Водородном охлаждении

3.1. Аппаратурная схема получения монокристаллов германия: 1 — реактор для гидрохлорирования сырья, содержащего германий в окисленной форме; 2—конденсатор; 3—абсорбер; •/ — реактор для хлорирования компактных отходов германия; 5 — циркуляционный насос; 6 — сборник неочищенного тетрахлорида германия; 7 — экстракционная колонна; 8 — ректификационная колонна; 9 — гидролизер; 10 — нутч-фильтр; // — сборник раствора; 12 — печь для сушки оксида германия (IV); 13 — печь для водородного восстановления оксида германия (IV); 14 - многотрубная установка для зонной очистки германия; 15 — установка для выращивания монокристаллов германия методом Чохральского

Далее товарный оксид германия (IV) направляют на операцию водородного восстановления. Процесс протекает в две стадии:

Операцию водородного восстановления проводят в трубчатой методической печи 13, по длине которой имеются три зоны температуры, через которые перемещают графитовые лодочки с оксидом германия (IV). Для устранения попадания воздуха в печное пространство при загрузке и выгрузке лодочек из печи на каждом ее конце смонтированы шлюзовые устройства.

начальной части слитка германия существенно повышается, что облегчает дальнейшую его кристаллизационную очистку. Направляемый на эту операцию после водородного восстановления германий должен иметь удельное сопротивление не менее 30 Ом-см при 300 К.

го восстановления. Такая печь ( 3.2, а) имеет высокочастотный нагрев, обеспечивающий намного более высокую эффективность процесса очистки, чем градиентная печь с нагревом сопротивлением, входящая в состав установки водородного восстановления.

сталлического германия — обеспечение максимальной чистоты на всех операциях его получения. Применяемые реактивы должны иметь высокую степень чистоты, вода пройти ионообменную, а водород — диффузионную очистку. Аппаратура, используемая в процессах очистки хлорида германия (IV), получения оксида германия (IV) и его водородного восстановления, должна быть изготовлена из синтетического кварца и особо чистого графита плотных мелкозернистых марок.

Особое внимание должно быть уделено чистоте графитовых лодочек, применяемых на операциях водородного восстановления и кристаллизационной очистки. Их изготовляют из особо плотного особо чистого графита марок-МГ ОСЧ, после чего прокаливают при температурах выше 1000 °С в токе хлора. Перед пуском в работу в лодочках проводят несколько так называемых промывочных плавок. В результате экстракции примесей расплавленным германием чистота внутренней поверхности лодочек существенно повышается. Поэтому наиболее чистыми являются лодочки, употреблявшиеся долгое время.

/ — дробилка; 2 —шаровая мельница; 3 — реактор синтеза хлороводорода ; 4 — ресивер; 5— реактор синтеза трихлорсилана в кипящем слое; 6 — мешочный фильтр; 7 — емкость для сбора отходов; 8 — конденсатор; 9, 14 — промежуточные емкости; 10 — скруббер; // — куб ректификационной тарельчатой колонны 12; 13 — дефлегматор; 15 — установка для выращивания кремниевых поликристаллических прутков; 16 — испаритель; 17 — реактор водородного восстановления; 18 — блок очистки водорода; 19 — станок для шлифовки кремниевых стержней; 20 — станок для резки кремниевых стержней на мерные заготовки; 21, 22 — установки для выращивания монокристаллов кремния методом бестигелыюй зонной плавки и Чохральского соответственно; 23 — блок конденсации газообразных продуктов из реактора водородного восстановления; ПГС — парогазовая смесь; ТХС — трихлорсилан

Далее ректификат направляют на операцию водородного восстановления, которую проводят в реакторах типа, показанного на 3.3, позиция 17, Реактор представляет собой колпак из нержавеющей стали или кварца, герметично установленный на водохлаждаемой плите, также изготовленной из нержавеющей стали ( 3.4). Через плиту проходят изолированные токоподводы, на которых крепят основы П-образной формы. Их изготовляют сваркой из трех пластин поликристаллического кремния толщиной 1—5 и шириной 30—100 мм или из прутков диаметром 5—6 мм. В последнее время сварку при изготовлении основ стали заменять пластической деформацией длинномерных лент или прутков, нагреваемых пропусканием тока до 1000—1150°С. Методика получения кремниевых лент или прутков для основ изложена в § 1 гл. 4.

Общее количество основ (стержней) в реакторе водородного восстановления различно. При получении стержней большого (до 250 мм) диаметра, предназначенных для изготовления так называемых мерных загрузок для выра-

Температура, при которой наиболее эффективно протекает процесс водородного восстановления трихлорсилана [см. уравнение (3.11 а)], лежит в интервале 1100—1200°С. При более высоких температурах вследствие резкого увеличения удельной скорости осаждения w [г/(см2-ч)] качество осадка ухудшается — он становится рыхлым, неплотным.

