Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_12642
.pdf
=== НАЧАЛО ФАЙЛА: patent_388045.txt ===
ССЫЛКА: https://translationportal.epo.org/emtp/translate/?ACTION=description-retrieval&COUNTRY=GB&ENGINE=
google&FORMAT=docdb&KIND=A&LOCALE=sq_AL&NUMBER=388045&SRCLANG=EN&OPS=ops.epo.org/3.2&T
RGLANG=ru
========================================
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ GB388045A
[]
-: -рн
- ---__ Ли 1,
ПАТЕНТНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ
Дата подачи заявки: август. 4, 1931. № 22,065/31.
Завершено: февраль. 6, 1933.
ПОЛНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ.
Усовершенствования, касающиеся обработки воды, используемой в маслонагревателях, испарителях и
других системах, с целью предотвращения образования накипи.
Я, Уильям Макдональд, подданный короля Великобритании, занимающийся инженерной деятельностью,
проживающий по адресу: Харлем-авеню, 1018, деревня Ривер-Форест, округ Кук, штат Иллинойс,
Соединенные Штаты Америки, настоящим заявляю о характере данного изобретения и о способе его
осуществления, которые будут подробно описаны и установлены в следующем заявлении:
Настоящее изобретение относится к процессу и средствам обработки воды, используемой в любых
механических устройствах, но в частности в таких устройствах, как котлы, испарители, дистилляционные
установки, концентраторы, системы отопления и тому подобное, для предотвращения образования накипи,
удаления нерастворимых солей, контроля концентрации растворимых солей и увеличения циркуляции внутри
котлов.
Целью настоящего изобретения является разработка усовершенствованного процесса и средств очистки и
обработки воды как в однокотловых, так и в многокотловых системах, позволяющих поддерживать
работоспособность установки неограниченно долго за счет удаления примесей, образующих накипь и
высокую концентрацию растворимых солей, и одновременно повышения циркуляции в самих котлах.
С этой целью настоящее изобретение представляет собой способ очистки воды в котлах, испарителях и
подобных устройствах, который заключается в отводе воды из котла с заданной скоростью, фильтрации и
возврате в котел определенной доли отводимой воды, а также подаче достаточного количества питательной
воды для компенсации воды, не возвращенной в котел, и воды, образующейся в виде пара.
Изобретение также включает в себя способ очистки воды в котлах, испарителях и подобных им устройствах,
который состоит в отводе воды из котла с заданной скоростью, фильтрации для удаления нерастворимых
солей, возврате в котел определенной фракционной части отводимой воды, утилизации оставшейся
фракционной части отводимой воды для снижения содержания растворимых солей в котловой воде, а затем
подаче достаточно увеличенного количества питательной воды для компенсации отводимой воды, не
возвращенной в котел, а также воды, образующейся в виде пара.
Изобретение дополнительно заключается в предоставлении средств для осуществления вышеуказанного
процесса 60, которые включают в себя котельную установку, насос, сообщающийся с указанной установкой
для извлечения из нее измеренного количества воды для обработки и возврата определенной доли 65 этой
воды через фильтр, пароотводящую трубу, отходящую от указанного котла и снабженную устройством
измерения расхода, таким как горловина Вентури, и механизмом регулирования насоса, включающим в себя
чувствительное к давлению устройство 70, сообщающееся с горловиной Вентури для изменения скорости
работы указанного насоса в прямой пропорции к скорости пара, выходящего из указанного котла, и средства
для подачи питательной воды 75 для поддержания уровня воды в котельной установке.
При применении этого процесса к серии котлов различное количество воды, удаляемой из каждого блока,
смешивается и поступает в общий фильтр, а вода, пропорциональная количеству воды, удаляемой из каждого
блока, после фильтрации возвращается в каждый блок из общей системы.
Приведенное ниже описание будет специально адресовано бойлерам, но следует понимать, что аналогичное
действие происходит и с другими устройствами, используемыми для очистки воды и в системах циркуляции
воды, где из-за добавления химических веществ, нагрева или того и другого происходит изменение состава
воды, приводящее к увеличению количества взвешенных частиц и накоплению растворимых солей. В
частности, я имею в виду испаритель или многоступенчатую систему испарителей, где из-за того, что вся
подаваемая в них вода является сырой, образование накипи на нагревательных поверхностях происходит
очень быстро, как и увеличение концентрации растворимых солей. В таких случаях не только повышается
эффективность за счет поддержания чистоты нагревательных поверхностей путем удаления взвешенных
частиц до того, как они смогут образовать накипь, но и принудительная циркуляция вызывает увеличение
скорости испарения из-за увеличения скорости потока воды над нагревательными поверхностями, что
приводит к очень заметному увеличению производительности и эффективности.
