Пристрій для батарейного формування свинцевих акумуляторів

Реферат: Пристрій для батарейного формування свинцевих акумуляторів містить герметичний гідравлічний контур, який сполучає за допомогою трубопроводу акумулятори з живильним резервуаром для електроліту, вузол розриву електричного ланцюга по потоку електроліту, джерело живлення. Живильний резервуар електроліту поділений на дві частини меншого сумарного розміру, які мають електричний контакт між собою по електроліту тільки через нижній контур і обладнані автономними теплообмінниками, а також кожна частина резервуара оснащена керованим вентилем для заливки електроліту і введення технологічного газу і полімерною мембраною. Додатково має компресори для перекачування технологічного газу і парових фракцій, які передають означену суміш, циклічно з резервуара в резервуар по зустрічних напрямах через трубки, виконані з діелектрика. UA 100784 C2 (12) UA 100784 C2 UA 100784 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до електротехнічної промисловості, а саме - до виробництва свинцевокислотних акумуляторних батарей різноманітного призначення. Свинцево-кислотні акумулятори широко використовуються на різних видах транспорту як автономні джерела живлення і як стартерні пристрої, їх технічні характеристики значною мірою визначаються умовами їх першої зарядки (електроформування) на останній стадії процесу виробництва. Найважливішим параметром цієї стадії вважається рівність фізичних умов, від яких залежить ідентичність технічних характеристик електродів. Вихідний параметричний розбаланс призводить в процесі експлуатації до передчасної деградації електродів, до падіння ємності, і суттєво прискорює повний вихід батареї з ладу. Тому актуальною є задача розробки такої технології формування батарей, при якій досягалася б максимально можлива ідентичність умов обробки. Цій проблемі присвячено багато науково-технічних доробок. Так, відомий пристрій для батарейного формування свинцевих акумуляторів з примусовою 7 керованою циркуляцією електроліту за пат. РФ № 2250539, МПК Н01М10/12, 2/36, автори Дзензерський В.О., Скосарь Ю.І., Аникеев Е.В., Бурылов СВ., Скосарь В.Ю., Буряк О.А., пріоритет від 09.07.2002, опубл. 20.04.2005, бюл. № 11. Цей пристрій містить гідравлічний контур, сполучений з акумулятором за допомогою трубопроводу, який включає рідинний насос, резервуар з електролітом, теплообмінник, поплавцево-клапанний вузол і вузол розриву електричного ланцюга по струменю електроліту. Відмінними особливостями пристрою є те, що кожний акумулятор забезпечений автономним теплообмінником, оснащеним двома зворотними клапанами. Клапан впускання зв'язаний системою важеля з вузлом поплавця. Всі теплообмінники сполучені із спільною буферною ємністю по паралельній схемі. Замкнутий гідравлічний контур оснащений вакуумним насосом, сполученим з буферною ємністю, і системою керованих клапанів для оперативного перемикання потоків газу і рідини. На виході контура встановлено газоаналізатор. До недоліків пристрою слід віднести те, що в ньому сформований рідинний провідний ланцюг по зовнішніх ділянках контура циркуляції, яка розривається за допомогою спеціального вузла, пропускна спроможність якого недостатня, що обумовлене бульбашковим принципом дії переривника. Це гальмує струмінь, знижуючи темп циркуляції електроліту по системі. Найближчим технічним рішенням до того, що заявляється, узятим як прототип, є пристрій для батарейного формування свинцевих акумуляторів за пат. України № 92667, МПК (2009) Н01М10/46; 10/04, Автори: Дзензерський В.О., Тарасов СВ., Буряк О.А., Фінагіна І.І., заявка № а 2009 03239, пріоритет від 06.04.2009, опубл. 