ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2018782
ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
Имя изобретателя: Демьяненко Д.Б.; Дудырев А.С.; Капелюшко В.И.; Федорова Н.Ю.
Имя патентообладателя: Специальное конструкторско-технологическое бюро "Технолог" Ленинградского технологического института им.Ленсовета
Адрес для переписки:
Дата начала действия патента: 1991.05.06
Изобретение относится к
устройствам для преобразования химической
энергии в электрическую, в частности к
высокотемпературным резервным источникам
тока. Целью изобретения является
миниатюризация устройства и увеличение его
удельной мощности. Пиротехнический
генератор электрического тока содержит
цилиндрические анод и катод, выполненные в
виде анодной и катодной композиций, с
токовыводами и сепаратором, при этом оба
электрода выполнены в виде пиротехнических
зарядов с отношением диаметра к высоте
каждого заряда, равным 2,0 . . . 2,5, анод
выполнен в виде пиротехнического заряда с
избытком горючего, катод - с избытком
окислителя, а сепаратор выполнен из
пористого диэлектрика, разделяющего анод и
катод. Причем катодная композиция
выполнена из смеси, содержащей фторид
свинца, алюминий, фторид лития, при
следующем соотношении компонентов, мас.%:
фторид свинца 82,8 - 94,6; фторид лития 3,0 - 12,0;
алюминий 2,1 - 5,8.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Предлагаемое техническое решение
относится к устройствам для преобразования
химической энергии в электрическую, в
частности к высокотемпературным резервным
источникам тока, которые могут
использоваться в системах автоматики
автономных объектов различного назначения.
Известны аммиачные резервные
батареи [1], которые обеспечивают малое
время задержки и большие токи. Однако их
применение затруднено из-за сложности
равномерного распределения жидкого
аммиака в межэлектродном пространстве.
Известна тепловая батарея фирмы Eagle-Picher [2],
состоящая из пластинчатых анода из
активного металла (кальций, магний, литий),
катода из сильного окисляющего агента (хромат
кальция), прессованного со связующим
электролита и нагревательного элемента.
Такие батареи диаметром 89 мм, высотой 104 мм и
массой 2,0...3,0 кг позволяют получить удельную
мощность до 300 Вт/кг.
К недостаткам прототипа относятся
значительные габариты и недостаточная
удельная мощность.
Целью предлагаемого технического решения
является миниатюризация устройства и
увеличение его удельной мощности.
Поставленная цель достигается путем
изменения размеров электродов и
использованием новых электродных
материалов.
Сущность предлагаемого технического
решения: в устройстве, включающем
параллельно расположенные пластинки анода
и катода с токовыводами и сепаратором, анод
и катод выполнены в виде пиротехнических
зарядов при отношении диаметра к высоте
2,0...2,5 и разделены слоем пористого
диэлектрика, не содержащего электролит,
причем в качестве катодной композиции
используется смесь, содержащая фторид
свинца, алюминий и фторид лития, при
следующем соотношении компонентов, мас. % :
Фторид свинца 82,8...94,6 Фторид лития 3,0...12,0
Алюминий 2,1...5,8
Использование в качестве обоих электродов
пиротехнических зарядов позволяет
значительно сократить тепловые потери при
работе источника, т.к. анод и катод
одновременно воспламеняются и горят,
прогревая разделяющий их сепаратор.
Введение в состав пиротехнической
композиции избытка одного из компонентов -
горючего или окислителя - позволяет
использовать эти составы либо в качестве
анода, либо - катода. При испытании
лабораторных образцов в качестве анода
использовалась модельная смесь, содержащая
избыток горючего при следующем соотношении
ингредиентов, мас.%: фторид свинца 58,0; магний
22,0; фторид лития 20,0. В качестве катода
применялась смесь, содержащая избыток
окислителя (фторида свинца), который
частично восстанавливался в реакции
горения, а частично - по электрохимическому
механизму.
Высокое содержание электролита в составе
электродов позволяет использовать в
качестве сепаратора пористый диэлектрик,
не пропитанный электролитом, т. к. при
горении пирозарядов электролит в их
композициях находится в расплавленном
состоянии и заполняет поры сепаратора. В
качестве сепаратора могут использоваться
различные материалы на основе асбеста,
корунда, бумага и др.
Использование в качестве электродов
пиротехнических композиций позволяет
изготавливать генератор в неметаллические
оболочки без установки дополнительной
теплоизоляции. При этом масса изделия не
превышает 0,7...0,8 г, что позволяет снизить
габариты генератора тока и повысить его
удельную мощность (табл.1).
