Brevet FR2754593A1 — publié le 19980417

PROCEDE ET DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT CRYOGENIQUE DE COMPOSANTS PAR DETENTE DE JOULE-THOMSON La présente invention concerne les techniques qui permettent de refroidir à température cryogénique des composants, tels que des composants électroniques, ou en particulier optoélectroniques, en exploitant la détente d'un gaz comprimé, dans un circuit de gaz de travail situé à proximité immédiate du composant à refroidir. En ce qui concerne l'art antérieur à la présente invention, on se référera utilement à l'article de Damien Feger intitulé "Refroidissement des détecteurs optoélectroniques" paru dans "Techniques de l'ingénieur, traité Electronique" pages E4070-1 à 11. On y trouve décrites dans leurs principes différentes configurations technologiques de refroidisseurs en liaison avec le cycle de travail thermodynamique qu'elles mettent en oeuvre. Parmi ces configurations, l'invention s'intéresse spécialement à celles qui sont basées sur une détente isenthalpique de Joule-Thomson que le gaz comprimé subit en sortie d'un échangeur thermique dans lequel le gaz comprimé et le gaz détendu circulent à contre-courant, l'un et l'autre à pression constante, aux pertes de charge près. Cet échangeur est avantageusement constitué, comme il est décrit par l'article déjà cité, par un tube à ailette enroulé autour d'un mandrin. Terminé par un gicleur définissant l'orifice de détente, il constitue ce que l'on appelle couramment le doigt froid du refroidisseur, par opposition à la zone chaude du côté du compresseur. I1 est prévu pour être introduit à l'intérieur d'une enveloppe cryostatique au fond de laquelle se situe la zone froide, en contact d'échange thermique avec le composant à refroidir. A ce jour, les systèmes de refroidissement cryogéniques à détente de Joule-Thomson n'ont pu trouver qu'un nombre d'applications limitées, malgré la grande puissance frigorifique qu'ils sont capables de développer quand ils utilisent un gaz liquéfié à haute pression, tel l'azote, l'air ou l'argon. En effet, l'orifice de détente est de très faible dimension (diamètre de quelques dizaines de microns), au point d'entraîner des exigences draconiennes en pureté du gaz de travail pour éviter les risques de colmatage. Egalement, on ne sait opérer en circuit fermé qu'en faisant passer le gaz détendu par une série d'étages de compression séparés par des filtres, ce qui entraîne une construction trop complexe pour pouvoir convenir aux nombreuses situations de la pratique industrielle qui demandent sécurité, miniaturisation et longévité simultanément. Pour résoudre ces difficultés tout en bénéficiant des avantages que présente le cycle à détente de Joule Thomson par rapport aux refroidisseurs à cycle de Stirling ou à tube de gaz pulsé, la présente invention propose un procédé et un dispositif de refroidissement de composants qui sont plus spécialement destinés aux composants qui, pour fonctionner correctement, doivent être maintenus à une température dans la gamme de 120 K à 200 K. Elle permet alors une réalisation miniaturisée assurant un rendement élevé, notamment dans l'absorption de charges thermiques de l'ordre du watt pour une température ambiante de 20 C. Elle se concrétise avantageusement en un ensemble compact monobloc, intégrant les moyens générateurs de pression avec le doigt froid. En ce qui concerne ses applications, elle convient particulièrement bien aux cas des composants infrarouge ou CMOS dont le fonctionnement est amélioré à basse température. Plus précisément, l'invention a pour objet un dispositif de refroidissement cryogénique de composants par détente de Joule-Thomson, du type à circuit ferme de gaz de travail thermodynamique, comportant un générateur de pression alimentant en continu un orifice de détente situé à proximité immédiate du composant à refroidir et un échangeur thermique intermédiaire entre le circuit amont de gaz comprimé issu du générateur de pression et le circuit aval de gaz détendu en retour dudit orifice, caractérisé - en ce que ledit générateur de pression comporte un compresseur mono-étage de compression par un piston (16) mobile dans une chemise fixe (17) sous commande d'un moteur associé (3), et est intégré en