. Au contraire, Les pistons sont dits "déplaceurs" lorsqu'ils servent uniquement à effectuer des transformations à volume constant en faisant passer une quantité de gaz d'une chambre à une certaine température dans une autre chambre à une température différente. Une telle opération se traduit par un changement de pression du gaz (compression ou détente suivant le sens) mais avec La particularité de conserver à chaque instant la même pression sur les deux faces du piston. Une telle compression ne consomme pas d'énergie mécanique, à l'exception des pertes par frottement ou des pertes de charge à l'écoulement. Elle consomme seulement de l'énergie thermique pour le maintien des chambres à des températures différentes. Dans ce genre de transformation (compression ou détente) que l'on peut appeler thermodynamique, le piston déplaceur n'est soumis à d'autres forces que son poids ou son inertie ou que les frottements et écarts de pression qui peuvent être rendus très faibles. Par suite, la charge sur les paliers peut être considérablement réduite. Le cycle de Vuilleumier présente la particularité de pouvoir être mis en oeuvre par l'utilisation exclusive de pistons déplaceurs. C'est un cycle à trois sources de température bien connu de l'homme du métier et qui a été décrit par exemple dans le document F.F. Chellis et W.H. Hogan, "A liquid nitrogen operated refrigerator for temperatures below 77 K", in "Advances in Cryogenic Engineering", vol.9, 1963, pp 545-551. Le réfrigérateur de l'invention utilise donc le cycle de Vuilleumier qui permet de réaliser des machines dans lesquelles les paliers de guidage des pistons, qui constituent un des éléments critiques conditionnant la durée de vie du réfrigérateur, subissent seulement des forces très faibles et, par suite, provoquent une usure et un dégagement de chaleur réduits. Cette caractéristique constitue un avantage considérable par rapport aux machines fonctionnant suivant d'autres cycles et utilisant des pistons compresseurs. En effet, dans le cas de ces dernières, les paliers de pistons sont fortement charges. Leur 2 2611031 usure est importante et le dégagement de chaleur élevé. En conséquence, il est très difficile de réaLiser des machines présentant une durée de vie élevée. Quand il s'agit d'atteindre des durées de fonctionnement de plusieurs années, pour des applications spatiales par exemple, l'utilisation de paliers sans aucun contact, donc sans usure, devient nécessaire. On connaît des machines fonctionnant suivant un cycle de Vuilleumier et utilisant des paliers à contact solide-solide. Toutefois, des patiers de ce type ne sont pas acceptables pour un fonctionnement de plusieurs années sans entretien. On connaÂt également des machines fonctionnant suivant un cycle de Stirling et comportant des pistons à suspension magnétique active (L. Knox, P. Patt, R. Maresca, "Design of a flight qualified long Life cryocooler", in "Proceedings of the third Cryocooler Conference", NBS special publication n 698, Mai 1985, pp 99-118). La technologie du palier magnétique actif consiste à asservir la position d'un piston au moyen d'électroaimants disposes sur sa périphérie et qui sont plus ou moins excités en fonction du jeu existant entre le piston et le cylindre, ce jeu étant mesuré en différents points. La mesure des jeux et l'asservissement de la position du piston nécessite des cicuits électroniques très complexes dans la mesure o les moyens de déplacement Linéaire peuvent introduire des perturbations magnétiques très nuisibles. De plus, un dégagement de chaleur par effet Joule se produit dans les électroaimants. Cet apport de chaleur est un inconvénient très important étant donné qu'il interdit l'utilisation de ces paliers dans les parties du réfrigérateur dans lesquelles on souhaite maintenir une température cryogénique, (c'est-à-dire une température très basse, de l'ordre de quelques K à une centaine de K). On connaît également (S. T. Werret, G.D. Peskett, G. Davey, T.W. Bradshaw, J. Delderfield, "Development of a small Stirling cycle cooler for spaceflight applications", in "Advances in Cryogenic Engineering", vol.31, 1986, pp 791-809) des 4 2611031 réfrigérateurs dans lesquels les pistons sont suspendus par un jeu de membranes facilement déformables dans le sens du mouvement axial, mais assez raides radialement pour éviter le contact entre les pièces mobiles. Toutefois, la déformation alternée des membranes introduit inéluctablement un risque de dégradation difficilement contrôlable. Par ailleurs, l'utilisation d'une membrane implique des contraintes d'ordre géométrique qui en limitent l'utilisation. Une faible déformation des membranes n'est possible qu'avec de faibles courses. Par ailleurs, un faible jeu entre le piston et le cylindre ne peut Itre obtenu qu'avec des membranes de faible diamètre. La présente invention a précisément pour objet un réfrigérateur, en particulier un réfrigérateur fonctionnant suivant le cycle de Vuilleumier, qui remédie à ces inconvénients. Ce réfrigérateur doit #tre capable de fonctionner durant plusieurs années sans entretien des paliers supportant les pistons. En conséquence, les paliers doivent être soumis à une charge très faible. Ils ne doivent pas être sujets à l'usure ni dégager de chaleur. A cet effet, la présente invention concerne un réfrigérateur fonctionnant suivant un cycle de Vuilleumier, caractérisé en ce qu'il utilise au moins un palier à gaz pour la suspension d'au moins un piston. Grâce à de telles caractéristiques, le réfrigérateur de l'invention convient pour des applications spatiales lorsque le réfrigérateur n'est pas soumis à l'action de la pesanteur. De préférence, le réfrigérateur comprend: - un premier cylindre ayant une extrémité chaude et une extrémité à température intermédiaire, un piston déplaceur coulissant dans ledit premier cylindre entre une première et une seconde positions pour comprimer et détendre une quantité de gaz contenue dans ledit premier cylindre, un conduit sur lequel un régénérateur thermique reliant l'extrémité à haute température et l'extrémité à température intermédiaire du premier cylindre est intercalé; - un second cylindre ayant une extrémité à température intermédiaire et une extrémité froide, un second piston déplaceur coulissant dans ledit second cylindre entre une première et une seconde positions pour comprimer et détendre une quantité de gaz contenue dans ledit second cylindre; - une canalisation reliant l'extrémité à température intermédiaire du premier cylindre et l'extrémité à température intermédiaire du second cylindre, et - des moyens pour déplacer ledit premier cylindre et ledit second cylindre en relation de phase. Il est caractérisé en ce qu'il comporte: - un palier à gaz à l'extrémité chaude du premier piston et un palier à gaz à L'extrémité à température intermédiaire du premier piston, - un palier à gaz à l'extrémité à température intermédiaire dudit second piston et un palier à gaz à l'extrémité froide du second piston. Selon une variante préférée, le. réfrigérateur de l'invention comporte deux pistons fonctionnant en opposition de phase de manière à rendre les vibrations aussi faibles que possible. Lorsque Le réfrigérateur fonctionne sur la Terre et qu'il est par conséquent soumis à l'action de la gravité terrestre, ou encore lorsqu'il est embarqué à bord d'un satellite spinné (tournant autour de son axe longitudinal), il est nécessaire de prévoir des moyens complémentaires de sustentation des pistons. A cet effet, le réfrigérateur comporte: - au moins une série d'aimants disposée le Long de la génératrice supérieure du premier cylindre, cette série d'aimants présentant une longueur supérieure à La distance entre ladite première et ladite seconde positions du premier piston, un aimant permanent étant monté sur le premier cylindre en regard de chacune desdites séries d'aimants; et - au moins une série d'aimants disposée le long de la génératrice supérieure du second cylindre, cette série d'aimants présentant une longueur supérieure à la distance entre ladite première et ladite seconde positions dudit second piston du second cylindre, un aimant étant monté sur le second cylindre en regard de chacune desdites série d'aimants dudit second cylindre. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit d'un exemple de réalisation donné à titre illustratif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, sur lesquelles: - La figure I est une vue longitudinale en coupe schématique illustrant le principe de suspension d'un piston déplaceur conforme à la présente invention; - la figure 2 est une vue en section transversale selon la ligne II-II de la figure 1; - la figure 3 est une vue schématique représentant un premier exemple de réalisation d'un palier à gaz conforme à l'invention; - la figure 4 est une vue en section transversale représentant un palier à gaz tournant conforme à un second mode de réalisation de l'invention; - les figures 5a et 5b sont des vues en section transversale représentant deux variantes de réalisation d'un palier à gaz tournant représenté sur la figure 4; - la figure 6 illustre un premier moyen permettant d'obtenir une rotation d'un piston dans le cas d'un palier à gaz du type décrit en référence à la figure 4 ou à la figure 5; - la figure 7 illustre un deuxième moyen d'entraîner ce piston en rotation; - les figures 8a et 8b illustrent un troisième mode de réalisation permettant d'entraîner un piston déplaceur en rotation; et - la figure 9 représente une réalisation complète d'un rréfrigérateur cryogénique conforme à l'invention. 7 2611031 On a représenté sur la figure I une vue schématique longitudinalle en coupe d'un cylindre 2 faisant partie d'un réfrigérateur cryogénique fonctionnant suivant un cycle de Vuilleumier. Un piston déplaceur 4 est animé d'un mouvement alternatif de translation à l'intérieur du cylindre 2 de manière à transvaser une quantité de gaz de cycle d'une première chambre étanche 6 à une seconde chambre étanche 8 par l'in+ermédiaire d'une canalisation 9. De manière générale, un réfri érateur à cycle de Vuilleumier comporte au moins deux ensembles piston- cylindre, le premier de ces ensembles constituant un compresseur thermique et le second un doigt froid. Toutefois, la représentation complète du réfrigérateur n'est pas nécessaire pour l'explication du principe de l'invention. Le piston déplaceur présente une masse M correspondant à un poids P sous L'effet d'une accélération donnée, par exemple l'accélération de la pesanteur terrestre. Une ligne d'aimants L1 et une ligne d'aimants L2 sont disposées selon une génératrice supérieure du cylindre 2. Les longueurs de ces lignes sont égales ou non, mais sont, dans tous les cas, supérieures à la course alternative C du piston. Dans l'exemple représenté, les lignes L1 et L2 se composent de cinq aimants disposés côte à côte. Les aimants 14 sont montés sur le piston déplaceur 4 respectivement en regard de la ligne d'aimants L1 et de la ligne d'aimants L2. Le poids P du piston déplaceur est équilibré par l'ensemble des aimants permanents agissant par attraction et produisant des forces F1 et F2 indépendantes de la position axiale du piston étant donné que les lignes d'aimants L1 et L2 présentent une longueur supérieure à la course C. Les forces d'attraction des aimants sont choisies de telle manière que la somme des forces F1 et F2 soit légèrement inférieure au poids P du piston 4 pour éviter le collage des aimants. La force résultante à supporter est égale à P-(F1+F2). Cette force résultante peut aisément être réduite à une fraction faible de P, par exemple quelques %. Les forces P, F1 et F2 sont disposées dans un même plan, ce qui n'introduit aucune réaction Latérale. Dans le cas particulier des applications spatiales, l'absence de pesanteur rend inutile la compensation du poids' au moyen des aimants. Il existe cependant des satellites dits "spinnés" animés d'un mouvement de rotation autour de leur axe. Dans ce cas, l'équilibrage de la force centrifuge reste nécessaire. Selon une autre caractéristique de l'invention, on réalise un palier à gaz grâce à un mouvement relatif du piston déplaceur 2 par rapport au cylindre 4 de manière à obtenir un effet de centrage qui vient s'ajouter à la suspension par les