патенты / 15375

694020-- = "/"; . , . . , . . , . , , . .



. :
:
УведомлениеЭтот перевод сделан компьютером. Невозможно гарантировать, что он является ясным, точным, полным, верным или отвечает конкретным целям. Важные решения, такие как относящиеся к коммерции или финансовые решения, не должны основываться на продукте машинного перевода.
РћРџРРЎРђРќРР• РЗОБРЕТЕНРРЇ GB694020A
[]
-- ПАТЕНТНАЯ СПЕЦРР¤РРљРђР¦РРЇ -- 694,020 Дата подачи заявки Рё подачи Полной спецификации Январь. 16 1952. 694,020 . 16 1952. в„– 1254/52. . 1254/52. . . 1
Заявление подано РІ Соединенных Штатах Америки РІ августе. 31, 1951. . 31, 1951. \..0>,.. Полная спецификация опубликована 8 июля 1953 Рі. \..0>,.. 8, 1953. Рндекс РїСЂРё приемке:- 53, . :- 53, . ПОЛНАЯ СПЕЦРР¤РРљРђР¦РРЇ Усовершенствования РІ потребляющих углерод или газовых топливных элементах или РІ отношении РЅРёС…. РњС‹, , корпорация, организованная РІ соответствии СЃ законодательством штата Пенсильвания, Соединенные Штаты Америки, РїРѕ адресу Копперс Билдинг, Питтсбург, Пенсильвания, Соединенные Штаты Америки, настоящим заявляем, что изобретение, РЅР° которое РјС‹ молимся, чтобы нам был выдан патент, Рё метод, СЃ помощью которого РѕРЅРѕ должно быть реализовано, Р±СѓРґСѓС‚ конкретно описаны РІ следующем заявлении: Это изобретение относится Рє преобразованию углерода РІ электрическое электричество. энергии Рё, более конкретно, Рє процессу Рё устройству для преобразования углерода РІ электрическую энергию посредством топливного элемента. , , , , , , , , , , , : , , . Были предложены Рё разработаны топливные элементы, приспособленные для выработки электроэнергии путем сжигания РѕРєРёСЃРё углерода Рё РІРѕРґРѕСЂРѕРґР° СЃ использованием РІРѕР·РґСѓС…Р° РІ качестве окисляющего газа. Особый успех был достигнут РїСЂРё эксплуатации ячеек РїСЂРё высоких температурах. Р’ известных топливных элементах этого типа РѕРєРёСЃСЊ углерода Рё РІРѕРґРѕСЂРѕРґ сначала генерируются РІ отдельной Р·РѕРЅРµ газификации, Р° затем подаются РЅР° катодный конец топливного элемента. Если предположить, что максимальная эффективность, достигнутая РґРѕ СЃРёС… РїРѕСЂ РЅР° каждом РёР· РґРІСѓС… отдельных этапов, достигается, то общая эффективность составит РїРѕСЂСЏРґРєР° 40 процентов. . . , . , - 40 . Р’ нашем одновременно рассматриваемом заявлении в„–. . 3293 1.51 (серийный номер 680,982), поданной 5 РёСЋРЅСЏ 1951 Рі. Рё переданной правопреемнику настоящего изобретения, описан процесс преобразования углерода РІ электрическую энергию СЃ эффективностью РґРѕ 7,3%. Такая высокая эффективность достигается Р·Р° счет работы топливного элемента РїСЂРё температуре, превышающей температуру Р·РѕРЅС‹ генерации РјРѕРЅРѕРѕРєСЃРёРґР° углерода Рё РІРѕРґРѕСЂРѕРґР°, Рё Р·Р° счет передачи тепла РѕС‚ высокотемпературного топливного элемента РІ Р·РѕРЅСѓ генерации газа для обеспечения тепла, необходимого для поддержания эндотермического парообразования. углеродная реакция. Поскольку желательно РЅРµ эксплуатировать топливный элемент РїСЂРё температуре намного выше 1700 , температура Р·РѕРЅС‹ пароуглеродной газификации должна быть [Цена 218] ниже той, РїСЂРё которой обычно проводится пароуглеродная реакция для получения оптимальных результатов. Соответственно, конверсия пара меньше, чем требуется для достижения максимальной эффективности преобразования углерода РІ электрическую энергию, если только для повышения степени конверсии пара РЅРµ используется химически активный уголь или подходящий катализатор. 3293 1.51 ( . 680,982) 5, 1951, , 7.3 . - . 1700 ., - [ 218] 50 . , , . Поэтому было Р±С‹ желательно создать систему, РІ которой тепло, выделяемое РІ топливном СѓРіСЂРµ, используется для поддержания реакции пар-углерод 60 Рё РІ которой достигаемая эффективность РЅРµ зависит РѕС‚ конверсии пара, осуществляемой РІ Р·РѕРЅРµ газификации. , , ] - 60 . Настоящая заявка отличается РѕС‚ заявки в„– 13293151 (680982) тем, что РѕРЅР° определяет СЃРїРѕСЃРѕР±, который включает этап или признак рециркуляции газообразного продукта, содержащего РґРёРѕРєСЃРёРґ углерода Рё пар, РёР· эректрохимической Р·РѕРЅС‹ 70 обратно РІ Р·РѕРЅСѓ газификации. Благодаря этой стадии рециркуляции достигается эффективность, РЅРµ зависящая РѕС‚ конверсии пара РІ Р·РѕРЅРµ газификации. 65 . 13293151 (680,982) 70 . , . Поэтому становится ненужным использовать химически активные угли или катализаторы газификации РІ Р·РѕРЅРµ газификации. 75 . Р’ соответствии СЃ настоящим изобретением предусмотрены процесс Рё устройство для преобразования углерода РІ электрическую энергию 80 СЃ общим РљРџР”, достигающим 8() процентов. Последняя эффективность даже несколько выше, чем эффективность, достижимая СЃ помощью процесса, описанного РІ вышеупомянутой заявке, Рё РІРґРІРѕРµ выше, чем эффективность, достигаемая системами предшествующего СѓСЂРѕРІРЅСЏ техники, использующими топливные элементы. Более того, реализация этой эффективности РЅРµ зависит РѕС‚ . , 80 - 8{) . - , 85 . , . имеющие высокую конверсию пара РІ Р·РѕРЅРµ газификации. Следовательно, нет необходимости использовать химически активный уголь или катализаторы для достижения высокой эффективности настоящего изобретения. . , 90 . Р’ частности, наше изобретение включает систему, РІ которой РІРѕРґСЏРЅРѕР№ пар Рё РґРёРѕРєСЃРёРґ углерода 95 РїСЂРё повышенной температуре реагируют --' 0,7-') 6jq4,020 СЃ углеродом РІ Р·РѕРЅРµ газификации СЃ образованием газообразного продукта, содержащего РѕРєСЃРёРґ углерода, РІРѕРґРѕСЂРѕРґ Рё непрореагировавший пар Рё углекислый газ. Эту газовую смесь Рё окисляющий газ, С‚.Рµ. газ, содержащий свободный кислород, РїРѕ отдельности подают РІ Р·РѕРЅСѓ окислительно-восстановительной электрохимической реакции, содержащую РѕРґРёРЅ или несколько топливных элементов, которые предназначены для работы РїСЂРё температурах, повышенных РїРѕ сравнению СЃ температурой Р·РѕРЅС‹ газификации. Р’ этой Р·РѕРЅРµ РѕРєРёСЃСЊ углерода Рё РІРѕРґРѕСЂРѕРґ окисляются РґРѕ углекислого газа Рё РІРѕРґС‹ (С‚.Рµ. пара). , 95 --' 0, 7-') 6jq4,020 , . , .., - . , (.., ). Теплота сгорания частично выделяется РІ РІРёРґРµ электрической энергии, Р° остальная часть выделяется РІ РІРёРґРµ тепла для поддержания температуры топливного элемента предпочтительно РІ диапазоне РѕС‚ 1300 РґРѕ 1650 . 1300 . 1650 . Горячие газообразные продукты окисления, Р° также непрореагировавший пар Рё углекислый газ РёР· электрохимической Р·РѕРЅС‹ перерабатываются. -- . РїСЂРё этом, РїРѕ существу, РїСЂРё температуре топливного элемента, С‚.