×
09.06.2019
219.017.7c27

ТЕПЛОВАЯ БАТАРЕЯ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к резервным химическим источникам тока на твердом теле. Техническим результатом изобретения является повышение ресурса работы, энергоемкости, надежности работы батареи, срока годности, механической прочности сборки, сохранности. Согласно изобретенияю тепловая батарея (ТБ) содержит блок электрохимических элементов (ЭХЭ), каждый из которых состоит из расчетного количества твердых слоев анода, катода, электролита, нагревательных элементов, ограниченных с внешней стороны общим корпусом с тепло- и электроизоляцией. Блок электрохимических элементов (БЭХЭ) 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, дополнительно по торцам БЭХЭ установлены по одному пассивному ЭХЭ, корпус ТБ выполнен цилиндрическим из нержавеющей стали с толщиной стенок от 0,5 до 1 мм, анод каждого ЭХЭ выполнен из одного сплава LiB, катод - из смеси NiCl и электропроводной добавки, электролит - из смеси загустителя и эвтектики, состоящей из солей щелочных металлов, с внутренней и торцевых сторон цилиндрического корпуса выполнены слои тепло- и электроизоляции, между слоями активных масс введены твердые слои нагревательных элементов, в цилиндрическом корпусе выполнены сквозные вертикальные прорези в виде окон, суммарная площадь которых не превышает 80% от его общей боковой поверхности. 2 ил., 1 табл.
Реферат Свернуть Развернуть

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике, к области резервных химических источников тока на твердом теле, и может быть использовано для изготовления тепловой батареи с ионной проводимостью.

Известно устройство тепловой батареи, содержащей блок электрохимических элементов, каждый из которых снабжен твердыми слоями анода, катода, электролита, ограниченными с внешней стороны общим корпусом (патент РФ №1833080, МПК Н01М 6/20, опубл. 05.10.1995 г., БИ №28/95).

Недостатками данного устройства являются недостаточно высокие показатели энергоемкости и то, что отсутствуют рекомендации по обеспечению требований по массово-габаритным ограничениям и не регулируется плотность сборки при работе.

Известно в качестве наиболее близкого по технической сущности к заявляемому устройство тепловой батареи (ТБ) (патент РФ №2091918, МПК Н01М 6/36, опубл. 27.09.1997 г., БИ №27/97), содержащей блок электрохимических элементов, каждый из которых снабжен твердыми слоями анода, катода, электролита, нагревательных элементов, ограниченными с внешней стороны общим корпусом с теплоизоляцией.

К недостаткам прототипа относятся относительно низкие показатели энергоемкости, достигнутые плотность сборки и уровень электрохимических характеристик тепловой батареи.

Задачей авторов предлагаемого изобретения является разработка тепловой батареи, обеспечивающей требования по массово-габаритным ограничениям, повышение ресурса работы, энергоемкости, надежности работы батареи, повышение срока годности, повышение механической прочности сборки, сохранности, увеличение плотности сборки, улучшение электрохимических характеристик.

Новый технический результат, получаемый при использовании предлагаемого изобретения, заключается в обеспечении требований по массово-габаритным ограничениям, повышении ресурса работы за счет стабилизации теплового режима, энергоемкости, надежности работы батареи, срока годности, повышении механической прочности сборки, сохранности, увеличении плотности сборки и улучшении электрохимических характеристик.

Указанные задача и новый технический результат достигаются тем, что в отличие от известной конструкции тепловой батареи, содержащей блок электрохимических элементов, каждый из которых снабжен твердыми слоями анода, катода, электролита, ограниченными с внешней стороны общим корпусом с теплоизоляцией, в предлагаемой конструкции блок электрохимических элементов размещен вдоль вертикальной оси корпуса, поджат с заданным усилием в осевом направлении упругим элементом с возможностью регулирования величины этого усилия, корпус тепловой батареи выполнен цилиндрическим из нержавеющей стали с толщиной стенок не менее 0,5-1,0 мм, анод каждого электрохимического элемента выполнен из литий-борного сплава (LiB), катод - из смеси NiCl2 и электропроводной добавки, электролит - из смеси загустителя и эвтектики, состоящей из солей щелочных металлов, с внутренней и торцевых сторон цилиндрического корпуса выполнены слои тепло- и электроизоляции, между слоями активных масс введены твердые слои теплонагревательных элементов, в цилиндрическом корпусе выполнены сквозные вертикальные прорези в виде окон, суммарная площадь которых не превышает 80% от его общей боковой поверхности.

