專利名稱：：煙火電流發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及到將放熱物質(zhì)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的裝置，例如用于直流電的高溫貯能，這些能量獨立地用于裝置或設(shè)備(熱電橋、熱能型傳感器、微動器、繼電器等)在等待條件下的操作使用以及對機載設(shè)備供電，而這些裝置和設(shè)備用于自動化工程中的不同系統(tǒng)中，包括用于觸發(fā)滅火裝置、信號裝置、報警裝置、干擾裝置等等。用煙火裝料的一次貯能電源已從專利和科技文獻中公知(BagozkiW.S.，SkundinA.M.，ChemischeStromquellen[化學(xué)電源]M.Engergoizdad，1981，第304-310；CromptonT.，PrimareStromquellen[一次電源]，N.Mir1986，第295，328等)。然而，這些一次貯能電源具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)并需要長的啟動時間，因為只有在燃燒煙火裝料之后才有可能在這些裝置中產(chǎn)生電能(熱型加熱器)。這樣保證了置于陽極和陰極之間的固體電解質(zhì)(鹽類或鹽混合物)的融熔，且加熱兩電極至操作溫度。由于加熱元件直接安裝在電化學(xué)部件之中，因此貯能電源的激活時間降低。上述裝置的構(gòu)成方案(KukotsF.I.等Warmestromquellen，[加熱電源]，Rostow-am-DonUniversityPublisher1989，第61-63)實際上將電池結(jié)構(gòu)排除在產(chǎn)生電流部件之外，然而，在這些電池中僅僅電壓為9-12伏或更高的電池是重要的(產(chǎn)生電流裝置)。然而，此煙火組分和電化學(xué)組分的存在使得有必要制訂這些分別適應(yīng)于點火和爆炸的安全規(guī)程，并同時遵守這些技術(shù)步驟的規(guī)程，這樣就妨礙了其生產(chǎn)。況且，在間歇式供電或脈沖供電系統(tǒng)中采用上述電源以經(jīng)濟上考慮也是不利的。DE-OS2046144記載了一種基于鈣/氯化鋰-鉀/鉻酸鈣體系的熱激活的一次原電池，它包括兩個外置正極和一個內(nèi)置負極及一加熱元件，其中的電極和電解質(zhì)層采用構(gòu)造薄層的方法形成，垂直于電極表面的元件厚度約為1.6-2.0mm，且不大于2.5mm。按這種作法，此電池的正極優(yōu)選地具有由細網(wǎng)狀鎳線構(gòu)成的集流器，而由鉻酸鈣及氯化鋰和氯化鉀的混合物構(gòu)成的正極材料融凝在其中。此電池的負極優(yōu)選地由金屬絲網(wǎng)或開有粗孔的片狀鎳板構(gòu)成，在其兩側(cè)面上壓有金屬鈣層。俄羅斯專利申請N94013374/02(013252)記載了一種煙火型脈沖電流發(fā)生器，它由煙火材料構(gòu)成的薄層半裝料的兩個電極構(gòu)成，其直徑與高度的比例為30-80。這一裝置的致命缺陷是發(fā)生時間短(脈沖不超過1.0秒)，因此極大地限制了應(yīng)用領(lǐng)域。最接近的現(xiàn)有技術(shù)記載于俄羅斯專利N2018782中，其中兩個電極都設(shè)計成壓制煙火裝料(半裝料)，每個半裝料的直徑與高度的比例等于2.0-2.5。在這種情況下，陽極帶有過量燃料作為煙火裝料，而陰極包含過量氧化劑，將陽極與陰極分開的隔膜由一種多孔絕緣材料形成。陰極由氟化鉛、氟化鋰和氟化鋁的混合物制備，陽極由氟化鉛、氟化鎂和氟化鋰的混合物制備。這種已知方法的根本缺點是從啟動到達到最大電流強度之間的時間長度太長，這是由于煙火電極的低燃燒率和含有多孔的隔膜介質(zhì)的惰性所引起，而其中的大量時間(大于0.5秒)需要用來由電解質(zhì)來填充其中的孔隙以實現(xiàn)離子滲透。