EP0657958A1 - Module d'amenée de courant pour l'alimentation d'une charge électrique supraconductrice à basse température critique - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a current supply module for supplying a superconductive electric charge at low critical temperature.
- the invention applies in particular for currents of a few tens to a few hundred amps.
- said electrical charge being electrically connected to the lower end of the two conductors of the superconducting module at high critical temperature
- said cryostat is partially filled with liquid helium up to a level reaching at least said electrical connection between said charge and said conductors of the superconducting module.
- said structure is made of charged epoxy resin, as well as the insulating core separating the two conductors of the superconductive module, these two conductors being made of superconductive ceramic.
- cryostat 1 with its closure cover 2 to which is attached a current supply module 3 according to the invention for the electrical supply of a superconductive electrical charge 4 at low critical temperature, such than a coil.
- This electric charge 4 is immersed in liquid helium 5 to 4.2 K.
- the current supply 3 comprises a pair of metallic conductors 6 and 7, for example of copper, which is connected at its lower end, at the end upper part of a superconducting module 8 at high critical temperature comprising two conductors 9 and 10 made of superconductive ceramic at critical temperature T c ⁇ 80 K separated by an insulating core 11, of charged epoxy resin, constituting a mechanical reinforcement for the conductors 9, 10 .
- This structure 14 constitutes a sealed envelope up to the junction 16 between the metal conductors 6, 7 and the conductors 9, 10 of the superconducting module 8.
- This junction 16 constitutes the bottom of this sealed envelope.
- the lower part of this sealed envelope contains liquid nitrogen 22 to 77 K.
- This tube is fitted with a plug 18.
- the structure 14 made of charged epoxy resin, extends to the bottom of the lower end of the superconducting module 8 by a plurality of legs 19, the lower ends of which form a flange 20 for fixing the load 4 which is thus suspended from structure 14.
- a current supply is thus obtained, creating only a low cryogenic charge at the temperature of liquid helium. Indeed, the copper conductors 6, 7 do not dive into helium.
- the nitrogen 22 maintains the upper end of the superconducting module 8, that is to say the junction 16, at a temperature of 77 K, a temperature below the critical temperature.
- the intermediate temperature of the junction 16 can also be obtained by placing a heat exchanger inside the insulating structure 14, in its sealed part. This exchanger being in contact with junction 16 and traversed by a flow of cold gas.
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Abstract
Le module (3) d'amenée de courant pour l'alimentation d'une charge électrique supraconductrice à basse température critique est situé dans un cryostat (1), il est fixé à son couvercle de fermeture (2) et il comprend une paire de conducteurs métalliques (6,7) traversant le couvercle (2) et reliée à son extrémité inférieure, à l'extrémité supérieure d'un module supraconducteur (8) à haute température critique comprenant deux conducteurs (9,10), électriquement reliés à ladite paire de conducteurs métalliques (6,7), et séparés par une âme isolante (11) constituant un renfort mécanique, une structure isolante (14), fixée par son extrémité supérieure (15), sous ledit couvercle (2) du cryostat (1), entourant d'une façon étanche la paire de conducteurs métalliques (6,7) jusqu'à sa jonction (16) avec le module supraconducteur (8), la structure (14) se prolongeant, d'une manière non étanche jusqu'à au moins l'extrémité inférieure du module supraconducteur (8), la structure (14) comportant à son extrémité inférieure des moyens (20) de fixation pour supporter la charge électrique (4). <IMAGE>
Description
- La présente invention concerne un module d'amenée de courant pour l'alimentation d'une charge électrique supraconductrice à basse température critique.
- L'invention s'applique en particulier pour des courants de quelques dizaines à quelques centaines d'ampères.
- On connaît des amenées de courant constituées par des conducteurs métalliques, en cuivre par exemple, reliés à la charge électrique située dans l'hélium liquide, la liaison entre la charge et les conducteurs d'amenée étant noyée dans l'hélium. Cependant, une telle disposition occasionne des pertes par effet joule dans les conducteurs d'amenée et également par conduction thermique provoquant une consommation importante d'hélium. Il faut également prévoir un support pour la charge qui peut également provoquer des pertes par conduction.
