ЩЕЛОЧНОЙ МАРГАНЦЕВО-ЦИНКОВЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Предлагаемое техническое решение относится к области химических источников тока, а именно к конструкции гальванических элементов цинкокисно марганцевой системы со щелочным электролитом.
Известен щелочной источник тока марганцево-цинковой системы (Патент США №5686204 от 11.11.1988 Rayovac Corp.), содержащий разноименные электроды, разделенные ионопроводящей диафрагмой и расположенные концентрично в металлическом цилиндрическом корпусе, узел герметизации, состоящей из металлической крышки с эластичной электроизоляционной прокладкой в виде муфты для размещения в центре токоотводящего металлического стержня, приваренного к контактной крышке. Причем, стержень в месте контакта с крышкой имеет утолщение в виде шляпки. Для герметизации от протекания щелочного электролита по поверхности сопряжения стержня с муфтой, последняя, объемно прижимается к стержню, при помощи тарельчатой пружины, размещенной между контактной крышкой и прокладкой-муфтой. Наличие дополнительного элемента - тарельчатой пружины сокращает объем анодной и катодной активной массы химического элемента, что снижает его электрическую емкость, что является существенным недостатком.
Указанного недостатка лишен щелочной цинк окисно-марганцевый химический источник тока (Pat. 5300381 от 05.04.1984, Battery Technologies Inc. Canada). В этом гальваническом элементе тарельчатая пружина отсутствует, а герметизация от протекания щелочного электролита осуществляется за счет специальной конструкции токоотводящего стержня, который, помимо шляпки для приварки к контактной крышке имеет последовательные коаксиальные утолщения в месте сопряжения с изолирующей муфтой. Исполнение токоотводящего стержня с утолщением целесообразно из-за технологических особенностей его сочленения с эластичной муфтой-прокладкой. Наличие шляпки на стержне при его сборке с муфтой определяет перемещение с натягом цилиндрической поверхности токоотвода по всей его длине по отношению к втулке. При этом, из-за трения, возникающего при перемещении натягом, контакт между втулкой и стержнем ослабевает, что достаточно для проникновения в образующийся зазор щелочи электролита, обладающей высокими смачивающими свойствами, а следовательно проницаемостью. Для предотвращения этого явления, на верхней части стержня (около шляпки) выполнено утолщение, необходимое для запирания (герметизации) канала между сопряженными поверхностями стержня и втулки. Указанная конструкция, применяемая в ряде элементов (Durasell, Energizer, Maxell), является наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому объекту и принята за прототип.
Однако, известный щелочной элемент имеет недостатки, а именно - недостаточную герметизацию сопряженных поверхностей муфты и токоотводящего стержня из-за незначительной высоты запирающего утолщения на стержне, а также высокую трудоемкость изготовления последнего.
Задачей технического решения является улучшение герметичности химического элемента и снижение трудоемкости его изготовления.
Указанный технический результат достигается тем, что в марганцево-цинковом элементе, содержащем разноименные электроды и щелочной электролит, разделенные ионопроводящей мембраной, расположенные концентрично в цилиндрическом корпусе, узел герметизации, состоящий из металлической крышки и эластичной прокладки в виде муфты для токоотводящего стержня, погруженного в электрод и имеющего коаксиальные утолщения, одного для запирания канала муфты, другого, в виде шляпки, для соединения с крышкой, токоотводящий стержень выполнен в виде гладкого цилиндра, а его сопряженная с муфтой часть со стороны электрода заполнена инертным по отношению к электролиту герметиком.
На рисунке (фиг.1) изображен предлагаемый источник тока. Положительный электрод 1, выполненный в виде трех полых цилиндров, сформованных из диоксида марганца, последовательно запрессованных в стальной никелированный корпус 2, служащий одновременно токоотводом положительного электрода. Внутри положительного электрода 1, отделенный от него ионопроводящей диафрагмой 3, помещен отрицательный электрод 4, выполненный из смеси цинкового порошка с загущенным щелочным электролитом. По оси источника установлен гладкий, металлический токоотводящий стержень 5, одним концом приваренный к центру металлической крышки 6, служащей токоотводом отрицательного электрода 4, другим концом, погруженный в электродную массу отрицательного электрода 4. Корпус 2 источника тока изолирован прокладкой 8 из эластичного материала, служащей одновременно втулкой для устойчивого закрепления токоотводящего стержня 5 по центру отрицательного электрода 4, а, следовательно, по центру элемента в целом. Внутренний диаметр втулки-прокладки 8 меньше диаметра стержня 5, что позволяет при запрессовывании стержня 5 во втулку 8 обеспечить посадку его «с натягом». Причем запрессовывание стержня 5 во внутреннюю полость втулки 8 проводится до упора с крышкой 6 со стороны сопрягающейся с отрицательным электродом части втулки, т.е. только на незначительную величину, соответствующую высоте втулки 8. При этом основная масса материала эластичной втулки 8, стирающаяся при запрессовывании в нее металлического стержня 5, остается между сопряженными поверхностями, что дополнительно герметизирует это сочленение. Дополнительное уплотнение при запрессовывании возможно только при отсутствии утолщений на поверхности токоотводящего стержня 5, т.к. их наличие, как в случае, приведенном в прототипе, вынуждает сопрягать втулку со стержнем путем его запрессовки по практически всей его длине, что сопутствует выносу истирающегося материала и ослабляет герметизацию сочленения.
Для гарантированной герметизации сочленения токоотводящего стержня 5 с втулкой 8 отверстие во втулке дополнительно заполнено инертным по отношению к щелочному электролиту герметиком 7.
Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле полезной модели, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «новизна». Для проверки соответствия заявленного технического решения критерию «изобретательский уровень» проведен дополнительный поиск известных технических решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного технического решения. Установлено, что заявленное техническое решение не следует явным образом из известного уровня техники. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень». Его сущность изобретения подтверждена примером практической реализации источника тока.
ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Заявленное техническое решение апробировано в щелочном химическом источнике тока МЦГЦ 2,4 типа А-316. В указанном элементе токосъемный электрод выполнен в виде гладкого стального стержня, приваренного к электродной крышке. Диаметр стержня - 2 мм, длина - 35. В аналогичных щелочных химических источниках тока (Durasell, Energizer, Maxell), токосъемный стержень более сложной формы. При сопоставимой длине, он имеет «шляпку» для приварки к крышке диаметром 4,5 мм, высотой 1 мм. После «шляпки» имеется запирающее электролит утолщение, диаметром 30 мм, высотой 5 мм. Диаметр стального стержня не превышает 2 мм. Полость сопряжения токоотводящего стержня с герметизирующей втулкой заполнена инертным по отношению к щелочному электролиту герметиком. Характеристики указанных источников тока сопоставимы по вольтамперным и массогабаритным характеристикам, сроку хранения и другим показателям с характеристиками вышеприведенных аналогов. Однако трудоемкость заявленного источника тока ниже, чем у приведенных аналогов, т.к. при сопоставимых технологиях и конструкциях трудоемкость изготовления токосъемного узла в заявленном элементе составляет 6 нормо-минут, трудоемкость узлов, имеющихся у аналогичных источниках ток, оценивается в 18 нормо-мин. (Для справки, средняя цена нормо-часа (60 мин.) на российских предприятиях оценивается в 100 р).