Описанный здесь метод водоподготовки также применим в системах циркуляции воды, отличных от систем
котлов; например, в системах охлаждения воды для аммиачных конденсаторов вода охлаждается в градирне
или водохранилище и циркулирует по трубам, через которые аммиак поступает из компрессоров. Тепло,
передаваемое воде через стенки труб, повышает ее температуру, в результате чего растворимые соли
становятся нерастворимыми и образуют накипь на трубах, что крайне нежелательно.
Даже в системах холодного водоснабжения, где вода забирается из скважин, содержащих железо в растворе
и другие примеси, которые становятся нерастворимыми при высвобождении углекислого газа, удаление этих
примесей сразу после их растворения устраняет проблемы с образованием накипи и может быть
осуществлено описанным здесь методом обработки.
На прилагаемых чертежах я показал конкретные варианты осуществления моего изобретения, в которых:
На рис. 1 (3а) представлен фрагмент одного из серии котлов, демонстрирующий мою усовершенствованную
систему водоподготовки, которая также может быть применена к отдельному котлу.
На схематическом изображении показан метод Ao0 с использованием моей усовершенствованной системы
водоподготовки с двойной фильтрацией.
Первый фильтр получает свежую химически обработанную воду после предварительного нагрева, а второй
фильтр получает рециркулируемую воду +5 из самого котла.
На рис. 2 представлен фрагмент одного из серии котлов или отдельного котла, демонстрирующий единую
систему фильтрации воды, через которую смешиваются и пропускаются как свежая вода, прошедшая
химическую обработку, так и рециркулируемая вода из котла.
Рис. 3 представляет собой схематический чертеж, иллюстрирующий множество котлов, имеющих
трубопроводы, соединяющие отдельные насосы с общей системой фильтрации.
На рис. 4 представлен продольный разрез одного из насосов.
На рис. 5 представлен продольный разрез фильтра.
На рис. 6 представлен поперечный разрез фильтрующего резервуара, выполненный по линии 6-6 на рис. 5.
На рис. 7 представлен фрагмент теплообменника ff5.
На рис. 8 представлено схематическое изображение механизма регулирования насоса, чувствительного к
давлению, который используется в системах, показанных на рис. 1 и 2.
На рис. 9 показана детальная конструкция клапана 70 механизма регулирования насоса.
На рис. 10 показан фрагмент инжекционной форсунки, используемой для стимулирования циркуляции в котле.
На рис. 11 представлен фрагмент барабана котла мощностью 75 л.с., демонстрирующий средства для отвода
с него поверхностной воды.
В целом, данное изобретение включает в себя систему подачи воды в котлы, в которой каждый котельный
агрегат снабжен насосом двойного действия для отбора измеренных объемов воды из котлов и сброса ее в
общую систему наполнения. Двойной поршневой насос возвращает в каждый котел количество отбираемой
воды, пропорционально меньшее, чем количество воды, отбираемой из этого котла соответственно, а
оставшаяся часть проходит через теплообменник в сливную трубу. Дополнительная свежая питательная вода
пропускается через теплообменник и подается в подогреватель питательной воды, где смешивается с
подходящим хелатирующим агентом для адаптации к потребностям котловой воды.
В варианте, показанном на рис. 1, свежая, химически обработанная питательная вода проходит через
отдельный фильтр, удаляя тем самым твердые частицы, взвешенные при температуре нагревателя, и
подается непосредственно в котлы. В варианте, показанном на рис. 2, свежая, химически обработанная вода
смешивается с водой, отводимой из котлов.
тем самым удаляя большее количество твердых частиц, взвешенных в воздухе аддиджо.
теплоотдача воды, отбираемой из котла, проходящей через тот же фильтр и подаваемой в котлы вместе с
возвращенной котловой водой.
Двухтактные насосы управляются автоматическими средствами, регулирующими их скорость вращения, и,
следовательно, количество откачиваемой воды пропорционально скорости подачи пара соответствующими
котлами. Для этой цели вместо поршневых насосов могут использоваться центробежные насосы, которые
могут приводиться в движение паром или азотом.
В любом случае, приводной механизм может автоматически управляться путем ниодификации его
конструкции.
Механизм, используемый для обеспечения автоматического управления системой niav, может быть любого
типа, который обеспечивает изменение количества воды, отбираемой из системы 125, в прямой зависимости
от количества пресной воды, подаваемой в систему, и от химического вещества, необходимого для снижения
жесткости.
Ниже приведено описание модели 1320.
