FR3129201A1 - Cryogenic pumping system and innovative integration for Sub Kelvin cryogenics below 1.5K - Google Patents

Cryogenic pumping system and innovative integration for Sub Kelvin cryogenics below 1.5K Download PDF

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Abstract

Dispositif de réfrigération (1) comprenant un premier circuit de travail (10) pour faire circuler un premier fluide de travail (11), le premier circuit de travail (10) comprenant les éléments suivants reliés en série par un premier réseau de conduites (70) : un premier compresseur (20);une unité de refroidissement (300); un troisième échangeur thermique (30);un premier détendeur (40) de type Joule-Thompson ;un premier réservoir (50) configuré pour être en échange thermique avec un objet à refroidir; le dispositif (1) comprenant également une enceinte (5) isolée thermiquement et le premier circuit de travail (10) comprend un premier organe de pompage (80) relié au premier réseau de conduites (70). FIGURE DE L’ABREGE : [Fig. 1]Refrigeration device (1) comprising a first working circuit (10) for circulating a first working fluid (11), the first working circuit (10) comprising the following elements connected in series by a first network of pipes (70 ): a first compressor (20);a cooling unit (300); a third heat exchanger (30);a first Joule-Thompson type expander (40);a first reservoir (50) configured to be in heat exchange with an object to be cooled; the device (1) also comprising a thermally insulated enclosure (5) and the first working circuit (10) comprises a first pumping unit (80) connected to the first pipe network (70). FIGURE FROM THE ABRIDGE: [Fig. 1]

Description

Système de pompage cryogénique et intégration innovante pour la cryogénie Sub Kelvin inférieure à 1,5KCryogenic pumping system and innovative integration for Sub Kelvin cryogenics below 1.5K

La présente invention concerne le domaine de la réfrigération à très basses températures et plus particulièrement le domaine des dispositifs de réfrigération à des températures avoisinant le Kelvin.The present invention relates to the field of refrigeration at very low temperatures and more particularly to the field of refrigeration devices at temperatures approaching the Kelvin.

ARRIERE PLAN DE L’INVENTIONBACKGROUND OF THE INVENTION

Il est connu un dispositif de réfrigération comprenant un circuit de circulation d’un fluide de travail comprenant un compresseur du fluide de travail, un premier échangeur thermique comprenant un premier canal chaud dans lequel circule un premier flux de fluide de travail à refroidir et un premier canal froid dans lequel circule un deuxième flux de fluide de travail pour refroidir le premier flux, un premier détendeur de type Joule-Thompson et un premier réservoir de séparation. Le dispositif de réfrigération comprend également un premier réseau de conduites reliant les éléments pour mettre en communication fluidique une première sortie du compresseur de laquelle est refoulé le premier fluide de travail avec une première entrée du premier canal chaud, une deuxième sortie du premier canal chaud avec une deuxième entrée du premier détendeur, une troisième sortie du premier détendeur avec une troisième entrée du premier réservoir, une quatrième sortie du premier réservoir avec une quatrième entrée du premier canal froid , une cinquième sortie du premier canal froid avec une cinquième entrée du premier compresseur par laquelle le premier fluide de travail est aspiré. Le dispositif de réfrigération comporte également un deuxième échangeur thermique qui comprend un deuxième canal chaud en échange thermique avec le premier réservoir. Un tel circuit fournit des frigories au deuxième canal froid du deuxième échangeur. Cependant, la pression du fluide de travail après qu’il a été refroidi à des températures très basses (inférieures au Kelvin) est faible, de l’ordre de 0.1 mbar. Il est ainsi nécessaire, pour pouvoir disposer d’une puissance frigorifique importante, d’introduire dans le premier circuit un important débit de fluide, ce qui, à des pressions faibles, requiert une capacité de pompage volumique importante et des conduites dimensionnées en conséquence. Cela conduit généralement à la mise en place d’un dispositif de compression très consommateur en énergie, aboutissant à un dispositif de réfrigération encombrant et dont l’exploitation est difficile et coûteuse.A refrigeration device is known comprising a working fluid circulation circuit comprising a working fluid compressor, a first heat exchanger comprising a first hot channel in which circulates a first flow of working fluid to be cooled and a first cold channel in which circulates a second flow of working fluid to cool the first flow, a first pressure reducer of the Joule-Thompson type and a first separation tank. The refrigeration device also comprises a first network of ducts connecting the elements to put in fluid communication a first outlet of the compressor from which the first working fluid is discharged with a first inlet of the first hot channel, a second outlet of the first hot channel with a second inlet of the first expander, a third outlet of the first expander with a third inlet of the first reservoir, a fourth outlet of the first reservoir with a fourth inlet of the first cold channel, a fifth outlet of the first cold channel with a fifth inlet of the first compressor through which the first working fluid is sucked. The refrigeration device also includes a second heat exchanger that includes a second hot channel in heat exchange with the first tank. Such a circuit supplies cold temperatures to the second cold channel of the second exchanger. However, the pressure of the working fluid after it has been cooled to very low temperatures (below the Kelvin) is low, of the order of 0.1 mbar. It is thus necessary, in order to be able to have a large cooling capacity, to introduce a large flow of fluid into the first circuit, which, at low pressures, requires a large volume pumping capacity and pipes dimensioned accordingly. This generally leads to the installation of a compression device that consumes a lot of energy, resulting in a bulky refrigeration device that is difficult and costly to operate.

