ТЕПЛОВОЙ ХИМИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК ТОКА Российский патент 2010 года по МПК H01M6/36 

Настоящее изобретение относится к электротехнической промышленности, может быть использовано в производстве тепловых химических источников тока.

Известен тепловой химический источник тока (см. например, патент Японии №3054965 В₂ кл. H01M 6/36, заявл. 08.11.1991 г., опубл. 19.06.2000 г.), содержащий помещенный в корпус и герметизированный крышкой блок, набранный из последовательно расположенных электрохимических элементов и пиротехнических нагревателей; в торце блока у внутренней поверхности крышки расположено запальное устройство, сообщающееся с воспламенительным каналом блока и контактирующее с диаметрально проложенной пиротехнической полосой, которая находится в контакте с такими же полосами, смонтированными по наружной поверхности блока.

Для уменьшения потерь тепла по торцам блока и по его боковой поверхности установлены теплоизоляционные прокладки.

При активации источника тока форс пламени от запального устройства устремляется по воспламенительному каналу, поджигая изнутри нагреватели блока элементов. Одновременно воспламеняется диаметрально проложенная пиротехническая полоса, передающая огневой импульс на боковые инициирующие пиротехнические полосы. Последние поджигают нагреватели с наружной стороны блока.

Такая конструкция обеспечивает достаточно высокую скорость выхода на рабочий режим, однако, источник тока обладает низкой надежностью в работе и низкими удельными электрическими характеристиками. Низкая надежность в работе объясняется тем, что раскаленные частицы запального устройства, попадая в воспламенительный канал, могут привести к коротким замыканиям электрохимического элемента.

Наличие воспламенительного канала уменьшает активную площадь электрохимического элемента и, тем самым, снижает удельные электрические характеристики источника тока.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является тепловой химический источник тока (см. например, патент Японии №2808652, заявл. 24.04.89 г., опубл. 08.10.98 г.), содержащий помещенный в корпус и герметизированный крышкой блок, набранный из последовательно расположенных электрохимических элементов и пиротехнических нагревателей; теплоизоляционные прокладки, установленные по периферии и торцам блока; по боковой поверхности блока диаметрально установлены инициирующие пиротехнические полосы, соприкасающиеся в торцевой части с такой же пиротехнической полосой, проложенной по диаметру между теплоизоляционными прокладками и, находящейся в непосредственной близости к запальному устройству. Расположенная по диаметру пиротехническая полоса служит для передачи огневого импульса от запального устройства к боковым инициирующим полосам.

Для обеспечения механической прочности, а также теплового и электрического контакта между электрохимическими элементами и пиронагревателями все детали внутри корпуса опрессовываются.

Недостатком такого источника тока является большое время выхода на рабочий режим и низкая надежность в работе.

Это объясняется тем, что в опрессованном блоке пиротехническая полоса, установленная в торце блока, находится в сжатом состоянии, что приводит к увеличению отвода тепла во фронте горения и, как следствие, к снижению скорости горения и увеличению времени передачи огневого импульса от инициирующего устройства к полосам, расположенным на периметре блока. В результате происходит задержка воспламенения пиротехнических нагревателей внутри блока элементов. В отдельных случаях после воспламенения полосы возможно даже ее затухание из-за повышения токоотвода. Это особенно характерно для используемых в химических источниках пиротехнических составов, горящих в режиме безгазового горения.

Целью настоящего изобретения является уменьшение времени выхода источника тока на рабочий режим и повышение надежности работы источника тока.

С этой целью предлагается тепловой химический источник тока, содержащий помещенный в корпус и герметизированный крышкой блок, набранный из последовательно расположенных электрохимических элементов и пиротехнических нагревателей; теплоизоляционные прокладки, установленные по периферии и торцам блока; по боковой поверхности блока диаметрально установлены инициирующие быстрогорящие пиротехнические полосы, соприкасающиеся в торцевой части с такой же пиротехнической полосой, проложенной по диаметру блока между теплоизоляционными прокладками и находящейся в непосредственной близости к запальному устройству, отличающийся тем, что с целью уменьшения времени выхода источника тока на рабочий режим и повышения надежности работы пиротехническая полоса выполнена Z-образной формы и проложена в пазах, соприкасающихся между собой теплоизоляционных прокладок, причем пазы развернуты относительно друг друга на 180°, а их длина составляет 0,54·0,65 диаметра прокладки.

Выполнение торцевых прокладок с пазами, развернутыми относительно друг друга на 180° для укладки Z-образной пиротехнической полосы позволяет исключить передачу усилия опрессовки блока элементов на пиротехническую полосу. В недеформируемом свободном состоянии пиротехническая полоса позволяет уменьшить время и увеличить надежность передачи огневого импульса от запального устройства к инициирующим пиротехническим полосам, обеспечивающим поджог пиронагревателей блока элементов.

Минимальная длина паза, равная 0,54 диаметра прокладки, определяется необходимостью надежного поджога пиротехнической полосы запальным устройством; максимальная, равная 0,65 диаметра прокладки, - необходимостью обеспечения механической прочности прокладки и надежной фиксации ее торцевых частей. Ширина пазов определяется шириной пиротехнической полосы.

