RU2137263C1

RU2137263C1 - Pyrotechnic electric generator

Info

Publication number: RU2137263C1
Application number: RU97119365A
Authority: RU
Inventors: Н.М. Вареных; В.Н. Емельянов; В.В. Просянюк; И.С. Суворов
Original assignee: Научно-исследовательский институт прикладной химии
Priority date: 1997-11-20
Filing date: 1997-11-20
Publication date: 1999-09-10

Abstract

FIELD: stand- by expendable primary off-line current supplies for power- dependent equipment. SUBSTANCE: generator is, essentially, electrochemical cell that has contacting anode, separator, and cathode made of pyrotechnic compounds and metal current leads. Maximum size to thickness ratio of anode, cathode, and separator is 25 to 135 and their composition is as follows, mass percent: separator: metal fuel - 14-42, oxidizer - 50-84, asbestos - 2-8; anode: metal fuel - 80-98, asbestos - 2-20; cathode: oxidizer - 50.5-80, lithium fluoride or alkaline-earth metal fluoride, or their mixture - 15-25, metal fuel - 0.5-19, asbestos - 2-8. Elementary cells can be assembled in batteries with proportionally increasing open-circuit voltage, current, and other characteristics. EFFECT: improved guarantee life and stability to shipping and operating overloads. 5 cl, 2 dwg, 4 tbl

Description

Изобретение относится к устройствам для преобразования химической энергии экзотермических композиций в электрическую энергию, в частности к высокотемпературным резервным источникам тока одноразового действия, работающим в режиме ожидания и предназначенным для автономного питания бортовой аппаратуры, приборов и устройств (мостики накаливания, пироэнергодатчики, микродвигатели, реле и т.п.). The invention relates to devices for converting the chemical energy of exothermic compositions into electrical energy, in particular to high-temperature standby current sources operating in standby mode and designed for autonomous power supply of on-board equipment, instruments and devices (incandescent bridges, pyroelectric sensors, micromotors, relays, etc.) .P.).

Известные по патентной и научно-технической литературе первичные резервные источники электрического тока, имеющие анод, катод, сепаратор, токовыводы и пиротехнические заряды, например, по книге В.С. Багоцкого и А.М. Скундина "Химические источники тока", М.: Энергоиздат, 1981, с. 294-310 и др., сложны по устройству и имеют длительное время выхода на рабочий режим, так как генерирование электрического тока в названных устройствах становится возможным только после сгорания пиротехнических зарядов - пиронагревателей (ПН), что обеспечивает расплавление сепаратора-электролита (соли или смеси солей), расположенного между анодом и катодом и нагрева обоих электродов до рабочей температуры. The primary backup electric current sources known from the patent and scientific literature, having an anode, a cathode, a separator, current leads and pyrotechnic charges, for example, according to the book of V.S. Bagotsky and A.M. Skundina "Chemical sources of current", Moscow: Energoizdat, 1981, p. 294-310 and others, are complex in design and have a long time for reaching the operating mode, since the generation of electric current in these devices becomes possible only after the combustion of pyrotechnic charges - pyroheaters (PN), which ensures the melting of the separator-electrolyte (salt or mixture salts) located between the anode and cathode and heating both electrodes to operating temperature.

