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Einrichtung mit innerhalb eines wärmeisolierenden Gehäuses
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Beim Betrieb von Vorrichtungen mit Wicklungen aus Supraleitern, beispielsweise von Magneten mit
Erregerwicklungen aus Supraleitern oder von Transformatoren mit Wicklungen aus Supraleitern, sind
Verbindungen dieser Stromkreisabschnitte mit Stromkreisabschnitten aus üblichem Material notwendig, an denen ein starkes Temperaturgefälle herrscht. Bekanntlich müssen die Supraleiter stark unterkühlt sein, wozu sie beispielsweise innerhalb einer Umhüllung aus gasdichtemWärmeisolationsmaterial angeordnet sind, die mit verdampfendem Helium oder einem andern Mittel gefüllt ist. In diese Umhüllung sind dann beispielsweise die üblichen Kupferleiter gasdicht eingefügt, die sich ihrerseits etwa auf Raumtemperatur befinden können.
Somit tritt an den Übergangsstellen vom Supraleiter zum normalen Leiter eine Temperaturdifferenz auf, die zu einer Wärmeleitung vom Kupferleiter zum Supraleiter führt, wobei diese Wärmemenge von dem Kühlmittel weggebracht werden muss. Wegen des grossen Kupferquerschnittes bei grö- sseren Starkstromanlagen kann diese von dem Kühlmittel wegzuführende Wärmemenge sehr beträchtlich sein, so dass der Verbrauch an Kühlmitteln stark ansteigt, was in allen Fällen unerwünscht ist.
Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung mit innerhalb eines wärmeisolierenden Gehäuses angeordneten Wicklungs- bzw. Leiterteilen aus supraleitfähigem Material, z. B. Wicklungen von Magneten oder Transformatoren und äusseren Anschlussleiterteilen üblichen Materials. Die oben genannten Nachteile sind erfindungsgemäss dadurch vermieden, dass an den Verbindungsstellen dieser aus unterschiedlichem Material bestehenden Stromkreisabschnitte in der Gehäusewand thermoelektrisch wirksame Halbleiter so eingefügt sind, dass die Wärmezufuhr zum Supraleiter verringert oder unterbunden und gegebenenfalls die dem Supraleiter zugeordnete Anschlussstelle des andern Stromkreisabschnittes gekühlt wird.
An Hand von drei Ausführungsbeispielen werden weitere Einzelheiten der Erfindung noch näher erläutert. Fig. 1 zeigt den Gegenstand der Erfindung für einen Gleichstromkreis, Fig. 2 die Erfindung für einen Wechselstromkreis, während Fig. 3 eine Abwandlung der Anordnung nach Fig. 1 zeigt.
Gemäss Fig. 1 sollen der Stromkreisabschnitt 1 mit Kupferleiter und der Stromkreisabschnitt 2 mit Kupferleiter durch einen Stromkreisabschnitt mit Supraleiter 3 leitend verbunden werden.
Dieser Supraleiter 3 kann beispielsweise die Erregerwicklung eines Magneten bilden und aus Niob-Zinn (Nb Sn), Niob-Zirkon (NbZr), Vanadium-Galliumoder Vanadium-Silizium gefertigt sein. Der Supraleiter selbst ist in an sich bekannter Weise von einem wärmeisolierenden Gehäuse 4 gasdicht umgeben, in dem sich beispielsweise verdampfendes Helium als Kühlmittel 5 befindet. An den beiden Stirnseiten des Ge- häuses 4 sind die besagten Kupferleiter 1 und 2 gasdicht eingeführt. Die Verbindung der Kupferleiter 1 und 2 mit dem Supraleiter 3 erfolgt nicht wie üblich unmittelbar, sondern unter Zwischenschaltung jeweils eines in das wärmeisolierende Gehäuse eingebetteten thermoelektrischen Halbleiters 6 und 7. Als derartige
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tur in einem Magnetfeld von einigen hundert bis einigen tausend Gauss angeordnet ist.
