RU2717089C1

RU2717089C1 - Тепловой химический источник тока

Info

Publication number: RU2717089C1
Application number: RU2019135139A
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Архипенко; Владимир Михайлович Иванов; Иван Сергеевич Фомин; Александр Николаевич Тиханов; Алексей Николаевич Целых
Original assignee: Акционерное общество "Энергия"
Priority date: 2019-10-31
Filing date: 2019-10-31
Publication date: 2020-03-18

Abstract

Изобретение относится к области электротехники, а именно к тепловым химическим источникам тока, обладающим повышенным временем работы, мощностью и надежностью, которые могут найти применение в системах сигнализации и специальной технике. Тепловой химический источник тока содержит корпус с термоизоляцией и внешними токовыводами двух и более электрически соединенных параллельно и расположенных друг за другом блоков элементов термоактивируемых химических источников тока, каждый из которых состоит из катода, электролита и анода, чередующихся последовательно в осевом направлении с пиронагревательными элементами, тепловой химический источник тока содержит катодный и анодный токоотводы концевых катодов и анодов параллельно соединенных блоков элементов, зафиксированные на соответствующих внешних токовыводах. Токовыводы расположены на крышке в вершинах и в центре квадрата, с центром, совпадающим с центром крышки, вершины расположены на расстоянии 17,5 мм от центра крышки, части токовыводов внутри основания крышки выполнены со стеклоизоляторами, на двух диаметрально расположенных токовыводах зафиксированы токоотводы электровоспламенителя, на двух других диаметрально расположенных токовыводах зафиксированы токоотвод концевых анодов параллельно соединенных блоков элементов и токоотвод катодов от промежуточных точек параллельно соединенных блоков элементов, на токовыводе, расположенном в центре крышки, зафиксированы токоотводы концевых катодов блоков параллельно соединенных элементов, крышка содержит прокладки из слюды, асбеста и теплоизоляционного материала с теплоемкостью не более 0,5 Дж/г град. Повышение надежности работы теплового химического источника тока является техническим результатом изобретения. Кроме того, предложенный источник тока обладает повышенной удельной емкостью и мощностью за счет снижения объема и массы. 5 ил.

Description

Изобретение относится к тепловым химическим источникам тока, обладающими повышенным временем работы, мощностью и надежностью, используемых в системах сигнализации и специальной технике.

Известна тепловая батарея элементов ТХИТ (Патент РФ 2369944, опубл. 10.10.2009 г., МПК H01M 6/36). Согласно изобретению тепловая батарея содержит блок элементов ТХИТ, каждый из которых состоит из расчетного количества твердых слоев анода, катода, электролита, нагревательных элементов, ограниченных с внешней стороны общим корпусом с тепло- и электроизоляцией. При этом блок элементов ТХИТ данной батареи размещен вдоль вертикальной оси корпуса, поджат в осевом направлении с заданным усилием расчетного количества упругих элементов с возможностью регулирования величины этого усилия посредством резьбового элемента. Требуемое напряжение в известном решении обеспечивается путем последовательного соединения элементов ТХИТ в заданном количестве.

В данном техническом решении не предусмотрена теплоизоляция крышки, через которую в окружающую среду выходит значительная часть теплового потока. Кроме того приведенная конструкция предусматривает вывод через токоотводы только одного, суммарного напряжения. Для тех задач, в которых батарея должна иметь несколько точек вывода для разных напряжений возникает проблема такого их расположения, которое исключало бы короткое замыкание токоподводов при внешних ударах и вращении.

Известна тепловая батарея (Патент РФ 2457586, опубл. 27.07.2012, МПК Н01М 6/20, H01M 10/39 принята за прототип), содержащая корпус с термоизоляцией и внешними токовыводами от двух и более электрически соединенных параллельно, расположенных друг за другом на центральном изолированном стержне блоков элементов термоактивируемых химических источников тока, каждый из которых состоит из катода, электролита и анода и чередуется последовательно в осевом направлении с пиронагревательными элементами. Кроме того, батарея содержит центральные катодный и анодный токоотводы (у нас - концевые токоотводы параллельно соединенных блоков элементов), охватывающие центральный изолированный стержень и зафиксированные на соответствующих токосъемах внешних токовыводов (поскольку токосъем и токовывод у нас выполнены заодно, термин «токовывод» объединяет понятия «токосъем» и «токовывод» в прототипе) и токосъемахблокаэлементовтермоактивируемыххимическихисточниковтока (у нас - токоотводы соответствующих электродов), наиболее удаленного от внешних токовыводов, а также поджимные элементы блоков. При этом поджимные элементы блоков выполнены в виде герметичных сильфонов с внутренними упорами.

Недостатком прототипа является вывод через токоотводы напряжений только параллельно соединенных электрохимических элементов. В конструкции батареи не указан способ расположения токоотводов и соответствующая их теплоизоляция. При осевом расположении токоотводов внутренний объем батареи используется неэффективно, электроды должны иметь кольцевую геометрию, что увеличивает риск их разрушения в процессе работы. В результате предложенная конструкция не обеспечивает стабильность времени работы и предотвращение короткого замыкания токоподводов при внешних механических воздействиях, что снижает надежность работы батареи. Кроме того приведенная конструкция предусматривает вывод через токоотводы только одного, суммарного напряжения. Для тех задач, в которых батарея должна иметь несколько точек вывода для разных напряжений возникает проблема такого их расположения, которое исключало бы короткое замыкание токоподводов при внешних ударах и вращении.

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности работы теплового химического источника тока, удельных емкости и мощности.

Техническим результатом изобретения является снижение объема и массы при сохранении функциональных свойств, обеспечение вывода нескольких значений напряжения и предотвращение отказа ТХИТ при внешних механических воздействиях.

Указанный технический результат обеспечивается конструкцией теплового химического источника тока (ТХИТ). Тепловой химический источник тока, содержит корпус с термоизоляцией и внешними токовыводами двух и более электрически соединенных параллельно и расположенных друг за другом блоков элементов термоактивируемых химических источников тока, каждый из которых состоит из катода, электролита и анода, чередующихся последовательно в осевом направлении с пиронагревательными элементами, тепловой химический источник тока содержит катодный и анодный токоотводы концевых катодов и анодов параллельно соединенных блоков элементов, зафиксированные на соответствующих внешних токовыводах, причем токовыводы расположены на крышке в вершинах и в центре квадрата с центром, совпадающим с центром крышки, вершины расположены на расстоянии 17,5 мм от центра крышки, части токовыводов внутри основания крышки выполнены со стеклоизоляторами, на двух диаметрально расположенных токовыводах зафиксированы токоотводы электровоспламенителя, на двух других диаметрально расположенных токовыводах зафиксированы токоотвод концевых анодов параллельно соединенных блоков элементов и токоотвод катодов от промежуточных точек параллельно соединенных блоков элементов, на токовыводе, расположенном в центре крышки зафиксированы токоотводы концевых катодов блоков параллельно соединенных элементов, крышка содержит прокладки из слюды, асбеста и теплоизоляционного материала с теплоемкостью не более 0,5 Дж/г град.

Расположение токовыводов на крышке в вершинах квадрата, вписанного в окружность с радиусом 17,5 мм, позволяет располагать соответствующие токоотводы только по переферии блоков с требуемым относительным угловым смещением, что обеспечивает достаточное их удаление друг от друга и полностью исключает их короткое замыкание при ударах и смещениях. Проведенными исследованиями показано, что размещение токовыводов на расстоянии большем или меньшем 17,5 мм приводит к сближению токоотводов, приводящему к их замыканию от эксплуатационных механических нагрузок ТХИТ. Расположение токовыводов по переферии блока позволяет выполнить токоотвод от промежуточных точек параллельно расположенных блоков элементов, обеспечивая тем самым возможность вывода двух значений напряжения: одного - от катодов и анодов концевых элементов блока электрохимических элементов (максимальное значение) и одного - от катодов и анодов промежуточных точек параллельно расположенных блоков элементов (минимальное значение). Стеклоизоляторы на токоотводах предотвращают короткое замыкание электродов через крышку, а также нарушение герметичности в процессе работы ТХИТ при повышенных температурах. Теплоизоляция крышки осуществляется послойно расположенными прокладками из слюды, асбеста и теплоизоляционного материала с теплоемкостью не более 0,5 Дж/г град. Данный теплоизоляционный материал имеет теплоемкость в два раза ниже, чем у асбеста, что позволяет снизить потери тепла в окружающую среду при задействовании батареи, что увеличивает время ее работы, а значит и емкость.

Сущность полезной модели поясняется чертежами.

На фиг. 1 показана схема расположения блоков элементов.

На фиг. 2 показан вид крышки со стороны токоотводов

На фиг. 3 показана конструкция крышки в поперечном сечении по горизонтальной осевой секущей плоскости

На фиг. 4 показана конструкция крышки в поперечном сечении по вертикальной осевой секущей плоскости

На фиг. 5 показана электрическая схема соединения элементов в блоки

1 - катод

2 - электролит

3 - анод

4 - пиронагревательный элемент

5 - набор тепло и электроизоляционных прокладок

6 - крышка

7 - токовывод концевых анодов параллельно соединенных блоков элементов

8, 10 - токовыводы электровоспламенителя

9 - токовывод катодов от промежуточных точек параллельно соединенных блоков элементов

11 - токовывод концевых катодов параллельно соединенных блоков элементов

12 -основание крышки

13 - стеклоизоляторы токовыводов

14 - комплект прокладок из слюды

15 - теплоизоляционный материал

16 - прокладка из асбеста

17 - токоотвод концевых анодов параллельно соединенных блоков элементов

18 - токоотвод концевых катодов параллельно соединенных блоков элементов

19 - токоотвод катодов от промежуточных точек параллельно соединенных блоков элементов

20 - токоотводы электродов электровоспламенителя

Тепловой химический источник тока (ТХИТ) содержит корпусе термоизоляцией (на фигурах не показан) и блоков элементов термоактивируемых химических источников тока, каждый из которых состоит из катода 1, электролита 2 и анода 3, чередующихся последовательно в осевом направлении с пиронагревательными элементами 4. Токовыводы электровоспламенителя (на фигурах не показан) 8, 10, концевых анодов 7, катодов промежуточных точек 11, концевых катодов 9 параллельно соединенных блоков элементов, расположены в вершинах квадрата с центром, совпадающим с центром крышки 6, на расстоянии 17,5 мм от центра крышки бив центре крышки 6. Части токовыводов 7, 8, 9, 10, 11 внутри основания крышки выполнены со стеклоизоляторами 13. На токовыводах 8 и 10 зафиксированы токоотводы электровоспламенителя 20. На токовыводе 7 зафиксирован токоотвод 17 концевых анодов параллельно соединенных блоков элементов. На токовыводе 11 зафиксирован токоотвод 18 концевых катодов параллельно соединенных блоков элементов. На токовыводе 9 зафиксирован токоотвод 19 катодов от промежуточных точек параллельно соединенных блоков элементов. Крышка содержит прокладки из слюды 14, асбеста 16 и теплоизоляционного материала 15 с теплоемкостью не более 0,5 Дж/г град.

Тепловой химический источник тока работает следующим образом. В требуемый момент времени через токовыводы электровоспламенителя 8 и 10 пропускают ток, который, проходя через токоотводы 20 электродов электровоспламенителя, вызывает зажигание проводника горения (на фигурах не показан), от которого происходит зажигание пиронагревательных элементов 4. От выделяющегося в результате тепла происходит расплавление электролита 2 и между катодом 1 и анодом 2 появляется напряжение и во внешней цепи начинает протекать требуемый ток. Напряжение на токоотводах 7 и 11 соответствует сумме напряжений всех элементов, включенных последовательно. Напряжение на токоотводах 7 и 9 соответствует сумме напряжений элементов, включенных последовательно до промежуточной точки. Таким образом, наличие токоотвода 9 обеспечивает получение промежуточного уровня напряжения. Токоотводы электродов 1 и 3 элементов выполнены по переферии блоков элементов и подходят к соответствующим токовыводам по кратчайшему расстоянию благодаря расположению токовыводов 7-10 симметрично по окружности диаметром 17,5 мм, что исключает их обрыв или излом при механических ударах или вращении, что, тем самым, повышает надежность работы теплового химического источника тока. Объем внутри корпуса максимально занят термоактивируемыми химическими источниками тока, что обеспечивает повышение удельной емкости. Предлагаемая схема параллельной коммутации последовательностей элементов термоактивируемых химических источников тока обеспечивает возможность работы при повышенных общих токах батареи, что позволяет увеличивать тепловыделение за счет протекания тока, что повышает мощность, а также способствует увеличению времени работы, а следовательно емкости. В процессе работы теплового химического источника тока потери тепла через крышку в окружающую среду снижаются за счет ее теплоизоляции прокладками из слюды 14, асбеста 16, а также дополнительно теплоизоляционным материалом 15 с теплоемкостью не более 0,5 Дж/г град. В результате увеличивается время работы теплового химического источника тока, а, следовательно, отдаваемая емкость.

Claims

Тепловой химический источник тока, содержащий корпус с термоизоляцией и внешними токовыводами двух и более электрически соединенных параллельно и расположенных друг за другом блоков элементов термоактивируемых химических источников тока, каждый из которых состоит из катода, электролита и анода, чередующихся последовательно в осевом направлении с пиронагревательными элементами, тепловой химический источник тока содержит катодный и анодный токоотводы концевых катодов и анодов параллельно соединенных блоков элементов, зафиксированные на соответствующих внешних токовыводах, отличающийся тем, что токовыводы расположены на крышке в вершинах и в центре квадрата с центром, совпадающим с центром крышки, вершины расположены на расстоянии 17,5 мм от центра крышки, части токовыводов внутри основания крышки выполнены со стеклоизоляторами, на двух диаметрально расположенных токовыводах зафиксированы токоотводы электровоспламенителя, на двух других диаметрально расположенных токовыводах зафиксированы токоотвод концевых анодов параллельно соединенных блоков элементов и токоотвод катодов от промежуточных точек параллельно соединенных блоков элементов, на токовыводе, расположенном в центре крышки, зафиксированы токоотводы концевых катодов блоков параллельно соединенных элементов, крышка содержит прокладки из слюды, асбеста и теплоизоляционного материала с теплоемкостью не более 0,5 Дж/г град.