JEUNESSE LOÏC (FR)
ZICK GOLO (FR)
GATES THOMAS (US)
MACHERAS JAMES (US)
AIR LIQUIDE ADVANCED TECH US LLC (US)
| FR2891901A1 | 2007-04-13 | |||
| FR2184536A1 | 1973-12-28 | |||
| FR2132666A1 | 1972-11-24 |
| REVENDICATIONS 1. Procédé de refroidissement cryogénique d'un premier fluide (2) par échange thermique avec au moins un second fluide (3) dans un échangeur (1) de chaleur, le premier fluide (2) et/ou le second fluide (3) étant à une température comprise entre -100°C et -273°C, caractérisé en ce que l'échangeur (1) de chaleur est du type à micro-tubes polymères c'est-à-dire comprenant une pluralité de micro-tubes (4) en polymère et ayant un diamètre compris entre et 0,1mm et 1mm, l'un des premier (2) et second (3) fluides étant mis en circulation à l'intérieur desdits micro tubes (4) tandis que l'autre fluide est mis en circulation autour desdits micro-tubes (4) et ce que l'échangeur (1) de chaleur comprend un boîtier (5) dans lequel sont disposés les micro tubes (4), le boîtier (5) comprenant une première entrée (6) communiquant avec une première extrémité des micro-tubes (4), le boîtier (5) comprenant une première sortie (7) communiquant avec une seconde extrémité des micro-tubes (4), le boîtier (5) comprenant également une seconde entrée (8) et une seconde sortie (9) communiquant avec le volume situé autour des micro-tubes (4). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les micro-tubes (4) sont constitués de l'un au moins des matériaux suivants : polyétheréthercétone (PEEK), Polytétrafluoroéthylène (PTFE), Polyétherimide, polyimides, polyamides, polycarbonates ou tout autre matériau plastique compatibles avec un usage auxdites basses températures. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les micro-tubes (4) sont constitués d'un matériau comprenant un mélange de polyétherimide (« Ultem ») et de Peek. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les micro-tubes (4) sont constitués d'un matériau ayant une masse volumique comprise entre à 2700kg/m3 et 900kg/m3 et notamment inférieure à 1500kg/m3. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les micro-tubes (4) ont un diamètre compris entre 0,1mm et 5mm. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le différentiel de pression entre la pression du fluide (2) mis en circulation dans les micro-tubes (4) et, la pression du fluide (3) mis en circulation autour des micro-tubes (4) est compris entre 1 bar et 100bar et notamment compris entre 10 et 50bar. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les micro-tubes (4) sont disposés en faisceau selon une direction longitudinale dans le boîtier (5). 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les micro-tubes (4) sont enroulés en hélice, de préférence répartis autour d'un mandrin (20) central de support. 9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que l'une au moins des deux extrémités longitudinales du faisceau de micro-tubes (4) comprend une couche (13) de matériau rigide tel qu'un thermodurcissable assurant la cohésion du faisceau de micro-tubes, le boîtier (5) abritant au moins un organe (11, 12) élastique contraint selon la direction longitudinale entre une butée formée dans le boîtier (5) et une extrémité longitudinale du faisceau de micro-tubes, pour assurer le maintien longitudinal du faisceau de micro-tubes tout en permettant une dilatation ou une contraction relativement au boîtier (5) selon la direction longitudinale. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'organe élastique comprend au moins l'un parmi : un ressort (11), un ressort hélicoïdal, une ou plusieurs de rondelles (12) élastiques notamment de type Belleville. 11. Procédé selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que le boîtier (5) comprend une zone élastique (14) selon la direction longitudinale telle qu'un soufflet. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il assure un échange de chaleur entre plus de deux fluides, c'est-à-dire que des portions distinctes des micro-tubes (4) et/ou du volume autour des micro-tubes (4) accueillent des flux distincts de fluide(s) en vue d'échanges thermiques dans l'échangeur de chaleur (1). 