aimants permanents pour obtenir un guidage sans frottement du piston. Bien entendu, dans le cas o le réfrigérateur n'est pas soumis à l'action de la pesanteur, les paliers à gaz suffisent à eux seuls pour assurer le guidage sans frottement du piston, sans qu'il soit nécessaire de prévoir une suspension magnétique passive par aimants permanents. On a représenté sur la figure 3 un premier mode de réalisation d'un palier à gaz conforme à l'invention. Le piston 4 comporte une première extrémité 4a située par exemple du côté de la chambre chaude du cylindre 2 et une extrémité 4b située par exemple du côté de l'extrémité de la chambre froide du cylindre 2. Un palier à gaz est prévu à chacune des extrémités 4a, 4b. Ces paliers sont constitués de deux surfaces coniques 20 et 22 respectivement, opposées par leur sommet et séparées par une surface cylindrique de section constante 24. Un léger jeu (quelques microns) est prévu entre la surface extérieure 24 du piston 4 et la paroi périphérique interne du cylindre 2. Lorsque le piston 4 est animé d'un mouvement de translation alternatif, Le gaz contenu respectivement dans les chambres 6 et 8 forme un coin entre la paroi interne du cylindre 2 et chacune des parois coniques 20 et 22, selon le sens du mouvement. Les forces hydrodynamiques ainsi engendrées créent un effort sur le piston qui le centre par rapport à l'axe XX du cylindre 2. Etant donné que l'essentiel du poids P du piston est supporté par les lignes d'aimants L1 et L2, comme on l'a expliqué en référence aux figures 1 et 2, la réalisation de ce palier à gaz n'impose pas que les vitesses de translation soient élevées. En conséquence, L'obtention de ces faibles vitesses ne pose pas de problème technologique délicat. Dans le cas o le réfrigérateur n'est pas soumis à l'action de la pesanteur, il n'est pas nécessaire de prévoir les Lignes d'aimants permanents LI et L2. Le iston 4 est alors supporté uniquement par Les paliers à gaz situés à chacune de ses extrémités. On a représenté sur Les figures 4 et 5 un deuxième mode de réalisation de paliers à gaz conformes à l'invention. Ce deuxième mode est caractérisé par le fait que le palier à gaz est obtenu par une rotation sur lui-même du piston 4 au lieu d'une translation alternative dans le cas du mode de réalisation -de la figure 3. Dans la variante représentée sur la figure 4, le mouvement relatif de rotation du piston 4 par rapport au cylindre 2 entraîne le gaz de cycle par viscosité, ce qui a pour effet de former un coin qui produit une force de recentrage F du piston 4 par rapport au cylindre 2. De préférence, on prévoit un palier de ce type à chacune des extrémités du piston 4. On a représenté sur les figures 5a et 5b deux variantes de réalisation d'un palier à gaz rotatif conforme à l'invention. Le principe de ce palier est identique à celui de la figure 4, mais le piston 4 comporte (figure 5a) une série de rampes 32, cinq dans l'exemple choisi, dont le profil, convexe, est incliné par rapport à la surfacee interne 34 du cylindre 2 de manière à déterminer avec ce cylindre un jeu qui va en diminuant du début vers la fin de la rampe 32. L'effet de sustentation par coin de gaz entraîné par viscosité, décrit en référence à la figure 4, est ainsi obtenu plusieurs fois par tour, cinq fois dans L'exemple représenté. On peut également utiliser (figure 5b) un piston circulaire dans une chambre comportant des rampes 32' multiples. De manière identique au premier mode de réalisation, 2 611031 les paliers à gaz des figures 4, 5a et 5b peuvent etre utilisés seuls, c'est-à-dire en l'absence de suspension magnétique passive par aimants permanents, lorsque le réfrigérateur n'est pas soumis à l'action de la pesanteur au cours de son fonctionnement. La nature des matériaux permettant de réaliser le palier à gaz, c'est-àdire le matériau du piston 4 et celui du cylindre 2, est indifférente mais en cas de contact fortuit, ou lors des périodes de démarrage, des matériaux présentant de bonnes propriétés de frottement avec un faible coefficient de frottement et une faible usure sont préférables. On