ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА 


RU (11) 2095745 (13) C1

(51) 6 F42C11/00, H01M6/20 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 17.03.2008 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 96118388/02 
(22) Дата подачи заявки: 1996.09.20 
(45) Опубликовано: 1997.11.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Патент РФ N 2018782, кл. F 42 С 11/00, Н 01 М 6/20, 1994. 
(71) Заявитель(и): Закрытое акционерное общество "Техно-ТМ" 
(73) Патентообладатель(и): Закрытое акционерное общество "Техно-ТМ" 

(54) ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА 

Использование: пиротехнический генератор электрического тока относится к высокотемпературным резервным источникам тока одноразового действия и может использоваться в системах автоматики. Сущность: пиротехнический генератор электрического тока состоит из катода, анода и сепаратора, выполненных с отношением их максимального размера к толщине от 20 до 130, содержащих в качестве связующего асбест, анод и катод выполнены из пиротехнических составов с избытком окислителя - катод и избытком горючего - анод, в качестве горючего в аноде и катоде взят цирконий, а сепаратор выполнен из флотации лития или фторида щелочноземельного металла или их смеси. ПГЭТ миниатюрен и автономен в применении, имеет гарантийный срок 5 - 10 лет при температуре хранения и эксплуатации 50oC, стоек к транспортным и эксплуатационным перегрузкам. Изготовление ПГЭТ можно производить на принятом в пиротехнической отрасли стандартном оборудовании без существенного изменения технологических процессов. ПГЭТ может быть использован для работы в режиме ожидания для проведения в действие огнетушителей, систем блокировки, сигнализации, питания бортовой аппаратуры, низковольтных реле, микросхем, аварийного включения и выключения при несанкционированном превышении температурных режимов и т.д. в помещениях различного назначения, так как при работе ПГЭТ не происходит выделения экологически вредных продуктов. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к устройствам для преобразования химической энергии экзотермических композиций в электрическую энергию, в частности к высокотемпературным резервным источникам тока одноразового действия, работающим в режиме ожидания и предназначенным для автоматического питания бортовой аппаратуры, приборов и устройств (мостики накапливания, пироэнергодатчики, микродвигатели, реле и т.д.), используемых в системах автоматики и объектов различного назначения (в том числе для включения систем пожаротушения, сигнализации, оповещения, блокировки и т.п.).

Известные по патентной и научно-технической литературе первичные резервные источники электрического тока с использованием пиротехнических зарядов (Багоцкий В.С. Скундин А.М. Химические источники тока М. Энергоиздат. 1981, с. 304-310; Кромптон Т. Первичные источники тока. М. Мир, 1986, с. 295, 328 и др.), сложны по устройству и имеют длительное время выхода на рабочий режим, т. к. генерирование электрического тока в названных устройствах становится возможным только после сгорания пиротехнического заряда пиронагревателя (ПН), что обеспечивает расплавление твердого электролита (соли или смесей солей), расположенного между анодом и катодом и нагрева обоих электродов до рабочей температуры. Время активации резервного источника уменьшено благодаря тому, что нагревательный элемент (ПН) помещен непосредственно в электрохимический элемент. Однако названное конструктивное и рецептурное решение устройства (Кукоз Ф.И. и др. Тепловые источники тока. Ростов-на-Дону, изд. Университета, 1989, с. 61-63) практически исключает возможность создания батарей из набора источников тока, а практическую значимость имеют только батареи (наборы источников тока) с напряжением 9.12 В и выше.

Кроме того, наличие пиротехнических узлов предопределяет необходимость раздельного их изготовления для обеспечения пожаро- и взрывобезопасности, соблюдения специальных требований технологических процессов, что усложняет процесс их изготовления. Вместе с тем применение названных источников тока в системах с кратковременным или импульсным режимами питания экономически нецелесообразно.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является пиротехнический генератор электрического тока (ПГЭТ) (одноэлементный резервный источник тока), в котором оба электрода выполнены из прессованных пиротехнических составов с соотношением диаметра и высоты каждого электрода равным 2,0 2,5 [1] При этом анод выполнен из пиротехнического состава с избытком горючего, катод с избытком окислителя, а сепаратор выполнен из пористого диэлектрика, разделяющего анод и катод. Катод выполнен из смеси, содержащей фторид свинца, фторид лития и алюминия, и анод из смеси фторида свинца, магния и фторида лития.

Основным недостатком прототипа является длительное время задержки от момента задействования до достижения максимального значения силы тока, обусловленное низкой скоростью горения пиротехнических электродов и инертностью пористого сепаратора, на заполнение которого электролитом для обеспечения ионной проводимости требуется значительное время (более 0, 5 с). Кроме того, прототип предназначен для работы в качестве одноэлементного источника тока.

