CN111211021A - 快速熔断装置的微型气体发生器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速熔断装置的微型气体发生器，包括一圆管状的壳体，其输入端和输出端经机械卷边后，各向内翻折形成收口，输入端的收口内设有一挡板、输出端的收口内设有一盖片，所述挡板与盖片均与壳体横截面平行，并通过胶粘剂与壳体密封连接；所述壳体内壁由密封塞分为两个互不相通的第一区域和第二区域分为，第一区域设有PCB板，第二区域内设有圆管状的装药环和电发火件。本发明采用电发火件作为点火部分，通过调节镍铬合金丝直径和做好发火件与点火药的匹配来控制点火时间；且采用两端收口方式，既有充分的爆轰成长，又能保证其密封性能，不发生气体的外泄。本发明相较传统火工装置具有体积小、速度快、成本低，做功能力强等特点。

Description

快速熔断装置的微型气体发生器

技术领域

本发明涉及一种火工类气体发生装置，尤其涉及一种快速熔断装置的微型气体发生器。

背景技术

熔断装置目前在国家电网上大量应用，在电网出现故障时实现电网整体断电，节约电网整体电量的损失。目前现有熔断装置依靠机械式保险丝发热熔断，存在时间长的不利因素，可能在意外情况会造成较大的损失；依靠火工品快速熔断的技术目前为美国等国家垄断，价格较高，国内暂无此产品在市场上出售。

时现有各种军用、民用气体发生器主要用于对各种活塞、切割刀进行推动做功，能瞬间产生大量气体充满空腔，其原理均为通过气体发生器内的产气药在极短时间内完成剧烈反应产生大量高温气体。

这类气体发生器内部应会瞬间产生高压而对外壳强度要求颇高；其产生的高温高压气体对配套装配件耐高温、柔韧性等指标作出了较为严格的要求，且传统的熔断装置作用时间约为200ms，不能满足我国市场上快速熔断的时间需求。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种解决上述问题，极大地降低熔断装置中保险丝的断裂时间，减少电网发生意外情况造成整体电量的损失，，实现熔断装置的国产替代化和低成本应用的快速熔断装置的微型气体发生器。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种快速熔断装置的微型气体发生器，包括一圆管状的壳体，所述壳体水平设置，左端为输入端、右端为输出端，且输入端设有两根用于输入电流的导线；

输入端和输出端经机械卷边后，各向内翻折90°形成一收口，输入端的收口内设有一由高强度合金钢30CrMnSiA制成的挡板、输出端的收口内设有一由铝带制成的盖片，所述挡板与盖片均与壳体横截面平行，并通过胶粘剂与壳体密封连接；

所述壳体内壁沿其周向设有一环形的凸台，将壳体内部分为左侧的第一区域和右侧的第二区域，且第一区域内靠近凸台处设有一密封塞，所述密封塞将第一区域和第二区域分为两个互不相通的区域；

第一区域内从左到右依次设有垫片、PCB板和垫环，所述垫片一面与挡板紧密贴合且通过胶粘剂粘接，垫片与PCB板间填充有胶粘剂，所述垫环用于将PCB板和绝缘塞压紧，所述PCB板上设有两焊接孔和两插针孔，其中，两焊接孔与输入端的两导线连接；

第二区域内设有圆管状的装药环，所述装药环外壁与第二区域内壁匹配贴合；

装药环内靠近凸台的部分设有一点火药头，所述点火药头包括电发火件和点火药，所述电发火件包括本体和两金属针，所述两金属针一端与本体一端平齐，且两金属针该端通过桥丝连接，桥丝外包覆有点火药，两金属针另一端从本体中伸出，并与PCB板的两插针孔焊接，本体和盖板间的装药环内，压装有主装药；

所述PCB板用于接收到导线的电流并释放静电，激发电发火件上桥丝产热，点燃点火药后，点燃主装药产气；

主装药完全燃烧时间为：

式中，T为主装药完全燃烧时间，I为导线输入的电流值，t^f为导线通电时间，K_i为桥丝材料的电流发热特征系数，D₀为桥丝直径。

作为优选：所述采用镍铬合金丝，牌号为6J20。

作为优选：所述PCB板上，两焊接孔直径为0.8mm，两插针孔直径为1mm，导线和金属针电阻为0.15-0.25Ω，桥丝电阻为1Ω。

作为优选：所述桥丝直径为0.015mm，所述点火药采用三硝基间苯二酚铅，压药工艺为30Kg，主装药采用亚铁氰化氢/高氯酸钾，压药工艺为80Kg。

其中，三硝基间苯二酚铅，亚铁氰化氢/高氯酸钾均为市面上可购买得到的产品，其中亚铁氰化氢/高氯酸钾为亚铁氰化氢和高氯酸钾通过一定比例混合得到的。

本发明的工作原理是：首先给予既定电流，为导线通电，导线将电流经两焊接点送入PCB板，经PCB板放出静电，激发电发火件上桥丝产热点燃发火药头、发火药头燃烧点燃主装药，主装药在密闭空间内产生大量高温高压气体，并通过输出端排出。

