NUEVOS ARTÍCULOS SUPERCONDUCTORES.

Un artículo superconductor, que comprende: un sustrato que tiene una longitud;

una capa de textura biaxial que recubre al sustrato una pluralidad de tiras superconductoras que recubren a la capa de textura biaxial y que tienen una anchura promedio de al menos 5 !m, comprendiendo las tiras superconductoras primera y segunda tiras superconductoras que se extienden generalmente paralelas entre sí a lo largo de al menos una parte de la longitud y separadas entre sí por un espacio que tiene una anchura del espacio promedio de al menos 1 !m;

al menos un puente superconductor por 100 m de sustrato, que acopla eléctricamente al menos a la primera y segunda tiras superconductoras entre sí; al menos una capa de derivación conductora que recubre a la capa superconductora, en el que el sustrato tiene una relación dimensional de no menos de aproximadamente 10.

Nuevos artículos superconductores.

CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere en general a artículos superconductores y métodos para su formación. La invención se refiere particularmente a artículos superconductores en forma de conductores recubiertos y dispositivos que los incorporan.

TÉCNICA ANTECEDENTE

Los materiales superconductores se conocen y entienden desde hace mucho por parte de la comunidad científica. Los superconductores de baja temperatura (baja Tc) que muestras propiedades superconductoras a temperaturas que requieren el uso de helio líquido (4, 2 K) , se conocen desde alrededor de 1911. Sin embargo, no fue hasta algo más recientemente que se han descubierto superconductores de alta temperatura (alta Tc) a base de óxido. Alrededor de 1986, se descubrió un primer superconductor de alta temperatura (HTS) , que tiene propiedades superconductoras a una temperatura por encima de la del nitrógeno líquido (77 K) , concretamente YBa2Cu3O7-x (YBCO) , seguido por el desarrollo de materiales adicionales durante los últimos 15 años incluyendo BiSr2Ca2Cu3O10+y (BSCCO) , y otros. El desarrollo de superconductores de alta Tc ha creado el potencial de un desarrollo económicamente factible de componentes superconductores que incorporan dichos materiales, debido parcialmente al coste de manejar dichos superconductores con nitrógeno líquido en lugar de con la comparativamente más cara infraestructura criogénica a base de helio líquido.

De la miríada de potenciales aplicaciones, la industria ha buscado desarrollar el uso de dichos materiales en la industria de la energía, incluyendo aplicaciones para la generación, transmisión, distribución y almacenamiento de energía. A este respecto, se estima que la resistencia innata de los componentes energéticos comerciales a base de cobre es responsable de miles de millones de dólares al año en pérdidas de electricidad y, por consiguiente, la industria energética tiene la posibilidad de ahorrar en base a la utilización de superconductores de alta temperatura en componentes energéticos tales como cables de transmisión y distribución de energía, generadores, transformadores e interruptores de corriente de falta. Además, otros beneficios de los superconductores de alta temperatura en la industria energética incluyen un factor de 3-10 aumentos de la capacidad de manejo de energía, una reducción significativa del tamaño (es decir, la huella) del equipo de energía eléctrica, un impacto medioambiental reducido, mayor seguridad y mayor capacidad respecto a la tecnología convencional. Aunque dichos potenciales beneficios de los superconductores de alta temperatura siguen siendo bastante persuasivos, siguen existiendo numerosos desafíos técnicos en la producción y comercialización de superconductores de alta temperatura a gran escala.

Entre los desafíos asociados con la comercialización de superconductores de alta temperatura, existen muchos relacionados con la fabricación de una cinta superconductora que pueda utilizarse para la formación de diversos componentes energéticos. Una primera generación de cinta superconductora incluye el uso del superconductor de alta temperatura BSCCO mencionado anteriormente. Este material generalmente se proporciona en forma de filamentos discretos, que están incluidos en una matriz de metal noble, típicamente plata. Aunque dichos conductores pueden estar hechos en longitudes prolongadas necesarias para la implementación en la industria energética (tales como del orden de kilómetros) , debido a los costes de materiales y de fabricación, dichas cintas no representan un producto viable desde el punto de vista comercial.

El documento DE 9111328 (U1) describe un superconductor de alta temperatura que tiene un portador metálico similar a una cinta y un recubrimiento en un lado o en dos lados de materiales superconductores mezclados con óxido. En su interior, el recubrimiento está formado como filamentos individuales que se extienden en paralelo, que están conectados entre sí mediante puentes de contacto.

Por consiguiente, se ha generado un gran interés en las llamadas cintas de HTS de segunda generación que tienen una viabilidad comercial superior. Estas cintas típicamente se basan en una estructura en capas, que generalmente incluye un sustrato flexible que proporciona soporte mecánico, al menos una capa protectora que recubre al sustrato, conteniendo opcionalmente la capa protectora múltiples películas, una capa de HTS que recubre a la película protectora, y una capa estabilizante eléctrica que recubre a la capa de superconductor, típicamente formada por al menos un metal noble. Sin embargo, hasta la fecha, sigue habiendo numerosos desafíos de ingeniería y fabricación antes de la completa comercialización de dichas cintas de segunda generación.

