WO2011110768A1 - Procédé et installation de réfrigération en charge pulsée - Google Patents

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sensor
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Jean-Marc Bernhardt
Pierre Briend
Eric Fauve
David Grillot
Vincent Heloin
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10—Nuclear fusion reactors

Definitions

  • the present invention relates to a method and a refrigeration system in pulsed charge.
  • the invention relates to a method of refrigeration in pulsed charge of an organ of a "Tokamak", that is to say an organ of an intermittent generation plant of a plasma, the method being used a refrigeration device subjecting a working fluid such as helium to a work cycle comprising: compression, cooling and expansion, heat exchange with the member, heating, refrigeration power produced by the refrigeration device being raised to a relatively high level when the Tokamak is in a plasma generation phase while the refrigeration power produced by the refrigeration device is decreased to a relatively low level when the Tokamak is no longer in a phase of generating a plasma.
  • a working fluid such as helium
  • the invention relates more particularly to a method and a refrigeration system in pulsed charge of an organ of a Tokamak, that is to say an organ of an intermittent generation plant of a plasma.
  • a Tokamak ( Russian acronym for “Toroidalnayaloom c Magnitnymi Katushkami”) is an installation capable of producing the physical conditions necessary to obtain fusion energy, in particular a Tokamak intermittently producing plasma, ie a ionized gas that drives electricity.
  • Tokamaks The refrigeration needs of Tokamaks are conditioned by their highly transient operating regime.
  • a Tokamak produces a plasma in a punctual, non-continuous and repeated manner. Plasmas are generated cyclically at regular intervals or randomly on demand.
  • This mode of operation requires a refrigeration requirement called "pulsed charges”. That is, very high refrigeration power is required for a short time (during the plasma generation phase). This strong demand for refrigeration is followed by a longer period (until the next plasma generation) during which the need for power is lower.
  • Tokamak refrigerators are therefore designed to meet this mode of operation.
  • these refrigerators operate in so-called "economizer" mode, which consists in producing a quantity of liquid helium during the waiting phases between the plasmas.
  • the liquid helium produced is stored in a reserve which will be consumed by boiling to cool a Tokamak organ during the plasma generation phases.
  • the cooling capacity of the refrigerator can then be reduced which is a significant energy saving.
  • the power of the refrigerator and reduced to the minimum via a decrease in cycle pressures that is to say a decrease in the pressure level of helium compression in its work cycle).
  • Refrigerator power can also be decreased or increased by acting on cycle rate when a frequency converter is available (i.e., the circulating helium flow in the duty cycle is selectively decreased or increased) .
  • a heater is usually provided in the liquid helium supply. This heater is activated so as to consume excess refrigeration power, to maintain a constant liquid level or at least below a maximum threshold.
  • the power regime transition (increase or decrease in the cooling capacity produced) is controlled according to the heater activation power information. That is to say that the electric control signal of the heater is interpreted by means of a "heating curve" which defines the pressure setpoint of the cycle, and / or the frequency of the drive of the compressor station refrigerator.
  • the refrigerator When a new plasma is generated, the refrigerator is switched to produce maximum refrigeration power either manually (by an operator) or depending on the variation of this "heating curve" of the heater.
  • the return of the refrigerator to a regime producing less cold power is usually performed automatically when the power of the heater becomes zero.
  • WO 2009/02740512 describes a method of regulating the cryogenic power delivered to a consumer by a refrigerator, from a refrigeration power produced by the refrigerator.
  • a purpose of the present invention is to avoid all or part of the disadvantages of the prior art noted above.
  • the object of the present invention is to provide an improved refrigeration method and installation compared to the prior art.
  • the method of refrigeration of an organ of a Tokamak according to the invention is essentially characterized in that the increase of the power refrigeration produced by the refrigeration device is triggered automatically in response to a signal produced during a start-up step of a plasma in the Tokamak.
  • the invention thus makes it possible to regulate the refrigeration power of the refrigerator in an automated manner by minimizing the consumption of liquid helium. As will be described below, the invention reduces the overall energy consumption of the refrigerator. The invention makes it possible in particular to reduce the duration of use of the refrigerator to its maximum refrigeration power.
  • embodiments of the invention may include one or more of the following features:
  • the signal is generated during a predetermined modification of a physical parameter observable at the Tokamak level
  • the signal is generated during a predetermined modification of at least one of the following physical parameters: a predetermined increase in the internal temperature of the Tokamak, a manual control signal or automatic switching of the Tokamak in a generation phase; a plasma, an electrical signal for measuring pressure and / or electrical current and / or electrical voltage and / or magnetic field, or a signal from an optical-type measuring instrument such as a camera or fibers,
  • the method comprises at least one period during which the refrigeration device liquefies the working fluid and stores liquefied fluid in a buffer reserve, the level of fluid liquefied in a reserve being maintained below a threshold via a selectively activatable heater, at the start of a plasma phase, the increase of the refrigeration power produced by the refrigeration device occurring before a deactivation of the heater and a drop in the level of liquid in the tank, that is to say that the detection signal of the start of a generation of a plasma in the Tokamak is prior to a deactivation of the heater and a drop in liquid level in the the reserve resulting from a fluid vaporization due to the cooling of the Tokamak organ during a plasma,
  • the reduction of the refrigeration power produced by the refrigeration device at a low level is automatically triggered in response to a determined variation of the thermal load of the organ, that is to say a determined variation of the refrigeration requirement of the organ,
  • the reduction of the refrigeration power produced by the refrigeration device is triggered automatically in response to at least one of: a signal for detecting a determined drop in temperature in a fluid loop ensuring the heat exchange between the body and the working fluid, a level rise in a liquid helium storage, an opening threshold of a cold bypass, a turbine speed threshold or cold compressor,
  • the invention may also relate to a refrigeration installation in charge of a body of a "Tokamak", the installation being provided with a refrigeration device comprising a circuit forming a working cycle for a working fluid. such as helium, the circuit of the refrigeration device comprising:
  • a compressor station for the working gas with at least one compressor
  • a pre-cooling / cooling box comprising at least one heat exchanger and at least one expansion device for the working gas leaving the compression station
  • the installation comprising an electronic control logic of the refrigeration device ensuring a regulation of the refrigeration power produced by said refrigeration device, to increase this refrigeration power at a relatively high level when the Tokamak is in a phase of generation of refrigeration; a plasma, the installation being characterized in that the Tokama k includes an emitter of a triggering signal at each start of a plasma generation, the electronic logic comprising a receiver of said trigger signal for automatically control the increase of the refrigeration power produced by the refrigeration device upon receipt of this signal.
