Conductores flexibles compactos, de gran amperaje, que contienen cintas superconductoras de alta temperatura.

Un cable empleado para generar un campo magnético que comprende:

al menos un cable (400) que comprende:

una multitud de pilas (304) superconductoras de alta temperatura (HTS) dispuestas para formar una superestructura, comprendiendo dichas pilas de HTS una multitud de cintas (300) de HTS básicamente coplanarias a un plano formado por la anchura y la longitud de las cintas de HTS individuales, en donde una primera cinta (300) de HTS de la pila (304) de HTS se desplaza una distancia en la dirección de la anchura desde una cinta de HTS situada por encima de la cinta (300) de HTS individual en la pila de HTS; y caracterizado porque:

al menos un extremo de la multitud de cintas (402) de HTS se conecta en serie con un extremo de otra cinta (402) de HTS situada en una cualquiera de la multitud de pilas (304) de HTS.

Conductores flexibles compactos, de gran amperaje, que contienen cintas superconductoras de alta temperatura.

Referencia cruzada a solicitudes relacionadas La presente solicitud reivindica el beneficio de la fecha de presentación de la Solicitud de Patente Provisional de EE.UU. Nº 60/832.716, presentada el 21 de julio 2006.

Campo de la invención La presente invención se refiere a conductores flexibles de gran capacidad de amperaje. Más particularmente, la presente invención se refiere a conductores flexibles de gran capacidad de amperaje que contienen materiales superconductores de alta temperatura.

Antecedentes de la invención Se están buscando en numerosas aplicaciones conductores ligeros que puedan transmitir grandes cantidades de corriente eléctrica sin pérdidas significativas. Por ejemplo, en muchas aplicaciones de afinado electrolítico (por ejemplo, procesos de producción de aluminio) , se requieren grandes cantidades de corriente. Otras aplicaciones que requieren conductores de gran amperaje, ligeros, incluyen buques de guerra. Los buques se equipan actualmente con un complejo sistema de cables enrollados (llamados cables para desimanación) para reducir el campo magnético generado en el cuerpo de la nave que se construye normalmente de materiales ferromagnéticos. Esto permite a los buques evadir las minas magnéticas que estallan al detectar un cambio en el campo magnético. Para adaptarse a los requerimientos de gran amperaje en los ejemplos de aplicaciones descritos anteriormente, se utilizan generalmente hilos conductores de gran diámetro, normalmente fabricados de cobre o aluminio. Sin embargo, esto lleva indeseablemente a cables rígidos, pesados y voluminosos. Todavía no se han obtenido cables de peso reducido y flexibilidad aumentada que puedan transportar grandes cantidades de corriente eléctrica sin pérdidas significativas.

El documento EP1039483 describe un hilo conductor formado a partir de una multitud de unidades, cada una compuesta de superconductores a modo de cinta laminados aproximadamente en forma de rombo, dispuestos para formar de manera conjunta un hexágono.

El documento US 5.426.408 describe un módulo magnético superconductor que comprende una serie alterna de un primer y un segundo módulos magnéticos superconductores a tope y alineados coaxialmente.

Compendio de la invención La presente invención según las características de la reivindicación 1 se dirige generalmente a cables superconductores de alta temperatura (HTS, high-temperature superconducting) y a métodos para fabricarlos. Según ciertas realizaciones de la presente invención, el cable de HTS ofrece mayor flexibilidad, peso reducido y capacidad de transporte de gran amperaje, lo que ofrece ventajas significativas sobre los de la técnica anterior.

Según ciertas realizaciones de la presente invención, un cable de HTS puede incluir una multitud de cintas de superconductores de alta temperatura (HTS) apiladas básicamente coplanarias a un plano formado por la anchura y la longitud de cintas de HTS individuales para formar un pila de HTS, en la que una cinta de HTS individual de la pila de HTS se desplaza una distancia en la dirección de la anchura desde una segunda cinta de HTS situada por encima de la cinta de HTS individual en la pila de HTS. Además, se puede disponer una multitud de pilas de HTS para formar una superestructura que se trenza sobre el eje del cable.

Métodos para fabricar cables de HTS se describen también en el presente documento. Según ciertas realizaciones de la presente invención, el método puede incluir la disposición de una multitud de cintas de superconductores de alta temperatura (HTS) básicamente coplanarias a un plano formado por la anchura y la longitud de cintas de HTS individuales para formar un pila de HTS, en la que una cinta de HTS individual de la pila de HTS se desplaza una distancia en la dirección de la anchura desde una segunda cinta de HTS situada por encima de la cinta de HTS individual en la pila de HTS. Además, el método puede incluir la disposición de una multitud de pilas de HTS en una superestructura y trenzar la superestructura sobre el eje del cable.