peut utiliser des métaux ou des alliages métalliques ainsi que des matières plastiques. On utilisera toutefois de préférence des matériaux céramiques tels que L'alumine et le zircone, qui permettent de meilleures performances, notamment pour le fonctionnement à des températures élevées. On a représenté sur la figure 6 un premier exemple d'un moyen permettant d'entraîner en rotation le piston 4 afin de réaliser un palier à gaz tournant tel que ceux des figures 4 et 5. Dans l'exemple de la figure 6, on a disposé autour du cylindre 2 trois bobines 40, à 120 l'une de l'autre, chacune de ces bobines étant alimentée par une phase d'un courant électrique triphasé. De manière connue dans le domaine de l'électrotechnique, la circulation du courant produit un champ magnétique tournant, symbolisé par laflèche 42, dont la période de rotation est égale à celle du courant. Un aimant permanent 44 est prévu sur le piston 4. Cet aimant est entraîné par le champ tournant, de manière synchrone. On réalise ainsi un moteur synchrone qui permet d'entraîner le piston 4 en rotation à la vitesse voulue. On pourrait également réaliser un moteur asynchrone en substituant à l'aimant permanent 44 des matériaux ferromagnétiques. On a représenté sur la figure 7 un autre moyen permettant d'entraîner en rotation le piston 4. Deux bobines 50 et 52, espacées d'un pas P1 sont prévues à la périphérie du cylindre 2. Une pluralité d'aimants 54 espacés d'un pas P2 l I inférieur au pas P1 sont régulièrement répartis à la périphérie du piston 4. De manière connue, on alimente alternativement la bobine 50 et la bobine 52. Sous l'effet des forces électromagnétiques qui apparaissent, l'un des aimants 54 vient se placer en regard de la bobine qui est alimentée. Lorsque l'on coupe l'alimentation de cette bobine pour alimenter l'autre bobine, un aimant 54 voisin vient se placer en regard de cette deuxième bobine. On entraîne ainsi le r ston en rotation par une série d'impulsions successives produisant des déplacements par incréments. Bien entendu, il existe un grand nombre de variante de tels moteurs pas à pas, qui sont par ailleurs connus dans l'état de La technique et l'exemple de la figure 7 est donné seulement à titre illustratif. Il va de soi que d'autres moyens que ceux décrits en référence aux figures 6 et 7 pourraient être utilisés pour entraîner le piston en rotation. On a représenté sur les figures 8a et 8b un troisième moyen permettant d'entraîner en rotation le piston 4. A l'une ou à chacune de ses extrémités, le piston 4 comporte une chambre 60 déterminée par une gorge circulaire. La largeur de cette gorge est au moins égale à la course alternative C du piston. Une gorge hélicoldale 62 débouche à l'une de ses extrémités dans la chambre et à son autre extrémité dans la chambre 6 et/ou dans la chambre 8. Un clapet anti-retour, constitué par exemple d'une plaque 64 qui bouche l'extrémité de la gorge hélicodale 62 débouchant dans la chambre 6, et dans la chambre 8, cette plaque 64 étant supportée par une lame flexible 66, interdit au gaz de cycle de passer directement de la chambre 6 et de la chambre 8 dans la gorge hélico;dale 62. Ce gaz doit donc passer par un conduit de dérivation 68. Lorsque le piston 4 se déplace de la gauche vers la droite, selon le sens de la flèche 72, sur la figure 8a, le gaz présent dans la chambre 6 est transféré par l'intermédiaire du conduit de dérivation 68 dans la gorge circulaire 60 comme schématisé par la flèche 70. Au contraire, lorsque le piston 4 se déplace de droite à gauche, comme représenté sur la figure 8b (flèche 74), le clapet 64, 66 est ouvert et l'action du gaz sur les parois de la gorge hélico;dale 62 entraîne le piston 4 en rotation dans le sens représenté par le fLèche 78. Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux parce qu'il ne requiert aucun dispositif électrique ou mécanique pour entraîner le piston en rotation. D'autre part, ce moyen suffit pour obtenir la faible vitesse de rotation du piston, environ 5 tours par seconde, nécessaire pour sustenter le piston. On a représenté sur la figure 9 un exemple de réalisation complet d'un réfrigérateur conforme à l'invention fonctionnant suivant un cycle de Vuilleumier. le réfrigérateur se compose de deux ensembles, à savoir un compresseur thermique désigné par la référence 100 et un détendeur, aussi appelé doigt froid dans la suite du texte et désigné par la référence 200. Le compresseur thermique 100 comporte un piston 104 coulissant à l'intérieur d'un cylindre 102, de diamètre 55 mm et de longueur 300 mm, renfermant de l'héLium gazeux dont la pression peut évoluer entre 5 et 10 bars environ. Le piston 104 détermine une chambre chaude 106 et une chambre froide 108 à chacune des extrémités opposées du piston 104. Un palier 104a est prévu à l'extrémité chaude du piston, tandis qu'un palier froid 104b est prévu à l'extrémité froide de ce piston. Dans l'exemple de réalisation décrit, les paliers 104a et 104b sont des paliers à gaz de type tournant tels que par exemple ceux des figures 4 et de la demande. Ils sont constitués de deux bagues d'alumine présentant un jeu radial de 20 microns. En outre, deux lignes de suspension L1 et L2 constituées d'une série d'aimants permanents disposes le long d'une génératrice supérieure du cylindre 102, coopérant avec des aimants permanents 114, 114 permettent d'équilibrer le poids P du piston 104. On a utilisé dans cet exemple deux lignes L1 et L2, mais on pourrait également utiliser une seule ligne, à condition que celle-ci soit disposée symétriquement par rapport au centre de gravité du piston et soit au moins aussi Longue que La course C du piston. Comme on l'a décrit précédemment, il est nécessaire de prévoir des moyens pour entraPner en rotation le piston 104 par rapport au cylindre 102 de manière à constituer au moins un coin de fluide de cycle permettant de réaliser une sustentation du piston 104 complémentaire de l'équilibrage du poids. Dans l'exemple de la figure 9, le piston 104 est entraîné en rotation à une vitesse de 5 tours par seconde par un moteur pas à pas tel que par exemple celui de la figure 7, constitué de deux bobines, dont une seule, la bobine 150, a été représentée sur la figure 9 et d'une pluralité d'aimants 154 répartis selon une circonférence du piston 104. On a également prévu des moyens permettant d'obtenir une translation alternative de 20 mm du piston 104. Ces moyens sont constitués dans l'exemple choisi par un moteur linéaire de type pas à pas constitué d'une part d'une série d'aimants permanents 156 répartis selon une circonférence du piston 104 et d'autre part de bobines 158 disposées en regard des aimants 156. Le principe de fonctionnement du moteur linéaire pas à pas est identique à celui du moteur tournant et ne sera par conséquent pas décrit en détail. L'alimentation en courant électrique des bobines du moteur linéaire est commandée par un dispositif d'asservissement 157 qui reçoit des indications d'un détecteur de position 159 qui permet de détecter la position du piston 104 relativement au cylindre 102. Par ailleurs, le compresseur thermique 100 comporte plusieurs couches d'isolant 170 entourant son extrémité chaude et une résistance électrique de chauffage 172 permettant de maintenir cette extrémité chaude à une température de l'ordre de 1000K. D'autres moyens tels qu'un chauffage solaire ou nucléaire pourraient convenir. Inversement, la chambre froide 108 est refroidie par un circuit de refroidissement 174 qui permet de maintenir sa température à 300 K environ. Les chambres 106 et 108 sont reliées par L'intermédiaire d'une canalisation 176 sur laquelle un régénérateur thermique 178 connu en lui-mime, est intercalé. La partie chaude du cylindre est enfermée dans une chambre 180 constituant une enceinte à vide dans laquelle règne un vide poussé de manière à éviter les déperditions de chaleur vers l'extérieur. Le réfrigérateur représenté sur la figure 9 comprend d'autre part un doigt froid désigné par la référence générale 200. La constitution du doigt froid 200 est identique pour l'essentiel à celle du compresseur thermique 100. Il comporte deux paliers d'équilibrage à aimant permanent