Тепловой химический источник тока

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.

 

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.

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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехнической промышленности, в частности к разработке расплавляемых электролитов для химических источников тока на основе солей лития и рубидия.

Изобретение относится к расплавляемому электролиту для химического источника тока, включающему при следующем соотношении компонентов, мас. %: фторид лития 1,57…1,63, хромат лития 64,59…66,29, хлорид калия 16,38…18,52, хромат калия 15,32…15,70.

Изобретение относится к электротехнике, к резервным источникам тока, и может быть использовано при изготовлении теплового химического источника тока (ТХИТ). Сущность изобретения: в отличие от известного ХИТ, содержащего размешенный в цилиндрическом корпусе, выполненном со сквозными вертикальными прорезями в виде окон и снабженном составной тепло- и электроизоляцией, поджатый вдоль его вертикальной оси системой упругих и регулировочных элементов блок термоактивируемых ЭХЭ, каждый из которых состоит из пакета последовательно чередующихся твердых слоев анода, электролита, катода и твердых слоев пиротехнических нагревательных элементов (ПТН), введенных между слоями активных масс, блок ЭХЭ, снабженный разнополюсными токовыводами, систему термоактивирования, согласно изобретению, каждый ЭХЭ выполнен в виде спрессованных твердых слоев анода, представляющего собой сплав литий-бор с содержанием бора не менее 28%, слоев электролита в виде эвтектической смеси силикатов и фосфатов щелочных металлов и катода, состоящего из смеси хлорида никеля и оксида ванадия, при этом в тело катода впрессована просечная никелевая сетка, диаметр которой составляет величину в диапазоне от 75% до 95% от диаметра катода, и имеющая толщину от 10% до 30% от толщины катода, по торцам блока ЭХЭ от краевых ЭХЭ выведены разнополюсные токовыводы к соответствующим полюсам ХИТ.

Изобретение относится к области электротехнической промышленности, в частности к разработке расплавляемых электролитов для химических источников тока на основе солей лития и калия.

Заявленное изобретение относится к резервным источникам тока, а именно к тепловым химическим источникам тока (ТХИТ). Повышение надежности работы, исключение риска появления коротких замыканий между элементами активных масс электрохимических элементов (ЭХЭ), образующих блок устройства, является техническим результатом заявленного изобретения.

Изобретение относится к устройствам прямого преобразования химической энергии экзотермических композиций в электрическую энергию, в частности к высокотемпературным резервным источникам электрического тока одноразового действия, предназначенным для работы в режиме ожидания - автономного задействования и питания бортовой аппаратуры, приборов и устройств, например в виде мостиков накаливания, пиротехнических энергодатчиков, микроэлектродвигателей, реле, и т.д., систем оповещения, автоматического пожаротушения, блокировки и т.п.

Изобретение относится к устройствам прямого преобразования химической энергии экзотермических композиций в электрическую энергию, в частности к высокотемпературным резервным источникам электрического тока одноразового действия, и может быть использовано, например, для автономного питания бортовой аппаратуры, приборов и устройств и т.п.

Изобретение относится к области энергетики, в частности к разработке составов солей лития, которые могут быть использованы в качестве расплавляемых электролитов для химического источника тока.
Изобретение относится к области электротехнической промышленности, в частности к разработке расплавляемых электролитов для химических источников тока на основе солей лития и калия.
Изобретение относится к области энергетики, в частности к разработке составов, содержащих фторид, бромид, молибдат лития, при этом для расширения диапазона концентраций с низкой температурой плавления дополнительно введен вольфрамат лития при следующем соотношении компонентов, мас.%: фторид лития 6,34-7,03, бромид лития 76,28-79,61, вольфрамат лития 4,85-9,59, молибдат лития 4,47-11,84.

Изобретение относится к сепаратору, подходящему для алюминиевого электролитического конденсатора, а также к алюминиевому электролитическому конденсатору, использующему этот сепаратор.

Изобретение относится к способу модификации ионообменных мембран противоположно заряженными полиэлектролитами с целью повышения ионной селективности мембран, а также к модифицированным данным способом мембранам, обладающим повышенной ионной селективностью.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к абсорбирующему сепаратору для свинцово-кислотного аккумулятора. Предлагаемый сепаратор не имеет проводящих электрических слоев и представляет отличный изолятор для электронных проводимостей.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к свинцовому аккумулятору, в котором содержится электролит, разделенные сепараторами блок отрицательных электродов и блок положительных электродов, при этом в активную массу каждого положительного электрода с обеих сторон впрессованы кислотоустойчивые полотна из AGM ткани, толщиной 0,1-0,2 мм.

Изобретение относится к свинцово-кислотным аккумуляторам, более конкретно к нетканым волоконным плитам для использования в свинцово-кислотных аккумуляторах. Обеспечивается нетканая волоконная приклеиваемая плита для свинцово-кислотных аккумуляторов.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к сепаратору, включающему в себя выстроенные частицы для улучшенной удельной ионной проводимости, способу его получения, и может быть использовано при изготовлении перезаряжаемых литий-ионных аккумуляторов.

Изобретение относится к сепараторным матам, которые используются в аккумуляторных батареях для физического разделения и электрической изоляции положительных и отрицательных электродов батареи.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к перезаряжаемому аккумуляторному элементу, преимущественно ионно-литиевому элементу, и способу его изготовления.

Изобретение относится к разделительной мембране для литий-серного аккумулятора. Мембрана содержит первый слой, включающий в себя проводящее по ионам лития соединение, имеющее функциональную группу -SО3Li, второй слой, включающий в себя частицу неорганического оксида и связующее, и третий слой, включающий в себя пористый материал основы, предусмотренный между первым слоем и вторым слоем.

Изобретение относится к устройствам для хранения энергии, таким как аккумуляторы. Композиция для применения в качестве связующего материала, электролитического материала или материала сепараторной пленки в устройстве для хранения или накопления энергии, содержащая множество волокон на основе дискретных углеродных нанотрубок, при этом аспектное отношение указанных волокон составляет от примерно 10 до примерно 500, и при этом по меньшей мере часть волокон на основе дискретных углеродных нанотрубок имеет открытый конец, причем часть волокон на основе углеродных нанотрубок с открытым концом содержит электролит.

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 Джг 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.

Наверх