Рµ. без преднамеренного охлаждения, обратно РІ Р·РѕРЅСѓ газификации. , .., , . Количество рециркулируемого газа регулируется для поддержания эндотермических реакций, протекающих РІ Р·РѕРЅРµ газификации, Р° именно: (1) + 1oO- + 1H. Рё (2) C02 + --2C0.. , (1) + 1oO- + 1H. (2) C02 + --2C0.. Регулируемое количество РґРёРѕРєСЃРёРґР° углерода РёР· топливного элемента выбрасывается РёР· системы, чтобы поддерживать практически постоянным количество РґРёРѕРєСЃРёРґР° углерода, возвращаемого РІ Р·РѕРЅСѓ газификации. . Относительные доли РґРёРѕРєСЃРёРґР° углерода Рё РІРѕРґС‹ РІ газовой смеси, подаваемой РІ Р·РѕРЅСѓ газификации, РјРѕРіСѓС‚ варьироваться РІ различных системах РѕС‚ смеси, содержащей преимущественно пар, РґРѕ смеси, содержащей преимущественно РґРёРѕРєСЃРёРґ углерода. Однако для данной системы, как только выбрано конкретное соотношение, его следует поддерживать практически постоянным, чтобы поддерживать РІ системе правильный тепловой баланс. . , , , . Температура Р·РѕРЅС‹ газификации поддерживается Р·Р° счет передачи тепла РѕС‚ топливного элемента. Следовательно, РѕРЅРѕ несколько ниже того, которое обычно используется РІ таких реакциях газификации. Соответственно, конверсия пара Р·Р° РїСЂРѕС…РѕРґ через Р·РѕРЅСѓ газификации может составлять всего РѕС‚ 5 РґРѕ 10 процентов, что намного ниже 70 процентов. конверсия, необходимая для получения высокой эффективности преобразования углерода РІ электрическую энергию. Однако Р·Р° счет непрерывной рециркуляции пара Рё РґРёРѕРєСЃРёРґР° углерода РёР· топливного элемента неблагоприятные последствия РЅРёР·РєРѕР№ конверсии пара Р·Р° РїСЂРѕС…РѕРґ РїРѕ существу устраняются. Таким образом, можно достичь необычайно высокой эффективности преобразования углерода РІ электрическую энергию без РїСЂРёРІСЏР·РєРё Рє конкретной конверсии пара Р·Р° РїСЂРѕС…РѕРґ. Путем использования пара Рё РґРёРѕРєСЃРёРґР° углерода РІ качестве реагентов газификации РІ системе рециркуляции. становится ненужным использовать активный уголь или катализаторы газификации РІ Р·РѕРЅРµ газификации. . , , . , .5 10 ., 70 . . , , . , . . ., . Для лучшего понимания настоящего изобретения Рё его целей следует использовать ссылку 7C РЅР° следующее РїРѕРґСЂРѕР±РЅРѕРµ описание предпочтительного варианта осуществления изобретения Рё его модификаций; Рё Рє сопроводительным чертежам, РЅР° которых: 75 Фиг. 1 представляет СЃРѕР±РѕР№ иллюстрацию, частично схематическую, Р° частично РІ разрезе, устройства, РІ котором может быть реализован предпочтительный вариант осуществления; Фигура представляет СЃРѕР±РѕР№ увеличенный подробный РІРёРґ РІ поперечном сечении блока топливных элементов, показанного РЅР° фигуре 1; Рё Фигура 3 представляет СЃРѕР±РѕР№ РІРёРґ, частично схематический Рё частично РІ разрезе, модификации устройства, показанного РЅР° Фигуре 1. 8-. , 7C ; :- 75 1 , , ; 80 - 1; 3 , , 1. 8-. Р’ частности, обращаясь Рє фигуре 1 чертежа, цифрой 10 обозначен резервуар для генерации газа, имеющий РїРѕ существу цилиндрическую верхнюю секцию 12 Рё нижнюю секцию 14 РІ форме перевернутого РєРѕРЅСѓСЃР°. Этот СЃРѕСЃСѓРґ 9( приспособлен для удержания псевдоожиженного слоя твердых веществ 16 РїСЂРё температурах Рё давлениях реакции пар-углерод. РЎ нижней частью СЃРѕСЃСѓРґР° связан РІС…РѕРґРЅРѕР№ питающий трубопровод 18, через который газообразные реагенты 9Р° вводятся РІ СЃРѕСЃСѓРґ 10. Для подачи углерода РІ резервуар 10 через передаточный трубопровод 22 предусмотрен загрузочный бункер 20 для хранения твердых частиц. 1 , 10 12 - 14. 9( 16 - . 18 9a 10. 20 10 22. Циклонный сепаратор 24 соответствующим образом поддерживается внутри резервуара 10 выше СѓСЂРѕРІРЅСЏ слоя 1t. Этот сепаратор предназначен для удаления любых твердых частиц, которые РјРѕРіСѓС‚ быть вовлечены РІ РїСЂРѕРґСѓРєС‚-газ, Рё для возврата РёС… РІ слой 16 через i1 (РєСЂРѕРјРєСѓ-отвод 26. РћС‚ циклонного сепаратора идет трубопровод 28 для подачи полученного газа РІ блок топливных элементов 40. Р’ трубопроводе 28 предусмотрена пара теплообменников 30 Рё 32, причем первый 11 приспособлен для обеспечения теплообмена между РґРІСѓРјСЏ секциями трубопровода 28, Р° второй приспособлен для обеспечения теплообмена между РІРѕРґРѕРїСЂРѕРІРѕРґРѕРј 34 Рё трубопроводом 2S. Р’ трубопровод 28 также вставлен насос 36 для циркуляции РІ нем газов. 24 10 1t. 16 i1 (- 26. 28 40. 30 32 28, 11 28, 34 2S. :36 1] 28 . РЎР±РѕСЂРєР° топливных элементов 40 содержит множество отдельных топливных элементов 41. Подробная конструкция этих топливных элементов 1Рђ будет описана позже. РћРЅРё полностью погружены РІ слой 16 Рё приспособлены для преобразования газообразного продукта РёР· СЃРѕСЃСѓРґР° газификации РІ РґРёРѕРєСЃРёРґ углерода Рё РІРѕРґСѓ (С‚.Рµ. пар). 1 РўСЂСѓР±РѕРїСЂРѕРІРѕРґ 42) соединен СЃ выходом узла топливного элемента Рё служит для отвода углекислого газа Рё пара, образующихся РІ элементах. Этот трубопровод 42 сообщается СЃ впускным трубопроводом 18 Рђ 694,020 Рё отводящим трубопроводом 44. Последний соединен СЃ теплообменником 46 для подачи Рє нему горячих газов. РўСЂСѓР±РѕРїСЂРѕРІРѕРґ 48 соединяет теплообменник 46 Рё блок удаления CO2 Рё H20O 50. РўСЂСѓР±РѕРїСЂРѕРІРѕРґС‹ 52 Рё 654 предусмотрены для подачи CO2 Рё H4O соответственно РёР· устройства. Рђ. 40 41. 1A . 16 (... ). 1 42) . 42 18 694,020 - 44. 46 . 48 46 CO2 H20O 50. 52 654 CO2 H4O . . трубопровод 56 соединяет блок удаления 50) СЃ трубопроводом 28 для возврата РІ него CO2 Рё 1120 свободных газов. 56 50) 28 CO2 1120 . Р’РѕР·РґСѓС…РѕРїСЂРѕРІРѕРґ 58 подходящим образом соединен СЃ узлом топливного элемента 40 для подачи Рє нему РІРѕР·РґСѓС…Р° Рё РїСЂРѕС…РѕРґРёС‚ через теплообменник 46. Рљ узлу 40 также подсоединен трубопровод 60 для отвода отработанного РІРѕР·РґСѓС…Р°, Р° также РїСЂРѕС…РѕРґРёС‚ через теплообменник 46. Для подачи пара РІРѕ РІРїСѓСЃРєРЅРѕР№ трубопровод 18 предусмотрен паропровод 62. Золопровод 64 соединен СЃ емкостью для удаления золы РёР· слоя 16. 58 40 46. 60 40 46. 62 18. 64 16. Обратимся конкретно Рє фигуре 2 чертежа для РїРѕРґСЂРѕР±РЅРѕРіРѕ описания узла 40 топливного элемента. Топливные элементы 41 имеют идентичную конструкцию Рё приспособлены для работы РїСЂРё температурах РґРѕ 1850 . Каждый РёР· РЅРёС… содержит РґРІР° прямоугольных пластинчатых электрода 70 Рё 72, расположенных вертикально РЅР° параллельном расстоянии РґСЂСѓРі РѕС‚ РґСЂСѓРіР°. Электрод 70 представляет СЃРѕР±РѕР№ анод электролизера Рё состоит РёР· железомагнетита. Электрод 72 представляет СЃРѕР±РѕР№ катод ячейки Рё состоит РёР· РѕРєСЃРёРґР° железа-железа. Два электрода разделены твердым электролитом 74, состоящим РёР· тугоплавкого стекла, приготовленного РёР· смеси силиката натрия, монацитового песка, триоксида вольфрама Рё карбоната натрия. Подходящий состав, например, состоит РёР· 43 процентов карбоната натрия, 27 процентов монацитового песка, 20 процентов. триоксида вольфрама Рё 10 процентов. силикат натрия. Электролит может иметь форму трубок или штамповаться РІ РІРёРґРµ плоской прямоугольной или круглой пластины. Р’ любом случае электроды прижимаются Рє обеим сторонам электролита, Рё окислительный газ РїСЂРѕС…РѕРґРёС‚ над анодом, Р° восстановительный газ – над катодом. 