un ensemble monobloc avec un doigt froid (1) terminé par ledit orifice de détente, - en ce que dans ledit compresseur (2) il est ménagé d'une part un volume tampon basse pression en communication permanente avec le circuit de gaz aval en retour dudit orifice de détente, d'autre part un volume tampon haute pression en communication permanente avec le circuit de gaz amont alimentant ledit orifice en continu, - et en ce que ledit compresseur est équipé de deux soupapes (31, 32) qui, au cours des déplacements dudit piston (16), sont alternativement l'une opérative en position ouverte tandis que l'autre est fermée, pour séquentiellement aspirer et refouler le gaz dudit volume tampon à basse pression audit volume tampon à haute pression. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, l'échangeur intermédiaire entre les circuits haute pression et basse pression est monté dans une enveloppe cryostatique qui est également solidaire de l'ensemble et au fond de laquelle est situé le composant à refroidir. D'autre part, mais là d'une manière en elle-même classique, ledit échangeur est préférentiellement constitué par un tube à ailette entouré autour d'un mandrin cylindrique monté dans l'axe de l'enveloppe cryostatique. Suivant d'autres caractéristiques de l'invention, avantageusement utilisées en leurs combinaisons opérantes - Le volume à basse pression est ménagé dans un espace interne d'un carter enfermant le compresseur et au moins en partie dans ledit piston, celui-ci étant creux, cependant que le volume à haute pression est avantageusement ménagé, également au niveau du compresseur, dans une culasse montée fixe sur le même carter - Chacune des soupapes du compresseur comporte une valve à membrane souple s'appliquant en position fermée sur un siège annulaire - Ces soupapes sont préférentiellement disposées en série, l'une sur une face terminale du piston, l'autre sur une plaque fixe interne au compresseur - Le doigt froid comporte un gicleur à géométrie annulaire conique pour guider le gaz haute pression sortant d'un tube à ailette de l'échangeur intermédiaire, enroulé autour d'un tube cylindrique axial du doigt froid, jusqu'à l'orifice de détente situé en bout de celui-ci - Ce gicleur est de préférence réalisé par une partie màle fermant l'extrémité d'un mandrin cylindrique monté dans l'axe du doigt froid et une partie femelle constituée par un embout solidaire d'un tube qui limite un espace annulaire de circulation du gaz basse pression autour du tube d'échange thermique. L'invention se traduit également par un procédé de refroidissement de composants qui consiste essentiellement à mettre en oeuvre un cycle thermodynamique à détente isenthalpique de Joule-Thomson dans un dispositif tel que défini ci-dessus, préalablement rempli d'un gaz de travail approprié. Ce dernier est donc soumis en circuit fermé d'une part à une étape de compression vers un volume tampon de gaz à haute pression, d'autre part à une étape de détente effectuée en bout d'un doigt froid au voisinage immédiat du composant à refroidir, en passant par une étape intermédiaire d'échange thermique entre le gaz comprimé et le gaz détendu, qui est reçu dans un volume tampon à basse pression. Le gaz de travail est avantageusement constitué par un mélange d'azote, ou préférentiellement de méthane, avec des hydrocarbures saturés inférieurs, tels le méthane, l'éthane, le propane, en une proportion comprise entre 15 % et 70 % en poids du poids total du mélange. L'étape de compression, qui s'opère en un seul étage comme il a déjà été indiqué à propos du dispositif de l'invention, s'effectue avantageusement, de par le dimensionnement des circuits aval et amont, principalement en leurs volumes tampons ménagés dans le compresseur, sous un taux de compression compris entre 2 et 7, préférentiellement entre 3 et 5, jusqu'à un haute pression comprise entre 25 bars et 40 bars, préférentiellement de l'ordre de 30 bars, telle qu'elle est déterminée par la quantité de gaz introduite dans le dispositif avant sa fermeture étanche. De telles conditions impliquent l'existence d'une contre-pression dans la zone froide où débouche l'orifice de détente, et donc une augmentation de la température d'ébullition du mélange par rapport à celle qu'il