388,045 388,045 Способ автоматического регулирования, который может быть изменен в соответствии с
особенностями конкретной установки без отступления от сути моего изобретения.
В водонагревателе предусмотрен поплавок для регулирования работы насоса, подающего питательную воду
в нагреватель, с целью поддержания уровня воды в нем на заданном уровне. Этот поплавок функционально
соединен с другим насосом для впрыскивания химикатов в исходную питательную воду пропорционально
подаче воды в нагреватель, а также с клапаном для регулирования слива циркулирующей воды из
теплообменника в сливную трубу, регулирующую слив из системы и подачу химикатов и воды в нее.
Механизм управления (выходящая вода показана в виде крана, степень открытия которого изменяется
положением прикрепленного рычага). В качестве альтернативы можно использовать клапан любой
конструкции или с любыми дисками. Этот механизм может применяться как на входе, так и на выходе
теплообменника.
В представленной на рис. 1 конфигурации отдельный котельный агрегат 1 соединен по трубе 2 с насосом 3.
Труба 2 с температурой -30°C входит в котел 1 и снабжена перфорированными стояками 21, в которые
поступает вода в точке с наибольшей концентрацией соли.
Эти стояки, как показано на рис. 11, имеют прорези, позволяющие изменять уровень воды в котле, при этом
забор воды всегда осуществляется с поверхности, где концентрация солей обычно самая высокая и где
твердые частицы создают наибольшие проблемы.
Конструкция насосов 3 может быть представлена, как показано на поперечном разрезе на рис. 4. = При
перемещении поршня 4 вправо вода из цилиндра насоса справа от поршня вытекает через отверстие 5 и
трубопровод 6 в коллектор 7 (рис. 3). Колонна 7 соединена с парой фильтров 8, через которые проходит
отводимая из котла вода 0. Вода поступает из фильтров 8 в коллекторы 9, где поток разделяется между
трубами 9', ведущими к левой стороне насосов, и к канализационной трубе 10. Отфильтрованная вода
поступает в левую часть насоса через отверстие 11 и подается через отверстие 12 и трубопровод 13 в котел
через инжекционную форсунку 15, предназначенную для создания циркуляции в котле.
Вода отбирается из точки наибольшей концентрации в котельной и впрыскивается через сопло 15 со
значительным повышением давления по сравнению с давлением в котле; следовательно, в самом сопле 65
это давление преобразуется в скорость, и при соприкосновении с водой в котле ударное воздействие вызовет
циркуляцию, превышающую нормальную циркуляцию самого котла. На иллюстрации показана форсунка,
установленная в нисходящих трубах 14, подающих воду на водозащитный экран 7i водотрубного котла,
однако форсунки могут быть установлены в самих трубах котла, как правило, в тех, которые подвергаются
прямому воздействию лучистого тепла от огня, где могут образовываться паровые карманы. В случае с
обратным трубчатым котлом они устанавливаются в точке, где циркуляция плохая и может образовываться
накипь, как показано на рисунке 3.
Поршневой шток 16 простирается влево от SC поршня 4 и имеет достаточные размеры, чтобы уменьшить
производительность левой стороны насоса в определенном заранее заданном соотношении с
производительностью правой стороны. Такая конструкция приводит к тому, что из котла отводится больше
воды, чем возвращается в котел насосом, а оставшаяся вода проходит по трубе 10 к теплообменнику 17 и
сливной трубе 18. Фактическое отклонение можно рассчитать в зависимости от характера обрабатываемой
питательной воды и химических реагентов, добавляемых для снижения жесткости.
Насос 3 автоматически регулируется чувствительным к давлению устройством, показанным на рис. 8 и 9.
Данное регулирующее устройство включает в себя корпус 19 и диафрагму внутри него, образующие
соответственно верхнюю и нижнюю не сообщающиеся друг с другом камеры 21 и 22. Выходная паропровод 23
котла снабжена горловиной Вентури, включающей диск 24 с отверстием меньшего размера, чем внутренний
диаметр трубы. Когда пар проходит через отверстие, эффект Вентури и эффект горловины вызывают разницу
давлений по обеим сторонам диска. Верхняя камера 21 корпуса соединена с выходной паропроводной трубой
с одной стороны горловины трубки Вентури трубкой 25, а нижняя камера 22 соединена с паропроводной
трубой 23 с другой стороны горловины трубки Вентури трубкой 26. Диафрагма 20 снабжена стержнем 27,
который имеет длину 11S.
оперативно соединен с рычагом клапана 28. Рычаг клапана 28, в свою очередь, функционально соединен с
цилиндрическим клапаном 29, установленным скользящим образом в корпусе клапана 30. Движение
диафрагмы 20, обусловленное разницей давлений между пространствами по обеим сторонам горловины
Вентури, передается через шток 27 и рычаг клапана 28 к клапану 29.