Bei der mit Pfeilrichtung angegebenen Richtung des die Leiteranordnung durchfliessenden Stromes I ist an der Stromeintrittsstelle ein thermoelektrischer Halbleiter vom n-Typ und an der Stromaustrittsstelle ein thermo-
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Die in Fig. 2 nur noch teilweise und für nur einen Anschluss gezeigte Anordnung kann beispielsweise einen Supraleiter 3 enthalten, der die Wicklung eines Transformators darstellt. Mit 4 ist wieder das wär- meisolierende Gehäuse, mit 5 das Kühlmittel und mit 2 der eine Kupferleiter bezeichnet. Zwischen dem
Supraleiter 3 und dem Kupferleiter 2 sind im Bereich des Gehäuses 4 zwei elektrisch parallelgeschaltete unterschiedliche Halbleiteranordnungen vorgesehen. Der eine Pfad besteht aus einem thermoelektrischen
Halbleiter 8 vom n-Typ, zu dem in Reihe ein Ventilhalbleiter 10 angeordnet ist. Der Parallelpfad wird von einem thermoelektrischen Halbleiter 9 vom p-Typ gebildet, dem ein Ventilhalbleiter 11 vorgeschaltet ist. Vorzugsweise werden als Ventilhalbleiter Kristallhalbleiter hoher Strombelastbarkeit verwendet, wie z. B.
Germanium-oder Siliziumdioden. Beide Ventilhalbleiter sind solche vom np-Typ, wobei die Schichten so angeordnet sind, dass zusammen mit dem thermoelektrischen Halbleiter sich im einen Pfad eine Schichtanordnung n-p-n und im andern Pfad eine Schichtanordnung p-n-p ergibt. Es ist somit schon ersichtlich, dass in der einen Stromrichtung, u. zw. nach links der Strompfad mit dem thermoelektrischen Halbleiter 8 und dem Ventilhalbleiter 10 und in der andern Stromrichtung der Strompfad mit dem thermoelektrischen Halbleiter 9 und dem Ventilhalbleiter 11 wirksam wird. An Stelle einer Hintereinanderschaltung eines solchen thermoelektrischen Halbleiters mit einem Ventilhalbleiter kann auch ein thermoelektrischer Halbleiter mit Gleichrichterwirkung verwendet sein.
Die Ventilwirkung braucht dabei nur so bemessen zu werden, dass sie den Spannungsabfall im Ventil und dem thermoelektrischen Halbleiter des Parallelpfades sperrt, d. h. es handelt sich nur um sehr geringe Sperrspannungen mit kleinen Spannung abfällen.
Selbstverständlich kann auch hier, wie bereits für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 erwähnt, in die Verbindung zwischen Supraleiter und Kupferleiter eine Reihenschaltung mehrerer der angegebenen Sperrmittel für die Wärmezufuhr eingefügt werden, die wieder für sich gekühlt werden müssen. Dies ist in Fig. 3 dargestellt. Soweit mit Fig. 1 übereinstimmende Elemente vorliegen, sind die entsprechenden Bezugszeichen beibehalten worden. Der Übergang von der Temperatur des flüssigen Kühlmittels 5 zur Raumtemperatur des Kupferleiters 2 finder hier in drei Stufen statt. Beim Stromdurchtritt durch die wär- meisolierende Gefässwandung 19 wird der Kupferleiter 2 durch einen thermoelektrischen Halbleiter 15 vom n-Typ abgelöst.
In dem z. B. mit flüssigem Äthylen oder Xenon ausgefüllten Zwischenraum 18, der sich zwischen den wärmeisolierenden Wandungen 17 und 19 befindet, wird der Strom I von einem Kupfer- oder Aluminiumleiter 14 geführt. Der Stromdurchtritt durch die Wandung 17 erfolgt wieder über einen thermoelektrischen Halbleiter 13 mit Peltier-Effekt, an den sich in dem mit flüssigem Stickstoff gefüllten Zwischenraum 16 wieder ein Kupfer- oder Aluminiumleiter 12 anschliesst. Die weitere Anordnung innerhalb der Gefässwandung 17 entspricht der Anordnung nach Fig. 1.
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