Как следует из выражений (4-11) и (4-12), важными характеристиками нестационарного процесса являются соотношения температурных перепадов внутри тела, в охлаждающей среде и на поверхности тела в установившемся режиме. Эти соотношения в различных частях электрических машин изменяются в широких пределах: например, внутренний перепад составляет единицы процентов конвективного перепада в неизолированной медной шине с воздушным охлаждением и может в несколько раз превосходить конвективный перепад при водородном охлаждении сердечника статора. Подогрев (приращение температуры) среды при форсированном воздушном охлаждении полюсной катушки в 5—8 раз меньше конвективного перепада с поверхности канала, но при водяном, охлаждении статорного стержня — в десятки раз больше этого перепада. В этих условиях универсальность уточненной трактовки постоянной времени по (4-12) нуждается в проверке.

5-19. Оптимальное сечение канала при водородном охлаждении

Во вращающихся машинах с замкнутым циклом охлаждения широко применяется непосредственное охлаждение проводников обмоток статора и ротора. При водородном охлаждении он пропускается через каналы внутри проводников ( 9.14). Непосредственное охлаждение обмотки статора крупных турбогенераторов производится дистиллированной водой, которая пропускается через специальные трубы, укладываемые в пазу, рядом с проводниками. В каждом пазу укладывается 2.. .4 трубы. В последних конструкциях мощных турбогенераторов непосредственное водяное охлаждение делается и у роторов.

При непосредственном водородном-охлаждении витки обмотки возбуждения имеют каналы, а клинья выступают над бочкой ротора и имеют отверстия, через которые из зазора водород поступает в каналы обмотки и выбрасывается в зазор ( 4.12,6). В тур-

По данным завода «Электросила» к. п. д. турбогенераторов с воздушным охлаждением работающих при полной нагрузке и cos ф = 0,8, составляет 92—95% з турбогенераторах мощностью 0,5—3 тыс. кет и 95—98,8% в турбогенераторах мощностью 3,5— 300 тыс. кет. При водородном охлаждении к. п. д. турбогенератора повышается при полной нагрузке примерно на 0,8%. Гидрогенераторы имеют практически такой же к. п. д.,,как и турбогенераторы.

По данным завода «Электросила» к. п. д. турбогенераторов с воздушным охлаждением работающих при полной нагрузке и cos ф — 0,8, соетавляет 92;—95% в турбогенераторах мощностью 0,5—3 тыс. кет и 95—98,8% в турбогенераторах мощностью 3,5— 300 тыс. кет. При водородном охлаждении к. п. д. турбогенератора повышается при полной нагрузке примерно на 0,8%. Гидрогенераторы имеют практически такой же к. п. д.,,как и турбогенераторы.

ном избыточном давлении до (1—2) • 106 Па. Водородное охлаждение позволило существенно повысить линейную нагрузку: до (580 — 620) • 10* А/м при косвенном воздушном охлаждении; до (800 — 100) X X 104 А/м при косвенном водородном охлаждении с избыточным давлением (1— 2)-105 Па.

1. При водородном охлаждении вентиляционные потери и потери на трение ротора об охлаждающий газ снижаются примерно в 8 раз. В турбогенераторах

Эксплуатация синхронного компенсатора обходится тем дешевле, чем меньше потери активной мощности. Относительные потери активной мощности, т. е. потери 2Р, отнесенные к номинальной мощности СК SH = QH, в современных крупных синхронных компенсаторах не превосходят 0,013—0,016 при водородном охлаждении и 0,02—0,024 при воздушном охлаждении.

5. Поверхность газоохладителей при водородном охлаждении требуется меньшая, чем при воздушном.

Смесь водорода с воздухом оказывается взрывчатой при содержании водорода в смеси от 7 до 70%. Следовательно, первым требованием, обеспечивающим безопасность работы с водородом, является поддержание достаточной чистоты водорода в корпусе машины. Внутри корпуса поддерживается давление водорода, несколько превышающее атмосферное. Минимальное избыточное давление должно составлять 0,05-Ю6 Па. При этом исключается проникновение воздуха внутрь корпуса через неизбежные неплотности и через масляные уплотнения выведенных наружу концов вала. Принцип устройства последних ясен из 62-1. Корпус машины, охлаждаемой водородом, выполняется настолько механически прочным, чтобы давление взрыва, если он все же произойдет, не повредило машину. С некоторым запасом корпус и торцевые щиты машины рассчитываются на давление 8-Ю6 Па. Эксплуатация машины с водородным охлаждением связана с необходимостью систематического снабжения машины водородом, который подвозится в баллонах при давлении около 150-106 Па. При водородном охлаждении водяные поверхностные газоохладители встраиваются или в корпус статора ( 62-2 и 62-3), или в торцевые щиты статора (см. 62-9).