Клапан 29 снабжен парой портов i25, портов 301, которые совпадают с портами 31 в корпусе клапана. Эти
патрубки сконструированы таким образом, чтобы изменять подачу пара к насосу 3 в прямой пропорции к
скорости пара в выходном патрубке i3G 386,U45 23. Поскольку разница давлений на горловине Вентури
изменяется по известному закону, прямо пропорциональному квадрату скорости пара, и поскольку оба
отверстия имеют треугольную форму, так что, когда отверстие в клапане проходит над отверстием в корпусе
клапана, площадь каждого отверстия также имеет треугольную форму, так что общая площадь двух отверстий
будет изменяться по мере того, как квадрат основания треугольника определяется движением клапана
относительно корпуса, и, следовательно, она будет пропорциональна скорости пара в трубе. Следовательно,
отверстие для подачи пара в паровой насос будет изменяться в прямой зависимости от скорости пара,
выходящего из котла, и скорость работы парового насоса будет соответственно изменяться.
Для компенсации потерь на трение и т. д. при фактической настройке этого механизма на каждом этапе
предусмотрена многоступенчатая система средств для индивидуальной регулировки положения клапана и,
следовательно, скорости вращения. Это можно сделать, ослабив гайку и повернув клапан вокруг его оси, как с
помощью инструмента, проникающего в канавку, отверстие или выступ 291.
Свежая питательная вода поступает в шток через трубу 321 и под действием тяги 321 проходит продольно
через корпус теплообменника 17 в направлении, противоположном направлению потока циркулирующей воды
в змеевике 11 теплообменника. Питательная вода выходит из теплообменника через трубу 33, которая
взаимодействует с подогревателем питательной воды 34. Труба 33 предпочтительно входит в верхнюю часть
водонагревателя, так что вода будет стекать по ряду чаш и тщательно смешиваться с паром, подаваемым
водонагревателем 331, и нагреваться им.
Вместо того чтобы вставлять диск в пароотводящий патрубок котла для управления насосом в зависимости от
скорости пара, можно использовать скорость питательной воды, поступающей в котел, с помощью
аналогичного устройства.
Труба 35, предназначенная для подачи химических веществ в чистую питательную воду, сообщается с трубой
33 между теплообменником 17 и нагревателем 31. Химическое вещество, превращающее растворимые соли в
нерастворимые в котловой воде, подается из резервуара 36 насосом 37 непосредственно в трубу 33.
Смесь свежей питательной воды и химикатов поступает в подогреватель питательной воды 34 через его
верхнюю часть и подается из подогревателя по трубе 361 в отдельный фильтр 371. В форме, показанной на
рисунке. На рис. 1 вода из подогревателя питательной воды проходит через фильтр 371 и по трубе 39
подается питательным насосом котла 38 непосредственно в котельный агрегат 1.
-65 Подогреватель питательной воды делает определенное количество твердых веществ в растворе
нерастворимым за счет добавленного тепла и химической обработки, но поскольку температура воды в котле
выше температуры нагревателя, происходит дальнейшая реакция 70, и больше твердых веществ переходит в
суспензию, поэтому была введена вторая система фильтрации, как уже было сделано. cj ile cd.
В этих котлах, показанных на рисунках 2 и 3, 75% воды отбирается из каждого котельного агрегата отдельным
насосом. В случае необходимого типа воды, подаваемой в котельный агрегат, она прокачивается насосом 41
через трубу 41, в результате чего трубопровод будет иметь диаметр 80 футов. Вода, поступающая из всех
котельных установок, подается через коллектор 7 в фильтры. Таким образом, свежая вода и вода,
отбираемая из котлов с помощью насоса 3, смешиваются и фильтруются за одну операцию.
Насос 3 забирает часть воды из котла и возвращает немного меньшее количество. Вода, подаваемая насосом
40 через фильтр S, подается в каждый котел 90 b) через регулирующий клапан подачи 911l либо с ручным
управлением, либо автоматически с помощью регулятора подачи питательной воды.
В результате к свежей питательной воде добавляется дополнительный фильтр, что приводит к более полному
взвешиванию твердых частиц в этой воде, которые затем собираются фильтром, тем самым делая воду в
котле более чистой перед ее поступлением в котлы.
