Металлокерамический составной блок, составная структура для переноса оксидных ионов и составной блок, обладающий свойством уплотнения

Металлокерамический составной блок, составная структура для переноса оксидных ионов и составной блок, обладающий свойством уплотнения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к металлокерамическому составному блоку, к составной структуре для переноса оксидных ионов и к составному блоку, обладающему свойством уплотнения, и в частности направлено на мембранный реактор, устройство отделения кислорода, и к применяемому на практике устройству, предназначенному для переноса оксидных ионов.

Предпосылки создания изобретения

Ниже в примерах будет описана технологическая схема герметизации в области высокой температуры, выше 800°С.

Вначале будет описано получение чистого кислорода и воздуха, обогащенного кислородом. В этой технологической схеме обеспечивается возможность получения кислорода или воздуха, обогащенного кислородом, с низкими затратами, что позволяет обеспечить огромный экономический эффект в таких отраслях промышленности, как производство стали, стекла и цемента, где потребляется большое количество кислорода. Принцип производства чистого кислорода или воздуха, обогащенного кислородом, с использованием оксида со смешанной проводимостью, который одновременно обладает оксидно-ионной проводимостью и электронной проводимостью, основан на явлении, при котором газы двух видов, имеющие различное парциальное давление кислорода, отделяют друг от друга с использованием оксида со смешанной проводимостью, при этом кислород в форме оксидных ионов проникает через оксид со стороны высокого парциального давления кислорода на сторону низкого парциального давления кислорода.

Например, смешанный газ, содержащий кислород (такой как воздух), сжимают так, чтобы в нем было более высокое парциальное давление кислорода, чем в газе, который предназначен для сбора (чистый кислород или воздух, обогащенный кислородом), так, чтобы газообразный кислород отделялся от смешанного газа, содержащего кислород. Эффективность отделения газообразного кислорода зависит от толщины оксида со смешанной проводимостью, разности парциального давления кислорода с обеих сторон, оксидно-ионной проводимости, среди которых оксидно-ионная проводимость значительно изменяется в зависимости от температуры, и поэтому на практике выбирают область температур 800°С или выше. Если в этой области температур будут созданы плохие свойства герметизации, возникают такие проблемы, как снижение чистоты получаемого кислорода или снижение эффективности производства воздуха, обогащенного кислородом.

Ниже будет описан второй пример с мембранным реактором, в котором оксид со смешанной проводимостью также используется для частичного окисления углеводородного газа. Технология преобразования природного газа в жидкое топливо (преобразование газа в жидкость обозначается как GTL) становится актуальной для эффективного использования природных ресурсов, и описанная ниже методика используется как элемент этой технологии. Принцип мембранного реактора состоит в том, что газ, содержащий кислород (например, воздух), и углеводородный газ (например, природный газ, который в основном состоит из метана) разделяют с помощью оксида смешанной проводимости так, что кислород проникает через оксид со стороны воздуха на сторону углеводородного газа и углеводородный газ окисляется на поверхности оксида углеводородного газа, в результате чего получается синтез-газ (смесь газообразной окиси углерода и водорода) или частично окисленная масса. Аналогично производству кислорода, описанному выше, рабочая температура такого устройства устанавливается на уровне 800°С или выше. Плохие герметизирующие свойства газа в области такой температуры становятся существенным фактором, не только влияющим на снижение эффективности протекания реакции, но также вызывающим полное сгорание углеводорода без возможности прекращения горения в экстремальных случаях, что создает риск взрыва.

