专利名称：：烟火电流发生器的制作方法
技术领域：
：本发明涉及到将放热物质的化学能转化成电能的装置，例如用于直流电的高温贮能，这些能量独立地用于装置或设备(热电桥、热能型传感器、微动器、继电器等)在等待条件下的操作使用以及对机载设备供电，而这些装置和设备用于自动化工程中的不同系统中，包括用于触发灭火装置、信号装置、报警装置、干扰装置等等。用烟火装料的一次贮能电源已从专利和科技文献中公知(BagozkiW.S.，SkundinA.M.，ChemischeStromquellen[化学电源]M.Engergoizdad，1981，第304-310；CromptonT.，PrimareStromquellen[一次电源]，N.Mir1986，第295，328等)。然而，这些一次贮能电源具有复杂的结构并需要长的启动时间，因为只有在燃烧烟火装料之后才有可能在这些装置中产生电能(热型加热器)。这样保证了置于阳极和阴极之间的固体电解质(盐类或盐混合物)的融熔，且加热两电极至操作温度。由于加热元件直接安装在电化学部件之中，因此贮能电源的激活时间降低。上述装置的构成方案(KukotsF.I.等Warmestromquellen，[加热电源]，Rostow-am-DonUniversityPublisher1989，第61-63)实际上将电池结构排除在产生电流部件之外，然而，在这些电池中仅仅电压为9-12伏或更高的电池是重要的(产生电流装置)。然而，此烟火组分和电化学组分的存在使得有必要制订这些分别适应于点火和爆炸的安全规程，并同时遵守这些技术步骤的规程，这样就妨碍了其生产。况且，在间歇式供电或脉冲供电系统中采用上述电源以经济上考虑也是不利的。DE-OS2046144记载了一种基于钙/氯化锂-钾/铬酸钙体系的热激活的一次原电池，它包括两个外置正极和一个内置负极及一加热元件，其中的电极和电解质层采用构造薄层的方法形成，垂直于电极表面的元件厚度约为1.6-2.0mm，且不大于2.5mm。按这种作法，此电池的正极优选地具有由细网状镍线构成的集流器，而由铬酸钙及氯化锂和氯化钾的混合物构成的正极材料融凝在其中。此电池的负极优选地由金属丝网或开有粗孔的片状镍板构成，在其两侧面上压有金属钙层。俄罗斯专利申请N94013374/02(013252)记载了一种烟火型脉冲电流发生器，它由烟火材料构成的薄层半装料的两个电极构成，其直径与高度的比例为30-80。这一装置的致命缺陷是发生时间短(脉冲不超过1.0秒)，因此极大地限制了应用领域。最接近的现有技术记载于俄罗斯专利N2018782中，其中两个电极都设计成压制烟火装料(半装料)，每个半装料的直径与高度的比例等于2.0-2.5。在这种情况下，阳极带有过量燃料作为烟火装料，而阴极包含过量氧化剂，将阳极与阴极分开的隔膜由一种多孔绝缘材料形成。阴极由氟化铅、氟化锂和氟化铝的混合物制备，阳极由氟化铅、氟化镁和氟化锂的混合物制备。这种已知方法的根本缺点是从启动到达到最大电流强度之间的时间长度太长，这是由于烟火电极的低燃烧率和含有多孔的隔膜介质的惰性所引起，而其中的大量时间(大于0.5秒)需要用来由电解质来填充其中的孔隙以实现离子渗透。并且，此已知装置已作为单个元件电源提供。本发明的目的是提供一种烟火电流发生器，它具有更大的输出容量和更快速有效，也就是说从启动到达到最大电流强度之间的时间更短。上述的目的通过下文权利要求书所示技术方案实现。本发明涉及一种烟火电流发生器，该发生器由通过一隔膜分隔的一个阳极和一个阴极构成，其中，阳极由含有过量的燃料的烟火装料构成，阴极由含有过量的氧化剂的烟火装料构成；阳极、阴极和隔膜含有石棉作为粘合剂，并且，在所有情况下，阳极、阴极和隔膜的最大尺寸与厚度之间的比例为20-130，其中，在阳极和阴极中的燃料是锆，隔膜由氟化锂、碱土金属氟化物或它们的混合物组成。优选地，阳极含有以重量百分比例表示的下列组分锆37-83铬酸钡或氧化铜15-51石棉2-12阴极含有以重量百分比例表示的下列组分锆3-28氧化铜60-95石棉2-12并且，隔膜含有以重量百分比例表示的下列组分石棉3-20氟化锂或碱土金属氟化物或它们混合物80-97，其中，如有必要，隔膜可以含有额外的氧化锆，其用量比例相对于总重量来说高达60wt％，其中，石棉与氟化锂或碱土金属氟化物之间的比例相应于上述的百分比例。