OBJET DE L’INVENTIONOBJECT OF THE INVENTION

L’invention a notamment pour but d’augmenter la puissance frigorifique d’un dispositif de réfrigération intégrant un détendeur de type Joule-Thompson.The aim of the invention is in particular to increase the cooling capacity of a refrigeration device incorporating a Joule-Thompson type expansion valve.

A cet effet, on prévoit, un dispositif de réfrigération comprenant un premier circuit de travail pour faire circuler un premier fluide de travail, le premier circuit de travail comprenant les éléments suivants reliés en série par un premier réseau de conduites :To this end, provision is made for a refrigeration device comprising a first working circuit for circulating a first working fluid, the first working circuit comprising the following elements connected in series by a first network of pipes:

  • un premier organe de transfert du fluide de travail ;a first working fluid transfer member;

  • une unité de refroidissement comprenant un premier échangeur thermique comportant un premier canal chaud et un premier canal froid reliés au premier circuit de travail, l’unité de refroidissement comportant également un deuxième échangeur thermique comprenant un deuxième canal chaud relié au premier circuit de travail et un deuxième canal froid relié à une première source froide;a cooling unit comprising a first heat exchanger comprising a first hot channel and a first cold channel connected to the first working circuit, the cooling unit also comprising a second heat exchanger comprising a second hot channel connected to the first working circuit and a second cold channel connected to a first cold source;

  • un troisième échangeur thermique comprenant un troisième canal chaud et un troisième canal froid;a third heat exchanger comprising a third hot channel and a third cold channel;
  • un premier détendeur de type Joule-Thompson ;a first Joule-Thompson type regulator;
  • un premier réservoir configuré pour être en échange thermique avec un objet à refroidir. a first reservoir configured to be in heat exchange with an object to be cooled .

Selon l’invention, le dispositif comprend également une enceinte isolée thermiquement à l’intérieur de laquelle se trouve au moins une partie des éléments, le premier organe de transfert étant situé à l’extérieur de l’enceinte. Le premier circuit de travail comprend également un premier organe de pompage situé à l’intérieur de l’enceinte et raccordé au premier réseau de conduites.According to the invention, the device also comprises a thermally insulated enclosure inside which there is at least some of the elements, the first transfer member being located outside the enclosure. The first working circuit also comprises a first pumping member located inside the enclosure and connected to the first network of pipes.

On obtient ainsi un dispositif capable de faire circuler une quantité plus importante de fluide de travail dans le deuxième échangeur thermique sans modifier le premier organe de transfert, autorisant alors une performance améliorée pour un volume de dispositif donné et/ou une miniaturisation du dispositif de réfrigération.A device capable of circulating a larger quantity of working fluid in the second heat exchanger without modifying the first transfer member is thus obtained, thus allowing improved performance for a given device volume and/or miniaturization of the refrigeration device .