25.11.2010. бюл. № 22. Даний пристрій містить герметичний гідравлічний контур, що сполучає за допомогою трубопроводів акумулятори з резервуаром для електроліту, який обладнаний внутрішнім теплообмінником, систему локальних вузлів розриву електричного ланцюга по струменю електроліту, рідинний насос і зарядно-розрядний пристрій. Кожний акумулятор забезпечений краплинним переривником струменя на ділянці подачі електроліту і сполучений з резервуаром для електроліту по паралельній схемі. Кожний переривник має герметичний корпус. Вхідний патрубок введено всередину корпусу знизу і встановлено вертикально концентрично стінкам корпусу. На кінці патрубка, розташованому в сухій частині об'єму, встановлений розсікач струменя. До недоліків прототипу слід віднести використання схеми послідовного з'єднання акумуляторів в контурі обміну електроліту, що ставить їх в нерівні фізичні та хімічні умови. Крім того, нерівність умов погіршується постійністю напряму циркуляції електроліту. В основу запропонованого рішення поставлена задача усунення струмів витоку по зовнішньому ланцюгу гідравлічного контура охолодження електроліту, а також збільшення ідентичності фізичних умов формування акумуляторів. Поставлена задача вирішується тим, що локальні вузли розриву струменя електроліту скасовані, а живильний резервуар електроліту розбитий на дві частини меншого сумарного розміру, які мають електричний контакт між собою по електроліту тільки через нижній контур, що проходить через об'єм акумулятора, насоси для циркуляції рідини замінені компресорами для перекачування повітря і парової фази, які циклічно і послідовно перекачують повітря з резервуара в резервуар по зустрічних напрямах через трубки, виконані з діелектрика. Проаналізуємо відповідність відмінних ознак поставленій технічній задачі. Ознака «локальні вузли розриву струменя електроліту скасовані, а живильний резервуар електроліту поділений на дві частини меншого сумарного розміру, які мають електричний контакт між собою по електроліту тільки через нижній контур, що проходить через об'єм акумулятора, і обладнані автономними теплообмінниками» відображає основний крок модернізації пристрою. Розрив зовнішнього електропровідного каналу здійснений тим, що 1 UA 100784 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 роз'єднаний сам живильний резервуар. Причому так, що між резервуарами, що утворилися, немає електричного контакту. Цей конструктивний хід вирішує проблему виникнення струмів витоку кардинальним чином. У відомих рішеннях розривалися окремі гілки електролітного контура. Але система локальних переривників або знижувала пропускну спроможність гідравлічної мережі, або залишала вірогідність випадкового відновлення контакту в якомунебудь з переривників. Навіть короткочасне замикання локальної гілки контуру порушувало загальний режим електрообробки електродів всього блока. В рішенні, що патентується, вірогідність такого випадку зведена до нуля. Крім того, розбиття великого загального резервуара на дві частини дає ще один позитивний ефект. Практика показала, що переганяти великі об'єми електроліту ради вирівнювання його складу - нераціонально, оскільки час ротації великих мас відстає від швидкості реакцій формування. Тому локальні зміни складу електроліту за рахунок зв'язування розчинених активних компонентів і насичення відпрацьованими хімічними з'єднаннями, тобто концентраційні флуктуації, не розмиваються так оперативно, щоб це гомогенізувало склад і уніфікувало хімічні умови. Більш швидка тактика полягає в роботі з набагато меншим надлишком вільного електроліту (по відношенню до штатного заповнення акумуляторної банки), але з більшою швидкістю його циркуляції. Навіть подвоєння сумарного (в резервуарах і в банку) об'єму електроліту достатнє для корекції концентраційних зсувів завдяки збільшенню швидкості прогону розчину. В пристрої, що патентується, вибрана мінімальна маса електроліту для циркуляції в системі. Вона рівна подвоєному технологічному об'єму електроліту, що заповнює банку акумуляторної батареї. Відповідно, для пристрою формування, на технологічному столі якого встановлюється одночасно N банок, ємність кожного живильного резервуара буде рівна . N Vn/2. Рівень стартової заливки в систему складатиме половину об'єму кожного резервуара. Решту об'єму займає інертний газ. Відмінні ознаки «резервуари оснащені кожний керованим вентилем для заливки електроліту і введення технологічного газу, переважно азоту, і полімерною мембраною для уприскування в електроліт активних добавок, що витрачаються при обробці, насоси для циркуляції рідини замінені компресорами для перекачування технологічного газу і парових фракцій, перекидають означену суміш, циклічно з резервуара в резервуар по зустрічних напрямах через трубки, виконані з діелектрика» описують новий принцип використання вільного електроліту. В пристрої, що патентується, перед початком обробки акумуляторів проводиться витіснення повітря, яке займає половину об'єму резервуарів, інертним газом, переважно азотом. Технологічний газ виконує в пристрої, що патентується, роль пружного робочого тіла, за допомогою якого виконується циклічне знакозмінне передавання електроліту між резервуарами. В такій системі будь-які гази (особливо, водень), що виділяються при просоченні електролітом і електроформуванні активної речовини електродів, не визивають ніякої небезпеки ні в детонаційному відношенні, ні в плані порушення циркуляції рідини по контурах. Виходячи в загальний газовий об'єм і розчиняючись в ньому, водень «знешкоджується», оскільки не взаємодіє з азотом. Передавання електроліту з однієї половини резервуара в іншу проводиться через банку акумулятора і здійснюється пневматичним способом, тобто, шляхом видавлювання надмірним тиском з одного боку і одночасним підсосом (розрідженням) з іншого. Причому ця операція проводиться в циклічному режимі. Такий режим змінює умови масобміну і скидання температури в електродній системі, оскільки рідина надходить то з одного, то з другого боку. Локальні концентраційні і температурні перевантаження (флуктуації) в акумуляторній батареї розсмоктуються інтенсивніше, оскільки темп перемішування збільшується. В результаті гальванічні реакції електроформування протікають ближче до штатного протоколу по всьому об'єму оброблюваного акумуляторного блока. Звичайно ж, міжелектродні зазори, як і в прототипі, закриті від прямих струменів електроліту, але інтенсивна знакозмінна (по швидкості) циркуляція підтримує велике значення масових і температурних градієнтів, що позитивно впливає на хід формування. Крім того, підвищується інтенсивність відведення продуктів вторинних реакцій, в основному газоподібних. Ізольованість резервуарів один від одного забезпечується тим, що з'єднувальні трубки виконані з діелектричного матеріалу, а по них циркулює тільки інертна газова фаза. Наявність мембран дає можливість, у разі потреби, вводити в об'єм резервуарів, що герметизується, хімічні добавки, які вийшли з розчину при електроформуванні, або необхідні з технологічних причин на якійсь стадії обробки. Проведений аналіз дає можливість з стверджувати, що сукупність відмінних ознак призводить до бажаного результату. 2 UA 100784 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 За наявними в авторів відомостями, істотні ознаки, що пропонуються і характеризують винахід, невідомі в даній області техніки. Запропоноване технічне рішення може бути використане при виробництві свинцевокислотних акумуляторних батарей, особливо тягових акумуляторів і стартерних акумуляторних батарей різноманітних типів. Опис пристрою ілюстрований кресленням, де наведена схема ділянки формування акумуляторних батарей з системою примусової циркуляції електроліту. На кресл. наведена схема фрагмента стенда для проведення операції електроформування акумуляторних батарей. Вона містить акумуляторну батарею 1, встановлену на технологічному столі (показаний умовно) і через заливальні отвори за допомогою трубок 2 підключену до замкнутого гідравлічного контура, що містить живильні резервуари 3 і 4, обладнані внутрішніми кондуктивними теплообмінниками 5, двома компресорами - прямим 6 і зворотним 7. Кожний резервуар забезпечений штуцером 8, що перекривається, який служить для заливки електроліту і впускання в систему технологічного газоподібного азоту від балона 9. Для введення коректуючих добавок активних компонентів електроліту в кожному резервуарі передбачена гумова мембрана 10. Електродні блоки 11 акумуляторної батареї 1 через вивідні клеми 12 сполучені з джерелом живлення 13. Описаний пристрій працює наступним чином. Для проведення першої зарядки сухий акумулятор 1 встановлюють на технологічний стіл і сполучають його із гідравлічним контуром за допомогою трубок 2, а з джерелом живлення 12 шинами через клеми 11. Потім через штуцери 8 заливають в систему, що утворилася, електроліт так, щоб він цілком заповнив порожнину акумулятора 1, а також половину об'єму кожного живильного резервуара 4. Далі, до одного з штуцерів 8 підключають шланг від балона 9 з газоподібним азотом, і при відкритому другому штуцері витісняють повітря з вільних об'ємів резервуарів. Таким чином, над електролітом в кожному резервуарі 4 створюється газовий об'єм, рівний по величині об'єму електроліту в ньому. Після цього штуцера 8 перекривають, герметизуючи систему, і після закінчення реакцій просочення електродів електролітом, починають пропускати струм через електродну систему 11 акумулятора від джерела 13 через клеми 12. В процесі просочення і початкової стадії електрообробки електроліт, що знаходиться в об'ємі акумулятора, нагрівається. Для стабілізації температури запускають прямий компресор 6 гідравлічного контура. При його роботі азот перекидається з резервуара 3 в резервуар 4, внаслідок чого знижується тиск в об'ємі резервуара 3 і підвищується тиск в об'ємі резервуара 4. Перепад тиску, що поступово збільшується, порушує перетікання електроліту між резервуарами 3 і 4, яке відбувається через об'єм акумулятора 1. Прогін електроліту призводить до поступового заповнення резервуара 3. Система управління (не показана) зупиняє роботу компресора 6 в мить, коли резервуар 3 заповнюється, а резервуар 4 осушується. Потім включають зворотний компресор 7, який нагнітає в резервуар 3 азот, узятий з резервуара 4. Градієнт тиску, що змінив знак, примушує електроліт перетікати з резервуара 3 в резервуар 4 до його заповнення. Циклічне повторення передавання створює постійний знакозмінний рух електроліту в об'ємі акумулятора. Така динаміка дає можливість зберегти режим постійного примусового перемішування електроліту, але при цьому розривається електричний ланцюг, утворений контуром відводу електроліту з метою його охолоджування і концентраційної гомогенізації. Постійне охолодження електроліту проводиться в об'ємах резервуарів 3 і 4 методом кондуктивного теплообміну. Для цього в резервуарах розміщені трубчасті теплообмінники 5, через які циркулює магістральна вода. Теплообмінники виконані з діелектричного матеріалу з тим, щоб запобігти можливому електричному контакту між електролітом і водою. Таким чином, зовнішній контур прокачування електроліту електрично розімкнений і не служить каналом для виникнення струмів витоку. Концентраційна корекція електроліту або не проводиться взагалі, але тоді необхідно збільшувати масу вільного електроліту, або проводиться через гумові (або полімерні) мембрани 10 по ходу електроформування шляхом введення необхідних компонентів за допомогою шприца. Пристрій, що патентується, дає можливість зупинити струми витоку при електроформуванні свинцево-кислотних акумуляторів, що дає позитивний результат підвищення економічності процесу. 55 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 60 Пристрій для батарейного формування свинцевих акумуляторів, що містить герметичний гідравлічний контур, який сполучає за допомогою трубопроводу акумулятори з живильним резервуаром для електроліту, вузол розриву електричного ланцюга по потоку електроліту, 3 UA 100784 C2 5 джерело живлення, який відрізняється тим, що живильний резервуар електроліту поділений на дві частини меншого сумарного розміру, які мають електричний контакт між собою по електроліту тільки через нижній контур, що проходить через об'єм акумулятора, і обладнані автономними теплообмінниками, а також кожна частина резервуара оснащена керованим вентилем для заливки електроліту і введення технологічного газу, переважно азоту, і полімерною мембраною для уприскування в електроліт активних добавок, додатково має компресори для перекачування технологічного газу і парових фракцій, які передають означену суміш, циклічно з резервуара в резервуар по зустрічних напрямах через трубки, виконані з діелектрика. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4