并且，此已知裝置已作為單個元件電源提供。本發(fā)明的目的是提供一種煙火電流發(fā)生器，它具有更大的輸出容量和更快速有效，也就是說從啟動到達到最大電流強度之間的時間更短。上述的目的通過下文權(quán)利要求書所示技術(shù)方案實現(xiàn)。本發(fā)明涉及一種煙火電流發(fā)生器，該發(fā)生器由通過一隔膜分隔的一個陽極和一個陰極構(gòu)成，其中，陽極由含有過量的燃料的煙火裝料構(gòu)成，陰極由含有過量的氧化劑的煙火裝料構(gòu)成；陽極、陰極和隔膜含有石棉作為粘合劑，并且，在所有情況下，陽極、陰極和隔膜的最大尺寸與厚度之間的比例為20-130，其中，在陽極和陰極中的燃料是鋯，隔膜由氟化鋰、堿土金屬氟化物或它們的混合物組成。優(yōu)選地，陽極含有以重量百分比例表示的下列組分鋯37-83鉻酸鋇或氧化銅15-51石棉2-12陰極含有以重量百分比例表示的下列組分鋯3-28氧化銅60-95石棉2-12并且，隔膜含有以重量百分比例表示的下列組分石棉3-20氟化鋰或堿土金屬氟化物或它們混合物80-97，其中，如有必要，隔膜可以含有額外的氧化鋯，其用量比例相對于總重量來說高達60wt％，其中，石棉與氟化鋰或堿土金屬氟化物之間的比例相應(yīng)于上述的百分比例。依據(jù)本發(fā)明的裝置和公知裝置之間最根本的差別在于在電極中存在石棉、在隔膜的孔隙中存在電解質(zhì)，以及陽極、陰極和隔膜最大尺寸與其厚度之間的比例和所有元件的新組成。在本發(fā)明的裝置中，由于陽極和陰極燃燒產(chǎn)物的熱化學(xué)效應(yīng)，石棉在產(chǎn)生電流過程中起到活性作用。然而，與氟化物和氧化鋯一起，在產(chǎn)生電流過程中的電極之間的離子滲透在本發(fā)明的裝置中得以保證，并且流體產(chǎn)物的溢出得到抑制，在電極和電池元件中不會出現(xiàn)任何不希望的短路。另外，使用結(jié)合有其他組分的石棉保證了陽極、陰極和隔膜的最大尺寸與其厚度之比例達到20-130(在對熱啟動脈沖具有高度敏感性的情況下，可形成任意所需幾何形狀的薄層元件)。這些都使得發(fā)生器的容量提高到先前尺寸和快速效應(yīng)的極限范圍。如果其中存在的石棉量低于2％，則充電的耐久性和產(chǎn)生電流過程中的所需強度不能得以保證。如果石棉用量高于12％，則此裝置的燃燒率和熱值降低。鋯是陽極和陰極的燃料及活性物質(zhì)。氧化銅和鉻酸鋇起著氧化劑的作用。氟化鋰、氟化鎂、氟化鋇、氟化鍶和氟化鈣或它們的混合物通過燃燒煙火電極并與基本燃燒產(chǎn)物一起為在陽極和陰極中的凝聚殘留物(殘渣)之間的離子滲透提供保障。在陽極、陰極和隔膜的最大尺寸與其厚度之比小于20的情況下，電池的尺寸和電池各個元件的尺寸都提高，則由于內(nèi)阻的提高，起始參數(shù)降低。如果此比例大于130，則此裝置技術(shù)上不可行，且穩(wěn)定性降低。本發(fā)明的陰極和陰極的配方為制備對初始脈沖有高度敏感性的薄層多孔裝料的可能性提供了保障，這使得快速和完全燃燒以及以陽極和陰極間產(chǎn)生電化學(xué)過程成為可能。這導(dǎo)致了快速反應(yīng)時間、良好的電氣特性并且實現(xiàn)了制備小規(guī)格尺寸和包括許多元件的電池。此外，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案提供了一種在半自動生產(chǎn)線上流水作業(yè)的可能的制備方法，該方法具有高生產(chǎn)能力，且可用毫無危險的粉漿澆注工藝(真空沉積各組分的混合物)。本發(fā)明的裝置描繪在圖中，其中陽極1和陰極3用薄層煙火裝料形成(板狀)，兩電極間用同樣尺寸的薄隔膜2分隔，并放置在電線4和5之間。