В качестве третьего примера ниже будет описан твердотельный оксидный топливный элемент, в котором используется оксид с оксидно-ионной проводимостью, который имеет высокую эффективность генерирования энергии и который используется в чистом способе генерирования энергии, не создающем загрязнение окружающей среды. Такая технология имеет преимущество, состоящее в том, что, поскольку топливный элемент работает при высокой температуре, в результате можно ожидать общее повышение генерируемой энергии на уровне 70 - 80%, если будет использоваться побочное тепло для генерирования энергии, и в этой области в последнее время проводятся интенсивные научно-исследовательские работы. Принцип работы твердотельного оксидного топливного элемента состоит в том, что газообразное топливо, такое как водород и воздух, разделяется окислом с оксидно-ионной проводимостью, и оксидные ионы перемещаются через оксид так, что вырабатывается электрическая энергия. В качестве материала, имеющего высокое значение ионной проводимости среди других оксидов с оксидно-ионной проводимостью, можно использовать двуокись циркония, стабилизированную иттрием (YSZ (ЦСИ)), исследования которой проводятся в настоящее время, но ее ионная проводимость ниже, чем у вышеуказанного оксида со смешанной проводимостью. Поэтому область рабочей температуры твердотельного оксидного топливного элемента с использованием ЦСИ устанавливают около 900°С или выше. Кроме того, в этой технологии низкие свойства герметизации для газа могут стать основной причиной снижения выходной мощности или могут привести к несчастным случаям, таким как взрыв.

Как указано выше, технология герметизации в области высоких температур выше 800°С имеет очень большое значение, и были разработаны различные способы герметизации, воплощение многих из которых можно видеть в области построения топливных элементов, которая в настоящее время получает наибольшее развитие.

В случае топливного элемента, имеющего структуру плоской пластины, должна быть герметизирована часть между элементом батареи и сепаратором (или соединителем). В качестве уплотнительного материала известно использование керамического клея, различных стекол, таких как боросиликатное стекло или натриево-силикатное стекло, теплостойкие металлические прокладки, сплавленная масса, получаемая при обжиге тонких порошков оксида, и подобные материалы.

В выложенной заявке на японский патент №Hei 5-325999 описан герметизирующий материал, состоящий из окисла бинарной системы или системы более высокой степени, твердая фаза которой формирует структуру, в которой жидкая фаза функционирует как герметизирующий материал в существующем одновременно твердо-жидком состоянии при температуре не ниже температуры перехода в твердое состояние и не выше, чем температура перехода в жидкое состояние, путем управления соотношением состава натриево-силикатного стекла.

В выложенной заявке на японский патент №Hei 6-231784 описан герметизирующий материал, в котором металлическая фольга, усиленная керамическими волокнами, используется в качестве наполнителя и натриево-силикатное стекло удерживается этим наполнителем.

В выложенной заявке на японский патент №Hei 8-7904 сепаратор предварительно обрабатывают теплом в атмосфере кислорода для формирования слоя окисла на его поверхности так, что повышается совместимость между сепаратором и герметизирующим материалом на основе стекла, благодаря чему улучшаются герметизирующие свойства.

В выложенной заявке на японский патент №Hei 9-115530 описан способ, в котором вогнутая часть и выступающая часть сформированы на верхней и нижней поверхностях сепаратора соответственно с тем, чтобы сформировать шлицевую структуру соединения, в которой указанные части соединяются подгонкой, и между сепаратором и твердым электролитом установлена теплостойкая металлическая прокладка так, что их поверхности находятся в контакте друг с другом, благодаря чему обеспечивается герметизация от окружающего воздуха.

В выложенной заявке на японский патент №Hei 10-116624, в выложенной заявке на японский патент №Hei 10-12252 и в выложенной заявке на японский патент №Hei 11-154525 описан топливный элемент с твердым электролитом, в котором в качестве герметизирующего материала используется сплавленная масса порошкообразного материала-сырья, который в основном состоит из сверхмелких частиц окисла, имеющего более высокую температуру плавления, чем рабочая температура топливного элемента с твердым электролитом.

В выложенной заявке на японский патент №Hei 9-129251 описан способ герметизации, в котором материал, содержащий ингредиенты из обоих материалов, которые нужно соединить, используется в качестве герметизирующего материала в топливном элементе с твердым электролитом.

В то время как вышеописанные технологии относятся к топливному элементу типа плоской пластины, в случае топливного элемента, имеющего цилиндрическую структуру, требуется герметизировать часть между цилиндрическим элементом и разделительной пластиной для ее фиксации.