Автоматическое регулирование содержания 100% твердых частиц в суспензии из воды в каждом котле
осуществляется заданным способом, а автоматическое регулирование качества твердых частиц в растворе
достигается путем пропорционального распределения количества химического реагента, вводимого в
нагреватель, и количества подаваемой к нему свежей питательной воды относительно количества
циркулирующей воды, отбираемой из системы. Данная корреляция может быть установлена с помощью
различных механических средств, иллюстрация которых приведена ниже:
Система подачи свежей питательной воды автоматически пополняется пеногасителем 42 в нагревателе 3i.
Поплавок функционально соединен с рычагом 43, к одному из концов которого подсоединены звенья 44, 4,5 и
46 соответственно. Соединительная тяга 44 функционально соединена на другом конце с клапаном 47 насоса
подачи химикатов 37, соединительная тяга 45 функционально соединена посредством кривошипного рычага
40' и горизонтальной соединительной тяги 411 с клапаном 48 для регулирования подачи отбираемой воды из
теплообменника 17, а соединительная тяга 46 функционально соединена с клапаном 49 насоса 321 для
регулирования подачи сырой питательной воды в нагреватель.
Клапан 48 служит для ограничения потока сточных вод таким образом, чтобы в любое время количество воды,
пропускаемой в сточные воды, было пропорционально скорости циркуляции воды насосом, и, таким образом,
на одной стороне клапана 48 действует давление котла, а на другой — атмосферное давление.
Поскольку количество циркулирующей воды определяется количеством производимого пара, регулирование
клапана 48 движением поплавка 42, который контролирует количество воды (воды), подаваемой в
нагреватель, будет поддерживать баланс системы.
С помощью поплавка 42 точно дозируется подача пресной воды и химикатов, а сброс отбираемой воды из
системы изменяется пропорционально подаче пресной воды и химикатов в нагреватель 34. Эта
автоматическая регулировка осуществляется таким образом, чтобы поддерживать концентрацию
растворимых солей в системе котловой воды практически постоянной (и в желаемой точке) путем
непрерывного сброса количества сточных вод, содержание растворимых солей в которых, при добавлении к
нерастворимым солям, удаленным фильтрацией, эквивалентно содержанию растворимых и нерастворимых
солей в свежей очищенной воде, поступающей в систему. Фильтры 8, как показано на рис. 2, могут
промываться обратным потоком путем перекрытия сообщения между ними и остальной частью системы с
помощью клапанов 50 и 51, расположенных соответственно во входной и выходной трубах фильтров, и
подачи свежей воды через входную промывочную трубу 52. Таким образом, скопившиеся твердые частицы
удаляются из фильтра и вымываются из системы через трубу 5ES. При желании можно промывать обратным
потоком только один фильтр, перекрыв сообщение между ним и остальной частью системы и подавая свежую
воду только в этот фильтр путем управления клапанами 54 и 55.
Фильтр 371, показанный на рис. 1, снабжен байпасом 50, посредством которого вода из нагревателя 34 может
при необходимости обходить фильтр 371 и подаваться непосредственно в котлы. Этот фильтр можно
промывать обратным потоком, перекрыв сообщение между ним и остальной частью системы с помощью
клапанов 57 и 58 и пропуская через фильтр свежую воду в обратном направлении, подавая ее через входную
трубу 59. Накопившийся твердый материал вымывается из системы через выходную трубу 60. Выходные
трубы 53 и 60 могут быть соединены с дренажной трубой для отвода накопившегося твердого материала в
канализацию.
Усовершенствованная система кондиционирования, представленная на иллюстрации и описанная выше,
обеспечивает следующие преимущества:
Удаление растворенных твердых веществ при температуре -65°C осуществляется с помощью удобного
механизма продувки.
Для нескольких котлов требуется лишь одна продувка, что позволяет регулировать сброс воды из всех котлов
в одной точке. Скорость удаления воды из каждого 1 миллиарда 7 дней.
Способ обработки определяется скоростью испарения в каждом котле соответственно.
Для этих целей можно использовать воду с более высокой концентрацией соли, поскольку она непрерывно
удаляет взвешенные твердые частицы. 75 Удаление солей во взвешенном состоянии независимо от солей в
растворе приводит к существенному уменьшению количества воды, удаляемой из системы для поддержания
надлежащих рабочих условий, и, как следствие, потери тепла, вызванные удалением воды, становятся
практически незначительными.
Благодаря непрерывному удалению взвешенных твердых частиц из системы, концентрация твердых частиц в
растворе может поддерживаться на более высоком уровне без образования пены или заполнения котлов
водой.
Путем объединения воды, отбираемой из всех блоков многокотловой системы gQ, можно осуществлять
контроль концентрации солей как во взвешенном, так и в растворенном состоянии из одной точки системы.