  • embodiments of the invention may include one or more of the following features:
  • the installation comprises a sensor measuring the value of a physical parameter observable at the Tokamak level and representative of the start of a generation of a plasma, and in that said sensor sends information to the transmitter with a view to inform the electronic control logic, the sensor comprises at least one of: a sensor of an internal or external temperature of the Tokamak, a switching sensor of the manual or automatic switching control of the Tokamak from a so-called "standby" phase to a generation phase of a plasma, or any other electrical sensor present in the Tokamak instrumentation,
  • the pre-cooling / cooling box comprises a liquefied fluid buffer reservoir during the working cycle, a selectively activatable heater for vaporizing a part of the liquefied fluid of the reserve, a selective heat exchange circuit between the fluid of the reserve and the body
  • the installation comprises a sensor measuring the thermal load of the organ, that is to say a sensor measuring the value of u g randeu r representative of the need for refrigeration of the organ to cool, the sensor measuring the thermal load of the signal sending member to the electronic control logic, said electronic control logic being programmed to reduce the refrigeration power produced by the refrigeration device to a relatively low level in response to a signal for detecting a determined decrease in the thermal load of the organ,
  • the sensor measuring the thermal load of the member comprises at least one of: a temperature sensor in a fluid loop selectively ensuring the heat exchange between the member and the working fluid, a pressure sensor, a measurement of the electric power of the heaters, a speed measurement of turbines and / or cold compressors,
  • said buffer stock of stored liquid being designed to be consumed by boiling by heat exchange with the member during a phase of generation of a plasma
  • the variation of the refrigeration power produced by the refrigeration device being carried out by modifying the cycle pressure, that is to say the pressure level of the compression to which the working fluid is subjected during the work cycle; and / or by modifying the cycle flow rate, that is to say the flow rate of working fluid circulating in the work cycle,
  • the invention may also relate to any alternative device or method comprising any combination of the above or below features.
  • FIG. 1 schematically and partially shows the structure and operation of a refrigeration installation of a Tokamak according to the invention
  • FIG. 2 schematically and partially shows the structure and operation of a refrigeration installation of a Tokamak according to another exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 3 represents, on a same graph, during a plasma PA, the variations as a function of the time t: of the cycle pressure P, of the charge T1 of a Tokamak organ to be cooled,
  • FIG. 4 shows on the same graph, during a plasma PA, the variations as a function of the time t: of the cycle pressure P, of an optional cold bypass B of the installation of FIG. 2,
  • FIG. 5 shows, on a same graph, the variations as a function of the time t: of the cycle pressure P, of the average cycle pressure Pm, of the level N of liquid in the refrigerator reserve during two plasma phases Successive PA for an installation according to the prior art,
  • FIG. 6 represents on the same graph the variations as a function of time t: of the cycle pressure P, of the average cycle pressure Pm, of the N level of liquid in the refrigerator reserve during two plasma phases PA successive for an installation according to the invention.
  • the refrigeration plant shown schematically in FIG. 1 conventionally comprises a refrigeration device 2 comprising a circuit subjecting a working fluid to a work cycle to produce cold.
  • the working fluid comprises or consists of helium.
  • this working fluid is referred to as "helium" in the following description.
  • the circuit of the refrigeration device 2 comprises a compressor station 1 2 provided with at least one compressor 8 which provides a compression of helium.
  • the helium enters a cooling box 32 (possibly with a pre-cooling box 22).
  • the cooling / pre-cooling box 22, 32 comprises one or more exchangers which heat exchange with helium to cool the latter.
  • the cooling / pre-cooling box 22, 32 comprises one or more turbines for relaxing the helium.
  • the cooling / pre-cooling box 22, 32 operates according to a Brayton type cycle.
  • At least a portion of the helium is liquefied at the outlet of the cooling / pre-cooling box 22, 32 and a circuit 4, 7 is provided to ensure a selective heat exchange between the liquid helium and a member 1 to be cooled.
  • the member 1 comprises for example a magnetic field generator obtained using a superconducting magnet and / or one or more cryo-condensation pumping units.
  • the heat exchange circuit 4, 7 may comprise, for example, a tank 4 storing a supply of liquefied helium and pipes 7 and one or exchangers providing indirect heat exchange between the body 1 and the liquid helium.
  • At least a portion of the helium heated during heat exchange with the member 1 is returned to the compressor station.
  • the helium may yield frigories to the exchangers cooling the helium exiting the compression station 12.
  • the member 1 When a plasma is generated in the tokamak 11, the member 1 has a higher thermal load (ie a greater need for refrigeration). The refrigeration power of the refrigeration device 2 must therefore be increased.
  • the installation has an electronic control logic for the refrigeration device 2 which makes it possible in particular to regulate the cooling power produced by said refrigeration device 2.
  • the electronic logic makes it possible to temporarily increase this refrigeration power to a relatively high level (for example a maximum refrigeration) when the Tokamak 11 is in a phase of generating a plasma.
  • the electronic logic controls the reduction of this refrigeration power to a relatively low level (for example the minimum level determined) when the Tokamak 11 is no longer in a phase of generation of a plasma.
  • the variation of the refrigeration power produced by the refrigeration device 2 is conventionally achieved by modifying the pressure P of the cycle, that is to say the pressure level of the compression 12 to which the helium is subjected during the cycle. working.
  • the variation of the refrigeration power produced by the refrigeration device 2 can also be carried out, if necessary, by modifying the cycle flow rate, that is to say by modifying the flow rate of helium circulating in the working cycle.
  • the installation according to the invention does not trigger the increase of the refrigeration power of the device 2 in response to information on the heating curve of a liquid helium reserve heater. According to the invention, this switching between an operating mode with a low refrigeration power and a mode of operation with a high refrigeration power is anticipated relative to the relevant information of the heating curve of the heater.
  • the Tokamak 1 1 comprises a transmitter 1 12 of a signal S during a startup of a plasma.
  • This signal S is sent (wired or wireless) to the electronic logic.
  • the electronic logic may comprise for this purpose a receiver of said signal S. Upon receipt of this signal S, the electronic logic automatically controls the increase of the refrigeration power produced by the refrigeration device 2.
  • the signal S representative of the start of a plasma in the Tokamak is based on a physical parameter observable at or before the Tokamak 11 (and not downstream of the Tokamak 11 as it was the case in the prior art) .
  • the physical parameter taken into account to detect a start of a plasma phase may include at least one of: an internal temperature threshold value of the Tokamak, an electrical control signal, manual control of a starting operator, or any other equivalent means, a measurement of pressure and / or current and / or voltage and / or magnetic field.
  • This advantageous feature makes it possible to detect the start of the plasma generation phase and to exploit the thermal charge transfer time constant between the Tokamak core (the plasma generation zone) and the thermal interface of the refrigerator. (organ 1 to cool). In this way, the installation takes into account the inertia of the system to anticipate the increased need for cooling before it is felt at the level of the body 1.
  • the change in refrigeration power regime is thus carried out so that this maximum power of the refrigerator is immediately available at the arrival of the increased heat load.
  • the change of the refrigeration power is not abrupt (no on-off variation) but according to a smoothed signal, for example via less partially smoothed.
  • FIG. 3 illustrates this operation: the increase in the cycle pressure P (maximum pressure set point PMAX for increasing the refrigeration power of the device 2) as a function of the time "t" precedes the representative PA signal of a plasma (peak of the curve PA).
  • the curve T1 representing the variation of thermal load applied by the member 1 on the reserve 4 of liquid helium. That is to say, this charge curve T1 reflects the energy of the organ 1 to be dissipated.
  • the set point of P pressure can be reduced optimally by preferably respecting the same slope of decrease until reaching the low pressure (minimum pressure).
  • excess refrigeration power can be induced for a short period of time prior to the actual arrival of the increased heat load.