Selon un mode de réalisation particulier, le premier réseau de conduites est agencé pour relier :According to a particular embodiment, the first pipe network is arranged to connect:

  • une première sortie de l’organe de transfert de laquelle est refoulé le premier fluide de travail avec une première entrée du premier canal chaud ;a first outlet of the transfer member from which the first working fluid is discharged with a first inlet of the first hot runner;
  • une deuxième sortie du premier canal chaud avec une deuxième entrée du deuxième canal chaud;a second hot runner second output with a second hot runner second input;
  • une troisième sortie du canal chaud à une troisième entrée du troisième canal chaud;a third hot runner output to a third hot runner third input;
  • une quatrième sortie du troisième canal chaud (31) avec une quatrième entrée du premier détendeur;a fourth output of the third hot runner (31) with a fourth input of the first expander;
  • une cinquième sortie du premier détendeur avec une cinquième entrée du premier réservoir ;a fifth outlet from the first regulator with a fifth inlet from the first reservoir;
  • une sixième sortie du premier réservoir avec une sixième entrée du troisième canal froid ;a sixth outlet from the first reservoir with a sixth inlet from the third cold channel;
  • une septième sortie du troisième canal froid avec une huitième entrée du premier organe de transfert par laquelle le premier fluide de travail est aspiré ;a seventh outlet of the third cold channel with an eighth inlet of the first transfer member through which the first working fluid is sucked;

le premier organe de pompage étant situé entre la sixième sortie et la huitième entrée.the first pumping member being located between the sixth outlet and the eighth inlet.

Avantageusement, le premier organe de pompage est directement relié à la huitième entrée.Advantageously, the first pumping member is directly connected to the eighth inlet.

Avantageusement encore, le premier organe de pompage est situé en aval de la septième sortie.Advantageously again, the first pumping member is located downstream of the seventh outlet.

La température la plus froide produite par le dispositif est améliorée lorsque le dispositif comprend un deuxième détendeur de type Joule-Thompson et un deuxième réservoir, le deuxième détendeur comprenant une dixième entrée en communication fluidique avec le premier circuit en aval de la troisième sortie et une dixième sortie en communication fluidique avec une onzième entrée du deuxième réservoir, le deuxième réservoir comprenant une onzième sortie en communication fluidique avec la huitième entrée, le deuxième réservoir comprenant également un premier soutirage de fluide de travail en phase liquide en communication fluidique avec le premier circuit en amont de la troisième entrée.The coldest temperature produced by the device is improved when the device comprises a second Joule-Thompson type regulator and a second reservoir, the second regulator comprising a tenth inlet in fluid communication with the first circuit downstream of the third outlet and a tenth outlet in fluid communication with an eleventh inlet of the second reservoir, the second reservoir comprising an eleventh outlet in fluid communication with the eighth inlet, the second reservoir also comprising a first withdrawal of working fluid in liquid phase in fluid communication with the first circuit upstream of the third entry.

La température la plus froide produite par le dispositif est encore améliorée lorsque le dispositif comprend un troisième détendeur de type Joule-Thompson, un troisième réservoir et un cinquième échangeur de chaleur comportant un cinquième canal chaud et un cinquième canal froid, le troisième détendeur comprenant une douzième entrée en communication fluidique avec le premier circuit en aval de la troisième sortie et une douzième sortie en communication fluidique avec une treizième entrée du troisième réservoir, le troisième réservoir comprenant une treizième sortie en communication fluidique avec la huitième entrée, le troisième réservoir de séparation comprenant également un deuxième soutirage de fluide de travail en phase liquide en communication fluidique avec une quatorzième entrée du cinquième canal chaud, une quatorzième sortie du cinquième canal chaud étant en communication fluidique avec le premier circuit en amont de la troisième entrée, une quinzième entrée et une quinzième sortie du troisième canal froid étant en communication fluidique avec le premier circuit en aval de la septième sortie.The coldest temperature produced by the device is further improved when the device comprises a third Joule-Thompson type expander, a third reservoir and a fifth heat exchanger comprising a fifth hot channel and a fifth cold channel, the third expander comprising a twelfth inlet in fluid communication with the first circuit downstream of the third outlet and a twelfth outlet in fluid communication with a thirteenth inlet of the third tank, the third tank comprising a thirteenth outlet in fluid communication with the eighth inlet, the third separation tank also comprising a second withdrawal of working fluid in the liquid phase in fluid communication with a fourteenth inlet of the fifth hot runner, a fourteenth outlet of the fifth hot runner being in fluid communication with the first circuit upstream of the third inlet, a fifteenth inlet and a fifteenth output of the third cold channel being in fluid communication with the first circuit downstream of the seventh output.