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le refroidissement est réalisé dans un processus de réfrigération et/ou de liquéfaction cryogénique d'un fluide, l'échangeur (1) de chaleur étant situé dans un dispositif de réfrigération et/ou de liquéfaction cryogénique. 14. Dispositif de refroidissement cryogénique d'au moins un premier fluide par échange thermique avec au moins un second fluide comprenant un échangeur (1) de chaleur assurant un échange de chaleur entre le premier fluide et le second fluide, le premier et/ou le second fluide étant à une température comprise entre -100°C et -273°C, l'échangeur (1) de chaleur étant du type à micro-tubes polymères c'est-à-dire comprenant une pluralité de micro-tubes (4) en polymère et ayant un diamètre compris entre et 0,1mm et 1mm, et ce que l'échangeur (1) de chaleur comprend un boîtier (5) dans lequel sont disposés les micro-tubes (4), le boîtier (5) comprenant une première entrée (6) communiquant avec une première extrémité des micro-tubes (4), le boîtier (5) comprenant une première sortie (7) communiquant avec une seconde extrémité des micro-tubes (4), le boîtier (5) comprenant également une seconde entrée (8) et une seconde sortie (9) communiquant avec le volume situé autour des micro-tubes (4), une mise en circulation d'au moins un fluide à l'intérieur desdits micro-tubes (4) et une mise en circulation de l'autre fluide autour desdites micro-tubes. 15. Dispositif de refroidissement selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit (15) de travail contenant un fluide de travail, le circuit (15) de travail comprenant au moins un compresseur (16) du gaz de travail, au moins un échangeur (1) de chaleur de refroidissement du fluide comprimé, au moins un organe (17) de détente du fluide de travail, au moins un échangeur (1) de chaleur de réchauffage du fluide de travail détendu, caractérisé en ce que le au moins un échangeur (1) de chaleur de refroidissement et/ou le au moins un échangeur (1) de chaleur de réchauffage est du type à micro tubes polymères c'est-à-dire comprenant une pluralité des micro tubes (4) en polymère et ayant un diamètre compris entre et 0,1mm et 10mm, et comprenant des entrées (6, 8) et sorties (7, 9) pour un premier flux de fluide de travail et un autre fluide ayant une température distincte de la température du premier flux de fluide de travail, pour assurer un échange thermique entre le premier flux de fluide de travail et l'autre fluide. |
L'invention concerne un procédé et un dispositif de refroidissement cryogénique.
L'invention concerne plus particulièrement un procédé de refroidissement cryogénique d'un premier fluide par échange thermique avec au moins un second fluide dans un échangeur de chaleur, le premier fluide et/ou le second fluide étant à une température comprise entre -100°C et -273°C.
La structure des échangeurs de chaleur cryogéniques est généralement encombrante, coûteuse et massive. On connaît par exemple les échangeurs à plaques où à tubes en aluminium ou métalliques. Ce type d'échangeur est ainsi mal adapté pour certaines applications où la masse ou le volume sont critiques (embarquées dans des engins flottants ou volants par exemple). D'autres technologies moins massives sont connues (par exemple, des échangeurs de type tube-calandre avec des tubes en polymère) mais ne sont pas adaptées à des applications dans des plages de températures cryogéniques (inférieures à moins 100°C par exemple) car ces échangeurs sont fragilisés à ces températures et ne sont pas capables de supporter des différentiels de pression et/ou rencontrent des problèmes d'étanchéité et de performance .
Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus.
A cette fin, le dispositif selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci- dessus, est essentiellement caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur est du type à micro-tubes polymères c'est-à-dire comprenant une pluralité de micro-tubes en polymère et ayant un diamètre compris entre et 0,1mm et 1cm, l'un des premier et second fluides étant mis en circulation à l'intérieur desdits micro-tubes tandis que l'autre fluide est mis en circulation autour desdits micro-tubes.
Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : les micro-tubes sont constitués de l'un au moins des matériaux suivants : polyétheréthercétone (PEEK),
Polytétrafluoroéthylène (PTFE), Polyétherimide, polyimide(s), polyamide (s), polycarbonate(s) ou tout autre matériau plastique compatibles avec un usage auxdites basses températures, les micro-tubes sont constitués d'un matériau comprenant un mélange de polyétherimide (« Ultem ») et de Peek, les micro-tubes sont constitués d'un matériau ayant une masse volumique comprise entre à 2700kg/m 3 et 900kg/m 3 et notamment inférieure à 1500kg/m 3 les micro-tubes ont un diamètre compris entre 0,1mm et 5mm, le différentiel de pression entre la pression du fluide mis en circulation dans les micro-tubes et, la pression du fluide mis en circulation autour des micro-tubes est compris entre 1 bar et 100bar et notamment compris entre 10 et 50bar, l'échangeur de chaleur comprend un boîtier dans lequel sont disposés les micro-tubes, le boîtier comprenant une première entrée communiquant avec une première extrémité des micro-tubes, le boîtier comprenant une première sortie communiquant avec une seconde extrémité des micro-tubes, le boîtier comprenant également une seconde entrée et une seconde sortie communiquant avec le volume situé autour des micro-tubes, les micro-tubes sont disposés en faisceau selon une direction longitudinale dans le boîtier, les faisceaux sont disposés parallèles à la direction longitudinale et sont de préférence rectilignes, les micro-tubes sont enroulés en hélice, de préférence répartis autour d'un mandrin central de support, l'une au moins des deux extrémités longitudinales du faisceau de micro-tubes comprend une couche de matériau rigide tel qu'un thermodurcissable assurant la cohésion du faisceau de micro-tubes, le boîtier abritant au moins un organe élastique contraint selon la direction longitudinale entre une butée formée dans le boîtier et une extrémité longitudinale du faisceau de micro-tubes, pour assurer le maintien longitudinal du faisceau de micro-tubes tout en permettant une dilatation ou une contraction relativement au boîtier selon la direction longitudinale, l'organe élastique comprend au moins l'un parmi : un ressort, un ressort hélicoïdal, une ou plusieurs de rondelles élastiques notamment de type Belleville, le boîtier comprend une zone élastique selon la direction longitudinale telle qu'un soufflet, le procédé assure un échange de chaleur entre plus de deux fluides, c'est-à-dire que des portions distinctes des micro tubes et/ou du volume autour des micro-tubes accueillent des flux distincts de fluide(s) en vue d'échanges thermiques dans l'échangeur de chaleur, le refroidissement est réalisé dans un processus de réfrigération et/ou de liquéfaction cryogénique d'un fluide, l'échangeur de chaleur étant situé dans un dispositif de réfrigération et/ou de liquéfaction cryogénique.
L'invention concerne également un dispositif de refroidissement cryogénique d'au moins un premier fluide par échange thermique avec au moins un second fluide comprenant un échangeur de chaleur assurant un échange de chaleur entre le premier fluide et le second fluide, le premier et/ou le second fluide étant à une température comprise entre -100°C et -273°C, l'échangeur de chaleur étant du type à micro-tubes polymères c'est-à-dire comprenant une pluralité de micro-tubes en polymère et ayant un diamètre compris entre et 0,1mm et 10mm, l'échangeur de chaleur comprenant des entrées et sorties pour les premier et second fluide assurant une mise en circulation d'au moins un fluide à l'intérieur desdits micro-tubes et une mise en circulation de l'autre fluide autour desdites micro-tubes.
Par ailleurs, selon des caractéristiques possibles : l'échangeur comprend un circuit de travail contenant un fluide de travail, le circuit de travail comprenant au moins un compresseur du gaz de travail, au moins un échangeur de chaleur de refroidissement du fluide comprimé, au moins un organe de détente du fluide de travail, au moins un échangeur de chaleur de réchauffage du fluide de travail détendu, le au moins un échangeur de chaleur de refroidissement et/ou le au moins un échangeur de chaleur de réchauffage est du type à micro-tubes polymères c'est-à-dire comprenant une pluralité des micro-tubes en polymère et ayant un diamètre compris entre et 0,1mm et 10mm, et comprenant des entrées et sorties pour un premier flux de fluide de travail et un autre fluide ayant une température distincte de la température du premier flux de fluide de travail, pour assurer un échange thermique entre le premier flux de fluide de travail et l'autre fluide.
L'invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci- dessus ou ci-dessous dans le cadre des revendications.
D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures dans lesquelles :
[Fig. 1] représente une vue en coupe longitudinale, schématique et partielle, illustrant un premier exemple de structure et de fonctionnement d'un échangeur de chaleur de refroidissement selon l'invention,
[Fig. 2] représente une vue en coupe longitudinale, schématique et partielle, illustrant un deuxième exemple de structure et de fonctionnement d'un échangeur de chaleur de refroidissement selon l'invention, [Fig. 3] représente une vue en coupe longitudinale, schématique et partielle, illustrant un troisième exemple de structure et de fonctionnement d'un échangeur de chaleur de refroidissement selon l'invention,
[Fig. 4] représente un détail agrandi de l'échangeur de chaleur de la [Fig. 3],
[Fig. 5] représente une vue en coupe d'un exemple d'organe élastique pouvant être utilisé dans un tel échangeur de chaleur,
[Fig. 6] représente une vue en coupe longitudinale, schématique et partielle, illustrant un quatrième exemple de structure et de fonctionnement d'un échangeur de chaleur de refroidissement selon l'invention,
[Fig. 7] représente une vue schématique et partielle illustrant un exemple de structure et de fonctionnement d'un dispositif de réfrigération cryogénique pouvant utiliser un échangeur de chaleur de refroidissement selon l'invention,
[Fig. 8] illustre une vue en coupe longitudinale d'un autre exemple de réalisation d'un tel échangeur de chaleur de refroidissement .
L'échangeur 1 de chaleur de refroidissement cryogénique schématisé à la figure 1 assure le refroidissement d'un premier fluide 2 par échange thermique avec un second fluide 3. Par exemple le premier fluide 2 et/ou le second fluide 3 est une température comprise entre -100°C et -273°C. Bien qu'optimale aux températures cryogéniques, l'invention peut être utilisée aussi à la température ambiante ou entre la température ambiante et les températures cryogéniques. L'échangeur 1 de chaleur est du type à micro-tubes polymères c'est-à-dire comprenant une pluralité de micro-tubes 4 en polymère et ayant un diamètre compris entre et 0,1mm et 1cm. Par exemple le premier 2 fluide est mis en circulation à l'intérieur desdits micro-tubes 4 tandis que le second fluide 3 est mis en circulation autour desdites micro-tubes 4. Les micro-tubes 4 sont de préférence non poreux.
Les micro-tubes 4 sont constitués de préférence de l'un au moins des matériaux suivants : polyétheréthercétone (PEEK), Polytétrafluoroéthylène (PTFE), Polyétherimide polyimides, polyamides, polycarbonates, par exemple un mélange de 50% de polyétherimide (« Ultem ») et 50% de Peek et notamment tout matériau approprié compatible avec les températures cryogéniques. Ce mélange PEEK/Ultem peut être extrudé sous la forme d'un matériau amorphe dont la température de transition vitreuse (Tv, ou Tg en anglais) est d'environ 180°C. Ce mélange, contrairement aux matériaux utilisés dans la littérature ne nécessite aucun recuit. De plus, ce mélange est essentiellement non cristallin, il est assez résistant et flexible tel qu'il est fabriqué. D'autres matériaux cristallins cités dans la littérature auraient des coefficients de dilatation thermique (CTE) relativement élevés, certains dépassant 80 ppm/°C.
Étant donné que l'échangeur de chaleur doit fonctionner sur une très large plage de températures, il est essentiel que les matériaux de construction aient des coefficients de dilatation thermique (CTE) étroitement adaptés. Cela est nécessaire pour que les différents composants de l'appareil puissent se dilater et se contracter à l'unisson sur la plage de température de fonctionnement. Il est essentiel que les CTE soient étroitement alignés pour maintenir la liaison entre le matériau de la plaque tubulaire et les tubes d'échange thermique ainsi qu'entre la plaque tubulaire et le mandrin du faisceau de support structurel. Tous les composants structurels du module sont sélectionnés pour leurs CTE étroitement alignés ou homogènes proches.
Ainsi, le coefficient de dilatation thermique (CTE) du PEEK est de 45, le coefficient de dilatation thermique de l'Ultem est de 45 et le coefficient de dilatation thermique de la résine Epoxy est par exemple égale à 55. Ce matériau constitutif est compatible avec les températures cryogéniques (jusqu'à quelques degrés Kelvin par exemple) et peut supporter des différentiels de pression importants (pouvant par exemple atteindre de l'ordre de lOObar).
