Узел герметизации борна источника тока

Полезная модель относится к электротехнической промышленности и может быть использована для герметизации электрических проводников (борнов) в корпусе источника тока. Узел герметизации борна источника тока состоит из стеклянной втулки, внутренняя поверхность которой спаяна с борном, а внешняя поверхность спаяна с внутренней поверхностью металлической обечайки, имеющей кольцевые канавки для уплотнительных колец и отверстия для крепления к корпусу источника тока. Данное техническое решение обеспечивает герметичность и надежный электрический контакт при длительной эксплуатации в условиях повышенных температуры и давления внутри корпуса источника тока.

Заявляемая полезная модель относится к электротехнической промышленности и может быть использована для герметизации электрических проводников (борнов) в корпусе источника тока в условиях повышенных температур и давления внутри корпуса, например, в случае применения в электрохимических генераторах тока на основе топливных элементов.

Известен «Узел герметизации борна свинцового аккумулятора», по патенту РФ на изобретение 2030028 (кл. МПК H01M 2/06, приоритет от 22.10.1991) [1]. В соответствии с данным изобретением борн свинцового аккумулятора, помещенный в гнездо крышки или корпуса, содержит глухое отверстие, в которое вставлена втулка со штифтом внутри ее. Контакт размещен между крышкой и борном, при этом часть контакта поджата к поверхности борна, а часть отделена от борна выступом крышки или корпуса. Герметизация всего узла и поджатие контакта осуществляется при запрессовке штифта во втулку.

Недостатком такой конструкции является ее невысокая надежность в части обеспечения герметичности при длительной эксплуатации источника тока. Герметичность обеспечивается только за счет плотного прилегания борна к пластмассовой крышке корпуса, которое может ухудшиться вследствие пластической деформации пластмассовой крышки (корпуса) при длительной эксплуатации.

В следующем аналоге «Узел герметизации борна аккумулятора», патент РФ на изобретение 2079932 (кл. МПК H01M 2/06, приоритет от 05.03.1994) [2] узел герметизации борна аккумулятора, включает борн, помещенный в гнездо крышки или корпуса, выполненный из упругого непроводящего материала, кольцевую канавку вокруг гнезда крышки или корпуса аккумулятора, и металлическую втулку в виде клинообразного элемента с цилиндрической наружной поверхностью и коническим отверстием.

Недостатком второго аналога также является возможность разгерметизации борна в корпусе аккумулятора при длительной эксплуатации при повышенных температуре и давлении, так как клинообразная втулка удерживается в кольцевой канавке только силами трения, а это предполагает неизменность упругих свойств пластмассы корпуса и отсутствие ее текучести, что маловероятно при изменении температурных режимов эксплуатации аккумулятора.

Наиболее близким аналогом и потому принятым за прототип является техническое решение, заявленное в патенте РФ на изобретение 2216075 «Устройство для введения электрического проводника в корпус источника тока» (кл. МПК H01M 2/06, приоритет от 09.10.2000) [3].

В соответствии с прототипом электрический проводник (борн), размещенный в токовыводе, снабжен в верхней части упорным пояском, а в нижней - резьбой, сопряженной с резьбой токовывода, размещенного в корпусе источника тока, при этом уплотнительное кольцо имеет овальную форму.

Отличаясь от предыдущих аналогов, техническое решение, заявленное в прототипе, обладает тем же недостатком: возможностью разгерметизации источника тока при длительной эксплуатации в условиях повышенных температуры и давления в корпусе. Недостаток обусловлен тем, что все же присутствует участок уплотнения «металл-пластмасса» по верхнему периферийному торцу токовывода. Другой недостаток прототипа заключается в том, что электрический контакт токовывода с борном осуществляется по резьбе, а такому соединению деталей свойственны повышенные контактные потери напряжения.

Задачей заявляемого технического решения является снижение контактных потерь напряжения и повышение эксплуатационной надежности источника тока в части обеспечения надежной герметизации борна при длительной эксплуатации в условиях повышенных температур и давления в корпусе источника тока. Подобные условия характерны, например, для батарей топливных элементов электрохимических генераторов тока.

Решение поставленной задачи заключается в том, в известную конструкцию устройства для введения электрического проводника в корпус источника тока, включающую борн, токовывод и кольцеобразную канавку для уплотнительного кольца, согласно заявляемому техническому решению в конструкцию узла герметизации борна дополнительно введены стеклянная втулка, внутренняя поверхность которой спаяна с борном, и металлическая обечайка, с кольцевыми канавками для уплотнительных колец, припаянная изнутри к внешней поверхности стеклянной втулки, и имеющая крепежные отверстия для установки в корпусе источника тока.

