ХИМИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК ТОКА АМПУЛЬНОГО ТИПА Российский патент 2019 года по МПК H01M6/32 H01M2/08 

Предполагаемое изобретение относится к области электротехники, к химическим резервным источникам тока с тионилхлоридным электролитом, задействуемым от физического фактора, конкретно к химическим ампуль-ным источникам тока (АХИТ) и может быть использовано, в частности, в изделиях с ограниченным аппаратурным объемом.

Актуальность решаемой проблемы основана на необходимости разработки средств, исключающих риск несанкционированного срабатывания АХИТ, происходящего из-за воздействия высоких температур окружающей среды, или приборов и оборудования, находящихся в непосредственной близости от них.

Из уровня техники известен АХИТ (патент РФ №2191448, МПК Н01М 6/34, публ. 20.10.2002 г), в котором предусмотрены в едином корпусе размещенные в нем электродные блоки, ампулы, заполненные неводным электролитом на основе тионилхлорида, и источник импульса давления. Ампулы выполнены в виде сильфонов и объединены с электродными блоками в единый электрохимический элемент (ЭХЭ). Электродные блоки заполнены инертным газом под давлением ниже атмосферного. На подвижной крышке (нижнем основании) ампулы герметично закреплена разрушающаяся мембрана. На неподвижном основании каждого электродного блока, выполненного перфорированным, жестко закреплены средства для вскрытия ампул, срабатывающие одновременно от импульса давления газогенератора.

Известен АХИТ (патент РФ №02290723, МПК Н01М 6/10, публ. 27.12.2006 г.), содержащий в корпусе с крышкой, колпаком и перфорированной перегородкой для впуска электролита в электродные блоки, по крайней мере, одну ампулу с электролитом на основе тионилхлорида, расчетное количество электродных блоков с секциями ЭХЭ, при этом ампулы выполнены в виде сильфонов с подвижными основаниями и установленными на них элементами вскрытия ампул, срабатывающие одновременно от импульса давления газогенератора.

К недостаткам аналогов относится отсутствие средств, предусматривающих устранение риска несанкционированного срабатывания АХИТ, происходящего при перегреве АХИТ из-за воздействия высоких температур окружающей среды, или перегрева приборов и оборудования, находящихся в непосредственной близости от АХИТ.

Задачей авторов предлагаемого АХИТ является разработка конструкции, в которой предусмотрены средства для устранения риска несанкционированного срабатывания АХИТ, происходящего при перегреве АХИТ из-за воздействия высоких температур окружающей среды.

Новый технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого АХИТ, заключается в повышении надежности АХИТ за счет снижения риска несанкционированного срабатывания АХИТ, происходящего из-за воздействия высоких температур окружающей среды при сохранении уровня разрядных характеристик.

Указанные задача и новый технический результат обеспечиваются тем, что, в отличие от известного АХИТ, содержащего в едином корпусе с крышкой расчетное количество электролитных блоков и соответствующее им количество секций электродов, размещенных в электродном блоке, каждая из которых содержит зигзагообразно выполненный анод, с помещенными в промежутках между сгибами его катоды в расчетном количестве, на поверхности которых выполнены слои составных сепараторов, каждая секция электродов снабжена индивидуальной ампулой сильфонного типа с гофрированной боковой стенкой и подвижными нижним с выполненной в нем прорывной мембраной, и верхним основаниями, заполненной электролитом на основе тионилхлорида, и средством для механического вскрытия каждой из ампул, все из которых установлены с возможностью одновременного задействования от источника импульса давления, согласно изобретению, каждая секция электродов электродного блока пространственно отделена от другой по периферии каждого корпуса каждой секции электродов слоем керамической изоляции, в электролитном блоке в его центральной части установлено блокирующее устройство для предотвращения при перегреве несанкционированного осевого перемещения оснований сильфона ампулы с электролитом, выполненное в виде жестко закрепленной на упоре втулки, на свободном конце которой лазерной сваркой зафиксированы два неподвижных фиксатора в виде полуколец, вложенных в кольцевой паз, выполненный по внешней боковой поверхности нижнего подвижного основания ампулы, с возможностью осевого перемещения противоположного основания ампулы в направлении к элементу вскрытия ампулы в заданный момент взведения АХИТ.

Предлагаемый АХИТ поясняется следующим образом. На фиг. 1 представлен общий вид АХИТ, где 1 - электролитный блок (ампула), 2 - корпус электролитного блока АХИТ, 3 - втулка с 4 - двумя фиксаторами, 5 - верхнее основание ампулы, 6 - пробка ампулы для заливки электролита, 7 - неподвижное основание корпуса электролитного блока, 8 - нижнее подвижное основание ампулы, 9 - кольцевой паз для установки фиксаторов для фиксации втулки, 10 - элемент вскрытия ампулы, 11 - упор втулки в верхнем подвижном основании электролитного блока АХИТ.

