Présentation

Article

1 - CYCLES THERMODYNAMIQUES ET LEUR MISE EN ŒUVRE

2 - CRYORÉFRIGÉRATEURS COMMERCIALEMENT DISPONIBLES

3 - QUELQUES EXEMPLES D’APPLICATIONS

4 - CONCLUSION

5 - GLOSSAIRE

Article de référence | Réf : BE9815 v1

Cryoréfrigérateurs commercialement disponibles
Cryoréfrigération de faible puissance

Auteur(s) : Alain RAVEX, Jean-Marc DUVAL, Ivan CHARLES

Date de publication : 10 oct. 2019

Pour explorer cet article
Télécharger l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !

Sommaire

Présentation

RÉSUMÉ

La cryoréfrigération de faible puissance met en œuvre différents cycles thermodynamiques et technologies associées afin de produire du froid aux températures cryogéniques. Les différents types de cycles et de cryoréfrigérateurs (Stirling, Gifford Mac Mahon, Joule Thomson) sont présentés. Les évolutions les plus récentes concernent le développement des tubes à gaz pulsé sans partie mobile à froid et les régénérateurs avec anomalie de chaleur spécifique qui ont démocratisé l’accès à la température de l’hélium liquide. Enfin, un certain nombre d’applications sont présentées tel que le cryopompage, l’IRM et la RMN, la recondensation de l’hélium et le spatial.

Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.

Lire l’article

Auteur(s)

  • Alain RAVEX : Ingénieur en énergétique, Docteur d’État en physique - ex-directeur développement, technologies et innovation d’Air Liquide Advanced Technology - Consultant en cryogénie et énergétique

  • Jean-Marc DUVAL : Ingénieur en physique et énergétique - Docteur en mécanique et énergétique - Chef de laboratoire au Département des systèmes basses températures (CEA Grenoble)

  • Ivan CHARLES : Ingénieur en physique et énergétique - Docteur en mécanique et énergétique - Expert sénior - Département des systèmes basses températures (CEA Grenoble)

INTRODUCTION

La cryoréfrigération de petite puissance recouvre typiquement les machines frigorifiques mécaniques susceptibles de produire du froid à des températures inférieures à environ 120 K (ébullition du gaz naturel liquéfié GNL), avec des puissances de réfrigération typiquement inférieures à quelques kW à 80 K (ébullition de l’azote liquide LN2), de quelques centaines de watts à 20 K (ébullition de l’hydrogène liquide LH2) ou de quelques watts à 4 K (ébullition de l’hélium liquide LHe). Cette référence aux températures d’ébullition au voisinage de la pression atmosphérique de fluides cryogéniques usuels traduit le fait que ces cryoréfrigérateurs ont été développés pour remplacer, dans de nombreuses applications en laboratoire ou dans l’industrie, l’utilisation de la chaleur latente d’ébullition de ces fluides comme source de froid. Le principal intérêt des machines est de produire une puissance froide continue, permettant de s’affranchir du remplissage périodique des cryostats mettant en œuvre l’ébullition de fluides pouvant s’avérer peu pratique et onéreuse, notamment pour des applications nécessitant une opération continue (applications de la supraconductivité), sensibles à l’orientation (détecteurs installés dans des antennes d’astrophysique...) ou situées sur des sites difficiles d’accès (applications spatiales...). Elles peuvent être également utilisées pour la recondensation in situ de fluides cryogéniques. Ces machines mettent le plus souvent en œuvre des cycles fermés dans lesquels un gaz (généralement l’hélium, gaz ayant la plus basse température de liquéfaction) est comprimé à température ambiante (au prix d’une puissance mécanique à fournir), prérefroidi (dans un échangeur contre-courant ou un régénérateur), puis détendu à froid (avec récupération ou non du travail de détente et abaissement de la température et extraction de la puissance frigorifique). De nombreuses machines sont disponibles commercialement, fonctionnant suivant différents types de cycles thermodynamiques et dans diverses gammes de températures et puissances froides. Les développements de ces machines ont pour objectif d’améliorer régulièrement leur efficacité thermodynamique, leur fiabilité et en conséquence leur coût d’acquisition et d’usage, en ayant recours à des techniques de compression et détente sans frottement (paliers gaz, magnétiques ou flexibles) et en cherchant à minimiser voire supprimer les parties mécaniques mobiles à froid (tubes à gaz pulsé).