Préférentiellement, le dispositif de réfrigération comprend un sixième échangeur de chaleur comportant un sixième canal chaud et un sixième canal froid, un quatrième détendeur de type Joule-Thompson et un quatrième réservoir, le sixième canal chaud comprenant une seizième entrée en communication fluidique avec le premier circuit de travail entre la première sortie et la troisième entrée et le sixième canal froid comprend une seizième sortie en communication fluidique avec le premier circuit de travail en aval de la cinquième sortie.Preferably, the refrigeration device comprises a sixth heat exchanger comprising a sixth hot channel and a sixth cold channel, a fourth Joule-Thompson type expander and a fourth tank, the sixth hot channel comprising a sixteenth inlet in fluid communication with the first work circuit between the first output and the third input and the sixth cold channel includes a sixteenth output in fluid communication with the first work circuit downstream of the fifth output.

Avantageusement, le premier fluide de travail comprend une proportion volumique d’Hélium 4 supérieure à 99,9%.Advantageously, the first working fluid comprises a volume proportion of Helium 4 greater than 99.9%.

Avantageusement, encore, le dispositif comprend un deuxième circuit de travail pour faire circuler un deuxième fluide de travail au moyen d’un deuxième organe de transfert et d’une deuxième pompe cryogénique, le deuxième circuit de travail comprenant au moins une première portion de conduite en échange thermique avec le premier réservoir.Advantageously, again, the device comprises a second working circuit for circulating a second working fluid by means of a second transfer member and a second cryogenic pump, the second working circuit comprising at least a first pipe portion in heat exchange with the first tank.

Préférentiellement, le deuxième organe de transfert est situé à l’extérieur de l’enceinte. Une amélioration notable est obtenue lorsque le deuxième circuit comprend au moins une deuxième portion de conduite en échange thermique avec le deuxième réservoir et/ou que le deuxième circuit de travail comprend également un cinquième détendeur de type Joule Thompson. Le deuxième fluide de travail peut comprendre une proportion volumique d’Hélium 3 supérieure à 99,9%.Preferably, the second transfer member is located outside the enclosure. A notable improvement is obtained when the second circuit comprises at least a second pipe portion in heat exchange with the second reservoir and/or when the second working circuit also comprises a fifth Joule Thompson type regulator. The second working fluid may comprise a volume proportion of Helium 3 greater than 99.9%.

L’invention concerne également un procédé de réfrigération à l’aide d’un dispositif tel que décrit ci-dessus, le procédé comprenant les étapes suivantes :The invention also relates to a refrigeration method using a device as described above, the method comprising the following steps:

– compression du premier fluide de travail ;– compression of the first working fluid;

- refroidissement du premier fluide de travail,- cooling of the first working fluid,

- détente isenthalpique du premier fluide de travail ;- isenthalpic expansion of the first working fluid;

- séparation du premier fluide de travail en une première phase liquide et une deuxième phase gazeuse ;- Separation of the first working fluid into a first liquid phase and a second gaseous phase;

– réchauffage du premier fluide ;– heating of the first fluid;

- pompage du premier fluide.- Pumping the first fluid.

En sus, l’étape de détente isenthalpique du premier fluide de travail est réalisée de manière à amener le premier fluide de travail à une température comprise entre cinq cent millikelvins et 4,5 Kelvins avant l’étape de séparation.In addition, the step of isenthalpic expansion of the first working fluid is carried out so as to bring the first working fluid to a temperature of between five hundred millikelvins and 4.5 Kelvins before the separation step.