Борн и обечайка выполнены из металла, обладающего коэффициентом теплового расширения, равным коэффициенту теплового расширения стекла например, из сплава ковар (сплав 29 НК ГОСТ 10994-74) [4]. Соединение борна с токовыводом осуществлено по цилиндрическим поверхностям, что обеспечивает минимальные контактные потери напряжения. Уплотнительные кольца выполнены из упругого материала, стойкого в условиях, в которых работает источник тока.

На фиг. 1 представлен заявляемый узел герметизации борна источника тока, а фиг. 2 (вид -A) иллюстрирует скрепление борна и токовывода.

Узел герметизации борна источника тока (фиг. 1) состоит из борна (1), стеклянной втулки (2) и металлической обечайки (3). Внутренняя поверхность стеклянной втулки (2) спаяна с борном (1), а ее внешняя поверхность припаяна к внутренней поверхности металлической обечайки (3). Металлическая обечайка (3) выполнена с кольцевыми канавками (4) для уплотнительных колец, например, с двумя, и отверстиями для крепления к корпусу источника тока. Узел герметизации борна, после установки уплотнительных колец в кольцевые канавки (4) для уплотнительных колец металлической обечайки (3), помещается в корпус (5) источника тока и через отверстия для крепления в металлической обечайке (4) закрепляется на корпусе (5) источника тока при помощи шпилек (6) и гаек (7).

На фиг. 2 (вид А-А) показано соединение борна (1) с токовыводом (8). Узел герметизации борна установлен в корпусе источника тока (5). На часть борна (1), находящуюся внутри корпуса источника тока (5), крепится токовывод (8) с помощью резьбового элемента (9), а в отверстие (10) токовывода (8) впоследствии монтируются контакты от элементов источника тока.

При работе источника тока уплотнительные кольца, за счет упругих свойств, а также спаянные места борна (1), втулки (2) и обечайки (3), в совокупности с отсутствием мест уплотнения «металл-пластмасса», обеспечивают надежную герметизацию борна (1) в стеклянной втулке (2) и обечайке (3).

ПРИМЕР

Были изготовлены батареи водородно-кислородных топливных элементов для электрохимических генераторов тока, содержащие 6, 8, 32 и 400 топливных элементов. Герметизация борнов в корпусах батарей была осуществлена в соответствии с заявляемым техническим решением.

Борн и обечайка изготовлены из материала ковар (сплав 29 НК ГОСТ 10994-74) [4]. Уплотнительные кольца выполнены тороидальной формы из смеси резиновой марки 51-6001 ТУ 38 005924-2002 [5].

Батареи были длительно (до 5000 часов) успешно испытаны при избыточном давлении рабочих газов в корпусе 0,4 МПа и температурах 85 и 100°С. Контактных потерь напряжения не обнаружено. Эксплуатационная надежность источника тока в части обеспечения герметизации борнов при длительной эксплуатации в условиях повышенных температур и давления в корпусе источника тока подтверждена.

Применение заявляемого устройства для введения борна в корпус источника тока гарантировано обеспечивает надежную герметичность источника тока при эксплуатации в течение многих тысяч часов в условиях повышенных давления и температуры с минимальными контактными потерями напряжения.

Источники информации

1. Патент РФ на изобретение 2030028 «Узел герметизации борна свинцового аккумулятора», (кл. МПК H01M 2/06, приоритет от 22.10.1991

2. Патент РФ на изобретение 2079932 «Узел герметизации борна аккумулятора», патент (кл. МПК H01M 2/06, приоритет от 05.03.1994)

3. Патент РФ на изобретение 2216075 «Устройство для введения электрического проводника в корпус источника тока» (кл. МПК H01M 2/06, приоритет от 09.10.2000).

4. «Сплавы прецизионные. Марки.» ГОСТ10994-74.

5. «Смеси резиновые специальные. Технические условия» марки 51-6001 ТУ 38 005924-2002.

1. Узел герметизации борна источника тока, состоящий из борна, токовывода и кольцеобразной канавки, в которой помещено уплотнительное кольцо, отличающийся тем, что содержит стеклянную втулку, внутренняя поверхность которой спаяна с борном, а её внешняя поверхность спаяна с внутренней поверхностью металлической обечайки, имеющей кольцевые канавки для уплотнительных колец и отверстия для крепления к корпусу источника тока.

2. Узел герметизации борна источника тока по п. 1, отличающийся тем, что борн и металлическая обечайка выполнены из сплава ковар.

3. Узел герметизации борна источника тока по п. 1, отличающийся тем, что на металлической обечайке выполнены две кольцевые канавки.

4. Узел герметизации борна источника тока по п. 1, отличающийся тем, что уплотнительные кольца выполнены тороидальной формы и из резины.