Réfrigérateurs Turbo-Brayton – 2-5 K - 200 K [ Retour vers Equipements vol pour la réfrigération ]
Grande efficacité thermodynamique, forte puissance, fiabilité élevée, très peu de vibrations exportées, souplesse d’utilisation pour la cryogénie spatiale
Ces refroidisseurs utilisent une turbomachine à haute vitesse et permettent d’obtenir une très large gamme de puissances froides de 0,1 à 100 W à des températures variant de 2-5 K à 200 K, voire plus selon le fluide utilisé.
Leur originalité essentielle concerne le montage de tous les éléments actifs sur un même arbre, ce qui permet d’obtenir une très grande compacité et une efficacité élevée.
Les turbomachines sont composées : d’une roue de turbine qui réalise la détente du gaz de cycle, d’une roue de compresseur qui effectue la compression de ce gaz, d’un moteur électrique à haute vitesse (entre 50 000 et 300 000 rpm) assurant l’apport d’énergie nécessaire à la compression, d’une pivoterie sans contact sustentée par paliers et butées hydrodynamiques à gaz et de 3 échangeurs : un échangeur chaud pour refroidir le gaz à la sortie du compresseur, un échangeur de cycle et un échangeur froid pour extraire la puissance froide.
Les fluide utilisés sont généralement l’azote ou l’hélium Cette technologie de compresseur est potentiellement utilisable pour des applications de régulation thermique à haute température (au dessus de 300 K).
Bénéfices clefs
- Grande fiabilité : cet équipement ne comprend que des pièces rotatives sans frottement ni contact, une conception qui autorise des durées de vie sans aucune maintenance pendant plus de 100 000 h.
- vibrations réduites : le niveau de vibration remarquablement bas (quelques µg à 1500 Hz) rend compatible ces machines avec les très strictes spécifications de microgravité spatiale.
- Très grande souplesse d’utilisation : ces machines sont facilement adaptables à chaque besoin et leur puissance peut être régulée finement sur une grande plage de vitesse sans altération de l’efficacité.
- Production de froid déportée : la production de froid peut être centralisée alors que le fluide caloporteur peut circuler sur de grandes longueurs, permettant d’éloigner la turbomachine de la zone sensible à refroidir.
Principales caractéristiques techniques
- Encombrement de l’échangeur adaptable aux spécifications de l’utilisateur
- Rendement d’un réfrigérateur à cycle de Brayton dépend de la puissance et de la température que l’on souhaite atteindre.
- Réfrigérateur Turbo-Brayton pour la Station Spatiale Internationale : Puissance froide : 100 W à 190 K, Puissance électrique : 800 W, Masse : 8.5 kg, MTBF > 100 000 h (en service depuis juillet 2006)
Référence
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