Brevet FR3072160A1 (20190412)

REVENDICATIONS1. Dispositif de réfrigération à basse température comprise entre -100°C et -273°C comprenant un circuit de travail (10) contenant un fluide de travail, le dispositif étant destiné à extraire de la chaleur à au moins un organe (15) par échange de chaleur avec le fluide de travail circulant dans le circuit (10) de travail, le circuit (10) de travail comprenant en série: un mécanisme de compression (13) du fluide de préférence isentropique ou sensiblement isentropique, un mécanisme de refroidissement du fluide de préférence isobare ou sensiblement isobare, un mécanisme de détente (8) du fluide de préférence isentropique ou sensiblement isentropique et un mécanisme de réchauffement (9,\n<CLM>\1\tdu fluide de préférence isobare ou sensiblement isobare, dans lequel le mécanisme de compression (13,\n<CLM>\1\test du type à compression centrifuge et est constitué de deux étages de compression (13,\n<CLM>\1\trespectivement un premier étage de compression (13) et second étage de compression (4) disposés en série dans le circuit (10), le dispositif comprenant deux moteurs (2,\n<CLM>\1\télectriques d'entraînement respectifs des deux étages de compression (13, 4), le mécanisme de détente étant constitué d'une turbine (8) accouplée au moteur (2) de l'un des étages de compression (13, 4), caractérisé en ce que la turbine (8) du mécanisme de détente est accouplée au moteur (2) d'entraînement du premier étage de compression.\n<CLM>\1\tDispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur électrique (2) d'entraînement du premier étage de compression (13) comprend un arbre de sortie dont l'une des extrémités porte et entraine en rotation par accouplement direct le premier étage de compression (13) et dont l'autre extrémité porte et est entraîné en rotation par accouplement direct par la turbine (8).\n<CLM>\1\tDispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les deux moteurs (2,\n<CLM>\1\tsont identiques ou similaires.\n<CLM>\1\tDispositif selon l'une quelconque des revendication 1 à 3, caractérisé en ce que le mécanisme de refroidissement comprend un échangeur (3) de refroidissement intermédiaire situé entre le premier étage de compression (13) et le second étage de compression (4), pour refroidir le fluide sortant du 13 premier étage de compression (13) avant son entrée dans le second étage de compression (4).\n<CLM>\1\tDispositif selon l'une quelconque des revendication 1 à 4, caractérisé en ce que les moteurs (2,\n<CLM>\1\tsont des moteurs à grande vitesse c'est-à-dire des moteurs dont le produit de la puissance P en kW par la vitesse N en tours par minutes au carré (P.N2) est compris entre à 5.1010 et 5.1012\n<CLM>\1\tDispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la vitesse de rotation des deux moteurs (2,\n<CLM>\1\test identique.\n<CLM>\1\tDispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que la puissance mécanique des deux moteurs (2,\n<CLM>\1\test identique.\n<CLM>\1\tDispositif selon l'une quelconque des revendication 1 à 7, caractérisé en ce que le moteur (7) d'entraînement du deuxième étage de compression (4) entraîne mécaniquement également un circulateur (14) ou compresseur supplémentaire configuré pour faire circuler un fluide de refroidissement du moteur ou des moteurs (2, 7).\n<CLM>\1\tDispositif selon l'une quelconque des revendication 1 à 8, caractérisé en ce que les deux étages de compression (13,\n<CLM>\1\tsont constitués chacun d'un compresseur centrifuge possédant une vitesse spécifique optimale déterminée maximisant le rendement énergétique du compresseur et en ce que le dispositif est configuré pour maintenir la vitesse spécifique des compresseurs (13,\n<CLM>\1\tcomprise entre 70% et 130% et de préférence entre 80% et 120% de la vitesse spécifique optimale et encore plus préférentiellement entre 90% et 110% de la vitesse spécifique optimale.\n<CLM>\1\tDispositif selon l'une quelconque des revendication 1 à 9, caractérisé en ce que les deux étages de compression (13,\n<CLM>\1\tsont constitués de compresseur centrifuges possédant chacun une vitesse spécifique optimale déterminée maximisant le rendement énergétique du compresseur, chaque compresseur possédant un débit volumique déterminé (01, Q2) et une puissance mécanique déterminée (P1, P2) et en ce que le ratio (Q1/02) entre le débit volumique (01) du premier compresseur (13) et le débit volumique (Q2) du second compresseur (4) est compris entre 1,1 et 2,5 et de préférence égale à 1,8 et en ce que rapport (P1/P2) entre la puissance mécanique (P1) 14 entraînant le premier compresseur (13) et la puissance mécanique (P2) entraînant le second compresseur (4) est compris entre 1,1 et 2,5 de préférence égal à 1,5 et en ce que le ratio (w1/w2) des vitesses de rotation des deux moteurs est compris entre 0,5 et 1,5 et de préférence égal à un.\n<CLM>\1\tDispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le produit: (w1/w2). (Q1/Q2)°.5. (Ahs2/Ahs1)0.75 entre : - le ratio (w1/w2) des vitesses de rotation des deux moteurs, le ratio (Q1/Q2) à la puissance 0,5 entre le débit volumique (Q1) du premier compresseur (13) et le débit volumique (Q2) du second compresseur (4), - le rapport (Ahs2/Ahs1) à la puissance 0.75 entre l'augmentation d'enthalpie au travers de l'étage du second compresseur (4) en considérant la compression comme étant isentropique et l'augmentation d'enthalpie au travers de l'étage du premier compresseur (13) en considérant la compression comme étant isentropique, est compris entre 0,70 et 1,30 et de préférence compris entre 0,80 et 1,20 et encore plus préférentiellement compris entre 0,90 et 1,10.\n<CLM>\1\tDispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend un organe électronique (16) de pilotage du dispositif et comprenant un organe de stockage et de traitement de données, l'organe électronique (16) de pilotage étant configuré pour commander notamment l'un au moins des moteurs (13, 4).\n<CLM>\1\tProcédé de réfrigération d'une source (15) froide utilisant un dispositif (1) de réfrigération conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel un échange de chaleur est réalisé entre le fluide de travail refroidi après sa sortie du mécanisme de détente (8) et l'organe (15) à refroidir.\n<CLM>\1\tProcédé de réfrigération selon la revendication 13 caractérisé en ce que la vitesse spécifique des compresseurs (13,\n<CLM>\1\test maintenue entre 70% et 130% et de préférence entre 80% et 1200(0 et encore plus préférentiellement entre 90% et 110% de leurs vitesses spécifiques optimales.