АХИТ содержит в едином корпусе с крышкой расчетное количество электролитных блоков, ограниченных корпусом 2 и соответствующее количество прямоугольных секций электродов, размещенных в электродном блоке, на поверхности которых выполнены слои составных сепараторов (на чертеже не показаны). Каждая из секций содержит зигзагообразно выполненный анод с помещенными в промежутках между сгибами его катоды в расчетном количестве. Каждая секция электродов снабжена индивидуальной ампулой 1 сильфонного типа с гофрированной боковой стенкой, заполненной электролитом на основе тионилхлорида, и элементом вскрытия 10 каждой ампулы.

Все ЭХЭ расположены для экономии пространства в виде «змейки», звенья которой составлены из зигзагообразно уложенных в пакет слоев электродов, сепараторов и слоев электроизоляции между ними.

Электродные блоки АХИТ собраны из последовательно подключенных индивидуальных ЭХЭ, которые подсоединены к ампуле 1 с неводным электролитом на основе тионилхлорида. Между каждым ЭХЭ размещены электроизоляционные прокладки из слюдинита.

В предлагаемом АХИТ также предусмотрены элементы для вскрытия 10 ампул с электролитом, срабатывающие одновременно от импульса давления.

Все элементы вскрытия 10 каждой ампулы установлены с возможностью одновременного задействования их от единого источника импульса давления в системе задействования АХИТ. Каждая секция электродов электродного блока пространственно отделена от другой по периферии корпусов секций электродов слоем керамической изоляции для отвода тепла при перегреве АХИТ. В электролитном блоке в его центральной части на нижнем подвижном основании установлено блокирующее устройство 3 для предотвращения несанкционированного при перегреве АХИТ осевого перемещения нижнего основания 8 сильфона ампулы 1 с электролитом. Блокирующее устройство представляет собой жестко закрепленную на упоре в нижнем основании электролитного блока (по существу в нижнем подвижном основании ампулы), полую втулку 3, охватывающую по периферии электролитный блок. По контуру закрепления полой втулки посажены два полукольца (фиксаторы 4), входящие в полость кольцевого паза 9, выполненного на внешней боковой поверхности нижнего подвижного основания 8 ампулы. Втулка 3 опирается на верхнее подвижное основание 5 посредством упора 11. Для заливки электролита в электролитный блок предусмотрено отверстие, перекрываемое пробкой 6. Корпус электролитного блока ограничен снизу неподвижным основанием 7, которое служит для крепления электролитного блока на блок электродов АХИТ.

Электролитный блок АХИТ собирают следующим образом.

Сначала изготавливают полую втулку 3 со сквозным отверстием, диаметр торцевой части которого больше, чем диаметр основной части втулки, который выполнен таким образом, что образуется кольцевой Г-образный выступ (упор 11) по внешнему контуру верхнего основания 5 втулки 3 для упора на верхнее подвижное основание 5 ампулы 1. На противоположном также подвижном основании 8 ампулы 1 по центру ее боковой поверхности выполняют кольцевой паз 9. С противоположной стороны закрепленного на верхнем основании 5 ампулы 1 втулка 3 приваривается свободным краем по окружности к боковой поверхности полуколец 4 после установки указанных полуколец (фиксаторов) в кольцевой паз 9 по периферии нижнего основания 8 ампулы 1. Два полукольца - фиксаторы 4, таким образом, оказываются посажеными по контуру закрепления полой втулки 3, и входят в полость кольцевого паза 9, выполненного на внешней боковой поверхности нижнего основания 8 ампулы 1.

Два полукольца 4 приваривают сопрягаемыми участками к полой втулке 3.

После установки полой втулки 3 совместно с фиксаторами 4 в электролитный блок сборку охватывают по периферии корпусом 2 электролитного блока.

Предлагаемый АХИТ работает следующим образом.

Первоначально подают от источника импульс давления во внутреннюю полость электролитного блока, приводящий к перемещению подвижных оснований 8 ампулы 1 в направлении к пробойнику 10 для вскрытия мембран, разделяющих электролитные и электродные блоки, и открывающие доступ электролита в электродный блок. Таким образом, происходит санкционированное задействование АХИТ, которое регистрируется индикатором рабочего состояния АХИТ (не показан). В том случае, если такой момент не наступает, то за счет стопорения фиксаторами 4 осевого перемещения подвижных оснований 8 ампулы 1 и полой втулки 3 АХИТ не приводится в рабочее состояние.

При хранении АХИТ в случае возникновения перегрева нижнее основание 8 ампулы может несанкционированно переместиться вниз к элементам вскрытия 10 ампулы 1 и может произойти несанкционированное срабатывание источника. Для предотвращения такого перемещения предусмотрена втулка 3, соединенная с фиксаторами 4, при срабатывании которых не произойдет такое перемещение из-за стопорения фиксаторов 4 в кольцевом пазу 9. В заданный момент срабатывания АХИТ верхнее основание 5 под влиянием импульса давления совместно с закрепленным на нем кольцом из двух фиксаторов 4 втулки 3, втулкой 3, с соединенным с этой втулкой нижним основанием 8 перемещаются навстречу пробойнику 10. И таким образом предлагаемый механизм фиксации не препятствует задействованию АХИТ в заданный момент времени срабатывания и обеспечивает тем самым повышение надежности и независимости от аварийной ситуации (при перегреве) в окружающей его среде.