Задачей изобретения является создание ПГЭТ с повышенными мощностью и быстродействием, т.е. с малым временем задержки от момента инициирования до достижения максимального значения силы тока и из которых можно набирать источники тока с заданным напряжением.

Поставленная задача достигается тем, что анод выполнен из пиротехнического состава с избытком горючего, катод из пиротехнического состава с избытком окислителя, при этом сепаратор, анод и катод содержат в качестве связующего асбест и выполнены с отношением их максимального размера к толщине от 20 до 130, при этом горючим в аноде и катоде взят цирконий, а сепаратор выполнен из фторида лития или фторида щелочноземельного металла или их смеси. Предлагаемый состав анода выполнен из смеси циркония, бария хромовокислого или оксида меди и асбеста при следующем соотношении компонентов, мас.

Цирконий 37 83

Барий хромовокислый или оксид меди 15 51

Асбест 2 12,

катод из смеси циркония, оксида меди и асбеста при следующем соотношении компонентов, мас.

Цирконий 3 28

Оксид меди 60 95

Асбест 2 12

а сепаратор из смеси асбеста с фторидом лития или фторидом щелочноземельного металла или их смеси при следующем соотношении компонентов мас.

Асбест 3 20

Фторид лития или фторид щелочноземельного металла или их смесь 80 97

при этом сепаратор может содержать до 60% по массе оксида циркония.

Основным отличием заявляемого устройства от прототипа является наличие размера анода, катода и сепаратора к их толщине. Новые рецептурные соотношения компонентов пиротехнических составов анода, катода и сепаратора позволяют достичь качественного улучшения основных характеристик ПГЭТ.

В предлогаемом устройстве асбест принимает активное участие в токообразующих процессах благодаря термохимическому воздействию продуктов сгорания анода и катода. Совместно с фторидами и двуокисью циркония обеспечивает ионную проводимость между электродами во время генерирования тока заявляемым устройством, устраняет вытекание жидких продуктов, исключает несанкционированные замыкания электродов и элементов.

Кроме того, асбест в совокупности с заявляемым составом обеспечивает возможность получения отношения максимального размера анода, катода и сепаратора к их толщине от 20 до 130 (формирование тонкослойных элементов любой геометрической формы при очень высокой чувствительности пиротехнических электродов к тепловому инициирующему импульсу. Все это позволяет увеличить мощность генератора в прежних габаритах, обеспечить их быстродействие. При содержании асбеста менее 2% не обеспечивает прочность электродов и требуемая интенсивность протекания токообразующих процессов. При введении более 12% асбеста недопустимо уменьшается скорость горения и калорийности, снижающие характеристики ПГЭТ.

Цирконий является горючим и активным материалом анода и катода. Оксид меди и бария хромовокислый выполняют функции окислителя, фторид лития, магния, бария, стронция, кальция или их смеси при сгорании пиротехнических электродов совместно с продуктами первичного горения обеспечивают ионную проводимость между конденсированными остатками (шлаками) анода и катода.

При соотношении максимальных размеров анода, катода и сепаратора к их толщине менее 20 растет высота элементов, снижаются выходные параметры из-за роста внутреннего сопротивления. При соотношении более 130 ПГЭТ становятся нетехнологичными, снижается стабильность характеристик.

Заявляемые рецептуры анода и катода обеспечивают возможность формирования тонкослойных пористых электродов с высокой чувствительностью к инициирующему импульсу, что способствует их быстрому и полному сгоранию и протеканию электрохимических процессов между анодом и катодом. Следствием этого являются быстродействие, высокие электрические характеристики, возможность создания многоэлементных устройств минимальной высоты. Кроме того, заявляемые конструкции и рецептуры электродов позволяет обеспечить их серийное изготовление на полуавтоматических линиях высокопроизводительным и безопасным методом шпикерного литья (вакуумного осаждения взвеси компонентов).

На чертеже представлен предлагаемый ПГЭТ.

В ПГЭТ анод 1 и катод 3 выполнен в виде тонкослойных пластин из пиротехнического состава, разделены тонким сепаратором 2 той же формы и размещены между металлическими токоотводами: катодный токоотвод 4 и анодный токоотвод 5.

ПГЭТ работает следующим образом.

От инициирующего импульса одновременно загораются анод 1 и катод 3 и в этот же момент начинается перенос электронов по внешней цепи от горючего циркония в аноде 1 через анодный токоотвод 5 к катодному токоотводу 4 и окислителю (оксиду меди) в катоде 3. Движение заряженных частиц обусловлено электрохимическим окислением пространственно разделенных горючего (цирконий) в аноде 1 и электрохимическим восстановлением окислителя (оксида меди) в катоде 3 и контактом названных окислителя (оксида меди) в катоде 3 и контактом названных реагентов через слой ионопроводящего материала сепаратора 2.