В выложенной заявке на японский патент №Hei 5-29010 и в выложенной заявке на японской патент №Hei 5-29011 описан топливный элемент с твердым электролитом, в котором стекло используется для герметизации между цилиндрическим элементом и фланцем, а также между фланцем и герметизирующей газ пластиной (разделительной пластиной).

Кроме того, в отношении технологии герметизации в других кроме топливного элемента областях использования можно отметить публикацию авторов Р.С.Maiya и др. (американский патент 5725218), в которой описана технология герметизации между деталью из сплава инконель (жаропрочный и жаростойкий сплав на никелевой основе) и твердым электролитом (SFC-2) в мембранном реакторе, в котором происходит частичное окисление метана. В качестве герметизирующего материала предложены смешанные порошки окислов SrO, В₂О₃ и SrFeCO_0,5O_x, их нагревают и плавят так, что обеспечивается свойство герметизации.

Как описано выше, технологии герметизации для газов в области температур выше 800°С позволяют обеспечить огромный экономический эффект, а также представляют собой необходимый элемент для разработки передовой технологии, с помощью которой решаются проблемы защиты окружающей среды.

Однако в устройствах известного уровня техники все еще требуется улучшение для повышения надежности и обеспечения теплового цикла, хотя уже были сделаны существенные усилия для разработки такой технологии, все еще чрезвычайно необходима технология герметизации, позволяющая просто сформировать требуемое уплотнение, обладающая высокой надежностью и обеспечивающая тепловой цикл.

Одной из причин трудности создания уплотнения является тепловое расширение, свойственное материалам. В частности, поскольку требуется использовать материалы в очень широком диапазоне температур, по мере повышения температуры разница в тепловом расширении между соединительными материалами становится выраженной в большей степени, даже если эта разница была не велика.

Ниже приведены примеры коэффициентов линейного теплового расширения различных материалов.

Оксиды со смешанной ионной проводимостью на основе оксидов перовскита обычно имеют очень высокие значения коэффициента линейного теплового расширения. Например, среднее значение коэффициента линейного теплового расширения в диапазоне от комнатной температуры до 800°С для оксидов смешанной проводимости La-Sr-Co-Fe, которые известны как обладающие высокой оксидной ионной проводимостью, составляет приблизительно 26×10^-6/°C в случае (La_0,2Sr_0,8)(Co_0,8Fe_0,2)O_x и приблизительно 20×10^-6/°С в случае (La_0,2Sr_0,8)(Co_0,4Fe_0,4Cu_0,2)O_x. Для сравнения, коэффициенты линейного теплового расширения металлов гораздо меньше и находятся на уровне 17,5×10^-6/°C (среднее значение для температурного диапазона от 0 до 650°С), в случае нержавеющей стали марки SUS310S, и приблизительно 14,2×10^-6/°С (среднее значение для температурного диапазона от 0 до 100°С) в случае сплава инколой (Incoloy800), и для ЦСИ его значение еще меньше, которое приблизительно составляет 10×10^-6/°С (среднее значение для температурного диапазона от 0 до 1000°С). Стекло проявляет чрезвычайно низкое линейное тепловое расширение, составляющее приблизительно 1×10^-6/°С (среднее значение для температурного диапазона от 20 до 1000°С).

В известном уровне техники, в котором стекло используется в качестве уплотнительного материала, используется тот факт, что стеклянная часть плавится при рабочей температуре, превышающей 800°С, так что может быть обеспечена герметизация расплавом, создающим высокую степень герметизации для воздуха.

Однако если в качестве уплотнительного материала используется расплавленное стекло, возникают проблемы, когда уплотнительный материал вытесняется при использовании из места соединения деталей или расплавленное стекло не может противостоять разности давления, когда разделяемые два вида газов имеют различное давление, как в случае производства чистого кислорода, описанного выше. Кроме того, со стеклянным материалом также связаны такие проблемы, что невозможно обеспечить высокую прочность склеивания, невозможно получить стабильные свойства из-за изменения характеристик уплотнительного материала в результате того, что в течение длительного использования при высокой температуре происходит испарение или кристаллизация ингредиентов, при этом герметизирующие свойства не могут поддерживаться после нескольких тепловых циклов из-за различного теплового расширения, если стекло затвердевает при низкой температуре, и происходит химическая реакция с соединяемым материалом (в частности, с твердым оксидным электролитом), в результате которой ухудшаются механические свойства соединяемого материала.

