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#Itoumu tUMSfùWatWB. av-
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les progrès de l'ôliotrotaoha1quI des transformateur* et sont manifesté par une augmentation simultané* 4* la pute- sanol spécifique et du rendement de ces '&PP'11.. : 0 a obte- nu, au cours des dernières années 4,,'f..àltai.
remarquables @ dans ces domaines griot à la réalisation de puissance unitaire
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46 plus tu plus élevées et à l'emploi de dispositions oÎ 4* matériaux améliorés* On arrive cependant à une limite actuellement# car l'aux- mentation de la puissance spécifique conduit à une augmentation des oontraintes sur les matériaux ( induction maétiuti den- sité de courant gradients de tension)$ dong à une élévation des portes spécifiques dont ces matériaux sont le siège* $*
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et fait, malgré les progrès réalisée dans lit dispositif dgé- yacuat1ou.d" partout la tendance générale correspond à un.
augmentation de la température de fonctionnement.
Or, d'une façon générale, les propriétés des matériaux deviennent de moine en moins favorables lorsque leur tempéra-
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turf ##élève* par eet#ple, une augmentation de température provoque une diminution de la 'conductibilité électrique des conducteurs de l'induction de saturation de$ matériaux magné- tiques du gradient de claquage des isolants et une,
élévation
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des pertes di'18,ot;iqut. dans le$ isolant . De ce fait, libre montation de la puissance spécifique des transformateur pont des problèmes de plus en plus difficile et ** accompagnera pro-
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chainement d'une diminution de leur rendement si l'en conserve les techniques actuelles.
Des tentatives ont été fortes récemment pour réagir con-
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tre cette .n4ano. l'augmentation des températures de rono- tionntment, en utilisant lia aupr&Qonduoiib111t4 de certaine mé ux ou alliages, Malheureusement les supraocnduetsurr. sont exr6uamrnt coûteux et nécessitent des températures très bas- stop pratiquement celle de l'hélium liquide} l'évacuation des fuit thermiques conduit à l'emploi de réfrigérateur* dont
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le rendement* sont très mauvai8 à oee très faibles tempéra- tures.
lien bupra-conductours doux sont également aal appropriés à la construction des transformateurs car leur propriété de supra-conductibilité disparait pour une valeur critiqua de champs magnétiques très Intérieure à celle des champs utilisés dans les transformateurs Pour augmenter cette valeur critiqua,
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des durs ont été développés, Mit la proprt4- té de supra-conduotton de oes matériaux atout réalisable que sur une ittible action du conducteur et les pertes Induites dans la partie non nupra-conduotrice par le passage du courant alternatif dans la partis aupra-conduotriet sont telles que leur évacuation nient pas économiquement réalisable,
La présente invention a pour objet un nouveau transfor-
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mateur qui permet d'échapper aux limitations rencontrées juta- qu'ici dans la recherche conjointe de puissances spécifiques et de rendements élevés* Os nouveau trace formateur est carao::- risé par l'emploi combiné d'hydrogène ou de néon à une tonné-
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rature comprise entre 150 et 600 K comme fluide diélectrique et de métaux de haute pureté comme conducteurs.
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L'intérêt de ce nouveau transformateur résulte d* études | effectuées d'une part sur les conditions optimales d'ut11iaat1
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des métaux dt haute pureté, d'autre part sur les caractéristi- que* des fluide* enfin sur le oomportement à basse température des matériaux entrant dans la construction des transformateur Premièrement,
les conditions optimales d'utilisation
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t'rt métaux de haute pureté ont été établie à partir d'étude* effectuée sur l'évolution en fonction de la température de la résistivité de ces métaux et du rendement des machins -frigorifiques
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En etret d'une part les métaux de haute pureté Volent leur conduottbilité multipliée par un facteur compris entre 100 et i0.000 lorsque la température atteint quelque dizaines' de degrér Kelvin, d'autre part les portes électriques dont ces métaux sont le siège, si laibles soient -elle s, doivent être évacuée* vers l'atmosphère ambiante t l'aide de mlab,
uara tri- sersttqute deai le sa4e SBt *4tvient très aautais lenqu'ea $#approche de Otto On a ainsi trace les oiurbes donnant la r4#tetî*ttd de métaux de divers degré* de pureté jusqu'à quelque degrés Kelvin due température* De aime, le rendement des mwb4ago frigorifi- que est caractérisé par la puissance qu'il faut fournir pour évacuer vers l'atmosphère ambiante une puissance unitaire prise
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à la température T. Cette puissance est exprimée par le pro- duit du facteur ( 2|"* - 1 ) récitant de la théerle de oi=ot (t .étant la température en degrés Kelvin) par un facteur M caractérisant l'imperfection de la eaehine frigorifique par rapport au cycle do Carnot idéal.
