RU2393591C1

RU2393591C1 - Thermal chemical current source

Info

Publication number: RU2393591C1
Application number: RU2009115750/09A
Authority: RU
Inventors: Валентин Иванович Кондратенков (RU); Валентин Иванович Кондратенков; Марк Юрьевич Нахшин (RU); Марк Юрьевич Нахшин; Борис Валентинович Иванов (RU); Борис Валентинович Иванов; Галина Ивановна Сивкова (RU); Галина Ивановна Сивкова; Анатолий Григорьевич Денискин (RU); Анатолий Григорьевич Денискин; Сергей Викторович Гришин (RU); Сергей Викторович Гришин; Александра Глебовна Якушева (RU); Александра Глебовна Якушева
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Квант" ОАО "НПП Квант"
Priority date: 2009-04-24
Filing date: 2009-04-24
Publication date: 2010-06-27

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: thermal chemical current source is activated by primer device in the unit end side. Z-shaped pyrotechnical strip is positioned in direct vicinity of the primer device in heat insulation pad slots along the diametre and transmits fire impulse from primer device to initiation strip mounted on opposite side surfaces of the unit and igniting pyrotechnical heaters of cell unit. Free state of pyrotechnical strip, required for fast and reliable fire impulse transfer from primer device to lateral initiation strips, is achieved by strip placement in heat insulation pad slots positioned at 180° to each other, with slot length of 0.54÷0.65 of the pad diametre. The effect can be amplified by installation of several Z-shaped pyrotechnical strips tilted against each other and contacting respective number of lateral initiation strips, in unit end sides. Maximum reduction of time of current source deployment to operation mode can be achieved by replacement of lateral initiation strips with thin pyrotechnical strip encircling at least 70% of the unit perimetre length.

EFFECT: reduced time of current source deployment in operation mode, improved efficiency of current source operation.

3 cl, 1 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к электротехнической промышленности, может быть использовано в производстве тепловых химических источников тока.The present invention relates to the electrical industry, can be used in the production of thermal chemical current sources.

Известен тепловой химический источник тока (см. например, патент Японии №3054965 В₂ кл. H01M 6/36, заявл. 08.11.1991 г., опубл. 19.06.2000 г.), содержащий помещенный в корпус и герметизированный крышкой блок, набранный из последовательно расположенных электрохимических элементов и пиротехнических нагревателей; в торце блока у внутренней поверхности крышки расположено запальное устройство, сообщающееся с воспламенительным каналом блока и контактирующее с диаметрально проложенной пиротехнической полосой, которая находится в контакте с такими же полосами, смонтированными по наружной поверхности блока.Known thermal chemical current source (see, for example, Japan patent No. 3054965 In ₂ cl. H01M 6/36, declared 08.11.1991, publ. 06/19/2000), containing placed in the case and sealed with a lid block, typed from sequentially located electrochemical elements and pyrotechnic heaters; in the end face of the block near the inner surface of the lid there is an ignition device in communication with the igniter channel of the block and in contact with a diametrically laid pyrotechnic strip, which is in contact with the same strips mounted on the outer surface of the block.

Для уменьшения потерь тепла по торцам блока и по его боковой поверхности установлены теплоизоляционные прокладки.To reduce heat loss, heat-insulating gaskets are installed at the ends of the block and along its lateral surface.

При активации источника тока форс пламени от запального устройства устремляется по воспламенительному каналу, поджигая изнутри нагреватели блока элементов. Одновременно воспламеняется диаметрально проложенная пиротехническая полоса, передающая огневой импульс на боковые инициирующие пиротехнические полосы. Последние поджигают нагреватели с наружной стороны блока.When the current source is activated, the force of the flame from the ignition device rushes through the ignition channel, setting fire to the inside of the element block heaters. At the same time, a diametrically laid pyrotechnic strip ignites, transmitting a fire pulse to the side initiating pyrotechnic strips. The latter set fire to the heaters on the outside of the unit.

Такая конструкция обеспечивает достаточно высокую скорость выхода на рабочий режим, однако, источник тока обладает низкой надежностью в работе и низкими удельными электрическими характеристиками. Низкая надежность в работе объясняется тем, что раскаленные частицы запального устройства, попадая в воспламенительный канал, могут привести к коротким замыканиям электрохимического элемента.This design provides a sufficiently high speed of reaching the operating mode, however, the current source has low reliability and low specific electrical characteristics. The low reliability in operation is explained by the fact that the hot particles of the ignition device, falling into the ignition channel, can lead to short circuits of the electrochemical cell.

Наличие воспламенительного канала уменьшает активную площадь электрохимического элемента и, тем самым, снижает удельные электрические характеристики источника тока.The presence of an igniter channel reduces the active area of the electrochemical cell and, thereby, reduces the specific electrical characteristics of the current source.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является тепловой химический источник тока (см. например, патент Японии №2808652, заявл. 24.04.89 г., опубл. 08.10.98 г.), содержащий помещенный в корпус и герметизированный крышкой блок, набранный из последовательно расположенных электрохимических элементов и пиротехнических нагревателей; теплоизоляционные прокладки, установленные по периферии и торцам блока; по боковой поверхности блока диаметрально установлены инициирующие пиротехнические полосы, соприкасающиеся в торцевой части с такой же пиротехнической полосой, проложенной по диаметру между теплоизоляционными прокладками и, находящейся в непосредственной близости к запальному устройству. Расположенная по диаметру пиротехническая полоса служит для передачи огневого импульса от запального устройства к боковым инициирующим полосам.The closest in technical essence and the achieved results is a thermal chemical current source (see, for example, Japan Patent No. 2808652, application form 24.04.89, publ. 08.10.98), containing a block assembled in a case and sealed with a lid from sequentially located electrochemical elements and pyrotechnic heaters; heat-insulating gaskets installed on the periphery and ends of the block; initiating pyrotechnic strips are diametrically installed on the side surface of the block, adjoining in the end part with the same pyrotechnic stripe laid in diameter between the heat-insulating gaskets and located in close proximity to the ignition device. The pyrotechnic strip located along the diameter serves to transmit a fire pulse from the ignition device to the side initiating strips.

Для обеспечения механической прочности, а также теплового и электрического контакта между электрохимическими элементами и пиронагревателями все детали внутри корпуса опрессовываются.To ensure mechanical strength, as well as thermal and electrical contact between electrochemical elements and pyroheaters, all parts inside the housing are crimped.

Недостатком такого источника тока является большое время выхода на рабочий режим и низкая надежность в работе.The disadvantage of such a current source is the long time to reach the operating mode and low reliability.

Это объясняется тем, что в опрессованном блоке пиротехническая полоса, установленная в торце блока, находится в сжатом состоянии, что приводит к увеличению отвода тепла во фронте горения и, как следствие, к снижению скорости горения и увеличению времени передачи огневого импульса от инициирующего устройства к полосам, расположенным на периметре блока. В результате происходит задержка воспламенения пиротехнических нагревателей внутри блока элементов. В отдельных случаях после воспламенения полосы возможно даже ее затухание из-за повышения токоотвода. Это особенно характерно для используемых в химических источниках пиротехнических составов, горящих в режиме безгазового горения.This is because the pyrotechnic strip installed in the end face of the block in the pressed block is in a compressed state, which leads to an increase in heat dissipation in the combustion front and, as a result, to a decrease in the burning rate and an increase in the transmission time of the fire pulse from the initiating device to the strips located on the perimeter of the block. As a result, there is a delay in the ignition of pyrotechnic heaters inside the block of elements. In some cases, after ignition of the strip, even its attenuation is possible due to increased current collector. This is especially true for pyrotechnic compositions used in chemical sources burning in gas-free combustion.

Целью настоящего изобретения является уменьшение времени выхода источника тока на рабочий режим и повышение надежности работы источника тока.The aim of the present invention is to reduce the time the output current source to the operating mode and increase the reliability of the current source.

С этой целью предлагается тепловой химический источник тока, содержащий помещенный в корпус и герметизированный крышкой блок, набранный из последовательно расположенных электрохимических элементов и пиротехнических нагревателей; теплоизоляционные прокладки, установленные по периферии и торцам блока; по боковой поверхности блока диаметрально установлены инициирующие быстрогорящие пиротехнические полосы, соприкасающиеся в торцевой части с такой же пиротехнической полосой, проложенной по диаметру блока между теплоизоляционными прокладками и находящейся в непосредственной близости к запальному устройству, отличающийся тем, что с целью уменьшения времени выхода источника тока на рабочий режим и повышения надежности работы пиротехническая полоса выполнена Z-образной формы и проложена в пазах, соприкасающихся между собой теплоизоляционных прокладок, причем пазы развернуты относительно друг друга на 180°, а их длина составляет 0,54·0,65 диаметра прокладки.For this purpose, a thermal chemical current source is proposed, comprising a block placed in a housing and sealed with a lid, composed of electrochemical cells and pyrotechnic heaters arranged in series; heat-insulating gaskets installed on the periphery and ends of the block; initiating quick-burning pyrotechnic strips are diametrically installed on the side surface of the block, adjoining in the end part with the same pyrotechnic strip laid along the diameter of the block between the heat-insulating gaskets and located in close proximity to the ignition device, characterized in that in order to reduce the time for the current source to reach operating mode and increase the reliability of the operation of the pyrotechnic strip is made Z-shaped and laid in grooves in contact with each other thermal insulation gaskets, and the grooves are rotated relative to each other by 180 °, and their length is 0.54 · 0.65 of the diameter of the gasket.

Выполнение торцевых прокладок с пазами, развернутыми относительно друг друга на 180° для укладки Z-образной пиротехнической полосы позволяет исключить передачу усилия опрессовки блока элементов на пиротехническую полосу. В недеформируемом свободном состоянии пиротехническая полоса позволяет уменьшить время и увеличить надежность передачи огневого импульса от запального устройства к инициирующим пиротехническим полосам, обеспечивающим поджог пиронагревателей блока элементов.The implementation of end gaskets with grooves rotated 180 ° relative to each other for laying the Z-shaped pyrotechnic strip allows you to exclude the transfer of the pressure of the crimping unit block to the pyrotechnic strip. In a non-deformable free state, the pyrotechnic strip allows to reduce the time and increase the reliability of the transfer of the fire pulse from the ignition device to the initiating pyrotechnic strips, providing arson pyroheaters of the block of elements.

Минимальная длина паза, равная 0,54 диаметра прокладки, определяется необходимостью надежного поджога пиротехнической полосы запальным устройством; максимальная, равная 0,65 диаметра прокладки, - необходимостью обеспечения механической прочности прокладки и надежной фиксации ее торцевых частей. Ширина пазов определяется шириной пиротехнической полосы.The minimum groove length equal to 0.54 of the gasket diameter is determined by the need for reliable ignition of the pyrotechnic strip by the ignition device; the maximum, equal to 0.65 of the diameter of the gasket, - the need to ensure the mechanical strength of the gasket and reliable fixation of its end parts. The width of the grooves is determined by the width of the pyrotechnic strip.

Тепловой химический источник тока (чертеж) состоит из помещенного в корпус 1 блока 2, состоящего из электрохимических элементов 3 и проложенных между ними пиротехнических нагревателей 4. С торцевых концов и по периметру блока установлена теплоизоляция 5. В торце блока располагается запальное устройство (электровоспламенитель, пьезоэлемент и т.д.) 6. В пазах торцевых теплоизоляционных прокладок 7 установлена Z-образная пиротехническая полоса 8, соприкасающаяся в месте перегиба с запальным устройством 6. Концы этой полосы находятся в контакте с пиротехническими инициирующими полосами 9, расположенными по внешнему периметру блока 2.A thermal chemical current source (drawing) consists of a block 2 placed in the housing 1, consisting of electrochemical elements 3 and pyrotechnic heaters 4 laid between them. Thermal insulation 5 is installed at the ends and along the perimeter of the block. An ignition device is located at the end of the block (electric igniter, piezoelectric element etc.) 6. In the grooves of the end insulation pads 7, a Z-shaped pyrotechnic strip 8 is installed, which contacts the ignition device 6. The ends of this strip are in contact with pyrotechnic initiating strips 9 located along the outer perimeter of block 2.

При активации источника тока запальное устройство 6 воспламеняет Z-образную пиротехническую полосу 8, которая, находясь в неподжатом состоянии, передает огневой импульс на боковые инициирующие пиротехнические полосы 9. Последние поджигают пиротехнические нагреватели 4 в блоке электрохимических элементов по периметру с двух диаметрально противоположных сторон.When the current source is activated, the ignition device 6 ignites the Z-shaped pyrotechnic strip 8, which, when not pressed, transmits a fire pulse to the side initiating pyrotechnic strips 9. The latter ignite the pyrotechnic heaters 4 in the block of electrochemical elements around the perimeter from two diametrically opposite sides.

Тепло последних расплавляет электролит электрохимического элемента. Между анодом и катодом возникает электрохимическая реакция. Источник тока выдает рабочее напряжение на внешнюю нагрузку.The heat of the latter melts the electrolyte of the electrochemical cell. An electrochemical reaction occurs between the anode and cathode. A current source provides operating voltage to an external load.

Время выхода на рабочий режим может быть уменьшено при установке в торцевой части нескольких расположенных под углом друг к другу Z-образных пиротехнических полос, контактирующих с соответствующим количеством боковых инициирующих полос.The time to reach the operating mode can be reduced when several Z-shaped pyrotechnic strips located at an end to one another are placed in the end part and are in contact with the corresponding number of side initiating strips.

В таком случае поджог пиротехнических нагревателей происходит одновременно в нескольких периферических точках, что позволяет увеличить скорость их сгорания.In this case, the arson of pyrotechnic heaters occurs simultaneously at several peripheral points, which allows to increase the rate of their combustion.

Существенно уменьшается время выхода на рабочий режим в случае выполнения боковых инициирующих полос в виде лент и установки их по периметру блока. Установлено, что эффект снижения времени сгорания пиротехнических нагревателей достигается при охвате такими лентами не менее 70% длины периметра. При таком техническом решении поджог пиротехнических нагревателей осуществляется одновременно по всей боковой поверхности блока электрохимических элементов.Significantly reduces the time to enter the operating mode in the case of performing the side initiating strips in the form of tapes and installing them around the perimeter of the block. It was found that the effect of reducing the combustion time of pyrotechnic heaters is achieved when such tapes cover at least 70% of the perimeter length. With this technical solution, the arson of pyrotechnic heaters is carried out simultaneously along the entire lateral surface of the block of electrochemical elements.

Установка таких лент будет вносить в общий тепловой баланс источника тока дополнительное количество тепла, которое должно учитываться при проектировании источника тока.The installation of such tapes will add an additional amount of heat to the overall heat balance of the current source, which should be taken into account when designing the current source.

Claims

1. Thermal chemical current source, containing a block placed in a housing and sealed with a cover, recruited from sequentially located electrochemical elements and pyrotechnic heaters, heat-insulating gaskets installed on the periphery and ends of the block; initiating quick-burning strips are diametrically installed on the side surface of the block, in contact with the pyrotechnic strip in the end part, laid along the diameter of the block between the heat-insulating gaskets and in close proximity to the ignition device, characterized in that, in order to reduce the time for the current source to reach the operating mode and improve reliability, the pyrotechnic strip is made in a Z-shape and laid in grooves in contact with each other heat-insulating gaskets, comb m grooves are rotated relative to each other by 180 °, and their length is 0.54 ÷ 0.65 of the diameter of the gasket.

2. The thermal chemical current source according to claim 1, characterized in that, in order to reduce the time the current source exits to the operating mode, several Z-shaped pyrotechnic strips in contact with appropriate number of side initiating pyrotechnic bands.

3. Thermal chemical current source according to claim 1 or 2, characterized in that, in order to reduce the time the current source exits to the operating mode, the side initiating pyrotechnic strip is made in the form of a continuous thin tape covering the side surface of the block of electrochemical elements for at least 70% of the length of the perimeter.