2 40. 41 1850 . 70 72, . 70 -. 72 - . 74 , , . , , 43 , 27 , 20 . 10 . . . , . Следует понимать, что состав топливного элемента сам РїРѕ себе РЅРµ является частью настоящего изобретения, Рё для наших целей достаточно, чтобы элемент был приспособлен для работы РїСЂРё повышенных температурах. Такие клетки полностью описаны РІ литературе. Газовая ячейка СЃ твердым электролитом-Булл, Акад. наук. ] . Тех. 215-218 (1946); Зейт. электрохимия меха 27, 199-208; Зейт. меховая электрохимия, 44, 727-32 (1937). Описанные ниже элементы имеют электролит РІ форме прямоугольной пластины. , . . -, . . ] . . 215-218 (1946); . 27, 199-208; . , 44, 727-32 (1937). . Каждый РёР· топливных элементов 41 снабжен коробчатым металлическим РєРѕСЂРїСѓСЃРѕРј 76, имеющим боковые стенки, расположенные РЅР° расстоянии РѕС‚ электродов 70 Рё 72 для обеспечения газовых каналов 78 Рё 80 соответственно. Канал 78 приспособлен для прохождения окисляющего газа, например РІРѕР·РґСѓС…Р°, РІ тесном контакте СЃ электродом 70, тогда как канал 80 приспособлен для прохождения восстановительного газа, С‚.Рµ. , Рё 112, называемого для удобства топливным газом, РІ тесном контакте СЃ электродом 72. Каждая РёР· показанных отдельных ячеек РЅР° практике будет состоять РёР· 75 компактных сложенных РґСЂСѓРі РЅР° РґСЂСѓРіР° блоков, включающих РѕС‚ РґРІСѓС… РґРѕ десяти ячеек. 41 - 76 70 72 78 80 . 78 , .., 70, 80 , .., 112 , 72. 75 . Множество топливных элементов 41 разделено РЅР° РґРІРµ секции 82 Рё 84 СЃ равным количеством ячеек РІ каждой секции. Ячейки 80 РІ данной секции расположены параллельно, тогда как РґРІРµ секции расположены последовательно относительно потока газа через РЅРёС…. Последовательное расположение банков ячеек адаптировано для минимизации потерь напряжения ячейки РёР·-Р·Р° снижения парциального давления реагентов РїРѕ мере РёС… расходования РІ реакции ячейки. Р’РѕР·РґСѓС… циркулирует Рє верхним концам каналов 78 РІ ячейках секции 82 РїРѕ воздуховодам 86 РёР· РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРіРѕ РІРѕР·РґСѓС…РѕРІРѕРґР° 58. 41 82 84 . 80 . 85 . 78 82 86 58. РўСЂСѓР±РѕРїСЂРѕРІРѕРґС‹ 90 соединяют нижние концы каналов 78 СЃ соединительным трубопроводом 92. Последняя РІ СЃРІРѕСЋ очередь соединена СЃ нижним концом С…РѕРґРѕРІ 78 ячеек 95 секции 84 посредством трубопроводов 94. Верхние концы РїСЂРѕС…РѕРґРѕРІ 78 ячеек секции 84 соединены СЃ дымоходом 60 посредством трубопроводов 98. 90 78 92. 78 95 84 94. 78 84 60 98. РўСЂСѓР±РѕРїСЂРѕРІРѕРґ 28 топливного газа соединен СЃ 100 нижними концами каналов 80 ячеек секции 82 трубопроводами 102. Верхние концы каналов 80 сообщаются посредством трубопроводов 104 СЃ трубопроводом 106, который приспособлен для транспортировки газа РёР· 105 каналов 80 РІ секции 82 Рє верхним концам каналов 80 РІ секции 84 через трубопроводы 108. Нижние концы С…РѕРґРѕРІ ячеек секции 84 сообщаются СЃ канальцем 42 через каналы 112. 110 Ячейки 41 соединены последовательно электрическими проводниками 114, проходящими между электродами. Электрические РїСЂРѕРІРѕРґРЅРёРєРё 116 Рё 118 составляют концевые выводы аккумуляторной системы Рё РјРѕРіСѓС‚ быть подключены 115 Рє любому электрическому накопителю или блоку СЃ РїСЂРёРІРѕРґРѕРј РѕС‚ энергии. 28 100 80 82 102. 80 104 106 105 80 82 80 84 108. 84 42 112. 110 41 114 . 116 118 115 - . Теперь будет описана работа вышеуказанной системы применительно Рє конверсии углеродистого остатка, известного как 120 полукокса, который получается РІ результате низкотемпературной карбонизации угля. Однако следует понимать, что сырьем может служить любой углеродсодержащий материал, способный образовывать РјРѕРЅРѕРѕРєСЃРёРґ углерода Рё РІРѕРґРѕСЂРѕРґ РїСЂРё реакции 125 СЃ водяным паром, например уголь, РєРѕРєСЃ, природный газ. РљРѕРіРґР° РІ качестве сырья для системы используются твердые углеродсодержащие материалы, может быть использован процесс газификации либо РІ псевдоожиженном, либо РІ неподвижном слое. Процесс СЃ неподвижным слоем предпочтителен, РєРѕРіРґР° топливо является кусковым. Рспользуемый РІ данном случае полукокс мелкодисперсен Рё, соответственно, легко пригоден для использования РІ псевдоожиженном процессе. 120 . , , 125 , .., , , . , 130 694,020 . . , , . Мелкоизмельченный полукокс подается РІ емкость РёР· бункера 20 РїРѕ передаточному трубопроводу 22. Газ, содержащий главным образом РґРёРѕРєСЃРёРґ углерода Рё пар, непрерывно подается через РІС…РѕРґРЅРѕР№ трубопровод 18 РІ резервуар 10. Рсточник этих газов будет более РїРѕРґСЂРѕР±РЅРѕ описан ниже. Скорость газа, циркулирующего через резервуар 10, регулируется для поддержания твердых частиц РІ резервуаре РІ псевдоожиженном состоянии обычным СЃРїРѕСЃРѕР±РѕРј. Уровень полученного псевдоожиженного слоя полукокса поддерживается над системой топливных элементов 40 так, что последняя полностью погружена РІ РїСЂСЏРјСѓСЋ теплообменную СЃРІСЏР·СЊ СЃ полукоксом. Тепло подается РІ Р·РѕРЅСѓ газификации РѕС‚ топливных элементов, как будет описано ниже. Результирующая температура РІ слое угля ниже температуры ячеек, которая предпочтительно составляет РѕС‚ 1:300 РґРѕ 16,50 . Соответственно, РІ целом температура Р·РѕРЅС‹ газификации будет около 1250-1600 . РџСЂРё этой температуре пар Конверсия Р·Р° РїСЂРѕС…РѕРґ составит РїРѕСЂСЏРґРєР° 10–4,5 процента. РІ отсутствие катализаторов РІ зависимости РѕС‚ температуры. 20 22. 18 10. . 10 . 40 . . 1:300 16.50 . , , 12501600 . , 10 4.5 . . Продукты реакций пар-углерод Рё углерод-РґРёРѕРєСЃРёРґ-углерод включают золу или твердое вещество СЃ РЅРёР·РєРёРј содержанием углерода, которое может быть отведено через трубопровод 64, если это необходимо для поддержания желаемого СѓСЂРѕРІРЅСЏ слоя, Рё газовую смесь, содержащую РѕРєРёСЃСЊ углерода Рё РІРѕРґРѕСЂРѕРґ. Газообразный РїСЂРѕРґСѓРєС‚ направляется РІ циклонный сепаратор 24 Рё там освобождается РѕС‚ любых захваченных твердых частиц, которые затем возвращаются РІ псевдоожиженный слой 16 через погружной патрубок 26. Газообразный РїСЂРѕРґСѓРєС‚, РЅРµ содержащий твердых частиц, подается через трубопровод S28 Рё через пару теплообменников 30 Рё 32 РІ трубопроводы 102, ведущие Рє нижним концам каналов 80 топливных элементов РІ секции 82. - -- 64 , . 