Il a été établi que le fac- teur 14 pouvait ne représenter par les formules euivanteat tirées de valeurs expérimentales mesurées sur des machiner frigorifi- ques de moyenne ou de faible puissance
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-entre OK et 1000 IC M - 22 (0, + AL- @
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entre 100*X et 293'K & M a 3,27 - 08775 e le2 00 fMttur M pourrait devenir plus faible OHM? des a¯ chtnes trigaritiques de plut grande pu11'o'. p&rt1oull'r.ment aux basses température#.
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À partir des courbes de résistivité et 4.. v#;ours de la puî*aance de réfrigération, on a calculé la pni<Mno<t to- tait Ï' perdues moit par *tX$t Joules soit par 1 oonl9mmai1oA du r4tr1grai,ur. pour maintenir à ! 61 um conducteur de forme géométrique dor-né et constitué d'un métal donné, lorsque os conducteur est parcouru ptp un courant 1 donné
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ï-f-i-1* 1 + Xe ( ap- ", 1 ) ]
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ï< désignant la longueur du conducteur et & sa eoti0&# la figure 1 ci-Jointe montre quelques oourfees, données i titre d'Ixemplt, qui représentant la vM'mti&a,lx& fonction
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de la température portée tu &beoiea<t, de outlte U1.I, por- ta* en ordonnât, exprimée en pcrntt de o*Ue d4p*n de dans un conducteur de mtma forma en cuivra supposé à 7000 (343* X)
et parcouru par le nias courante lie* courbes ±#sec et D oor- respondont respectivement au autirelà l'alum1a1 industriel, à l'alua1n1ua très pur et au fer* L'ij0t<<r<t de l'app11ot1on 4...'t de haute pureté cor- respondant z l'obtention d'un pourcentage aussi faible que pot- nibloq et en tout cas inférieur à 100 .
Il est .1a1r sur cette figure que de telles valeurs de puissance pouv#nt étre attein- tes dans la sont de température de 15*K à 60*K, avec certaine létaux et à 4ondition que Que mêlau pftat$a< Mt doiré de
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pureté suffisante
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pur..' .utli.ant.. trouvé par exemple que le cuivra, 1181uiû.., la tort l'étain, ainsi que bien d'autres métaux tels (U* l'argent.
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l'or, l'indiuxt etc... pouvaient être envisagé à condition que leur taux. d'impureté soit inférieur A 500 parties par million, eu mieux# e 50 partiel par million. Pour certaine
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4 'entre eux, un taux d'impure aussi faible peut être obtenu
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économiquement par des méthode* .éi811uriiqu., peu coûteuse , voile que l'éltotrolyew.
Des étude oompléfil,nta1rt. ont prouvé que les condition d'utilisation rencontrées dans un tranetormatlur ne Modifiaient. pas# dans mM proportion importante# les condition de,ce oal- oui eîxplitidt Ainsi$ l'.tt., 4..an.tor"Í.tiAo.; provoqué par le mouvement h.11oo!d des 4140trous doas un .qn4uo,eur
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soumis à un ohMHp magnétique, n'ftffwatw pas trop ooA.14'rabl. ment la valeur de la réaiativité. fie travaux puvtîoulïeraf effectua our ce point, ont prouvé par exemple que l'augmen- iation de ré':1.'lY1 té A due à la P.tO"N.1.h,no. pouvait .
".xpr18lr pour l'aln1U8 par la relation <miv$nt<n
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if- - a (1 + o,o y (. t.. -0,' '* .; 10¯1 )
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oo tf tant en ohn*-osatiya5irraw le résistivité du mitai considéré à la température T'K, H étau% l'intensité du obe p xdtiqt* en Situe et ooofficient dépendant de la pureté de l'alu- ainiua et 4 gai à 1 pour un ich"tillon dont le rapport 4# rdu±4- tivité entre 293' X et ,2"iL vaut 35, et 103 poar us dehau- tillon dont le rapport vaut 2 600.