Según ciertas realizaciones de la presente invención, también se describen cables empleados para generar campos magnéticos, tales como un cable para desimanación. El cable generador de campo magnético puede incluir al menos un cable que tiene una multitud de pilas de superconductores de alta temperatura (HTS) dispuestas para formar una superestructura, dichas pilas de HTS comprenden una multitud de cintas de HTS básicamente coplanarias a un plano formado por la anchura y la longitud de cintas de HTS individuales para formar un pila de HTS, en la que una cinta de HTS individual de la pila de HTS se desplaza una distancia en la dirección de la anchura desde una cinta de HTS situada por encima de la cinta de HTS individual en la pila de HTS, en donde al menos un extremo de la multitud de cintas de HTS se conecta en serie con un extremo de otra cinta de HTS situada en una cualquiera de la multitud de pilas de HTS.

Según ciertas realizaciones de la presente invención, el cable generador de campo magnético de la presente invención puede utilizarse en un sistema para desimanación. El sistema para desimanación puede incluir, además del cable generador de campo magnético de la presente invención, un sistema de refrigeración para mantener las cintas de HTS en un estado de superconducción y una fuente de alimentación para proporcionar una corriente controlada a las cintas de HTS.

Descripción breve de los dibujos Los anteriores y otros objetivos y ventajas de la presente invención serán evidentes tras la consideración de la siguiente descripción detallada, tomada conjuntamente con los dibujos adjuntos, en donde los caracteres de referencia iguales se refieren completamente a partes similares y en los que:

Las FIGS. 1A, 1B y 1C son diagramas esquemáticos de algunos tipos de ejemplos de cintas de HTS que se pueden utilizar en cables de HTS según ciertas realizaciones de la presente invención;

La FIG. 2 es un diagrama esquemático que muestra el montaje de cintas de HTS en forma de pilas romboidales según ciertas realizaciones de la presente invención;

Las FIGS. 3A a 3E son diagramas esquemáticos de algunas ejemplos de formas de montaje de las pilas romboidales de cables de HTS según ciertas realizaciones de la presente invención;

Las FIGS. 4A y 4B muestran diferentes realizaciones de un cable empleado para generar campos magnéticos que utiliza los cables de HTS según ciertas realizaciones de la presente invención;

Las FIGS. 4C y 4D muestran diferentes realizaciones de cómo los extremos de las cintas de HTS pueden conectarse para formar un cable generador de campo magnético según ciertas realizaciones de la presente invención;

La FIG. 4E muestra un limitador de flujo según ciertas realizaciones de la presente invención;

Las FIGS. 5A y 5B muestran imágenes de un cable de HTS que se fabricó según ciertas realizaciones de la presente invención;

La FIG. 6 muestra los resultados de la corriente crítica en función del radio de curvatura del cable de HTS según ciertas realizaciones de la presente invención;

Las FIGS. 7A y 7B muestran imágenes de un cable generador de campo magnético que tiene dos cables de HTS y un separador opcional situado en el interior de un criostato según ciertas realizaciones de la presente invención;

La FIG. 7C muestra un esquema de un cable generador de campo magnético que tiene un solo cable de HTS en el interior de un criostato de pequeño diámetro, con un separador opcional;

La FIG. 8 muestra la corriente que fluye a través de cintas de HTS en función de la tensión a 75 K para obtener una corriente crítica de las cintas de HTS según ciertas realizaciones de la presente invención;

La FIG. 9 muestra la corriente crítica de cintas de HTS en un cable generador de campo magnético medida y extrapolada en función de la temperatura según ciertas realizaciones de la presente invención;

La FIG. 10 muestra las caídas de tensión de diferentes bucles de HTS y cables de corriente que se producen a través de un cable generador de campo magnético cuando se suministran aproximadamente 105 A de corriente a una temperatura media de funcionamiento de aproximadamente 40 K según ciertas realizaciones de la presente invención;

La FIG. 11 muestra el tiempo que se necesita para enfriar unos 40 metros de cable generador de campo magnético desde la temperatura ambiente a aproximadamente 40 K según ciertas realizaciones de la presente invención;