Соотношение максимальных размеров и толщины анода, катода и сепаратора 20 130 при толщине пиротехнический состав обеспечивают быстродействие и мощность данного ПГЭТ и минимальное внутреннее сопротивление, что обеспечивает миниатюрность (минимальную высоту), стабильные и высокие характеристики.

Предложенный ПГЭТ позволяет обеспечить автономное питание, бортовой аппаратуры, приборов и устройств (мостики накаливания, пироэнергодатчики, микродвигатели, реле и т.д.), а также систем автоматики различного назначения (пожаротушение, сигнализация, оповещение, блокировка, т.п.). В составе датчиков может обеспечивать самостоятельное и дистанционное включение средств пожаротушения и оповещения при достижении заданной критической температуры в складских и производственных пожаро- и взрывоопасных помещениях.

Соотношение компонентов анода, катода и сепаратора по прототипу заявляемому решению приведены в табл. 1 3.

Опытные образцы предлагаемого ПГЭТ изготавливали, используя компоненты серийного производства: цирконий ТУ 48-4-234-84, барий хромовокислый ГОСТ 4211-68, оксид меди ГОСТ 16539-79, асбест ТУ 21-22-3-81, лития фторид ТУ 6--01-3529-84, бария фторид ТУ 6-09-01-261-85, стронция фторид ТУ 6-09-1434-77, кальция фторид ТУ 6-09-02-572-79, магния фторид ТУ 6-09-2674-77.

Характеристики компонентов контролировали по ГОСТ В84-2072-83, асбест готовили по отраслевой методике (инструкция ЗРП-1171-89). Цирконий, барий хромовокислый, оксид меди и фториды металлов в виде порошков с диаметром частиц менее 100 мкм, асбест материал с волокнами длиной 0,1 3 мм и диаметром 0,0010,1 мм.

Испытания модельных образцов предлагаемого ПГЭТ и ПГЭТ-прототипа по патенту РФ N 2018782 проводили, воспламеняя электроды накаленной нихромовой спиралью или импульсом от электровоспламенителя МБ-2Н, напряжение (силу тока на нагрузке 4 Ома) и длительность работы регистрировали с помощью осциллографа Н-115 при комнатной температуре. Результаты испытаний сведены в табл. 4. В табл. 4 приведены наиболее важные характеристики предлагаемого ПГЭТ на основе лучших составов анода (индексы 3 и 8), катода (индекс 3) и сепаратора (индекс 3 и 7) в сравнении с характеристиками ПГЭТ-прототипа и наиболее важные характеристики ПГЭТ. Из табл. 4 видно, что заявляемый ПГЭТ превосходит ПГЭТ по прототипу по всем приведенным характеристикам.

Системы из двух и более заявляемых ПГЭТ обеспечивает генерирование электрического тока через 0,05.0,01 с после подачи инициирующего импульса (все электроды воспламеняются, сгорают и обеспечивают генерирование электрического тока).

Максимальное значение ЭДС достигается за время, не превышающее 0,05.0.1 с, а тока 0,200,05 с от момента начала работы при общей длительности процесса не менее 6.12 с.

Изготовление анода, катода и сепаратора для предлагаемой конструкции ПГЭТ не требует разработки нового оборудования и переоснащения существенных производств. Используемые компоненты широко применяются в пиротехнике, технология формирования безопасна. При работе ПГЭТ не происходит выброса экологически вредных продуктов.

Предлагаемые ПГЭТ обеспечивают достижение неизвестного ранее комплекса характеристик ПГЭТ и систем на их основе и надежное функционирование (не менее 0,999 при доверительной вероятности 0,9). Кроме того, предлагаемый ПГЭТ имеет гарантийный срок не менее 5.10 лет при температуре хранения и эксплуатации 50oC. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Пиротехнический генератор электрического тока, состоящий из разделенных сепаратором анода и катода, выполненных из пиротехнических составов с избытком горючего анод и избытком окислителя катод, отличающийся тем, что анод, катод и сепаратор содержат в качестве связующего асбест и выполнены с отношением их максимального размера к толщине 20 130, в качестве горючего анод и катод содержат цирконий, а сепаратор выполнен из фторида лития или фторида щелочноземельного металла или их смеси.

2. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что анод, катод и сепаратор выполнены при следующем соотношении компонентов, мас.

Анод:

цирконий 37 83

барий хромовокислый или оксид меди 15 51

асбест 2 12

Катод:

цирконий 3 28

оксид меди 60 95

асбест 2 12

Сепаратор:

асбест 3 20

фторид лития или щелочноземельного металла или их смесь 80 97

3. Генератор по п.1, отличающийся тем, что сепаратор дополнительно содержит оксид циркония в количестве до 60 мас.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru