TW201919268A - 引燃元件及應用該引燃元件之熱電池 - Google Patents
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Abstract
本發明係提供一種引燃元件，包含：無石綿成分的陶瓷纖維；鋯粉；以及鉻酸鋇。本發明亦提供一種熱電池，包含：一殼體；一端蓋，其係覆蓋該殼體，且與該殼體共同定義一內部空間；一對端子，其係穿越該端蓋；一激發元件，其係設置於該內部空間內，且與該對端子電性連接；如上所述之一引燃元件，其係設置於該內部空間內，且鄰近該激發元件；以及一電池堆，其係設置於該內部空間內，與該對端子電性連接，且鄰近該引燃元件。本發明之引燃元件及應用該引燃元件之熱電池可應用於飛彈的電源。
Description
本發明係關於一種引燃元件，特別關於一種使用無石綿成分的引燃元件。本發明亦關於一種應用該引燃元件之熱電池。
熱電池是一種熱激發活化的預儲式電池，儲備時電解質為不導電的固體，使用時透過電源或撞擊引燃其内部的活化鏈及熱片，使電解質熔融成為導電的離子導體而被活化，電池工作温度為400-600℃。熱電池活化鏈是由激發元件與引燃元件所組合而成。
常用的電解質為氯化鉀-氯化鋰的共晶鹽或鹵化鋰的混合物，負極活性物質多用鋰系金屬合金，正極活性物質用以釩、鐵、鈷、鎳為主的金屬硫化物或氧化物等作為電化學系統。熱片是熱電池內部的熱源，由鐵粉與過氯酸鉀混合而得。
具備可高功率輸出的特性，熱電池多作為飛彈的電源(US4675257、US5382479、US7354678)。為了達到30年以上的使用壽限、對抗工作時因熱分解而產生的高壓、達成耐高環境應力等等因素，一般係將熱電池以金屬容器密封。熱電池端蓋上的金屬端子係以玻璃融封技術而製得，主要作為熱電池被活化時外部電源及活化後電力輸出的路徑，此為電源熱激發活化的構型。
傳統上係以線橋(Wire-Bridge)之加熱方式作為火炸藥的起始激發元件的電源引燃，然而，此一方式容易受到電磁波的影響而導致誤作動，致使失效。為了要克服電磁干擾的問題，選用高激發電流的起始激發元件，容易造成系統的過負載。以半導體微結構(Semiconductor-Bridge)加熱作為引燃的方法(SAND96-0862C、US4708060、US586570)取代線橋結構的加熱方式，可克服電磁波的效應。因應火藥成分對於半導體微結構的腐蝕效應，雷射引燃火藥的技術於是因應而生，此一技術通常以雷射產生器、透鏡、光纎等所組合的雷射引燃器做為激發元件(SAND87-3032、DSTO-TR-0068、SAND2005-0072)。或將光纖與火炸藥直接結合(DSTO-TR-1448)。中華人民共和國專利申請公布號CN106169588A，所揭示之激活裝置係以激光發生器通過激光傳能光纖與激光點火炬(由透鏡、發火藥、隔板體組成)的組合。
激發元件釋放的能量與點燃引燃元件所需的能量，必須適當的匹配，確保活化鏈能正常的運作，可以活化熱電池。
傳統之引燃元件是由熱紙製作而成，熱紙是以石綿纖維為主的基材(CN1068483)，沉積或混合以鋯粉及鉻酸鋇混合物為主的引燃火藥。
無石綿的產品已是普世的基本要求。然而天然石綿纖維的優點，不是一般合成纖維所能取而代之的。由石綿纖維製成的石綿紙具有沖製、裁切的易加工性、優越的熱阻絕、高溫環境下的尺寸穩定性，尤其是用於熱電池內部的絕熱材料及發熱元件的基材。為確保活化鏈能可以活化熱電池，對於引燃元件的組成成分、成分特性等等參數，必須重新設計開發。
本發明之一目的在於提供一種引燃元件，藉此取代傳統之以石綿纖維為基材之引燃元件。
為達上述目的及其他目的，本發明提出一種引燃元件，包含： 無石綿成分的陶瓷纖維； 鋯粉；以及 鉻酸鋇。
於本發明之一實施例中，該引燃元件係為條狀或柱狀。
於本發明之一實施例中，該引燃元件的熱量係為320~400 cal/g。
於本發明之一實施例中，該無石綿成分的陶瓷纖維的材料係選自由氧化鈉、氧化鎂、氧化鈣、氧化鋁及氧化矽所組成之群組。
