Тепловая батарея

 

Изобретение относится к области электротехники, к конструкции тепловых батарей. В корпусе расположены чередующиеся между собой электрохимические элементы и пиротехнические нагревательные элементы. Нагревательные элементы заключены в металлическую оболочку, а пиротехнический состав нагревательного элемента содержит металлические включения, например, в виде проволоки, фольги или порошка. Оболочка нагревательного элемента и металлические включения выполнены из металла-геттера. Технический результат заключается в стабилизации эксплуатационных характеристик, расширении круга используемых пиротехнических составов и уменьшении габаритов тепловой батареи. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при создании тепловых батарей (ТБ) и приведении их в рабочее состояние.

Известна тепловая батарея с пиротехническим разогревом, состоящая из электрохимических элементов (ЭХЭ) и пиротехнических нагревателей, расположенных чередующимися слоями [1].

Недостатком известной тепловой батареи является недостаточная прочность используемых пиронагревателей, представляющих собой спрессованные таблетки.

Возможная деформация пиронагревателя и его усадка вследствие прохождения фронта горения нарушает его тепловой и электрический (в случае электропроводности пиронагревателя) контакт с электрохимическим элементом, что снижает эксплуатационные характеристики ТБ.

Существенным недостатком для данной тепловой батареи является избыточное давление газовой среды вследствие газовыделения от пиронагревателя и за счет разогрева конструктивных частей батареи, что снижает время работы тепловой батареи и заставляет увеличивать ее габариты.

Известна конструкция тепловой батареи, выбранная в качестве прототипа, содержащая чередующиеся между собой гальванические и нагревательные пиротехнические элементы, заключенные в металлические экраны [2]. Наличие металлических экранов в данной конструкции способствует сохранению прочностных характеристик пиронагревателя при хранении и эксплуатации тепловых батарей. Однако при срабатывании ТБ происходит значительное газовыделение вследствие горения пиротехнического состава и разогрева конструктивных элементов ТБ, что ведет к снижению эксплуатационных характеристик ТБ и их нестабильности, а также делает необходимым увеличение габаритов ТБ. Образующаяся газовая среда может также оказать химическое воздействие на электрохимический элемент, что понижает его полезную емкость.

Задачей изобретения является повышение эксплуатационных характеристик ТБ, их стабилизация, а также уменьшение габаритов ТБ.

Технический результат, полученный при использовании заявляемого решения, заключается в следующем: 1. Увеличение надежности работы ТБ.

2. Стабилизированы эксплуатационные характеристики ТБ (электрические характеристики и время работы).

3. Уменьшены габариты ТБ.

4. Расширен круг используемых пиротехнический составов.

Для решения указанной задачи ТБ, содержащей корпус, расположенные в нем последовательно чередующиеся между собой ЭХЭ и заключенные в металлическую оболочку пиротехнические нагревательные элементы, согласно изобретению пиротехнический состав нагревателя содержит металлические включения, а оболочка и металлические включения выполнены из металла-геттера. Металлические включения могут быть выполнены в виде проволоки, фольги или стружки.

Введение в пиротехнический состав нагревателя металлических включений и выполнение их и оболочки из металлов-геттеров, способных поглощать газы, позволяет за счет физической и в особенности химической сорбции снизить избыточное давление в объеме тепловой батареи. Снижение газосодержания при эксплуатации ТБ способствует сведению к минимуму или даже полному исключению взаимодействия газовой среды с ЭХЭ, а также уменьшает возможность воздействия газовой среды на другие элементы ТБ, что ведет к стабилизации эксплуатационных характеристик ТБ. Тепловая батарея работает в условиях избыточного газового давления, поэтому одним из основных требований, предъявляемых к ее конструкции, является обеспечение ее прочности, что обеспечивается увеличением толщины стенок корпуса ТБ, а значит и ее массы. Снижение газовыделения в объеме ТБ за счет сорбции газовой среды оболочкой пиротехнического нагревателя и металлическими включениями, введенными внутрь пиротехнического состава, позволяет уменьшит габариты и массу ТБ. Кроме того, в результате создания возможности поглощения достаточных количеств образующихся газов расширен круг используемых пиротехнических нагревателей по газовыделению, тем самым создаются благоприятные условия для использования высококалорийных пиротехнических составов.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема тепловой батареи; на фиг.2 - пиротехнический нагревательный элемент, представляющий из себя таблетку из пиротехнического состава, заключенную в металлическую оболочку.

ТБ содержит корпус 1, внутри которого расположен комплект чередующихся между собой электрохимических элементов 2 и нагревательных элементов 3. Причем нагревательные элементы 3 представляют из себя пиротехнический состав, заключенный в оболочку 4, изготовленную из металла или сплава, способных при рабочей температуре ТБ быть эффективными геттерами газовой среды. Данная оболочка может быть выполнена, например, из титановой фольги. Оболочка представляет из себя металлический корпус 4 с боковыми отверстиями 5 для инициирования. Сами нагревательные таблетки могут быть изготовлены, например, из смеси железа и перхлората калия. В пиротехнический состав введены металлические включения (в виде металла в порошкообразном состоянии, фольги или проволоки), способные вести быстрое и эффективное поглощение различных газов. Воспламенение пиротехнического состава осуществляется от пиротехнической эластичной ленты 6, задействование которой происходит от электровоспламенителя 7.

Предлагаемая тепловая батарея работает следующим образом: при помощи электровоспламенителя 7 инициируется в нужный момент пиротехническая лента 6, от которой через боковые отверстия 5 оболочки осуществляется поджиг пиротехнического нагревателя 3. Образующееся при сгорании тепло через металлическую оболочку 4 передается электрохимическим элементам 2, благодаря чему при достижении температуры плавления электролита ТБ генерируется электрический ток. В результате сгорания пиротехнического состава происходит выделение примесных газов. Вклад в образование газовой среды осуществляется и за счет разогрева конструктивных частей тепловой батареи, следствием чего должно быть избыточное газовое давление в объеме ТБ. Однако за счет химической и частично физической сорбции образующихся газов оболочкой пиротехнического состава и содержащимися в нем металлическими включениями уменьшается газовыделение в объеме ТБ.

Заключение пиротехнического состава в оболочку позволяет повысить прочность нагревательного элемента, тем самым обеспечить гарантию теплового и электрического контакта по всему объему комплекта сборки. Из-за отсутствия прямого контакта пиротехнического состава с ЭХЭ исключается возможность их воздействия, тем самым сохраняется полезная емкость ЭХЭ. Это позволит отказаться от межэлементных перемычек, так как оболочка, имея электрическую проводимость конкретного металла, обеспечивает электрический контакт ЭХЭ между собой, тем самым упрощается конструкция известных ТБ.

Использование в качестве материала для оболочки металла или сплава, способного при рабочей температуре ТБ эффективно поглощать газы, позволяет: - снизить возможное давление образующихся газов, выделяющихся при сгорании пиротехнического состава и нагрева конструктивных частей ТБ за счет сорбций их металлической оболочкой.

Введение в пиротехнический состав нагревателя металлических включений в порошкообразном виде или в виде проволоки или фольги позволяет: - значительно снизить газовыделение в ТБ за счет сорбции газовой среды дополнительно введенным внутрь пиротехнического состава элементом; - свести к минимуму возможное взаимодействие образующихся газов с ЭХЭ, тем самым сохранить их полезную емкость; - существенно расширить круг используемых пиротехнических составов для нагревателей; - уменьшить габариты ТБ.

Список литературы 1. Заявка Японии N 3-20027, кл. H 01 M 6/36, опубл. 12.06.85. Тепловая батарея.

2. Заявка Японии N 52-6448, кл. H 01 M 6/36, опубл. 22.07.77. Батарея с расплавленным электролитом.

Формула изобретения

1. Тепловая батарея, содержащая корпус, расположенные в нем последовательно чередующиеся между собой электрохимические элементы и пиротехнические нагревательные элементы, заключенные в металлическую оболочку, отличающаяся тем, что пиротехнический состав нагревательных элементов содержит металлические включения, а оболочка и металлические включения выполнены из металла-геттера.

2. Батарея по п.1, отличающаяся тем, что металлические включения выполнены в виде проволоки, фольги, стружки или порошкообразного состояния.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2