Les micro-tubes 4 sont constitués de préférence d'un matériau ayant une masse volumique inférieure à 2700kg/m 3 et notamment inférieure à 1500kg/m 3 et par exemple comprise entre 900kg/m3 et 2700kg/m3.
Les micro-tubes 4 ont de préférence une épaisseur comprise entre 0,01mm et 1mm notamment 0,05mm. De plus les micro-tubes 4 ont de préférence un diamètre de l'ordre de 0,1 à plusieurs millimètres, notamment un millimètre.
Ceci permet un échange de chaleur important entre les deux fluides tout en limitant le volume et la masse de l'échangeur de chaleur. La résistance mécanique au différentiel de pression entre les parties de l'échangeur soumises à une haute pression et les parties soumises à une pression plus basse n'est pas affectée, au contraire.
Le différentiel de pression entre la pression du fluide 2 mis en circulation dans les micro-tubes 4 et, la pression du fluide 3 mis en circulation autour des micro-tubes 4 peut être compris entre 1 bar et 100 bar et notamment entre 10 et 50bar.
L'échangeur 1 de chaleur peut comprendre un boîtier 5 dans lequel sont disposés les micro-tubes 4. Le boîtier 5 comprend une première entrée 6 communiquant avec une première extrémité des micro-tubes 4 et une première sortie 7 communiquant avec une seconde extrémité des micro-tubes 4. Le boîtier 5 comprenant également une seconde entrée 8 et une seconde sortie 9 communiquant avec le volume situé autour des micro-tubes. Ces deux paires d'entrée/sortie définissent deux circuits indépendants pour deux fluides. Comme illustré, les micro-tubes 4 peuvent être disposés en faisceau, par exemple parallèles selon une direction longitudinale dans le boîtier 5 (et notamment rectilignes ou sensiblement rectilignes), ou selon toute autre configuration géométrique .
Par exemple, les micro-tubes 4 peuvent être enroulés en hélice et par exemple répartis de manière organisée autour d'un mandrin central de support. Cet enroulement hélicoïdal peut servir non seulement à contrôler la densité de tassement des tubes, mais fournit également un mécanisme unique pour combattre le retrait dimensionnel potentiel des tubes à basse température. Dans les appareils dont les micro-tubes sont orientés parallèlement, le retrait des tubes dû à la contraction thermique peut potentiellement exercer une contrainte sur les micro-tubes 4 peuvent qui sera transmise à la plaque tubulaire. Cette contrainte peut entraîner une rupture de la liaison entre le matériau de la plaque tubulaire et les tubes individuels ou, dans des cas extrêmes, une défaillance de la plaque tubulaire ou du collecteur lui-même.
Les micro-tubes 4 enroulés en hélice permettent de soulager la contrainte de retrait en modifiant leur angle d'enroulement dans le dispositif. Les micro-tubes 4 peuvent ne sont donc pas soumis à une tension axiale lors de leur rétrécissement.
La [Fig. 8] illustre une vue en coupe longitudinale d'un exemple possible de réalisation d'un tel échangeur de chaleur avec des micro-tubes 4 enroulés en hélice autour d'un mandrin 20 central. Le faisceau de micro-tubes 4 enroulés peut former ainsi une entité tubulaire dont les deux extrémités peuvent être montées respectivement sur des axes de deux inserts 21, 22 montés aux extrémités du mandrin 20.
La surface périphérique (par exemple cylindrique) du faisceau de micro-tubes 4 peut être revêtue d'un enroulement ou d'une couche 23 de protection et/ou de maintien. Le fluide 2 mis en circulation dans les micro-tubes 4 peut être admis par exemple transversalement à une entrée à une extrémité longitudinale de l'échangeur et ressortir à l'autre extrémité longitudinale, par exemple via des passages 24 débouchant au travers du mandrin 20 et sortir via un passage central d'un insert 22. Le fluide de refroidissement peut lui transiter longitudinalement autour des micro-tubes 4 selon une direction opposée à la progression longitudinale du premier fluide 2.
