Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ СБОРКИ ТЕПЛОВОГО ХИМИЧЕСКОГО ИСТОЧНИКА ТОКА

Изобретение относится к электротехнической промышленности, может быть использовано в производстве тепловых химических источников тока.

Известен способ сборки теплового химического источника тока [патент RU 2369944 С2, кл. Н01М 6/36, 10.06.09 г.] путем последовательной укладки электрохимических элементов и пиротехнических нагревателей в блок, поджатия блока упругим элементом и гайкой, закрепления блока на крышке и вставки его в корпус источника тока, по внутренней поверхности которого установлена тепло- и электроизоляция.

Известный источник тока обладает низкой надежностью в работе, особенно при воздействии линейных, ударных и вибрационных нагрузок. Это связано с тем, что упругие элементы при воздействии высоких температур теряют свои упругие свойства, что приводит к расслаблению блока и уменьшению теплового и электрического контакта между элементами блока, а воздействие механических нагрузок может привести к разрушению блока.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является способ сборки теплового химического источника тока [Ф.И.Кукоз и др. Тепловые химические источники тока. Изд. Ростовского университета, 1989 г., стр.51] путем последовательной укладки в блок таблеток электрохимических элементов и пиротехнических нагревателей, закрепления блока на крышке источника тока, опрессовки, фиксации давления опрессовки с помощью крепежных болтов, стяжек и пружин сжатия, вставки блока в корпус.

Зазор между основанием блока и дном корпуса заполняется теплоизоляцией.

Известный способ сборки обладает существенными недостатками, поскольку фиксация давления опрессовки с помощью крепежных болтов, стяжек и пружин сжатия не обеспечивает стабильность электрических характеристик. При высоких рабочих температурах (450-630°С) указанные металлические крепежные элементы теряют свои прочностные характеристики, а величины линейного расширения больше, чем расширение составляющих блока электрохимических элементов, из-за чего происходит ослабление электрических контактов между электрохимическими элементами. Это приводит к нестабильным электрическим характеристикам, особенно в условиях механических нагрузок, которым подвергается источник тока.

Целью настоящего изобретения является стабилизация электрических характеристик источника тока в условиях воздействия механических нагрузок.

С этой целью предлагается способ сборки теплового источника тока, согласно которому блок электрохимических элементов спрессовывают фиксированным давлением в диапазоне (30-40) МПа, после чего в спрессованном состоянии измеряют высоту блока с крышкой и по разнице между глубиной корпуса и высотой блока определяют зазор, который заполняют комплектом асбестовых прокладок, спрессованных тем же давлением, что и блок электрохимичексих элементов, при этом фактическая толщина комплекта должна превышать расчетную на (0,4±0,1) мм.

Предложенный способ сборки теплового источника тока впервые позволил совместить теплоизоляционные свойства асбестовых прокладок с их упругими характеристиками.

Экспериментально было установлено, что при давлении опрессовки (30-40) МПа асбестовые прокладки сохраняют свои упругие свойства как в процессе хранения в источнике тока, так и в процессе их функционирования, когда температура внутри источника тока находится в пределах (450-630)°С.

При этом давлении не происходит разрушения таблеток электрохимических элементов и пиротехнических нагревателей и обеспечивается надежный тепловой и электрический контакт между ними. При давлении меньше 30 МПа ухудшаются характеристики источника тока за счет уменьшения теплового и электрического контакта между электрохимическими элементами, что приводит к увеличению времени выхода на рабочий режим, а ухудшение электрических контактов приводит к увеличению внутреннего сопротивления в источнике тока и ухудшению его вольтамперных характеристик.

При давлении на блок свыше 40 МПа уменьшается скорость горения пиротехнических нагревателей из-за увеличивающегося теплоотвода в условиях неадиабатического горения, характерного для теплового источника тока, что также приводит к увеличению времени активации источника тока. Превышение фактической толщины комплекта от расчетной на (0,4±0,1) мм определено необходимостью надежного обеспечения давления на блок в интервале (30-40) МПа в процессе хранения источника тока.

Пример конкретного исполнения

В основание сборочного приспособления помещается крышка источника тока с приваренными стяжками. На крышку укладываются теплоизоляционные прокладки и плата с токовыводами и средствами активации. Путем последовательной укладки таблеток электрохимических элементов и пиротехнических нагревателей собирается блок. При завершении сборки на блок укладывается металлическое основание, на которое прикладывается давление на блок силой 35 МПа. Под давлением измеряют высоту блока с крышкой и затем приваривают стяжки к основанию. Стяжки не являются силовым элементом, фиксирующим высоту блока, и служат для возможности совершения технологических операций.

По разнице между глубиной корпуса и высотой блока определяют толщину зазора, который заполняют комплектом асбестовых прокладок. Комплект подбирается из асбестовых прокладок толщиной от 0,3 до 1,0 мм.

Асбестовые прокладки, предназначенные для установки в зазор, предварительно опрессовываются тем же давлением, что и блок электрохимических элементов. При этом определяется средняя толщина одной прокладки, исходя из которой рассчитывают количество прокладок, необходимых для укладки в зазор.

Для оценки технического эффекта были изготовлены два идентичных источника тока на электрохимической системе LiSi/KCl, LiCl/FeS₂.

В таблице 1 представлены результаты разряда на нагрузку 38 Ом источника тока, один из которых был собран согласно предложенному техническому решению (образец 1), а во втором давление опрессовки фиксировалось стяжками (по прототипу), образец №2.

В таблице приняты обозначения:

τ_вр - время выхода на рабочий режим;

U_макс - максимальное напряжение разряда;

τ_р - продолжительность работы в секундах до напряжения 23,5 В.

Как видно из таблицы 1, источник тока, изготовленный по предложенному техническому решению, имеет более высокие характеристики разряда.