Cette r*lt* ne ttorrsa- pond P44 & la forent tbéorequo unirai oo=Ue f$-Jf±fc a*ii tUt <Xpfi ptjpf*itMt<a< les #489tato txpéptatBtiui. ïauirsr études oom 14*eàlt*4r#g ont etmia"d,e montrer que, pour éviter de trop grander portes proten ià ton oouy)Mtt de Foucault, Il était aviotagoex àutilia*r de# couduatouro très xinoeo# ou formée d'un etapilage de oo 4u*t re tée ^Ince*
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ou du toronnage de file très fine.
POUX éviter une augaenta- tion sensible de la résistance de ces conducteurs 4# fàlblea dimension , connue mou# le au *d'effet 44meazl=olw et ex- pliquée par l'interaction des électrons àvoc ]Le* parole des conducteurs# il a été trouvé que des épaisseurs ou diamètres* de quelques dizaines ou centaines de microns étaient satle- iaïsantes, D'autres effets parasites de la conductiont tel* que l'effet inagu4tordAïstit dimenaicanti et l'anomalie de 1' effet pelliculaires ont été trouvée négligeable dans les conditions de l'emploi envisagé*
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Deuxièmement, en ce qui concerne l'étude des oaraotel.
riottiquet des fluide* cryogénique il a été trouvé que lien-
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ploi d'hydrogène ou de néon liquides ou gazeux convenait par-- tioulièrement bien comme milieu diélectrique et réfrigérant
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dan le nouveau transformateur* Par exemple, ça * constaté que leur rigidité diélectrique aux température comprîmes
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entre 15$X et 60'K et nous des pressions égales ou supérieures à la pression atmosphérique (ou peu Intérieures lorsqu'il s'a- git d'un liquida), était du mime ordre de grandeur que celle des huile% diélectriques minérale.
actuellement utilisées dans les transformateurs* Par exemple, l'hydrogène liquide mous pression normale présente un gradient de claquage de
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680 kV/om pour un espacement des électrodes de 0,25 aat. les pertes diélectrique de ces fluide* mont très faible , pra- tiquement non mesurables* Leur viscosité très faible* et
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les ooefficiente d'échange thermique élevée qu'il. permettent d'atteindre lee rendent bien adaptés à la réfrigération des bobinages du nouveau transformateur. Ainsi, on peut évacuer un wattpar centimètre oarré de surfaoe de bobinage avecde
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Jiu1d. l'hydrogène ou du néon liquide;
la visooeité de 1'hydrogène /
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à 20*X est de 140 micropolose et celle de l'hydrogène gazeux à 20' K de 2 mîoropotaee.
Troisièmement, en et qui conoerx$ le oqapottagent des matériaux utilisés dan la construction des transformateur
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lorsqu'il$ sont plongés dans l'hydrogène ou le néon à des ton- >ératures comprises entre 15* X et 60*Xp les ttude..:
f.ctu4e. montrant que leurs propriété* sont en général plus favorable. qu'à la température ambiante et done encore plus nettement favorables qu'aux température))! de service des transformateur
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aotuel*4 Ainsi au a conat.té que les pertes d1'1.triqu..
dans ces conditions sont-très faibles même pour des matériaux très polaires ou peu isolants aux température normales (dose de qualité et de prix réduits)* De m^éme, la rigidité diélec- trique des isolants est plus élevée que elle mesurée aux tem-
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. p'ratur...p'r1.ur. ou égales b la température ambiante.
.Certains indices permettent de penser que les gradient* de claquas. des matériaux polaires entre 15 K et 60 X peuvent être plusieurs foie plus grands que ceux mesurés sur les -
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tr1aux les plus nobles aux températures habituelles do l'éleo- trotwchniquet
La résistance mécanique des isolants , de même que celle des matériaux structuraux organique ,
ou métalliques utilisée dans la construction des transformateurs augmente également d'une façon notable lorsque l'on descend vers le température.
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de l'ordre de 't5'K à 600K.
De ce fait, il a été trouvé avantageux, dans la présente invention, de pouvoir faire participer les Isolants à la te- nue mécanique desbobinages lora des court-circuits,
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De marne, ces températures$ on kout éventuellement utiliser des matériaux magnétiques dont le point de Ourle est
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intérieur à la température ambiante, par exemple de l'ordre de 50ex à 100*r.
cela présente l'avantage oomald4rable que certaine de cet matériaux, tel que le dyepreeium et le holmlwm, possèdent une induction de saturation considérablement eupé- rieurs à celle des matériaux utilisables M-deomx de 0*0 ! des inductions de 40 kilo gauss environ pourraient ainsi être utilisées dans le circuit magnétique du nouveau transformateur qui verrait son volume diminuer 'de Moitié et plue.