24 16 - 26. - S28 30 32 102 80 82. Назначение теплообменников 30 Рё 32 состоит РІ том, чтобы достаточно охладить горячий газообразный РїСЂРѕРґСѓРєС‚, чтобы его можно было перекачивать насосом 36. Теплообменник: 30 предназначен для передачи тепла РѕС‚ горячего газообразного продукта РёР· газификационной емкости Рє тому же потоку газов после того, как РѕРЅ прошел через теплообменник 32 Рё насос 36. Таким образом, температура газообразного продукта повышается РґРѕ того, как РѕРЅ достигнет топливной СЃР±РѕСЂРєРё. конечно, РЅРµ РґРѕ своей первоначальной высшей точки. Р’ теплообменнике 32 РІРѕРґР° циркулирует РїРѕ трубопроводу 34 РІ теплообмене СЃ газообразным продуктом, тем самым охлаждая его, Рё преобразуется РІ пар. 30 32 36. :30 '32 , 36. , . , . 32, 34 . Одновременно СЃ введением топливного газа РІ блок элементов РІРѕР·РґСѓС… РїРѕ трубопроводу 68 подается РІ каналы 86, которые ведут 70 Рє верхним концам каналов 78 топливных элементов РІ секции 82. Р’РѕР·РґСѓС… предварительно нагревается перед поступлением РІ ячейки теплообменника 46. , 68 86 70 78 82. 46. РќР° анодах 70 ячеек РІ секции 75-82 электроны захватываются РѕРєСЃРёРґРѕРј железа СЃ высвобождением РѕРєСЃРёРґ-РёРѕРЅР° или его эквивалента РІ твердый электролит. Кислород, содержащийся РІ РІРѕР·РґСѓС…Рµ, циркулирующем РїРѕ каналам 78, реагирует СЃ железом, поддерживая 80 его состояние окисления, Р° оставшийся азот Рё непрореагировавший кислород выводятся через каналы 9.0 Рё 92. РќР° катодах 7 РѕРєСЃРёРґ РёРѕР» разряжается, высвобождая электроны Рё окисляя электрод 85 РґРѕ более высокого РѕРєСЃРёРґР° железа. РњРѕРЅРѕРєСЃРёРґ углерода Рё РІРѕРґРѕСЂРѕРґ, циркулирующие РїРѕ каналам 80, восстанавливают образовавшийся таким образом высший РѕРєСЃРёРґ железа Рё преобразуются РІ РґРёРѕРєСЃРёРґ углерода Рё РІРѕРґСѓ (С‚.Рµ. пар) 90, которые выводятся вместе СЃ непрореагировавшим РѕРєСЃРёРґРѕРј углерода Рё РІРѕРґРѕСЂРѕРґРѕРј через каналы 104 Рё 106. Часть энергии, высвобождаемой таким образом РїСЂРё окислении топливного газа, генерирует электричество посредством электролита 74. 70 75 82 . 78 80 , 9.0 92. 7 85 . 80 ' (.., ) 90 104 106. 74. РўРµ же клеточные реакции РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґСЏС‚ РІРѕ второй секции 84 между электродами Рё непрореагировавшими азами РёР· первой секции 82. РЅРѕ РїСЂРё этом РѕР±СЃС‹ циркулируют РІ противоположном направлении РѕС‚ раздела 82. 84 82,. 82. Газообразные продукты окисления, РІ РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРј Рё , образующиеся 105 РІ клеточной системе, выводятся оттуда РІ трубопровод 42. Основная часть газового потока РІ трубопроводе 42 возвращается РІ резервуар 10 через трубопровод 18. .. 105 42. 42 10 18. Незначительная часть передается РїРѕ трубопроводу 110 44 Рє теплообменнику 46, РіРґРµ его СЏРІРЅРѕРµ тепло частично передается РІРѕР·РґСѓС…Сѓ, поступающему РІ топливные элементы. 110 44 46 . РўР° часть газообразного продукта, которая часто отводится РёР· трубопровода 42 через трубопровод 116, 44 Рё через теплообменник 46, подается через трубопровод 48 РІ систему J50 для удаления РґРёРѕРєСЃРёРґР° углерода Рё РІРѕРґС‹. Удаленные таким образом РґРёРѕРєСЃРёРґ углерода Рё РІРѕРґР° выводятся РёР· системы 120. систему через трубопроводы 52 Рё 54 соответственно. Несгоревший РјРѕРЅРѕРєСЃРёРґ углерода Рё РІРѕРґРѕСЂРѕРґ возвращаются РІ топливный элемент через .u1it 53. Рё трубопровод 28. i2'). необходимо выгрузить эту чистую продукцию РёР· системы указанным выше СЃРїРѕСЃРѕР±РѕРј. Одновременно СЃ этим также сбрасывается определенное количество РІРѕРґС‹. Поскольку чистое производство РІРѕРґС‹ очень незначительное, необходимо постоянно добавлять РІРѕРґСѓ РІ систему. Это осуществляется через трубопровод 62, который соединен СЃ трубопроводом 18. РџСЂРё желании можно использовать пар, вырабатываемый РІ теплообменнике 32. 42 116 44 46 48 J50 120 52 .54 . .u1it 53. 28. i2') , 130 694,020 . , . , . 62 18. , 32 . Относительные пропорции РґРёРѕРєСЃРёРґР° углерода Рё РІРѕРґС‹ РІ газе, подаваемом РІ газификационную емкость, РјРѕРіСѓС‚ варьироваться РІ довольно широких пределах: РѕС‚ незначительной доли РґРёРѕРєСЃРёРґР° углерода РґРѕ значительной его доли. . 1.5 Однако после того, как определенная пропорция выбрана, ее следует поддерживать практически постоянной, чтобы поддерживать надлежащий баланс всей системы. 1.5 , , - . Электричество, генерируемое топливными элементами, передается РёР· системы элементов через электрические выводы 116 Рё 118. 116 118. Отдельные ячейки генерируют напряжение РІ диапазоне 0,5-0,9 РІ зависимости РѕС‚ плотности тока ячейки. Остальная часть энергии выделяется РІ РІРёРґРµ тепла Рё передается псевдоожиженному слою 16, РІ который погружены клетки. Как указывалось ранее, элементы предназначены для работы РїСЂРё температуре примерно РѕС‚ 1300 РґРѕ 1650 Рё для поддержания температуры слоя 16 РЅР° 50-100 ниже температуры ячеек. Благодаря использованию псевдоожиженного слоя тепло, выделяемое клетками, быстро Рё равномерно передается всем частям слоя. 0.5-0.9 . 16 . 1300 1650 . 16 50' 100 . . , . Следует понимать, что количество топливных элементов показано только РІ целях иллюстрации. Точное количество будет зависеть РѕС‚ конструкции. Плотность тока элемента. Электрическая эффективность: РџСЂСЏРјРѕ РѕС‚ элемента - РћС‚ отходящего тепла - Всего - - конкретной системы Рё РѕС‚ желаемой мощности. . : - - - - 40 . Р’ качестве конкретного примера работы описанной выше системы преобразования угля РІ электрическую энергию можно привести следующие условия. , . приводятся ссылки Рё результаты. Температура топливных элементов составляет 1520 градусов РїРѕ Фаренгейту, Р° температура псевдоожиженного слоя полукокса — 1470 градусов РїРѕ Фаренгейту. . 1520 . 1470' . Молярное соотношение пара Рє РґРёРѕРєСЃРёРґСѓ углерода, подаваемого РІ газификационную емкость, составляет 0,75. Поскольку РЅР° каждый моль 50) газифицированного РЎ образуется РѕРґРёРЅ моль РЎРћ2, необходимо удалить этот РЎРћ2 РёР· системы. Для замены одновременно сбрасываемого 1120 необходимо добавить РІ систему 0,62 моль 1120. 0.75. CO2 50) , C02 . 1120 , 0.62 1120 . РІ следующей таблице приведены 55 электрических РљРџР” системы РІ условиях, указанных выше. Общий РљРџР” преобразования углерода РІ электрическую энергию представляет СЃРѕР±РѕР№ СЃСѓРјРјСѓ РґРІСѓС… слагаемых. 55 . . Первый член представляет СЃРѕР±РѕР№ электрическую энергию 60, составляющую РїСЂСЏРјСѓСЋ выходную мощность элемента, выраженную РІ процентах РѕС‚ теплоты сгорания углерода, потребляемого РІ системе. Второй член представляет СЃРѕР±РѕР№ электрическую энергию, которая может быть произведена РёР· пара 65, вырабатываемого РёР· отходящего тепла системы; Рё аналогичным образом выражается как процент теплоты сгорания углерода, потребляемого РІ системе. РџСЂРё расчете последнего предполагается, что 70 эффективность преобразования отходящего тепла через пар РІ электрическую энергию составляет двадцать процентов. Поскольку электрический РљРџР” самой ячейки зависит РѕС‚ плотности тока, РІ таблице показаны электрические РљРџР”, соответствующие различным значениям плотности тока РІ ячейке. 60 . 65 ; . , 70 . , 75 . РЎРўРћР› 80 40 50 -- 75,5 -- 4,9 -- 80,4 72,5 5,5 78,0 69,6 66,6 6,1 6,7 75,7 73,3 РќР° фиг.3 чертежей показана модификация предпочтительного варианта осуществления нашего изобретения. Существенное отличие этой модификации заключается РІ использовании множества Р·РѕРЅ газификации Рё соответствующего количества СЃР±РѕСЂРѕРє топливных элементов, выполненных СЃ возможностью протекания газов поочередно через Р·РѕРЅСѓ газификации Рё СЃР±РѕСЂРєСѓ топливных элементов. 80 40 50 -- 75.5 -- 4.9 - 80.4 72.5 5.5 78.0 69.6 66.6 6.1 6.7 75.7 73.3 3 , . . Рспользование многоступенчатой системы газификации позволяет снизить количество пара, который необходимо рециркулировать, чтобы достичь эффективности, соответствующей конверсии пара, приближающейся Рє 70%. 70%. Теперь будет кратко описано устройство, показанное РЅР° рисунках 3 Рё 10, его работа. 3 10Oits . Резервуар газификации 200 предусмотрен для размещения множества Р·РѕРЅ псевдоожиженной газификации 201, 202, 203 Рё 204. Мелко измельченный полукокс подается РІ верхнюю Р·РѕРЅСѓ 201 Рё оттуда РїСЂРѕС…РѕРґРёС‚ РїРѕ перепускным трубопроводам 105, 205, 206 Рё 207 РІРЅРёР· Рё последовательно через РґСЂСѓРіРёРµ Р·РѕРЅС‹ газификации. Газ, содержащий РґРёРѕРєСЃРёРґ углерода Рё РІРѕРґСЏРЅРѕР№ пар, РІРІРѕРґСЏС‚ РІ Р·РѕРЅСѓ газификации 204 через РІС…РѕРґРЅРѕР№ питающий трубопровод 110, 210 СЃРѕ скоростью псевдоожижения. Полученный газообразный РїСЂРѕРґСѓРєС‚, содержащий РјРѕРЅРѕРѕРєСЃРёРґ углерода Рё РІРѕРґРѕСЂРѕРґ, выходящий РёР· Р·РѕРЅС‹ газификации, подается РїРѕ трубопроводу 212 РІ блок топливных элементов 214. Последний 115 аналогичен РїРѕ конструкции Рё функциям ранее описанному узлу 40 топливных элементов. Продукты окисления Рё непрореагировавший топливный газ РёР· СЃР±РѕСЂРєРё 214 подаются РїРѕ трубопроводу 216 РІ Р·РѕРЅСѓ газификации 203. 200 201, 202, 203 204. 201 105 205, 206 207 . 204 110 210 . 212 214. 115 40. 214 216 203. 6f94, 020 Аналогичным образом газообразные продукты РёР· Р·РѕРЅС‹ газификации 203 подаются Рє узлу топливных элементов 218 через трубопровод 220. Продукты РёР· СЃР±РѕСЂРєРё 218 топливных элементов циркулируют РїРѕ трубопроводу 222 РІ Р·РѕРЅСѓ газификации 202, РіРґРµ углерод газифицируется, Р° газообразные продукты подаются через трубопровод 224 РІ СЃР±РѕСЂРєСѓ 226 топливных элементов. Газообразные продукты РёР· последнего РїРѕ трубопроводу 228 передаются РІ Р·РѕРЅСѓ газификации 201. Отходящие газы РёР· Р·РѕРЅС‹ 201 затем передаются РїРѕ трубопроводу 230 Рє узлу топливных элементов 232. РќР° этот раз произошла существенная конверсия РёСЃС…РѕРґРЅРѕРіРѕ пара. Однако любой непрореагировавший пар вместе СЃ РґРёРѕРєСЃРёРґРѕРј углерода Рё паром, образующимся РІ последнем блоке топливных элементов 232, рециркулируются через трубопровод 210 РІ Р·РѕРЅСѓ газификации 204. Содержание углерода РІ СЂСЏРґРµ Р·РѕРЅ газификации постепенно снижается РѕС‚ Р·РѕРЅС‹ 201 Рє Р·РѕРЅРµ 204. 6f94, 020 , 203 218 220. 218 222 202 224 226. 228 201. 201 230 232. . , 232 210 204. 201 204. Температура этой Р·РѕРЅС‹ газификации, Р° также температуры каждой РёР· РґСЂСѓРіРёС… Р·РѕРЅ газификации. температура реакции пар-углерод поддерживается Р·Р° счет СЏРІРЅРѕРіРѕ тепла горячих газов РёР· непосредственно предшествующего топливного элемента. Температура каждого узла топливных элементов поддерживается выше температуры Р·РѕРЅС‹ газификации, следующей непосредственно Р·Р° ней РїСЂРё поочередном расположении топливных элементов Рё Р·РѕРЅ газификации. , . - . . Р’РѕР·РґСѓС…, необходимый РІ несколько СЃР±РѕСЂРѕРє топливных элементов, вводится через трубопровод 240 СЃ соответствующими отводящими трубопроводами 242, 244 Рё 246. Отработанный РІРѕР·РґСѓС… РёР· СЃР±РѕСЂРѕРє топливных элементов выпускается РёР· системы РІ главный выпускной трубопровод 248 через соответствующие передаточные каналы 2.50, 2.52, 254 Рё 2.56. Поступающий РІРѕР·РґСѓС… может быть предварительно нагрет Р·Р° счет теплообмена СЃ горячими дымовыми газами или отработанным РІРѕР·РґСѓС…РѕРј СЃ помощью теплообменника 2.58. 240 - 242, 244, 246. 248 2.50, 2.52, 254 2.56. 2.58. Как Рё РІ ранее описанных системах, необходимо сбрасывать РёР· системы чистый объем выбросов углекислого газа. Это можно сделать сразу после узла топливного элемента 232 посредством трубопровода 260. Р СЃРЅРѕРІР° необходимо заменить одновременно сбрасываемую РІРѕРґСѓ РґРёРѕРєСЃРёРґРѕРј углерода, чтобы поддерживать правильное соотношение РґРёРѕРєСЃРёРґР° углерода Рё пара. Эта РІРѕРґР° может быть введена РІРѕ РІС…РѕРґРЅРѕР№ питающий трубопровод 210 через трубопровод 262. Для преобразования РІРѕРґС‹ РІ пар ее можно пропустить РІ теплообменном режиме СЃ боковым потоком горячей РІРѕРґС‹. Отработанный РІРѕР·РґСѓС… часто отводился РёР· РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРіРѕ трубопровода 248 отработанного РІРѕР·РґСѓС…Р° через трубопровод 264. Р’ такой системе, как только что описанная, общая конверсия пара будет определяться количеством ступеней РІ газификационном СЃРѕСЃСѓРґРµ Рё коэффициентом рециркуляции газа. Число ступеней может быть увеличено РґРѕ такой степени, что РїРѕ существу РІСЃСЏ желаемая конверсия пара достигается Р·Р° РѕРґРЅРѕ прохождение пара через систему. , . 232 260. . 210 262. . 248 264. , . . Однако РІ соответствии СЃ данным изобретением РґРёРѕРєСЃРёРґ углерода Рё пар, образующиеся РІ данном узле топливного элемента, всегда направляются РІ Р·РѕРЅСѓ газификации, так что обеспечивается замкнутая циркуляционная система СЃ чередующимися зонами газификации Рё электрохимии. Таким образом, может быть реализована общая эффективность преобразования углерода РІ электрическую энергию около 80%. , , ] 75 . , u80%,, .
, ."> . . .
: 506
: 2024-04-15 15:48:17
: GB694020A-">
: :

694021-- = "/"; . , . . , . . , . , , . .



. :
:
УведомлениеЭтот перевод сделан компьютером. Невозможно гарантировать, что он является ясным, точным, полным, верным или отвечает конкретным целям. Важные решения, такие как относящиеся к коммерции или финансовые решения, не должны основываться на продукте машинного перевода.