  • This excess refrigeration power can be regulated by a heater that vaporizes the excess liquid produced or via a cold bypass system that returns a portion of the helium from the cooling box to the compressor station.
  • a cold bypass system is however optional.
  • the pressure and cycle rate variations are advantageously achieved by the concomitant use of the cold bypass valve 30, the storage at ambient temperature, and the liquid helium consumption of the capacity 4. (An example of a principle of operation of such a cold bypass is described in WO2009 / 024705).
  • This solution also makes it possible to avoid the considerable energy consumption of a heater and to judiciously limit the amplitudes of temperature variation of the cold box.
  • the use of the heater and / or cold bypass allows the use of any excess refrigeration power to lower the temperature of the heat exchangers in the cooling box. This makes it possible to reduce the flow rate in the turbines of the stages of the cooling box 32.
  • FIGS 5 and 6 show the advantages of the invention over the prior art.
  • FIG. 5 illustrates an operation according to the prior art (increase of the cycle pressure as a function of the variation of the heating curve of the heater).
  • FIG. 6 illustrates an operation according to the invention (increase of cycle pressure in response to signal S produced during a step of starting a generation of a plasma in the Tokamak).
  • the invention thus makes it possible to reduce the overall energy consumption of the installation as the sequence of plasmas progresses.
  • the inventors have thus found that, according to the prior art, when only the "heating curve" of the heater is used, the changes in refrigeration power of the device 2 are lagging with respect to the thermal load of a plasma.
  • the invention makes it possible to improve the concordance between the cooling power of the device 2 and the refrigeration requirements. This is achieved while decreasing
  • Figure 2 illustrates the application of the invention to a particular example of refrigerator 2 (non-imitative example).
  • the compressor station 12 of the installation of FIG. 2 comprises three compressors 8.
  • the compression station 12 may include a bypass line 18 to a buffer storage 16.
  • a valve system 17 regulates the helium transfer between the working circuit and the buffer storage.
  • conventionally pipes 19 provided with respective valves may be provided to ensure selective returns of compressed helium to certain compression stages.
  • the helium is admitted into a pre-cooling box 22 in which the helium is cooled by heat exchange with one or more exchangers 10 and optionally expanded in turbines.
  • a conduit 20 provided with a valve may be provided to selectively return helium to the compressor station 12.
  • Helium is then admitted to a cooling box.
  • the helium is cooled by heat exchange with one or more exchangers and possibly expanded in one or on the other.
  • a cold bypass line 31 provided with a valve 30 may be provided to return expanded helium to the compressor station 12.
  • the liquefied helium is mainly stored in a reserve 4.
  • This reserve 4 of liquid helium constitutes a reserve of frigories intended to heat exchange with the organ 1 to be cooled.
  • the cooling is carried out for example via a loop circuit 7 and provided with a pump 122.
  • a part of the liquefied helium can be taken upstream of the reserve 4 (bypass line 21 and valve 23) to feed another reservoir forming an auxiliary reserve 24.
  • the auxiliary liquid helium reserve (which is optional) may be provided for use in a cryogenic pumping system of the facility (or for cooling any other charge). thermal).
  • the cooling circuit of the member 1 may comprise a bypass loop to this other heat load.
  • the heated helium from the reserves 4,24 is then returned to the compression station 12. When it returns, helium can give up cold to the exchangers 10 of the cooling and pre-cooling boxes 22.
  • the electronic logic (which may include a microprocessor) is connected to the compressor station to regulate the refrigeration power.
  • the electronic logic is also connected to the reserve heater 4 to regulate the level of liquid helium therein.
  • the Tokamak 1 1 comprises a sensor 1 1 1 measuring the value of a physical parameter observable at the level of Tokama k 1 1 and representative of the start of a plasma.
  • the sensor 1 1 1 is relayed by a transmitter January 12 which sends the information to a receiver 1 15 electronic logic.
  • a temperature sensor 6 on the loop 7 of fluid flowing between the refrigerator and the member 1 also informs the electronic logic.
  • the electronic logic controls the decrease of the refrigeration power setpoint.
  • the end of the plasma phase can be detected by any other means, for example via the heating curve of the heater 5, via a parameter at the level of the Tokamak, or via other observables internal to the refrigerator, such as the turbine speeds, or cold compressors. Indeed, if it is deliberately chosen not to regulate the speeds of the turbines, they will naturally vary depending on the need, and will become indicators of the thermal load applied to liquid helium.
  • Figure 4 illustrates the operation when the installation has a cold bypass (see references 30, 31 figure 2).
  • the numerical computer can use for example a simple parameterizable arithmetic function or an internal model of state prediction to obtain a finer regulation, for optimum energy consumption.
  • Figure 4 illustrates the operation when the installation has a cold bypass (see references 30, 31 figure 2).
  • the maximum pressure setpoint P is given to the compression station 12.
  • the refrigeration device 2 is still in reduced operating mode, and the cold bypass valve 30 is open (the reference temperature Tref increases, see the rise in the valve opening percentage, curve B).
  • This opening of the cold bypass limits the power of the refrigerator.
  • the actual pressure applied in the compressor station 12 and the resulting effects will depend on the numerical control method employed to drive the compressor station.
  • the control can use a predefined internal model, a "PID" type control, LQR type multivariable commands or other ....

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Abstract

Procédé et dispositif de réfrigération en charge pulsée d'un organe (1) d'un «Tokamak» (11), c'est-à-dire un organe (1) d'une installation (11) de génération intermittente d'un plasma, le procédé utilisant un dispositif (2) de réfrigération soumettant un fluide de travail tel que de l'hélium à un cycle (3) de travail comportant: une compression (12), un refroidissement et une détente (22, 11), un échange thermique (32) avec l'organe (1), un réchauffement, la puissance de réfrigération produite par le dispositif (2) de réfrigération étant augmentée à un niveau relativement élevé lorsque le Tokamak (11) est dans une phase de génération d'un plasma tandis que la puissance de réfrigération produite par le dispositif (2) de réfrigération est diminuée à un niveau relativement bas lorsque le Tokamak (11) n'est plus dans une phase de génération d'un plasma, caractérisé en ce que l'augmentation de la puissance de réfrigération produite par le dispositif (2) de réfrigération est déclenchée automatiquement en réponse à un signal (S) produit lors d'une étape de démarrage d'un plasma dans le Tokamak.

Description

Procédé et installation de réfrigération en charge puisée
La présente invention concerne un procédé et une installation de réfrigération en charge puisée.
L'invention concerne en particulier un procédé de réfrigération en charge puisée d'un organe d'un « Tokamak», c'est-à-dire un organe d'une installation de génération interm ittente d'un plasma, le procédé util isant un d ispositif de réfrigération soumettant un fluide de travail tel que de l'hélium à un cycle de travail comportant: une compression, un refroidissement et une détente, un échange thermique avec l'organe, un réchauffement, la puissance de réfrigération produite par le dispositif de réfrigération étant augmentée à un niveau relativement élevé lorsque le Tokamak est dans une phase de génération d'un plasma tandis que la puissance de réfrigération produite par le dispositif de réfrigération est diminuée à un niveau relativement bas lorsque le Tokamak n'est plus dans une phase de génération d'un plasma.
