Brevet FR2051673A1 — publié le 19710409

- t - 2051673 Pour la transmission de l'énergie électrique, on connaît déjà des câbles dits à refroidissement intense, dans lesquels les fibres conductrices sont disposées à l'intérieur d'un tuyau rempli avec de l'hélium'liquide,, La 5 protection thermique vers l'extérieur est assurée par d'autres tuyaux qui entourent concentriquement le premier tuyau, les diamètres de.ces tuyaux allant en augmentant, de sorte qu'il est formé entre les tuyaux voisins des intervalles. Ces tuyaux peuvent être lisses et servir à la fabrication de longueurs 10 pratiquement quelconques ou bien ils peuvent être ondulés. Dans l'espace compris entre le tuyau le plus à l'intérieur et le tuyau qui l'entoure, un vide est maintenu tandis que l'espace compris entre le deuxième et le troisième tuyau est rempli avec de l'azote liquide pour la répartition de la chute de tempéra-15 ture dirigée vers l'extérieur. L'intervalle entre le troisième et le dernier tuyau, se trouvant à la température ambiante, peut être de nouveau mis sous vide. Dans de tels câbles, la fibre conductrice peut être constituée par deux supports concentriques, le support intérieur étant muni, à sa surface exté-20 rieure, d'une couche supraconductrice et le support extérieur étant muni, à sa surface intérieure, d'une couche supraconductrice. Il est connu déjà de choisir, au lieu d'une fibre conductrice unique avec des conducteurs ayant une section droite de grandes dimensions, plusieurs fibres 25 conductrices montées électriquement en parallèle et comportant des conducteurs ayant des sections droites de dimensions plus petites. On connaît comme matériaux supraconducteurs le plomb, le niobium et quelques alliages du niobium. Le conducteur du câble supraconducteur peut être en une de ces matières, ou bien, 30 étant donné que la transmission d'énergie s'effectue par exemple par un déplacement du courant à la surface, le conducteur du câble supraconducteur peut être aussi constitué par d'autres matériaux en métal ou en matière synthétique, recouverts d'une couche munie de matériaux supraconducteurs. Cette couche peut 35 être appliquée par électrolyse, par vaporisation ou bien encore être appliquée sous la forme d'une bande métallique mince. Pour maintenir une ou plusieurs de telles fibres supraconductrices à l'intérieur d'un câble à refroidissement intense comportant des tuyaux concentriques 40 comme protection thermique, on a songé déjà à fixer les fibres 70 25887 - 2 - 2051673 conductrices, à certains intervalles, au moyen de rondelles entretoises» Hais l'inconvénient qui se présente ici réside en ce que, dans les intervalles entre .es rondelles, la distance constantes par exemple entre les conducteurs de trois phases, 5 considérés deiix à deux, ne peut pas être maintenue en raison du torsadage, L'insertion d'un morceau de tube en une matière isolante appropriée entre deux rondelles voisines n'apporte pas non plus le résultat souhaité, parce qu'il se présente alors des difficultés considérables pour ce qui concerne la technique de 10 la fabrication» On a aussi proposé déjà de disposer, dans le tuyau le plus à l'intérieur des câbles, un cordon profilé grâce à la forme duquel les fibres conductrices réparties sur le pourtour du cordon modifieraient d'une manière continue, sur 15 toute la longueur du câble, leur position par rapport à l'axe du câble. Abstraction faite de ce que ce cordon profilé, disposé dans le tuyau le plus à l'intérieur, peut influencer d'une manière défavorable les conditions d'écoulement, il se présente également ici des difficultés qui sont dues aux différences 2 0 entre les coefficients de dilatation du cordon profilé en matière synthétique s d'une part, et les fibres conductrices métalliques, d'autre part. L'invention propose par conséquent, pour ce qui concerne le maintien des fibres conductrices d'un 25 câble supraconducteur, un autre moyen et concerne, à cet effet, un dispositif conducteur du type ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comporte un. corps porteur tabulaire étiré, se trouvant dans le tuyau concentrique le plus à l'intérieur, et contre la paroi intérieure duquel sont fixées les fibres conductrices 30 modifiant d'une manière continue au delà de l'axe du câble leur position par rapport à l'axe du câble » On arrive ainsi à ce que les fibres conductrices conduisant le courant soient baignées dans.une large mesure par l'agent réfrigérant qui est, par exemple, de 55 i'Hélium liquide ou bien même soient noyées dans le fluide qui s'écoule à travers lë corps porteur tabulaire. Le passage de la chaleur se trouve ainsi considérablement amélioré, et l'on obtient, en comparaison avec les dispositifs connus, une uniformisation considérable du refroidissement. En outre, les fibres conductrices 40 disposées dans le "support tubulaire n'exercent pas une influence BAD ORIGINAL 70 25887 ; - 3 - 205167? ; défavorable'sur la résistance à l'écoulement » Cela s'applique particulièrement quand, suivant un développement de l'idée de l'invention, la fibre conductrice ou les fibres conductrices, par suite d'une 5 division de la section droite, nécessitée par des raisons électriques, en sections droites séparées, recouvrent régulièrement la paroi intérieure du corps porteur tubulaire. Avec une telle constitution de conducteur, les pertes d'écoulement sont extrêmement faibles et l'action de refroidissement est optimale. 10 II peut être souvent avantageux, dans un développement de l'idée de l'invention, de munir la paroi du corps porteur tubulaire d'ouvertures. Le fluide réfrigérant employé pour le dispositif conducteur, par exemple de l'hélium liquide, peut, dans ces conditions, passer à travers 15 la paroi du corps porteur et arriver ainsi à l'isolation se trouvant au-dessus du corps porteur» Cette isolation est constituée, par exemple, par du papier ou par une matière synthétique, et elle est imprégnée par le fluide réfrigérant, de sorte que la résistance au claquage de l'isolation se trouve augmentée» Si 20 les ouvertures sont disposées d'une manière régulière telle que soit formé un réseau, les variations de température à l'intérieur du dispositif conducteur, quand les extrémités du corps porteur qui est alors en forme de filet sont bien fixées, agissent à peine en direction longitudinale, étant donné que l'aptitude à la 25 contraction du corps porteur se trouve considérablement augmentée par sa forme en filêt» Il convient de fabriquer le corps porteur tubulaire en une matière 'isolante qui, par extrusion sur les fibres conductrices, entre en combinaison intime avec ces 30 dernières» Comme matière isolante, convient en particulier un copolymère du polyéthylène, enrichi avec des monomères. Ce copolymère se colle solidement aux fibres conductrices métalliques et sur cette liaison même la température extrêmement basse régnant à l'intérieur du câble n'a aucune influence. 35 Pour contrecarrer l'influence de la différence entre les coefficients de dilatation respectifs de la matière synthétique et du métal, il s'est avéré comme étant particulièrement avantageux d'exécuter la fixation des fibres conductrices à la paroi intérieure du corps porteur tubulaire, 40 et par exemple aussi le collage avec l'isomère extrudé le long 70 25887 _ 4 - 2051673 de 3.'axe du câble seulement à intervalle s. . .Etant donné la- différence de dilatation inévitable des deux matières employées, les conducteurs métalliques prennent une flèche vers l'intérieur en s'éloignant de la paroi interne du corps porteur suivant le 5 rapport entre les dilatations» On obtient ainsi un effet particulier qui est constitué par le fait que le fluide réfrigérant, tout au moins dans cette régi on, peut entourer de tous côtés les fibres conductrices» Comme fibres conductrices, on peut utiliser des fils métalliques, des bandes profilées ou bien 10 encore des bandes minces en matière supraconductrice, par exemple en un alliage niobium-étain sur un support en cuivre. Si les fibres conductrices sont constituées par des bandes minces, ces bandes peuvent être enroulées l'une à côté de l'autre avec recouvrement, à intervalles ou bien encore à rapprochement. Il 15 est possible aussi, pour obtenir une meilleure liaison des fibres conductrices avec le corps porteur, de munir les bandes conductrices, en totalité ou en partie, d'un profil, de telle manière que la liaison avec le corps porteur se trouve améliorée. Toutefois il est important, dans ce cas, qu'il y ait entre le corps 20 porteur et les fibres conductrices une liaison mécanique solide, indépendante de la température. On peut aussi renoncer à fabriquer le corps porteur tubulaire en une matière synthétique se collant avec le métal des fibres conductrices si l'on revêt les différentes 25 fibres conductrices d'une matière plastique collante qui se colle non seulement au métal mais aussi à d'autres matières plastiques, par exemple à des polyoléfines. Dans ce cas, il est possible d'employer, pour le corps porteur tubulaire, des matières synthétiques quelconques, convenablement insensibles au froid. 30 Si les fibres conductrices sont pro filées de leur côté tourné vers le corps porteur, il est possible aussi et il est souvent particulièrement avantageux d'obtenir, par un choix approprié du profilage, une liaison mécanique avec le corps porteur tubulaire. 35 . Pour la fabrication d'un dispositif conducteur suivant l'invention, il s'est avéré comme étant particulièrement avantageux d'appliquer sur un noyau long, par exemple sur un tuyau flexible gonflable en une matière synthétique appropriée, tout d'abord, pour augmenter la stabilité du tuyau 40 flexible, une ou plusieurs couches de papier ou d'une feuille BAD ORIGINAL 70 25887 5 2051673 d'une matière sprfeîiétiçpe appropriés et d*introduire. sur -cette garniture avec le coma nécessité par des raisons électriques,, les fibres conductrices® Au dessus ries f.ifcres conductrices introduites, ©a snroïile alors en hélice., à intervalles réguliers 5 ou irrégulisrs;, une "bande qui de préférence, en une matière plastiques. et l'on applique ©nfia le corps porteur tubulaire, par exemple par estrusion d'un ionomère se collant avec les fibres conductrices. Insuite, on laisse s'échapper hors dm tuyau flexible en matière plastique l'air de soutien? et l8on ectrait 10 du câble terminé le tuyau flexible avec 1'enroulement qui assurait sa stabilité» Il reste le corps porteur tubulaire à la forme interne duquel sont fixées les fibres supraconductrice s » L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après et des dessins annexés repré-15 sentant des exemples de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels les figures 1 à 3 représentent chacune une vue en coupe partielle d'un conducteur selon l'invention*, A l'intérieur d'un corps porteur tubulaire 1, en une matière synthétique appropriée, sont disposées, 20 ainsi que le montre la figure 1# les fibres conductrices 2 en forme de bandes, qui sont constituées par exemple par des couches supraconductrices telles que du plomb, du niobium9 disposées sur un support approprié» Entre les fibres supraconductrices 2 et la paroi intérieure du corps porteur tubulaire 19 se trouve la 25 feuille 3 qui est en une matière synthétique appropriée, par exemple en un polytéréphtalate ? connu sous le nom commercial de "hostaphan"• Cette feuille 3 est enroulée en force d'hélice, de sorte qu'aux endroits non recouverts par la feuille, les fibres supraconductrice s sont collées avec la matière synthétique du 30 corps porteur 1, matière appliquée par extrusion» La feuille elle-même recouvre aux endroits non collés, les fibres'conductrices, de sorte qu'à ces endroits on n'obtient pas de. liaison avec le corps porteur 1. Cela présente .1 'avantage particulier que les variations de longueur différentesr, provenant des valeurs dif-35 férentes des coefficients de dilatation thermique, entre le corps porteur 1 et les fibres conductrices 2 se trouvent compensées du fait que les fibres conductrices sont soulevées de la paroi intérieure du corps porteur et cintrées vers l'intérieure Indépendamment du fait qu'il est ainsi créé un équilibrage 40 voulu, les fibres soulevées sont enfoncées dans le courant d'agent 70 25887 _ 6 - 2051673 réfrigérant qui ®st» psi'* exemple, d® Sr'àéliaa liquide, et léchées par ce dernier de tous eôtèe» Os obtient.,- de cette manière, un effat réfrigérant par l'ieulièreEent favorable sans que se produisent pour le transport de l'agent réfrigérant des pertes impor-5 tantes pas1 frottement* Pour la fabrication du dispositif conducteur* représenté sœ la figure 1, 11 confient de procéder comme l'indique la figure 2, c'est-à-dire' en appliquant sur le tuyau flexible 5 en matière plastique, préalablement gonflé, 10 l'enroulement 4 en papier ou en use matière synthétique. Cet enroulsasat fournit au tuyau flexible en matière plastique la stabilité qui est nécessaire au moment où, ensuite, on introduit, avec un corps long9 les fibres conductrices 2 en forme de bandes fabriquées â partir de la satière supraconductrice. Grâce à une 15 tell© introduction sur le tuyau flexible 5 en matière synthétique, il est aussi possible d'avoir un© distance constante entre les fibres conductrices appliquées et l'on obtient en môme temps, en raison de la modification de position des fibres conductrices par rapport à l'axe dm câble, la répartition de champ la meilleure 20 qu'il soit possible d5obtenir„ En