依据本发明的装置和公知装置之间最根本的差别在于在电极中存在石棉、在隔膜的孔隙中存在电解质，以及阳极、阴极和隔膜最大尺寸与其厚度之间的比例和所有元件的新组成。在本发明的装置中，由于阳极和阴极燃烧产物的热化学效应，石棉在产生电流过程中起到活性作用。然而，与氟化物和氧化锆一起，在产生电流过程中的电极之间的离子渗透在本发明的装置中得以保证，并且流体产物的溢出得到抑制，在电极和电池元件中不会出现任何不希望的短路。另外，使用结合有其他组分的石棉保证了阳极、阴极和隔膜的最大尺寸与其厚度之比例达到20-130(在对热启动脉冲具有高度敏感性的情况下，可形成任意所需几何形状的薄层元件)。这些都使得发生器的容量提高到先前尺寸和快速效应的极限范围。如果其中存在的石棉量低于2％，则充电的耐久性和产生电流过程中的所需强度不能得以保证。如果石棉用量高于12％，则此装置的燃烧率和热值降低。锆是阳极和阴极的燃料及活性物质。氧化铜和铬酸钡起着氧化剂的作用。氟化锂、氟化镁、氟化钡、氟化锶和氟化钙或它们的混合物通过燃烧烟火电极并与基本燃烧产物一起为在阳极和阴极中的凝聚残留物(残渣)之间的离子渗透提供保障。在阳极、阴极和隔膜的最大尺寸与其厚度之比小于20的情况下，电池的尺寸和电池各个元件的尺寸都提高，则由于内阻的提高，起始参数降低。如果此比例大于130，则此装置技术上不可行，且稳定性降低。本发明的阴极和阴极的配方为制备对初始脉冲有高度敏感性的薄层多孔装料的可能性提供了保障，这使得快速和完全燃烧以及以阳极和阴极间产生电化学过程成为可能。这导致了快速反应时间、良好的电气特性并且实现了制备小规格尺寸和包括许多元件的电池。此外，根据本发明的技术方案提供了一种在半自动生产线上流水作业的可能的制备方法，该方法具有高生产能力，且可用毫无危险的粉浆浇注工艺(真空沉积各组分的混合物)。本发明的装置描绘在图中，其中阳极1和阴极3用薄层烟火装料形成(板状)，两电极间用同样尺寸的薄隔膜2分隔，并放置在电线4和5之间。本发明装置的功能如下阳极1和阴极3用点火脉冲引燃，并且作为各组分的组成和构成的结果，一旦装料点火，则电子从阳极1中的燃料(锆)的外链通过阳极处的电流线5开始转移到在阴极3中的阴极线4和氧化剂(氧化铜)中。荷电粒子效应是空间相分离的燃料(阳极1中的锆)的电化学氧化和氧化剂(阴极3中的氧化铜)的电化学还原，以及通过隔膜2中的离子导体材料接触这些反应物的结果。阳极、阴极和隔膜的最大尺寸和厚度的比例(20-130)，两电极和隔膜的薄厚度(0.2-2mm)以及各组分的组成保证了以装置具有快速反应能力和容量以及低内阻，这使得此装置可被设计成极小型(最小尺寸)并且稳定，还有其它良好性能。所用各组分是工业化产品锆TU48-4-234-84，铬酸钡GOST4211-68，氧化铜GOST16539-79，石棉TU21-22-3-81，氟化锂TU6-01-3529-84，氟化钡TU6-09-01-261-85，氟化锶TU6-09-1434-77，氟化钙TU6-09-02-572-79和氟化镁TU6-09-2674-77。各组分相当于GOSTW84-2072-83，且石棉按照3RP-1171-89的操作方法制得。锆、铬酸钡、氧化铜和金属氟化物都以颗粒尺寸为100微米的粉末使用，而石棉包括长度为0.1-3mm、直径为0.001-0.1mm的纤维。本发明的装置可用来对机载仪器独立供电，例如热桥、热能传感器、微动器、继电器等，还可用于各种自动化目的，如在灭火装置、信号装置、报警装置、干扰装置等等设施中。在传感器范围内，可以为消防情况和在贮存室内已达到临界温度信息和制造业操作中提供的独立的传感器或远程控制器。表1阳极中各组份的比例(以重量百分比表示)<tablesid="table1"num="001"><tablewidth="765">组份现有技术俄罗斯专利号N2018782在本发明的发生器中阳极组成的实例12345678910锆-35376083853537608385铬酸钡-5251331514-----氧化铜------5251331514石棉-13127211312721镁22----------氟化铅58----------氟化锂20----------</table></tables>表2阴极中各组份的比例(以重量百分比表示)<tablesid="table2"num="