L'invention concerne plus particulièrement un procédé et une installation de réfrigération en charge puisée d'un organe d'un Tokamak, c'est-à-dire un organe d'une installation de génération intermittente d'un plasma.
Un Tokamak (acronyme russe de « Toroidalnaya Kamera c Magnitnymi Katushkami » est une installation capable de produire les conditions physiques nécessaires pour obtenir une énergie de fusion. En particulier, un Tokamak produit de façon intermittente le plasma, c'est-à-dire un gaz ionisé qui conduit l'électricité.
Les besoins de réfrigération des Tokamak sont conditionnés par leur régime de fonctionnement fortement transitoire. Un Tokamak produit un plasma de façon ponctuelle, non continue et répétée. Les plasmas sont générés de façon cyclique à intervalles réguliers ou bien de façon aléatoire, à la demande.
Ce mode de fonctionnement nécessite un besoin en réfrigération dit en « charges puisées ». C'est-à-dire qu'une puissance de réfrigération très importante est nécessaire pendant un temps bref (pendant la phase de génération du plasma). Cette forte demande de réfrigération est suivie d'une une période plus longue (jusqu'à la génération du plasma suivant) durant laquelle le besoin de puissance est plus faible.
Les réfrigérateurs de Tokamak sont donc conçus pour répondre à ce mode de fonction nement. Ainsi, ces réfrigérateurs fonctionnent en mode dit « économiseur », qui consiste à produire une quantité d'hélium liquide pendant les phases d'attente entre les plasmas. L'hélium liquide produit est stocké dans une réserve qui sera consommée par ébullition pour refroidir un organe du Tokamak pendant les phases de génération de plasma. Lorsque la période d'attente entre deux plasmas est suffisamment longue, le niveau maximum de remplissage de la réserve d'hélium liquide est atteint avant le plasma suivant. La puissance frigorifique du réfrigérateur peut alors être réduite ce qui constitue une économie d'énergie importante. Dans une solution classiquement mise en œuvre, la puissance du réfrigérateur et réduite au minium via une baisse des pressions du cycle (c'est-à-dire une baisse du niveau de pression de compression de l'hélium dans son cycle de travail). La puissance du réfrigérateur peut également être diminuée ou augmentée en agissant sur débit de cycle lorsqu'un variateur de fréquence est disponible (c'est-à-dire que le débit d'hélium circulant dans le cycle de travail est sélectivement diminué ou augmenté).
Un réchauffeur est généralement prévu dans la réserve d'hélium liquide. Ce réchauffeur est activé de façon à consommer la puissance de réfrigération excédentaire, pour maintenir un niveau liquide constant ou au moins en dessous d'un seuil maximum.
Classiquement, la transition de régime de puissance (augmentation ou diminution de la puissance frigorifique produite) est pilotée en fonction de l'information de puissance d'activation du réchauffeur. C'est-à-dire que le signal électrique de commande du réchauffeur est interprété à l'aide d'une « courbe de chauffe » qui définie la consigne de pression du cycle, et/ou de fréquence du variateur de la station de compression du réfrigérateur.
Lorsqu'un nouveau plasma est généré, le réfrigérateur est commuté pour produire une puissance maximale de réfrigération soit manuellement (par un opérateur), soit en fonction de la variation de cette « courbe de chauffe » du réchauffeur.
Lorsque le plasma et terminé et que la puissance de réfrigération requise est moindre, le retour du réfrigérateur vers un régime produisant moins de puissance froide est généralement réalisé de façon automatique lorsque que la puissance du réchauffeur devient nulle.
Le document WO 2009/02740512 décrit un procédé de régulation de la puissance cryogénique fournie à un consommateur par un réfrigérateur, à partir d'une puissance de réfrigération produite par le réfrigérateur.
Ces modes de fonctionnements sont globalement satisfaisants cependant, la consommation énergétique du réfrigérateur reste élevée.
U n but d e l a présente i nvention est de pa l l ier tout ou pa rtie des inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus. En particulier, but de la présente invention est de proposer un procédé et une installation de réfrigération améliorés par rapport à l'art antérieur. A cette fin, le procédé de réfrigération d'un organe d'un Tokamak selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que l'augmentation de la puissance de réfrigération produite par le dispositif de réfrigération est déclenchée automatiquement en réponse à un signal produit lors d'une étape de démarrage d'un plasma dans le Tokamak.
L'invention permet ainsi de réguler de façon automatisée la puissance de réfrigération du réfrigérateur en minimisant la consommation d'hélium liquide. Comme cela sera décrit ci-après, l'invention permet de diminuer la consommation énergétique globale du réfrigérateur. L'invention permet notamment de diminuer la durée d'utilisation du réfrigérateur à sa puissance de réfrigération maximum.
Ceci peut être obtenu selon l'invention en anticipant l'arrivée d'un plasma avant que son effet ne soit ressenti sur la réserve d'hélium.
Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- le signal est généré lors d'une modification prédéterminée d'un paramètre physique observable au niveau du Tokamak,
- le signal est généré lors d'une modification prédéterminée de l'un au moins des paramètres physiques suivants : une augmentation prédéterminée de la température interne du Tokamak, un signal de commande manuel ou automatique de commutation du Tokamak dans une phase de génération d'un plasma, un signal électrique de mesure de pression et/ou de courant électrique et/ou de tension électrique et/ou de champ magnétique, ou un signal issu d'un d'instrument de mesure de type optique tel qu'une caméra ou des fibres,
- lorsque le Tokamak n'est plus dans une phase de génération d'un plasma, le procédé comporte au moins une période durant laquelle le d ispositif de réfrigération liquéfie du fluide de travail et stocke du fluide liquéfié dans une réserve tampon, le niveau de fluide liquéfié dans une réserve étant maintenu en dessous d'un seuil via un réchauffeur sélectivement activable, lors du démarrage d'une phase de plasma, l'augmentation de la puissance de réfrigération produite par le dispositif de réfrigération intervenant avant une désactivation du réchauffeur et une baisse de niveau de liquide dans la réserve, c'est-à-dire que le signal de détection du démarrage d'une génération d'un plasma dans le Tokamak est antérieur à une désactivation du réchauffeur et une baisse de niveau de liquide dans la réserve résultant d'une vaporisation de fluide du fait du refroidissement de l'organe du Tokamak lors d'un plasma,
- la diminution de la puissance de réfrigération produite par le dispositif de réfrigération à un niveau bas est déclenchée automatiquement en réponse à une variation déterminée de la charge thermique de l'organe, c'est-à-dire une variation déterminée du besoin de réfrigération de l'organe,
- la diminution de la puissance de réfrigération produite par le dispositif de réfrigération est déclenchée automatiquement en réponse à l'un au moins parmi : un signal de détection d'une baisse déterminée de température dans une boucle de fluide assurant l'échange thermique entre l'organe et le fluide de travail , une remontée de niveau dans un stockage d'hélium liquide, un seuil d'ouverture d'un by-pass froid, un seuil de vitesse de turbine ou de compresseur froid,
L'invention peut concerner également une installation de réfrigération en charge pu isée d'un organe d'u n « Tokamak», l'installation étant munie d'un dispositif de réfrigération comprenant un circuit formant un cycle de travail pour un fluide de travail tel que l'hélium, le circuit du dispositif de réfrigération comportant:
- une station de compression du gaz de travail mun ie d'au moins un compresseur,
- une boîte de pré-refroidissement/refroidissement comprenant au moins un échangeur de chaleur et au moins un organe de détente du gaz de travail sortant de la station de compression,
- un système d'échange thermique entre le fluide de travail refroidit et l'organe,
- un système de renvoi du fluide ayant échangé thermiquement avec l'organe vers la station de compression,
l'installation comprenant une logique électronique de pilotage du dispositif de réfrigération assurant une régulation de la puissance de réfrigération produite par ledit dispositif de réfrigération, pour augmenter ponctuellement cette puissance de réfrigération à un niveau relativement élevé lorsque le Tokamak est dans une phase de génération d'un plasma, l'installation étant caractérisée en ce que le Tokama k com prend u n émetteu r d 'u n sig nal de déclenchement à chaq ue démarrage d'une génération d'un plasma, la logique électronique comprenant un récepteur dudit signal de déclenchement pour commander automatiquement l'augmentation de la puissance de réfrigération produ ite par le d ispositif de réfrigération à la réception de ce signal.
Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- l'installation comprend un capteur mesurant la valeur d'un paramètre physique observable au niveau du Tokamak et représentatif du démarrage d'une génération d'un plasma, et en ce que ledit capteur envoie une information à l'émetteur en vue d'informer la logique électronique de pilotage, - le capteur comprend au moins parmi : un capteur d'une température interne ou externe du Tokamak, un capteur de commutation de la commande manuel ou automatique de commutation du Tokamak d'une phase dite « de veille » vers une phase de génération d'un plasma, ou tout autre capteur électrique présent dans l'instrumentation du Tokamak,
- la boîte de pré-refroidissement/refroidissement comprend une réserve tampon de fluide liquéfié lors du cycle de travail, un réchauffeur sélectivement activable pour vaporiser une partie du fluide liquéfié de la réserve, un circuit d'échange thermique sélectif entre le fluide de la réserve et l'organe, l'installation comporte un capteur mesurant la charge thermique de l'organe, c'est-à-dire un capteu r mesu rant la valeur d 'u ne g randeu r représentative d u besoin de réfrigération de l'organe à refroidir, le capteur mesurant la charge thermique de l'organe adressant un signal à la logique électronique de pilotage, ladite logique électronique de pilotage étant programmée pour diminuer la puissance de réfrigération produite par le dispositif de réfrigération à un niveau relativement bas en réponse à un signal de détection d'une baisse déterminée de la charge thermique de l'organe,
- le capteur mesurant la charge thermique de l'organe comprend l'un au moins parmi : un capteur de température dans une boucle de fluide assurant sélectivement l'échange thermique entre l'organe et le fluide de travail ,_un capteur de pression, une mesure de puissance électrique des réchauffeurs, une mesure de vitesse de turbines et/ou de compresseurs froids,
- ladite réserve tampon de liquide stocké étant prévue pour être consommée par ébullition par échange thermique avec l'organe lors d'une phase de génération d'un plasma,
- la variation de la puissance de réfrigération produite par le dispositif de réfrigération étant réalisée en modifiant la pression de cycle, c'est-à-dire le niveau de pression de la compression auquel le fluide de travail est soumis au cours du cycle de travail et/ou en modifiant le débit de cycle, c'est-à-dire le débit de fluide de travail circulant dans le cycle de travail,
- les variations de pression et de débit du cycle sont lissées par l'utilisation concomitante de la vanne de commande d'un by-pass froid, d'un stockage à température ambiante, et de la consommation d'hélium liquide de la capacité
L'invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous.
D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures dans lesquelles : - la figure 1 représente de façon schématique et partielle la structure et le fonctionnement d'une installation de réfrigération d'un Tokamak selon l'invention,
- la figure 2 représente de façon schématique et partielle la structure et le fonctionnement d'une installation de réfrigération d'un Tokamak selon un autre exemple de réalisation de l'invention,
- la figure 3 représente, sur un même graphique, lors d'un plasma PA, les variations en fonction du temps t : de la pression de cycle P, de la charge T1 d'un organe du Tokamak à refroidir,
- la figure 4 représente sur un même graphique, lors d'un plasma PA, les variations en fonction du temps t : de la pression de cycle P, d'un by-pass froid B facultatif de l'installation de la figure 2,
- la figure 5 représente, sur un même graphique, les variations en fonction du temps t : de la pression de cycle P, de la pression moyenne de cycle Pm, du niveau N de liquide dans la réserve du réfrigérateur lors de deux phases de plasma PA successives pour une installation selon l'art antérieur,
- la figure 6 représente sur un même graphique, les variations en fonction du temps t : de la pression de cycle P, de la pression moyenne de cycle Pm, du niveau N de liquide dans la réserve du réfrigérateur lors de deux phases de plasma PA successives pour une installation selon l'invention.
Le principe général de fonctionnement va à présent être décrit en référence à la figure 1 .
L' instal l ation de réfrigération schématisée à l a fig ure 1 com prend classiquement un dispositif 2 de réfrigération comprenant un circuit soumettant un fluide de travail à un cycle de travail pour produire du froid. Par exemple, le fluide de travail comprend ou est constitué d'hélium. Par soucis de simplification, ce fluide de travail est désigné « hélium » dans la suite de la description.
Le circuit du d ispositif de réfrigération 2 comprend une station 1 2 de compression munie d'au moins un compresseur 8 qui assure une compression de l'hélium. En sortie de la station de compression 2, l'hélium entre dans une boîte 32 de refroidissement (avec éventuellement une boîte 22 de pré-refroidissement). La boîte 22, 32 de refroidissement/pré-refroidissement comprend un ou plusieurs échangeurs qui échangent thermiquement avec l'hélium pour refroidir ce dernier.
La boîte 22, 32 de refroidissement/pré-refroidissement comprend une ou plusieurs turbines pour détendre l'hélium. De préférence, la boîte 22, 32 de refroidissement/pré-refroidissement fonctionne selon un cycle de type Brayton.
Au moins une partie de l'hélium est liquéfié à la sortie de la boîte 22, 32 de refroidissement/pré-refroidissement et un circuit 4, 7 est prévu pour assurer un échange thermique sélectif entre l'hélium liquide et un organe 1 à refroidir d'un Tokamak. L'organe 1 comprend par exemple un générateur de champ magnétique obtenu à l'aide d'un aimant supraconducteur et/ou une ou des unités de pompage par cryo-condensation.
Le circuit 4, 7 d'échange thermique peut comprendre, par exemple, un réservoir 4 stockant une réserve d'hélium liquéfié et des conduites 7 et un ou des échangeurs assurant un échange thermique indirect entre l'organe 1 et l'hélium liquide.
Au moins une partie de l'hélium réchauffé au cours de l'échange thermique avec l'organe 1 est renvoyé vers la station de compression. Lors du retour vers la station de compression 2, l'hélium peut céder des frigories aux échangeurs qui refroidissement l'hélium sortant de la station 12 de compression.
Lorsqu'un plasma est généré dans le tokamak 1 1 , l'organe 1 a une charge thermique plus importante (c'est-à-dire un besoin de réfrigération plus important). La puissance de réfrigération du dispositif de réfrigération 2 doit donc être augmentée.