Автоматическое регулирование количества воды, удаляемой из каждого блока, в прямой зависимости от
скорости подачи пара в каждом блоке обеспечивает равномерную фильтрацию и концентрацию воды по всей
системе, независимо от колебаний скорости подачи пара в отдельных блоках. Взаимосвязь трех факторов,
определяющих состояние воды, а именно: скорости подачи воды в систему, скорости подачи гематокрита,
скорости отвода из системы воды с высокой концентрацией растворимых солей, обеспечивает постоянные
условия в системе независимо от колебаний потребности в паре. 110 Полная автоматизация системы
отопления позволяет избежать проверки воды в нескольких точках и обеспечивает возможность
обслуживания котельных установок неограниченное время без необходимости внутреннего вмешательства.
В форме, показанной на рисунке 1, вся вода, отбираемая из котлов, проходит через фильтры 8, включая ту
часть, которая сбрасывается в канализацию. Такое расположение предпочтительно, поскольку позволяет мне
более точно контролировать количество растворимых солей, но очевидно, что устройство будет одинаково
эффективно, если труба 10 будет соединена с трубой 6 перед фильтрами 8, а не с трубой 9, что позволит
избежать необходимости фильтрации сточных вод, если это необходимо в конкретной установке. 1i3c
388,04.5 Теперь, подробно описав и определив природу моего изобретения и способ его осуществления, я
заявляю, что то, что я
=== НАЧАЛО ФАЙЛА: patent_388046.txt ===
ССЫЛКА: https://translationportal.epo.org/emtp/translate/?ACTION=description-retrieval&COUNTRY=GB&ENGINE=
google&FORMAT=docdb&KIND=A&LOCALE=sq_AL&NUMBER=388046&SRCLANG=EN&OPS=ops.epo.org/3.2&T
RGLANG=ru
========================================
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ GB388046A
[]
N \r 1 " Если
Дата проведения конференции по патентам и товарным знакам (Голландия): ноябрь. 18, 1930.
Дата подачи заявки (в Соединенном Королевстве): август. 10, 1931.
Завершено: февраль. 10, 1933.
ПОЛНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ, № 22,616/31.
Улучшения в процессе введения химически активных веществ в вакуумные трубки.
Мы, компания N. V. PHILIPS' GLOEILAMPENF1ABRIENEN, общество с ограниченной ответственностью,
организованное и учрежденное в соответствии с законодательством Королевства Нидерландов, с местом
нахождения и офисом по адресу: Эммасингел 131, Эйндховен, провинция Северный Брабант, Королевство
Нидерландов, настоящим заявляем о характере данного изобретения и о способе его осуществления,
которые будут подробно описаны и установлены в следующем заявлении:
Химически активные металлы, особенно щелочноземельные и щелочные металлы, часто приходится вводить
в колбу вакуумной трубки, такой как термоэлектронная лампа, для различных целей, например, для
образования на катоде трубки покрытия с высокой электронной эмиссией или для поглощения остаточных
газов или газообразных примесей. Настоящее изобретение относится к способам введения такого
щелочноземельного или щелочного металла в вакуумную разрядную трубку. Такие металлы нельзя
подвергать воздействию открытого воздуха из-за их подверженности воздействию кислорода, и поэтому были
предложены различные методы для введения таких металлов в вакуумную разрядную трубку без риска их
окисления кислородом воздуха.
Один из известных удовлетворительных методов заключается во введении в трубку соединения активного
металла, которое при нагревании может само превращаться в металл и которое не подвержено воздействию
кислорода. По сути, при использовании этого метода применяются азиды, которые разлагаются при
нагревании, оставляя активный металл с выделением азота. Данный метод позволил получить весьма
удовлетворительные результаты.
Чтобы избежать неудобств этого метода, связанных с необходимостью удаления выделяющегося азота, уже
было предложено наносить смесь оксида бария, оксида стронция или оксида кальция и восстановителя,
состоящего из магния или кальция, на внутреннюю поверхность анода рядом с катодом и инициировать
процесс восстановления путем нагрева. Также было предложено смешать оксид щелочноземельного
металла, такого как оксид бария, с алюминием и нагревать смесь вне разрядной трубки, в которую
необходимо ввести барий, в результате чего оксид бария будет восстановлен алюминием. Смесь нагревают
до такой температуры, что происходит восстановление, но при этом образовавшийся барий не испаряется
или испаряется лишь частично. В таком случае остаточные продукты реакции представляют собой смесь
оксида алюминия и бария. Эта смесь подается в разгрузочный желоб, и после его опорожнения смесь
нагревается до такой температуры, что барий испаряется.