De plus, l'une et de préférence les deux extrémités longitudinales du faisceau de micro-tubes 4 comprend une couche 13 de matériau rigide tel qu'un thermodurcissable (résine époxy ou autre) assurant la cohésion du faisceau de micro-tubes et résistant aux températures cryogéniques. Cette zone rigide peut notamment être utilisée pour assurer une étanchéité entre les deux circuits de fluide (par exemple via un ou des joints 18, notamment des joints toriques interposés entre le boîtier 5 et la couche 13 de résine (tel qu'illustré à la [Fig. 3]).
Cette masse ou couche 13 de matériau résineux solide lie les micro-tubes 4 aux extrémités pour empêcher le fluide à haute pression de communiquer avec le fluide à basse pression lorsque le module fonctionne. La résine utilisée pour cette partie se lie de façon fiable avec le matériau constitutif des micro-tubes 4 et a également une température de transition vitreuse Tg élevée (par exemple de l'ordre de 150 °C).
Cette adhésion entre la résine et les micro-tubes 4 est améliorée par l'utilisation des matériaux précités constituant les micro tubes 4. En effet, le PEEK est un matériau cristallin dont la surface est relativement "glissante" en raison de son faible coefficient de frottement. Par conséquent, il est généralement difficile de le lier à une résine adhésive. L'incorporation de polyétherimide (Ultem) ou équivalent comme précité dans la composition micro-tubes 4 produit une structure amorphe. L'alliage donne donc à la résine plus de possibilités de "liaison » pour une meilleure adhérence.
Comme illustré à la [Fig. 3] ou la [Fig. 4], le boîtier 5 peut abriter au moins un organe 11 élastique contraint selon la direction longitudinale entre une butée formée dans le boitier 5 et une extrémité longitudinale du faisceau de micro-tubes, pour assurer le maintien longitudinal du faisceau de micro-tubes tout en permettant sa dilatation ou sa contraction relativement au boîtier 5 selon la direction longitudinale. Ainsi, une extrémité longitudinale du faisceau de micro-tubes peut être bloquée longitudinalement tandis que l'autre peut être libre longitudinalement et maintenue par l'organe 11 élastique. Ceci permet d'absorber des contractions/dilatation du faisceau de micro-tubes lorsque le faisceau est soumis à des variations de température tout en conservant l'étanchéité.
Comme illustré à la [Fig. 3] ou la [Fig. 4], l'organe élastique peut comprendre ou être constitué d'un ressort 11, notamment hélicoïdal. Bien entendu, une ou plusieurs rondelles 12 élastiques empilées notamment de type Belleville peuvent être envisagées comme schématisé à la [Fig. 5].
Le premier fluide 2 (gaz ou liquide par exemple à haute pression comprise entre 5 bars et 100 bars) peut entrer via l'entrée 6 (à gauche à la [Fig. 1]), pénétrer dans les micro-tubes 4 et ressortir à l'autre extrémité via la sortie 7. Simultanément, le second fluide 3 (gaz ou liquide par exemple à basse pression comprise entre 1 bar et 99bar) entre dans le boîtier 5 via une entrée (en partie supérieure à la [Fig. 1]), circule autour des micro-tubes 4 et sort via la sortie 9 (en partie inférieure à la [Fig. 1]).
Le mode de réalisation de la [Fig. 2] se distingue de celui de la [Fig. 1] uniquement en ce que des déflecteurs 19 transversaux sont prévus dans le boîtier 5 pour forcer le second fluide à serpenter autour des micro-tubes 4 entre l'entrée 8 et la sortie 9. Ceci améliore l'efficacité de l'échange thermique.
Le boîtier 5 peut être constitué de matériau composite, de résine époxy avec fibres de verre, polymère, métallique ou tout autre matériau approprié et notamment le même matériau que celui constituant les micro-tubes 4. Ceci minimise les différentiels de contraction entre le boîtier 5 et les micro-tubes 4.
Le différentiel de pression entre la pression du fluide circulant dans les micro-tubes 4 (par exemple à haute pression) et la pression du fluide circulant autour des micro-tubes (par exemple à basse pression) peut être de l'ordre de quelques bars ou plusieurs dizaines de bar, par exemple de l'ordre de cent bar. Comme illustré à la [Fig. 6], le boîtier 5 peut comprendre une zone élastique 14 selon la direction longitudinale telle qu'un soufflet pour absorber des variations de dimensions dues aux changements de température.
