Тепловой химический источник тока
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в производстве тепловых химических источников тока (ТХИТ). Предложенный ТХИТ состоит из помещенного в корпус блока, состоящего из электрохимических элементов и пиротехнических нагревателей, воспламеняемых от запального устройства с помощью инициирующих пиротехнических полос, при этом по торцам блока с внешних сторон токосъемных пластин установлены инерционные диски с диаметром, равным диаметру блока, и массой, значительно превосходящей массу пластин. Стабилизация электрических характеристик источника тока в условиях воздействия высоких значений ударных нагрузок, повышение надежности в работе устройства, а также снижение его габаритов, являются техническим результатом изобретения. 1 ил.
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при производстве тепловых химических источников тока (в дальнейшем ТХИТ).
Характерной особенностью работы ТХИТ является одновременное воздействие на конструкционные элементы высоких температур и значительных механических (ударных, вибрационных и центробежных) нагрузок, нарушающих тепловой и электрический контакт между электрохимическими элементами, понижая тем самым надежность работы ТХИТ.
Для устойчивости к таким воздействиям предусматриваются различные конструкционные и технологические решения фиксации усилия сжатия элементов в блоке с помощью стяжек, болтов, пружин, других упругих вставок.
Известен ТХИТ [Патент RU №2475888, кл. Н01М 6/36, 10.11.2011 г.], содержащий помещенный в корпус и герметизированный крышкой блок, набранный из последовательно расположенных электрохимических элементов и пиротехнических нагревателей, зафиксированный в опрессованном состоянии стяжками, приваренными к крышке. Боковая поверхность блока содержит двухслойную оболочку из органосиликатной композиции и стеклотканной ленты, пропитанной кремнийорганическим лаком.
Известный ТХИТ обладает недостаточной устойчивостью к ударным нагрузкам.
В процессе работы ТХИТ при сгорании пиротехнических нагревателей их толщина уменьшается. Одновременно, за счет расплавления электрохимических таблеток уменьшается толщина электрохимического элемента. Эти процессы приводят к уменьшению усилия сжатия между электрохимическими элементами и, как следствие, к нестабильности электрических характеристик.
Следует отметить, что создание оболочки по периферии блока элементов ведет к увеличению диаметра последнего, что затрудняет использование данного технического решения в малогабаритных и миниатюрных ТХИТ.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является ТХИТ [Патент RU №2470416, кл. Н01М 6/36, 2011 г.], содержащий помещенный в корпус и герметизированный крышкой блок, набранный из последовательно расположенных электрохимических элементов и пиротехнических нагревателей, токосъемные пластины, установленные по торцам блока, металлическое основание в торце блока с приваренными стяжками, фиксирующие блок в опрессованном состоянии на крышке, комплект асбестовых прокладок, установленный между основанием блока и дном корпуса.
Известный ТХИТ обладает низкой надежностью в работе при воздействии высоких значений ударных нагрузок.
Ударные нагрузки действуют на ТХИТ, как правило, в осевом направлении. Под действием сил инерции детали блока элементов смещаются против направления удара. В тоже время токосъемная пластина, находящаяся на стороне блока противоположной, месту приложения ударного воздействия, отстает от элементов блока ввиду наличия сил сопротивления, сравнимых с силой ее инерции вследствие малой массы, что приводит к нарушению электрической цепи блока элементов и, как следствие, вызывает колебания напряжения или отказ в работе.
Комплект асбестовых прокладок из-за малой величины рабочего хода (до 0,5 мм) не в состоянии сохранить необходимое усилие поджатая токосъемной пластины к элементам блока.
Целью предлагаемого технического решения является стабилизация электрических характеристик ТХИТ в условиях воздействия высоких значений ударных нагрузок.
С этой целью предлагается ТХИТ, содержащий помещенный в корпус и герметизированный крышкой блок, набранный из последовательно расположенных электрохимических элементов и пиротехнических нагревателей, токосъемные пластины, установленные по торцам блока, металлическое основание в торце блока с приваренными стяжками, фиксирующими блок в опрессованном состоянии на крышке, комплект асбестовых прокладок, расположенный между основанием блока и дном корпуса, отличающийся тем, что с внешних сторон токосъемных пластин блока установлены инерционные диски, с диаметром, равным диаметру блока и массой, значительно превосходящей массу пластин.
В предлагаемом техническом решении при ударном воздействии инерционный диск вследствие своей большой массы, значительно превосходящей массу токосъемной пластины, силой своей инерции оказывает давление на последнюю, позволяя ей преодолеть силы сопротивления и тем самым обеспечить надежный электрический контакт с блоком элементов и работоспособность ТХИТ.
Усилие прижатия автоматически увеличивается с ростом ударного ускорения. Установка инерционных дисков с торцевых сторон блока элементов позволяет обеспечить надежную работу ТХИТ вне зависимости от направления осевых ударов, а также их частоты.
ТХИТ (Рис. 1) состоит из помещенного в корпус 1 блока 2, состоящего из электрохимических элементов 3 и пиротехнических нагревателей 4, воспламеняемых от запального устройства 5 с помощью инициирующих пиротехнических полос 6. По торцам блока установлены токосъемные пластины 7 с токоотводами 8, инерционные диски 9, изолирующие прокладки 10. Блок 2 зафиксирован на крышке 11 в опрессованном состоянии с помощью стяжек 12 и основания 13. Между основанием 13 и дном корпуса 1 установлен комплект асбестовых прокладок 14. Блок окружен теплоизоляцией 15.
При активации ТХИТ запальное устройство 5 поджигает инициирующие пиротехнические полосы 6, которые в свою очередь поджигают пиротехнические нагреватели 4 блока, тепло которых расплавляет электролит электрохимических элементов 3. В процессе плавления электролита происходит уменьшение усилия взаимного сжатия элементов блока 2, что приводит к повышению внутреннего сопротивления, снижению рабочего напряжения, тока и длительности работы.
При невысоких ударных воздействиях на ТХИТ это уменьшение компенсируется упругим расширением комплекта асбестовых прокладок 14.
Однако при воздействии высоких механических ударных нагрузок на активированный ТХИТ обычной конструкции, вследствие сил инерции, компоненты блока 2 с ослабленным усилием сжатия значительно смещаются в сторону места приложения удара. Токосъемная пластина 7, расположенная на стороне блока, противоположной месту приложения ударного воздействия, из-за своей малой инерционной массы не может преодолеть боковые силы сопротивления и отстает от элементов блока, что приводит к нарушению электрической цепи и, как следствие, к колебаниям напряжения и отказу.
Тепловой химический источник тока, содержащий помещенный в корпус и герметизированный крышкой блок, набранный из последовательно расположенных электрохимических элементов и пиротехнических нагревателей, токосъемные пластины, установленные по торцам блока, металлическое основание в торце блока с приваренными стяжками, фиксирующими блок в опрессованном состоянии на крышке, комплект асбестовых прокладок, расположенный между основанием блока и дном корпуса, отличающийся тем, что с внешних сторон токосъемных пластин блока установлены инерционные диски, с диаметром, равным диаметру блока, и массой, значительно превосходящей массу пластин.