В выложенной заявке на японский патент №Hei 10-116624, в выложенной заявке на японский патент №Hei 10-12252, в выложенной заявке на японский патент №Hei 11-154525, в выложенной заявке на японский патент №Hei 9-129251 и в американском патенте US 5725218, описанном выше, делается попытка решить проблему, связанную с разностью теплового расширения и обеспечением стабильных уплотнительных свойств для газа и обеспечением устойчивости к тепловому циклу даже при длительном использовании при высокой температуре благодаря использованию уплотнительного материала, тепловое расширение которого близко к тепловому расширению двух видов соединяемых материалов.

Однако существуют некоторые случаи, когда температура обжига уплотнительного материала близка к температуре обжига двух соединяемых материалов или выше, чем температура обжига одного из соединяемых материалов, в зависимости от комбинации, что создает проблему, связанную с тем, что соединяемый материал повреждается теплом на этапе обжига уплотнительного материала. Кроме того, поскольку также возникают проблемы, связанные с трудностями составления деталей и обжига в соответствии с требованиями уплотнительного материала, и его уплотнительные свойства все еще требуют улучшения, эти технологии до сих пор еще не нашли практического применения.

Настоящее изобретение было составлено с учетом описанных выше проблем, и целью настоящего изобретения является создание составного блока, в котором легко может быть сформировано уплотнение и реализованы исключительные уплотнительные свойства и надежность, а также свойства теплового цикла в области высоких температур до 800°С или выше, разработка способа его изготовления и построение устройства с использованием такого составного блока.

Кроме того, настоящее изобретение предназначено для реализации высокоэффективного, имеющего практическое применение устройства, предназначенного для переноса иона кислорода на основе принципа, связанного с использованием структуры керамики, обеспечивающей перенос ионов кислорода. В частности, настоящее изобретение направлено на узел высокоэффективного, имеющего практическое применение устройства, предназначенного для переноса иона кислорода благодаря созданию оптимальной составной структуры для переноса ионов кислорода, которая может быть интегрирована и закреплена в трубчатом корпусе, в котором пористая керамическая основа покрыта плотной пленкой керамики, переносящей ионы кислорода в реакционный контейнер.

Кроме того, настоящее изобретение направлено на металлокерамическую составную структуру, в которой свойство уплотнения газа при высокой температуре придано соединенным частям блока, получаемого путем соединения, по меньшей мере, одного типа керамики, выбранного из керамики с оксидно-ионной проводимостью, керамики с электронной проводимостью и керамики со смешанной проводимостью, или множества керамических материалов, а также металлического элемента, который обладает исключительными свойствами долговременного использования при повторении циклов высокой температуры и комнатной температуры, а также обладает свойством восстановления, и на предпочтительный способ его производства.

Кроме того, настоящее изобретение направлено на прокладку, которая позволяет обеспечить свойство герметизации для газа при высокой температуре между соединенными частями керамических и металлических элементов и которая имеет исключительные свойства, обеспечивающие долговременное использование при повторении циклов высокой температуры и комнатной температуры, а также свойства восстанавливаемости.

Кроме того, настоящее изобретение направлено на используемое на практике устройство с низкой стоимостью для переноса кислорода, обладающее высокой надежностью и высокой эффективностью, в котором металлокерамическая составная структура помещена в кожух и свойство уплотнения газа при высокой температуре придается соединенным частям керамических и металлических элементов, которое обладает исключительным свойством долговременного использования при повторении циклов высокой температуры и комнатной температуры и в котором улучшена восстанавливаемость.