Avantageusement, le procédé comprend les étapes suivantes :Advantageously, the method comprises the following steps:

– compression du deuxième fluide de travail ;– compression of the second working fluid;

- refroidissement du deuxième fluide de travail,- cooling of the second working fluid,

- détente isenthalpique du deuxième fluide de travail ;- isenthalpic expansion of the second working fluid;

- séparation du deuxième fluide de travail en une première phase liquide et une deuxième phase gazeuse ;- Separation of the second working fluid into a first liquid phase and a second gaseous phase;

– réchauffage du deuxième fluide ;– heating of the second fluid;

- pompage du deuxième fluide.- Pumping of the second fluid.

Avantageusement encore, l’étape de détente isenthalpique du deuxième fluide de travail est réalisée de manière à amener le deuxième fluide de travail à une température comprise entre trois cents et sept cents millikelvin avant l’étape de séparation.Advantageously again, the step of isenthalpic expansion of the second working fluid is carried out so as to bring the second working fluid to a temperature of between three hundred and seven hundred millikelvin before the separation step.

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d’un mode de réalisation particulier et non limitatif de l’invention.Other characteristics and advantages of the invention will become apparent on reading the following description of a particular and non-limiting embodiment of the invention.

Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels :Reference will be made to the attached drawings, among which:

est une représentation schématique d’un premier mode de réalisation de l’invention ; is a schematic representation of a first embodiment of the invention;

est une représentation schématique d’un deuxième mode de réalisation de l’invention ; is a schematic representation of a second embodiment of the invention;

est une représentation schématique d’un troisième mode de réalisation de l’invention ; is a schematic representation of a third embodiment of the invention;

est une représentation schématique d’un cinquième mode de réalisation de l’invention ; is a schematic representation of a fifth embodiment of the invention;

est une représentation schématique d’un sixième mode de réalisation de l’invention. is a schematic representation of a sixth embodiment of the invention.

Claims (17)

Dispositif de réfrigération (1) comprenant un premier circuit de travail (10) pour faire circuler un premier fluide de travail (11), le premier circuit de travail (10) comprenant les éléments suivants reliés en série par un premier réseau de conduites (70) :
  • un premier organe de transfert (20) du fluide de travail (11) ;
  • une unité de refroidissement (300) comprenant un premier échangeur thermique (310) comportant un premier canal chaud (311) et un premier canal froid (312) reliés au premier circuit de travail (10), l’unité de refroidissement (300) comportant également un deuxième échangeur thermique (320) comprenant un deuxième canal chaud (321) relié au premier circuit de travail (10) et un deuxième canal froid (322) relié à une première source froide (330);
  • un troisième échangeur thermique (30) comprenant un troisième canal chaud (31) et un troisième canal froid (32) ;
  • un premier détendeur (40) de type Joule-Thompson ;
  • un premier réservoir (50) configuré pour être en échange thermique avec un objet à refroidir;
caractérisé en ce que le dispositif (1) comprend également une enceinte (5), isolée thermiquement, à l’intérieur de laquelle se trouve au moins une partie des éléments, le premier organe de transfert (20) étant situé à l’extérieur de l’enceinte (5) ; et en ce que le premier circuit de travail (10) comprend un premier organe de pompage (80) situé à l’intérieur de l’enceinte (5) et relié au premier réseau de conduites (70).Refrigeration device (1) comprising a first working circuit (10) for circulating a first working fluid (11), the first working circuit (10) comprising the following elements connected in series by a first network of pipes (70 ):
  • a first transfer member (20) of the working fluid (11);
  • a cooling unit (300) comprising a first heat exchanger (310) comprising a first hot channel (311) and a first cold channel (312) connected to the first working circuit (10), the cooling unit (300) comprising also a second heat exchanger (320) comprising a second hot channel (321) connected to the first working circuit (10) and a second cold channel (322) connected to a first cold source (330);
  • a third heat exchanger (30) comprising a third hot channel (31) and a third cold channel (32);
  • a first regulator (40) of the Joule-Thompson type;
  • a first tank (50) configured to be in heat exchange with an object to be cooled ;
characterized in that the device (1) also comprises an enclosure (5), thermally insulated, inside which is located at least part of the elements, the first transfer member (20) being located outside of the enclosure (5); and in that the first working circuit (10) comprises a first pumping unit (80) located inside the enclosure (5) and connected to the first network of pipes (70). Dispositif selon la revendication 1, dans lequel
le premier réseau de conduites (70) est agencé pour relier :
  • une première sortie (21) de l’organe de transfert (20) de laquelle est refoulé le premier fluide de travail (11) avec une première entrée (313) du premier canal chaud (311) ;
  • une deuxième sortie (314) du premier canal chaud (311) avec une deuxième entrée (323) du deuxième canal chaud (321) ;
  • une troisième sortie (324) du canal chaud (321) à une troisième entrée (33) du troisième canal chaud (31) ;
  • une quatrième sortie (34) du troisième canal chaud (31) avec une quatrième entrée (41) du premier détendeur (40) ;
  • une cinquième sortie (42) du premier détendeur (40) avec une cinquième entrée (51) du premier réservoir (50) ;
  • une sixième sortie (52) du premier réservoir (50) avec une sixième entrée (35) du troisième canal froid (32) ;
  • une septième sortie (36) du troisième canal froid (32) avec une huitième entrée (22) du premier compresseur (20) par laquelle le premier fluide de travail (11) est aspiré ;
le premier organe de pompage (80) étant situé entre la sixième sortie (52) et la huitième entrée (22).Device according to claim 1, wherein
the first network of pipes (70) is arranged to connect:
  • a first outlet (21) of the transfer member (20) from which the first working fluid (11) is discharged with a first inlet (313) of the first hot runner (311);
  • a second output (314) of the first hot runner (311) with a second input (323) of the second hot runner (321);
  • a third outlet (324) of the hot runner (321) to a third inlet (33) of the third hot runner (31);
  • a fourth outlet (34) of the third hot runner (31) with a fourth inlet (41) of the first expander (40);
  • a fifth outlet (42) from the first regulator (40) with a fifth inlet (51) from the first tank (50);
  • a sixth outlet (52) from the first reservoir (50) with a sixth inlet (35) from the third cold channel (32);
  • a seventh outlet (36) of the third cold channel (32) with an eighth inlet (22) of the first compressor (20) through which the first working fluid (11) is sucked;
the first pumping member (80) being located between the sixth outlet (52) and the eighth inlet (22). Dispositif de réfrigération (1) selon la revendication 2, dans lequel le premier organe de pompage (80) est directement relié à la huitième entrée (22).A refrigeration device (1) according to claim 2, wherein the first pumping member (80) is directly connected to the eighth inlet (22). Dispositif de réfrigération (1) selon la revendication 2 ou 3, dans lequel le premier organe de pompage (80) est situé en aval de la septième sortie (36).A refrigeration device (1) according to claim 2 or 3, wherein the first pumping member (80) is located downstream of the seventh outlet (36). Dispositif de réfrigération (1) selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, comprenant un deuxième détendeur (90) de type Joule-Thompson et un deuxième réservoir (100), le deuxième détendeur (90) comprenant une dixième entrée (91) en communication fluidique avec le premier circuit (10) en aval de la troisième sortie (324) et une dixième sortie (92) en communication fluidique avec une onzième entrée (101) du deuxième réservoir (100), le deuxième réservoir (100) comprenant une onzième sortie (102) en communication fluidique avec la huitième entrée (22), le deuxième réservoir (100) comprenant également un premier soutirage (103) de fluide de travail (11) en phase liquide en communication fluidique avec le premier circuit (10) en amont de la troisième entrée (33).Refrigeration device (1) according to any one of Claims 2 to 4, comprising a second expansion valve (90) of the Joule-Thompson type and a second reservoir (100), the second expansion valve (90) comprising a tenth inlet (91) in fluid communication with the first circuit (10) downstream of the third outlet (324) and a tenth outlet (92) in fluid communication with an eleventh inlet (101) of the second reservoir (100), the second reservoir (100) comprising an eleventh outlet (102) in fluid communication with the eighth inlet (22), the second reservoir (100) also comprising a first withdrawal (103) of working fluid (11) in liquid phase in fluid communication with the first circuit (10 ) upstream of the third inlet (33). Dispositif de réfrigération selon l’une quelconque des revendications 2 à 5, comprenant un troisième détendeur (110) de type Joule-Thompson, un troisième réservoir (120) et un cinquième échangeur de chaleur (130) comportant un cinquième canal chaud (131) et un cinquième canal froid (132), le troisième détendeur (110) comprenant une douzième entrée (111) en communication fluidique avec le premier circuit (10) en aval de la troisième sortie (324) et une douzième sortie (112) en communication fluidique avec une treizième entrée (121) du troisième réservoir (120), le troisième réservoir (120) comprenant une treizième sortie (122) en communication fluidique avec la huitième entrée (22), le troisième réservoir (120) comprenant également un deuxième soutirage (123) de fluide de travail (11) en phase liquide en communication fluidique avec une quatorzième entrée (133) du cinquième canal chaud (131), une quatorzième sortie (134) du cinquième canal chaud (131) étant en communication fluidique avec le premier circuit (10) en amont de la troisième entrée (33), une quinzième entrée (135) et une quinzième sortie (136) du cinquième canal froid (132) étant en communication fluidique avec le premier circuit (10) en aval de la septième sortie (36).Refrigeration device according to any one of Claims 2 to 5, comprising a third expansion valve (110) of the Joule-Thompson type, a third tank (120) and a fifth heat exchanger (130) comprising a fifth hot channel (131) and a fifth cold channel (132), the third expander (110) comprising a twelfth inlet (111) in fluid communication with the first circuit (10) downstream of the third outlet (324) and a twelfth outlet (112) in communication with a thirteenth inlet (121) of the third reservoir (120), the third reservoir (120) comprising a thirteenth outlet (122) in fluid communication with the eighth inlet (22), the third reservoir (120) also comprising a second draw-off (123) of working fluid (11) in the liquid phase in fluid communication with a fourteenth inlet (133) of the fifth hot runner (131), a fourteenth outlet (134) of the fifth hot runner (131) being in fluid communication with the first circuit (10) upstream of the third inlet (33), a fifteenth inlet (135) and a fifteenth outlet (136) of the fifth cold channel (132) being in fluid communication with the first circuit (10) downstream of the seventh exit (36). Dispositif de réfrigération (1) selon l’une quelconque des revendications 2 à 6, comprenant un sixième échangeur de chaleur (150) comportant un sixième canal chaud (151) et un sixième canal froid (152), un quatrième détendeur (160) de type Joule-Thompson et un quatrième réservoir (170), le sixième canal chaud (151) comprenant une seizième entrée (153) en communication fluidique avec le premier circuit de travail (10) entre la première sortie (21) et la troisième entrée (33) et le sixième canal froid (152) comprend une seizième sortie (156) en communication fluidique avec le premier circuit de travail (10) en aval de la cinquième sortie (42).Refrigeration device (1) according to any one of Claims 2 to 6, comprising a sixth heat exchanger (150) comprising a sixth hot channel (151) and a sixth cold channel (152), a fourth expansion valve (160) of Joule-Thompson type and a fourth reservoir (170), the sixth hot runner (151) comprising a sixteenth inlet (153) in fluid communication with the first working circuit (10) between the first outlet (21) and the third inlet ( 33) and the sixth cold channel (152) includes a sixteenth outlet (156) in fluid communication with the first working circuit (10) downstream of the fifth outlet (42). Dispositif de