La FIG. 12 muestra la diferencia de temperatura en diferentes lugares de un... [Seguir leyendo]

1. Un cable empleado para generar un campo magnético que comprende:

al menos un cable (400) que comprende: una multitud de pilas (304) superconductoras de alta temperatura (HTS) dispuestas para formar una superestructura, comprendiendo dichas pilas de HTS una multitud de cintas (300) de HTS básicamente coplanarias a un plano formado por la anchura y la longitud de las cintas de HTS individuales, en donde una primera cinta (300) de HTS de la pila (304) de HTS se desplaza una distancia en la dirección de la anchura desde una cinta de HTS situada por encima de la cinta (300) de HTS individual en la pila de HTS; y caracterizado porque: al menos un extremo de la multitud de cintas (402) de HTS se conecta en serie con un extremo de otra cinta (402) de HTS situada en una cualquiera de la multitud de pilas (304) de HTS.

2. El cable de la reivindicación 1, en el que cada cinta (300) de HTS de la pila (304) de HTS se desplaza en la misma dirección a los largo de la dirección de la anchura; o donde cada cinta (300) de HTS de la pila (304) de HTS se desplaza básicamente la misma distancia; o donde la multitud de cintas (300) de HTS forman una pila (304) que tiene una sección transversal en forma de romboide.

3. El cable de la reivindicación, en el que la multitud de pilas (304) se disponen de tal manera que un plano formado por la anchura y la longitud de la multitud de cintas de HTS es casi paralelo al perímetro local de la sección transversal de la superestructura.

4. El cable de la reivindicación 1, en el que la superestructura tiene una estructura en sección transversal hexagonal; o en el que la superestructura tiene una estructura en sección transversal triangular, o en el que la superestructura se retuerce sobre el eje del cable.

5. El cable de la reivindicación 1, en el que el cable (400) n comprende al menos N cintas (300) de HTS; y un primer extremo de la (N-1) -ésima cinta (402) de HTS se conecta en serie a un segundo extremo de una N-ésima cinta de HTS; la N-ésima cinta de HTS y la (N-1) -ésima cinta de HTS se ubican en una cualquiera de la multitud de pilas (304) de HTS.

6. El cable de la reivindicación 5, en el que las cintas (300) de HTS se conectan entre sí utilizando una caja (410) de conexiones que tiene enchufes capaces de recibir el primer extremo de la (N-1) -ésima cinta de HTS y el segundo extremo de la N-ésima cinta de HTS; una soldadura; presión física para presionar el primer extremo de la (N-1) -ésima cinta de HTS y el segundo extremo de la N-ésima cinta de HTS entre sí; o cualquier combinación de los mismos.

7. Un sistema de desimanación que comprende: el cable (400) de la reivindicación 1; un sistema de refrigeración para mantener las cintas de HTS en un estado superconductor; y una fuente de alimentación para proporcionar una corriente controlada a las cintas de HTS.

8. El sistema de desimanación de la reivindicación 7, en el que el sistema de refrigeración comprende un criostato (404) para alojar el cable, un refrigerante (412) , un mecanismo (406) de refrigeración para enfriar el refrigerante, y un mecanismo (408) de distribución para distribuir el refrigerante a las cintas de HTS.

9. El sistema de desimanación de la reivindicación 8, en el que el criostato (404) además comprende un estrangulador (413) capaz de dividir un flujo de refrigerante (412) en dos chorros de flujo diferentes.

10. El sistema de desimanación de la reivindicación 9, en el que el estrangulador (413) comprende una carcasa del estrangulador, al menos un anillo de sellado y al menos una tapa de sellado.

11. El sistema de desimanación de la reivindicación 10, en el que la al menos una tapa de sellado puede apretarse para controlar la cantidad relativa de refrigerante que fluye en los dos chorros de flujo diferentes.

12. El sistema de desimanación de la reivindicación 10, en el que la al menos una tapa de sellado y la carcasa del estrangulador se componen de un material compuesto.

13. El sistema de desimanación de la reivindicación 10, en el que el al menos un anillo de sellado se compone de un fluoropolímero.

14. El sistema de desimanación de la reivindicación 8, en el que: la fuente de alimentación proporciona corriente a las cintas de HTS a través de al menos dos cables de corriente; el mecanismo de distribución comprende una entrada para distribuir el refrigerante a las cintas de HTS; y la entrada y los cables de corriente se disponen de manera que el refrigerante se distribuye a alguna parte de los cables de corriente.