présenterait théoriquement dans les conditions normales de pression (sous 1 bar environ). Néanmoins, elles se sont révelées avantageuses pour obtenir avec un bon rendement des températures dans la gamme précitée, aussi bien pendant la période de mise en froid du composant à refroidir que pendant son maintien à température froide ultérieur. De plus, pour des puissances frigorifiques de l'ordre de 500 mW à 1 watt (plus généralement de l'ordre de 50 mW à 2 watts), qui sont largement suffisantes pour nombre d'applications, le procédé suivant l'invention peut être mis en oeuvre en faisant appel à des dispositifs comme définis ci-dessus, qui restent simples, peu coûteux et peu encombrants, et qui autorisent néanmoins une sécurité de fonctionnement de longue durée sans crainte de défaut d'étanchéité statique ou de contamination du gaz de travail. Conformément à l'invention, on a donc recours à des compositions de gaz appropriées, que l'on soumet à un cycle de travail thermodynamique à détente de Joule-Thomson dans des conditions de haute pression plus faible et de température froide plus élevée que tout ce qui avait été envisagé jusqu'à présent. C'est ainsi que l'on a pu réaliser un dispositif refroidisseur compact, intégrant en un meme ensemble miniature un générateur de pression à compresseur mono-étage et un doigt froid n'ayant pas besoin d'un régulation du débit de l'orifice de détente pour assurer avec un bon rendement les capacités de production de froid très différentes qui sont nécessaires d'une part lors de la mise en froid, d'autre part lors du simple maintien à température froide du composant. A ce sujet, il est avantageux, conformément à l'invention, d'équiper le dispositif de moyens de régulation du rythme des déplacements du piston du compresseur, par action sur la vitesse d'entraînement par son moteur de pilotage en fonction de la température du composant, détectée localement par des moyens appropriés. On asservit ainsi le débit de gaz en circulation à la température nominale désirée pour un bon fonctionnement du composant. Au plus simple, la loi d'asservissement est de type proportionnel. L'invention sera maintenant plus complètement décrite dans le cadre de caractéristiques préférées et de leurs avantages, en faisant référence aux figures des dessins annexés qui les illustrent et dans lesquelles - la figure 1 représente une vue générale en coupe transversale du dispositif de refroidissement suivant l'invention ; - la figure 2 illustre un détail de ce dispositif concernant le gicleur de détente prévu en bout du doigt froid - la figure 3, montre le dispositif de la figure 1 dans une variante à pilotage linéaire plutôt qu'à pilotage rotatif. Le dispositif illustré par les figures sert à refroidir à température cryogénique un composant électronique 5, tel un capteur infrarouge ou un composant CMOS. Construit sous des dimensions adaptées aux exigences de miniaturisation, il se présente comme un ensemble monobloc, à fonctionnement autonome, qui intègre le refroidisseur proprement dit, ou doigt froid 1, avec un générateur de pression comportant un compresseur 2 et son moteur de pilotage 3. Les carters qui enferment leurs organes fonctionnels sont fixés solidaires et fermés de manière étanche, notamment par soudage, partout où il est nécessaire pour contenir le gaz de travail. Les différentes pièces fixes internes au dispositif sont également assemblées, de préférence, par soudure laser ou par collage. D'une manière en soi classique, le doigt froid 1 est introduit dans une enveloppe cryostatique constituée par un cryostat 4 à double-paroi sous vide, au fond duquel est monté le composant 5 à refroidir. Dans le cas particulier illustre, ce cryostat est représenté comme partageant sa paroi interne avec la paroi externe 42 limitant le doigt froid proprement dit, mais il pourrait aussi s'agir de deux parois indépendantes, présentant des diamètres complémentaires de sorte que le doigt froid s'introduise dans le cryostat avec pas plus de jeu que celui nécessaire à sa mise en place. Comme il a été expliqué précédemment, le dispositif suivant l'invention est conçu pour apporter la puissance frigorifique nécessaire au refroidissement du composant 5 par la mise en oeuvre d'un cycle thermodynamique à détente isenthalpique de Joule-Thomson, appliqué à un gaz de travail circulant en circuit ferme entre le compresseur 2 et l'orifice de détente 10 d'un gicleur 6, qui termine.le doigt froid 1 dans la zone froide, située au fond du cryostat 1, au voisinage immediat du composant 5. Entre les deux, tant à l'aller qu'au retour, le gaz de travail traverse un échangeur thermique 7, qui s'étend tout au long du doigt froid et qui assure un échange thermique entre le gaz comprimé à haute pression alimentant l'orifice de detente 10 et le gaz détendu à basse pression revenant vers le compresseur 2. En pratique, cet échangeur est constitué par un tube à ailette 11 (Fig. 2). Le gaz à haute pression y circule à l'intérieur du tube, tandis que le gaz à basse pression circule à l'extérieur, autour de l'ailette, dans un espace annulaire fermé 12 contenant le tube d'echange 11. Afin d'assurer au mieux les conditions d'un cycle thermodynamique à détente de Joule-Thomson, il est recherché d'une part que l'orifice de détente 10 situé en bout du doigt froid 1 soit alimente par un débit continu de gaz à haute pression, d'autre part que dans l'échangeur intermédiaire 7, la pression reste sensiblement constante tant du côté à haute pression que du côté à basse pression. La conception illustrée répond à ces exigences, alors même que, contrairement aux refroidisseurs de ce type connus, on ne dispose pas d'une grande réserve de gaz liquéfié permanente (dont les dimensions seraient rédhibitoires pour une autonomie de longue durée) et que le compresseur est à un étage unique de compression. Parmi les caractéristiques préconisées à cet effet, on observe de la figure 1 que la réalisation du générateur de pression s'inspire pour partie de celle d'un oscillateur de pression pour réfrigérateur à cycle de Stirling. Mais, pour l'essentiel, elle en diffère par le fait que le compresseur 2 est équipé de deux soupapes, qui s' ouvrent alternativement, l'une en aspiration, l'autre en refoulement, pour faire passer séquentiellement le gaz d'un volume tampon à basse pression 8 à un volume tampon de gaz à haute pression 27. Ces deux volumes tampons se situent à l'intérieur du carter 13 du compresseur, qui est percé de canaux 14 et 15 pour communication avec le doigt froid 1, respectivement du côté du circuit haute pression alimentant le doigt froid et du côté du circuit aval à basse pression. La compression du gaz est obtenue par déplacement périodique d'un piston 16, mobile dans une chemise 17 à section interne cylindrique, montée fixe dans le carter 13. Dans le mode de réalisation de la figure 1, le piston 16, mobile verticalement dans la disposition représentée, est entraîné par pilotage de type rotatif. Le moteur 3 est un moteur électrique, dont on a fait apparaître notamment le bobinage électrique de stator 18 et le rotor 19. L'arbre 20, solidaire de ce rotor, est monté sur paliers entre le fond du carter 23 enfermant les éléments propres du moteur et un flasque 24 plaqué étanche sur le carter 13 du compresseur. L'espace interne du moteur est ainsi isolé de celui du compresseur 2. Au-delà du flasque 24, l'arbre 20 porte un excentrique 21 dont la partie excentrée est montée par l'intermédiaire d'un palier dans l'extrémité inférieure d'une tige bielle 22, qui commande le piston 16. A son autre extrémité, la tige 22 est en pratique reliée, également par palier, à un axe transversal 25 solidaire du piston 16. En effet, ce dernier est creux, afin de ménager un espace interne participant à la définition du volume à basse pression 8 et de réduire ainsi l'encombrement global. D'autre part, conformément à la figure 1, l'invention prévoit, suivant ses modes de réalisation préférés, que les deux soupapes d'aspiration et refoulement soient disposées en série plutôt qu'en parallèle. L'une et l'autre sont constituées par des valves à membrane déformable, telles qu'on sait les réaliser au moyen de secteurs annulaires propres à se rejoindre de manière étanche en position fermée en appui sur un siège coopérant et à s'écarter quand ils sont poussés hors dudit siège. Une première soupape 31 ainsi constituée est fixée par vis en son centre sur la face extérieure (vers le haut sur la figure 1) d'une plaque 26, montée en travers