Предлагаемая тепловая батарея поясняется следующим образом.

Предлагаемая тепловая батарея представляет собой цилиндрическое устройство, представленное на фиг.1, состоящее из корпуса 1, набора электрохимических элементов (ЭХЭ) 2 и нагревательных элементов 3, упругого элемента 4, металлических прокладок 5, слоев тепло- и электроизоляции 8, 9, резьбового элемента 6 и двух токовыводов 7, один из которых соединен с анодом, другой - с катодом. Внутри корпуса находится блок ЭХЭ, расположенный вдоль вертикальной оси корпуса и поджатый в осевом направлении с заданным усилием расчетного количества упругих элементов с возможностью регулирования величины этого усилия посредством резьбового элемента. В корпусе блока ЭХЭ выполнены прорези 10.

Такое выполнение ограничивает сборку по наружной поверхности, что значительно увеличивает время работы ТБ. В отличие от традиционной фиксации комплекта ЭХЭ по оси дополнительным осевым элементом, который требовал дополнительного тепла для его разогрева, в предлагаемой ТБ достигнута значительная экономия энергии разогрева.

Основной рабочей единицей блока элементов является электрохимический элемент, представляющий собой трехслойную твердую таблетку (фиг.2), где анод 11 выполнен из литий-борного сплава (LiB), обладающего высокими энергетическими характеристиками. Катод 12, представляющий собой смесь NiCl2 и электропроводной добавки, обладает достаточной термической устойчивостью в рабочем состоянии в интервале температур 500-700°С при использовании в качестве ионопроводящей среды солей хлоридов, а также низкой растворимостью в электролите. Электролит 13, представляющий собой смесь загустителя и эвтектики, состоящий из солей щелочных металлов, приобретает ионную проводимость при рабочих температурах ТБ, т.е. при расплавлении. С повышением температуры электропроводность ионных расплавов возрастает, что улучшает электрохимические показатели ТБ по сравнению с прототипом.

Необходимое рабочее напряжение ТБ обеспечивается путем последовательного соединения (набора в «столб») ЭХЭ в виде минимизированных по толщине слоев активных масс в расчетном количестве. Утонение твердых слоев активных масс эффективно уменьшает затраты тепловой энергии, необходимой для разогрева ТБ, и экономно по габаритным показателям. Для обеспечения требуемого времени работы дополнительно по торцам блока электрохимических элементов установлены по одному пассивному ЭХЭ (электрически не соединенных с другими ЭХЭ) для выравнивания температуры работающих ЭХЭ по оси блока элементов и для равномерного распределения теплового поля внутри ТБ. Столб ЭХЭ изолирован от корпуса внутреннего стакана слоями тепло- и электроизоляции 8, 9 (фиг.1), а между слоями активных масс введены твердые слои нагревательных элементов.

Эти нагревательные элементы 3 (фиг.1), запрессованные в металлическую оболочку и устанавливаемые между ЭХЭ, служат для нагрева комплекта ЭХЭ до рабочей температуры и обеспечения электрической связи между ними. Пакет ЭХЭ и нагревателей поджимается и фиксируется в корпусе при помощи упругого элемента 4 и резьбового элемента 6 (фиг.1), что позволяет упростить сборку ТБ и сделать фиксацию ЭХЭ в корпусе более жесткой и плотной, чем в прототипе, что в свою очередь улучшает электрические характеристики ЭХЭ.

ТБ имеет в своем составе устройство активации с электровоспламенителем (ЭВ), приводящее ее в рабочее состояние.

Принцип работы ТБ следующий. При подаче импульса тока на мостик ЭВ от постороннего источника тока ЭВ срабатывает и дает форс пламени на передающее тепловой импульс средство, при горении которого воспламеняются нагревательные элементы, расположенные между ЭХЭ. При достижении рабочей температуры электролит становится ионопроводящим. При разогреве ионопроводящая среда приобретает чисто ионную проводимость электрического тока и на ЭХЭ возникает разность потенциалов. Примененная электрохимическая система (ЭХС) в ТБ Li(B)/(LiCl-KCl)/NiCl2, которая синтезируется предварительно, работает по следующим электрохимическим реакциям:

- анод: 2Li0-2е → 2Li+

- катод: Ni2++2е → Ni0

Суммарная реакция:

2Li+NiCl2 → 2LiCl+Ni

После нарастания разности потенциалов до требуемой величины ТБ готова к работе.

