ТЕПЛОВАЯ БАТАРЕЯ Российский патент 2019 года по МПК H01M6/36 H01M6/38 

Настоящее изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в производстве тепловых батарей.

Энергоемкость тепловых батарей является важнейшей характеристикой, определяющей их выбор для практического использования.

Для выбранной электрохимической системы повышение этой характеристики обеспечивается временем поддержания рабочей температуры электрохимического элемента. Это достигается, как путем поиска эффективной тепловой изоляции блока электрохимических элементов, так и введением в конструкцию дополнительных средств обогрева. Однако эти пути приводят к увеличению габаритов и массы батареи и, как следствие, к уменьшению ее удельной энергоемкости.

Известна тепловая батарея [Патент RU №245786 кл. Н01М 6/20 от 29.06.2011 г.], состоящая из помещенных в корпус электрически соединенных между собой блоков электрохимических элементов, расположенных друг за другом на центральном изолированном стержне. Для обеспечения необходимого усилия поджатая во время работы батареи между блоками установлены сильфоны, а сами блоки поджаты на стержне с помощью крепежных элементов.

Известная тепловая батарея обладает низкой удельной энергоемкостью, что объясняется значительными потерями тепла из-за неоптимального соотношения торцевых и боковой поверхностей корпуса батареи, определяемых диаметром и высотой, при заданном объеме. Значительное количество блоков элементов, располагаемых друг за другом на едином стержне с поджимающими элементами, а также большое количество коммутационных электрических соединений блоков элементов, выполняемых в виде сварки на внешней поверхности блоков снижает устойчивость батареи к внешним механическим воздействиям.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемым результатам является тепловая батарея [Патент RU №2507642, кл. Н01М 6/36, 10.05.2012 г.], содержащая корпус, герметизированный крышкой, запальное устройство и блоки электрохимических элементов, помещенных в отсеки. Между блоками и корпусом отсека установлены теплоизоляционные прокладки.

Недостатком известной тепловой батареи является низкая энергоемкость и повышенная чувствительность к внешним механическим (ударным, вибрационным и центробежным) воздействиям. Низкая энергоемкость объясняется большими потерями тепла за счет быстрого охлаждения блоков, находящихся в отсеках, корпуса которых выполнены из металла и имеют большую внешнюю поверхность. Теплоизоляционные прокладки не позволяют в полной мере надежно обеспечить тепловую защиту блоков от потерь тепла, а также исключить влияние внешних механических воздействий.

Целью настоящего технического решения является повышение энергоемкости тепловой батареи и ее устойчивости к внешним механическим воздействиям.

С этой целью предлагается тепловая батарея, содержащая корпус, герметизированный крышкой, тепловую изоляцию, запальное устройство и блоки электрохимических элементов, помещенные в отсеки, отличающаяся тем, что отсеки выполнены в теплостойкой, закрепленной на крышке матрице имеющей соотношение размеров диаметра и высоты максимально близкое к единице при заданном объеме, блоки в отсеках зафиксированы в радиальном направлении теплоизоляционными прокладками, а в осевом самоконтрящимися замковыми пружинами и объединены в единую электрическую цепь посредством токопроводящих пластин, уложенных в проточки, выполненные между отсеками матрицы, а их задействование осуществляется посредством пиротехнических шнуров, закрепленных в пазах матрицы на боковой поверхности блоков и соединенных с запальным устройством, расположенным в основании матрицы.

Техническое решение, согласно которому соотношение размеров диаметра и высоты максимально близкое к единице при заданном объеме позволяет свести к минимуму потери тепла за счет минимизации отношения площади внешней поверхности матрицы (батареи) к объему и тем самым существенно увеличить время поддержания рабочей температуры электрохимических элементов. Отклонение от указанного соотношения в любую сторону ведет к увеличению отношения площади поверхности к объему и, тем самым, к повышению потерь тепла.

При заданном объеме количество отсеков в матрице определяется необходимостью размещения требуемого по энергетическим характеристикам батареи числа электрохимических элементов с учетом указанного соотношения диаметра матрицы к ее высоте и заданного объема.