- La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients, et a pour objet un module d'amenée de courant pour l'alimentation électrique d'une charge électrique supraconductrice à basse température critique, ledit module étant situé dans un cryostat et fixé à son couvercle de fermeture, caractérisé en ce qu'il comprend une paire de conducteurs métalliques, traversant ledit couvercle et reliée à son extrémité inférieure à l'extrémité supérieure d'un module supraconducteur à haute température critique comprenant deux conducteurs, électriquement reliés à ladite paire de conducteurs métalliques et séparés par une âme isolante constituant un renfort mécanique, une structure isolante, fixée par son extrémité supérieure sous ledit couvercle du cryostat, entourant d'une façon étanche ladite paire de conducteurs métalliques jusqu'à sa jonction avec ledit module supraconducteur à haute température critique, ladite structure se prolongeant, d'une manière non étanche, jusqu'à au moins l'extrémité inférieure dudit module supraconducteur, ladite structure comportant à son extrémité inférieure des moyens de fixation pour supporter ladite charge électrique.
- Selon une autre caractéristique, la partie étanche de ladite structure isolante est partiellement remplie d'azote liquide.
- Selon une autre caractéristique, ladite charge électrique étant électriquement reliée à l'extrémité inférieure des deux conducteurs du module supraconducteur à haute température critique, ledit cryostat est partiellement rempli d'hélium liquide jusqu'à un niveau atteignant au moins ladite liaison électrique entre ladite charge et lesdits conducteurs du module supraconducteur.
- Avantageusement, ladite structure est en résine époxy chargée, ainsi que l'âme isolante séparant les deux conducteurs du module supraconducteur, ces deux conducteurs étant en céramique supraconductrice.
- On va maintenant donner la description d'un exemple de mise en oeuvre de l'invention en se reportant au dessin annexé dans lequel :
- La figure 1 est une vue schématique d'un module d'amenée de courant selon l'invention situé dans un cryostat.
- La figure 2 est une section selon II-II de la figure 1.
- En se reportant aux figures, on voit un cryostat 1 avec son couvercle de fermeture 2 auquel est fixé un module d'amenée de courant 3 selon l'invention pour l'alimentation électrique d'une charge électrique supraconductrice 4 à basse température critique, telle qu'une bobine. Cette charge électrique 4 est immergée dans de l'hélium liquide 5 à 4,2 K.
- L'amenée de courant 3 comprend une paire de conducteurs métalliques 6 et 7, par exemple en cuivre, qui est reliée à son extrémité inférieure, à l'extrémité supérieure d'un module supraconducteur 8 à haute température critique comprenant deux conducteurs 9 et 10 en céramique supraconductrice à température critique Tc ≧ 80 K séparés par une âme isolante 11, en résine époxy chargée, constituant un renfort mécanique pour les conducteurs 9, 10.
- Les conducteurs 9, 10 en céramique supraconductrice sont électriquement reliés aux conducteurs en cuivre 6, 7 par un procédé connu en soi.
- A son extrémité inférieure, les conducteurs 9, 10 en céramique supraconductrice sont également électriquement reliés d'une façon connue en soi aux deux extrémités 12, 13 de la bobine de charge 4. Il s'agit par exemple d'une soudure que l'on peut facilement défaire pour éventuellement changer la charge 4.
- Les conducteurs métalliques 6, 7 sont entourés par une structure isolante 14, par exemple en résine époxy chargée, qui est fixée par une bride 15 sous le couvercle 2 du cryostat.
- Cette structure 14 constitue une enveloppe étanche jusqu'à la jonction 16 entre les conducteurs métalliques 6, 7 et les conducteurs 9, 10 du module supraconducteur 8. Cette jonction 16 constitue le fond de cette enveloppe étanche. La partie inférieure de cette enveloppe étanche contient de l'azote liquide 22 à 77 K.
- Un tube 17, qui traverse le couvercle 2, permet l'alimentation en azote. Ce tube est équipé d'un bouchon 18.