Высокие температуры ионных расплавов, использование энергоемких электрохимических пар (LiB-NiCl2) с минимальным содержанием примесей обеспечивает ТБ высокие удельные показатели предлагаемой ТБ - рабочие напряжения (2,1-2,6 В на один элемент) и значительные плотности тока разряда (до 0,5 А/см2 в импульсном режиме), что значительно превышает достижения прототипа.

Для стабилизации теплового режима ТБ за счет повышения показателей тепло- и электроизоляции в цилиндрическом корпусе выполнены сквозные вертикальные прорези в виде окон 10 (фиг.1), суммарная площадь которых не превышает 80% от его общей боковой поверхности. Экспериментально было показано, что их наличие повышает энергоемкость ТБ и уровень электрохимических и временных показателей предлагаемой ТБ за счет уменьшения потерь тепла.

Таким образом, при использовании предлагаемой тепловой батареи обеспечиваются требования по массово-габаритным ограничениям, повышение ресурса работы, показателей энергоемкости, надежности работы батареи, срока годности, механической прочности сборки, сохранности, увеличена плотность сборки и улучшены электрохимические характеристики.

Возможность промышленной реализации предлагаемой тепловой батареи подтверждается следующим примером.

Пример. Предлагаемая тепловая батарея реализована в лабораторных условиях в виде опытного образца конкретного типа и представляет собой цилиндрическое устройство (фиг.1), состоящее из корпуса 1 и тепло- и электроизоляции 8, 9. Корпус изготовлен из нержавеющей стали 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72 с толщиной стенок 0,7 мм. Внутри корпуса находится блок электрохимических элементов. Анод 1 (фиг.2) выполнен из литий-борного сплава (LiB), обладающего высокими энергетическими характеристиками. Катод 2 (фиг.2) представляет собой смесь NiCl2 и электропроводной добавки, в качестве ионопроводящей среды используют соли хлоридов. Электролит 3 (фиг.2) - смесь загустителя и эвтектики, состоящей из смеси солей щелочных металлов, приобретает ионную проводимость при рабочих температурах ТБ, т.е. при расплавлении.

Необходимое рабочее напряжение ТБ обеспечивается путем последовательного соединения (набора в «столб») ЭХЭ 2 (фиг.1) в количестве 11 штук. Для обеспечения требуемого времени работы дополнительно по торцам блока элементов установлены по одному пассивному ЭХЭ (электрически не соединенных с другими ЭХЭ), что способствует стабилизации теплового режима по оси блока элементов. Столб ЭХЭ изолирован от корпуса электроизоляционной прокладкой 8 (фиг.1) из слюдинита, ГСКВ ТУ 3492-070-05758799-2002, по боковой поверхности и прокладками 9 (фиг.1) из теплоизоляционного материала «Картон-Н», 4682601.013-89ТУ, по торцам.

Для нагрева ЭХЭ до рабочей температуры и обеспечения электрической связи между ними служат запрессованные в металлическую оболочку пиротехнические нагреватели 3 (фиг.1), устанавливаемые между ЭХЭ. Пакет ЭХЭ и нагревателей поджимается и фиксируется в корпусе при помощи упругого элемента 4 (фиг.1) и гайки 6 (фиг.1), что позволяет упростить сборку ТБ и сделать фиксацию ЭХЭ в корпусе более жесткой, что в свою очередь увеличивает стойкость ТБ к различным механическим воздействиям и уменьшает электрические потери в рабочем состоянии ТБ. Снятие электрической емкости производится с помощью токовыводов 7 (фиг.1).

Все данные при работе предлагаемой ТБ сведены в таблицу.

Как показали эксперименты, использование предлагаемой ТБ обеспечивает требования по массово-габаритным ограничениям, повышение ресурса работы за счет стабилизации теплового режима, энергоемкости, надежности работы батареи, срока годности, повышение механической прочности сборки, сохранности, увеличение плотности сборки и улучшение электрохимических характеристик.