L'installation possède une logique 15 électronique de pilotage du dispositif 2 de réfrigération qui permet notamment de réguler la puissance de réfrigération produite par ledit dispositif 2 de réfrigération. En particulier, la logique 15 électronique permet d'augmenter ponctuellement cette puissance de réfrigération à un niveau relativement élevé (par exemple une réfrigération maximale) lorsque le Tokamak 1 1 est dans une phase de génération d'un plasma. De même, la logique 15 électronique commande la diminution de cette puissance de réfrigération à un niveau relativement bas (par exemple niveau minimal déterminé) lorsque le Tokamak 1 1 n'est plus dans une phase de génération d'un plasma.
La variation de la puissance de réfrigération produite par le dispositif 2 de réfrigération est réalisée classiquement en modifiant la pression P de cycle, c'est-à- dire le niveau de pression de la compression 12 auquel l'hélium est soumis au cours du cycle de travail.
La variation de la puissance de réfrigération produite par le dispositif 2 de réfrigération peut également être réalisée le cas échéant en modifiant le débit de cycle, c'est-à-dire en en modifiant le débit d'hélium circulant dans le cycle de travail.
Contrairement à l'art antérieur, l'installation selon l'invention ne déclenche pas l'augmentation de la puissance de réfrigération du dispositif 2 en réponse à une information sur la courbe de chauffe d'un réchauffeur de la réserve d'hélium liquide. Selon l'invention, cette commutation entre un mode de fonctionnement avec une puissance de réfrigération basse et un mode de fonctionnement avec une puissance de réfrigération haute est anticipée par rapport à l'information pertinente de la courbe de chauffe du réchauffeur.
En particulier, dans l'installation selon l'invention, le Tokamak 1 1 comprend un émetteur 1 12 d'un signal S lors d'un démarrage d'un plasma. Ce signal S est envoyé (par fil ou sans fil) à la logique 15 électronique. La logique 15 électronique peut comprendre à cet effet un récepteur dudit signal S. A la réception de ce signal S, la logique 1 5 électronique commande automatiquement l'augmentation de la puissance de réfrigération produite par le dispositif 2 de réfrigération.
Le signal S représentatif du démarrage d'un plasma dans le Tokamak est basé sur un paramètre physique observable au niveau ou en amont du Tokamak 1 1 (et non pas en aval du Tokamak 1 1 comme cela était le cas dans l'art antérieur).
Par exemple, et sans que ce soit limitatif, le paramètre physique pris en compte pour détecter un démarrage d'une phase de plasma peut comprendre l'un au moins parmi : une valeur seuil de température interne du Tokamak, un signal de commande électrique, une commande manuel d'un opérateur démarrant, ou tout autre moyen équivalent, une mesure de pression et/ou de courant et/ou de tension et/ou de champ magnétique.
Cette particularité avantageuse permet de détecter le démarrage de la phase de génération d'un plasma et d'exploiter la constante de temps de transfert de charge thermique entre le cœur du Tokamak (la zone de génération du plasma) et l'interface thermique du réfrigérateur (organe 1 à refroidir). De cette façon, l'installation tient compte de l'inertie du système pour anticiper le besoin accru de refroidissement avant qu'il ne se fasse ressentir au niveau de l'organe 1 .
Grâce à l'invention, le changement de régime de puissance de réfrigération est ainsi effectué de sorte que cette puissance maximum du réfrigérateur est immédiatement disponible à l'arrivée de la charge thermique accrue.
De préférence, le changement de la puissance de réfrigération (par exemple adaptation des pressions et/ou débits de cycle) n'est pas brutal (pas de variation de type tout ou rien) mais selon un signal lissé, par exemple via des courbes au moins en partie lissées.
La figure 3 illustre ce fonctionnement : l'augmentation de la pression P de cycle (consigne de pression maximum PMAX pour augmenter la puissance de réfrigération du dispositif 2) en fonction du temps « t » précède le signal PA représentatif d'un plasma (pic de la courbe PA). Sur cette figure 3 est également représenté la courbe T1 représentant la variation de charge thermique qui appliquée par l'organe 1 sur la réserve 4 d'hélium liquide. C'est-à-dire que cette courbe de charge T1 reflète l'énergie de l'organe 1 à dissiper. Lorsque cette charge T1 de l'organe 1 est à nouveau sur une pente décroissante, la consigne de pression P peut être diminuée de façon optimale en respectant de préférence la même pente de décroissance jusqu'à atteindre la consigne de pression basse (pression minimum).
Selon ce fonctionnement, une puissance de réfrigération excédentaire peut être induite pendant un laps de temps court avant l'arrivée effective de la charge thermique accrue. Cette puissance de réfrigération excédentaire peut être régulée par un réchauffeur qui vaporise l'excédent de liquide produit ou via un système de by-pass froid qui renvoie une partie de l'hélium de la boîte de refroidissement vers la station de compression. Un tel système de by-pass froid est cependant facultatif. Néanmoins, les variations de pression et de déb it d u cycle sont l issées avantageusement, par l'utilisation concomitante de la vanne 30 de by-pass froid, du stockage à température ambiante, et de la consommation d'hélium liquide de la capacité 4 (un exemple de un principe de fonctionnement d'un tel by-pass froid est décrit dans le document WO2009/024705). Cette solution permet par ailleurs d'éviter la consommation énergétique non négligeable d'un réchauffeur, et de limiter judicieusement les amplitudes de variation de température de la boite froide.
L'util isation du réchauffeur et/ou d'un by-pass froid permet d'utiliser l'éventuelle puissance de réfrigération excédentaire pour abaisser la température des échangeurs de chaleur de la boîte 32 de refroidissement. Ceci permet de réduire le débit dans les turbines des étages de la boîte 32 de refroidissement.
Les figures 5 et 6 permettent de mettre en évidence des avantages de l'invention par rapport à l'art antérieur.
Chaque figure représente, sur un même graphique, les variations en fonction du temps t : de la pression de cycle P, de la pression moyenne de cycle Pm, du niveau N d'hélium liquide dans la réserve de liquide, pour une installation subissant deux phases plasma successives (deux pics successifs). La figure 5 illustre un fonctionnement selon l'art antérieur (augmentation de la pression de cycle en fonction de la variation de la courbe de chauffe du réchauffeur). La figure 6 illustre un fonctionnement selon l'invention (augmentation de pression de cycle en réponse à signal S produit lors d'une étape de démarrage d'une génération d'un plasma dans le Tokamak).
La comparaison de ces courbes illustre que l'invention permet de réduite significativement (de l'ordre de 10%) la pression moyenne de fonctionnement de la station 12 de compression de l'installation.
L'invention permet ainsi de réduire la consommation énergétique globale de l'installation au fur et à mesure de l'enchaînement des plasmas.
Les inventeurs ont ainsi constaté que, selon l'art antérieur, lorsque seule la « courbe de chauffe » de réchauffeur est utilisée, les changements de régime de puissance de réfrigération du dispositif 2 sont en retard par rapport à la charge thermique d'un plasma. L'invention permet d'améliorer la concordance entre la puissance de réfrigération du dispositif 2 et les besoins en réfrigération. Ceci est obtenu tout en diminuant
- la consommation d'hélium liquide (cf. niveau de liquide N figures 5 et
6) et
la consommation énergétique de la station de compression (cf. ci- dessus).