Краткое описание изобретения

Составной блок, обладающий уплотнительным свойством в соответствии с настоящим изобретением, представляет собой составной блок, содержащий структуру, которая включает резервуар, сформированный при комбинировании множества элементов и металлического элемента, и обладает уплотнительными свойствами, отличающийся тем, что его формируют путем заполнения металлическим элементом резервуара и заполнения металлическим элементом комбинированной пограничной области между элементами, составляющими структуру, частично или полностью.

В одной из форм составного блока, обладающего уплотнительным свойством, в соответствии с настоящим изобретением температура размягчения металлического элемента ниже, чем температура размягчения элементов, составляющих структуру.

В одной из форм составного блока, обладающего уплотнительным свойством, в соответствии с настоящим изобретением металлический элемент представляет собой серебро или сплав серебра.

В одной из форм составного блока, обладающего уплотнительным свойством, в соответствии с настоящим изобретением каждый из элементов, составляющих структуру, выполнен из керамики или металла и структура состоит из комбинации керамики и керамики, металла и металла или керамики и металла.

В одной из форм составного блока, обладающего уплотнительным свойством, в соответствии с настоящим изобретением среднее значение линейных коэффициентов теплового расширения в диапазоне от комнатной температуры до 850°С элементов, составляющих структуру, не ниже, чем 16×10^-6/°С, и не выше, чем 26×10^-6/°C.

Составной блок в соответствии с настоящим изобретением содержит структуру, которая включает резервуар, сформированный путем комбинирования множества элементов, и серебро или сплав серебра, который имеет более низкую температуру размягчения, чем температура размягчения элементов, составляющих структуру и который отличается тем. что элементы, составляющие структуру, изготовлены из керамики и металла, причем структура составлена как комбинация керамических и металлических элементов, причем средние значения линейного коэффициента теплового расширения от комнатной температуры до 850°С элементов, не ниже, чем 16×10^-6/°С и не выше, чем 26×10^-6/°C, причем, по меньшей мере, часть элементов выполнена из оксидного материала, обладающего оксидно-ионной проницаемостью, резервуар заполнен серебром или сплавом серебра и комбинированная пограничная область между элементами, составляющими структуру, частично или полностью заполнена серебром или сплавом серебра.

В одной из форм составного блока, обладающего уплотнительным свойством, в соответствии с настоящим изобретением оксидный материал, обладающий оксидно-ионной проницаемостью, представляет собой окисел со смешанной проводимостью, который имеет кубическую решетку кристаллов перовскита и формула состава которого представлена в следующем виде:

[La_aA_b][B1_cB2_dB3_(1-c-d)]O_x

Здесь А представляет один вид или комбинацию двух или нескольких видов элементов, выбранных из Sr, Ba и Са, В1 представляет Со или комбинацию элементов Со и Fe, и отношение Co/Fe равно 1 или выше, В2 представляет разновидность или комбинацию двух или нескольких видов элементов, выбранных из Nb, Та, In и Sn. B3 представляет собой вид или комбинацию двух или нескольких видов элементов, выбранных из Li, Ni, Cu, Zn и Mg, при этом 0≤а<0,5, 0,5<b≤1, 0,6≤с<1, 0<d≤0,4, 0,9≤а+b≤1,1, их представляет такое число, что электрический заряд состава остается нейтральным.

Составной блок, обладающий уплотнительными свойствами, в соответствии с настоящим изобретением имеет структуру, получаемую путем, по меньшей мере, комбинирования полого элемента, который содержит слой оксида, проницаемый для оксидных ионов и закрытый на одном конце, и элемент фланца, и серебро или сплав серебра, и который отличается тем, что структура представляет собой комбинацию металла и керамики, содержит резервуар, сформированный при комбинировании открытого торца полого элемента и элемента фланца, и сформирована путем заполнения резервуара серебром или сплавом серебра.