Примеры реализации Наименование показателей Значение показателей предлагаемой ТБ Значение показателей ТБ-прототипа Срок годности ТБ Примечание
1 2 3 4 5 6
Электрохимический элемент в составе ТБ-прототипа (показатели по ЭХЭ) Разрядные характеристики: Недостаточно высокие показатели энергоемкости, времени работы, плотности сборки, надежности
Ток разряда До 3,5 А
Напряжение 1,75-2,1 В
Удельная мощность 9,3 кВт/кг 17 лет
Время работы 350 с
Объем рабочий ЭХЭ 3,6·10-6 м3
Масса ЭХЭ 7,41·10-3 кг
Электрохимический элемент в составе предлагаемой ТБ (показатели по ЭХЭ) Разрядные характеристики: Улучшение по характеристикам: время работы, снимаемая емкость, надежность, плотность сборки, стабилизация теплового режима
Ток разряда До 7А
Напряжение 2,6 В
Удельная мощность 30 кВт/кг 17 лет
Время работы до 600 с
Объем рабочий ЭХЭ 3,0·10-6 м3
Масса ЭХЭ 6,27·10-3 кг

Тепловая батарея, содержащая блок электрохимических элементов, каждый из которых состоит из расчетного количества твердых слоев анода, катода, электролита, нагревательных элементов, ограниченных с внешней стороны общим корпусом с тепло- и электроизоляцией, отличающаяся тем, что блок электрохимических элементов 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, дополнительно по торцам блока электрохимических элементов установлены по одному пассивному электрохимическому элементу, корпус тепловой батареи выполнен цилиндрическим из нержавеющей стали с толщиной стенок от 0,5 до 1 мм, анод каждого электрохимического элемента выполнен из одного сплава LiB, катод - из смеси NiCl и электропроводной добавки, электролит из смеси загустителя и эвтектики, состоящей из солей щелочных металлов, с внутренней и торцевых сторон цилиндрического корпуса выполнены слои тепло- и электроизоляции, между слоями активных масс введены твердые слои нагревательных элементов, в цилиндрическом корпусе выполнены сквозные вертикальные прорези в виде окон, суммарная площадь которых не превышает 80% от его общей боковой поверхности.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 91.
27.10.2015
№216.013.87e5

Комплект оборудования для проведения испытаний изделия

Изобретение относится к испытательному оборудованию, предназначенному для проведения заводских испытаний большегрузного и габаритного изделия на заключительном этапе его изготовления, и может быть использовано для имитации экстремальных ситуаций, появление которых возможно в процессе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002566392
Дата охранного документа: 27.10.2015
20.02.2019
№219.016.c034

Способ автоматической сортировки грунтов, зараженных радиоактивными нуклидами, и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области обращения твердых радиоактивных отходов. Способ автоматической сортировки грунтов, зараженных радионуклидами, заключается в том, что мелкие классы грунта крупностью менее 20-30 мм подают на ленту сепаратора в виде сплошного потока, который проходит вместе с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002339463
Дата охранного документа: 27.11.2008
01.03.2019
№219.016.c9b6

Устройство для формирования установочного импульса

Изобретение относится к области автоматики и импульсной техники и может быть использовано для формирования импульсов. Достигаемый технический результат - формирование установочного импульса гарантированной длительности при подаче на шину питания напряжения с любой длительностью фронта...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002296419
Дата охранного документа: 27.03.2007
01.03.2019
№219.016.cc3f

Способ управления электромагнитным приводом

Изобретение относится к машиностроению, в частности к электромагнитным приводам, и предназначено для использования в магистральных трубопроводах. Способ управления электромагнитным приводом заключается в удержании привода в исходном положении с помощью упругого элемента. Для перевода привода в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002352846
Дата охранного документа: 20.04.2009
11.03.2019
№219.016.d626

Способ изготовления тонкопленочных резисторов

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для производства микроэлектронных устройств и дискретных элементов. Технический результат: повышение выхода годных резисторов по параметрам точности за счет уменьшения влияния неконтролируемых дестабилизирующих факторов в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002270490
Дата охранного документа: 20.02.2006
11.03.2019
№219.016.d645

Взрывозащитная камера

Использование: для обеспечения безопасности при транспортировке, ликвидации и экспериментальной отработке взрывных устройств с энерговыделением до 60 кг ТЭ, в состав которых могут входить экологически опасные высокотоксичные вещества. Задача: расширение диапазона применения и обеспечение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002273821
Дата охранного документа: 10.04.2006
11.03.2019
№219.016.d647

Устройство для инициирования

Использование: в пиротехнике, в конструкциях воспламенителей. Сущность изобретения заключается в том, что в корпусе соосно через перегородку установлены инициирующий и воспламенительный заряды, выполненные из пиротехнических составов. Инициирующий заряд выполнен из безгазового пиротехнического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002276319
Дата охранного документа: 10.05.2006
11.03.2019
№219.016.d65a