Un tel échangeur 11 de chaleur cryogénique est particulièrement efficace, compact et léger par rapport aux échangeurs cryogéniques connus. Un tel échangeur peut être utilisé notamment comme échangeur de refroidissement dans un dispositif de réfrigération et/ou de liquéfaction.
L'échangeur 1 de chaleur peut en particulier peut être utilisé dans un refroidisseur liquéfacteur de type « Turbo Brayton ».
La [Fig. 7] illustre un exemple de dispositif 10 de refroidissement. Celui-ci comprend un circuit 15 de travail contenant un fluide de travail (hélium et/ou hydrogène et/ou argon et/ou azote et/ou tout autre gaz).
Le circuit 15 de travail comprend au moins un compresseur 16 du gaz de travail, au moins un échangeur 1 de chaleur de refroidissement du fluide comprimé, au moins un organe 17 de détente du fluide de travail, au moins un échangeur 117 de chaleur de réchauffage du fluide de travail détendu. L'organe de détente peut comprendre par exemple au moins l'un parmi une turbine, une vanne Joule-Thomson, au moins un orifice... Par exemple le au moins un échangeur 1 de chaleur de refroidissement et/ou le au moins un échangeur 1 de chaleur de réchauffage peut être un échangeur 1 de chaleur du type précité à micro-tubes polymères.
Par exemple, un tel échangeur 1 de chaleur peut être utilisé dans un tel dispositif comme échangeur de chaleur à contre- courant pour mettre en échange thermique le fluide de travail dans deux états distincts du cycle.
Par exemple, à une extrémité de l'échangeur 1 de chaleur (à droite à la [Fig. 7]) la température du fluide est diminuée dans l'échangeur 1 de chaleur (par exemple de la température ambiante non cryogénique jusqu'à une température cryogénique notamment entre 130K et 4K) tandis qu'à une autre extrémité (à gauche sur la [Fig. 7]) un flux de ce fluide est réchauffé (par exemple d'une température cryogénique jusqu'à une température non cryogénique).
Bien entendu, l'échangeur 1 de chaleur n'est pas limité aux exemples ci-dessus. Ainsi, par exemple, l'échanger de chaleur peut être configuré pour réaliser un échange de chaleur entre plus de deux fluides (trois, quatre ou plus). C'est-à-dire que des portions distinctes des micro-tubes 4 et/ou du volume autour des micro-tubes 4 peuvent accueillir des flux distincts de fluides (fluides différents ou fluide de même nature mais à des températures différentes ou semblables) en vue d'échanges thermiques dans l'échangeur de chaleur 1.
Un tel échangeur 1 de chaleur peu le cas échant assurer un échange thermique avec un autre fluide (azote liquide par exemple).
Un tel échangeur 1 de chaleur peut notamment être utilisé pour assurer un pré-refroidissement du fluide avec un fluide froid caloporteur (azote liquide, ou tout autre fluide).
Un tel échangeur 1 de chaleur peut également être utilisée pour le refroidissement du fluide de travail à la sortie d'un compresseur. Dans ce cas le fluide de travail peut être mis en échange de chaleur avec un fluide caloporteur tel que de l'eau par exemple. Dans ce cas les fluides mis en échange thermique ne sont pas forcément à des températures cryogéniques et pourrait être remplacé par un échangeur de chaleur plus classique mais l'intérêt de l'échangeur 1 de chaleur précité reste important. Un tel échangeur 1 de chaleur peut également être utilisé pour réchauffer un fluide cryogénique contenu dans un stockage. L'échangeur 1 de chaleur est par exemple situé à l'extérieur du stockage et assure un échange thermique entre le fluide cryogénique prélevé dans le stockage et un fluide plus chaud (air, eau ou autre fluide caloporteur) pour le vaporiser.
A titre d'exemple, un tel échangeur 1 de chaleur peut être utilisé pour refroidir et/ou réchauffer de l'azote, de l'hélium, de l'hydrogène, de l'argon ou un mélange de tout ou partie de ces composants sous forme cryogénique par échange de chaleur avec un fluide cryogénique ou non : azote, hélium, hydrogène, argon ou un mélange de tout ou partie de ces derniers et/ou de 1'eau.