Составной блок, обладающий уплотнительным свойством, в соответствии с настоящим изобретением получают путем комбинирования элемента, который имеет круглую вогнутую часть, и элемента, который имеет выпуклую часть, которая может быть установлена внутри вогнутой части, и отличается тем, что элементы выполнены из комбинации керамических и металлических материалов, причем резервуар, сформированный при установке выпуклой части в вогнутую часть, заполняют серебром или сплавом серебра и комбинированную пограничную область между выпуклой частью и вогнутой частью частично или полностью заполняют серебром или сплавом серебра.

Способ изготовления составного блока, обладающего уплотнительным свойством, в соответствии с настоящим изобретением содержит следующие этапы: формование структуры, включающей резервуар, путем комбинирования множества элементов, которые изготовлены из комбинации керамики и металла; ввод, по меньшей мере, металлического материала одного вида, выбранного из металлических элементов или металлизированных элементов, которые размягчаются при более низкой температуре, чем температура элементов, составляющих структуру в резервуаре, и нагрев резервуара, по меньшей мере, до температуры в диапазоне не меньше, чем температура размягчения металлического материала, введенного в резервуар, и ниже, чем температура размягчения элементов, составляющих структуру, так что металлический материал заполняет резервуар и, по меньшей мере, частично комбинированная пограничная область между элементами, составляющими структуру, остается твердой.

В одной из форм способа изготовления составного блока, обладающего уплотнительным свойством, в соответствии с настоящим изобретением металлический материал, вводимый в резервуар, представляет собой, по меньшей мере, один вид, выбранный из серебра, сплава серебра, глины, содержащей серебро, глины, содержащей сплав серебра, глинистой суспензии, содержащей серебро, и глинистой суспензии, содержащей сплав серебра.

Устройство отделения кислорода в соответствии с настоящим изобретением содержит составной блок, обладающий уплотнительным свойством.

Мембранный реактор, в соответствии с настоящим изобретением содержит составной блок, обладающий уплотнительным свойством.

Металлокерамическая составная структура в соответствии с настоящим изобретением содержит, по меньшей мере, один вид керамики, который выбран из керамики, обладающей оксидно-ионной проводимостью, керамики с электронной проводимостью и керамики со смешанной проводимостью, обладающей как оксидно-ионной проводимостью, так и электронной проводимостью, и металлический элемент, а также отличается тем, что соединительный элемент для керамического и металлического элемента изготовлен из серебра или сплава серебра.

Металлокерамическая составная структура в соответствии с настоящим изобретением содержит составной блок, в котором соединены множество керамических элементов, выбранных из керамики с оксидно-ионной проводимостью, керамики с электронной проводимостью и керамики со смешанной проводимостью, обладающей одновременно оксидно-ионной проводимостью и электронной проводимостью, и металлический элемент, которая отличается тем, что соединительный элемент для керамики и металлического элемента изготовлен из серебра или сплава серебра.

В одной из форм металлокерамической составной структуры в соответствии с настоящим изобретением составной блок получается путем соединения плотной детали из керамики с оксидно-ионной проводимостью или плотной детали из керамики со смешанной проводимостью и пористой детали из керамики со смешанной проводимостью или пористой детали из керамики с электронной проводимостью.

Способ изготовления металлокерамической составной структуры в соответствии с настоящим изобретением включает, по меньшей мере, один вид керамики, который выбирают из керамики с оксидно-ионной проводимостью, керамики с электронной проводимостью и керамики со смешанной проводимостью, обладающей одновременно оксидно-ионной проводимостью и электронной проводимостью, и металлический элемент, и отличается тем, что прокладку из глины с благородным металлом, изготовленную из серебра или сплава серебра, или прокладку из благородного металла, изготовленную из серебра или сплава серебра, зажимают между соединяемыми поверхностями керамического и металлического элементов и подвергают обработке теплом при температуре не ниже 550°С и не выше 950°С для соединения керамического и металлического элементов.