在这里，点火药头为本发明的起爆部分，对桥丝起爆方式敏感，可快速反应引爆主装药；主装药被点火药快速点燃，同时产生大量气体。我们通过一个公式

来给出主装药完全燃烧时间与桥丝、导线通电时间的关系，且产气量由装药量决定。

该公式中，T为主装药完全燃烧时间，也就是主装药完全燃烧的时间。

t^f为导线通电时间，这是因为：假设在满足安全电流条件下选用桥丝直径为0.015mm，在给电4A条件下桥丝产热迅速，经点火药头点燃主装药。由于药剂燃烧迅速，最终药剂自身燃烧速度所需时间可以忽略不计的，则我们只需要知道导线通电时间，就可以计算出主装药完全燃烧时间。

由于本发明中，输入端和输出端经机械卷边后，各向内翻折90°形成一收口，配合盖片、挡板以及粘接剂密封的方式，不仅可以保证长时间贮存的要求，也可以保证气体不从输入端外泄；输出端收口约束装药空间，使其有充分的爆轰成长，快速产气实现既有功能。

其次，当主装药燃烧产生大量高温高压气体时，由于盖片为铝带制成，挡板为高强度合金钢30CrMnSiA，所以气体爆破只能从输出端排出，不会从输入端排出，气体不外泄。在垫片与PCB板间填充有胶粘剂，不仅能保持产品整体的密封性，在输出端处的火药作用产生大量气体时，还可以承受气体冲击时的反作用力。

本发明中：点火药采用三硝基间苯二酚铅，主装药采用亚铁氰化氢/高氯酸钾，之所以选择30Kg、80Kg的压药工艺，目的是调整点火药、主装药的密度，因为点火药、主装药要快速燃烧，需要合适的密度，故需要对其施加适量的压力来获得足够快的速度。当配合压力调整密度后的药剂，能快速燃烧，故能快速缩短主装药完全燃烧时间，产生的大量气体推动活塞动作可靠动作完成切割功能。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)克服了传统的熔断装置作用时间约为200ms的技术缺陷，能将快速熔断装置的工作时间大幅度缩短在为2ms以内。本发明极大地降低熔断装置中保险丝的断裂时间，减少电网发生意外情况造成整体电量的损失。

(2)本火工作动类快速熔断装置可打破国外厂商的垄断和填补国内熔断装置的空白，实现熔断装置的国产替代化和低成本应用。应用于快速熔断装置的气体发生器，可实现熔断器在无意外情况下切割动作在2ms内快速完成切割。

(3)提出了一种新的微型气体发生器的结构，通过导线通电至PCB板、由PCB板放出静电，激发电发火件上桥丝产热点燃发火药头、发火药头燃烧点燃主装药，主装药在密闭空间内产生大量高温高压气体，并通过输出端排出。本发明采用电发火件作为点火部分，通过调节镍铬合金丝直径和点火药的作用时间，来控制主装药完全燃烧时间，而点火药头对桥丝起爆方式敏感，能快速反应引爆主装药。本方案通过对产气结构的调整，对产气量、产气速度、进行有效控制，能够使出气速度在现有基础上进一步提高。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为图1中壳体的结构示意图；

图3为图1中绝缘塞的结构示意图；

图4为图1中点火药头的结构示意图；

图5为图4中内部的结构示意图；

图6为实施例3的结构示意图。

图中：1、挡板；2、垫片；3、PCB板；4、垫环；5、绝缘塞；6、凸台；7、本体；8、装药环；9、主装药；10、盖片；11、壳体；12、第一区域；13、第二区域；14、点火药；15、金属针；16、桥丝；17、快速熔断装置的微型气体发生器；18、压环；19、活塞；20、陶瓷割刀；21、粘接座；22、底座；23、保险丝。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：参见图1到图5，一种快速熔断装置的微型气体发生器17，包括一圆管状的壳体11，所述壳体11水平设置，左端为输入端、右端为输出端，且输入端设有两根用于输入电流的导线；

输入端和输出端经机械卷边后，各向内翻折90°形成一收口，输入端的收口内设有一由高强度合金钢30CrMnSiA制成的挡板1、输出端的收口内设有一由铝带制成的盖片10，所述挡板1与盖片10均与壳体11横截面平行，并通过胶粘剂与壳体11密封连接；

所述壳体11内壁沿其周向设有一环形的凸台6，将壳体11内部分为左侧的第一区域12和右侧的第二区域13，且第一区域12内靠近凸台6处设有一密封塞，所述密封塞将第一区域12和第二区域13分为两个互不相通的区域；

第一区域12内从左到右依次设有垫片2、PCB板3和垫环4，所述垫片2一面与挡板1紧密贴合且通过胶粘剂粘接，垫片2与PCB板3间填充有胶粘剂，所述垫环4用于将PCB板3和绝缘塞5压紧，所述PCB板3上设有两焊接孔和两插针孔，其中，两焊接孔与输入端的两导线连接；

第二区域13内设有圆管状的装药环8，所述装药环8外壁与第二区域13内壁匹配贴合；

装药环8内靠近凸台6的部分设有一点火药头，所述点火药头包括电发火件和点火药14，所述电发火件包括本体7和两金属针15，所述两金属针15一端与本体7一端平齐，且两金属针15该端通过桥丝16连接，桥丝16外包覆有点火药14，两金属针15另一端从本体7中伸出，并与PCB板3的两插针孔焊接，本体7和盖板间的装药环8内，压装有主装药9；

所述PCB板3用于接收到导线的电流并释放静电，激发电发火件上桥丝16产热，点燃点火药14后，点燃主装药9产气；

主装药9完全燃烧时间为：

式中，T为主装药9完全燃烧时间，I为导线输入的电流值，t^f为导线通电时间，K_i为桥丝16材料的电流发热特征系数，D₀为桥丝16直径。

本发明中，桥丝16采用镍铬合金丝，牌号为6J20，镍铬合金丝的电流发热特征系数K_i较小，镍铬合金丝的发火感度较高，有利于发火。所述PCB板3上，两焊接孔直径为0.8mm，两插针孔直径为1mm，导线和金属针15电阻为0.15-0.25Ω，桥丝16电阻为1Ω。

实施例2：参见图1到图5，本发明中，桥丝16直径为0.015mm，直径小的桥丝16在4A电流发火条件下聚热更快，容易形成热点；所述点火药14采用三硝基间苯二酚铅，压药工艺为30Kg，主装药9采用亚铁氰化氢/高氯酸钾，压药工艺为80Kg。压药压力引起的装药密度变化将影响产气速度，一装药的密度增大作用时间回显著增大；在一装药密度一定时，作用时间随着主装药9的压药压力增大而缩短。产气量与装药量成正比关系，产气量与压力无必然联系。其余与实施例1相同。本实施例可保证切割动作在2ms内快速完成。

实施例3：参见图1-图6，本发明主要提供了一种微型气体发生器，结构如实施例1，主要用于快速熔断装置中。我们给出一种快速熔断装置的结构如图6所示：包括本实施例1所示的快速熔断装置的微型气体发生器17、压环18、活塞19、陶瓷割刀20、粘接座21、底座22。从图中可知，快速熔断装置的关键部分是微型气体发生器，微型气体发生器的结构如实施例1。

当外部控制器给快速熔断装置的微型气体发生器17的导线通电后，气体发生器快速动作，推动陶瓷割刀20快速切断保险丝23，保证整体的切割动作在2ms内完成。气体发生器的快速动作是整体装置快速动作的关键和根本保证。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种快速熔断装置的微型气体发生器，包括一圆管状的壳体，所述壳体水平设置，左端为输入端、右端为输出端，且输入端设有两根用于输入电流的导线，其特征在于：

输入端和输出端经机械卷边后，各向内翻折90°形成一收口，输入端的收口内设有一由高强度合金钢30CrMnSiA制成的挡板、输出端的收口内设有一由铝带制成的盖片，所述挡板与盖片均与壳体横截面平行，并通过胶粘剂与壳体密封连接；

所述壳体内壁沿其周向设有一环形的凸台，将壳体内部分为左侧的第一区域和右侧的第二区域，且第一区域内靠近凸台处设有一密封塞，所述密封塞将第一区域和第二区域分为两个互不相通的区域；

第一区域内从左到右依次设有垫片、PCB板和垫环，所述垫片一面与挡板紧密贴合且通过胶粘剂粘接，垫片与PCB板间填充有胶粘剂，所述垫环用于将PCB板和绝缘塞压紧，所述PCB板上设有两焊接孔和两插针孔，其中，两焊接孔与输入端的两导线连接；

第二区域内设有圆管状的装药环，所述装药环外壁与第二区域内壁匹配贴合；

装药环内靠近凸台的部分设有一点火药头，所述点火药头包括电发火件和点火药，所述电发火件包括本体和两金属针，所述两金属针一端与本体一端平齐，且两金属针该端通过桥丝连接，桥丝外包覆有点火药，两金属针另一端从本体中伸出，并与PCB板的两插针孔焊接，本体和盖板间的装药环内，压装有主装药；

所述PCB板用于接收到导线的电流并释放静电，激发电发火件上桥丝产热，点燃点火药后，点燃主装药产气；

主装药完全燃烧时间为：

式中，T为主装药完全燃烧时间，I为导线输入的电流值，t^f为导线通电时间，Kⁱ为桥丝材料的电流发热特征系数，D₀为桥丝直径。

2.根据权利要求1所述的快速熔断装置的微型气体发生器，其特征在于：所述采用镍铬合金丝，牌号为6J20。

3.根据权利要求1所述的快速熔断装置的微型气体发生器，其特征在于：所述PCB板上，两焊接孔直径为0.8mm，两插针孔直径为1mm，导线和金属针电阻为0.15-0.25Ω，桥丝电阻为1Ω。

4.根据权利要求1所述的快速熔断装置的微型气体发生器，其特征在于：所述桥丝直径为0.015mm，所述点火药采用三硝基间苯二酚铅，压药工艺为30Kg，主装药采用亚铁氰化氢/高氯酸钾，压药工艺为80Kg。

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