permettant d'équilibrer le poids du piston 204. Ces paliers ont été désignés par la référence 214. Il comprend d'autre part unmoteur pas à pas 250, 254 pour l'entrainement en rotation du piston 204 et un moteur pas à pas 256, 258 pour l'entrainement en translation alternative de ce mime piston (course 10 mm). Comme décrit précédemment, un dispositif d'asservissement 257 qui reçoit des informations d'un détecteur de position connu en lui-nmême 259 commande l'alimentation en courant électrique des bobines 258 du moteurpas à pas linéaire. En outre, le piston 204 comporte un palier froid 204a situé à droite sur la figure et un palier chaud 204b situé à gauche sur la figure. La réalisation de ces paliers est identique à ce qui a déjà été décrit. Il convient toutefois de noter une particularité du piston 204 qui est étagé de manière à déterminer non pas une seule chambre mais deux chambres 206a et 206b. Sa Longueur est de 200 mm et son diamètre de 40 mm entre la chambre 208 à 300 K et la chambre 206b à 150 K. Sa longueur est de 100 mm et son diamètre de 15 mm entre la chambre 206b et la chambre 206a à 50 K. Ainsi le réfrigérateur permet d'extraire de la chaleur à deux températures différentes, I watt à 50 K dans la chambre 206a et 3 watts à 150 K dans la chambre 206b. En outre, la réalisation des régénérateurs thermiques est différente. Alors que, dans le cas du compresseur thermique , le régénérateur thermique 178 était séparé physiquement de 2611031 l'enceinte déterminée par le cylindre 102, dans le cas du doigt froid 200, Les régénérateurs thermiques 178a et 178b sont constitués par un matériau de garnissage garnissant le fond de gorges circulaires prévues dans La paroi du cylindre 202. Enfin, l'ensemble du doigt froid est enfermé à L'intérieur d'une enceinte 280 à l'intérieur de Laquelle règne un vide poussé afin de limiter au maximum Les apports de chaleur venant de l'extérieur. D'autres modes de réalisation pourraient être imaginés sans sortir du cadre de L'invention. On pourrait prévoir, pour chacune des parties, à savoir pour le compresseur thermique 100 et pour le doigt froid 200, deux pistons fonctionnant en opposition de phase pour rendre les vibrations aussi faibles que possible. On pourrait prévoir des valeurs différentes de température et de puissance aux différents étages ainsi que des moyens de mise en mouvement de translation ou de rotation différents, électriques ou pneumatiques. Les paliers à gaz pourraient être conçus ou disposés différemment et les éléments pourraient être disposes différemment les uns par rapport aux autres. Le chauffage de la chambre 106 pourrait être obtenu par chauffage solaire ou nucléaire. Le réfrigérateur qui vient d'être décrit s'applique de préférence au refroidissement d'échantiLLlons à étudier dans des expériences de physique ou pour permettre ou améliorer le fonctionnement des matériaux supraconducteurs ou des détecteurs de rayonnement. 2 611031 REVENDICATIONS 1. Réfrigérateur fonctionnant suivant un cycle de Vuilleumier, caractérisé en ce qu'il utilise au moins un palier à gaz (104a, 104b, 204a, 204b) pour la suspension d'au moins un piston (4, 104, 204). 2. Réfrigérateur selon la revendication 1 comprenant: - un premier cylindre (102) ayart une extrémité chaude et une extrémité à température intermédiaire, un piston déplaceur (104) coulissant dans ledit premier cylindre entre une première et une seconde positions pour comprimer et détendre une quantité de gaz contenue dans ledit premier cylindre (102), un conduit sur lequel un régénérateur thermique reliant l'extrémité à haute température et l'extrémité à température intermédiaire du premier cylindre est intercalé; - un second cylindre (202) ayant une extrémité à température intermédiaire et une extrémité froide, un second piston déplaceur (204) coulissaant dans ledit second cylindre (202) entre une première et une seconde positions pour comprimer et détendre une, quantité de gaz contenue dans ledit second cylindre; - une canalisation reliant l'extrémité à température intermédiaire du premier cylindre et l'extrémité à température intermédiaire du second cylindre; - des moyens pour déplacer ledit premier cylindre (102) et ledit second cylindre (202) en relation de phase; caractérisé en ce qu'il comporte: - un palier à gaz (104a) à l'extrémité chaude du premier piston (104) et un palier à gaz (104b) à l'extrémité à température intermédiaire du premier piston; - un palier à gaz (204b) à l'extrémité à température intermédiaire dudit second piston (204) et un palier à gaz (204a) à l'extrémité froide dudit second piston. 