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 94% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

KEYWORDS

cryogenic   |   regenerator   |   stirling   |   Gifford Mc-Mahon   |   Joule Thomson   |   pulse tubes

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-be9815


Cet article fait partie de l’offre

Froid industriel

(49 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Lecture en cours
Présentation

2. Cryoréfrigérateurs commercialement disponibles

Les cryoréfrigérateurs font l’objet d’une offre commerciale qui ne cesse de s’élargir du fait de nombreuses applications industrielles ou dans les laboratoires de recherche. La possibilité depuis quelques années d’atteindre la température de l’hélium liquide (4 K) a ouvert de nouveaux marchés et a fait apparaître de nouvelles machines sur le marché.

2.1 Cryoréfrigérateurs de type Gifford Mac-Mahon

Les cryoréfrigérateurs de type Gifford Mac Mahon (GM) ont été inventés au milieu des années 1950 par William Gifford et Howard Mac Mahon chez A.D. Little Inc.. Ils ont été commercialisés au début des années 1970 aux États-Unis et ont été rapidement utilisés dans le développement de cryopompes pour l’industrie du semi-conducteur. Ils ont aussi permis le développement commercial de l’imagerie par résonnance magnétique (IRM). Aujourd’hui, ils sont également utilisés dans les applications de la supraconductivité et dans les laboratoires de recherche pour remplacer ou recondenser les fluides cryogéniques (hélium ou azote). Le marché mondial des cryoréfrigérateurs GM est de l’ordre de 10 000 unités par an. Ces cryoréfrigérateurs ont démontré après plus de 50 ans de mise en œuvre leur fiabilité si l’on respecte la maintenance simple à effectuer, recommandée par les constructeurs : sur le doigt froid toutes les 10 000 h, le remplacement des segments du déplaceur et des pièces d’usure de la vanne de distribution ainsi que toutes les 20 000 h, le remplacement de l’adsorbeur à charbon actif qui permet d’assurer la pureté requise du gaz hélium de cycle.

Il existe de nombreux fournisseurs de cryoréfrigérateurs GM dans le monde, offrant des machines mono ou bi étagées couvrant une large gamme de puissance froide à divers niveaux de températures. Dans les tableaux 1 et 2 sont rapportées comme exemple les performances des cryoréfrigérateurs d’un constructeur européen (Oxford Cryosystems, UK), et celles d’un constructeur américain (Cryomech) distribué en France par Absolut System et offrant une très large gamme de machines ayant la particularité d’être toutes mono-étagées.

La figure ...

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 93% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Froid industriel

(49 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Lecture en cours
Cryoréfrigérateurs commercialement disponibles
Sommaire
Sommaire

BIBLIOGRAPHIE

  • (1) -   Walker, cryocoolers. Part 1 fundamentals. Part 2 applications.  -  Ed Plenum Press (1983).

  • (2) - WEISEND II (J.G.) -   Handbook of cryogenic engineering.  -  Taylor & Francis (1998).

  • (3) - ROSS (R.G.) -   Aerospace coolers: a 50 years quest for long-life cryogenic cooling in space.  -  In: Cryogenic Engineering, Fifty years of progress, Springer publishers, New York (2006).

  • (4) -   Proceedings of International Cryocooler Conference.  - 

  • (5) -   Proceedings of Cryogenic Engineering Conference  - 

  • (6) -   Proceedings of International Cryogenic Engineering Conference  - 

  • ...

1 Annuaire

HAUT DE PAGE

1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)

Absolut System http://absolut-system.com

Air Liquide – Advanced Technologies https://advancedtech.airliquide.com

Cryoforum https://www.cryoforum.fr

Cryomech, Inc, représenté en France par Absolut System https://www.cryomech.com

Sumitomo Heavy Industries, cryogenic group, représenté en France par Cryoforum http://www.shicryogenics.com

Thales Cryogenics, SAS http://www.thales-cryogenics.com

HAUT DE PAGE

1.2 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)

Association Française du Froid/Comité Cryogénie et Supraconductivité http://www.affccs.org

Cryogenic Society of Europe (CSE): https://www.cryoeurope.org

...

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 95% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Froid industriel

(49 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS