Brevet FR2112054A1 — publié le 19720616

La présente invention a pour objet un perfectionnement a un procédé pour la libération d'une énergie électrique. Par le brevet français n 1 464 731, déposé au nom du COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE, on connaît un procédé pour la libération d'une anergie électrique, selon lequel on stocke l'énergie dans un circuit conducteur fermé sur lui-même et main- tenu en état de supraconductivité, ledit circuit étant recouvert sur une partie de sa longueur d'un gainage externe métallique présentant une résistance électrique faible vis-à-vis de celle udit circuit à l'état normal et en contact électrique avec ledit circuit, ce procédé consistant à relier électriquement un circuit d'utilisation audit gainage par des connexions, à ouvrir à un instant donné, ledit circuit conducteur au moyen d'un commutateur, et a libérer l'énergie stockée par l'intermédiaire dudit gainage et desdites connexions vers ledit circuit d'utilisation. Conformément a l'invention, on utilise un procédé dans lequel avant la libération de l'énergie, on met en parallèle un nombre N de ces circuits préalablement chargés, chacun de ces circuits ayant alors un point à un potentiel sensiblement égal à celui d'un point des N-1 autres circuits, de telle sorte que le courant de décharge dans un circuit d'utilisation, soit N rois supérieur au courant de charge de chacun des circuits élé mentai@es, sans que la tension totale développée soit supérieure à celle développée par un circuit. Comme dans le cas d'un seul circuit, décrit dans le breve@ fra@cais n 1 454 731, chacun de ces N circuits peut ou non outre magnétiquement @ouplé à un circuit secondaire, tous les circuits secondaires @orrespondants étant susceptibles d'être connectés en para@@èle sur la même charge d'utilisation. En variante, tous l secondaires peuvent être confondus en un seul. Il résulte ce la mise en oeuvre de ce procédé, qu'il est possible d'alimenter e impulsions une charge d'utilisation avec des courants électriques très supérieurs à la valeur maximum du courant critique du conducteur supraconducteur mis en oeuvre. L'utilisation de ce procédé a pour effet de reculer les limites rencontrées dans les transformateurs @as@iques. Il est en effet bien connu en électrotechnique aue dans un montage classique en transformateur élévateur de courant, o est imité, pour le courant secondaire, par le produit au courant primaire et de l'inverse du rapport de transformation, ce rapport etant lui-même limité par la tension apparaissant alors au primaire. 'autres caractéristiques et avantages de l'inventi@ seront mieux compris à la lecture de la description qui v suivre de plusieurs exemples de réalisation et en se @éférant aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est un schéma d'un dispositif de l@bé- ration d'énergie suivant l'invention représenté pendant la phase de charge, - la figure 2 est un schéma du dispositif de la figure 1 représenté pendant la phase de stockage d l'énergie, la figure 3 est un schéma du dispositif d la figure 1, représenté pendant la phase de libératc de L'énergie, - la figure 4 est un schéma modifié du dispositif représenté a la figure 1 pendant la phase de libération d'energie, - la figure 5 est un schéma d'un dispositif de libération d'énergie sans secondaire. A la figure 1, on a représenté un schéma c'un dispo sit de libération d'une énergie électrique qui @omprend .w circuits comprenant chacun, comme mentionné dans le brevet f@arç@is n 1 464 731, un bobinage L.1, L.2, L.3... @@n et un commutateur J.1, J.2, J.3 ... J.n, monté en série. Le bobinage L.1,L.2, L3 ... L.n, est réalisé en un matériau conduisant l'électricité et susceptible de presenter des propriétés supraconductrices à température suffisamment basse notamment par immersion dans un volume de gaz liquéfié. Le fil conducteur du bobinage L.1, L.2, L.3... L.n et entouré sur une partie de sa longueur et en contact électrique avec un gainage métallique réalisé en un métal bon conducteur de l'électricité et de la chaleur, ledit métal présentant une résis- tance ohmique suffisamment faible pour pouvoir supporter le passage d'un courant important sans échauffement exagéré. Le commutateur J.1, J.2, J.3.. e J.n, suivant un mode de réalisation décrit dans le brevet français nO 1 464 731, est constitué par un enroulement d'une résistance chauffante entourant un prolongement du fil conducteur de la bobine. Le passage d'un courant dans le fil de la résistance chauffante détermine un dégagement de chaleur qui assure l'élévation de température du prolongement du fil conducteur de la bobine, immergé dans le gaz liquide et qui perd localement ses propriétés supraconductrices. La résistance chauffante peut être remplacée par un enroulement conducteur alors utilisé pour provoquer magné tique- ment la transition du supraconducteur. Comme représenté à la figure 1, pendant la phase de charge, les bobines L.1, L.2, L.3 ... L.n et les commutateurs J.1, J.2, J.3... J.n sont reliés en série et alimentés à partir des bornes A et B d'une source de courant électrique, de telle sorte que les bobines soient parcourues par un même courant électrique I. Pour le stockage de l'énergie électrique (figure 2), le circuit conducteur comprenant les bobines et les commutateurs en série, est fermé sur lui-même de manière à piéger l'énergie. Avant de procéder à la libération de l'énergie, en agissant sur les commutateurs J.1, J.2, J.3 ... J.n, c'est-àdire en faisant cesser l'état de supraconduction de tout ou partie des circuits élémentaires, on établit de préférence un contact électrique entre tous les points P de chacun des circuits, notamment au moyen d'un conducteur commun K et d'interrupteurs C.1,C.2, C.3... Cn (figure 3) destinés à mettre en parallèle N circuits. De cette manière, le courant de décharge dans un circuit d'utilisation est N fois supérieur au courant de charge de chacun des circuits élémentaires, sans que la tension totale développée soit supérieure à celle développée par l'un des circuits élémentaires. Comme représenté à la figure 3, chaque bobine L.I, L.2, L.3, ... L.n est couplée magnétiquement à un enroulement secondaire S.1, S.2, S.3, ... S.n, réalisant ainsi N transformateurs de rapport de transformation n. Chacun de ces enroulements S.1, S.2, S.3, ... S.n, est parcouru à la décharge par le courant n.I et la charge d'utilisation U sur laquelle sont connectés en parallèle les enroulements S.1, S.2, S.3, ... S.n, est parcourue par le courant Nn.I sans que la tension maxima observée au circuit primaire dépasse la valeur développée par l'un des circuits élémentaires. Tous ces enroulements peuvent d'allleurs être couplés électromagnétlquement entre eux, ce qui ne supprime nullement la subdivision de la tension primaire. il faut noter que la jonction entre tous les points P est équipotentielle et que la résistance du contact de chacun de ces points peut prendre une valeur quelconque (à condition qu'elle soit partout identique) et en particulier une valeur infinie, mais cela n'est exact que Si à chaque instant chacun des circuits élémentaires est identique aux.N-l autres en ce qui concerne les valeurs de self induction, d'induction mutuelle et de résistance. Dans ce cas, il est possible de vérifier que chacun des points P est naturellement au même potentiel que les autres points P. Par contre, si les self inductions, les inductions mutuelles et les lois de variation des résistances des différents circuits élémentaires ne sont pas rigoureusement identiques à la décharge, la jonction entre les différents points P selon un schéma conforme à la figure 4 a pour conséquence, si les résistances R.1, R.2...R.n, sont très rapidement supérieures aux résistances r, de maintenir sensiblement tous les points P au même potentiel. il en résulte que malgré le déséquilibre, la tension développée au circuit primaire reste du même ordre que celle développée par chacun des circuits. Par ailleurs, ce déséquilibre entre les différents circuits élémentaires se@traduit par une perte d'énergie, qui en l'absence des résistances r, s'effectuerait dans les commutateurs J.î, J.2, ...J.n. Il est visible que si-Ri 8 2r, cette dissipat n d'énergie s'effectue dans les rés @ances @ q@ @@ @vent être placées utilement à l'extérie@ de @@@nce @ @ryogénique dans laquelle sont disposés les circuit @mai@@s Le rôle des résistances r est multiple - limitation de la tension développée au circuit primaire à une valeur très voisine de celle développée par un seul circuit;; - récupération de l'énergie électrique inévitablement dégradée sous Forme joule dan l'enceinte cryogénique en cas de déséquilibre permanent ou temporaire entre les circuits élémentaires; - protection des circuits élémentaires durant la charge de l'énergie ans e cas où l'on aura de préférence réalisé initialement le branchement des résistance r. A titre d'exemple, il est mentionné ci-après un dispositif constitué de 10 bobinages élémentaires comportant @nacun 100 spires d'un conducteur supraconducteur de type commercial, parcouru par un courant de 10.000 ampères et permettant par la mise en oeuvre du procédé de disposer au primaire de 100.000 ampères. Chacun de ces bobinages étant magnétiquement couplé à un autre bobinage formé de 5 spires d'un conducteur peu résistant par exemple en cuivre. I1 est donc possible de disposer dans la charge d'utilisation en raison du circuit secondaire ainsi constitué d'un courant 2.106 ampères. S1 ce dispositif est adopté pour délivrer une puissance instantanée, par exemple de 3.109 watts, la tension développée au primaire n'es" que de 30.000 volts, alors qu'elle est au secondaire de 1.500 volts. Si au contraire, on avait réalisé un dispositif constitué d'un seul bobinage comportant 1.000 spires parcouru par un co@rant de 10.000 ampères et couplé à un enroulement secon @di@e @e @0 spires, à puissance égale, la tension developpée au p@@m@@te au@a@@ été de 300.000 volts, alors que la tension la @@@an@ disponibies au secondaire auraient respectivement été de @.000 volts es @.165 ampères. Procédé classique Procédé décrit P = 3.109 watts Vp = 300.000 volts Vp = 30.000 volts Primaire Ip = 10.000 ampères Ip = 100.000 ampéres Icharge = 10.000 ampères Icharge= 10.000 ampères Secon- Vs = 15.000 volts Vs = 1.500 volts daire Is = 200.000 ampères Is = 2.000.000 amperes La figure 5 illustre enfin un dispositif de libératlon d'énergie déduit de celui illustré sur la figure 4 mais où le circuit secondaire est supprimé. REVENDICATIONS 10/ Procédé pour la libération d'une énergie électrique dans lequel on utilise plusieurs circuits conducteur maintenus en état de supraconductivité pour le stockage de l'énergie, chaque circuit étant recouvert sur une partie de sa longueur d'un gainage externe métallique présentant une résistance électrique faible vis-à-vis de celle dudit circuit à l'état normal et en contact électrique avec ledit circuit, et dans lequel on relie électriquement ledit gainage à un circuit d'utilisation, et on ouvre à un instant donné ledit circuit conducteur au moyen d'un commutateur pour libérer l'énergie stockée vers le circuit d'utilisation, caractérisé en ce que avant la libération de l'énergie, on met en parallèle un nombre N de circuits préalablement charges en série, chacun de ces circuits ayant alors un point à un potentiel sensiblement égal de celul dlun poi.nt des N-1 autres circuits, de telle sorte que le courant de décharge dans un circuit d'utilisation soit N fois supérieur au courant de charge de chacun des circuits élémentaires, sans que la tension totale dévelop- pée soit supérieure à celle développée par un circuit. 20/ Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chacun des N circuits constituant un circuit primaire est couplé magnétiquement à un circuit secondaire. 30/ Dispositif suivant la revendication 2, carac térisé en ce que les circuits secondaires sont connectés en parallèle sur la même charge d'utilisation. 40/ Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les circuits primaires sont susceptibles d'être reliés sélectivement au moyen d'interrupteurs, en série lors de la charge et en parallèle lors de la décharge. 50/ Dispositif suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les bobinages des N circuits primaires qui sont couplés avec des enroulements secondaires correspondants constituent N transformateurs de rapport de transformation n. 60/ Dispositif suivant les revendications 1, 2, 3, 4, et 5, caractérisé en ce qu'une résistance est branchée entre chacun des circuits élémentaires et leur point commun de jontion. 70/ Dispositif suivant la revendication 6, carac térisé en ce que les résistances sont placées à l'extérieur de l'enceinte cryogénique dans laquelle sont plongés les circuits éLémentaires.