Способ сборки теплового химического источника тока

Способ сборки теплового химического источника тока

Реферат

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.

Таблица 1
Тип источника тока	τвр, с	Uмакс, В	τp, c
Образец 1	0,50	34,6	478
Образец 2	0,58	33,8	327

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.

Способ сборки теплового химического источника тока путем последовательной укладки в блок таблеток электрохимических элементов и пиротехнических нагревателей, закрепление блока на крышке, опрессовки и фиксации давления, установки его в корпус, отличающийся тем, что опрессовку блока на крышке производят фиксированным давлением в диапазоне (30-40) МПа, после чего в спрессованном состоянии измеряют высоту блока и по разнице между глубиной корпуса и высотой блока определяют зазор, который заполняют комплектом асбестовых прокладок, предварительно отпрессованных тем же давлением, что и блок, при этом фактическая толщина комплекта превышает расчетную на (0,4±0,1) мм.