La figure 2 illustre l'application de l'invention à un exemple particulier de réfrigérateur 2 (exemple non imitatif).
La station 12 de compression de l'installation de la figure 2 comprend trois compresseurs 8.
Comme représenté, la station 12 de compression peut comprendre une conduite 18 de dérivation vers un stockage 16 tampon. Un système de vannes 17 permet de réguler le transfert d'hélium entre le circuit de travail et le stockage 16 tampon. De même, classiquement des conduites 19 munie de vannes respectives peuvent être prévue pour assurer des retours sélectifs d'hél ium compressé à certains étages de compression.
A la sortie de la station 12 de compression, l'hélium est admis dans une boîte 22 de pré-refroidissement dans laquelle l'hélium est refroidi par échange thermique avec un ou plusieurs échangeurs 10 et éventuellement détendu dans des turbines. Une conduite 20 munie d'une vanne peut être prévue pour renvoyer sélectivement de l'hélium dans la station 12 de compression.
L'hélium est ensuite admis dans une boîte de refroidissement. L'hélium est refro id i par échange therm iq ue avec u n ou pl usieu rs échangeu rs 1 0 et éventuel l ement détend u da ns u n ou d es tu rbi n es 1 1 . Comme expliqué précédemment, une conduite 31 de by-pass froid munie d'une vanne 30 peut être prévue pour renvoyer de l'hélium détendu vers la station 12 de compression.
L'hélium liquéfié est principalement stocké dans une réserve 4. Cette réserve 4 d'hélium liquide constitue une réserve de frigories destinée à échanger thermiquement avec l'organe 1 à refroidir. Le refroidissement est réal isé par exemple via un circuit 7 en boucle et muni d'une pompe 122.
Comme représenté, une partie de l'hélium liquéfié peut être prélevée en amont de la réserve 4 (conduite de dérivation 21 et vanne 23) pour alimenter un autre réservoir formant une réserve 24 auxiliaire. La réserve auxiliaire d'hélium liquide (qui est facultative) peut être prévue pour être utilisée dans un système 25 de pompage cryogénique de l'installation (ou pour refroidir toute autre charge thermique). Par exemple, le circu it de refroid issement de l'organe 1 peut comprendre une boucle de dérivation vers cette autre charge 25 thermique.
L'hélium réchauffé issu des réserves 4,24 est ensuite renvoyé vers la station 12 de compression. Lors du son retour l'hélium peut céder des frigories aux échangeurs 10 des boîtes de refroidissement 32 et de pré-refroidissement 22.
La logique 15 électronique (qui peut comprendre un microprocesseur) est reliée à la station de compression pour réguler la puissance de réfrigération. La logique 15 électronique est également est reliée au réchauffeur de la réserve 4 pour réguler le niveau d'hélium liquide dans cette dernière.
Selon l'invention, le Tokamak 1 1 comprend un capteur 1 1 1 mesurant la valeu r d 'u n paramètre physiq ue observable au n iveau d u Tokama k 1 1 et représentatif du démarrage d'un plasma. Le capteur 1 1 1 est relayé par un émetteur 1 12 qui envoie l'information à un récepteur 1 15 de la logique 15 électronique.
Avantageusement, un capteur 6 de température sur la boucle 7 de fluide qui circule entre le réfrigérateur et l'organe 1 informe également la log ique 1 5 électronique. Lorsque cette température T mesurée décroît (c'est-à-dire que les besoins de réfrigération diminuent du fait de la fin de la phase de plasma), la logique 15 électronique commande la diminution de la consigne de puissance de réfrigération. Bien entendu, la fin de la phase de plasma peut être détectée par tout autre moyen par exemple via la courbe de chauffe du réchauffeur 5, via un paramètre au n iveau du Tokamak, ou via d'autres observables internes au réfrigérateur comme par exemple les vitesses des turbines, ou les compresseurs froids. En effet, si'il est délibérément choisi de ne pas réguler les vitesses des turbines, celles-ci vont naturellement varier en fonction du besoin, et vont devenir des indicateurs de la charge thermique appliquée sur l'hélium liquide.
Ces deux paramètres (signal S de démarrage d'une phase de plasma et température de fin de phase de plasma) peuvent être utilisés dans schéma de contrôle dit en commande prédictive (« feed forward »). C'est-à-dire que l'un au moins parmi :
- la courbe de consigne de pression dans le cycle de travail,
la courbe de commande de la fréquence d'un éventuel variateur de cycle (pour piloter le débit d'hélium dans le circuit de travail), le pilotage de l'ouverture du by-pass froid 30
peut être défini par un calculateur numérique, par exemple intégré dans la logique 15 électronique. Le calculateur numérique peut utiliser par exemple une simple fonction arithmétique paramétrable ou bien un modèle interne de prédiction d'état pour obten ir une régulation plus fine, en vue d'une consommation énergétique optimale. La figure 4 illustre le fonctionnement lorsque l'installation possède un by- pass froid (cf. références 30, 31 figure 2). Lorsque le signal de déclenchement d'un plasma est reçu par le dispositif 2, 15, la consigne de pression P maximum est donnée à la station 12 de compression. A cet instant, le dispositif 2 de réfrigération est encore en mode de fonctionnement réduit, et la vanne 30 de by-pass froid est ouverte (la température de référence Tref croît, cf. la remontée du pourcentage d'ouverture de la vanne, courbe B).
Cette ouverture du by-pass froid limite la puissance du réfrigérateur. La pression réelle appliquée dans la station 12 de compression et les effets résultant dépendront de la méthode numérique de régulation employée pour piloter la station de compression. La régulation peut util iser un modèle interne prédéfini, une commande du type « PID », des commandes multivariables de type LQR ou autre....
Lorsque la charge thermique augmente sur la réserve 4, la vanne 30 de by- pass froid est fermée. La température Tref du bypass décroît pour fournir le maximum de puissance de réfrigération à l'organe 1 .
Une régulation optimale de la pression est obtenue. Ceci se traduit par une économie d'énergie significative.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de réfrigération en charge puisée d'un organe (1 ) d'un « Tokamak» (1 1 ), c'est-à-dire un organe (1 ) d'une installation (1 1 ) de génération intermittente d'un plasma, le procédé utilisant un dispositif (2) de réfrigération soumettant un fluide de travail tel que de l'hélium à un cycle (3) de travail comportant: une compression (12), un refroidissement et une détente (22, 1 1 ), un échange thermique (32) avec l'organe (1 ), un réchauffement, la puissance de réfrigération produite par le dispositif (2) de réfrigération étant augmentée à un niveau relativement élevé lorsque le
Tokamak (1 1 ) est dans une phase de génération d'un plasma tandis que la puissance de réfrigération produite par le dispositif (2) de réfrigération est diminuée à un niveau relativement bas lorsque le Tokamak (1 1 ) n'est plus dans u ne phase de génération d ' u n plasma, caractérisé en ce que l'augmentation de la puissance de réfrigération produite par le dispositif (2) de réfrigération est déclenchée automatiquement en réponse à un signal (S) produit lors d'une étape de démarrage d'un plasma dans le Tokamak.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le signal (S) est généré lors d'une modification prédéterminée d'un paramètre physique observable au niveau du Tokamak (1 1 ).
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le signal (S) est généré lors d'une modification prédéterminée de l'un au moins des paramètres physiques suivants : une augmentation prédéterminée de la température interne du Tokamak (1 1 ), un signal de commande manuel ou automatique de commutation du Tokamak dans une phase de génération d'un plasma, un signal électrique de mesure de pression et/ou de courant électrique et/ou de tension électrique et/ou de champ magnétique, ou un signal issu d'un d'instrument de mesure de type optique tel qu'une caméra ou des fibres.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lorsque le Tokamak (1 1 ) n'est plus dans une phase de génération d'un plasma, le procédé comporte au moins une période durant laquelle le dispositif (2) de réfrigération liquéfie du fluide de travail et stocke du fluide liquéfié dans une réserve (4) tampon, le niveau de fluide liquéfié dans une réserve (4) étant maintenu en dessous d'un seuil via un réchauffeur (5) sélectivement activable, et en ce que lors du démarrage d'une phase de plasma, l'augmentation de la puissance de réfrigération produite par le dispositif (2) de réfrigération intervient avant une désactivation du réchauffeur (5) et une baisse de niveau de liquide dans la réserve (4), c'est-à-dire que le signal de détection du démarrage d'une génération d'un plasma dans le Tokamak est antérieur à une désactivation du réchauffeur (5) et une baisse de niveau de liquide dans la réserve (4) résultant d'une vaporisation de fluide du fait du refroidissement de l'organe (1 ) du Tokamak lors d'un plasma.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la diminution de la puissance de réfrigération produite par le dispositif (2) de réfrigération à un niveau bas est déclenchée automatiquement en réponse à une variation déterminée de la charge thermique de l'organe (1 ), c'est-à-dire une variation déterminée du besoin de réfrigération de l'organe
(1 )-
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la diminution de la puissance de réfrigération produite par le dispositif (2) de réfrigération est déclenchée automatiquement en réponse à l'un au moins parmi : un signal de détection d'une baisse déterminée de température (T) dans une boucle (7) de fluide assurant l'échange thermique entre l'organe (1 ) et le fluide de travail, une remontée de niveau dans un stockage d'hélium liquide, un seuil d'ouverture d'un by-pass froid, un seuil de vitesse de turbine ou de compresseur froid.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'augmentation ou la diminution de la puissance de réfrigération produite est réalisée en faisant varier le niveau d'au moins une pression de cycle du fluide de travail dans le cycle de travail et/ou en faisant varier la vitesse de rotation de compresseurs utilisés dans le cycle de travail, notamment lors de la compression.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'augmentation ou la diminution de la puissance de réfrigération produite est réalisée en faisant varier de façon directe ou indirecte la puissance électrique consommée par le dispositif de réfrigération.
9. Installation de réfrigération en charge puisée d'un organe (1 ) d'un
« Tokamak» (1 1 ), l'installation étant munie d'un dispositif (2) de réfrigération comprenant un circuit formant un cycle de travail pour un fluide de travail tel que l'hélium, le circuit du dispositif (2) de réfrigération comportant:
- une station (12) de compression du gaz de travail munie d'au moins un compresseur (8),
- une boîte de pré-refroidissement/refroidissement (9) comprenant au moins un échangeur (10) de chaleur et au moins un organe (7) de détente du gaz de travail sortant de la station (2) de compression, - un système (4, 7, 12) d'échange thermique entre le fluide de travail refroidit et l'organe (1 ),
- un système (13, 14, 10) de renvoi du fluide ayant échangé thermiquement avec l'organe (1 ) vers la station (12) de compression,
l'installation comprenant une logique (15) électronique de pilotage du dispositif
(2) de réfrigération assurant une régulation de la puissance de réfrigération p rod u i te pa r l edit dispositif (2) de réfrigération, pour augmenter ponctuellement cette puissance de réfrigération à un niveau relativement élevé lorsque le Tokamak (1 1 ) est dans une phase de génération d'un plasma, l'installation étant caractérisée en ce que le Tokamak (1 1 ) comprend un émetteur (1 12) d'un signal (S) de déclenchement à chaque démarrage d'une génération d'un plasma, la logique (15) électronique comprenant un récepteu r d ud it s ig n a l (S) de déclenchement pour commander automatiquement l'augmentation de la puissance de réfrigération produite par le dispositif (2) de réfrigération à la réception de ce signal (S).
10. Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle comprend un capteur (1 1 1 ) mesurant la valeur d'un paramètre physique observable au niveau du Tokamak (1 1 ) et représentatif du démarrage d'une génération d'un plasma, et en ce que ledit capteur (1 1 1 ) envoie une information à l'émetteur (1 12) en vue d'informer la logique (15) électronique de pilotage.
1 1 .Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que le capteur (1 1 1 ) comprend au moins parmi : un capteur d'une température interne ou externe du Tokamak (1 1 ), un capteur de commutation de la commande manuel ou automatique de commutation du Tokamak d'une phase dite « de veille » vers une phase de génération d'un plasma, ou tout autre capteur électrique présent dans l'instrumentation du tokamak.
12. Installation selon l'une quelconque des revendications 9 à 1 1 , caractérisée en ce que la boîte de pré-refroidissement/refroidissement (9) comprend une réserve (4) tampon de fluide liquéfié lors du cycle de travail, un réchauffeur (5) sélectivement activable pour vaporiser une partie du fluide liquéfié de la réserve (4), un circuit (7) d'échange thermique sélectif entre le fluide de la réserve (4) et l'organe (1 ), en ce que l'installation comporte un capteur (6) mesurant la charge thermique de l'organe (1 ), c'est-à-dire un capteur (6) mesurant la valeur d'une grandeur représentative du besoin de réfrigération de l'organe (1 ) à refroidir et en ce que le capteur (6) mesurant la charge thermique de l'organe (1 ) adresse un signal (T) à la logique (15) électronique de pilotage, ladite logique (15) électronique de pilotage étant programmée pour diminuer la puissance de réfrigération produite par le dispositif (2) de réfrigération à un niveau relativement bas en réponse à un signal (T) de détection d'une baisse déterminée de la charge thermique de l'organe (1 ).
13. Installation selon la revendication 12, caractérisée en ce que le capteur (6) mesurant la charge thermique de l'organe (1 ) comprend l'un au moins parmi : un capteur (6) de température (T) dans une boucle (7) de fluide assurant sélectivement l'échange thermique entre l'organe (1 ) et le fluide de travail, un capteur de pression, une mesure de puissance électrique des réchauffeurs, une mesure de vitesse de turbines et/ou de compresseurs froids.
14. Installation selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, caractérisé en ce que la logique (15) électronique est configurée pour faire varier la puissance de réfrigération produite par le dispositif en contrôlant au moins le niveau d'une pression de cycle de fluide de travail dans le cycle de travail et/ou en contrôlant la vitesse de rotation de compresseurs utilisés dans le cycle de travail, notamment lors de la compression.
15. Installation selon l'une quelconque des revendications 9 à 14, caractérisé en ce que la logique (15) électronique est configurée pour réguler directement ou indirectement la puissance électrique consommée par le dispositif de réfrigération
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