Aurora : réalisation d’une cascade – Page 3

Une variante existe pour éviter l’emploi d’un compresseur pour chaque étage, c’est ce qu’on appelle les autocascades ou les systèmes à cascade incorporée. Au contraire des cascades normales, elles n’utilisent qu’un seul compresseur donc elles sont plus économiques, mais elles sont bien plus complexes à régler. En effet, on utilise désormais un mélange unique composé de 2 jusqu’à 5 gaz, dans des proportions bien précises, suivant le nombre d’étages apparents souhaités.

Le système va faire en sorte de séparer ces fluides un par un du mélange, tout au long du cycle, pour les utiliser chacun leur tour, comme dans une distillation fractionnée. Dès lors, on peut arriver facilement à des températures de -150 °C et moins avec un seul compresseur et un bon mélange. Voici un schéma de principe d’une autocascade (températures données à titre d’exemple) :

Le principe de base est simple et on part du compresseur pour l’explication. Le mélange R290+R23 passe dans le condenseur ventilé à l’air ambiant, le R290 se liquéfie car les conditions requises sont présentes, mais le R23 reste gazeux car il ne fait pas encore assez froid pour lui. Le condenseur vient donc d’isoler le R290 du R23 en fractionnant le mélange par le froid. Il en sort un mélange diphasique (2 phases) avec une phase liquide d’une certaine nature (R290) et une phase vapeur d’une autre nature (R23).

La bouteille qui suit permet de récupérer le propane liquide par gravité au fond de celle-ci pour alimenter correctement le HX. Ce R290 va être détendu de 12 bar à 1 bar environ avant de rentrer dans le HX, ce qui provoque son abaissement de température vers les -40 °C. On obtient alors les conditions requises pour la liquéfaction du R23 gazeux qui passe aussi dans ce HX, il peut donc ressortir sous forme liquide à présent ! Il ne reste qu’à le détendre à son tour pour faire chuter sa température vers les -80 °C avant de l’injecter dans l’évaporateur posé sur le processeur.

Il suffit maintenant d’imaginer un mélange plus complexe à 3, 4 ou 5 gaz bien choisis et d’y mettre 2, 3 ou 4 HX en série et autant de bouteilles pour séparer et récupérer chaque composé à des températures différentes, de plus en plus basses à chaque étape. On se doute bien qu’il faut respecter des proportions bien spécifiques car on a N phases ensemble et chaque gaz a ses propriétés physiques propres.

C’est surement une meilleure option si vous ne voulez pas prendre trop de place avec 2 compresseurs pour faire une cascade normale. Un seul compresseur suffit alors pour atteindre les -80 °C en 2 étages apparents sans trop de difficultés. Au delà, ça devient complexe.