réfrigération (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier fluide de travail (11) comprend une proportion volumique d’Hélium 4 supérieure ou égale à 99,9%.Refrigeration device (1) according to any one of the preceding claims, in which the first working fluid (11) comprises a volume proportion of Helium 4 greater than or equal to 99.9%. Dispositif de réfrigération (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un deuxième circuit de travail (180) pour faire circuler un deuxième fluide de travail (181) au moyen d’un deuxième organe de transfert (190) et d’une deuxième pompe cryogénique (220), le deuxième circuit de travail (180) comprenant au moins une première portion (261) de conduite en échange thermique avec le premier réservoir (50).Refrigeration device (1) according to any one of the preceding claims, comprising a second working circuit (180) for circulating a second working fluid (181) by means of a second transfer member (190) and a second cryogenic pump (220), the second working circuit (180) comprising at least a first portion ( 261 ) of pipe in heat exchange with the first reservoir (50). Dispositif de réfrigération (1) selon la revendication 9, dans lequel le deuxième organe de transfert (190) est situé à l’extérieur de l’enceinte (5).Refrigeration device (1) according to Claim 9, in which the second transfer member (190) is located outside the enclosure (5). Dispositif de réfrigération (1) selon les revendications 9 et 5, dans lequel le deuxième circuit de travail (180) comprend au moins une deuxième portion (262) de conduite en échange thermique avec le deuxième réservoir (100).Refrigeration device (1) according to Claims 9 and 5, in which the second working circuit (180) comprises at least a second portion (2 6 2) of pipe in heat exchange with the second tank (100). Dispositif de réfrigération (1) selon l’une quelconque des revendications 9 à 11, dans lequel le deuxième circuit de travail (180) comprend également un cinquième détendeur (200) de type Joule Thompson.Refrigeration device (1) according to any one of Claims 9 to 11, in which the second working circuit (180) also comprises a fifth expansion valve (200) of the Joule Thompson type. Dispositif de réfrigération (1) selon l’une quelconque des revendications 9 à 12 dans lequel le deuxième fluide de travail (181) comprend une proportion volumique d’Hélium 3 supérieure ou égale à 99,9%.Refrigeration device (1) according to any one of Claims 9 to 12, in which the second working fluid (181) comprises a volume proportion of Helium 3 greater than or equal to 99.9%. Procédé de réfrigération à l’aide d’un dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant les étapes suivantes :
– compression du premier fluide de travail ;
- refroidissement du premier fluide de travail,
- détente isenthalpique du premier fluide de travail ;
- séparation du premier fluide de travail en une première phase liquide et une deuxième phase gazeuse ;
– réchauffage du premier fluide ;
- pompage du premier fluide.Refrigeration method using a device according to any one of the preceding claims comprising the following steps:
– compression of the first working fluid;
- cooling of the first working fluid,
- isenthalpic expansion of the first working fluid;
- Separation of the first working fluid into a first liquid phase and a second gaseous phase;
– heating of the first fluid;
- Pumping the first fluid. Procédé selon la revendication 14, dans lequel l’étape de détente isenthalpique du premier fluide de travail est réalisée de manière à amener le premier fluide de travail à une température comprise entre cinq cent millikelvins et 4,5 Kelvins avant l’étape de séparation.A method according to claim 14, wherein the step of isenthalpic expansion of the first working fluid is carried out so as to bring the first working fluid to a temperature between five hundred millikelvins and 4.5 Kelvins before the separation step. Procédé de réfrigération à l’aide d’un dispositif selon l’une quelconque des revendications 9 à 13 comprenant les étapes suivantes :
– compression du deuxième fluide de travail ;
- refroidissement du deuxième fluide de travail,
- détente isenthalpique du deuxième fluide de travail ;
- séparation du deuxième fluide de travail en une première phase liquide et une deuxième phase gazeuse ;
– réchauffage du deuxième fluide ;
- pompage du deuxième fluide.Refrigeration method using a device according to any one of claims 9 to 13 comprising the following steps:
– compression of the second working fluid;
- cooling of the second working fluid,
- isenthalpic expansion of the second working fluid;
- Separation of the second working fluid into a first liquid phase and a second gaseous phase;
– heating of the second fluid;
- Pumping of the second fluid. Procédé selon la revendication 16, dans lequel l’étape de détente isenthalpique du deuxième fluide de travail est réalisée de manière à amener le deuxième fluide de travail à une température comprise entre trois cents et sept cents millikelvin avant l’étape de séparation.A method according to claim 16, wherein the step of isenthalpic expansion of the second working fluid is carried out so as to bring the second working fluid to a temperature between three hundred and seven hundred millikelvin before the separation step.
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