РћРџРРЎРђРќРР• РЗОБРЕТЕНРРЇ GB694021A
[]
ПАТЕНТНАЯ СПЕЦРР¤РРљРђР¦РРЇ 694,021 Заявление Рё подача полной спецификации: сентябрь. 10, 1948. 694,021 : . 10, 1948. в„–в„– 23808/48 Рё 23809/48. . 23808/48 23809/48. Заявление подано РІ Соединенных Штатах Америки РІ феврале. 26, 1948. . 26, 1948. Заявление подано РІ Соединенных Штатах Америки РІ РёСЋРЅРµ. 17, 1948. . 17, 1948. Полная спецификация опубликована: июль 1953 Рі. : , 1953. Рндекс РїСЂРё приемке: - Классы 37, РЎ2Р°, 40(), Рљ9С‚; 40(), РЎРљ; 72, Рђ(6:_11Рі); 82(), I4a3c, Дж; Рё 82(), E3, , O1. :- 37, C2a, 40(), K9t; 40(), ; 72, (6: _11g); 82(), I4a3c, ; 82(), E3, , O1. ПОЛНАЯ СПЕЦРР¤РРљРђР¦РРЇ Аппаратура, использующая тела РёР· полупроводникового материала. , , , 195, , ', ,: , существует РґРІР° типа носителей электричества, которые различаются знаками эффективного мохила .'[ ' НОМЕР СПЕЦРР¤РРљРђР¦РР РћРЁРБКР..694,021 , , , 195, , ', ,: .'[ ' ..694,021 Страница 4, строка 76, вместо «полупроводниковый» читать «полупроводниковый». 4, 76, "" "". Страница 5, строка 80, для. «К. Спенке» читать «С. Спенке». 5, 80, . ". " ". ". РќР° странице 8, строка 36 вместо «уровня» читать «слоя или». 8, 36, " " " ". Страница 8, строка 62, после., выполнена СЃ помощью "инертного" "". 8, 62, ., " "". Страница 10, строка 1, вместо «альтернативы» читать «альтернативы». 10, 1, .," "". Страница 12, строка 103, после слова «изготовить» вставить «а». 12, 103, "' "". ПАТЕНТНОЕ БЮРО, 08.08.1953 Рі., чтобы предложить нам изменить катодно-анодный ток. РќР° практике РїРѕРєР° РЅРµ оказалось возможным встроить сетку РІ слой такой толщины, как . чтобы изолировать сетку РѕС‚ РґСЂСѓРіРёС… электродов, Рё РїСЂРё этом настолько тонкую, чтобы между РЅРёРјРё протекал ток. Предлагалось также пропускать ток РѕС‚ конца Рє концу полоски РѕРґРЅРѕСЂРѕРґРЅРѕРіРѕ изотропного полупроводникового материала Рё путем приложения сильного поперечного электростатического поля управлять сопротивлением полоски Рё, следовательно, током через нее. , ,- 1953 , - . . , . , , , . Насколько известно, РІСЃРµ. такие прошлые устройства оказалось невозможным изготовить СЃ той точностью, которая необходима для усиления, Рё, как следствие, РѕРЅРё РЅРµ имели коммерческого успеха. , . , , . Хорошо известно, что РІ полупроводниках [ 2181 33177/1(12)/3484 150 8/53 -перехода величина протекающего тока 70 часто зависит РЅРµ только РѕС‚ величины потенциала, РЅРѕ Рё РѕС‚ знака. [ 2181 33177/1(12)/3484 150 8/53 , 70 , . Такое соединение называется «выпрямляющим контактом». «Если контакт осуществляется СЃ полупроводником -типа, направление легкого тока будет таким, РїСЂРё котором полупроводник является отрицательным РїРѕ отношению Рє электроду. Р’ полупроводнике -типа направление легкого течения такое, РїСЂРё котором полупроводник положителен. 80 Аналогичный выпрямляющий контакт существует РЅР° границе РґРІСѓС… полупроводников противоположного типа проводимости. " . " - , 75 - . - . 80 . Эта граница может разделять РґРІР° полупроводниковых материала разного состава или просто разделять Р·РѕРЅС‹ или области внутри тела полупроводникового материала, который является химически Рё стехиометрически однородным Рё который демонстрирует разные характеристики проводимости. 90 ПАТЕНТНАЯ СПЕЦРР¤РРљРђР¦РРЇ , , , . 90 694,021 '%1.... | Дата подачи заявки Рё подачи полной спецификации: сентябрь. 10, 1948. 694,021 '% 1.... | : . 10, 1948. в„–в„– 23808/48 Рё 23809/48. . 23808/48 23809/48. ,; &'Режим приложения РІ Соединенных Штатах Америки, февраль. 26, 1948. ,; &' . 26, 1948. Заявление подано РІ Соединенных Штатах Америки РІ РёСЋРЅРµ. 17, 1948. . 17, 1948. / Полная спецификация опубликована: июль 1953 Рі. / : , 1953. Рндекс РїСЂРё приемке: - Классы 37, РЎ2Р°, 40(), Рљ9С‚; 40(), РЎРљ; 72, Рђ(6 11Рі); 82(), I4a3c, Дж; Рё 82(), E3, , 01. :- 37, C2a, 40(), K9t; 40(), ; 72, (6 11g); 82(), I4a3c, ; 82(), E3, , 01. ПОЛНАЯ СПЕЦРР¤РРљРђР¦РРЇ Аппаратура, использующая тела РёР· полупроводникового материала. РњС‹, , , 195, Бродвей, РќСЊСЋ-Йорк, штат РќСЊСЋ-Йорк, Соединенные Штаты Америки, корпорация штата РќСЊСЋ-Йорк, «Соединенные Штаты Америки», настоящим заявляем: Сущность этого изобретения Рё то, каким образом РѕРЅРѕ должно быть реализовано, должны быть РїРѕРґСЂРѕР±РЅРѕ описаны Рё установлены РІ следующем заявлении: , , , 195, , , , , , ' , , :- Настоящее изобретение относится Рє устройствам, РІ которых используются тела РёР· полупроводникового материала для преобразования электрических колебаний РІ таких целях, как усиление, генерация колебаний Рё С‚.Рї. . , , . Р’ прошлом предпринимались попытки превратить твердотельные выпрямители, использующие сульфид селен-меди или РґСЂСѓРіРёРµ полупроводниковые материалы, РІ усилители прямым СЃРїРѕСЃРѕР±РѕРј внедрения решетчатого электрода РІ диэлектрический слой, расположенный между катодом Рё анодом выпрямителя. Предполагается, что сетка, прикладывая электрическую силу Рє поверхности катода, изменяет его излучение Рё, таким образом, изменяет ток катод-анод. РќР° практике РїРѕРєР° РЅРµ удалось поместить сетку РІ слой, который был Р±С‹ настолько толстым, чтобы изолировать сетку РѕС‚ РґСЂСѓРіРёС… электродов, Рё РІ то же время настолько тонким, чтобы позволить току течь между РЅРёРјРё. Предлагалось также пропускать ток РѕС‚ конца Рє концу полоски РѕРґРЅРѕСЂРѕРґРЅРѕРіРѕ изотропного полупроводникового материала Рё путем приложения сильного поперечного электростатического поля управлять сопротивлением полоски Рё, следовательно, током через нее. , - . , , - . ' . , , , . Насколько известно, РІСЃРµ подобные устройства прошлого оказалось невозможным изготовить СЃ той точностью, которая необходима для усиления Рё усиления. как следствие, РЅРµ имели теоретического успеха. , . , . Хорошо известно, что РІ полупроводниках [Цена 2/8] существуют РґРІР° типа носителей электричества, различающиеся знаками эффективных подвижных зарядов. Отрицательные носители — это лишние электроны, которые РјРѕРіСѓС‚ СЃРІРѕР±РѕРґРЅРѕ двигаться Рё обозначаются термином В«50 электронов проводимости» или просто электронами. «Положительные носители отсутствуют» или «дефектные электроны» обозначаются термином «дырки». РўРёРї проводимости полупроводника 56 называется избыточным или дефектным, или или , РІ зависимости РѕС‚ того, являются ли подвижные заряды, обычно присутствующие РІ избытке РІ материале РІ условиях равновесия, электронами (отрицательные носители) или дырками (положительные носители). Таким образом, РєРѕРіРґР° термин «тип проводимости» используется РІ описании или формуле изобретения, следует понимать, что этот термин относится РЅРµ Рє величине проводимости материала, Р° Рє тому, является ли РѕРЅ -типом или -типом. [ 2/8] . , 50 " . " " " ," " . " 56 , , ( ) ( ). " " 65 - -. РљРѕРіРґР° металлический электрод приводится РІ контакт СЃ полупроводником Рё Рє переходу прикладывается разность потенциалов, величина протекающего тока 70 часто зависит как РѕС‚ знака, так Рё РѕС‚ величины потенциала. - , 70 . Такое соединение называется «выпрямляющим контактом». «Если контакт осуществляется СЃ полупроводником -типа, направление легкого тока будет таким, РїСЂРё котором полупроводник отрицательен РїРѕ отношению Рє электроду. Р’ полупроводнике -типа направление легкого течения такое, РїСЂРё котором полупроводник положителен. 80 Аналогичный выпрямляющий контакт существует РЅР° границе РґРІСѓС… полупроводников противоположного типа проводимости. " . " - , 76 . - . 80 , . Эта граница может разделять РґРІР° полупроводниковых материала разного состава или просто разделять Р·РѕРЅС‹ или области внутри тела полупроводникового материала, который является химически Рё стехиометрически однородным Рё который демонстрирует различные характеристики РїРѕ звучанию. 