Однако хорошо известно, что алюминий легко образует сплавы со щелочноземельными металлами, так что
значительная часть бария, образующегося при нагреве вне разрядной трубки, будет сплавляться с
алюминием. Сплав 7,5 алюминия и бария, введенный затем в разрядную трубку, может разлагаться только
при более высокой температуре, чем та, при которой барий высвобождается из смеси оксидов бария и
алюминия, поэтому одно из важных преимуществ этого метода исчезает. В связи с необходимостью нагрева
до более высокой температуры возникает также риск того, что этот нагрев может быть настолько сильным,
что часть алюминия испарится, хотя его температура испарения выше, чем у бария; в этом случае алюминий
осядет на тех участках разрядной трубки, где необходимо осадить барий. Это может быть очень вредно,
например, когда барий осаждается на катоде, поскольку, если в этом случае барий смешан с небольшим
количеством алюминия, присутствие последнего металла может привести к значительному снижению
электронной эмиссии с катода.
В патентной заявке № 365687, впервые открытой для публичного ознакомления, было предложено
формировать электроизлучающий корпус разрядной трубки полностью из смеси щелочноземельного металла
и одного или нескольких оксидов щелочноземельных металлов, причем смесь содержит, например, барий,
оксид бария и оксид магния, и формируется до его введения в трубку путем восстановления оксида бария при
нагревании магнием.
Недостатки использования алюминия в качестве восстановителя были описаны выше. Использование магния
также сопряжено с недостатками. Если, например, оксид бария восстанавливается магнием, то возможно
образование не только бария, но и соединения бария, такого как субксид бария (Ba2O).
Даже если смесь, введенная в трубку, состоит только из оксида бария и оксида магния, при нагревании этой
смеси до -15°C произойдет реакция, в результате которой в трубке выделится не только барий, но и часть
магния испарится, поскольку оксид магния и барий могут реагировать с образованием магния-20 и субксида
бария. Кроме того, поскольку магний испаряется при более низкой температуре, чем барий, из смеси будут
выделяться как магний, так и барий.
Также было предложено смешивать щелочноземельный металл и соединение щелочноземельного металла в
виде порошков и наносить эту смесь на катодный сердечник или носитель для улучшения электронной
эмиссии и более эффективного удаления газов, образующихся в процессе работы трубки. Однако в данном
случае конкретный щелочноземельный металл не был указан; кроме того, уже предлагалось включать оксиды
магния, кальция, стронция и бария в раскаленные катоды из урана-молибдена или тория-молибдена, а также
использовать в фотоэлементе катод из оксида кальция и цезия.
Согласно настоящему изобретению, указанные выше трудности устраняются путем введения
щелочноземельного или щелочного металла в вакуумную трубку в виде смеси с соединением кальция,
обладающим электроизоляционными свойствами, причем указанная смесь образуется до ее введения в
трубку путем восстановления соединения щелочноземельного или щелочного металла с использованием
кальция в качестве восстановителя. Когда, как предпочтительно, соединением является оксид, преимущество
образования оксида кальция по сравнению с оксидом бария или стронция заключается в том, что кальций
представляет собой более подходящий восстановитель для данной цели. Таким образом, при использовании
кальция для восстановления оксида щелочноземельного металла химическое равновесие таково, что
образуется чистый щелочноземельный металл. Например, монооксид бария восстанавливается до
металлического бария, при этом образуется оксид кальция. Однако, если в качестве восстановителя
используется барий или стронций, то, вероятно, вместо свободного металла или в дополнение к нему, как
упоминалось выше в связи с магнием, образуется субксид.
Вероятность возникновения подобных ситуаций предотвращается применением кальция. Еще одно
преимущество использования кальция вместо, например, бария заключается в том, что оксид кальция
обладает лучшими изоляционными свойствами, чем оксид бария. 75 Смесь, которая должна быть введена в
трубку, может быть приготовлена путем смешивания соединения рассматриваемого активного металла с
металлическим кальцием, а затем нагревания этой смеси перед ее введением в трубку в вакууме или
нейтральной атмосфере до такой температуры, чтобы соединение активного металла восстановилось и
образовалась смесь активного металла с соединением кальция, поскольку кальций практически не образует
сплавов со щелочноземельными металлами или, по крайней мере, образует сплавы, которые легко
расщепляются. Таким образом, смесь, помещенная в вакуумную трубку, достаточно лишь нагреть до
сравнительно низкой температуры, чтобы активный металл испарился. Кроме того, путем осторожного
нагревания смеси можно постепенно удалить из нее активный металл, предотвращая тем самым испарение
других веществ в смеси.