本發(fā)明裝置的功能如下陽極1和陰極3用點火脈沖引燃，并且作為各組分的組成和構(gòu)成的結(jié)果，一旦裝料點火，則電子從陽極1中的燃料(鋯)的外鏈通過陽極處的電流線5開始轉(zhuǎn)移到在陰極3中的陰極線4和氧化劑(氧化銅)中。荷電粒子效應(yīng)是空間相分離的燃料(陽極1中的鋯)的電化學(xué)氧化和氧化劑(陰極3中的氧化銅)的電化學(xué)還原，以及通過隔膜2中的離子導(dǎo)體材料接觸這些反應(yīng)物的結(jié)果。陽極、陰極和隔膜的最大尺寸和厚度的比例(20-130)，兩電極和隔膜的薄厚度(0.2-2mm)以及各組分的組成保證了以裝置具有快速反應(yīng)能力和容量以及低內(nèi)阻，這使得此裝置可被設(shè)計成極小型(最小尺寸)并且穩(wěn)定，還有其它良好性能。所用各組分是工業(yè)化產(chǎn)品鋯TU48-4-234-84，鉻酸鋇GOST4211-68，氧化銅GOST16539-79，石棉TU21-22-3-81，氟化鋰TU6-01-3529-84，氟化鋇TU6-09-01-261-85，氟化鍶TU6-09-1434-77，氟化鈣TU6-09-02-572-79和氟化鎂TU6-09-2674-77。各組分相當(dāng)于GOSTW84-2072-83，且石棉按照3RP-1171-89的操作方法制得。鋯、鉻酸鋇、氧化銅和金屬氟化物都以顆粒尺寸為100微米的粉末使用，而石棉包括長度為0.1-3mm、直徑為0.001-0.1mm的纖維。本發(fā)明的裝置可用來對機載儀器獨立供電，例如熱橋、熱能傳感器、微動器、繼電器等，還可用于各種自動化目的，如在滅火裝置、信號裝置、報警裝置、干擾裝置等等設(shè)施中。在傳感器范圍內(nèi)，可以為消防情況和在貯存室內(nèi)已達到臨界溫度信息和制造業(yè)操作中提供的獨立的傳感器或遠程控制器。表1陽極中各組份的比例(以重量百分比表示)<tablesid="table1"num="001"><tablewidth="765">組份現(xiàn)有技術(shù)俄羅斯專利號N2018782在本發(fā)明的發(fā)生器中陽極組成的實例12345678910鋯-35376083853537608385鉻酸鋇-5251331514-----氧化銅------5251331514石棉-13127211312721鎂22----------氟化鉛58----------氟化鋰20----------</table></tables>表2陰極中各組份的比例(以重量百分比表示)<tablesid="table2"num="002"><tablewidth="766">組份現(xiàn)有技術(shù)俄羅斯專利號N2018782在本發(fā)明的發(fā)生器中陰極組成的實例12345鋯-23152830氧化銅-9795776056石棉-1281214鋁3-----氟化鉛88-----氟化鋰9-----</table></tables>表3隔膜中各組份的比例(以重量百分比表示)<tablesid="table3"num="003"><tablewidth="765">組份現(xiàn)有技術(shù)俄羅斯專利號N2018782在本發(fā)明的發(fā)生器中隔膜組成的實例123456789棉1001312203510101010氟化鋰或堿土金屬氟化物或氟化物混合物-999788807588603020氧化鋯------2306070</table></tables>對本發(fā)明裝置和現(xiàn)有技術(shù)的裝置進行比較，即電極用發(fā)光無鉻線圈點火，其中借助示波器測量室溫下的電壓(在負載為4Ohm下的電流強度)和持續(xù)時間。試驗結(jié)果列于表4。表4顯出了與現(xiàn)有裝置比較本發(fā)明的具有最佳組成的陽極(變量N3和N7)、陰極(變量N3)和隔膜(變量N3和N7)的裝置的性能。