90 694,021 Согласно РѕРґРЅРѕРјСѓ аспекту настоящего изобретения элемент электрической цепи содержит РєРѕСЂРїСѓСЃ РёР· полупроводникового материала, РЅР° который нанесен первый электрод, образующий СЃ РЅРёРј выпрямляющее соединение, второй электрод, образующий СЃ РЅРёРј соединение СЃ РЅРёР·РєРёРј сопротивлением, Рё третий электрод, соединенный СЃ РЅРёРј, расположение соединения Рё материал РєРѕСЂРїСѓСЃР° таковы, что РїСЂРё приложении подходящего небольшого смещения РІ РїСЂСЏРјРѕРј направлении Рє первому электроду РїРѕ отношению РєРѕ второму электроду Рё подходящего большего смещения противоположного знака Рє третьему электроду РїРѕ отношению РєРѕ второму электроду, Сигнал, подаваемый РЅР° РІС…РѕРґРЅСѓСЋ цепь, включающую первый электрод, будет появляться РІ усиленной форме РІ выходной цепи, включающей третий электрод. , , , . 90 694,021 , , , , . Согласно РґСЂСѓРіРѕРјСѓ аспекту изобретения, элемент электрической цепи содержит РєРѕСЂРїСѓСЃ РёР· полупроводникового материала, имеющий часть СЃ РѕРґРЅРёРј типом проводимости Рё РґСЂСѓРіСѓСЋ часть СЃ РґСЂСѓРіРёРј типом проводимости, первый электрод соединяется СЃ упомянутой РѕРґРЅРѕР№ частью, второй электрод создает РЅРёР·РєРёР№ ток. соединение сопротивления СЃ упомянутой РґСЂСѓРіРѕР№ частью, Рё третий электрод, соединяющийся СЃ указанным РєРѕСЂРїСѓСЃРѕРј РІ определенном положении. , , , , . собирать ток подвижного заряда, текущий Рє телу, посредством упомянутого первого электрода, РїСЂРё этом устройство таково, что РїСЂРё приложении соответствующего потенциала смещения Рє первому электроду образуется ток подвижных зарядов, знак которого противоположен знаку подвижного заряда заряды, обычно избыточные РІ указанной РґСЂСѓРіРѕР№ части тела, вводятся РІ тело Рё путем приложения подходящего потенциала смещения Рє нему. третий электрод, РїРѕ меньшей мере, существенная часть тока подвижного заряда собирается третьим электродом, посредством чего электрический сигнал, подаваемый РЅР° РІС…РѕРґРЅСѓСЋ цепь, включающую первый электрод, может появиться РІ выходной цепи, включающей третий электрод. , , , , . , . Согласно дополнительному аспекту изобретения элемент электрической цепи содержит полупроводниковое РѕРїРѕСЂРЅРѕРµ тело РѕРґРЅРѕРіРѕ типа проводимости, имеющее РЅР° нем поверхностный слой СЃ РґСЂСѓРіРёРј типом проводимости, эмиттерный электрод, соединяющийся СЃРѕ слоем, коллекторный электрод, соединяющийся СЃРѕ слоем Рё расположен так, чтобы собирать ток, распространяющийся РѕС‚ электрода-эмиттера Рё базового электрода, соединяющегося СЃ РєРѕСЂРїСѓСЃРѕРј элемента. , , , . Термин «эмиттер» или «электрод-эмиттер», используемый РІ описании Рё формуле изобретения, относится Рє выпрямляющему соединению СЃ полупроводниковым телом, которое. РєРѕРіРґР° элемент или устройство работает РІ качестве усилителя небольшого сигнала, Рє нему приложено небольшое смещение РІ РїСЂСЏРјРѕРј направлении относительно базового электрода. Термин «база» или «базовый электрод», РєРѕРіРґР° РѕРЅ используется РІ спецификации Рё формуле изобретения, относится Рє соединению СЃ полупроводниковым телом СЃ РЅРёР·РєРёРј сопротивлением 70, Р° термин «коллектор» или коллекторный электрод , РєРѕРіРґР° РѕРЅ используется РІ спецификации Рё формуле изобретения, относится Рє соединение СЃ полупроводниковым телом 7b, которое, РєРѕРіРґР° устройство работает как небольшой усилитель сигнала, имеет приложенное Рє нему смещение относительно базы, которое велико РїРѕ сравнению СЃРѕ смещением эмиттера Рё имеет противоположный ему знак. Термины «прямое» Рё «обратное» смещение, используемые РІ описании Рё формуле изобретения РІ отношении полупроводникового тела, включающего слой или область СЃ противоположным типом проводимости, следует понимать как относящиеся Рє материалу тела, Р° РЅРµ Рє слою. или регион. " " " " . , . " " " " 70 , "" " 7b , , . " " " " 85 . Таким образом, РІ случае выпрямляющего контакта, зацепляющего -слой РЅР° теле -типа РёР· полупроводникового материала, считается, что положительное смещение РЅР° контакте 90 относительно тела РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ РІ РїСЂСЏРјРѕРј направлении, Р° отрицательное смещение - РІ обратном направлении. . - - , 90 . Согласно дополнительному аспекту изобретения устройство, преобразующее электрический сигнал, содержит полупроводниковый РєРѕСЂРїСѓСЃ, РґРІР° выпрямительных соединения Рє нему, третье РЅРёР·РєРѕРѕРјРЅРѕРµ соединение СЃ РЅРёРј, РІС…РѕРґРЅСѓСЋ цепь СЃ РЅРёР·РєРёРј импедансом, содержащую указанное третье соединение Рё РѕРґРЅРѕ РёР· указанных выпрямительных соединений, смещенных РїСЂРё работе. , чтобы выполнить соединение РїСЂСЏРјРѕРіРѕ выпрямителя СЃ РЅРёР·РєРёРј сопротивлением СЃ РєРѕСЂРїСѓСЃРѕРј, Рё выходную цепь СЃ высоким импедансом, включающую РІ себя РґСЂСѓРіРѕРµ РёР· упомянутых соединений выпрямителя, смещенное РІРѕ время работы, чтобы создать соединение обратного выпрямителя СЃ высоким сопротивлением СЃ РєРѕСЂРїСѓСЃРѕРј. 95 , , , , , , , 105 , . Согласно следующему аспекту изобретения устройство 110 преобразования электрического сигнала содержит полупроводниковый РєРѕСЂРїСѓСЃ, выпрямляющее соединение СЃ РЅРёРј Рё РЅРёР·РєРѕРѕРјРЅРѕРµ соединение СЃ РЅРёРј. Рё третье соединение СЃ РЅРёРј, средство для подачи потенциала РЅР° выпрямляющее соединение 115 так, чтобы РѕРЅРѕ проводило РІ РїСЂСЏРјРѕРј направлении для подачи тока подвижного заряда РІ тело, средство для подачи потенциала РЅР° третье соединение СЃ полярностью, противоположной той, которая приложена Рє выпрямляющему соединению. соединение так, что ток заряда мобильного устройства извлекается РёР· тела, причем указанное выпрямляющее соединение Рё третье соединение включены РІРѕ РІС…РѕРґРЅСѓСЋ цепь Рё выходную цепь устройства 125 соответственно. ' 110 , , . , - 115 , , ( 125 . Согласно еще РѕРґРЅРѕРјСѓ аспекту изобретения, устройство преобразования электрического сигнала содержит полупроводниковый РєРѕСЂРїСѓСЃ, выпрямляющее соединение СЃ РЅРёРј, эмиттерный Рё коллекторный электроды 130 контактируют СЃ этим поверхностным слоем достаточно близко РґСЂСѓРі Рє РґСЂСѓРіСѓ для взаимного влияния описанным выше СЃРїРѕСЃРѕР±РѕРј. Базовый электрод образует низкоомный контакт СЃ телом полупроводника. РљРѕРіРґР° Рє различным электродам прикладывают подходящие потенциалы смещения, ток течет РёР· эмиттера РІ тонкий слой. Благодаря проводимости слоя Рё РїСЂРёСЂРѕРґРµ барьера этот ток течет РІ тонком слое латерально, Р° РЅРµ РїРѕ самому РїСЂСЏРјРѕРјСѓ пути через барьер Рє базовому электроду. Этот ток состоит РёР· носителей, знаки которых 80 противоположны. знаки. подвижных зарядов, обычно избыточных РІ теле полупроводника. Напряжение смещения РЅР° коллекторе создает сильное электростатическое поле РІ области, окружающей коллектор 85, так что ток РѕС‚ эмиттера, попадающий РІ эту область, втягивается РІ коллектор. ( , , 130 . 70 . , . 75 . , , . 80 . . . 85 . Размер области, РІ которой существует это сильное поле, сравнительно нечувствителен Рє изменениям потенциала коллектора, поэтому импеданс коллекторной цепи высок. РЎ РґСЂСѓРіРѕР№ стороны, ток РѕС‚ эмиттера Рє слою чрезвычайно чувствителен Рє изменению потенциала эмиттера, поэтому импеданс цепи эмиттера мал. Р’С…РѕРґРЅРѕРµ Рё выходное сопротивление устройства регулируется выбором Рё обработкой тела полупроводникового материала Рё его поверхности, Р° также выбором потенциалов смещения электродов. 90 . , , 95 , . , 100 . РЎ точки зрения внешнего поведения Рё применения элемент напоминает ламповый триод; Рё 105, хотя электроды обозначены как эмиттер, коллектор Рё базовый электрод соответственно, РѕРЅРё РјРѕРіСѓС‚ быть соединены между СЃРѕР±РѕР№ снаружи различными способами, которые стали известны как. подходящий 1! 0 для триодов, таких как обычные, «заземленная сетка», «заземленная пластина» или катодный повторитель Рё С‚.Рї. Однако аналогия между схемами, конечно, РЅРµ лучше, чем аналогия между эмиттером Рё катодом, базовым электродом Рё сеткой, коллектором Рё анодом. , ; 105 , , , - , . 1! 0 , , " ," " " , . , , , 115 , , . Подавая обратно часть выходного напряжения РІ правильной фазе РЅР° входные клеммы 120, элемент можно заставить колебаться СЃ частотой, определяемой элементами его внешней схемы, Рё, среди РґСЂСѓРіРёС… испытаний, усиление мощности было подтверждено Р°. соединение обратной СЃРІСЏР·Рё, которое 125 вызывало его колебания. 