- Au dessous de la jonction 16, la structure 14, en résine époxy chargée, se prolonge jusqu'au dessous de l'extrémité inférieure du module supraconducteur 8 par une pluralité de jambes 19 dont les extrémités inférieures forment une bride 20 pour la fixation de la charge 4 qui est ainsi suspendue à la structure 14.
- Le niveau 21 d'hélium dans le cryostat est tel qu'il arrive au-dessus de la liaison électrique entre les conducteurs 12, 13 de la charge 4 et les conducteurs supraconducteurs en céramique 9, 10.
- On obtient ainsi une amenée de courant ne créant qu'une faible charge cryogénique à la température de l'hélium liquide. En effet, les conducteurs en cuivre 6, 7 ne plongent pas dans l'hélium.
- L'azote 22 maintient l'extrémité supérieure du module supraconducteur 8, c'est-à-dire la jonction 16, à une température de 77 K, température inférieure à la température critique.
- La température intermédiaire de la jonction 16 peut également être obtenue en disposant un échangeur de chaleur à l'intérieur de la structure isolante 14, dans sa partie étanche. Cet échangeur étant en contact avec la jonction 16 et parcouru par un flux de gaz froid.
- La structure 14, en résine époxy chargée, moulée d'une seule pièce, est robuste, elle assure à la fois le rôle de réservoir d'azote 22, permettant d'obtenir depuis l'extrémité inférieure du module 8 à 4,2 K jusqu'à la jonction 16 à 77 K, un gradient de température maintenant, comme on vient de le dire, sur toute sa longueur le module 8 à une température inférieure à sa température critique, pour autant que le courant de fonctionnement n'est pas dépassé sévèrement et en même temps, cette structure 14 assure le rôle de support mécanique de la charge électrique 4.
Claims (8)
1/ Module d'amenée de courant (3) pour l'alimentation électrique d'une charge électrique supraconductrice (4) à basse température critique, ledit module (3) étant situé dans un cryostat (1) et fixé à son couvercle de fermeture (2), caractérisé en ce qu'il comprend une paire de conducteurs métalliques (6, 7), traversant ledit couvercle (2) et reliée à son extrémité inférieure, à l'extrémité supérieure d'un module supraconducteur (8) à haute température critique comprenant deux conducteurs (9, 10), électriquement reliés à ladite paire de conducteurs métalliques (6, 7) et séparés par une âme isolante (11) constituant un renfort mécanique, une structure isolante (14), fixée par son extrémité supérieure (15) sous ledit couvercle (2) du cryostat (1), entourant d'une façon étanche ladite paire de conducteurs métalliques (6, 7) jusqu'à sa jonction (16) avec ledit module supraconducteur (8) à haute température critique, ladite structure (14) se prolongeant, d'une manière non étanche , jusqu'à au moins l'extrémité inférieure dudit module supraconducteur (8), ladite structure (14) comportant à son extrémité inférieure des moyens (20) de fixation pour supporter ladite charge électrique (4).
2/ Module selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite structure (14) est en résine époxy chargée.
3/ Module selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite âme isolante (11) est en résine époxy chargée.
4/ Module selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la partie étanche de ladite structure isolante (14) est partiellement remplie d'azote liquide (22).
5/ Module selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la partie étanche de ladite structure isolante (14) est équipée d'un échangeur de chaleur en contact avec ladite jonction (16) et parcouru par un flux de gaz froid.
6/ Module selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite charge électrique (4) étant reliée électriquement à l'extrémité inférieure des deux conducteurs (9, 10) dudit module supraconducteur (8) à haute température critique, ledit cryostat (1) est partiellement rempli d'hélium liquide (5) jusqu'à un niveau (21) atteignant au moins ladite liaison électrique entre ladite charge électrique (4) et lesdits conducteurs (9, 10) dudit module supraconducteur (8).
7/ Module selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les deux dits conducteurs (9, 10) dudit module supraconducteur sont en une céramique supraconductrice.
8/ Module selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit prolongement non étanche de ladite structure (14) est constitué par une pluralité de jambes (19), la totalité de ladite structure (14) étant moulée en une seule pièce.
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