Avec les
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matériaux magnétique* actuellement utilieee, on a toutefois avantage à laisser le oirouit magnétique à température ambiante
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pour des raisons d'évacuation de #*a perlée vers 1#atxoqdtbreo'
En se référant aux figurée schématiques suivantes et* pointée, on va décrire des exemples de Niée en oeuvre de l'in-
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vention donnée à titre ftôaj limitatif. La figure 2 représente une vue d'enaeable d'un tranefer- mateur conforme à la présente invention.
La figure 3 représente en coupe une colonne de trane- formateur.
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la figure 4 repréeente, une coupe euivant la ligne 4-4 de la cuve du traneforMteur de la figure 3.
La figure 5 représente une vue d'eneecble d'un autre type de tranaxarmatsur, conforme à la présente invention* La figure 6 reprdeente en coupe un autre type de trana- formateur conforme à la présente invention. le transformateur des figurée 2 et 3 cet constatué par un circuit magnétique 1 sur lequel cent disposé** trois suves
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2 à deux parole, concentriques 3 et 4, renfermant dee enroule mente reliée au réseau par des traversées 5. Uns pompe 6 assu- re un vide de l'ordre de 10-3 à 10 torr entre les deux
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parois 3 et 4 don ourrsa 2, pour créer les condition* favorables à un isolement thermique.
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Une pompe 7 anoure dans les enroulements une o1rcu1a tion d'hydrogène ou de néon liquide; celui-ci cet renvoyé à li sortis des enroulement# dans un détendeur 6 et retourne en circuit terni dans un liquéfaatour 9.
Une autre solution$ selon la présente invention consiom te à assurer dans les enroulements une circulation d'hydrogène ou de néon a.eux, dventuellemsat moue uns pression supérieure à une attoeptt et maintenu* à basse température-par tout moyen approprié (échangeur de chaleur# détente, 'Tapor.i1o, et*) Les double. paroi* annulaire. , et 4 tout oon.i1iu4e. par un matériau isolant, par exemple en polyontor ou époxy$ rtnforoé par des fibres de verre# l'intervalle 10, entre ose deux paroi.
, et 4# contient une Isolation thermique approprié constituée par exemple# oom- t4* on l'a représenté sur la figure 41 par de mine fouilles de téréphtalate de polyéthylène 11 reooUy.rt,8 d'un pellicule d'aluminium narrant d'écran aux radiation th<ï'aiqM et par
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des cale Isolantes 12 en matériau expansé, tel que l'ébonite
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touoxt, destinées à résister aux contrainte mécanique En revenant à la figure 9 on voit qu'une oUTlZOiu'8 13 roll* cet espace 10 à la poupe à vide 6.
A l'intérieur de la cuve$ sont disposé doux bobinages 14 et 1,1Îv.ntu.lle..n. d'autres bobinage*)* Oeux-ci sont 001)8- titude par ua enroulement de fouilles aine....aln1U8 16 et 17 1'01'.. soit par oxydation anodique, ait par de etnoue fouilles 18 et 19 de papier Isolant ou de produit* eynthétiquet ou encore par une combinaison de ces at6. Des canaux 20 sont ménagé. au sein du bobinage pour permettre un* oireulation du gai liquéfié entre l'ectree t la ortie de la cuve, 4é,1.
, née. par 21 et 22* L'isolation entre les bobi-
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nagea 14 et 15 est augurée par des Isolants 23, Les bobi- nagea 14 et 15 et les dorant 23 août maintenu* dans la cuve au moyen de cales isolantes 24.
Cette disposition des enroulements et la constitution des conducteurs ne sont pas limitatives et en trouvera dans
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cortainetcausplus adéquat d'utiliser de$ enroulement* lximi- qués, concentriques ou alternés ou encore des conducteurs rectangulaires constituée par des baxrdea ,ea d'a.tra à isolation anodique, transposées rbgul3èent pour éviter tout courant-de ciroulation, ou encore des câbles toronnés ou tressée réalisés à partir de fils très fine, éventuellement Isolée entre eux par oxydation anodique. Dans le cadre de la présente invention,
on peut également utiliser des conduc-
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tours en cuivre ou en étains ou en for, ou en tout autre métal pour lequel les partez Joule seraient suffisamment faible à banne température.
les isolants utilisés pour constituer les feuillet* 18 et 19, les écrans 23, les cale 24, ainsi que ceux pouvant sur. vir à de imprégnations ou enrobages, Boni, de préférence, choisi* parmi les matériaux dont la rigidité diélectrique entre
15 K et 60 X cet considérablement supérieure à celle mesurée sur les mêmes matériaux à la température ambiante, tels que des
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matériaux polaires comme le têréphtalate de polyéthylène,
le polyméthacrylate de méthyle et certains thermoplastiques roxy- génée ou halogénées comme le polyvinyle aurehiore, le chlorure de polyvinylidene, le triohiorofluoroethylene. les isolante participant a la tenue cdaat,tqae du bobi- nage grâce à une disposition appropriée de cet isolants, telle que l'enroulement axial de feuilles 18 ou 19 et,/ou grâce à une imprégnation et/ou un enrobage de bobinage dans un produit synthétique*
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Il a été trouvé que des transformateurs, oonoua eoafer- *#
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arment à la présente invention, permettaient,
par rapport aux
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transformateurs classique@# une réduction importait* de perlée compte tenu de la puissance nécessitée par les refrig4yantw .de gas liquéfiée, et Biaultanoment un gâta appréciable d'eae<MM"
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mont')
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La,t1g\1.re , représente un exemple d' application de l'in- veatton au cas d'un transformateur cuirassé* On 1 r.. tous les 4lrfmenta de la figure 2,, Lon 014vot 2 sont #'gaiement parcourues par de l'hy4ro.n. ou du néon ni tu o1"oulatioa par la poape 7, et munies d'une double paroi à '!J<P de laquelle on fait le vide au moyen de la pompe fi* ta figure 6 représente un exemple 4'",1.10aU08 de l'invention, utilisant les proP1:1'$" aap4'$4.qu.. 4eS,; a1n<riaux dont le point de curie est inférieur à la température 81t1ui..
Ou', retrouve tous les éléments de la figure ±* sauf que les ' : ou... a sont r.,.p1e.04.. par une uutqtt4f cuve <$ feafeMMt la ±clef les bobinages 14 et 15 représentes 1 4- t.9'.0 4- ...\;:1 que , mats un réalité analoegiu à ceux décrits dans les exemples précédente et représentés la figure 3* et,le oirouit )pagn<tHLtue 1y qui est constitué par don paquet 40 't1....:t'ACt. ou dtf.'U8 fine de dysprosium ou de BOiKimt ou d'un &111.- maté- ; riau de et type# dont le point de Curie est Jztdritur la température tabiante, 1HP:tQA11oq .
16- La présente invention a pour objet un'nouveau trgnaior.
Moteur de faible encombrement et de rendement élevé, Oar&41;'-
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risé par l'emploi combiné d'hydrogène ou de néon à une tempe-
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rature comprise entre 150K et 60-K comme fluide diélectriques et
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de métaux de haute pureté cornue conducteur ,
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2. Le nouveau transformateur a et enroulements, et éven-
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tuellement son circuit magnétique contenue dans une cuve par.
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courue par de l'hydrogène ou du néon à une température cott-
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prise entre 15$X et 60#Xt cette OUi.' 'tant limité* par use t double paroi en matériau isolant, à l'intérieur 4* laquelle on dispos , mous un vide poussé$ un* isolation th.I81,.. oor prenant des feuilles Isolantes réfléchissants et 4...&l..
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mécaniques en matériaux expansée.
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3.- la nouveau transformateur présente un* isolation 4100.- trique de set bobinages constituée par des matériaux dont la ri&idité diélectrique entre 15"X et 60tE si 00n814irabl...at supérieur* à etlle mesuré* sur les mêmes matériaux à tempéra- tare ambiante-, télé que 4&iu matériaux polaires 00¯' le t4r'- phtalate de poll,.thl1n., le poleéthaorylgte de mâthyle et certaine thermoplastiques oxydée ou halogènes, ce=* la obla- rure de p4lyTiaylr sur chloré, le chlorure de pOl1'1nr114'AI, le tr1Qhlorotluoro.thJln..
4.- ie, circuit magnétique du nouveau transformateur est 41,polé à l'intérieur de la cuve contenant l1 hydrogène ou l'a
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néon à bas.. température, et il et constitué en matériau
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dont le point de Ourie est inférieur à la température ambiante, tels que lie dysprosium et le holmium.