Сущность предлагаемого технического
решения поясняется чертежом.
 |
Устройство содержит анодный 1 и катодный 2
пиротехнические заряды, которые разделены
между собой слоем диэлектрического
пористого сепаратора 3. К наружным торцам
обоих электродов подпрессованы токовыводы
4. Направление действия огневого
воспламенительного импульса показано
стрелкой.
Устройство работает следующим образом: от
воспламенительного импульса одновременно
загораются анодный 1 и катодный 2 составы.
При их горении электролит расплавляется и
заполняет поры сепаратора 3. Расплавленный
электролит является средой, в которой
происходит перенос заряженных частиц между
электродами и внутри каждого электрода к
токовыводу. На аноде происходит
электрохимическое окисление горючего -
алюминия, а на катоде - электрохимическое
восстановление фторида свинца.
|
Пример. Для приготовления опытных
составов использовались фторид свинца (П)
ТУ 6-09-2128-77 и фторид лития ТУ 6-09-3529-84,
просеянные через шелковое сито N 61 ГОСТ 4403-77
и просушенные. Алюминий марки АСД-4 ТУ 48-5-100-75
проходил контрольный просев. Составы
смешивались вручную на клеенке резиновой
пробкой до получения однородной массы.
Например, для приготовления состава 1 табл.2
использовались следующие навески
компонентов, г: фторид свинца 18,24; фторид
лития 0,6; алюминий 1,16. Составы прессовались
в заряды диаметром 5,0 мм и высотой 2,0 мм без
оболочек, с одного из торцов
подпрессовывался никелевый кружок,
служащий токовыводом катода. В качестве
анодного пиросостава использовалась
модельная композиция содержащая, мас. %:
фторид свинца 58,0; магний 22,0; фторид лития 20,0.
Анод изготавливался в виде таблетки без
оболочки диаметром 5,0 мм и высотой 2,0 мм, с
одного из торцов подпрессовывался
никелевый кружок, являющийся токовыводом
анода. Сепаратор изготавливался вырубкой
из листового асбеста толщиной 0,1...0,2 мм.
Сборка генератора проводилась путем
последовательного расположения анода,
сепаратора и катода. Причем токосъемы
электродов находились на внешних торцах
элементов. Воспламенение производилось по
боковой поверхности элемента.
Регистрация двух напряжений проводилась на
высокоомной (105 к Ом) и низкоомной (2,0 Ом)
нагрузках через согласующее устройство СФ-023
на светолучевом осциллографе Н117 с
применением преобразователя тока,
переключающего нагрузки с частотой 50 Гц. Из
полученных напряжений рассчитывали
мощность генераторов. Результаты
экспериментов представлены в табл.2.
Увеличение количества фторида свинца за
пределы, указанные в формуле изобретения,
приводит к невоспламенению состава.
Уменьшение количества фторида свинца за
пределы, указанные в формуле изобретения,
приводит к снижению электрических
характеристик.
Увеличение количества алюминия за пределы,
указанные в формуле изобретения, приводит к
закорачиванию электродов.
Уменьшение количества алюминия за пределы,
указанные в формуле изобретения, приводит к
затуханию состава.
Уменьшение количества фторида лития за
пределы, указанные в формуле изобретения,
приводит к закорачиванию электродов.
Увеличение количества фторида лития за
пределы, указанные в формуле изобретения,
приводит к затуханию состава.
Использование предлагаемого технического
решения позволит в 3...6 раз повысить
удельную мощность и уменьшить габариты
изделия в 15 раз.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР
ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА, состоящий из
цилиндрических анода и катода, выполненных
в виде анодной и катодной композиций, с
токовыводами и сепаратором, отличающийся
тем, что, с целью миниатюризации устройства
и увеличения его удельной мощности, оба
электрода выполнены в виде пиротехнических
зарядов с соотношением диаметра к высоте
каждого заряда 2,0 - 2,5, при этом анод выполнен
в виде пиротехнического заряда с избытком
горючего, катод - с избытком окислителя, а
сепаратор выполнен из пористого
диэлектрика, разделяющего анод и катод.
2. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что
катодная композиция выполнена из смеси,
содержащей фторид свинца, алюминий, фторид
лития при следующем соотношении
компонентов, мас.%:
Версия для печати
Дата публикации 29.04.2007гг
вверх
|