Способ изготовления металлокерамической составной структуры в соответствии с настоящим изобретением, включающей составной блок, в котором соединены множество керамических элементов, выбранных из керамики с оксидно-ионной проводимостью, керамики с электронной проводимостью и керамики со смешанной проводимостью, обладающей одновременно оксидно-ионной проводимостью и электронной проводимостью, и металлический элемент, отличается тем, что прокладку из глины с благородным металлом, выполненную из серебра или сплава серебра, или прокладку из благородного металла, выполненную из серебра или сплава серебра, зажимают между соединенными поверхностями керамического и металлического элементов и подвергают обработке теплом при температуре не ниже 550°С, и не выше 950°С для соединения керамического и металлического элементов.

Прокладка в соответствии с настоящим изобретением, используемая для металлокерамической составной структуры, включает, по меньшей мере, один вид керамики, который выбирают из керамики с оксидно-ионной проводимостью, керамики с электронной проводимостью и керамики со смешанной проводимостью, обладающей одновременно оксидно-ионной проводимостью и электронной проводимостью, и металлический элемент, так чтобы соединить керамический и металлический элементы, и отличается тем, что прокладку формируют путем вырезания из листа глины на основе благородного металла, выполненной из серебра или сплава серебра, или из листа благородного металла, выполненного из серебра или сплава серебра, в виде детали круглой формы.

Прокладка в соответствии с настоящим изобретением представляет собой прокладку, используемую для металлокерамической составной структуры, которая содержит составной блок, в котором соединены множество керамических элементов, выбранных из керамики с оксидно-ионной проводимостью, керамики с электронной проводимостью и керамики со смешанной проводимостью, обладающей одновременно оксидно-ионной проводимостью и электронной проводимостью, и металлический элемент, так что керамический и металлический элемент соединяют вместе, и отличается тем, что прокладку получают путем вырезания из листа глины с благородным металлом, выполненного на основе серебра или сплава серебра, или листа из благородного металла, выполненного из серебра или сплава серебра, в виде детали круглой формы.

Устройство, применяемое на практике и предназначенное для переноса кислорода, в соответствии с настоящим изобретением содержит структуру, в которой внутренний объем кожуха разделен составной структурой, содержащей, по меньшей мере, один вид керамики, выбранный из керамики с оксидно-ионной проводимостью, керамики с электронной проводимостью и керамики со смешанной проводимостью, обладающей одновременно оксидно-ионной проводимостью и электронной проводимостью, и металлический элемент и отличается тем, что соединительный элемент для керамического и металлического элементов изготовлен из серебра или сплава серебра.

Устройство, применяемое на практике для переноса кислорода, в соответствии с настоящим изобретением содержит структуру, в которой внутренний объем кожуха разделен с помощью составной структуры, содержащей составной блок, в котором соединено множество керамических элементов, выбранных из керамики с оксидно-ионной проводимостью, керамики с электронной проводимостью и керамики со смешанной проводимостью, обладающей одновременно оксидно-ионной проводимостью и электронной проводимостью, и металлический элемент, отличается тем, что соединительный элемент для керамического и металлического элементов изготовлен из серебра или сплава серебра.

В одной из форм применяемого на практике устройства для переноса кислорода в соответствии с настоящим изобретением металлический элемент представляет собой часть кожуха.

Составная структура для переноса оксидных ионов в соответствии с настоящим изобретением содержит трубчатую основную часть, закрытую с одного торца, и фланец, соединенный со стороны отверстия основной части, и отличается тем, что основная часть получена путем покрытия пористой керамической основы плотной керамической пленкой, переносящей оксидные ионы, причем фланец представляет собой трубчатую деталь, изготовленную из плотной керамики с электронной проводимостью, керамики, переносящей оксидные ионы, или электроизолирующей керамики, и наружный размер части или всего фланца в радиальном направлении больше, чем наружный размер трубчатой основной части в направлении наибольшего диаметра.

В одной из форм составной структуры для переноса оксидных ионов в соответствии с настоящим изобретением наружный размер фланца в радиальном направлении выполнен большим, чем наружный размер трубчатой основной части в направлении наибольшего диаметра на длину в диапазоне от 2 до 200 мм.