du carter 13 et étanche sur celui-ci, en regard d'orifices de passage de gaz qui traversent ladite plaque. Quand le piston monte, elle s'ouvre dans une chambre 27 interne à la culasse 28 du compresseur. Elle se ferme quand le piston descend, sous l'effet de la différence de pression entre les deux faces de la plaque 26. La seconde soupape 32, active en ouverture en alternance avec la précédente, est fixée de manière analogue, mais sur le piston 16 lui-même. Elle ferme automatiquement des passages de gaz associés qui traversent la paroi transversale terminale 29 du piston quand ce dernier monte. Elle s'ouvre quand le piston redescend, la première soupape 31 étant fermée. Elle met alors en communication l'espace interne 8 du piston avec une chambre intermédiaire de compression délimitée par les deux soupapes 31 et 32. Dans chaque cas, on observe de la figure que les canaux de passages de gaz, annulairement répartis, débouchent dans un évidement annulaire de la plaque 26, ou respectivement de la paroi 29, qui est creusé entre le point central de fixation de la membrane déformable et le pourtour formant son siège proprement dit. Le volume tampon 8 du circuit à basse pression, ménagé pour partie l'intérieur du piston creux 16, se prolonge dans l'espace interne du carter du compresseur 13. Par rapport à cette solution, un dispositif à membrane aurait l'avantage d'isoler le volume basse pression des contaminations éventuelles par les organes de transmission de mouvement mécaniques. Mais la solution adoptée est supérieure par la création d'un volume suffisant de tranquillisation du gaz pour un encombrement global minimal. En outre, elle résout tout problème de récupération des fuites entre piston et chemise lors de la compression. Le canal du circuit de gaz aval à basse pression 15 débouche directement dans l'espace interne du compresseur, qu'il met en communication avec une chambre de répartition 33, ménagée en pied du doigt froid 4, en sortie de l'espace annulaire 12. Du côté amont à haute pression, le canal 14, percé à travers le carter 13 du compresseur, met la chambre 27 en communication avec une chambre 34 qui, à l'intérieur du carter de compresseur 13, la complète pour former le volume tampon à haute pression. De là, le gaz de travail est forcé dans le tube à ailette 11 de l'échangeur 7. En bout du doigt froid 1 se trouve le gicleur 6 qui guide le gaz haute pression émanant du tube d'échange thermique 11 vers l'orifice de détente 10. La réalisation précise du gicleur apparaît mieux sur la figure 2, où l'on voit qu'il forme un espace annulaire à géométrie conique 35, ménagé entre une pièce mâle 36 et une pièce femelle 37. Le tube d'échange 11 s'ouvre directement dans cet espace annulaire. La pièce femelle 37, qui présente l'orifice 6 en son centre, est formée par un embout en rubis qui, après avoir été métallisé sur sa surface externe, est brasé à l'intérieur d'un tube cylindrique 38 constituant le corps du doigt froid autour duquel est enroulé le tube d'échange 11. La pièce mâle 36 est réalisée par l'extrémité fermée d'un pointeau ou mandrin axial 39, lequel est sous forme d'un tube creux en une matière à faible conductivité thermique sensiblement équivalente à celle du tube 38. Bien que cela n'apparaisse pas sur les figures, la partie mâle du gicleur est filetée en surface. Ceci permet d'améliorer encore la sécurité contre les risques de stagnation du gaz et de formation de dépôts polluants. A l'arrière du gicleur 6, le pointeau tubulaire creux 39 s'étend sur toute la longueur du tube corps 38, dans lequel il est monté à coulissement sans jeu. La capacité de coulissement est supprimée dans le dispositif une fois construit, par soudage ou brasage des deux éléments tubulaires l'un sur l'autre. Elle sert au préalable à effectuer un réglage du débit de gaz qui est libéré à travers l'orifice de détente 10 en fonctionnement. On voit sur la figure 1 qu'il est prévu à cet effet, un embout 40, qui permet de déplacer le mandrin 39 dans le tube 38 par un outillage approprié de translation, combiné à un dispositif d'alimentation pneumatique provisoire et à des moyens de mesure du débit gazeux également provisoires. De ce réglage dépendra la puissance frigorifique disponible, en liaison avec