Brevet FR3129466A1 — publié le 20230526

Système de réfrigération (1) comprenant : une première enceinte (10) cryogénique définie par au moins une première paroi (11), la première enceinte cryogénique (10) étant reliée thermiquement à au moins une première source froide (41); une deuxième enceinte (50) cryogénique définie par au moins une deuxième paroi (51) qui s’étend au moins partiellement face à la première paroi (11), la deuxième enceinte (50) étant comprise à l’intérieur de la première enceinte (10) et reliée thermiquement à au moins une deuxième source froide (43, 46); caractérisé en ce que le système de réfrigération (1) comporte au moins une première porte (30) réalisée dans la première paroi (11) sensiblement en regard d’une deuxième porte (70) réalisée dans la deuxième paroi (51), la première porte (30) et la deuxième porte (70) étant agencées de manière à ce que l’ouverture de la première porte (30) permette l’ouverture de la deuxième porte (70). FIGURE DE L’ABREGE: [Fig. 2] Système d’ouverture latérale partielle pour système de réfrigération cryogénique La présente invention concerne le domaine de la réfrigération à très basse température et plus particulièrement le domaine des systèmes de réfrigération à des températures avoisinant un à quelques kelvins, ainsi que des systèmes de réfrigération à des températures inférieure au kelvin, et notamment proches de la dizaine de millikelvin. ARRIERE PLAN DE L’INVENTION Classiquement un système de réfrigération à très basse température comprend une première enceinte cryogénique définie par au moins une première paroi et une deuxième enceinte cryogénique comprise à l’intérieur de la première enceinte et qui est définie par au moins une deuxième paroi qui s’étend au moins partiellement face à la première paroi. La première enceinte cryogénique est reliée thermiquement à une première source froide et la deuxième enceinte cryogénique est reliée thermiquement à une deuxième source froide. Généralement, la première paroi et la deuxième paroi sont cylindriques et construites de manière similaire. Ainsi, la première enceinte comprend deux premiers demi-cylindres assemblés le long d’une première direction longitudinale et la deuxième enceinte comprend deux deuxièmes demi-cylindres assemblés le long d’une deuxième direction longitudinale, généralement parallèle à la première. L’accès à l’intérieur du système et notamment à la zone la plus froide du système lorsque l’on a besoin de réaliser une maintenance ou que l’on souhaite y installer un matériel à refroidir (par exemple une puce quantique, un capteur, un élément supraconducteur, un microscope à effet tunnel (STM) ou un autre objet à refroidir), requiert la dépose d’au moins un des premiers demi-cylindres et un des deuxièmes demi-cylindres. Ces opérations mettent en œuvre des moyens de levage coûteux pour réaliser des manutentions risquées d’éléments pesants. De telles opérations impliquent également une mise à l’arrêt particulièrement longue du système de réfrigération ce qui pénalise son exploitation. OBJET DE L’INVENTION L’invention a pour objet de réduire les coûts et/ou temps de maintenance et/ou d’installation d’un matériel à refroidir à l’intérieur d’un système de réfrigération à basse température. A cet effet, on prévoit un système de réfrigération comprenant une première enceinte cryogénique définie par au moins une première paroi, la première enceinte cryogénique étant reliée thermiquement à au moins une première source froide. Le système comprend également une deuxième enceinte cryogénique définie par au moins une deuxième paroi qui s’étend au moins partiellement face à la première paroi, la deuxième enceinte étant comprise à l’intérieur de la première enceinte et reliée thermiquement à au moins une deuxième source froide. Selon l’invention, le système de réfrigération comporte au moins une première porte réalisée dans la première paroi sensiblement en regard d’une deuxième porte réalisée dans la deuxième paroi, la première porte et la deuxième porte étant agencées de manière à ce que l’ouverture de la première porte permette l’ouverture de la deuxième porte. On obtient ainsi un système de réfrigération qui permet un accès aisé et rapide à l’intérieur de la deuxième enceinte. Les moyens de manutention sont limités voire inexistants et les coûts et délais nécessaires pour installer un dispositif à refroidir dans la deuxième enceinte sont réduits. Il est également possible d’intervenir facilement pour une opération de maintenance à l’intérieur de la première enceinte (par l’ouverture uniquement de la première porte) ou à l’intérieur de la deuxième enceinte (par l’ouverture de la première et de la deuxième porte). Avantageusement, la première porte comprend un premier cadre sur lequel un premier panneau est monté de manière amovible, et dans lequel la deuxième porte comprend un deuxième cadre sur lequel un deuxième panneau est monté de manière amovible. Avantageusement encore, la première enceinte et/ou la deuxième enceinte est un cylindre dont la courbe directrice est polygonale, préférentiellement octogonale, les panneaux étant plans. La réalisation des enceintes est simplifiée lorsque le premier panneau définit une première face latérale de la première enceinte, le premier panneau étant de forme quadrangulaire et comprenant une première largeur correspondant à une longueur d’un segment de la courbe directrice et une première hauteur qui s’étend parallèlement à une génératrice du cylindre. Optionnellement , le système comprend une troisième porte réalisée dans la première paroi et une quatrième porte réalisée dans la deuxième paroi sensiblement en regard de la troisième porte. Les temps et coûts d’installation d’un dispositif dans la deuxième enceinte sont encore réduits lorsque les première et deuxième portes appartiennent à un premier sas et les troisième et quatrième portes appartiennent à un deuxième sas, le premier sas et le deuxième sas étant agencés pour fournir un accès autonome et indépendant depuis l’extérieur de la première enceinte à l’intérieur de la deuxième enceinte respectivement à un premier module et un deuxième module qui comprennent tous deux un emplacement configuré pour recevoir au moins une puce quantique, un capteur, un élément supraconducteur, un microscope à effet tunnel (STM) ou un autre objet à refroidir. Lorsqu’un sas est présent, le chargement et déchargement peut donc se faire sans arrêter le fonctionnement du système. On améliore l’isolation thermique des enceintes lorsque la première paroi et/ou la deuxième paroi comprend un matériau bloquant le passage des rayons infrarouges. On réduit encore les temps et coûts d’installation d’un dispositif dans la deuxième enceinte lorsque le système comprend des organes de liaison mécanique de la première porte avec la deuxième porte. Avantageusement, la première porte et/ou la deuxième porte comprend un support de réception d’un élément à refroidir. La réalisation du système est simplifiée et les modalités d’accès aux portes plus faciles lorsque la première enceinte cryogénique comprend une première face terminale à travers laquelle s’étend un premier élément caloporteur de la première source froide et/ou la deuxième enceinte cryogénique comprend une deuxième face terminale à travers laquelle s’étend un deuxième élément caloporteur de la deuxième source froide. Selon un mode de réalisation préféré, la première paroi comprend une première structure cylindrique de base polygonale sur laquelle sont rapportés une pluralité de premiers panneaux, au moins un premier panneau étant monté de manière amovible sur la première structure pour constituer la première porte et/ou la deuxième paroi comprend une deuxième structure cylindrique de base polygonale sur laquelle sont rapportées une pluralité de deuxièmes plaques quadrangulaires, au moins une deuxième plaque étant montée de manière amovible sur la deuxième structure pour constituer la deuxième porte. Optionnellement, dans le cas où les cylindres ont une courbe directrice polygonale, chaque face de la première et deuxième parois peut être démontable et constituer une porte. Les pertes thermiques du système sont réduites lorsque la première enceinte cryogénique est comprise dans une première enceinte externe voire quand la première enceinte externe est comprise dans une deuxième enceinte externe. La première enceinte externe peut comporter une troisième porte et la deuxième enceinte externe peut comporter une quatrième portes, ces portes étant sensiblement en regard l’une de l’autre, ainsi que des première et deuxième portes. La première et la deuxième enceinte externe peuvent être des cylindres à base octogonale, dont au moins une des faces (ou toutes les faces) constitue une porte d’accès. Avantageusement, la première source froide est configurée pour maintenir une température comprise entre 2.5 Kelvins et cinq Kelvins, préférentiellement sensiblement égale à quatre Kelvins, à l’intérieur de la première enceinte, et la deuxième source froide est configurée pour maintenir une température comprise entre 0.6 Kelvins et 1.5 Kelvins à l’intérieur de la deuxième enceinte. Avantageusement, la première enceinte externe est thermiquement reliée à une troisième source froide, préférentiellement configurée pour maintenir une température comprise entre quarante Kelvins et cent Kelvins à l’intérieur de la première enceinte supplémentaire. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers et non limitatifs de l’invention. Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : la est une vue schématique en coupe transversale d’un système de réfrigération selon un premier mode de réalisation de l’invention ; la est une vue schématique en perspective du système de réfrigération de la ; la est une vue schématique en perspective éclatée d’une première enceinte du système de réfrigération de la ; la est une vue de détail en coupe d’un montant de l’enceinte de la ; la est une vue schématique en perspective éclatée d’une deuxième enceinte du système de réfrigération de la ; la est une vue schématique en coupe longitudinale d’un système de réfrigération selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ; la est une vue schématique en coupe longitudinale d’un système de réfrigération selon un troisième mode de réalisation de l’invention ; la est une vue de détail en perspective d’un système de réfrigération selon un quatrième mode de réalisation de l’invention ; la est une vue de détail en perspective d’un système de réfrigération selon un cinquième mode de réalisation de l’invention ; la est une vue schématique en coupe transversale d’un système de réfrigération selon un sixième mode de réalisation de l’invention ; la est une vue schématique en coupe longitudinale d’un système de réfrigération selon un septième mode de réalisation de l’invention ; la est une vue schématique en coupe transversale d’un système de réfrigération selon un huitième mode de réalisation de l’invention. la est une vue schématique en coupe longitudinale d’un système de réfrigération selon un neuvième mode de réalisation de l’invention ; la est une vue schématique en perspective d’une deuxième enceinte externe selon un dixième mode de réalisation de l’invention ; la est une vue schématique en perspective d’une deuxième enceinte externe selon un onzième mode de réalisation