於本發明之一實施例中，該無石綿成分的陶瓷纖維的直徑係為0.2~3.0 μm。
於本發明之一實施例中，該引燃元件中，該無石綿成分的陶瓷纖維的重量百分比係為10~20%。
本發明之另一目的在於提供一種熱電池，藉此取代傳統之含石綿成分之熱電池。
為達上述目的及其他目的，本發明亦提出一種熱電池，包含： 一殼體； 一端蓋，其係覆蓋該殼體，且與該殼體共同定義一內部空間； 一對端子，其係穿越該端蓋； 一激發元件，其係設置於該內部空間內，且與該對端子電性連接； 如上所述之一引燃元件，其係設置於該內部空間內，且鄰近該激發元件；以及 一電池堆，其係設置於該內部空間內，與該對端子電性連接，且鄰近該引燃元件。
於本發明之一實施例中，該激發元件係為雷射元件、電火柴或點火器。
於本發明之一實施例中，該雷射元件包括： 一雷射二極體；以及 一透鏡，其係設置於該雷射二極體的光路中。
於本發明之一實施例中，該雷射二極體之發光波長係為760~980 nm。
於本發明之一實施例中，該雷射二極體之功率係為200~1000 mW。
於本發明之一實施例中，該電池堆係具有一中心空孔，該引燃元件係設置於該中心空孔中。
於本發明之一實施例中，該引燃元件係設置於該電池堆的邊緣。
於本發明之一實施例中，該激發元件係設置於鄰近該熱電池之頂部的位置。
於本發明之一實施例中，該激發元件係設置於鄰近該熱電池之底部的位置。
激發元件釋放的能量與點燃引燃元件所需的能量以及引燃元件釋放的能量與點燃熱片所需的能量，其間必須適當的匹配，確保活化鏈能正常的運作，可以活化熱電池。以無石綿成分的陶瓷纖維、鋯粉及鉻酸鋇混合製作熱紙，再加工製成引燃元件。三者必須是適當的比例，可將引燃元件瞬間完全點燃，仍保持其外觀的完整性。
藉此，本發明之引燃元件及應用該引燃元件之熱電池可避免含石綿之組成成分對於人體及環境的危害。
為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明，說明如後：
實施例1：
本實施例之引燃元件係藉由下列程序製備：
將鉻酸鋇、鋯粉、無石綿成分的陶瓷纖維等加入純水，攪拌30分鐘。將此混合均勻的漿料沉積、過濾、加壓成形，製得無石綿成分的熱紙。進一步依實際需求將該熱紙沖裁成條狀之引燃元件，或將該熱紙滾壓成柱狀之引燃元件。
本實施例之引燃元件中，該無石綿成分的陶瓷纖維的重量百分比係為15%；鋯粉的重量百分比係為40%；以及鉻酸鋇的重量百分比係為45%，但本發明並不限於此。較佳地，係調整該等成分之比例，使所製得之引燃元件的熱量介於320~400 cal/g之間。
本實施例中，該無石綿成分的陶瓷纖維係包含氧化矽，但本發明並不限於此。較佳地，該無石綿成分的陶瓷纖維的材料係選自由氧化鈉、氧化鎂、氧化鈣、氧化鋁及氧化矽所組成之群組。
本實施例中，係將該無石綿成分的陶瓷纖維的直徑控制在1.5~2.0 μm之間，但本發明並不限於此。較佳地，係將該無石綿成分的陶瓷纖維的直徑控制在0.2~3.0 μm之間。
實施例2：
如圖1所示，本實施例之熱電池1係包含：一殼體10；一端蓋11，其係覆蓋該殼體10，且與該殼體10共同定義一內部空間12；一對端子20，其係穿越該端蓋11；一激發元件30，其係設置於該內部空間12內，且與該對端子20電性連接；經由實施例1所製備之一引燃元件40，其係設置於該內部空間12內，且鄰近該激發元件30；以及一電池堆50，其係設置於該內部空間12內，與該對端子20電性連接，且鄰近該引燃元件40。
本實施例中，該激發元件30係為一電火柴N32B(Daveyfire)。
本實施例中，該電池堆50係包含多個單元組51，每一單元組51係包括依序堆疊之一熱片52、一陰極片53、一電解質片54及一陽極片55。
本實施例中，該電池堆50係具有一中心空孔，該引燃元件40係設置於該中心空孔中，但本發明並不限於此。亦可將該引燃元件40係設置於該電池堆50的邊緣。該引燃元件40與該電池堆50之間的配置方式並不特別限定，只要能使該引燃元件40充分活化該電池堆50即可。
本實施例中，該激發元件30係設置於鄰近該熱電池1之頂部的位置，但本發明並不限於此。亦可將該激發元件30係設置於鄰近該熱電池1之底部的位置。該激發元件30配置的位置並不特別限定，只要使其鄰近該引燃元件40，足以激發該引燃元件40即可。
本實施例中，該電池堆50中之熱片52、陰極片53、電解質片54及陽極片55之組成成分係如先前技術所述。
經測試，施以1A電流200 msec於該對端子20，可藉由作為激發元件30之電火柴N32B(Daveyfire)將實施例1之引燃元件40點燃，活化該熱電池1。經活化後，該電池堆50所產生之電力係經由該對端子20輸出。
實施例3：
本實施例之熱電池的結構係大致上與實施例2相同，但實施例3之熱電池係以點火器NEI-22(NEI)取代實施例2之電火柴N32B(Daveyfire)作為一激發元件。
經測試，施以3.5A電流40 msec於本實施例之熱電池的端子，可藉由作為激發元件之點火器NEI-22(NEI)將實施例1之引燃元件點燃，活化該熱電池。
實施例4：
本實施例之熱電池的結構係大致上與實施例2相同，但實施例4之熱電池係以雷射元件取代實施例2之電火柴N32B(Daveyfire)作為一激發元件。
本實施例中，該雷射元件包括：一雷射二極體；以及一透鏡，其係設置於該雷射二極體的光路中，但本發明並不限於此。
本實施例中，該雷射二極體之發光波長係為980 nm，但本發明並不限於此。較佳地，係使用發光波長介於760~980 nm之間的雷射二極體。
本實施例中，該雷射二極體之功率係為300 mW，但本發明並不限於此。較佳地，係使用功率介於200~1000 mW之間的雷射二極體。
經測試，施以0.3 A電流200 msec於本實施例之熱電池的端子，可藉由作為激發元件之雷射二極體將實施例1之引燃元件點燃，活化該熱電池。
如上述實施例1~4所述，施加適當之電流可活化應用本發明之引燃元件的熱電池，具有極佳的可靠度，可將該熱電池應用於飛彈的電源。此外，本發明之引燃元件可以被多種不同激發元件所激發。由此可見，本發明之無石綿成分的引燃元件可充分取代傳統之含有石綿成分的引燃元件，藉此避免含石綿之組成成分對於人體及環境的危害。
本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧熱電池
10‧‧‧殼體
11‧‧‧端蓋
12‧‧‧內部空間
20‧‧‧端子
30‧‧‧激發元件
40‧‧‧引燃元件
50‧‧‧電池堆
51‧‧‧單元組
52‧‧‧熱片
53‧‧‧陰極片
54‧‧‧電解質片
55‧‧‧陽極片
［圖1］係為本發明實施例2之熱電池的示意圖。
Claims (10)
- 一種引燃元件，包含： 無石綿成分的陶瓷纖維； 鋯粉；以及 鉻酸鋇。
- 如請求項1所述之引燃元件，其中該引燃元件係為條狀或柱狀。
- 如請求項1所述之引燃元件，其中該引燃元件的熱量係為320~400 cal/g。
- 如請求項1所述之引燃元件，其中該無石綿成分的陶瓷纖維的材料係選自由氧化鈉、氧化鎂、氧化鈣、氧化鋁及氧化矽所組成之群組。
- 如請求項1所述之引燃元件，其中該無石綿成分的陶瓷纖維的直徑係為0.2~3.0 μm。
- 如請求項1所述之引燃元件，其中該引燃元件中，該無石綿成分的陶瓷纖維的重量百分比係為10~20%。
- 一種熱電池，包含： 一殼體； 一端蓋，其係覆蓋該殼體，且與該殼體共同定義一內部空間； 一對端子，其係穿越該端蓋； 一激發元件，其係設置於該內部空間內，且與該對端子電性連接； 如請求項1至6中所述之一引燃元件，其係設置於該內部空間內，且鄰近該激發元件；以及 一電池堆，其係設置於該內部空間內，與該對端子電性連接，且鄰近該引燃元件。
- 如請求項7所述之熱電池，其中該激發元件係為雷射元件、電火柴或點火器。
- 如請求項8所述之熱電池，其中該雷射元件包括： 一雷射二極體；以及 一透鏡，其係設置於該雷射二極體的光路中。
- 如請求項9所述之熱電池，其中該雷射二極體之發光波長係為760~980 nm。
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