d'autres paramètres réglables séparément. Par la pièce femelle 37 du gicleur, l'extrémité du doigt froid 1 se termine à proximité immédiate d'un fond 41 fermant la paroi tubulaire externe 42 qui complète avec le tube interne 38 le corps du refroidisseur, en ménageant entre eux l'espace annulaire 12 dans lequel se loge l'échangeur thermique, à savoir le tube à ailette 7. C'est sur la face arrière de ce fond 41 qu'est fixé le composant 5 à refroidir, généralement par collage. En se référant maintenant à la variante de réalisation illustrée par la figure 3, on ne rappellera pas plus les éléments qui restent inchangés par rapport aux figures 1 et 2, notamment en ce qui concerne le doigt froid 1 et le moteur de pilotage 3. Le compresseur 2 est également conçu comme precedemment dans ses relations fonctionnelles avec le doigt froid. Les différences s'observent principalement dans la structure du piston du compresseur, qui porte ici la référence 51, et dans les moyens mécaniques de transmission de mouvement entraînant le piston à partir de l'arbre moteur 20. Le mode de pilotage reste de type rotatif, mais l'effet de vilebrequin actionne un mécanisme de transmission de mouvement par roulement à billes mobile dans une gorge ménagée transversalement à l'extérieur du piston. Plus précisément, l'axe de vilebrequin décentré de l'excentrique 52 monte en bout de l'arbre 20 est solidaire de la cage interne 53 d'un roulement à billes dont la cage externe 55 est emprisonnée dans une gorge rectiligne 56 creusée à travers le piston 51 perpendiculairement au plan de la figure. Cette disposition permet d'assurer le mouvement alternatif du piston tout en l'immobilisant en rotation. Bien entendu, le piston 51 est configuré au même endroit pour faciliter la circulation du gaz en retour du doigt froid jusqu'au volume tampon 57 ménagé à l'intérieur même du piston, et éviter ainsi des pertes de charge préjudiciables. Grâce aux dispositions adoptées, notamment par la contenance des volumes tampon qui jouent le rôle de réservoirs, on assure que le gaz en circulation présente une pression amont et une pression aval (par rapport à l'orifice de détente) qui restent pratiquement constantes en fonctionnement. Ceci contribue à permettre au dispositif de refroidissement qui vient d'être décrit de mettre en oeuvre un véritable cycle de Joule-Thomson. En revenant maintenant à la figure 1, on y voit schématiquement illustrés les moyens de régulation qui remplacent avantageusement le réglage de débit qui était antérieurement effectué en agissant sur une section de passage variable de l'orifice de détente. Conformément à l'invention c'est sur le rythme périodique de la compression que l'on agit. A cette fin, il est associé au dispositif un système de régulation 61, qui agit sur l'alimentation du moteur 3 pour faire varier la vitesse de rotation de l'arbre moteur 20, et donc le rythme des déplacements du piston 16. La régulation est asservie à la température du composant 5, detectée par des moyens classiques en eux-mêmes sur ce composant. Une comparaison s effectue en permanence par rapport à une valeur fixe correspondant à la température nominale désirée pour un bon fonctionnement du composant. Pour une loi d'asservissement simplement proportionnelle, la haute pression appliquée au circuit de gaz amont alimentant l'orifice de detente varie progressivement lors de la mise en froid, mais pour s'établir ensuite à une valeur sensiblement constante pendant le fonctionnement permanent qui maintient le composant à la température cryogénique désirée. REVENDICATIONS 1. Dispositif de refroidissement de composants par détente de Joule-Thomson, du type à circuit fermé de gaz de travail thermodynamique, comportant un générateur de pression (2, 3) alimentant en continu un orifice de détente (10) situé à proximité immédiate du composant (5) à refroidir et un échangeur thermique intermédiaire (7) entre le circuit amont de gaz comprimé issu du générateur de pression (3) et le circuit aval de gaz détendu en retour dudit orifice, caractérisé - en ce que ledit générateur de pression comporte un compresseur mono-étage de compression par un piston (16) mobile dans une chemise fixe (17) sous commande d'un moteur associé (3), et est intégré