Известен импульсный пиротехнический генератор электрического тока (ПГЭТ) по патенту РФ N 2088558, кл. МКИ C 06 B 21/00; C 06 B 33/00; H 01 M 6/20, 1997 г., который состоит из двух электродов, выполненных в виде тонких зарядов из пиротехнических составов с избытком горючего - анод и избытком окислителя - катод с отношением диаметров к их высоте от 50 до 80. Основной недостаток данного ПГЭТ - незначительная длительность генерирования тока (импульсный режим не более 1 с), что существенно ограничивает область его применения. Known pulsed pyrotechnic electric current generator (PGET) according to the patent of the Russian Federation N 2088558, class. MKI C 06 B 21/00; C 06 B 33/00; H 01 M 6/20, 1997, which consists of two electrodes made in the form of thin charges of pyrotechnic compositions with an excess of fuel — an anode and an excess of oxidizing agent — a cathode with a ratio of diameters to their heights from 50 to 80. The main disadvantage of this PGET - insignificant duration of current generation (pulse mode no more than 1 s), which significantly limits the scope of its application.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является ПГЭТ по патенту РФ N 2095745, кл. F 42 C 11/00 от 10.11.97 г., который состоит из разделенных сепаратором анода и катода, выполненных из пиротехнических составов с избытком горючего - анод, и избытком окислителя - катод, причем анод, катод и сепаратор содержат в количестве связующего асбест и выполнены с отношением их максимального размера (диаметра) к толщине 20...130, в качестве горючего анод и катод содержат цирконий, в качестве окислителя анод содержит барий хромовокислый или оксид меди, катод - оксид меди, а сепаратор содержит ионопроводящие в расплавленном состоянии соли - фторид лития, или щелочноземельного металла, или их смесь при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Анод - цирконий - 37-83
Барий хромовокислый, или оксид меди - 15-51
Катод - цирконий - 3-28
Оксид меди - 60-95
Асбест - 2-12
Сепаратор - асбест - 3-20
Фторид лития, или щелочноземельного металла, или их смесь - 30-97
Кроме того, сепаратор может содержать дополнительно оксид циркония в количестве до 60% по массе.The closest technical solution (prototype) is PGET according to the patent of the Russian Federation N 2095745, class. F 42 C 11/00 of 11/10/97, which consists of an anode and a cathode separated by a separator, made of pyrotechnic compositions with an excess of fuel — an anode, and an excess of oxidizing agent — a cathode, and the anode, cathode, and separator contain asbestos and made with the ratio of their maximum size (diameter) to thickness 20 ... 130, they contain zirconium as a fuel, the anode contains barium chromate or copper oxide as an oxidizing agent, the cathode contains copper oxide, and the separator contains salts that are ion-conducting in the molten state - fluoride Ia, or an alkaline earth metal or mixture thereof in the following ratio, wt.%:
Anode - Zirconium - 37-83
Barium chromate, or copper oxide - 15-51
Cathode - Zirconium - 3-28
Copper oxide - 60-95
Asbestos - 2-12
Separator - asbestos - 3-20
Lithium fluoride, or alkaline earth metal, or a mixture thereof - 30-97
In addition, the separator may additionally contain zirconium oxide in an amount up to 60% by weight.

Основными недостатками прототипа являются малое время работы батареи элементов, обусловленное пассивацией сгорающих пиротехнических электродов, обеспечивающих при сгорании расплавление сепаратора из фторидов лития или щелочноземельного металла, или их смеси. Фторид лития и любой из фторидов щелочноземельного металла имеют высокие температуры плавления (как и двойные смеси каждого из последних с фторидом лития), что приводит к быстрой кристаллизации расплава и прекращению работы ПГЭТ. The main disadvantages of the prototype are the short battery life of the cells, due to the passivation of the burning pyrotechnic electrodes, which during combustion will melt the separator of lithium fluorides or alkaline earth metal, or a mixture thereof. Lithium fluoride and any alkaline earth metal fluoride have high melting points (as well as binary mixtures of each of the latter with lithium fluoride), which leads to rapid crystallization of the melt and termination of the operation of PHET.

Толщина ячеек прототипа больше заявляемых, что снижает габаритно-массовые характеристики, а шлаки первых становятся тоньше после сгорания в большей степени, чем заявляемые ячейки, что увеличивает электрическое сопротивление между ячейками и способствует снижению времени работы. The thickness of the cells of the prototype is more than claimed, which reduces the overall mass characteristics, and the slags of the first become thinner after combustion to a greater extent than the claimed cells, which increases the electrical resistance between the cells and helps reduce operating time.

Задачей настоящего изобретения является создание малогабаритных ПГЭТ с длительностью работы до 100 с. Указанная задача решается тем, что в известном устройстве - прототипе, состоящем из разделенных сепаратором анода и катода, выполненных из пиротехнических составов с избытком горючего - анод и избытком окислителя - катод, причем анод, катод и сепаратор содержат в качестве связующего асбест и выполнены с отношением их максимального размера к толщине 20...130, в качестве горючего анод и катод содержат цирконий, в качестве окислителя анод содержит барий хромовокислый или оксид меди, а катод - оксид меди, сепаратор содержит ионопроводящие в расплавленном виде соли - фторид лития, или фторид щелочноземельного металла, или их смесь. Кроме того, сепаратор может содержать дополнительно оксид циркония до 60% по массе, анод, катод и сепаратор выполнены из пиротехнических составов (зарядов), содержащих в качестве связующего асбест, с отношением их максимального габаритного размера к толщине от 25 до 135, при этом сепаратор представляет собой смесь металлического горючего и окислителя с асбестом при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Металлическое горючее - 14-42
Окислитель - 50-84
Асбест - 2-8
анод выполнен из смеси металлического горючего с асбестом при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Металлическое горючее - 80-98
Асбест - 2-20
катод выполнен из смеси окислителя, соли, металлического горючего и асбеста при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Окислитель - 50,5-80
Фторид лития, или фторид щелочноземельного металла, или смесь фторидов металлов - 15-25
Металлическое горючее - 0,5-19
Асбест - 2-8
в качестве металлического горючего анода, катода и сепаратора взяты магний, или сплав магния с алюминием, или цирконий, или титан, а в качестве окислителя - оксид меди, или пероксид бария, или барий хромовокислый. Катод может содержать дополнительно диоксид циркония в количестве до 20% по массе, анод может быть выполнен из двух пиротехнических составов (двухслойным), каждый состав с избытком горючего при отношении толщины анодных слоев друг к другу от 0,5 до 2,0, при этом анод может содержать дополнительно фторид лития, или фторид щелочноземельного металла, или смесь фторидов металлов в количестве до 45% по массе, сепаратор может содержать дополнительно перхлорат калия в количестве до 15% по массе.The present invention is the creation of small-sized PGET with a duration of up to 100 s. This problem is solved by the fact that in the known device - the prototype, consisting of an anode and a cathode separated by a separator, made of pyrotechnic compositions with an excess of fuel - an anode and an excess of an oxidizing agent - a cathode, and the anode, cathode and separator contain asbestos as a binder and are made with the ratio their maximum size to a thickness of 20 ... 130, the fuel anode and cathode contain zirconium, the anode contains barium chromate or copper oxide as an oxidizing agent, the cathode contains copper oxide, the separator contains ion conductive lennom salt form - of lithium fluoride, or alkaline earth metal fluoride, or a mixture thereof. In addition, the separator may additionally contain zirconium oxide up to 60% by weight, the anode, cathode and separator are made of pyrotechnic compositions (charges) containing asbestos as a binder, with a ratio of their maximum overall size to thickness from 25 to 135, while the separator is a mixture of metal fuel and an oxidizing agent with asbestos in the following ratio of components, wt.%:
Metallic fuel - 14-42
Oxidant - 50-84
Asbestos - 2-8
the anode is made of a mixture of metal fuel with asbestos in the following ratio of components, wt.%:
Metallic fuel - 80-98
Asbestos - 2-20
the cathode is made of a mixture of an oxidizing agent, salt, metallic fuel and asbestos in the following ratio of components, wt.%:
Oxidant - 50.5-80
Lithium fluoride, or alkaline earth metal fluoride, or a mixture of metal fluorides - 15-25
Metallic fuel - 0.5-19
Asbestos - 2-8
Magnesium, or an alloy of magnesium with aluminum, or zirconium, or titanium was taken as a metal fuel anode, cathode, and separator, and copper oxide, or barium peroxide, or barium chromate, as an oxidizing agent. The cathode may additionally contain zirconium dioxide in an amount up to 20% by weight, the anode can be made of two pyrotechnic compositions (two-layer), each composition with an excess of fuel at a ratio of the thickness of the anode layers to each other from 0.5 to 2.0, while the anode may additionally contain lithium fluoride, or alkaline earth metal fluoride, or a mixture of metal fluorides in an amount up to 45% by weight, the separator may additionally contain potassium perchlorate in an amount up to 15% by weight.

Основными отличиями заявляемого устройства от прототипа является выполнение сепаратора из пиротехнического состава, иное отношение максимального габаритного размера (диаметра) анода, катода и сепаратора к их толщине и новые рецептурные решения всех элементов. The main differences of the claimed device from the prototype is the implementation of the separator from the pyrotechnic composition, a different ratio of the maximum overall size (diameter) of the anode, cathode and separator to their thickness and new prescription solutions for all elements.

Выполнение сепаратора из пиротехнического состава обеспечивает минимальное время задержки от момента инициирования до достижения максимального значения силы тока, так как выделившееся при сгорании тепло передается непосредственно в анод и катод, контактирующие с сепаратором. Заявляемая рецептура обеспечивает выделение тепла в количестве, исключающем возможность перегрева, замыканий, подкороток и других негативных явлении, и, соответственно, оптимальный режим протекания окислительно-восстановительных процессов между пространственно разделенными анодом и катодом в течение длительного времени (генерирование тока до 100 с). Введение дополнительного окислителя (перхлората калия) в сепаратор улучшает его ионную проводимость благодаря образующемуся при сгорании хлориду калия. The implementation of the separator from the pyrotechnic composition provides a minimum delay time from the moment of initiation to reaching the maximum value of the current strength, since the heat released during combustion is transferred directly to the anode and cathode in contact with the separator. The inventive formulation provides heat in an amount excluding the possibility of overheating, short circuits, short circuits, and other negative phenomena, and, accordingly, the optimal mode of the occurrence of redox processes between the spatially separated anode and cathode for a long time (current generation up to 100 s). The introduction of an additional oxidizing agent (potassium perchlorate) into the separator improves its ionic conductivity due to the formation of potassium chloride during combustion.

При соотношении максимальных габаритных размеров анода, катода и сепаратора к их толщине менее 25 снижаются выходные параметры ячеек и батарей из-за роста габаритных размеров элементов (высоты) и внутреннего сопротивления ПГЭТ. При соотношении более 135 - изделия становятся нетехнологичными, что снижает стабильность характеристик. Заявленное соотношение размеров обеспечивает минимальные габариты изделия, практически одновременный прогрев всех элементов непосредственно в волне горения, что обеспечивает быстродействие ПГЭТ и стабильность характеристик. When the ratio of the maximum overall dimensions of the anode, cathode and separator to their thickness is less than 25, the output parameters of the cells and batteries are reduced due to an increase in the overall dimensions of the elements (height) and the internal resistance of the PSET. With a ratio of more than 135 - the products become low-tech, which reduces the stability of the characteristics. The claimed size ratio provides the minimum dimensions of the product, almost simultaneous heating of all elements directly in the combustion wave, which ensures the speed of the PSET and the stability of the characteristics.

Магний, сплав магния с алюминием, цирконий и титан являются горючими в сепараторе и катоде и активным анодным материалом. Введение металлического горючего в катод способствует повышению стабильности характеристик ПГЭТ, прежде всего - времени выхода на рабочий режим и длительности работы. Magnesium, an alloy of magnesium with aluminum, zirconium and titanium are combustible in the separator and cathode and anode active material. The introduction of metallic fuel into the cathode helps to increase the stability of the characteristics of PHET, first of all, the time to reach the operating mode and the duration of operation.

Оксид меди, пероксид бария и барий хромовокислый выполняют функции окислителя и активного материала катода. Фториды лития, магния, кальция, стронция, бария и их смеси при сгорании сепаратора и пиротехнических электродов обеспечивают вместе с продуктами их сгорания ионную проводимость между анодом и катодом при низком электрическом сопротивлении во время работы ПГЭТ, оптимизируют тепловой режим, стабилизируют процессы горения (тепловыделения) и генерирования тока. Copper oxide, barium peroxide and barium chromate serve as oxidizing agents and active cathode materials. The fluorides of lithium, magnesium, calcium, strontium, barium and their mixtures during combustion of the separator and pyrotechnic electrodes together with the products of their combustion provide ionic conductivity between the anode and cathode at low electrical resistance during operation of the thermoelectric generator, optimize the thermal regime, stabilize combustion processes (heat release) and generating current.

В заявляемом устройстве асбест является связующим. Он также принимает активное участие в токообразующих процессах благодаря термохимическому воздействию на него продуктов сгорания сепаратора, анода и катода. Совместно с фторидами, двуокисью циркония и продуктами сгорания сепаратора он обеспечивает ионную проводимость между анодом и катодом в течение 100 с. В анодном электроде асбест дополнительно выполняет функции окислителя. In the inventive device, asbestos is a binder. He also takes an active part in current-forming processes due to the thermochemical effect on it of the combustion products of the separator, anode and cathode. Together with fluorides, zirconium dioxide and the products of combustion of the separator, it provides ionic conductivity between the anode and cathode for 100 s. Asbestos additionally acts as an oxidizing agent in the anode electrode.

Выполнение анода из двух пиротехнических составов с избытком горючего (двухслойным) увеличивает равномерность распределения температуры по всему объему заявляемого устройства, что стабилизирует характеристики - прежде всего при отрицательных температурах (при задействовании ПГЭТ при температуре окружающей среды до минус 60^oC).The execution of the anode of two pyrotechnic compositions with an excess of fuel (two-layer) increases the uniformity of the temperature distribution throughout the entire volume of the claimed device, which stabilizes the characteristics - especially at low temperatures (when using PHET at ambient temperature up to minus 60 ^o C).

Заявляемый ПГЭТ представляет собой элементарную электрохимическую ячейку (фиг. 1), в которой анод 1, катод 5 и сепаратор 2 выполнены с отношением их максимального габаритного размера к толщине от 25 до 155 и размещены между металлическими токоотводами 4 и 6. The inventive PGET is an elementary electrochemical cell (Fig. 1), in which the anode 1, cathode 5 and separator 2 are made with a ratio of their maximum overall size to thickness from 25 to 155 and are placed between metal down conductors 4 and 6.

Сепаратор 2 представляет собой смесь металлического горючего и окислителя с асбестом при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Металлическое горючее - 14-42
Окислитель - 50-84
Асбест - 2-8
анод 1 выполнен из смеси металлического горючего и асбеста при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Металлическое горючее - 80-98
Асбест - 2-20.The separator 2 is a mixture of metal fuel and an oxidizing agent with asbestos in the following ratio of components, wt.%:
Metallic fuel - 14-42
Oxidant - 50-84
Asbestos - 2-8
the anode 1 is made of a mixture of metal fuel and asbestos in the following ratio of components, wt.%:
Metallic fuel - 80-98
Asbestos - 2-20.

или двухслойным, причем каждый анодный слой выполнен из состава с избытком металлического горючего. or two-layer, with each anode layer made of a composition with an excess of metallic fuel.

Катод 3 выполнен из смеси окислителя, соли, металлического горючего и асбеста при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Окислитель - 50,5-80
Фторид лития, или фторид щелочноземельного металла, или смесь фторидов металлов - 15-25
Металлическое горючее - 0,5-19
Асбест - 2-8
В качестве металлического горючего взяты магний, или сплав магния с алюминием, или цирконий, или титан, а в качестве окислителя - оксид меди, или пероксид бария, или барий хромовокислый. Катод может содержать дополнительно диоксид циркония в количестве до 20% по массе. Анод может быть выполнен из двух пиротехнических составов, каждый с избытком горючего при отношении толщины анодных слоев (элементов) друг к другу от 0,5 до 2,0, причем анод может содержать фторид лития, или фторид щелочноземельного металла, или смесь фторидов металлов в количестве до 45% по массе. Сепаратор может, содержать дополнительно перхлорат калия в количестве до 15%.The cathode 3 is made of a mixture of oxidizing agent, salt, metallic fuel and asbestos in the following ratio of components, wt.%:
Oxidant - 50.5-80
Lithium fluoride, or alkaline earth metal fluoride, or a mixture of metal fluorides - 15-25
Metallic fuel - 0.5-19
Asbestos - 2-8
Magnesium, or an alloy of magnesium with aluminum, or zirconium, or titanium was taken as the metal fuel, and copper oxide, or barium peroxide, or barium chromate, as the oxidizing agent. The cathode may additionally contain zirconia in an amount up to 20% by weight. The anode can be made of two pyrotechnic compositions, each with an excess of fuel with a ratio of the thickness of the anode layers (elements) to each other from 0.5 to 2.0, and the anode can contain lithium fluoride, or alkaline earth metal fluoride, or a mixture of metal fluorides in amount up to 45% by weight. The separator may optionally contain up to 15% potassium perchlorate.

Заявляемый ПГЭТ может быть выполнен также в виде батареи - набора заявляемых устройств, соединенных последовательно - фиг. 2. The inventive PGET can also be made in the form of a battery — a set of inventive devices connected in series — FIG. 2.

Пиротехнический генератор электрического тока работает следующим образом: от воспламенительного импульса загорается и сгорает сепаратор 2. Благодаря конструкции ПГЭТ и рецептуре электродов и сепаратора уже в момент воспламенения последнего начинается перенос электронов по внешней цепи от металлического горючего в аноде 1 через анодный токоотвод 6, нагрузку (сопротивление) 5, катодный токоотвод 4 к окислителю в катоде 3. Движение заряженных частиц обусловлено электрохимическим окислением пространственно разделенных горючего в аноде и электрохимическим восстановлением окислителя в катоде и контактом названных реагентов с ионопроводящим электролитом, функции которого выполняют продукты сгорания сепаратора, анода и катода. The pyrotechnic electric current generator works as follows: separator 2 lights up and burns from the ignition pulse. Thanks to the design of the PGET and the formulation of the electrodes and the separator, already at the moment of ignition of the latter, the transfer of electrons through the external circuit from the metal fuel in anode 1 through the anode collector 6 begins, the load ) 5, the cathode current collector 4 to the oxidizer in the cathode 3. The movement of charged particles is due to the electrochemical oxidation of spatially separated fuel in the anode and electrochemical reduction of the oxidizing agent in the cathode and the contact of these reagents with an ion-conducting electrolyte, the functions of which are performed by the products of combustion of the separator, anode and cathode.

Незначительная толщина всех элементов электрохимической ячейки (ПГЭТ), отсутствие инертного материала между анодом и катодом обеспечивают быстродействие заявляемого устройства и минимальные значения внутреннего сопротивления во время работы, что увеличивает ЭДС и напряжение, а также время работы. The insignificant thickness of all elements of the electrochemical cell (PGET), the absence of inert material between the anode and cathode ensure the speed of the inventive device and the minimum values of internal resistance during operation, which increases the EMF and voltage, as well as the operating time.

Оптимизация конструкции ПГЭТ и рецептур анода, катода и сепаратора произведена на основании лабораторных (стендовых) и натурных испытаний, которые показали высокую эффективность заявляемого объекта. Проверку изобретения проводили на компонентах серийного производства. Optimization of the design of PGET and the formulations of the anode, cathode and separator was carried out on the basis of laboratory (bench) and field tests, which showed the high efficiency of the claimed object. Verification of the invention was carried out on the components of serial production.

Заявляемый ПГЭТ позволяет обеспечить автономное задействование и питание в течение 100 с бортовой аппаратуры, приборов и устройств (мостики накаливания, пироэнергодатчики, микроэлектродвигатели, реле и т.д.), а также систем автоматики различного назначения (пожаротушение, сигнализация, оповещение, блокировка и т.п.). В составе датчиков ПГЭТ может обеспечивать самостоятельное и дистанционное включение средств пожаротушения и оповещения при достижении чувствительным элементом датчика заданной критической температуры, например в складских или производственных пожаро-взрывоопасных помещениях и т.д. The inventive ПГЭТ allows for independent operation and power supply for 100 s of on-board equipment, instruments and devices (incandescent bridges, pyroenergy sensors, microelectric motors, relays, etc.), as well as automation systems for various purposes (fire extinguishing, alarm, warning, blocking, etc. .P.). As part of the sensors, the ПГЭТ can provide independent and remote switching on of fire extinguishing and warning means when the sensor reaches the specified critical temperature, for example, in storage or industrial fire and explosion hazard rooms, etc.

Соотношение компонентов в заявляемых аноде, катоде, сепараторе и прототипе приведено в табл. 1-3 (табл. 1-4 см. в конце описания). The ratio of components in the inventive anode, cathode, separator and prototype are given in table. 1-3 (tab. 1-4 see at the end of the description).

В стендовых испытаниях по схеме, приведенной на рисунке в тексте описания, без корпусов, произведены определения воспламеняемости элементарных ячеек прототипа и заявляемого ПГЭТ, измерения ЭДС (напряжения разомкнутой цепи и на нагрузке 105 кОм), силы тока и напряжения на нагрузке 3,6 Ом, времени выхода на режим и времени работы. Воспламенение пиротехнических электродов и сепараторов производили накаленной спиралью, названные характеристики ПГЭТ регистрировали осциллографом Н-115. Натурные образцы пиротехнических генераторов - изделия в корпусе, устойчивые к воздействию перепада температур, транспортных и эксплуатационных перегрузок, приводили в действие эпектровоспламенителем МБ-2Н. Результаты испытаний приведены в табл. 4. In bench tests according to the scheme shown in the figure in the description text, without enclosures, the flammability of the unit cells of the prototype and the claimed PSET was determined, the EMF measurement (open circuit voltage and a load of 105 kOhm), current strength and voltage at a load of 3.6 Ohms, exit time to the mode and operating time. Ignition of pyrotechnic electrodes and separators was carried out by a glowing spiral, the mentioned characteristics of PHET were recorded by an N-115 oscilloscope. Full-scale samples of pyrotechnic generators - products in the casing, resistant to the effects of temperature extremes, transport and operational overloads, were driven by an MB-2N electric igniter. The test results are given in table. 4.

Сравнительные испытания влияния отношения максимального габаритного размера заявляемого ПГЭТ и прототипа выявили значимое различие в случае многоэлементных изделий (батарей). ПГЭТ - прототип дают вытекание меди из катодных элементов и (или) проплавление токовых коллекторов (металлических дисков, разделяющих ячейки и обеспечивающих их последовательное соединение), что снижает стабильность тока и напряжения и резко уменьшает длительность генерирования тока. Comparative tests of the influence of the ratio of the maximum overall size of the inventive PGET and prototype revealed a significant difference in the case of multi-cell products (batteries). PGET - prototype allows copper to flow out of the cathode elements and / or to melt the current collectors (metal disks that separate the cells and ensure their series connection), which reduces the stability of current and voltage and sharply reduces the duration of current generation.

Результаты испытаний подтверждают высокую эффективность заявляемых изделий. Толщина заявляемых ячеек на 30. ..50% меньше, чем у прототипа, а продукты сгорания дают усадку в 1,5...2 раза меньше, что улучшает удельные характеристики и их стабильность. Многоэлементные батареи ПГЭТ дают в 1.5... 3 раза большее время работы при более стабильных характеристиках. Батареи из двух и более заявляемых устройств, соединенных последовательно, фиг. 2, обеспечивают длительное и стабильное генерирование тока после подачи инициирующего импульса. Чем больше число элементов в батарее, тем меньше время достижения максимального значения параметров, больше длительность работы и меньше скорость снижения характеристик во времени. В частности, десятиэлементная батарея ПГЭТ генерирует так в течение 100 c. The test results confirm the high efficiency of the claimed products. The thickness of the claimed cells is 30. ..50% less than that of the prototype, and the combustion products shrink 1.5 ... 2 times less, which improves the specific characteristics and their stability. Multi-cell batteries PEGET give 1.5 ... 3 times longer battery life with more stable characteristics. Batteries of two or more of the claimed devices connected in series, FIG. 2, provide long-term and stable current generation after the initiation pulse is applied. The larger the number of cells in the battery, the shorter the time to reach the maximum value of the parameters, the longer the operation time and the lower the rate of decline in time. In particular, a ten-cell PHET battery generates this for 100 s.

Изготовление анода, катода и сепаратора для заявляемой конструкции ПГЭТ не требует разработки нового оборудования и переоснащения заводов отрасли. Используемые компоненты широко применяются в пиротехнике, технология формования безопасна, при работе ПГЭТ не происходит выброса экологически вредных продуктов. The manufacture of the anode, cathode and separator for the inventive design of the PGET does not require the development of new equipment and the re-equipment of the plants in the industry. The components used are widely used in pyrotechnics, the molding technology is safe, and environmentally harmful products are not released during the operation of the PSET.

Неизвестный ранее комплекс характеристик ПГЭТ и батарей на их основе, обеспечивающий надежное функционирование (не менее 0.979 при доверительной вероятности 0.9) обусловлен именно заявляемой конструкцией ПГЭТ - применением сепаратора в виде пиротехнического состава, рецептурой, размерами и взаимным расположением анода, катода и сепаратора. Кроме того, конструкция заявляемого устройства обеспечивает гарантийный срок не менее 10...15 лет при температуре хранения и эксплуатации от +50 до минус 50^oC.The previously unknown set of characteristics of PHET and batteries based on them, which ensures reliable operation (at least 0.979 with a confidence level of 0.9) is due to the claimed design of PHET - the use of a separator in the form of a pyrotechnic composition, recipe, size and relative position of the anode, cathode and separator. In addition, the design of the claimed device provides a warranty period of at least 10 ... 15 years at a storage and operating temperature from +50 to minus 50 ^o C.

Claims

1. Pyrotechnic electric current generator (PGET), consisting of an anode and a cathode separated by a separator, made of pyrotechnic compositions, and down conductors, wherein the anode, cathode and separator contain asbestos as a binder, characterized in that the anode, cathode and separator are made with the ratio their maximum overall size to a thickness of 25 to 135, while the separator is a mixture of metal fuel and an oxidizing agent with asbestos in the following ratio of components, wt.%:
Metallic fuel - 14 - 42
Oxidant - 50 - 84
Asbestos - 2 - 8
the anode is made of a mixture of metal fuel and asbestos in the following ratio of components, wt.%:
Metallic fuel - 80 - 98
Asbestos - 2 - 20
the cathode is made of a mixture of an oxidizing agent, salt, metallic fuel and asbestos in the following ratio of components, wt.%:
Oxidant - 50.5 - 80
Lithium fluoride, or alkaline earth metal fluoride, or a mixture of metal fluorides - 15 - 25
Metallic fuel - 0.5 - 19
Asbestos - 2 - 8
2. PGET according to claim 1, characterized in that magnesium, or an alloy of magnesium with aluminum, or zirconium, or titanium is taken as the metal fuel, and copper oxide, barium peroxide, or barium chromate are used as the oxidizing agent.

3. PGET according to claim 1 or 2, characterized in that the cathode additionally contains zirconia in an amount up to 20% by weight.

4. PGET according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the anode is made of two pyrotechnic compositions (two-layer), each composition is in excess of fuel, and the anode may additionally contain lithium fluoride, or alkaline earth metal fluoride, or a mixture of metal fluorides in an amount up to 45% by weight.

5. PGET according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the separator additionally contains potassium perchlorate in an amount up to 15% by weight.