RU2332637C2 - Pyrotechnic generator - Google Patents
Pyrotechnic generator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2332637C2 RU2332637C2 RU2005130471/02A RU2005130471A RU2332637C2 RU 2332637 C2 RU2332637 C2 RU 2332637C2 RU 2005130471/02 A RU2005130471/02 A RU 2005130471/02A RU 2005130471 A RU2005130471 A RU 2005130471A RU 2332637 C2 RU2332637 C2 RU 2332637C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- generator according
- electrolyte material
- anode
- separator
- cathode
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y02E60/12—
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к устройствам, преобразующим химическую энергию в электрическую, в частности к резервным источникам тока одноразового действия. В настоящее время такие источники нашли самое широкое применение от аварийного электроснабжения энергоемких агрегатов до импульсных источников тока для микроэлектронных схем, используемых в различных автономных системах автоматического управления, оповещения, блокировки, пожаротушения, сигнализации и т.д. Как правило, в таких автономных системах используются резервные источники тока, активируемые пиротехническими нагревателями, в силу их приемлемого быстродействия и дополнительной мощности, отдаваемой ячейкой при повышенных температурах. Такие резервные источники тока, так же называемые пиротехническими генераторами, в первую очередь могут использоваться в гибридных автоматических системах и устройствах, содержащих цепочку: резервный источник - микроэлектронный таймер - исполнительный механизм. Указанные пиротехнические генераторы могут применяться, например, в капсюлях-детонаторах для короткозамедленного взрывания, где требуется высокая точность подрыва, в детонационных реле и т.д. Как правило, микроэлектронные таймеры, входящие в эти устройства, отсчитывают время с точностью, которая значительно (до нескольких порядков) превышает временную точность запуска пиротехнических генераторов этих устройств, поэтому общая точность работы полностью определяется точностью запуска пиротехнических генераторов.The present invention relates to devices that convert chemical energy into electrical energy, in particular to standby current sources of one-time action. Currently, such sources have found the widest application from emergency power supply of energy-consuming units to pulsed current sources for microelectronic circuits used in various autonomous systems of automatic control, warning, blocking, fire extinguishing, alarm, etc. Typically, in such autonomous systems, redundant current sources are used, activated by pyrotechnic heaters, due to their acceptable speed and additional power given by the cell at elevated temperatures. Such backup current sources, also called pyrotechnic generators, can primarily be used in hybrid automatic systems and devices containing a chain: a backup source - a microelectronic timer - an actuator. These pyrotechnic generators can be used, for example, in detonator capsules for short-delayed blasting, where high accuracy of detonation is required, in detonation relays, etc. As a rule, microelectronic timers included in these devices count time with an accuracy that significantly (up to several orders of magnitude) exceeds the temporal accuracy of starting pyrotechnic generators of these devices, therefore, the overall accuracy is completely determined by the accuracy of starting pyrotechnic generators.
Известны тепловые батареи [1], активируемые пиронагревателями и работающие на расплавленном электролите LiCl-KCl, изначально размещенном между анодом и катодом. Применяются такие батареи, например, в качестве высокоэнергетических источников питания в аппаратуре для зондирования недр Земли и атмосферы. Основным недостатком таких устройств является достаточно длинный период запуска, обусловленный самой конструкцией батареи. В такой конструкции пиротехнический состав, хотя и контактирует с анодом и катодом, но фронт его горения распространяется вдоль указанных элементов, разогревая их по мере его продвижения. Время запуска таких батарей составляет от единиц до десятков секунд. Так, например, подобная батарея фирмы "Sandia" (США) [2] имеет время запуска 4,4 секунды.Thermal batteries [1] are known that are activated by pyroheaters and operating on a molten LiCl-KCl electrolyte, initially placed between the anode and cathode. Such batteries are used, for example, as high-energy power sources in equipment for sensing the bowels of the Earth and the atmosphere. The main disadvantage of such devices is a rather long launch period, due to the very design of the battery. In this design, the pyrotechnic composition, although it is in contact with the anode and cathode, but the front of its combustion propagates along these elements, heating them as it moves. The starting time of such batteries is from units to tens of seconds. So, for example, a similar battery company "Sandia" (USA) [2] has a startup time of 4.4 seconds.
Наиболее близким техническим решением - прототипом для заявленного устройства является пиротехнический генератор электрического тока, в котором и катод, и анод совмещены с электролитным материалом и выполнены в виде пиротехнических зарядов, разделенных сепаратором и имеющих с противоположных сторон контактные металлические пластины [3]. При этом анод выполнен из пиротехнического состава Zr/BaCrO4, CuO с избытком горючего, катод из Zr/CuO с избытком окислителя, а сепаратор выполнен из смеси асбеста, фторида лития или (фторида) щелочно-земельного металла. Максимальная электродвижущая сила у такого пиротехнического генератора достигается за время, не превышающее 50-100 миллисекунд, а максимум отдаваемого тока - за 200±50 миллисекунд с момента начала его работы. Такое существенное уменьшение периода запуска пиротехнического генератора по сравнению с тепловыми батареями достигается за счет использования, в качестве активирующего реагента, продуктов горения электродов, которые поступают в сепаратор под действием капиллярных сил и незначительного избыточного давления в зоне горения электродов.The closest technical solution - a prototype for the claimed device is a pyrotechnic electric current generator, in which both the cathode and anode are combined with electrolyte material and made in the form of pyrotechnic charges separated by a separator and having contact metal plates on opposite sides [3]. In this case, the anode is made of a pyrotechnic composition of Zr / BaCrO 4 , CuO with an excess of fuel, the cathode of Zr / CuO with an excess of oxidizing agent, and the separator is made of a mixture of asbestos, lithium fluoride or (alkali earth metal fluoride). The maximum electromotive force of such a pyrotechnic generator is achieved in a time not exceeding 50-100 milliseconds, and the maximum of the output current is 200 ± 50 milliseconds from the moment of its operation. Such a significant reduction in the start-up period of the pyrotechnic generator compared to thermal batteries is achieved by using, as an activating reagent, the products of combustion of the electrodes, which enter the separator under the action of capillary forces and a slight excess pressure in the zone of burning of the electrodes.
Характеристики известных пиротехнических генераторов существенно ограничивают область их применения. Например, вышеуказанный пиротехнический генератор вовсе неприемлем для использования в миниатюрных устройствах повышенной точности, например, таких как короткозамедленные капсюли-детонаторы гражданского назначения. В подобных устройствах пиротехнический генератор не должен превышать габаритные размеры 5×5×15 миллиметров и иметь точность запуска не хуже от ±0,5 до ±5 миллисекунд. Кроме того, учитывая массовость производства подобных изделий, способ их сборки должен соответствовать устоявшейся технологии, применяемой в данной отрасли, то есть соосному послойному прессованию сыпучих материалов в трубки круглого сечения.The characteristics of the known pyrotechnic generators significantly limit their scope. For example, the above pyrotechnic generator is completely unacceptable for use in miniature devices of high accuracy, for example, such as short-delayed civilian detonator capsules. In such devices, the pyrotechnic generator should not exceed the overall dimensions of 5 × 5 × 15 millimeters and have a trigger accuracy of no worse than ± 0.5 to ± 5 milliseconds. In addition, given the mass production of such products, the method of assembly must comply with the established technology used in this industry, that is, coaxial layer-by-layer pressing of bulk materials into circular tubes.
Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по миниатюризации пиротехнических генераторов (далее - пирогенераторов) при повышении их мощности, а так же на увеличение их точности срабатывания за счет ускорения запуска. Указанная задача направлена на создание закрытого с одной стороны корпуса, обеспечивающего быстрое продвижение ионопроводящей субстанции к сепаратору за счет повышенного давления, образующегося при термохимических превращениях электролитного материала, и на применение других исходных материалов для изготовления нагревателя, электролитного материала, анода, сепаратора, катода, и наличие в них пор и/или дырок и/или по крайней мере одной дырки и/или одного углубления, заполненных электролитным материалом и/или материалом сепаратора.The present invention is aimed at solving the technical problem of miniaturization of pyrotechnic generators (hereinafter referred to as pyrogen generators) while increasing their power, as well as increasing their accuracy of operation due to accelerated launch. This task is aimed at creating a case closed on one side, which ensures the rapid advancement of the ion-conducting substance to the separator due to the increased pressure generated during thermochemical transformations of the electrolyte material, and the use of other starting materials for the manufacture of a heater, electrolyte material, anode, separator, cathode, and the presence in them of pores and / or holes and / or at least one hole and / or one recess filled with electrolyte material and / or separator material.
Достигаемый при этом технический результат заключается в ускорении запуска пирогенераторов и тем самым в увеличении временной точности срабатывания устройств, в которых они применяются.The technical result achieved in this case is to accelerate the start of the pyro-generators and thereby increase the time accuracy of the operation of the devices in which they are used.
Указанный технический результат для устройства достигается тем, что в пиротехническом генераторе, содержащем нагреватель, электролитный материал, два контакта, один из которых является корпусом, подсоединенные к гальванической ячейке, состоящей из разделенных сепаратором анода и катода, электролитный материал запрессован в корпус к нагревателю у днища корпуса, а гальваническая ячейка припрессована к электролитному материалу. При этом нагреватель может являться составной частью электролитного материала, а анод или катод могут так же являться составной частью электролитного материала.The specified technical result for the device is achieved by the fact that in the pyrotechnic generator containing the heater, electrolyte material, two contacts, one of which is a casing connected to a galvanic cell consisting of an anode and a cathode separated by a separator, the electrolyte material is pressed into the casing to the heater near the bottom cases, and the galvanic cell is pressed to the electrolyte material. In this case, the heater may be an integral part of the electrolyte material, and the anode or cathode may also be an integral part of the electrolyte material.
Указанные признаки взаимосвязаны и формируют неразрывную совокупность существенных признаков, достаточную для получения требуемого технического результата.These features are interrelated and form an inextricable set of essential features sufficient to obtain the desired technical result.
Настоящее изобретение поясняется конкретными примерами, которые не являются единственными, но наглядно демонстрируют возможность достижения требуемого технического результата.The present invention is illustrated by specific examples, which are not unique, but clearly demonstrate the ability to achieve the desired technical result.
На фиг.1 - пирогенератор, первый пример исполнения (электролитный материал, анод, сепаратор и катод пористые);Figure 1 - pyrogenerator, the first example of execution (electrolyte material, anode, separator and cathode porous);
фиг.2 - пирогенератор, второй пример исполнения (электролитный материал, анод и катод дырчатые, сепаратор пористый);figure 2 - pyrogenerator, the second example of execution (electrolyte material, the anode and cathode hole, the separator is porous);
фиг.3 - пирогенератор, третий пример исполнения (к электролитному материалу припрессован катод);figure 3 - pyrogenerator, the third example of execution (cathode is pressed onto the electrolyte material);
фиг.4 - пирогенератор, четвертый пример исполнения (сепаратор и катод отделены от корпуса изолирующей вставкой);figure 4 - pyrogenerator, the fourth example of execution (the separator and the cathode are separated from the housing by an insulating insert);
фиг.5 - пирогенератор, пятый пример исполнения (анод выполнен в виде дырчатой перегородки из металла);figure 5 - pyrogenerator, the fifth example of execution (the anode is made in the form of a perforated septum made of metal);
фиг.6 - пирогенератор, шестой пример исполнения (анод и электролитный материал совмещены);6 is a pyrogenerator, a sixth embodiment (the anode and electrolyte material are combined);
фиг.7 - пирогенератор, седьмой пример исполнения (катод и электролитный материал совмещены);Fig.7 - pyrogenerator, the seventh embodiment (cathode and electrolyte material combined);
фиг.8 - пирогенератор, восьмой пример исполнения (электролитный материал и пиротехнический состав совмещены);Fig. 8 shows a pyrogenerator, an eighth embodiment (electrolyte material and pyrotechnic composition are combined);
фиг.9 - пирогенератор, девятый пример исполнения (электролитный материал, пиротехнический состав и анод совмещены);Fig.9 - pyrogenerator, the ninth example of execution (electrolyte material, pyrotechnic composition and the anode combined);
фиг.10 - пирогенератор, десятый пример исполнения (электролитный материал, пиротехнический состав и катод совмещены);figure 10 - pyrogenerator, the tenth example of execution (electrolyte material, pyrotechnic composition and cathode combined);
фиг.11 - пирогенератор, одиннадцатый пример исполнения (анод имеет чашеобразную форму с отверстием в центре, отверстие в аноде заполнено материалом сепаратора, а в чашеобразный анод частично запрессована изолирующая вставка);11 - pyrogenerator, the eleventh embodiment (the anode has a cup-shaped shape with a hole in the center, the hole in the anode is filled with separator material, and an insulating insert is partially pressed into the cup-shaped anode);
фиг.12 - пирогенератор, двенадцатый пример исполнения (один из контактов пирогенератора выполнен в виде запрессованного в изолирующую вставку металлического порошка, в качестве другого контакта используется металлический корпус пирогенератора);Fig - pyrogenerator, the twelfth example of execution (one of the contacts of the pyrogenerator is made in the form of a metal powder pressed into the insulating insert, the metal housing of the pyrogenerator is used as the other contact);
фиг.13 - пирогенератор, тринадцатый пример исполнения (анод имеет чашеобразную форму с отверстием в центре, отверстие в аноде заполнено электролитным материалом, один из контактов пирогенератора выполнен в виде токопроводящего покрытия, нанесенного на внутреннюю поверхность изолирующей вставки, или в виде тонкостенной токопроводящей трубки, запрессованной в изолирующую вставку, в качестве другого контакта используется металлический корпус пирогенератора);Fig - pyrogenerator, the thirteenth example of execution (the anode has a cup-shaped shape with a hole in the center, the hole in the anode is filled with electrolyte material, one of the contacts of the pyrogenerator is made in the form of a conductive coating deposited on the inner surface of the insulating insert, or in the form of a thin-walled conductive tube, pressed into the insulating insert, the metal casing of the pyrogenerator is used as another contact);
фиг.14 - пирогенератор, четырнадцатый пример исполнения (в аноде и сепараторе есть по крайней мере одно отверстие, заполненное электролитным материалом, а в катоде есть углубление, заполненное электролитным материалом);Fig - pyrogenerator, fourteenth example of execution (in the anode and the separator there is at least one hole filled with electrolyte material, and in the cathode there is a recess filled with electrolyte material);
фиг.15 - пирогенератор, пятнадцатый пример исполнения (в аноде и электролитном материале есть отверстие, заполненное материалом сепаратора, а в пиротехническом составе есть углубление, заполненное материалом сепаратора);Fig - pyrogenerator, the fifteenth example of execution (in the anode and electrolyte material there is a hole filled with separator material, and in the pyrotechnic composition there is a recess filled with separator material);
фиг.16 - пирогенератор, шестнадцатый пример исполнения (в аноде есть отверстие и углубление, заполненные материалом сепаратора, а в электролитном материале есть углубление, заполненное материалом сепаратора).Fig. 16 shows a pyrogenerator, a sixteenth embodiment example (there is a hole and a recess in the anode filled with separator material, and in the electrolyte material there is a recess filled with separator material).
Согласно настоящему изобретению пирогенератор представляет собой устройство, принцип действия которого основан на преобразовании химической энергии в электрическую в гальванической ячейке, содержащей анод, сепаратор с электролитом и катод, после активации.According to the present invention, the pyrogenerator is a device, the principle of which is based on the conversion of chemical energy into electrical energy in a galvanic cell containing an anode, a separator with an electrolyte and a cathode, after activation.
Ускорение запуска достигается тем, что по электролитному материалу, находящемуся в закрытой камере, соединенной каналами (в виде пор и/или дырок и/или по крайней мере одного отверстия) с сепаратором гальванической ячейки, наносится тепловой удар от нагревателя, например пиротехнического состава, в результате чего электролитный материал, вскипая, разлагаясь, реагируя, распадаясь, выделяет жидкопарогазовую ионопроводящую субстанцию, которая под действием возникающего в камере повышенного давления быстро заполняет сепаратор, и активирует гальваническую ячейку. В качестве электролитного материала могут использоваться так называемые капиллярные или пористые или ионообменные мембраны, в капиллярах или порах которых содержится жидкий электролит, сухие смеси из электролитных солей и микрокапсул с водой, кристаллогидраты, кислоты и их соли, полимерные материалы, взрывчатые вещества, а так же смеси вышеперечисленных материалов.The acceleration of the start is achieved by the fact that the electrolyte material located in a closed chamber connected by channels (in the form of pores and / or holes and / or at least one hole) with a separator of a galvanic cell is subjected to heat shock from a heater, for example, a pyrotechnic composition, in As a result, the electrolyte material, boiling, decomposing, reacting, disintegrating, releases a liquid-gas ion-conducting substance, which quickly fills the separator under the action of the increased pressure in the chamber, and activates galvanic cell. As the electrolyte material, so-called capillary or porous or ion-exchange membranes can be used, in the capillaries or pores of which there is a liquid electrolyte, dry mixtures of electrolyte salts and microcapsules with water, crystalline hydrates, acids and their salts, polymeric materials, explosives, as well as mixtures of the above materials.
Повышенное давление в закрытой камере формируется за счет изменения агрегатного или химического состояния электролитного материала при нагревании. Под действием тепла электролитный материал может испаряться, кипеть, гореть, реагировать, разлагаться, взрываться. Под действием тепла электролитный материал переводится в жидкопарогазовое состояние с кислыми или основными свойствами, в котором электролитный материал содержит от 3 до 97 весовых процентов ионопроводящей фазы и от 97 до 3 весовых процентов инертной фазы.The increased pressure in the closed chamber is formed due to a change in the aggregate or chemical state of the electrolyte material when heated. Under the influence of heat, the electrolyte material can evaporate, boil, burn, react, decompose, explode. Under the action of heat, the electrolyte material is converted to a liquid-gas state with acidic or basic properties, in which the electrolyte material contains from 3 to 97 weight percent of the ion-conducting phase and from 97 to 3 weight percent of the inert phase.
Время запуска, то есть время нарастания мощности и напряжения от нуля до номинального значения, у таких пирогенераторов, в зависимости от их конструкции, колеблется от 1 до 10 миллисекунд, что позволяет запускать электронные таймеры с точностью от ±0,8 до ±5 миллисекунд. Кроме того, в начальный период работы такие пирогенераторы обладают максимальной мощностью за счет расходования не только химической, а так же тепловой и кинетической энергии ионопроводящей субстанции. После остановки движения последней мощность пирогенератора, по мере его остывания, равномерно снижается до обычных характеристик данной гальванической ячейки, и в этом режиме устройство может работать от нескольких минут до нескольких дней, в зависимости от применяемых в гальванической ячейке материалов.The start-up time, that is, the rise time of power and voltage from zero to the nominal value, in such pyrogenerators, depending on their design, ranges from 1 to 10 milliseconds, which allows you to start electronic timers with an accuracy of ± 0.8 to ± 5 milliseconds. In addition, in the initial period of operation, such pyrogenerators have maximum power due to the consumption of not only chemical, but also thermal and kinetic energy of the ion-conducting substance. After stopping the movement of the latter, the power of the pyrogenerator, as it cools, uniformly decreases to the usual characteristics of this galvanic cell, and in this mode the device can work from several minutes to several days, depending on the materials used in the galvanic cell.
В пирогенераторе структурные элементы его конструкции, то есть электролитный материал и/или анод и/или катод и/или сепаратор могут быть выполнены пористыми и/или дырчатыми и/или по крайней мере с одним отверстием и/или с углублением.In a pyrogenerator, structural elements of its construction, that is, an electrolyte material and / or anode and / or cathode and / or separator, can be made porous and / or perforated and / or with at least one hole and / or with a recess.
Например, в пирогенераторе, содержащем металлический стаканообразный корпус с нагревателем и электролитным материалом, два контакта (один из которых является корпусом), разделенные с одной стороны изолирующей вставкой, а с другой гальванической ячейкой, состоящей из анода, сепаратора и катода, электролитный материал выполнен пористым и/или дырчатым и/или по крайней мере с одним отверстием и/или с углублением и запрессован в корпус у закрытого конца с обеспечением контакта с нагревателем, а к этому электролитному материалу припрессована гальваническая ячейка, состоящая из пористого и/или дырчатого и/или по крайней мере с одним отверстием и/или с углублением анода, пористого и/или дырчатого и/или по крайней мере с одним отверстием сепаратора, пористого и/или дырчатого и/или по крайней мере с одним отверстием и/или углублением катода.For example, in a pyrogenerator containing a metal cup-shaped housing with a heater and electrolyte material, two contacts (one of which is the housing), separated on one side by an insulating insert, and on the other by a galvanic cell consisting of an anode, separator and cathode, the electrolyte material is made porous and / or with a hole and / or with at least one hole and / or with a recess and pressed into the housing at the closed end to ensure contact with the heater, and pressed to this electrolyte material a galvanic cell consisting of a porous and / or hole and / or at least one hole and / or with a recess of the anode, porous and / or hole and / or at least one hole of a separator, porous and / or hole and / or with at least one hole and / or recess of the cathode.
Пирогенератор включает в себя металлический корпус с нагревателем и электролитным материалом, два контакта, разделенные с одной стороны изолирующей вставкой, а с другой гальванической ячейкой, состоящей из анода, сепаратора и катода. В качестве одного из электрических контактов пирогенератора используется металлический корпус пирогенератора, а в качестве другого электрического контакта может быть использована металлическая пластина, припрессованная к катоду (аноду), или внутренняя поверхность изолирующей вставки, покрытая токопроводящим материалом, или примыкающая к изолирующей вставке токопроводящая тонкостенная трубка, или металлический порошок, запрессованный в изолирующую вставку.The pyrogenerator includes a metal casing with a heater and electrolyte material, two contacts separated on one side by an insulating insert, and on the other by a galvanic cell consisting of an anode, a separator and a cathode. The metal case of the pyrogenerator is used as one of the electrical contacts of the pyrogenerator, and a metal plate pressed to the cathode (anode), or the inner surface of the insulating insert coated with a conductive material, or a thin-walled conductive tube adjacent to the insulating insert, can be used as another electrical contact. or metal powder pressed into an insulating insert.
Металлический корпус может иметь стаканообразную форму, и отношение высоты корпуса к его наружному диаметру может составлять от 0,05 до 20, а сам наружный диаметр корпуса больше внутреннего в от 1,01 до 2 раз. Первое соотношение объясняется минимальным внутренним диаметром корпуса в 3 мм, в котором еще можно разместить элементы пирогенератора, и максимальной длиной корпуса в 60 мм, которая еще приемлема для изготовления стаканообразного корпуса методом глубокой вытяжки, а так же максимальным (пригодным для практики взрывных работ) диаметром в 210 мм и минимально выполнимым размером длины при этом диаметре 10 мм. Второе соотношение продиктовано жесткостью корпуса при различных внутренних давлениях, зависящих от химикалий, применяемых в электролитном материале.The metal case can have a glass-like shape, and the ratio of the height of the case to its outer diameter can be from 0.05 to 20, and the outer diameter of the case is larger than the internal one by 1.01 to 2 times. The first ratio is explained by the minimum internal diameter of the casing of 3 mm, in which it is still possible to place the elements of the pyrogenerator, and the maximum length of the casing of 60 mm, which is still acceptable for the manufacture of a glass-like casing by deep drawing, as well as the maximum (suitable for blasting) diameter 210 mm and the smallest possible length size with this diameter of 10 mm. The second ratio is dictated by the stiffness of the housing at various internal pressures, depending on the chemicals used in the electrolyte material.
Соотношения толщин запрессованных в корпус пирогенератора элементов предпочтительно выбирать следующие: толщина катода к толщине электролитного материала от 1 до 20, толщина анода к толщине электролитного материала от 0,02 до 17. Первое соотношение получается из условия достаточности электролитного материала для заполнения пор и/или дырок сепаратора и катода жидкопарогазовой субстанцией, второе соотношение определяется случаем с минимально возможной толщиной анода из металла 0,1 мм и разумной толщиной запрессованного слоя электролитного материала в 5 мм, а так же случаем с анодом из порошка металла, запрессованного толщиной 5 мм и минимально возможной, для выполнения, толщины слоя электролита в 0,3 мм.It is preferable to choose the ratio of the thicknesses of the elements pressed into the case of the pyrogenerator: the thickness of the cathode to the thickness of the electrolyte material from 1 to 20, the thickness of the anode to the thickness of the electrolyte material from 0.02 to 17. The first ratio is obtained from the condition that the electrolyte material is sufficient to fill pores and / or holes separator and cathode liquid-gas substance, the second ratio is determined by the case with the smallest possible thickness of the metal anode 0.1 mm and a reasonable thickness of the pressed layer of the electrolyte material is 5 mm, as well as the anode case of a metal powder, pressed 5 mm in thickness and the lowest possible, to perform, the electrolyte layer thickness of 0.3 mm.
Эффективность работы пирогенератора зависит от соотношения площади поперечного сечения пор и/или дырок и/или одной дырки к площади поперечного сечения запрессованных в пирогенератор элементов анода, сепаратора, катода и электролитного материала. С увеличением площади поперечного сечения пор и/или дырок улучшается прохождение жидкопарогазовой субстанции, но уменьшается полезная площадь электродов, что снижает эффективность работы пирогенератора. Эффективность работы пирогенератора остается приемлемой для практики, если площадь поперечного сечения пор и/или дырок и/или одной дырки в электролитном материале, в аноде, в катоде и в сепараторе составляет не менее 0,3% и не более 50% от площади поперечного сечения корпуса по внутреннему диаметру.The efficiency of the pyrogenerator depends on the ratio of the cross-sectional area of the pores and / or holes and / or one hole to the cross-sectional area of the anode, separator, cathode and electrolyte material pressed into the pyrogen generator. With an increase in the cross-sectional area of pores and / or holes, the passage of a liquid-gas-vapor substance improves, but the useful area of the electrodes decreases, which reduces the efficiency of the pyrogen generator. The efficiency of the pyrogenerator remains acceptable for practice if the cross-sectional area of pores and / or holes and / or one hole in the electrolyte material, in the anode, in the cathode and in the separator is not less than 0.3% and not more than 50% of the cross-sectional area cases on the inner diameter.
Корпус может содержать запальное устройство. Запальное устройство может быть выполнено в виде запального отверстия в днище корпуса. Надежность работы пирогенератора зависит от диаметра указанного отверстия. Чем больше запальное отверстие, тем надежнее зажигание пиросостава, но меньше эффективность работы пирогенератора из-за ухода жидкопарогазовой субстанции через поры в шлаке пиросостава в этом отверстии. Опыты показывают, что пирогенераторы с внутренними диаметрами корпусов от 3 мм до 210 мм работают надежно и эффективно, если при использовании высокочувствительных пиросоставов используются диаметры запальных отверстий не менее 0,3 мм, а при использовании малочувствительных не менее 4 мм. Эти опыты позволяют рекомендовать предпочтительное отношение внутреннего диаметра корпуса пирогенератора к диаметру запального отверстия от 1,5 до 700.The housing may include an ignition device. The firing device can be made in the form of a firing hole in the bottom of the housing. The reliability of the pyrogenerator depends on the diameter of the specified hole. The larger the ignition hole, the more reliable the ignition of the pyrocomposition, but the pyrogenerator’s operating efficiency is less due to the escape of the liquid-gas substance through the pores in the pyrocomposition slag in this opening. Experiments show that pyrogenerators with inner case diameters from 3 mm to 210 mm work reliably and efficiently if, when using highly sensitive pyrocompositions, ignition hole diameters of at least 0.3 mm are used, and when using low sensitivity diameters, at least 4 mm. These experiments allow us to recommend the preferred ratio of the inner diameter of the casing of the pyrogenerator to the diameter of the ignition hole from 1.5 to 700.
Сепаратор может быть выполнен из изолирующего и теплоустойчивого волокна, которое выбирается из асбеста, стекла, природного камня, полимеров. Сепаратор может быть выполнен из порошков природного камня. Сепаратор может быть выполнен из порошков SiO2, Al2О3, TiO2 или из их смесей.The separator can be made of insulating and heat-resistant fiber, which is selected from asbestos, glass, natural stone, polymers. The separator can be made of natural stone powders. The separator may be made of powders SiO 2 , Al 2 About 3 , TiO 2 or mixtures thereof.
Изолирующая вставка может быть выполнена из термоустойчивой пластмассы, в которой может содержаться наполнитель в виде стеклянных, асбестовых, каменных и графитовых волокон или их смесей. Изолирующая вставка может быть выполнена в виде пластмассовой трубки. Изолирующая вставка в виде пластмассовой трубки может быть запрессована в корпус пиротехнического генератора и припрессована к сепаратору или аноду (катоду) или к смеси электролитного материала с анодом (катодом) или к смеси пиротехнического состава с электролитным материалом и с анодом (катодом). Изолирующая вставка в виде пластмассовой трубки может быть запрессована в корпус пиротехнического генератора и одним концом запрессована в чашеобразный анод и припрессована к сепаратору. Внутренняя поверхность изолирующей вставки может быть покрыта токопроводящим материалом или к ней может примыкать или быть в нее запрессована токопроводящая тонкостенная трубка, или в нее может быть запрессован металлический порошок.The insulating insert may be made of heat-resistant plastic, which may contain a filler in the form of glass, asbestos, stone and graphite fibers or mixtures thereof. The insulating insert can be made in the form of a plastic tube. An insulating insert in the form of a plastic tube can be pressed into the body of the pyrotechnic generator and pressed to a separator or anode (cathode) or to a mixture of electrolyte material with an anode (cathode) or to a mixture of pyrotechnic composition with an electrolyte material and with an anode (cathode). An insulating insert in the form of a plastic tube can be pressed into the body of the pyrotechnic generator and pressed into the bowl-shaped anode at one end and pressed into the separator. The inner surface of the insulating insert may be coated with a conductive material, or a conductive thin-walled tube may be adjacent to it or pressed into it, or a metal powder may be pressed into it.
Электролитный материал запрессован в корпус у закрытого конца и контактирует с нагревателем, который также может быть и его составной частью, а к нему припрессована гальваническая ячейка, состоящая из анода (катода), сепаратора, катода (анода), причем анод (катод) и электролитный материал может составлять одно целое. Электролитный материал, анод (катод) и сепаратор могут быть запрессованы непосредственно в корпус, а катод (анод) отделен от корпуса изолирующей вставкой. Электролитный материал и анод (катод) могут быть запрессованы непосредственно в корпус, а сепаратор и катод (анод) отделены от корпуса изолирующей вставкой. В обоих случаях корпус является одним из контактов пирогенератора, второй контакт образован проводящим покрытием на внутренней поверхности изолирующей вставки и/или запрессованным в изолирующую вставку металлическим порошком. Электролитный материал может содержать в себе от 30 до 90 весовых процентов анодного (катодного) материала.The electrolyte material is pressed into the housing at the closed end and is in contact with the heater, which can also be its component, and a galvanic cell is pressed to it, consisting of an anode (cathode), a separator, a cathode (anode), and the anode (cathode) and electrolyte the material can be one. The electrolyte material, the anode (cathode) and the separator can be pressed directly into the housing, and the cathode (anode) is separated from the housing by an insulating insert. The electrolyte material and the anode (cathode) can be pressed directly into the housing, and the separator and cathode (anode) are separated from the housing by an insulating insert. In both cases, the housing is one of the contacts of the pyrogenerator, the second contact is formed by a conductive coating on the inner surface of the insulating insert and / or metal powder pressed into the insulating insert. The electrolyte material may contain from 30 to 90 weight percent of the anode (cathode) material.
Анод может быть пористым и/или дырчатым и/или по крайней мере с одним отверстием и/или углублением и содержать или полностью состоять из порошков Mg, Al, Zn, Fe, Cd, Pb, Si или из их смесей. Анод может быть выполнен в виде дырчатой и/или по крайней мере с одним отверстием перегородки из металлов Li, Mg, Al, Zn, Fe, Cd, Pb, Si или из их сплавов. Анод может быть выполнен чашеобразным из металла и иметь по центру отверстие. Диаметр отверстия в аноде в виде перегородки из металла или в чашеобразном аноде может быть меньше наружного диаметра перегородки из металла или чашеобразного анода от 2 до 20 раз. Перегородка из металла может иметь дополнительное углубление вокруг отверстия (со стороны, обращенной к сепаратору), а чашеобразный анод может иметь дополнительное углубление вокруг отверстия (со стороны, обращенной к сепаратору), при этом диаметр углубления в перегородке или в чашеобразном аноде в 1,1-8 раз больше диаметра отверстия. Глубина дополнительного углубления в аноде вокруг отверстия может составлять от 5% до 95% толщины металла анода.The anode may be porous and / or perforated and / or with at least one hole and / or recess and contain or consist entirely of powders of Mg, Al, Zn, Fe, Cd, Pb, Si or mixtures thereof. The anode can be made in the form of a hole and / or with at least one opening of the partition from metals Li, Mg, Al, Zn, Fe, Cd, Pb, Si or from their alloys. The anode can be made bowl-shaped of metal and have a hole in the center. The diameter of the hole in the anode in the form of a partition made of metal or in a cup-shaped anode can be less than 2 to 20 times the outer diameter of the partition made of metal or a cup-shaped anode. The metal partition may have an additional recess around the opening (from the side facing the separator), and the cup-shaped anode may have an additional depression around the hole (from the side facing the separator), while the diameter of the recess in the partition or in the cup-shaped anode is 1.1 -8 times the diameter of the hole. The depth of the additional recess in the anode around the hole can be from 5% to 95% of the thickness of the anode metal.
Катод может содержать или быть полностью выполненным из порошков графита или фторированного углерода (C2Fx)n, или из их смесей.The cathode may contain or be completely made of powders of graphite or fluorinated carbon (C 2 F x ) n , or from mixtures thereof.
Катод и/или электролитный материал может содержать от 3% до 97% деполяризатора катионов в виде окислителя. Окислитель может содержать или полностью состоять из оксидов металлов Mn2O3, Ni2O3, HgO, CuO, Cu2O, V2O5, МоО3, Bi2O3, PbO2, Pb3O4 или из их смесей. Окислитель может содержать или полностью состоять из хлоратов и перхлоратов KClO3, NaClO3, Ва(ClO3)2, MgClO4, KClO4, NaClO4, NH4ClO4 или из их смесей. Окислитель может содержать или полностью состоять из нитратов Ba(NO3)2, KNO3, NH4NO3, Sr(NO3)2, Pb(NO3)2, NaNO3 или из их смесей. Окислитель может содержать или полностью состоять из перманганатов KMnO4, BaMnO4 или из их смесей. Окислитель может содержать или полностью состоять из хроматов K2Cr2O7, CaCrO4, PbCrO4, BaCrO4 или из их смесей. Окислитель может содержать или полностью состоять из пероксидов SrO2, BaO2, Н2O2, CaO2 или из их смесей.The cathode and / or electrolyte material may contain from 3% to 97% of the cation depolarizer in the form of an oxidizing agent. The oxidizing agent may contain or consist entirely of metal oxides Mn 2 O 3 , Ni 2 O 3 , HgO, CuO, Cu 2 O, V 2 O 5 , MoO 3 , Bi 2 O 3 , PbO 2 , Pb 3 O 4 or from mixtures. The oxidizing agent may contain or consist entirely of chlorates and perchlorates KClO 3 , NaClO 3 , Ba (ClO 3 ) 2 , MgClO 4 , KClO 4 , NaClO 4 , NH 4 ClO 4 or mixtures thereof. The oxidizing agent may contain or consist entirely of nitrates Ba (NO 3 ) 2 , KNO 3 , NH 4 NO 3 , Sr (NO 3 ) 2 , Pb (NO 3 ) 2 , NaNO 3, or mixtures thereof. The oxidizing agent may contain or consist entirely of permanganates KMnO 4 , BaMnO 4 or mixtures thereof. The oxidizing agent may contain or consist entirely of chromates K 2 Cr 2 O 7 , CaCrO 4 , PbCrO 4 , BaCrO 4, or mixtures thereof. The oxidizing agent may contain or consist entirely of peroxides SrO 2 , BaO 2 , H 2 O 2 , CaO 2 or mixtures thereof.
Электролитный материал при нагревании, согласно процессам кипения, испарения, горения, разложения, пиролиза, синтеза и взрывного превращения, выделяет жидкопарогазовую ионопроводящую субстанцию с кислыми или основными свойствами.Electrolyte material when heated, according to the processes of boiling, evaporation, combustion, decomposition, pyrolysis, synthesis and explosive transformation, emits a liquid-vapor ion-conducting substance with acidic or basic properties.
Электролитный материал может представлять собой пористую, капиллярную или ионообменную мембрану, в капиллярах или порах которой находится электролит. Электролит может представлять собой раствор HNO3, H2SO4, KОН, NaOH, H2PO4, HCl, HF, NH4Cl или их смеси. Капиллярная мембрана может изготавливаться на основе асбеста, картона и пористых полимерных материалов, таких, как мипласт из поливинилхлоридной смолы, мипор из микропористого эбонита, поровинил и винипор. Ионообменная мембрана может изготавливаться на основе фторированных полимеров с общей формулойThe electrolyte material may be a porous, capillary or ion-exchange membrane, in which there is an electrolyte in the capillaries or pores. The electrolyte may be a solution of HNO 3 , H 2 SO 4 , KOH, NaOH, H 2 PO 4 , HCl, HF, NH 4 Cl, or mixtures thereof. The capillary membrane can be made on the basis of asbestos, cardboard and porous polymeric materials, such as microplast made of polyvinyl chloride resin, microporous microporous ebonite, porovinyl and vinylpore. The ion exchange membrane can be made on the basis of fluorinated polymers with the general formula
Электролитный материал может содержать или полностью состоять из капсул или микрокапсул с жидким электролитом, которые разрушаются при нагреве.The electrolyte material may contain or consist entirely of capsules or microcapsules with liquid electrolyte, which are destroyed by heating.
Электролитный материал может содержать или полностью состоять из смеси водорастворимых электролитных веществ с капсулами или микрокапсулами, содержащими воду и разрушающимися при нагреве.The electrolyte material may contain or consist entirely of a mixture of water-soluble electrolyte substances with capsules or microcapsules containing water and deteriorating upon heating.
Электролитный материал может содержать или полностью состоять из кристаллогидратов солей или из их смесей. При этом кристаллогидраты могут выбираться из LiBr·XH2O, MgCl2·XH2O, Na3PO4·XH2O, CaHPO4·Н2O, Са(Н2PO4)2·Н2O, CaSO4·2H2O, K2С2O4·Н2O, Li2C2O4·XH2O, Li2SO4·H2O, LiOOCH·XH2O, KNaC4H4O6·XH2O, NaH2PO2·H2O, NaOOCCH3·XH2O, Na2B4O7·XH2O, N2H4·H2O.The electrolyte material may contain or consist entirely of crystalline hydrates of salts or mixtures thereof. The crystalline hydrates can be selected from LiBr · XH 2 O, MgCl 2 · XH 2 O, Na 3 PO 4 · XH 2 O, CaHPO 4 · N 2 O, Ca (H 2 PO 4 ) 2 · N 2 O, CaSO 4 · 2H 2 O, K 2 С 2 O 4 · Н 2 O, Li 2 C 2 O 4 · XH 2 O, Li 2 SO 4 · H 2 O, LiOOCH · XH 2 O, KNaC 4 H 4 O 6 · XH 2 O, NaH 2 PO 2 · H 2 O, NaOOCCH 3 · XH 2 O, Na 2 B 4 O 7 · XH 2 O, N 2 H 4 · H 2 O.
Электролитный материал может содержать или полностью состоять из твердых кислот или из их смесей. При этом твердые кислоты могут выбираться из Н3ВО3, H2WO4, Н3РО3.The electrolyte material may contain or consist entirely of solid acids or mixtures thereof. In this case, solid acids can be selected from H 3 BO 3 , H 2 WO 4 , H 3 PO 3 .
Электролитный материал может содержать или полностью состоять из солей серной (H2O4), соляной (HCl), фтористоводородной (HF), угольной (Н3СО3), азотной (HNO3), хлорноватой (HClO3), хлорной (HClO4), фосфорной (Н3PO4), тетрафторборной (HBF4) кислот или их смесей. При этом соли могут выбираться из (NH4)2SO4, LiAlCl4, NH4Cl, NH4HF2, (NH2)2CO, LiNO3, NaNO3, KNO3, KClO3, NaClO3, Ва(ClO3)2, KClO4, NaClO4, MgClO4, KBF4, LiBF4, NaBF4, NH4NO3, NH4ClO4, (NH4)H2PO4, NH4BF4.The electrolyte material may contain or consist entirely of salts of sulfuric (H 2 O 4 ), hydrochloric (HCl), hydrofluoric (HF), carbonic (H 3 CO 3 ), nitric (HNO 3 ), chloric (HClO 3 ), chloric (HClO) 4 ), phosphoric (H 3 PO 4 ), tetrafluoroboric (HBF 4 ) acids or mixtures thereof. The salts can be selected from (NH 4 ) 2 SO 4 , LiAlCl 4 , NH 4 Cl, NH 4 HF 2 , (NH 2 ) 2 CO, LiNO 3 , NaNO 3 , KNO 3 , KClO 3 , NaClO 3 , Ba ( ClO 3 ) 2 , KClO 4 , NaClO 4 , MgClO 4 , KBF 4 , LiBF 4 , NaBF 4 , NH 4 NO 3 , NH 4 ClO 4 , (NH 4 ) H 2 PO 4 , NH 4 BF 4 .
Электролитный материал может содержать или полностью состоять из полимеров, сополимеров или их смесей, которые при нагреве разлагаются и продукты разложения которых обладают кислотными или основными свойствами. При этом полимеры и сополимеры могут выбираться из полиамидов, полиакриламидов, полиаминов, полиуретанов, полимочевины, полиуретанмочевины, поливинилхлорида, хлорированного поливинилхлорида, полиэтилена, хлорированного полиэтилена, поливинилиденхлорида, хлоропренового каучука, хлоркаучука, хлорпарафина, фторкаучука, поливинилиденфторида (фторопласт-2), сополимера тетрафторэтилена с этиленом (фторопласт-40), сополимера тетрафторэтилена с винилиденфторидом (фторопласт-42), сополимера трифторхлорэтилена с винилиденфторидом (фторопласт-32).The electrolyte material may contain or consist entirely of polymers, copolymers or mixtures thereof, which decompose upon heating and the decomposition products of which have acidic or basic properties. In this case, the polymers and copolymers can be selected from polyamides, polyacrylamides, polyamines, polyurethanes, polyurea, polyurethane urea, polyvinyl chloride, chlorinated polyvinyl chloride, polyethylene, chlorinated polyethylene, polyvinylidene chloride, chloroprene rubber, polyfluorofluorofluorofluorofluorofluorofluorofluorofluorofluorofluorofluorofluorofluorofluorofluoro-fluorofluorofluorofluorofluorofluorofluorofluorofluorofluorofluorofluorofluorofluorofluorofluorofluorofluorofluorofluorofluorofluorofluorofluoro-fluorofluoro-fluorophenyl) with ethylene (fluoroplast-40), a copolymer of tetrafluoroethylene with vinylidene fluoride (fluoroplast-42), a copolymer of trifluorochlorethylene with vinylidene fluoride (fluoroplast- 32).
Электролитный материал может содержать или полностью состоять из взрывчатых веществ или их смесей. При этом взрывчатые вещества могут браться из органических азотистых соединений ароматического, алифатического и гетероциклического рядов. Взрывчатые вещества могут выбираться из нитроклетчатки, тротила, динитронафталина, тринитробензола, нитрометана, пикриновой кислоты, нитроглицерина, нитрогликолей, ТЭНа (PETN, пентаэритриттетранитрат), тетрила, гексогена, октогена.The electrolyte material may contain or consist entirely of explosives or mixtures thereof. In this case, explosives can be taken from organic nitrogen compounds of the aromatic, aliphatic and heterocyclic series. Explosives can be selected from nitrocellulose, trotyl, dinitronaphthalene, trinitrobenzene, nitromethane, picric acid, nitroglycerin, nitroglycols, TENA (PETN, pentaerythritol tetranitrate), tetryl, hexogen, octogen.
Нагревателем может служить пиротехнический состав или несколько составов, запрессованных послойно. Пиротехнические составы могут представлять собой композиции из порошков Al/Fe2O3, В/Fe2O3, Si/Pb3O4, W/Bi2O3, W/BaCrO4/KClO4 или их смеси. Пиротехнические композиции могут содержать от 5 до 95 весовых процентов электролитного материала. Нагреватель в виде запрессованного пиротехнического состава может иметь плоскую и/или по крайней мере с одним углублением поверхность, обращенную к электролитному материалу.The heater may be a pyrotechnic composition or several compositions pressed in layers. Pyrotechnic compositions may be compositions of Al / Fe 2 O 3 , B / Fe 2 O 3 , Si / Pb 3 O 4 , W / Bi 2 O 3 , W / BaCrO 4 / KClO 4 powders, or mixtures thereof. Pyrotechnic compositions may contain from 5 to 95 weight percent electrolyte material. The heater in the form of a pressed pyrotechnic composition may have a flat surface and / or with at least one recess facing the electrolyte material.
На фиг.1-16 показаны варианты пирогенератора, который включает в себя пористый (фиг.1), дырчатый (фиг.2), с одним отверстием (фиг.15) или с углублением (фиг.16) электролитный материал 1 (или его смеси с порошкообразным анодом 2 (фиг.6) или с катодом 3 (фиг.7)), который припрессован к плоскому (фиг.1) или с углублением (фиг.15) пиротехническому составу 4, расположенному у днища корпуса 5. Рядом с электролитным материалом 1 расположен пористый (фиг.1), или порошкообразный дырчатый (фиг.2), или металлический дырчатый (фиг.5), или металлический чашеобразной формы с одним отверстием (фиг.11-15) или металлический чашеобразной формы с углублением и одним отверстием (фиг.16) анод 2, к которому припрессован порошкообразный (фиг.1) или порошкообразный с отверстием (фиг.14) сепаратор 6. К сепаратору 6 припрессован пористый (фиг.1), или дырчатый (фиг.2), или с углублением (фиг.14) катод 3, который запрессован в изолирующую вставку 7, которая, в свою очередь, запрессована в корпус 8 пирогенератора (фиг.1), и частично в анод чашеобразной формы 2 (фиг.11-16). Изолирующая вставка 7 удерживает контакт 9 в виде металлической пластины, припрессованной к торцу катода (анода) (фиг.1), или в виде запрессованного металлического порошка (фиг.12), или расположенный коаксиально внутри изолирующей вставки в виде тонкостенной токопроводящей трубки или токопроводящего покрытия на внутренней поверхности изолирующей трубки (фиг.13). Вторым контактом 10 служит корпус 8 пирогенератора, который имеет запальное отверстие 11 в днище корпуса 5.Figures 1-16 show variations of a pyrogenerator that includes a porous (Figure 1), perforated (Figure 2), with one hole (Figure 15) or with a recess (Figure 16) electrolyte material 1 (or its a mixture with a powdery anode 2 (Fig.6) or with a cathode 3 (Fig.7)), which is pressed to a flat (Fig.1) or with a recess (Fig.15)
Анод может быть выполнен чашеобразной формы из алюминия или цинка и иметь по центру отверстие (в принципе, отверстий может быть больше, и располагаться они могут по всей площади стенки), диаметр которого меньше наружного диаметра чашеобразного анода от 2 до 20 раз. Отверстие в таком чашеобразном аноде может быть заполнено электролитным материалом или материалом сепаратора. Кроме того, материал сепаратора, находящийся в отверстии чашеобразного анода, может выходить за пределы анода и заканчиваться или в электролитном материале или в пиротехническом составе. В свою очередь, электролитный материал, находящийся в отверстии чашеобразного анода, может входить внутрь гальванической ячейки и заканчиваться либо в сепараторе, либо в катоде. Такие различные варианты сопряжений между элементами позволяют подбирать наилучшую эффективность работы пирогенератора при использовании различных химикалий или веществ для его элементов.The anode can be made in a cup-shaped form of aluminum or zinc and have a hole in the center (in principle, there can be more holes and they can be located over the entire wall area), the diameter of which is 2 to 20 times smaller than the outer diameter of the cup-shaped anode. The hole in such a cup-shaped anode may be filled with electrolyte material or separator material. In addition, the separator material located in the hole of the cup-shaped anode can extend beyond the anode and end in either electrolyte material or a pyrotechnic composition. In turn, the electrolyte material located in the hole of the cup-shaped anode can enter the galvanic cell and end either in the separator or in the cathode. These various options for interfacing between the elements make it possible to select the best performance of the pyrogen generator when using various chemicals or substances for its elements.
В выполненных из порошков пиротехническом составе, электролитном материале, аноде, сепараторе и катоде отверстия и/или углубления могут иметь диаметр от 2 до 20 раз меньший, чем внутренний диаметр корпуса пиротехнического генератора. В выполненных из порошков пиротехническом составе, электролитном материале, аноде, сепараторе и катоде глубина углублений может составлять от 1% до 99% толщины пиротехнического состава, электролитного материала, анода, сепаратора и катода соответственно. В выполненных из порошков пиротехническом составе, электролитном материале, аноде, сепараторе и катоде отверстия и/или углубления заполнены электролитным материалом и/или материалом сепаратора.In the pyrotechnic composition made of powders, the electrolyte material, the anode, the separator and the cathode, the holes and / or recesses can have a diameter of 2 to 20 times smaller than the inner diameter of the body of the pyrotechnic generator. In the pyrotechnic composition, electrolyte material, anode, separator and cathode made of powders, the depth of the recesses can be from 1% to 99% of the thickness of the pyrotechnic composition, electrolyte material, anode, separator and cathode, respectively. In the pyrotechnic composition made of powders, electrolyte material, anode, separator and cathode, the holes and / or depressions are filled with electrolyte material and / or separator material.
Указанные на фиг.1-16 пирогенераторы работают следующим образом. В результате интенсивного разогрева электролитного материала 1 (или его смеси с порошкообразным анодом 2 или с катодом 3), который или припрессован к пиротехническому составу 4 (фиг.1-7, 11-16), или совмещен с пиротехническим составом (фиг.8-10), он претерпевает агрегатные, химические или физические изменения, в результате которых образуется жидкопарогазовая ионопроводящая субстанция, способная под действием собственного давления быстро заполнять поры или дырки в сепараторе 6, тем самым активируя пирогенератор. В первом периоде времени с момента включения пирогенератора и до остановки движения ионопроводящей субстанции устройство работает в режиме генератора, то есть для создания электрической энергии расходуется не только химическая энергия гальванической ячейки, но и энергия механического движения ионопроводящей субстанции и ее внутренняя (тепловая) энергия. В этом режиме отдаваемая пирогенератором электрическая мощность и электрическое напряжение, возникающее на контактах пиротехнического генератора 9 и 10, значительно выше, чем у классической гальванической ячейки, выполненной из тех же материалов. Во втором периоде времени, после остановки движения ионопроводящей субстанции и ее остывания, пирогенератор работает в гальваническом режиме, то есть в обычном режиме работы гальванической ячейки. Соотношение времен работы пирогенератора в двух указанных режимах зависит в основном от вида электролитного, анодного и катодного материалов. Так, например, некоторые электролитные материалы могут только испаряться при нагреве и конденсироваться на элементах гальванической ячейки, поэтому пирогенераторы с такими электролитными материалами имеют короткий первый и длительный второй режимы работы. При использовании же электролитных материалов, особенно тех из них, в которых содержатся вещества, выделяющие в результате химического распада дополнительную энергию (хлораты, перхлораты и взрывчатые вещества), наоборот, пирогенераторы имеют длительный первый и короткий второй режимы работы. В целях уменьшения времени запуска полезно совмещать электролитный материал 1 с анодом 2 (фиг.6) или катодом 3 (фиг.7), тем самым укорачивая путь движения ионопроводящей субстанции. С этой целью порошкообразный анод или катод смешивается с порошками, кристаллами или гранулами электролитного материала. Дополнительное укорочение пути движения ионопроводящей субстанции можно так же достичь за счет замены порошкообразного анода на анод в виде тонкой дырчатой перегородки или мембраны (фиг.5) из металла. В этих же целях можно совмещать пиротехнический состав 4 и электролитный материал 1 (фиг.8), и, наконец, можно совмещать анод 2 либо катод 3 с электролитным материалом 1 и пиротехническим составом 4 в единой композиции, которая размещается у закрытого конца корпуса (фиг.9, 10).The pyrogenerators indicated in FIGS. 1-16 operate as follows. As a result of intense heating of the electrolyte material 1 (or its mixture with a
В предлагаемых конструкциях шлак пиротехнического состава должен отвечать двум требованиям: иметь высокую прочность и высокую температуру. Эти два требования являются взаимоисключающими, и их не всегда можно выполнить в одном пиротехническом составе, поэтому полезно использовать два или несколько пиротехнических составов, запрессованных послойно один за другим. Например, в качестве первого пиротехнического состава запрессовывается Si/Pb3O4, или W/Bi2O3, имеющие прочный шлак, но низкую температуру, а в качестве второго пиротехнического состава запрессовывается Al/Fe2О3, или В/Fe2O3, которые имеют быструю скорость горения, высокую температуру до 2500°С, но не имеют крепкого шлака.In the proposed designs, the slag of the pyrotechnic composition must meet two requirements: have high strength and high temperature. These two requirements are mutually exclusive, and they can not always be performed in the same pyrotechnic composition, therefore it is useful to use two or more pyrotechnic compositions, pressed in layers one by one. For example, Si / Pb 3 O 4 or W / Bi 2 O 3 having solid slag but low temperature is pressed as the first pyrotechnic composition, and Al / Fe 2 O 3 , or B / Fe 2 is pressed as the second pyrotechnic composition O 3 , which have a fast burning rate, high temperature up to 2500 ° C, but do not have strong slag.
Пример 1. Было изготовлено 10 шт. пирогенераторов согласно фиг.1 по следующей технологии. В корпус пиротехнического генератора (колпачок), выполненный из стали с внутренним диаметром 5 мм и с запальным отверстием диаметром 1 мм в днище, последовательно запрессовывались пиротехнический состав 35% Si / 65% Pb3O4 толщиной 2 мм, электролитный материал, состоящий из кристаллогидратов MgCl2·H2O толщиной 0,5 мм, анодный материал из порошка Al толщиной 0,3 мм, сепаратор из порошка Al2О3 толщиной 0,3 мм, устанавливалась изолирующая вставка из пластмассы с внутренним отверстием диаметром 3 мм, в которую запрессовывался катод из смеси порошков графита и PbO2 в равных частях, толщиной 2 мм, который одновременно служил и контактом пиротехнического генератора. Вторым контактом служил колпачок. Испытания генераторов показали, что под нагрузкой 1000000 Ом (1 МОм) фронт нарастания напряжения представляет собой прямую линию со скоростью нарастания напряжения (крутизной фронта) примерно 0,2 вольта на миллисекунду (вольт/мс). Генераторный режим длился примерно 300 миллисекунд (мс), максимум напряжения при нем составил 2,1 вольт. Далее пиротехнический генератор перешел в гальванический режим, в котором продолжал работать еще 2 минуты с напряжением выше 1-го вольта. При этом замеры внутреннего сопротивления пиротехнического генератора показали, что на 10 миллисекунде (мс) внутреннее сопротивление составило 7 Ом, на 300 мс составило 30 Ом, на 1000 мс 100 Ом, на 2000 мс 500 Ом. Временная точность появления напряжения 1 вольт у всех пиротехнических генераторов лежала в пределах ±1,5 мс.Example 1. It was made 10 pcs. pyrogenerators according to figure 1 according to the following technology. A pyrotechnic composition of 35% Si / 65% Pb 3 O 4 2 mm thick, an electrolyte material consisting of crystalline hydrates, were sequentially pressed into the pyrotechnic generator case (cap) made of steel with an inner diameter of 5 mm and with a
Пример 2. В конструкции примера 1 анод из порошка Al был смешан пополам с электролитным материалом MgCl2·H2O. Было изготовлено 10 шт. пиротехнических генераторов согласно фиг.6 с совмещенными электролитным и анодным материалами. Крутизна фронта у таких пиротехнических генераторов увеличилась до 0,43 вольт/мс, что связано, как представляется, с более коротким путем движения жидкопарогазовой ионопроводящей субстанции к катоду. Так же увеличилось время работы устройства в гальваническом режиме до 5 минут. Ввиду увеличившейся крутизны фронта точность появления одного вольта так же увеличилась и составила по десяти пиротехническим генераторам ±0,93 мс. Остальные характеристики изменились мало, хотя и наблюдалась некоторая тенденция к их ухудшению.Example 2. In the design of example 1, the anode of Al powder was mixed in half with the electrolyte material MgCl 2 · H 2 O. 10 pieces were made. pyrotechnic generators according to Fig.6 with combined electrolyte and anode materials. The steepness of the front of such pyrotechnic generators increased to 0.43 volts / ms, which seems to be associated with a shorter path of movement of the liquid-gas-ion-conducting substance to the cathode. Also, the operating time of the device in galvanic mode increased to 5 minutes. Due to the increased steepness of the front, the accuracy of the appearance of one volt also increased and amounted to ± 0.93 ms for ten pyrotechnic generators. The remaining characteristics have changed little, although there has been a slight tendency to their deterioration.
Пример 3. Анод пиротехнического генератора был выполнен в виде неглубокой чашечки из алюминиевой сетки с размером ячейки 0,3 мм согласно фиг.6. Остальные элементы были те же, что и в примере 1. Крутизна фронта такого пиротехнического генератора составила 0,5 вольт/мс, но внутреннее сопротивление возросло примерно в три раза, при этом время работы в гальваническом режиме с напряжением выше 1-го вольта сократилось до 50 секунд.Example 3. The anode of the pyrotechnic generator was made in the form of a shallow cup of aluminum mesh with a mesh size of 0.3 mm according to Fig.6. The remaining elements were the same as in example 1. The steepness of the front of such a pyrotechnic generator was 0.5 volts / ms, but the internal resistance increased by about three times, while the time in galvanic operation with a voltage above 1 volt was reduced to 50 seconds.
Настоящее изобретение промышленно применимо и может быть реализовано в заводских условиях при массовом выпуске с использованием известных технологий. Время запуска, то есть время нарастания мощности и напряжения от нуля до номинального значения, у пиротехнических генераторов по настоящему изобретению, в зависимости от их конструкции, колеблется от 1 до 10 миллисекунд, что позволяет запускать электронные таймеры с точностью от ±0,8 до ±5 миллисекунд. Кроме того, в начальный период работы такие пиротехнические генераторы обладают максимальной мощностью за счет расходования не только химической, а также тепловой и кинетической энергии ионопроводящей субстанции. После остановки движения последней, мощность генератора, по мере его остывания, равномерно снижается до обычных характеристик данной гальванической ячейки, и в этом режиме устройство может работать от нескольких минут до нескольких дней, в зависимости от применяемых в гальванической ячейке материалов.The present invention is industrially applicable and can be implemented in the factory for mass production using known technologies. The start-up time, i.e. the rise time of power and voltage from zero to the nominal value, for the pyrotechnic generators of the present invention, depending on their design, ranges from 1 to 10 milliseconds, which allows you to start electronic timers with an accuracy of ± 0.8 to ± 5 milliseconds. In addition, in the initial period of operation, such pyrotechnic generators have maximum power due to the consumption of not only chemical, but also thermal and kinetic energy of the ion-conducting substance. After stopping the movement of the latter, the generator power, as it cools, uniformly decreases to the usual characteristics of this galvanic cell, and in this mode the device can work from several minutes to several days, depending on the materials used in the galvanic cell.
Источники информацииInformation sources
1. Электроника. Энциклопедический словарь. Под ред. В.Г.Колесникова, М., Советская энциклопедия, 1991 г., с.536.1. Electronics. Encyclopedic Dictionary. Ed. V.G. Kolesnikova, M., Soviet Encyclopedia, 1991, p. 536.
2. Н.В.Коровин. Новые химические источники тока. М., Энергия, 1978 г., с.73.2. N.V. Korovin. New chemical current sources. M., Energy, 1978, p. 73.
3. Патент РФ №2095745 от 20.09.1996 по кл. F42C 11/00, Н01М 6/20 (прототип).3. RF patent No. 2095745 dated 09/20/1996 by class.
Claims (59)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005130471/02A RU2332637C2 (en) | 2005-10-03 | 2005-10-03 | Pyrotechnic generator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005130471/02A RU2332637C2 (en) | 2005-10-03 | 2005-10-03 | Pyrotechnic generator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005130471A RU2005130471A (en) | 2007-04-20 |
| RU2332637C2 true RU2332637C2 (en) | 2008-08-27 |
Family
ID=38036449
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005130471/02A RU2332637C2 (en) | 2005-10-03 | 2005-10-03 | Pyrotechnic generator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2332637C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2746268C1 (en) * | 2020-11-06 | 2021-04-12 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук | Battery of thermoactivated chemical current sources |
-
2005
- 2005-10-03 RU RU2005130471/02A patent/RU2332637C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2746268C1 (en) * | 2020-11-06 | 2021-04-12 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук | Battery of thermoactivated chemical current sources |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2005130471A (en) | 2007-04-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7437995B2 (en) | Axially compact mechanical igniter for thermal batteries and the like | |
| US5460667A (en) | Gas generating agent and gas generator for automobile air bags | |
| US9160009B2 (en) | Compact and low-volume mechanical igniter and ignition systems for thermal batteries and the like | |
| US7832335B2 (en) | Axially compact and low-volume mechanical igniter for thermal batteries and the like | |
| US7587980B2 (en) | Mechanical delay mechanisms for inertial igniters for thermal batteries and the like | |
| US5206456A (en) | Ordinance thermal battery | |
| RU2332637C2 (en) | Pyrotechnic generator | |
| US5006429A (en) | Externally heated thermal battery | |
| RU2298146C2 (en) | Method for quick starting of pyrotechnical emergency current source | |
| US10337848B2 (en) | Spin acceleration armed inertia igniters and electrical switches for munitions and the like | |
| US6062142A (en) | Autoignition system for inflator devices with separator that melts | |
| EP3659992B1 (en) | Metallic mixture blasting capsule | |
| KR20220068262A (en) | Processes and systems that provide a predetermined flame energy output | |
| US5731102A (en) | Thermally activated electrical cell | |
| Oxley | Explosives detection: potential problems | |
| Wilson et al. | Pyrotechnic delays and thermal sources | |
| Ritchie | Military applications of reserve batteries | |
| US5925481A (en) | Thermally activated electrical cell | |
| US11955619B2 (en) | Metal-oxygen primary reserve batteries with integrated oxygen generator for munitions and the like applications | |
| Oxley | Non‐traditional explosives: Potential detection problems | |
| US3738872A (en) | Miniaturized thermal cell | |
| EP1316680A2 (en) | Method for generating energy by using exothermic reaction of metal | |
| Grobler et al. | Pyrotechnic Alternatives to Primary Explosive‐Based Initiators | |
| US3759749A (en) | Readily manufacturable thermal cell unit for explosive projectiles | |
| KR20240122004A (en) | Automatic fire extinguisher for automatic fire extinguishing device of vehecle |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181004 |