ТЕПЛОВОЙ ХИМИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК ТОКА

Полезная модель относится к тепловым химическим источникам тока, обладающим повышенным временем работы, мощностью и надежностью, используемыми в устройствах с высокими осевыми нагрузками.
Известна тепловая батарея элементов ТХИТ (Патент РФ 2369944, опубл. 10.10.2009 г., МПК Н01М 6/36). Согласно изобретению тепловая батарея содержит блок элементов ТХИТ, каждый из которых состоит из расчетного количества твердых слоев анода, катода, электролита, нагревательных элементов, ограниченных с внешней стороны общим корпусом с тепло- и электроизоляцией. При этом блок элементов ТХИТ данной батареи 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. Требуемое напряжение в известном решении обеспечивается путем последовательного соединения элементов ТХИТ в заданном количестве.
Известен тепловой химический источник тока Патент РФ 2717089 опубл. 18.03.20 МПК Н01М 2/16, Н01М 6/20, принят за прототип. Тепловой химический источник тока, содержит корпус с термоизоляцией и внешними токовыводами двух и более электрически соединенных параллельно и расположенных друг за другом блоков элементов термоактивируемых химических источников тока, каждый из которых состоит из катода, электролита и анода, чередующихся последовательно в осевом направлении с пиронагревательными элементами, тепловой химический источник тока содержит катодный и анодный токоотводы концевых катодов и анодов параллельно соединенных блоков элементов, зафиксированные на соответствующих внешних токовыводах, токовыводы расположены на крышке в вершинах и в центре квадрата с центром, совпадающим с центром крышки, вершины расположены на расстоянии 17,5 мм от центра крышки, части токовыводов внутри основания крышки выполнены со стеклоизоляторами, на двух диаметрально расположенных токовыводах зафиксированы токоотводы электровоспламенителя, на двух других диаметрально расположенных токовыводах зафиксированы токоотвод концевых анодов параллельно соединенных блоков элементов и токоотвод катодов от промежуточных точек параллельно соединенных блоков элементов, на токовыводе, расположенном в центре крышки зафиксированы токоотводы концевых катодов блоков параллельно соединенных элементов, крышка содержит комплект прокладок из слюды, прокладку из асбеста и теплоизоляционного материала с теплоемкостью не более 0,5 Дж/г град.
Недостатком как аналога, так и прототипа является неустойчивость конструкции к разрушению теплоизоляции дна корпуса при осевых механических нагрузках. Разрушение теплоизоляции дна приводит к перекосу и трещинам в блоке элементов ТХИТ и преждевременному выходу его из строя.
Проблемой тепловых химических источников тока является разрушение слоя теплоизоляции дна корпуса в результате давления на него блока элементов при осевых механических нагрузках, что приводит к сокращению времени работы.
Техническим результатом полезной модели является увеличение времени работы ТХИТ в условиях повышенных осевых нагрузок за счет того, что происходит снижение потерь тепла и снижение риска обрыва токоподводящих контактов при смещениях блока электродов в условиях значительных осевых нагрузок.
Указанный технический результат обеспечивается предлагаемой конструкцией теплового химического источника тока. Тепловой химический источник тока, содержит корпус с термо- и электроизоляцией и крышку с внешними токовыводами двух и более электрически соединенных и расположенных друг за другом блоков элементов термоактивируемых химических источников тока, каждый из которых состоит из катода, электролита и анода, чередующихся последовательно в осевом направлении с пиронагревательными элементами, причем термоизоляция боковой поверхности выполнена из теплоизоляционного материала ATM состава, мас. %: аэросил 70-73, оксид хрома (III) 20-22, кварцевое волокно 2,5-5 и смола формальдегидная 2,5-5, термоизоляция дна выполнена из теплоизолирующего материала ЛФС в составе, мас. %: микросфера стеклянная 42-45, алюмохромфосфатная связка - остальное, обладающего повышенной прочностью на сжатие, между термоизоляцией дна и корпусом расположен клеевой слой, а между термоизоляцией дна и блоками электрохимических элементов размещены высокопрочные термоизолирующие прокладки, выполненные из асбеста, обеспечивающие равномерное распределение давления блоков элементов. Клеевой слой имеет следующий состав, мас. %: алюмохромфосфатная связка 42 - 45, гидрат окиси алюминия 13-15, электрокорунд - остальное.
