ТЕПЛОВОЙ ЛИТИЕВЫЙ ИСТОЧНИК ТОКА Российский патент 2014 года по МПК H01M6/36 

Настоящее изобретение относится к электротехнической промышленности, может быть использовано в тепловых литиевых источниках тока.

Известен тепловой литиевый источник тока [Ф.И.Кукоз и др. Тепловые химические источники тока, стр.71. Изд-во Ростовского университета, 1989 г.], содержащий помещенный в корпус и герметизированный крышкой блок, набранный из последовательно расположенных электрохимических элементов и пиротехнических нагревателей, блок окружен теплоизоляционными прокладками, а в его центральной части выполнен воспламенительный канал, сообщающийся с запальным устройством капсюльного типа.

При приведении в рабочее состояние запальное устройство капсюльного типа создает форс пламени, направленный в воспламенительный канал блока электрохимических элементов. Обладая высокой кинетической энергией, поток форса пламени деформирует крайние элементы блока, нарушая их стабильную работу. Раскаленные частицы форса пламени устремляются вглубь воспламенительного канала с большой скоростью. В результате близлежащие к запальному устройству пиротехнические нагреватели блока не успевают разогреться и воспламениться. Их воспламенение осуществляется от соседних нагревателей.

Указанные факторы снижают стабильное время выхода источника тока на рабочий режим, ведут к колебаниям напряжения на начальном этапе работы. Наличие воспламенительного канала снижает рабочую площадь электрохимических элементов, что приводит к уменьшению удельных электрических характеристик источника тока.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является тепловой химический литиевый источник тока [Патент RU №3293591 С1, кл. Н01М 6/36, 24.04.2009 г.], содержащий помещенный в корпус и герметизированный крышкой блок, набранный из последовательно расположенных электрохимических элементов и пиротехнических нагревателей, теплоизоляционных прокладок с пазами, установленных по периферии и торцам блока; по боковой поверхности блока диаметрально установлены инициирующие быстрогорящие полосы, соприкасающиеся в торцевой части с пиротехнической полосой Z-образной формы, проложенной по диаметру блока между теплоизоляционными прокладками и находящейся в непосредственной близости с запальным устройством.

Недостатком известного источника тока является низкая надежность из-за нестабильного времени выхода на рабочий режим и колебания напряжения на начальном этапе работы, если для приведения его в рабочее состояние используется запальное устройство капсюльного типа.

Это объясняется тем, что запальное устройство капсюльного типа при приведении в рабочее состояние создает, в отличие от электровоспламенителя, направленный в сторону блока электрохимических элементов форс пламени, обладающий высокой кинетической энергией. Ударная волна этого пламени деформирует близлежащие к капсюлю электрохимические элементы блока, что приводит к межэлементным коротким замыканиям, колебаниям напряжения на начальном этапе работы и, в конечном итоге, к низкой надежности работы источника тока. Одновременно ударная волна разрушает инициирующую пиротехническую полосу. Это ведет к ее неуправляемому воспламенению и, как следствие, к нестабильности времени выхода источника тока на рабочий режим.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности работы и стабилизации времени выхода на режим теплового литиевого источника тока, приводимого в рабочее состояние запальным устройством капсюльного типа.

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, теплоизоляционных прокладок, установленных по периферии и торцам блока; по боковой поверхности блока диаметрально установлены инициирующие быстрогорящие полосы, соприкасающиеся в торцевой части с пиротехнической полосой Z-образной формы, проложенной по диаметру блока между теплоизоляционными прокладками с пазами и находящейся в непосредственной близости с запальным устройством, отличающийся тем, что между запальным устройством капсюльного типа и Z-образной пиротехнической полосой установлен металлический диск диаметром, равным диаметру блока электрохимических элементов, с центральным отверстием диаметром, равным 0,25-0,50 ширины пиротехнической полосы.