Кумулятивный заряд

Область применения: кумулятивные боеприпасы. Сущность изобретения: кумулятивный заряд содержит корпус 1, заряд взрывчатого вещества (ВВ) 2, средство инициирования 3, размещенное на оси заряда, и разнотолщинную кумулятивную облицовку 4 в форме раструба с увеличенной толщиной от вершины к...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002262060
Дата охранного документа: 10.10.2005
11.03.2019
№219.016.d718

Сверхвысокочастотный генератор на основе виртуального катода с радиальным пучком

Область техники - генерирование электромагнитных волн. Может быть использовано при создании генераторов мощного сверхвысокочастотного (СВЧ) излучения. СВЧ-генератор на основе виртуального катода с радиальным пучком содержит вакуумную камеру, в корпусе которой, коаксиально, без контакта между...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002297688
Дата охранного документа: 20.04.2007
10.04.2019
№219.016.ffe4

Способ изготовления композитных проводов

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах, предназначенных для работы при температурах жидкого гелия. Техническая задача настоящего изобретения заключается в обеспечении горячего уплотнения композитной заготовки перед экструзией, не связанного с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002285966
Дата охранного документа: 20.10.2006
Показаны записи 1-10 из 11.
20.02.2014
№216.012.a3c6

Ампульный химический источник тока

Предложенное техническое решение относится к области электротехники, а именно к резервным химическим источникам тока ампульного типа (АХИТ). Повышение уровня разрядных характеристик АХИТ при безопасности работы и удобстве монтажа является техническим результатом заявленного изобретения....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507641
Дата охранного документа: 20.02.2014
27.02.2014
№216.012.a771

Тепловой химический источник тока

Предложенное изобретение относится к тепловым химическим источникам тока (ТХИТ), имеющим плотность энергии порядка 60 Вт·час/кг, которые могут быть использованы для питания электрической энергией автономных приборов и систем. Повышение безопасности, упрощение сборки при одновременном улучшении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002508580
Дата охранного документа: 27.02.2014
10.10.2014
№216.012.fc4d

Устройство защиты первичного преобразователя ускорения

Изобретение относится к системам защиты микромеханических систем и предназначено для обеспечения защиты первичных преобразователей ускорения (ППУ) от действия внешних дестабилизирующих факторов (ВДФ). Устройство защиты ППУ содержит корпус, на котором установлено основание, выполненное из двух...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002530435
Дата охранного документа: 10.10.2014
20.06.2015
№216.013.559f

Тепловая батарея

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...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002553449
Дата охранного документа: 20.06.2015
13.01.2017
№217.015.7967

Электродный блок ампульного химического источника тока и способ его сборки

Изобретение относится к резервным химическим источникам тока ампульного типа, задействуемым при впуске электролита из ампулы в электродный блок электрохимических элементов (ЭХЭ). Повышение безопасности, увеличением уровня разрядных характеристик источника тока, а также повышение плотности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002599147
Дата охранного документа: 10.10.2016
26.08.2017
№217.015.ed52

Химический источник тока

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...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002628567
Дата охранного документа: 21.08.2017
29.05.2018
№218.016.5325

Ампульный химический источник тока и способ его сборки

Изобретение относится к области электротехники, а именно к резервному химическому источнику тока ампульного типа, запускаемому в работу при подаче электролита из ампулы в электродный отсек блока электрохимических элементов (ЭХЭ). Ампульный химический источник тока (АХИТ) включает расчетное...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002653860
Дата охранного документа: 15.05.2018
25.06.2018
№218.016.66cc

Включатель

Изобретение относится к средствам для коммутации электрических цепей и может быть использовано в конструкциях выключателей и переключателей различного назначения. Включатель содержит корпус, соединенный с основанием, нажимной элемент, контактирующий с держателем, два подвижных подпружиненных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002658330
Дата охранного документа: 20.06.2018
25.04.2019
№219.017.3b64

Химический источник тока ампульного типа

Изобретение относится к области электротехники, а именно к химическим резервным источникам тока ампульного типа (АХИТ), содержащим в едином корпусе с крышкой расчетное количество электролитных блоков и соответствующее количество секций электродов, размещенных в электродном блоке, каждая из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002685704
Дата охранного документа: 23.04.2019
18.05.2019
№219.017.58a8

Гермоввод

Изобретение относится к области изготовления миниатюрных гермовводов, в частности к конструкциям спаев металл-керамика высокой степени герметичности и может быть использовано в электровакуумных приборах. Технический результат - создание металлокерамического узла высокой степени герметичности....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002322718
Дата охранного документа: 20.04.2008
+ добавить свой РИД