從這張表顯然可見本發(fā)明的裝置在全部的參數(shù)上都優(yōu)于現(xiàn)有裝置。由本發(fā)明的兩個和幾個裝置構(gòu)成的電池在啟動初始脈沖后可保證在0.05-0.1秒內(nèi)產(chǎn)生電流(所有陽極裝料和陰極裝料(電極)點燃、燃燒和產(chǎn)生電流)。在總的持續(xù)時間不低于6-12秒的過程中，可以在開始工作的0.20±0.05秒中達到最大電流強度。表4對本發(fā)明的裝置和現(xiàn)有裝置的檢測結(jié)果<tablesid="table4"num="004"><tablewidth="644">本發(fā)明裝置的特性現(xiàn)有技術(shù)俄羅斯專利號N2018782比較例本發(fā)明的帶有陽極、陰極和隔膜的裝置的編號比較例1234567各元件的最大尺寸與其厚度的比例2.215205075100130135在4歐姆的負載情況下的電壓，伏1.20.61.21.31.21.21.31.0達到最大電流強度的時間，秒0.6±0.10.20±0.05工作時間，秒電池工作情況不工作0.526121080.8電壓和電流強度與電池單元的數(shù)目成比例的提高</table></tables>為制備陽極、陰極的隔膜沒有必要使用新的制造方法，也沒有必要改變現(xiàn)有設(shè)施。用于本發(fā)明中的各種組份在很大程度上用于煙火制造術(shù)中，并且在制備過程中也無對環(huán)境不利的產(chǎn)物生成。到目前為止尚無煙火發(fā)生器和電池的總體性能提供可能的可靠功效。這是此裝置和其電極的結(jié)構(gòu)、尺寸以及排布方式總體構(gòu)成的結(jié)果。而且，本發(fā)明的裝置保證可貯存50年，且應(yīng)用溫度在±50℃。權(quán)利要求1.一種煙火電流發(fā)生器，它由通過隔膜分隔的一個陽極和一個陰極組成，其中，陽極由含有過量燃料的煙火裝料組成，陰極由含有過量氧化劑的煙火裝料組成；其特征在于陽極、陰極和隔膜含有石棉作為粘合劑，并且，在所有情況下，陽極、陰極和隔膜的最大尺寸與厚度之間的比例為20-130，其中，在陽極和陰極中的燃料是鋯，隔膜由氟化鋰、堿土金屬氟化物或它們的混合物組成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煙火電流發(fā)生器，其特征在于陽極含有下面重量百分比的組分鋯37-83鉻酸鋇或氧化銅15-51石棉2-12，陰極含有下面重量百分比的組分鋯3-28氧化銅60-95石棉2-12并且，隔膜含有下面重量百分比的組分石棉3-20氟化鋰或堿土金屬氟化物或它們的混合物80-97。3.根據(jù)權(quán)利要求2的煙火電流發(fā)生器，其特征在于隔膜還另外含有相對于總質(zhì)量高達60％(重量)的氧化鋯，其中，石棉與氟化鋰或堿土金屬氟化物之間的重量比等于權(quán)利要求2所述的百分比。全文摘要本發(fā)明涉及到一種由陽極和陰極組成的煙火電流發(fā)生器,陽極由含有過量燃料的煙火裝料組成,陰極由含有過量氧化劑的煙火裝料構(gòu)成,所述陽極和陰極由一隔膜分隔,此發(fā)生器的特征在于陽極、陰極和隔膜含有石棉作為粘合劑,并且以最大尺寸與厚度的比例為20—130構(gòu)成,其中在陽極和陰極中的燃料是鋯,隔膜由氟化鋰、堿土金屬氟化物或它們的混合物構(gòu)成。文檔編號H01M14/00GK1179018SQ97118619公開日1998年4月15日申請日期1997年9月22日優(yōu)先權(quán)日1997年9月22日發(fā)明者維雅柴司拉夫·瓦西里·伊萬奇·波諾,司揚約克,伊萬·斯捷潘諾維奇·蘇沃羅夫,瓦拉里伊·尼洛維奇·葉梅利亞諾夫,阿來克賽伊·伊萬諾維奇·西多羅夫申請人:R-阿姆泰克國際公司