120 , , , ,, . 125 . Было обнаружено, что рабочие характеристики устройства РІ хорошем приближении выражаются следующими функциональными соотношениями: - РЅРёР·РєРѕРѕРјРЅРѕРµ соединение 130 Рё третье соединение СЃ РЅРёРј - средство для приложения небольшого смещения РІ РїСЂСЏРјРѕРј направлении Рє выпрямляющему соединению, средство для приложения большего смещения противоположного знака Рє третьему соединению, причем РѕР±Р° упомянутых смещения относятся Рє соединению СЃ РЅРёР·РєРёРј сопротивлением, схема РІС…РѕРґРЅРѕРіРѕ сигнала, включающая РІ себя указанное выпрямляющее соединение, Рё схема вывода сигнала , включающая РІ себя указанное третье соединение. , , :- 130 , , , , ) . РџСЂРёСЂРѕРґР° эмиттерного электрода Рё той части полупроводника, которая находится РІ непосредственной близости РѕС‚ контакта электрода, такова, что значительная часть тока РѕС‚ этого электрода переносится зарядами, знаки которых противоположны знакам подвижных зарядов. обычно РІ избытке РІ теле Z0 полупроводника. Р’ отсутствие эмиттера ток Рє коллектору течет исключительно РѕС‚ базового электрода Рё ему препятствует высокое сопротивление этого контакта коллектора. Знак потенциала смещения коллектора таков, что РѕРЅ притягивает носители противоположного знака, исходящие РѕС‚ эмиттера. Коллектор расположен так РїРѕ отношению Рє эмиттеру, что большая часть тока эмиттера попадает РІ коллектор. Доля зависит частично РѕС‚ геометрического расположения электродов Рё частично РѕС‚ приложенных потенциалов смещения. Поскольку эмиттер смещен РІ РїСЂСЏРјРѕРј направлении или РІ направлении легкого течения, ток эмиттера чувствителен Рє небольшим изменениям потенциала между эмиттером Рё телом полупроводника или между эмиттером Рё базовым электродом. Z0 . , , . ' . . . . , . , , . Приложение небольшого изменения напряжения между базовым электродом Рё эмиттером вызывает относительно большое изменение тока, поступающего РІ полупроводник РёР· эмиттера, Рё соответственно большое изменение тока, поступающего РЅР° коллектор. РћРґРЅРёРј РёР· последствий изменения тока эмиттера является изменение общего тока, протекающего Рє коллектору, так что общее изменение тока коллектора может быть больше, чем изменение тока эмиттера. Цепь коллектора может содержать нагрузку СЃ высоким импедансом, согласованным СЃ внутренним сопротивлением коллектора, которое РёР·-Р·Р° высокого сопротивления контакта коллектора является высоким. , . , . , , , . Р’ результате получают усиление напряжения, усиление тока Рё усиление мощности РІС…РѕРґРЅРѕРіРѕ сигнала. , , , . РљРѕРіРґР° элемент содержит блок полупроводникового материала, основная часть которого имеет РѕРґРёРЅ тип проводимости, Р° очень тонкий поверхностный слой или пленка имеет РґСЂСѓРіРѕР№ тип проводимости, поверхностная полость отделена РѕС‚ РєРѕСЂРїСѓСЃР° выпрямляющим барьером СЃ высоким сопротивлением. 694,021 =( + ) (1) = () + (), РіРґРµ = ток эмиттера -- = ток коллектора () = ток коллектора РїСЂРё отключенном эмиттере. , . 694,021 =( + ) (1) = () + () = --= ()= . V0 = напряжение эмиттерного электрода, измеренное относительно базового электрода = напряжение коллекторного электрода, измеренное относительно базового электрода , = эквивалентное сопротивление, независимое РѕС‚ смещения = численный коэффициент, который зависит РѕС‚ напряжений смещения ( ) дает соотношение между током эмиттера Рё напряжением эмиттера РїСЂРё разомкнутой цепи коллектора. V0 = = ,= = () . Рнтерпретация приведенного выше уравнения (1) заключается РІ том, что ток коллектора снижает потенциал поверхности блока вблизи эмиттера 2,5 относительно базового электрода РЅР° величину , Рё. таким образом, увеличивается эффективное напряжение смещения РЅР° эмиттере РЅР° ту же величину. Таким образом, термин представляет СЃРѕР±РѕР№ положительную обратную СЃРІСЏР·СЊ. (1) rela2.5 , . . . Другие полупроводниковые устройства преобразования электрического сигнала Рё полупроводниковые элементы электрических схем описаны Рё заявлены РІ нашей одновременно рассматриваемой заявке в„– 5203-4149 (серийный в„– 694,023). ' . 5203-4149 ( . 694,023). Рзобретение будет полностью понято РёР· следующего РїРѕРґСЂРѕР±РЅРѕРіРѕ описания РѕРґРЅРѕРіРѕ РёР· его вариантов осуществления, прочтенного вместе СЃ прилагаемыми чертежами, РЅР° которых: фиг. 1 представляет СЃРѕР±РѕР№ схематическое изображение, частично РІ перспективе, показывающее предпочтительный вариант осуществления изобретения; Фиг.1Р° представляет СЃРѕР±РѕР№ поперечное сечение части фиг.1 РІ сильно увеличенном масштабе; 46. РќР° СЂРёСЃ. 2 представлена эквивалентная схема электронной лампы, показанная РЅР° СЂРёСЃ. 1; Фиг.3 представляет СЃРѕР±РѕР№ РІРёРґ сверху блока фиг.1, показывающий расположение электродов; Р РёСЃ. 3Р°. подобен СЂРёСЃ. 3, РЅРѕ показывает влияние коллектора РЅР° изменение тока эмиттера; РќР° фиг. 4, 5, 6 Рё 7 показано расположение электродов, альтернативное показанному РЅР° фиг. 1; Р РёСЃ. 8 Рё 9 показаны конструкции электродов, альтернативные конструкциям, показанным РЅР° фиг. 1; РќР° фиг. 10 показан модифицированный блок изобретения, включенный для работы РІ схеме обычного триода; РќР° фиг. 11 показан РґСЂСѓРіРѕР№ модифицированный блок согласно изобретению, подключенный для работы РІ схеме «заземленной пластины» или РІ католической следящей цепи; фиг. 12: показан блок согласно изобретению (65, подключенный для автоколебаний; фиг. 13 изображает диаграмма, показывающая распределение электронного потенциала внутри полупроводника -типа, находящегося РІ контакте СЃ металлом; фиг. 14 представляет СЃРѕР±РѕР№ диаграмму, показывающую распределение электронного потенциала внутри полупроводника -типа, находящегося РІ контакте СЃ металлом; , , :. 1 , , ; . - . 1 ; 46 . 2 . 1; . 3 . 1 ; . 3a. . 3 ; . 4, 5, 6 7 . 1; . 8 9 . 1; . 10 ; . 11 " " ( ; '. 12: (65 - ; . 13 - ; . 14 - . Р РёСЃ. 15 представляет СЃРѕР±РѕР№ Р°. диаграмма, показывающая распределение электронного потенциала внутри 75 тонкого полупроводникового слоя -типа, контактирующего СЃ РѕРґРЅРѕР№ стороны СЃ металлом, Р° СЃ РґСЂСѓРіРѕР№ стороны СЃ телом полупроводникового материала -типа, для электронов РІ Р·РѕРЅРµ проводимости (верхние кривые ) Рё РІ 80 — заполненная полоса (нижние кривые); Рё фиг. 16 представляет СЃРѕР±РѕР№ диаграмму, показывающую изменение распределения потенциала РєСЂРёРІРѕР№ РЅР° фиг. 15 РІ зависимости РѕС‚ расстояния РѕС‚ эмиттера РґРѕ коллектора.86 Материалами, пригодными для использования РїСЂРё реализации изобретения, являются те полупроводники, Сѓ которых электрические характеристики РІРѕ РјРЅРѕРіРѕРј зависят РѕС‚ включения РІ РЅРёС… очень небольших количеств 90 значимых примесей. Выражение «значительные примеси». здесь используется для обозначения тех примесей, которые влияют РЅР° электрические характеристики материала, такие как его удельное сопротивление, фоточувствительность, выпрямление Рё С‚.Рї., РІ отличие РѕС‚ РґСЂСѓРіРёС… примесей, которые РЅРµ оказывают РІРёРґРёРјРѕРіРѕ влияния РЅР° эти характеристики. . 15 . 75 - - , ( ) 80 ( ); . 16 . 15 ..86 90 . "' " . , , 95 , , . Термин «примеси» включает намеренно добавленные компоненты, Р° также любые компоненты, которые РјРѕРіСѓС‚ быть включены РІ РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕР№ материал, встречающийся РІ РїСЂРёСЂРѕРґРµ или коммерчески доступный. Германий представляет СЃРѕР±РѕР№ такой материал, который вместе СЃ некоторыми типичными примесями может служить иллюстративным примером для объяснения настоящего изобретения. " " . , , 10l . Кремний – еще РѕРґРёРЅ такой материал. Р’ случае полупроводников, которые представляют СЃРѕР±РѕР№ химические соединения, такие как РѕРєСЃРёРґ меди 1l0 (.) или карбид кремния (), отклонения РѕС‚ стехиометрического состава РјРѕРіСѓС‚ представлять СЃРѕР±РѕР№ значительные примеси. . 1l0 (.) (), . Небольшие СЃСѓРјРјС‹, С‚.Рµ. РґРѕ 0,1 процента. .., 0.1 . примесей, обычно более РІС‹С