en un ensemble monobloc avec un doigt froid (1) terminé par ledit orifice de détente, - en ce que dans ledit compresseur (2) il est ménagé d'une part un volume tampon basse pression (8) en communication permanente avec le circuit de gaz aval en retour dudit orifice de détente (10), d'autre part un volume tampon haute pression (27) en communication permanente avec le circuit de gaz amont alimentant ledit orifice, - et en ce que ledit compresseur est équipé de deux soupapes (31, 32) qui, au cours des déplacements dudit piston (16), sont alternativement l'une opérative en position ouverte tandis que l'autre est fermée, pour séquentiellement aspirer et refouler le gaz dudit volume tampon à basse pression (8) audit volume tampon à haute pression (27). 2. Dispositif suivant la revendication 1, carac térisé en ce que ledit volume à basse pression (8) est ménagé dans un espace interne d'un carter (13) enfermant le compresseur (2) et au moins en partie dans ledit piston (16), celui-ci étant creux. 3. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit volume à haute pression (27) est ménagé dans une culasse fixe (28) du compresseur (2). 4. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chacune desdites soupapes (31, 32) comporte une valve à membrane souple s'appliquant en position fermée sur un siège annulaire. 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdites soupapes (31, 32) sont disposées en série, l'une sur une face terminale (29) dudit piston (16), l'autre sur une plaque fixe (26) du compresseur. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le doigt froid (1) comporte un gicleur (6) à géométrie annulaire conique pour guider le gaz haute pression sortant d'un tube à ailette (11) dudit échangeur, enroulé autour d'un tube cylindrique axial (38, 39), jusqu'à l'orifice de détente (10). 7. Dispositif suivant la revendication 6, carac térisé en ce que ledit gicleur comporte une partie mâle fermant l'extrémité d'un mandrin cylindrique (39) monté dans l'axe du doigt froid et une partie femelle constituée par un embout (37) solidaire d'un tube (38) du doigt froid qui limite un espace annulaire (12) de circulation du gaz basse pression autour dudit tube à ailette (11). 8. Procédé de refroidissement de composants par détente isenthalpique de Joule-Thomson d'un gaz de travail thermodynamique mise en oeuvre dans un dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, ledit gaz de travail y étant soumis, de manière répétitive et en circuit fermé, d'une part à une étape de compression vers un volume tampon de gaz à haute pression, d'autre part à une étape de détente effectuée en bout d'un doigt froid au voisinage immédiat du composant à refroidir, en passant par une étape intermédiaire d'échange thermique entre le gaz comprimé et le gaz détendu, effectuée le long dudit doigt froid à l'intérieur d'une enveloppe cryostatique, caractérisé en ce que ladite étape de compression s'opère en un seul etage, sous un taux de compression compris entre 2 et 7 (préférentiellement entre 3 et 5), jusqu a une haute pression comprise entre 25 bars et 40 bars (préférentiellement de l'ordre de 30 bars). 9. Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le gaz de travail est constitué par un mélange d'azote ou de méthane avec des hydrocarbures saturés inferieurs, tels le méthane, l'éthane, le propane, en une proportion comprise entre 15 % et 70 % en poids du poids total du mélange. 10. Procédé suivant la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que, pour assurer la mise en froid du composant avant son maintien à température cryogénique, on règle le rythme de compression à une vitesse supérieure à celle utile pour générer la puissance frigorifique nécessaire en fonctionnement normal. 11. Procedé suivant la revendication 8, 9 ou 10, caractérisé en ce que l'on règle en permanence le débit de gaz à haute pression alimentant l'orifice de détente en agissant sur la vitesse de pilotage des déplacements du piston (16) du compresseur en fonction de la température du composant (5). 12. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (61) de régulation de la vitesse de pilotage dudit piston (16) par action sur ledit moteur (3), avec asservissement à la température dudit composant (5).