Тепловой химический источник тока (чертеж) состоит из помещенного в корпус 1 блока 2, состоящего из электрохимических элементов 3 и проложенных между ними пиротехнических нагревателей 4. С торцевых концов и по периметру блока установлена теплоизоляция 5. В торце блока располагается запальное устройство (электровоспламенитель, пьезоэлемент и т.д.) 6. В пазах торцевых теплоизоляционных прокладок 7 установлена Z-образная пиротехническая полоса 8, соприкасающаяся в месте перегиба с запальным устройством 6. Концы этой полосы находятся в контакте с пиротехническими инициирующими полосами 9, расположенными по внешнему периметру блока 2.

При активации источника тока запальное устройство 6 воспламеняет Z-образную пиротехническую полосу 8, которая, находясь в неподжатом состоянии, передает огневой импульс на боковые инициирующие пиротехнические полосы 9. Последние поджигают пиротехнические нагреватели 4 в блоке электрохимических элементов по периметру с двух диаметрально противоположных сторон.

Тепло последних расплавляет электролит электрохимического элемента. Между анодом и катодом возникает электрохимическая реакция. Источник тока выдает рабочее напряжение на внешнюю нагрузку.

Время выхода на рабочий режим может быть уменьшено при установке в торцевой части нескольких расположенных под углом друг к другу Z-образных пиротехнических полос, контактирующих с соответствующим количеством боковых инициирующих полос.

В таком случае поджог пиротехнических нагревателей происходит одновременно в нескольких периферических точках, что позволяет увеличить скорость их сгорания.

Существенно уменьшается время выхода на рабочий режим в случае выполнения боковых инициирующих полос в виде лент и установки их по периметру блока. Установлено, что эффект снижения времени сгорания пиротехнических нагревателей достигается при охвате такими лентами не менее 70% длины периметра. При таком техническом решении поджог пиротехнических нагревателей осуществляется одновременно по всей боковой поверхности блока электрохимических элементов.

Установка таких лент будет вносить в общий тепловой баланс источника тока дополнительное количество тепла, которое должно учитываться при проектировании источника тока.

Изобретение относится к электротехнической промышленности, может быть использовано в производстве тепловых химических источников тока. Согласно изобретению тепловой химический источник тока активируется от запального устройства, расположенного в торце блока. В непосредственной близости к запальному устройству в пазах теплоизоляционных прокладок по диаметру проложена Z-образная пиротехническая полоса, передающая огневой импульс от запального устройства к диаметрально установленным по боковой поверхности блока инициирующим полосам, поджигающим пиротехнические нагреватели блока элементов. Свободное состояние пиротехнической полосы, необходимое для быстрой и надежной передачи огневого импульса от запального устройства к боковым инициирующим полосам, обеспечивается путем ее укладки в пазах теплоизоляционных прокладок, развернутых друг относительно друга под углом 180°, длина пазов составляет 0,54÷0,65 диаметра прокладок. Эффект может быть усилен установкой в торцах блока под углом друг к другу несколько Z-образных пиротехнических полос, контактирующих с соответствующим количеством боковых инициирующих полос. Если вместо последних по периметру блока установить тонкую пиротехническую ленту, охватывающую не менее 70% длины периметра блока, эффект снижения времени выхода источника тока на рабочий режим будет наибольшим. Техническим результатом является уменьшение времени выхода источника тока на рабочий режим и повышение надежности работы источника тока. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Тепловой химический источник тока, содержащий помещенный в корпус и герметизированный крышкой блок, набранный из последовательно расположенных электрохимических элементов и пиротехнических нагревателей, теплоизоляционных прокладок, установленных по периферии и торцам блока; по боковой поверхности блока диаметрально установлены инициирующие быстрогорящие полосы, соприкасающиеся в торцевой части с пиротехнической полосой, проложенной по диаметру блока между теплоизоляционными прокладками и находящейся в непосредственной близости с запальным устройством, отличающийся тем, что, с целью уменьшения времени выхода источника тока на рабочий режим и повышения надежности работы, пиротехническая полоса выполнена Z-образной формы и проложена в пазах, соприкасающихся между собой теплоизоляционных прокладок, причем пазы развернуты относительно друг друга на 180°, а их длина составляет 0,54÷0,65 диаметра прокладки.

2. Тепловой химический источник тока по п.1, отличающийся тем, что, с целью уменьшения времени выхода источника тока на рабочий режим, в торцевой части блока электрохимических элементов установлено несколько диаметрально расположенных под углом друг к другу Z-образных пиротехнических полос, контактирующих с соответствующим количеством боковых инициирующих пиротехнических полос.

3. Тепловой химический источник тока по п.1 или 2, отличающийся тем, что, с целью уменьшения времени выхода источника тока на рабочий режим, боковая инициирующая пиротехническая полоса выполнена в виде сплошной тонкой ленты, охватывающей боковую поверхность блока электрохимических элементов не менее, чем на 70% длины периметра.