outre, l'utilisation d'un tel tuyau flexible 5 en matière synthétique dans la fabrication d'un dispositif- conducteur iormê suivant l'invention apporte des avantages importants pour ce qui concerne la technique de la fabrica-25 tioïij étant donné que les fibres conductrices peuvent être appliquées 'au moyen d© procédé® connus de câblage. On enroule ensuite sur les fibres conductrices 2, en forme d'hélice, en laissant des intervalles entre spires, la feuille 3 qui est pareillement en une matière synthétique. I»a grandeur des intervalles 30 est choisie d'une manière correspondant à la variation de longueur à laquelle il faut s'attendre pour-lès fibres conductrices» On applique ensuite' par s^trueioa, sur les fibres conductrices, l-ionomère assurant le eollag© &vse lea fibres directrices dans la sone des intervalles entre spires,- ionomère qui forme, après 35 refroidissement; 1©' corps porteur 1 => On enlève ensuite du corps -porteur le tuyau flexible 5 en matière synthétique ainsi que l'enroulement f oraé' par 'la"bande.4, après avoir abaissé la pression dans le miyau flexible en laissant s'échapper l'air de soutien » Si les fibres supraconductrices 2 doivent, être collées 40 S, JLcS, yciXJ oi extérieure- dçm corps porteur tubulaire, il est BAD ORIGINAL 70 25887 - 7 - 2051673 recommandé d'appliquer comme dernière couche sur l'enroulement employé pour la stabilisation du tuyau flexible une feuille en une matière ne se collant pas avec le tube» le dispositif conducteur représenté 5 sur la figure 3 est, dans son principe, constitué exactement comme le dispositif suivant la figure 1. Sur un tuyau flexible pouvant être gonflé, en une matière synthétique appropriée, on applique tout d'abord, pour augmenter la stabilité de ce tuyau flexible, du papier ou une feuille de matière plastique, en 10 forme de couche et au-dessus de cette couche, on introduit les fibres conductrices au moyen du coup nécessité par des raisons électriques. Au-dessus des fibres conductrices introduites, on enroule à intervalles, en forme d'hélice, me bande qui est de préférence en une matière synthétique, et sur cette bande on 15 applique le corps porteur tubulaire par exemple par extrusion d'un ionomère se collant avec les fibres conductrices. On laisse ensuite l'air de soutien s'échapper du tuyau flexible, et l'on extrait ce dernier avec l'enroulement servant à assurer la stabilité du dispositif conducteur terminé. Il reste le corps 20 porteur tubulaire à la paroi intérieure duquel sont fixées les fibres supraconductrices. A l'intérieur du corps porteur tubulaire 1, sont disposées, ainsi qu'on peut le voir sur la figure 3, les fibres conductrices 2, en forme de bandes ou de fils 25 métalliques qui sont constituées, par exemple, par des couches supraconductrices en plomb, en niobium ou en métaux analogues appliquées sur un support, approprié. Entre les fibres supraconductrices 2 et la paroi intérieure du corps porteur tubulaire 1, se trouvé la feuille 3. Cette feuille est enroulée en hélice, 30 de sorte qu'aux endroits non recouverts par la feuille, les fibres supraconductrices 2 peuvent se coller avec le corps porteur. La feuille 3 recouvre aux endroits non collés les fibres conductrices 2, de sorte que l'on n'obtient pas à ces endroits une liaison avec le corps porteur 1. Ainsi qu'on l'a déjà indiqué plus 35 haut, cela présente l'avantage que les variations de longueur différente entre le corps porteur 1 et les fibres conductrices 2 sont compensées, étant donné que les fibres conductrices se soulèvent de la paroi intérieure du corps porteur et se cintrent vers l'intérieur, de sorte qu'elles pénètrent dans le courant 40 d'agent réfrigérant et sont ainsi léchées de tous côtés par ce 70 25887 - 8 - 2051673 dernier, Suivant tin développement de l'invention, le corps porteur 1 est muni d'ouvertures 6 à travers lesquelles l'agent réfrigérant qui est, par exemple, de l'hélium 5 liquide, arrive à l'isolation 7 se trouvant sur le corps porteur. Cette isolation, en papier ou en matière synthétique, est imprégnée par l'agent réfrigérant et, de ce fait, sa résistance au claquage se trouve augmentée. On n'a pas à craindre qu'il puisse y avoir perte d'agent réfrigérant, étant donné que l'iso-10 lation n'est capable d'en adsorber que jusqu'à ce qu'elle soit saturée. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra procéder à des variantes de réalisation sans 15 pour cela sortir du cadre de l'invention. 70 25887 _ 9 - 2051673 REVENDICATIONS I0} Dispositif conducteur se composant d'au moins une fibre supraconductrice à lsintérieur d'un câble intensément refroidi constitué par des tuyauS: concentriques 5 formant une protection theraique, dispositif caractérisé en ce-qu'il comparée mi corps porteur tubulaire étiré, se trouvant dans le tuyau concentrique le plus à l'intérieur, et contre la paroi intérieure duquel sont fixées les fibres conductrices modifiant d'une manière continue au delà de l'axe du câble leur 10 position par rapport à l5as:e du câble, 2°) Dispositif conducteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi du corps porteur tubulaire est munie d'ouvertures„ 3°) Dispositif conducteur suivant la reven-15 dication 2, caractérisé en ce que les ouvertures sont disposées régulièrement d'une manière telle que le corps porteur est en forme de filet. . 4°) Dispositif conducteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres conductrices, par 20 suite d'une division de la section droite nécessitée par des raisons électriques en sections droites séparées, recouvrent uniformément la paroi intérieure du support tubulaire. 5°) Dispositif conducteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le 25 corps porteur est en une matière isolante» 6°) Dispositif conducteur suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la matière isolante est un copolymère de 1'éthylène, enrichi avec des monomères, 7°) Dispositif conducteur suivant l'une 30 quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la fixation, le long de l'axe ou câble, des fibres conductrices est faite à intervalles fixés à l'avance. 8°) Dispositif conducteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les 35 fibres conductrices sont collées à la paroi intérieure du corps porteur tubulaire. 9'°) Dispositif conducteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les fibres supraconductrices se présentent sous la forme de bandes. 40 10°) Dispositif conducteur suivant la 70 25-887 - io - 2051673 revendication 99 caractérisé en e© que les • fcorcTs longitudinaux des bandes se recouvrent » 11°) Dispositif conducteur- suivant la revendication 9P caractérisé en ce que les "bandes sont enroulées 5 l'une à côté de 18autre„ 12°) Dispositif conducteur suivant la revendication 95 caractérisé en ce que les bandes sont enroulées à intervalles « 13°) Dispositif conducteur suivant la 10 revendication 9» caractérisé en ce que les bandes sont disposées de manière que leurs "bords longitudinaux se touchent» 14°) Dispositif conducteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres conductrices sont profilées au moins partiellement â leur surface tournée vers 15 le corps porteur tubulaire » 15°) Dispositif conducteur suivant la revendication 1, caractérisé an ce qme la fibre conductrice ou les fibres conductrices sont recouvertes, au moins à leur surface tournée vers le corps porteur tubulaire, par une couche de 20 matière synthétique qui entre en combinaison intime avec la matière conductrice et d•autres Entières synthétiques appropriées» 16°) Procédé pour la fabrication d'un dispositif conducteur suivant lsuae quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce qu'os introduit les fibres conductrices 25 avec un coup exigé sur un noyau allongé puis on enroule sur ces fibresà intervalles réguliers ou irréguliers, en forme d'hélice, une bande en une matière synthétique avec laquelle les fibres conductrices sont réunies aux endroits non recouverts par la "bande enroulée y et l'on enlève ensuite le noyau portant les 30 bandes conductrices » 17°) Procédé suivant la revendication 16, caractérisé en ce qu:on applique le corps porteur sous la forme d'une matière synthétique apportée9 par estrosion, après l'application de l'enroulement formé par la "bande, cette matière synthé-35 tique étant collée à ou aux; fibres directrices aux endroits qui ne sont pas recouverts par la "banda enroulée „ 13°) Dispositif pour la mise en application du procédé suivant les revendications 16 ou 17, caractérisé en ee que le noyau allongé est un tuyau flexible pouvant être 40 gonflé, en une matière synthétique appropriée, ce tuyau flexible BAD ORIGINAL 70 25887 - n - 2051673 étant muni, en vue de l'augmentation de sa stabilité, d*un enroulement en papier» 19°) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant les revendications 16, 17 ou 18, caractérisé 5 en ce que le noyau allongé sous forme de tuyau flexible est muni d'un enroulement en matière synthétique»