Тем не менее, если небольшое количество кальция испарится и осядет, например, на катоде, практически
никакого вредного воздействия не произойдет, поскольку эмиссия электронов с такого катода не снижается
из-за присутствия небольшого количества кальция. Активный металл предпочтительно вводят в смеси с
оксидом кальция, и для этой цели исходными материалами может быть смесь оксида бария и кальция,
которая путем нагревания частично, по меньшей мере, превращается в оксиды бария и кальция.
Во многих случаях желательно, чтобы смесь 110, вводимая в трубку, содержала достаточное количество
оксида кальция, а в некоторых случаях и дополнительный изоляционный материал, так чтобы сама смесь
являлась электрическим изолятором. Таким образом достигается преимущество 115, заключающееся в том,
что если части смеси, которые, например, могут быть сформированы в виде пастилки, разрыхлятся и
распадутся, они не смогут создать проводящее соединение 120 между токоведущими частями. Изоляционный
материал может состоять только из оксида кальция, но, как указано выше, смесь может содержать и другие
изоляционные материалы. Если в качестве исходного материала для приготовления смеси используется
такое количество оксида бария, что только часть его может быть восстановлена кальцием, то смесь,
введенная в трубку, также будет содержать оксид бария, и известно, что 130 -- 388,046, который также
является электроизоляционным материалом.
В смесь соединения кальция и металла, вводимую в вакуумную трубку, может быть добавлен связующий
агент, и смесь может храниться в вакууме или под поверхностью жидкости, защищающей ее от воздуха.
Однако, даже кратковременное воздействие кислорода воздуха на смесь возможно без серьезного
воздействия на активный металл.
Для того чтобы изобретение было понятным и легко применимым на практике, далее оно будет более
подробно описано со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
На рисунке 1 показан боковой вид электронно-разрядной трубки с катодом, покрытым барием, в соответствии
с изобретением, а на рисунке 2 показан вид под прямым углом, с электродами в разрезе.
Изображенная разрядная трубка имеет стеклянную колбу 1 с температурой -25°C, и эта трубка предназначена
для приема или усиления электрических колебаний. Общая конструкция трубки известна и не требует
подробного описания, однако анод показан под номером 2, сетка — под номером 3, а
электронно-эмиссионный катод — под номером 4. Анод снабжен отверстием или окном на одной из своих
поверхностей, а перед ним расположена капсула или полость 6, прикрепленная к аноду и, при необходимости,
отделенная от пространства внутри анода листом марли, закрывающим окно 5.
Перед установкой электродов в колбу 1 капсула 6 заполняется смесью бария и оксида кальция,
приготовленной перед ее введением в трубку, как описано ниже, а после того, как колба 1 опустеет, смесь
нагревается, например, с помощью высокочастотного магнитного поля. В результате этого нагрева барий
выделяется в виде пара и осаждается на катоде 4, а также может окисляться, образуя в любом случае
покрытие с высокими свойствами излучения электронов. Пары бария удаляются при сравнительно низкой
температуре.
Оксид кальция предотвращает чрезвычайно быстрое образование пара и сам по себе имеет настолько низкое
давление пара, что не образует в трубке никаких вредных паров.
Для приготовления смеси, которая будет введена в трубку, небольшое количество оксида бария и
металлического кальция смешивают в стеклянном сосуде, который затем опорожняют. После этого
соединение между сосудом и вакуумным насосом разрывается, и смесь в сосуде нагревается до температуры
около 8000 °C. Оксид бария частично восстанавливается, по крайней мере, кальцием, с образованием
металлического биариума. Температура, до которой нагревается смесь, поддерживается настолько низкой,
что большая часть образовавшегося бария остается неизменной, так что в результате образуется смесь,
содержащая барий и оксид кальция. Эту смесь можно хранить в используемом вакуумированном сосуде или
под жидкостью в другом сосуде, чтобы защитить ее от воздуха.
Однако смесь может некоторое время подвергаться воздействию воздуха (75%) во время ее подачи в
разрядную трубку, поскольку оксид кальция образует достаточную защиту, так что в лучшем случае лишь
небольшое количество бария на поверхности подвергается воздействию воздуха (80%). Если использование
оксида бария в качестве исходного материала нежелательно, вместо него можно использовать фторид бария,
который аналогичным образом восстанавливается кальцием. В этом случае смесь, которая будет вводиться в
разрядную трубку 85, будет содержать барий и фторид кальция.
Очевидно, что нет необходимости вводить смесь, содержащую активный металл, непосредственно в колбу
разрядной трубки, поскольку ее можно ввести в отдельное пространство, например, в боковую колбу,
сообщающуюся с разрядной трубкой. В таком случае пары активного металла, выделяющиеся в боковой
колбе, могут на 95° пройти из последней в разрядную трубку.
Соседние файлы в папке патенты