002"><tablewidth="766">组份现有技术俄罗斯专利号N2018782在本发明的发生器中阴极组成的实例12345锆-23152830氧化铜-9795776056石棉-1281214铝3-----氟化铅88-----氟化锂9-----</table></tables>表3隔膜中各组份的比例(以重量百分比表示)<tablesid="table3"num="003"><tablewidth="765">组份现有技术俄罗斯专利号N2018782在本发明的发生器中隔膜组成的实例123456789棉1001312203510101010氟化锂或碱土金属氟化物或氟化物混合物-999788807588603020氧化锆------2306070</table></tables>对本发明装置和现有技术的装置进行比较，即电极用发光无铬线圈点火，其中借助示波器测量室温下的电压(在负载为4Ohm下的电流强度)和持续时间。试验结果列于表4。表4显出了与现有装置比较本发明的具有最佳组成的阳极(变量N3和N7)、阴极(变量N3)和隔膜(变量N3和N7)的装置的性能。从这张表显然可见本发明的装置在全部的参数上都优于现有装置。由本发明的两个和几个装置构成的电池在启动初始脉冲后可保证在0.05-0.1秒内产生电流(所有阳极装料和阴极装料(电极)点燃、燃烧和产生电流)。在总的持续时间不低于6-12秒的过程中，可以在开始工作的0.20±0.05秒中达到最大电流强度。表4对本发明的装置和现有装置的检测结果<tablesid="table4"num="004"><tablewidth="644">本发明装置的特性现有技术俄罗斯专利号N2018782比较例本发明的带有阳极、阴极和隔膜的装置的编号比较例1234567各元件的最大尺寸与其厚度的比例2.215205075100130135在4欧姆的负载情况下的电压，伏1.20.61.21.31.21.21.31.0达到最大电流强度的时间，秒0.6±0.10.20±0.05工作时间，秒电池工作情况不工作0.526121080.8电压和电流强度与电池单元的数目成比例的提高</table></tables>为制备阳极、阴极的隔膜没有必要使用新的制造方法，也没有必要改变现有设施。用于本发明中的各种组份在很大程度上用于烟火制造术中，并且在制备过程中也无对环境不利的产物生成。到目前为止尚无烟火发生器和电池的总体性能提供可能的可靠功效。这是此装置和其电极的结构、尺寸以及排布方式总体构成的结果。而且，本发明的装置保证可贮存50年，且应用温度在±50℃。权利要求1.一种烟火电流发生器，它由通过隔膜分隔的一个阳极和一个阴极组成，其中，阳极由含有过量燃料的烟火装料组成，阴极由含有过量氧化剂的烟火装料组成；其特征在于阳极、阴极和隔膜含有石棉作为粘合剂，并且，在所有情况下，阳极、阴极和隔膜的最大尺寸与厚度之间的比例为20-130，其中，在阳极和阴极中的燃料是锆，隔膜由氟化锂、碱土金属氟化物或它们的混合物组成。2.根据权利要求1所述的烟火电流发生器，其特征在于阳极含有下面重量百分比的组分锆37-83铬酸钡或氧化铜15-51石棉2-12，阴极含有下面重量百分比的组分锆3-28氧化铜60-95石棉2-12并且，隔膜含有下面重量百分比的组分石棉3-20氟化锂或碱土金属氟化物或它们的混合物80-97。3.根据权利要求2的烟火电流发生器，其特征在于隔膜还另外含有相对于总质量高达60％(重量)的氧化锆，其中，石棉与氟化锂或碱土金属氟化物之间的重量比等于权利要求2所述的百分比。全文摘要本发明涉及到一种由阳极和阴极组成的烟火电流发生器,阳极由含有过量燃料的烟火装料组成,阴极由含有过量氧化剂的烟火装料构成,所述阳极和阴极由一隔膜分隔,此发生器的特征在于阳极、阴极和隔膜含有石棉作为粘合剂,并且以最大尺寸与厚度的比例为20—130构成,其中在阳极和阴极中的燃料是锆,隔膜由氟化锂、碱土金属氟化物或它们的混合物构成。文档编号H01M14/00GK1179018SQ97118619公开日1998年4月15日申请日期1997年9月22日优先权日1997年9月22日发明者维雅柴司拉夫·瓦西里·伊万奇·波诺,司扬约克,伊万·斯捷潘诺维奇·苏沃罗夫,瓦拉里伊·尼洛维奇·叶梅利亚诺夫,阿来克赛伊·伊万诺维奇·西多罗夫申请人:R-阿姆泰克国际公司