de l’invention. Système de réfrigération (1) comprenant : une première enceinte (10) cryogénique définie par au moins une première paroi (11), la première enceinte cryogénique (10) étant reliée thermiquement à au moins une première source froide (41); une deuxième enceinte (50) cryogénique définie par au moins une deuxième paroi (51) qui s’étend au moins partiellement face à la première paroi (11), la deuxième enceinte (50) étant comprise à l’intérieur de la première enceinte (10) et reliée thermiquement à au moins une deuxième source froide (43, 46); caractérisé en ce que le système de réfrigération (1) comporte au moins une première porte (30, 83) réalisée dans la première paroi (11) sensiblement en regard d’une deuxième porte (70, 87) réalisée dans la deuxième paroi (51), la première porte (30, 83) et la deuxième porte (70, 87) étant agencées de manière à ce que l’ouverture de la première porte (30, 83) permette l’ouverture de la deuxième porte (70, 87). Système de réfrigération (1) selon la revendication 1, dans lequel la première porte (30, 83) comprend un premier cadre (20, 82) sur lequel un premier panneau (30, 83) est monté de manière amovible, et dans lequel la deuxième porte (70, 87) comprend un deuxième cadre (60, 86) sur lequel un deuxième panneau (70) est monté de manière amovible. Système de réfrigération (1) selon la revendication 2, dans lequel la première enceinte (10) et/ou la deuxième enceinte (50) est un cylindre dont la courbe directrice (12, 52) est polygonale, préférentiellement octogonale, le premier panneau (30) étant plan. Système de réfrigération (1) selon la revendication 3, dans lequel le premier panneau (30) définit une première face latérale de la première enceinte (10), le premier panneau (30) étant de forme quadrangulaire et comprenant une première largeur (l1) correspondant à une longueur d’un segment de la courbe directrice (12) et une première hauteur (H1) qui s’étend parallèlement à une génératrice du cylindre. Système de réfrigération (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant une troisième porte (31-37) réalisée dans la première paroi (11) et une quatrième porte (71-77) réalisée dans la deuxième paroi (51) sensiblement en regard de la troisième porte (31-37). Système de réfrigération (1) selon la revendication 5, dans lequel la première porte (83) et la deuxième porte (87) appartiennent à un premier sas (80) et la troisième porte (93) et la quatrième porte (97) appartiennent à un deuxième sas (90), le premier sas (80) et le deuxième sas (90) étant agencés pour fournir un accès autonome et indépendant depuis l’extérieur de la première enceinte (10) à l’intérieur de la deuxième enceinte (50) respectivement à un premier module (100) et un deuxième module (103) qui comprennent tous deux un emplacement configuré pour recevoir au moins une puce quantique (101, 104). Système de réfrigération (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première paroi (11) et/ou la deuxième paroi (51) comprend un matériau bloquant le passage des rayons infrarouges. Système de réfrigération (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant des organes de liaison mécanique (110) de la première porte (30) avec la deuxième porte (70). Système de réfrigération (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première porte (30) et/ou la deuxième porte (70) comprend un support de réception (120, 121) d’un élément à refroidir. Système de réfrigération (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première enceinte (10) cryogénique comprend une première face terminale (39) à travers laquelle s’étend un premier élément caloporteur (40) de la première source froide (41) et/ou la deuxième enceinte cryogénique (50) comprend une deuxième face terminale (59) et à travers laquelle s’étend un deuxième élément caloporteur (42, 44, 45) de la deuxième source froide (43,46). Système de réfrigération (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première enceinte cryogénique (10) est comprise dans une première enceinte externe (130). Système de réfrigération (1) selon la revendication 11, dans lequel la première enceinte externe (130) comprend une première porte supplémentaire (160) agencée de manière à ce que l’ouverture de la première porte supplémentaire (160) permette l’ouverture de la première porte (30). Système de réfrigération (1) selon la revendication 11 ou 12, dans laquelle la première enceinte externe est thermiquement reliée à une troisième source froide. Système de réfrigération (1) selon la revendication 13, dans laquelle la troisième source froide est configurée pour maintenir une température comprise entre quarante Kelvins et cent Kelvins à l’intérieur de la première enceinte supplémentaire. Système de réfrigération (1) selon l’une des revendications 11 à 14, dans lequel la première enceinte externe (130) est comprise dans une deuxième enceinte externe (140). Système de réfrigération (1) selon les revendications 12 et 15, dans lequel la deuxième enceinte externe (140) comprend une deuxième porte supplémentaire (143) agencée de manière à ce que l’ouverture de la deuxième porte supplémentaire (143) permette l’ouverture de la première porte supplémentaire (160). Système de réfrigération (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première source froide (41) est configurée pour maintenir une température comprise entre 2.5 Kelvins et cinq Kelvins, préférentiellement sensiblement égale quatre Kelvins à l’intérieur de la première enceinte (10), et la deuxième source froide (43, 46) est configurée pour maintenir une température comprise entre 0.6 Kelvin et 1.5 Kelvins à l’intérieur de la deuxième enceinte (50).