Установка между капсюлем и блоком электрохимических элементов металлического диска диаметром, равным диаметру блока с центральным отверстием, позволяет исключить влияние кинетической энергии раскаленных частиц от запального устройства капсюльного типа на блок электрохимических элементов и позволяет стабилизировать поступление раскаленных газов к пиротехнической полосе.

Оптимальная стабилизация процесса воспламенения пиротехнической полосы и передача инициирующего импульса на пиротехнические нагреватели блока элементов достигается при соотношении диаметра к ширине пиротехнической полосы, равном 0,25-0,50.

При отношении диаметра центрального отверстия дроссельного диска к ширине Z-образной пиротехнической полосы меньше 0,25, время выхода источника тока на рабочий режим уменьшается за счет замедления возгорания пиротехнической полосы.

При отношении диаметра отверстия к ширине пиротехнической полосы большем чем 0,50 происходит неуправляемое воздействие кинетической энергии форса пламени на пиротехническую полосу, ведущее к нестабильности времени выхода источника тока на рабочий режим и деформации крайних электрохимических элементов.

На рисунке 1 представлен предложенный источник тока. В корпус 1 помещен блок электрохимических элементов, набранный из последовательно расположенных электрохимических элементов 2 и пиротехнических нагревателей 3, воспламенение которых осуществляется от диаметрально расположенных по боковой поверхности блока пиротехнических полос 4, контактирующих с Z-образной пиротехнической полосой 5, установленной в торце блока и отделенной от капсюля 6 прикрепленным к основанию корпуса 7 металлическим диском 8 с отверстием 9 в центре. По торцам и боковой поверхности блока установлена теплоизоляция 10.

При приведении источника тока в рабочее состояние кинетическая энергия форса пламени запального устройства гасится на металлическом диске, чем исключается ее негативное воздействие на блок электрохимических элементов. Дозированное количество раскаленных частиц, проникая через центральное отверстие диска, поджигает свободно лежащую между теплоизоляционными прокладками с пазами Z-образную пиротехническую полосу, обеспечивая ее стабильное воспламенение, не зависящее от силы ударной волны.

Огневой импульс от этой пиротехнической полосы через боковые пиротехнические полосы передается на пиротехнические нагреватели блока электрохимических элементов.

Оценка технического эффекта проведена на источниках тока, изготовленных на электрохимической системе LiSi/KCl, LiCl/FeS₂. Испытания показали, что установка между капсюлем и блоком электрохимических элементов металлического диска с тарированным отверстием в центре позволила исключить отказы в работе таких источников тока и стабилизировать их время выхода на рабочий режим (отклонение от номинала ±4%).

Изобретение относится к электротехнической промышленности, может быть использовано в производстве тепловых химических источников тока. Согласно изобретению в тепловом литиевом источнике тока между запальным устройством капсюльного типа и пиротехнической полосой Z-образной формы установлен металлический диск диаметром, равным диаметру блока электрохимических элементов, и отверстием в центре диаметром, равным 0,25-0,50 ширины пиротехнической Z-образной полосы. Установка между капсюлем и блоком электрохимических элементов указанного металлического диска с диаметром, равным диаметру блока, и с центральным отверстием позволяет исключить влияние кинетической энергии раскаленных частиц от запального устройства на блок электрохимических элементов и стабилизировать поступление раскаленных газов к пиротехнической полосе с оптимальной стабилизацией, что является техническим результатом заявленного изобретения. 1 ил.

Тепловой химический источник тока, содержащий помещенный в герметичный 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 Z-образной формы, проложенной по диаметру блока между теплоизоляционными прокладками с пазами и находящейся в непосредственной близости с запальным устройством, отличающийся тем, что между запальным устройством капсюльного типа и пиротехнической Z-образной полосой установлен металлический диск диаметром, равным диаметру блока электрохимических элементов, с центральным отверстием диаметром, равным 0,25-0,50 ширины пиротехнической Z-образной полосы.