Теплоизолирующий материал ЛФС состоит из микросферы стеклянной 42-45 мас. %, алюмохромфосфатная связка - остальное. ЛФС приклеивается к корпусу батареи на клей, состоящий из, мас. %: алюмохромфосфатной связки 42-45, гидрата окиси алюминия 13-15, электрокорунд - остальное. Термоизоляция выполнена из теплоизолирующего материала ЛФС, упрочненного армирующими микростеклянными сферами, фиксированными в материале с помощью алюмохромфосфатной связки, создает структуру повышенной прочности. При содержании в материале менее 42% микросфер его прочность на сжатие снижается и не обеспечивает его назначение, при содержании более 45% материал становится слишком хрупким и склонным к образованию трещин. Важным компонентом прочности этого материала является фиксация его на дне корпуса с помощью клеевого состава, что исключает смещения этого слоя относительно дна при центробежных и осевых нагрузках, приводящие к появлению трещин. При содержании в клеевом составе алюмохромфосфатной связки менее 42% получающийся клеевой слой не обеспечивает требуемую прочность закрепления теплоизолирующего слоя на дне корпуса, при содержании алюмохромфосфатной связки более 45% существенно увеличивается время отверждения. Гидрат окиси алюминия при содержании менее 13% не обеспечивает требуемую прочность клеевого слоя, при содержании более 15% снижается адгезия к склеиваемым поверхностям. Теплоизоляция боковой поверхности теплоизолирующим материалом ATM состава, мас. %: аэросил 70-73, оксид хрома (III) 20-22, кварцевое волокно и смола формальдегидная в равной пропорции - остальное, значительно снижает потери тепла через боковую поверхность вследствие низкой теплопроводности материала. При содержании в материале менее 70% аэросила возрастает его теплопроводность, при содержании более 73% материал имеет недостаточную прочность, при содержании оксида хрома (III) менее 20% снижаются теплоизолирующие свойства материала, при содержании более 22% материал становится хрупким и может крошиться при центробежных нагрузках. Высокопрочные термоизолирующие прокладки, выполненные из асбеста, выравнивают давление блока электродов на теплоизолирующий слой дна корпуса, чем исключается возможность разрушения его из-за больших локальных нагрузок.
Сущность полезной модели поясняется чертежом.
На фиг. 1 показан вид теплового химического источника тока в продольном сечении, где:
1 – корпус,
2 – крышка,
3 - внешние токовыводы,
4 - термоизоляция боковой поверхности,
5 - термоизоляция дна,
6 – электроизоляция,
7 - высокопрочные термоизолирующие прокладки,
8 – анод,
9 – электролит,
10 – катод,
11 - пиронагревательный элемент,
12 - блоки элементов термоактивируемых химических источников тока,
13 - клеевой слой.
Тепловой химический источник тока содержит корпус 1 с термо- и электроизоляцией и крышку 2 с внешними токовыводами двух и более электрически соединенных и расположенных друг за другом блоков элементов термоактивируемых химических источников тока 12, каждый из которых состоит из катода 10, электролита 9 и анода 8, чередующихся последовательно в осевом направлении с пиронагревательными элементами 11, термоизоляция боковой поверхности 4 выполнена из теплоизоляционного материала ATM, состава, мас. %: аэросил 70-73, оксид хрома (III) 20-22, кварцевое волокно 2,5-5 и смола формальдегидная 2,5-5, термоизоляция дна 5 выполнена из теплоизолирующего материала ЛФС состава: микросфера стеклянная 42-45 мас. %, алюмохромфосфатная связка - остальное, обладающего повышенной прочностью на сжатие, между термоизоляцией дна и корпусом расположен клеевой слой 13, а между термоизоляцией дна 5 и блоками электрохимических элементов 12 размещены высокопрочные термоизолирующие прокладки 7, выполненные из асбеста, обеспечивающие равномерное распределение давления блоков элементов. Клеевой слой имеет следующий состав, мас. %: алюмохромфосфатная связка 42-45, гидрат окиси алюминия 13-15, электрокорунд - остальное.
Тепловой химический источник тока работает следующим образом. В требуемый момент времени происходит активация термоактивируемых химических источников тока 12 через внешние токовыводы 3. При достижении рабочей температуры, обеспечиваемой пиронагревательным элементом 11, начинается протекание тока между катодом 10, анодом 8 через электролит 9 во внешнюю цепь (на фигуре не показана). Прямой электрический контакт катода 10 и анода 8 исключается электроизоляцией 6. Потери тепла через боковую поверхность корпуса 1 снижаются за счет термоизоляции боковой поверхности 4. При осевой центробежной нагрузке на блок элементов термоактивируемых химических источников тока смещение блока с обрывом токоподводящих контактов предотвращает термоизоляция дна 5, выполненная из материала ЛФС с повышенной прочностью на сжатие. Смещение термоизоляции дна 5 предотвращает клеевой слой 13, расположенный между термоизоляцией и дном корпуса 1 элемента. Образование трещин в термоизоляции дна при ударах и продавливание термоизоляции дна предотвращают высокопрочные термоизолирующие прокладки 7.
Таким образом, совокупность существенных признаков полезной модели позволяет увеличить время работы ТХИТ в условиях повышенных осевых нагрузок.