Por consiguiente, en vista de lo anterior, siguen existiendo diversas necesidades en la técnica de los superconductores y, en particular, la provisión de cintas superconductoras viables desde el punto de vista comercial, métodos para su formación y componentes energéticos que utilicen dichas cintas superconductoras.

Además de las necesidades generales en la técnica descritas anteriormente, también es ventajoso proporcionar artículos superconductores que tengan características operativas deseables en el contexto de aplicaciones en las que las pérdidas de CA son particularmente significativas. A este respecto, la forma más típica de energía eléctrica utilizado hoy es la forma de corriente alterna (CA) . Los artículos superconductores, incluyendo conductores que están en espiral o enrollados están particularmente sujetos a pérdidas de AC, que inhiben la viabilidad comercial.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La figura 1 ilustra una vista en perspectiva que muestra la estructura generalizada de una cinta superconductora de acuerdo con una realización de la presente invención.

Las figuras 2-5 ilustran un diagrama de flujo del proceso para formar una realización de la presente invención.

La figura 6 ilustra otra realización de la presente invención.

La figura 7 ilustra una vista superior que muestra un diseño de cinta superconductora de acuerdo con un aspecto de la presente invención.

La figura 8 ilustra una vista esquemática de un transformador.

La figura 9 ilustra una vista esquemática de un generador de energía.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

De acuerdo con realizaciones de la presente invención, se proporciona un artículo superconductor de acuerdo con la reivindicación 1.

MODOS DE REALIZAR LA INVENCIÓN

Volviendo a la figura 1, se representa la estructura en capas general de un artículo superconductor de acuerdo con una realización de la presente invención. El artículo superconductor incluye un sustrato 10, una capa protectora 12 que recubre al sustrato 10, una capa superconductora 14, seguida por una capa de recubrimiento 16 (opcional) , típicamente una capa de metal noble, y una capa estabilizante 18 (opcional) , típicamente un metal no noble.

El sustrato 10 es generalmente a base de metal, y típicamente, una aleación de al menos dos elementos metálicos. Los materiales de sustrato particularmente adecuados incluyen aleaciones metálicas a base de níquel tales como el conocido grupo de aleaciones Inconel®. Las aleaciones Inconel® tienden a tener propiedades de fluencia, químicas y mecánicas deseables, incluyendo coeficiente de expansión, resistencia a la tracción, límite elástico y elongación. Estos metales están generalmente disponibles en el mercado en forma de cintas bobinadas, particularmente adecuadas para la fabricación de una cinta superconductora, que típicamente utilizarán manejo de cintas de carrete a carrete.

El sustrato 10 está típicamente en una configuración similar a una cinta, que tiene una alta relación dimensional. Por ejemplo, la anchura de la cinta es generalmente del orden de aproximadamente 0, 4-10 cm, y la longitud de la cinta es típicamente de al menos aproximadamente 100 m, de la forma más típica mayor de aproximadamente 500 m. De hecho, realizaciones de la presente invención proporcionan cintas superconductoras que incluyen el sustrato 10 que tiene una longitud del orden de 1 km o superior. Por consiguiente, el sustrato puede tener una relación dimensional que es bastante alta, del orden de no menos de 10, no menos de aproximadamente 102, o incluso no menos de aproximadamente 103. Algunas... [Seguir leyendo]

1. Un artículo superconductor, que comprende: un sustrato que tiene una longitud; una capa de textura biaxial que recubre al sustrato una pluralidad de tiras superconductoras que recubren a la capa de textura biaxial y que tienen una anchura promedio de al menos 5 !m, comprendiendo las tiras superconductoras primera y segunda tiras superconductoras que se extienden generalmente paralelas entre sí a lo largo de al menos una parte de la longitud y separadas entre sí por un espacio que tiene una anchura del espacio promedio de al menos 1 !m;

al menos un puente superconductor por 100 m de sustrato, que acopla eléctricamente al menos a la primera y segunda tiras superconductoras entre sí; al menos una capa de derivación conductora que recubre a la capa superconductora, en el que el sustrato tiene una relación dimensional de no menos de aproximadamente 10.

2. El artículo superconductor de la reivindicación 1, en el que las tiras superconductoras son generalmente coplanares entre sí, formando una capa superconductora.

3. El artículo superconductor de la reivindicación 1, en el que la capa superconductora se somete a procesamiento fotolitográfico para formar las tiras superconductoras.

4. El artículo superconductor de la reivindicación 1, en el que las tiras superconductoras y el al menos un puente superconductor son sustancialmente coplanares, formados a partir de una capa de material superconductor modelizada según un patrón.

5. El artículo superconductor de la reivindicación 1, en el que los puentes superconductores están separados generalmente de forma periódica a lo largo de una longitud del sustrato.

6. El artículo superconductor de la reivindicación 1, en el que las tiras superconductoras están compuestas por un superconductor de alta temperatura.