Наличие жестких масс-габаритных ограничений для предлагаемого АХИТ и необходимость обеспечения высокого уровня разрядных электрических характеристик приводит к обязательному уплотнению общей конструкции АХИТ, в связи с чем, сборку всех компонентов АХИТ ведут на двух диэлектрических основаниях.

Как это показали эксперименты, при использовании предлагаемого АХИТ достигается новый технический результат, заключающийся в повышении надежности при работе и хранении за счет исключения возможности несанкционированного срабатывания прибора при его перегреве, при сохранении высокой плотности монтажа сборки АХИТ.

Возможность промышленной реализации предлагаемого АХИТ подтверждается следующими примерами.

Пример 1. В лабораторных условиях данный АХИТ был опробован на опытном образце, в котором выполнено фиксирующее устройство для стопо-рения осевого перемещения подвижных оснований ампулы (фиг.1).

Корпус электролитного блока 2, нижнее и верхнее подвижные основания 5,8 и ампула 1выполнены из стали марки 12Х18Н10Т. Втулка 3 и фиксаторы 4 выполнены из стали 14Х17Н2. Элемент вскрытий ампулы 10 выполнен из стали 14Х17Н2. В качестве электролита в АХИТ использован жидкий тионилхлорид, заливаемый через отверстие в верхнем основании электролитного блока, перекрываемого пробкой 6.

В условиях эксперимента были смоделированы экстремальные условия перегрева окружающей среды (250°С), и показано, что данное устройство не взвелось. Работоспособность подобной сборки была опробована на готовность к работе в заданный момент путем подачи электрического импульса к газогенератору. Срабатывание произошло в штатном режиме.

Пример 2. В условиях данного примера была опробована сборка при отсутствии в ней блокирующей втулки 3. При перегреве произошло несанкционированное срабатывание АХИТ с потерей его работоспособности.

Таким образом, как это показали эксперименты, при реализации предлагаемого АХИТ был достигнут заявленный технический результат, а именно повышении пожаровзрывобезопасности и надежности АХИТ за счет снижения риска несанкционированного срабатывания АХИТ, происходящего из-за воздействия высоких температур окружающей среды.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к химическим резервным источникам тока ампульного типа (АХИТ), содержащим в едином корпусе с крышкой расчетное количество электролитных блоков и соответствующее количество секций электродов, размещенных в электродном блоке, каждая из которых содержит зигзагообразно выполненный катод, анод и каждая секция снабжена индивидуальной ампулой сильфонного типа, заполненной электролитом на основе тионилхлорида, и средством для механического вскрытия каждой из ампул, одновременно задействуемых от источника импульса давления, при этом каждая секция электродов электродного блока пространственно отделена от другой по периферии каждого корпуса каждой секции электродов слоем керамической изоляции, в электролитном блоке в его центральной части установлено блокирующее устройство для предотвращения при перегреве несанкционированного осевого перемещения оснований сильфона ампулы с электролитом. Блокирующее устройство выполнено в виде жестко закрепленной на упоре втулки, на свободном конце которой лазерной сваркой зафиксированы два неподвижных фиксатора в виде полуколец, вложенных в кольцевой паз, выполненный по внешней боковой поверхности нижнего подвижного основания ампулы, с возможностью осевого перемещения противоположного основания ампулы в направлении к элементу вскрытия ампулы в заданный момент взведения АХИТ. Повышение надежности АХИТ при воздействии высоких температур окружающей среды при сохранении уровня зарядных характеристик является техническим результатом изобретения. 1 ил., 2 пр.

Ампульный химический источник тока (АХИТ), содержащий в едином корпусе с крышкой расчетное количество электролитных блоков и соответствующее им количество секций электродов, размещенных в электродном блоке, каждая из которых содержит зигзагообразно выполненный анод, с помещенными в промежутках между сгибами его катоды в расчетном количестве, на поверхности которых выполнены слои составных сепараторов, каждая секция электродов снабжена индивидуальной ампулой сильфонного типа с гофрированной боковой стенкой и подвижными верхним и нижним с выполненной в нем прорывной мембраной основаниями, заполненной электролитом на основе тионилхлорида, и средством для механического вскрытия каждой из ампул, все из которых установлены с возможностью одновременного задействования от единого источника импульса давления, отличающийся тем, что каждая секция электродов электродного блока пространственно отделена от другой по периферии каждого корпуса каждой секции электродов слоем керамической изоляции, в электролитном блоке в его центральной части установлено блокирующее устройство для предотвращения при перегреве несанкционированного осевого перемещения оснований сильфона ампулы с электролитом, выполненное в виде жестко закрепленной на упоре втулки, на свободном конце которой лазерной сваркой зафиксированы два неподвижных фиксатора в виде полуколец, вложенных в кольцевой паз, выполненный по внешней боковой поверхности нижнего подвижного основания ампулы, с возможностью осевого перемещения противоположного основания ампулы в направлении к элементу вскрытия ампулы в заданный момент взведения АХИТ.