В одной из форм составной структуры для переноса оксидных ионов в соответствии с настоящим изобретением составная структура выполнена из таких материалов, что температура начала деформации или температура начала разрушения пористой керамической основы выше, чем температура уплотнения плотной керамической пленки, переносящей оксидные ионы.

В одной из форм составной структуры для переноса оксидных ионов в соответствии с настоящим изобретением плотная керамическая пленка, переносящая оксидные ионы, пористая керамическая основа и фланец, изготовленный из керамики, переносящей оксидные ионы, представляют собой оксиды со смешанной проводимостью.

В одной из форм составной структуры для переноса оксидных ионов в соответствии с настоящим изобретением плотная керамическая пленка, переносящая оксидные ионы, представляет собой окисел со смешанной проводимостью, имеющий кубическую кристаллическую решетку перовскита, и его состав может быть представлен формулой:

[La_aA_b][B1_cB2_dB3_(1-c-d)]O_x

(в которой А представляет один вид или комбинацию из двух или нескольких видов элементов, выбранных из Sr, Ba, и Са, В1 представляет Со или комбинацию элементов Со и Fe, и отношение Co/Fe равно 1 или выше, В2 представляет вид или комбинацию одного или двух видов элементов, выбранных из Nb, Та, In и Sn, и В3 представляет один вид или комбинацию из двух или нескольких видов элементов, выбранных из Li, Ni, Cu, Zn и Mg, при этом 0≤а<0,5, 0,5<b≤1, 0,6≤с<1, 0<d≤0,4, 0,9≤а+b≤1,1, и х представляет такое число, что электрический заряд соединения становится нейтральным).

В одной из форм составной структуры, предназначенной для переноса оксидных ионов, в соответствии с настоящим изобретением фланец соединен с металлическим элементом.

Используемое на практике устройство, предназначенное для переноса оксидных ионов, в соответствии с настоящим изобретением отличается тем, что в нем используется множество составных структур для переноса оксидных ионов.

Краткое описание чертежей

На фигурах 1А-1F показаны предпочтительные конкретные примеры выполнения в соответствии с настоящим изобретением, и на каждом из чертежей схематично изображен вид в поперечном сечении составного блока структуры, который содержит резервуар, сформированный при комбинировании множества элементов и металлического элемента;

на фигурах 2А-2Е показаны другие предпочтительные конкретные примеры выполнения настоящего изобретения, и на каждом из чертежей схематично представлен вид в поперечном сечении составного блока, а котором достигается увеличение площади, проницаемой для оксидных ионов;

на фигурах 3А-3F показаны другие предпочтительные конкретные примеры выполнения составных тел, изображенных на фигурах 2А-2Е, и на каждом из чертежей схематично представлен вид в поперечном сечении составного блока, в котором обеспечивается увеличение площади, проницаемой для оксидных ионов;

на фигурах 4А и 4В показаны примеры выполнения составного блока, включающего структуру, в которой элемент, имеющий круглую вогнутую часть и выполненный из металла или керамики, соединен с элементом, имеющим выпуклую часть, которая может быть установлена в вогнутую часть и которая изготовлена из металла или керамики, и на каждом из чертежей схематично показан вид в поперечном сечении составного блока, имеющего структуру, состоящую из множества элементов, и металлического элемента;

на фиг.5 схематично представлен пример выполнения устройства разделения кислорода, в котором используется составной блок, обладающий уплотнительным свойством, в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг.6 схематично показан пример выполнения мембранного реактора, в котором используется составной блок, обладающий уплотнительным свойством, в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг.7 показан частичный вид в поперечном сечении, представляющий соединенную часть металлокерамической составной структуры;

на фиг.8 показан частичный вид в поперечном сечении, представляющий соединенную часть другой металлокерамической составной структуры;

на фиг.9 концептуально представлено устройство, предназначенное для производства кислорода, в котором используются множество металлокерамических составных структур, транспортирующих кислород, в качестве примера используемого на практике устройства для переноса кислорода;

на фиг.10 схематично показано устройство, используемое для оценки свойств уплотнения для газа