3. Réfrigérateur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte deux 17 2611031 pistons fonctionnant en opposition de phase de manière à rendre les vibrations aussi faibles que possible. 4. Réfrigérateur seLon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que: au moins une série d'aimants (L1, L2) est disposée le long de la génératrice supérieure du premier cylindre (2, 102), cette série d'aimants (L1, L2) présentant une longueur supérieure à La distance (c) entre ladite.remière et ladite seconde positions du premier piston (4, 104) un aimant permanent (14) étant monté sur le premier cylindre (2, 102) en regard de chacune desdites séries d'aimants (L1, L2); et en ce qu'au moins une série d'aimants (L1, L2) est disposée Le long de La génératrice supérieure du second cylindre (2, 202), cette série d'aimants présentant une longueur supérieure à la distance entre ladite première et ladite seconde positions dudit second piston (4, 204) du second cylindre, un aimant (14, 214) étant monté sur le second cylindre (202) en regard de chacune desdites séries d'aimants dudit second cylindre. 5. Réfrigérateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'un au moins desdits paliers à gaz du premier piston déplaceur (4, 104) et du second piston déplaceur (4, 204) est constitué par deux troncs de c8ne (20, 22) opposés par leur base et séparés par une partie cylindrique (24) (figure 3). 6. Réfrigérateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour entraÂner en rotation l'un au moins desdits premier et second pistons dépLaceurs (4, 104, 204), La rotation de ce piston provoquant L'apparition d'un coin de gaz qui se forme entre la paroi périphérique extérieure du piston (4, 104, 204) et La paroi interne (34) du cylindre (2, 102, 202), ce coin de gaz constituant un palier à gaz (figure 4). 7. Réfrigérateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le piston (4) comporte une pluralité de surface (32) présentant une inclinaison par rapport à la surface périphérique 18 2 OI611031 intérieure (34) du cylindre (figure 5a). 8. Réfrigérateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la paroi interne du cylindre (2) comporte une pluralité de surfaces présentant une inclinaison par rapport b la surface extérieure du piston (4) (figure 5b). 9. Réfrigérateur selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les moyens pour entraîner ledit piston (4) en rotation sont constitués par trois bobines (40) disposées sur le cylindre à 120 l'une de l'autre et reliées chacune à une phase d'un courant électrique triphasé pour constituer un moteur synchrone à champ tournant (42) et par un aimant (44) monté sur ledit piston (4), le champ tournant (42) entraînant l'aimant (44) en rotation synchrone, ou par un matériau ferromagnétique monté sur Ledit piston (4), le champ tournant entraînant l'aimant en rotation asynchrone. 10. Réfrigérateur selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les moyens pour entraîner ledit piston (4) en rotation sont constitués par un moteur pas à pas (figure 7). 11. Réfrigérateur selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les moyens pour entraîner ledit piston (4) en rotation sont constitués par au moins une gorge (60) déterminant une chambre circulaire, et par une gorge hélicoldale (62) reliant la gorge (60) à une des chambres (6, 8) un clapet (64, 66) interdisant la circulation directe du fluide de cycle de la chambre (6, 8) vers la gorge (60) pendant la phase de compression de ce fluide, lequel transite alors par un canal de dérivation (68) (figures 8a, 8b).