Кроме оптимизации геометрических размеров матрицы уменьшению потерь тепла от блоков способствует выполнение матрицы из теплоизоляционного материала, а также установка теплоизоляционных прокладок не только между корпусом батареи и матрицей, но и между стенкой отсека и каждым блоком. Эти конструктивные приемы позволяют существенно уменьшить потери тепла от блоков электрохимических элементов и, увеличивая их продолжительность работы, повышают энергоемкость тепловой батареи.

Одновременно теплоизоляционные прокладки, установленные между корпусом батареи и матрицей, а также между блоками электрохимических элементов и стенками отсеков позволяют за счет их амортизирующих свойств свести к минимуму воздействие различных механических нагрузок на блоки электрохимических элементов. Этот эффект дополняется установкой в каждом отсеке самоконтрящихся замковых пружин, фиксирующих рабочее давление на блок электрохимических элементов.

На рисунке 1 представлена предлагаемая тепловая батарея. На крышке 1 корпуса 8 установлена матрица с отсеками 3. В отсеки помещены блоки 4, состоящие из набора электрохимических элементов 5 и проложенных между ними пиронагревателями 6. В пазах матрицы по периметру блоков электрохимических элементов установлены пиротехнические шнуры 13, сообщающиеся с запальным устройством 14, расположенном в нижнем основании матрицы.

Коммутация блоков электрохимических элементов, как параллельная, так и последовательная осуществляется посредством токопроводящих пластин 10, уложенных и сваренных в проточках 11, выполненных в верхнем основании матрицы. Блоки электрохимических элементов зафиксированы боковой теплоизоляцией 12 и самоконтрящимися замковыми пружинами 9, обеспечивающими необходимое рабочее давление на блок электрохимических элементов. Как и блоки электрохимических элементов, матрица со всех сторон покрыта теплоизоляцией 7.

Таким образом, конструкция батареи предполагает отсутствие коммутирующих и инициирующих элементов вне матрицы, что вносит существенный вклад в устойчивость батареи к механическим нагрузкам.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к конструкции энергоемкой тепловой батареи, и может быть использовано в производстве тепловых химических источников тока. Техническим результатом изобретения является повышение энергоемкости и устойчивости тепловой батареи к внешним механическим воздействиям. Согласно техническому решению блоки электрохимических элементов тепловой батареи помещены в отсеки, выполненные в теплостойкой, закрепленной на крышке матрице, имеющей соотношение размеров диаметра и высоты, максимально близкое единице, при заданном объеме, блоки в отсеках зафиксированы в радиальном направлении теплоизоляционными прокладками, а в осевом направлении - самоконтрящимися замковыми пружинами и объединены в единую электрическую цепь посредством токопроводящих пластин, уложенных в проточки, выполненные между отсеками матрицы, а их задействование осуществляется посредством пиротехнических шнуров, закрепленных в пазах матрицы по периметру блоков и соединенных с запальным устройством, расположенным в основании матрицы. Снижение потери тепла от блоков электрохимических элементов за счет установки теплоизоляционных прокладок не только между корпусом батареи и матрицей, но и между стенкой отсека и каждым блоком, позволяет увеличить продолжительность работы тепловой батареи. 1 ил.

Тепловая батарея, содержащая корпус, герметизированный крышкой, тепловую изоляцию, запальное устройство и блоки электрохимических элементов, помещенные в отсеки, отличающаяся тем, что отсеки выполнены в теплостойкой, закрепленной на крышке матрицы с соотношением размеров диаметра и высоты, максимально близким к единице, при заданном объеме, блоки в отсеках зафиксированы в радиальном направлении теплоизоляционными прокладками, а в осевом - самоконтрящимися замковыми пружинами и объединены в единую электрическую цепь посредством токопроводящих пластин, уложенных в проточки, выполненные между отсеками матрицы, а их задействование осуществляется посредством пиротехнических шнуров, закрепленных в пазах матрицы по периметру блоков и соединенных с запальным устройством, расположенным в основании матрицы.