Пристрій для батарейного формування свинцевих акумуляторів

Пристрій для батарейного формування свинцевих акумуляторів, що містить герметичний гід C2 2 (19) 1 3 керованою циркуляцією електроліту за декларативним патентом №54270, МПК6 Н01М 10/50, 10/44; H02J7/00, автори Дзензерський В.О., Скосарь Ю.І., Анікеєв Е.В., Бурилов С.В., Скосар В.Ю. та Буряк О.А., заявка №2002075632, заявл. 09.07.2002, опубл. 17.02.2003, Бюл. №2. Він містить гідравлічний контур, сполучений з акумуляторами за допомогою трубопроводу, який включає рідинний насос, резервуар з електролітом, теплообмінник, поплавцево-клапанний вузол і вузол бульбашкового розриву електричного ланцюга по струменю електроліту. Кожний акумулятор забезпечений автономним теплообмінником, оснащеним двома зворотними клапанами, клапан впускання, зв'язаний важелем з вузлом поплавця, замкнутий гідравлічний контур оснащений вакуумним насосом, сполученим з буферною ємністю, і системою керованих клапанів для оперативного перемикання потоків газу і рідини, а на виході з контура встановлений газоаналізатор. До недоліків пристрою слід віднести наявність у вихідному гідравлічному контурі бульбашкового переривника струменя, який зменшує прохідність каналу. А також відсутність переривника струменя у вхідному каналі, що призводить до збудження струмів витоку. Відомий також пристрій для заливки і формування акумуляторів за а.с. №1653030, МПК6 Н01М 2/36, СРСР. Він містить заливальну, мірну та накопичувальну ємність і вакуумний насос, сполучені герметично в замкнуту гідравлічну систему, оснащену керованими з командного вузла клапанами. Пристрій забезпечений також зарядно-розрядним вузлом. До недоліків аналога слід віднести вживання спільних ємностей (накопичувальної, живлячої), які обслуговують всі акумулятори, що знаходяться на формувальному столі, та пов'язаним з цим послідовне з'єднання виробів в каналі гідравлічного контуру. Найближчим технічним рішенням, узятим як прототип, є пристрій для батарейного формування свинцевих акумуляторів за а.с. №1292566, МПК6 Н01М 10/04, 10/50, СРСР. Цей пристрій має герметичний гідравлічний контур, сполучений з акумуляторами трубопроводом. Він оснащений рідинним насосом і містить резервуар для електроліту з внутрішнім теплообмінником, клапанний вузол і вузол розриву електричного ланцюга по струменю електроліту. Один спільний теплообмінник обслуговує всі акумулятори, охолоджуючи електроліт, який надходить із сполучених послідовно батарей. До недоліків прототипу слід віднести вживання схеми послідовного з'єднання акумуляторів в контурі циркуляції, що ставить їх в нерівні фізичні та хімічні умови. Крім того, оскільки рівноважні потенціали в різних акумуляторах неоднакові, то при контакті по струменю виникає стрічна ЕРС, яка зменшує струмовіддачу. А переривання струменя здійснюється тільки на ділянці спільного теплообмінника. В основу запропонованого рішення поставлена задача усунення електричних струмів витоку, як по стічних, так і по приточних відгалуженнях гідра 92667 4 влічного контура. У загальному вигляді задача зводиться до розмежування струмового формувального контура і зовнішнього (щодо акумуляторних ємностей) контура по електролітному руслу. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрої для батарейного формування свинцевих акумуляторів, що містить герметичний гідравлічний контур, який сполучає за допомогою трубопроводів акумулятори з резервуарами для електроліту, а також теплообмінник, вузол розриву електричного ланцюга по струменю електроліту, рідинний насос і зарядно-розрядний пристрій, кожний акумулятор забезпечений додатково на ділянці притоку електроліту переривником струменя краплинного типу, акумулятори сполучені з резервуаром для відтоку електроліту по паралельній схемі, кожний переривник містить герметичний корпус, вхідний патрубок уведений всередину корпусу знизу і встановлений вертикально концентрично стінкам корпусу, а на кінцях кожного патрубка, розташованого в сухій частині об'єму, встановлено розсікач струменя у формі пустотної насадки з системою штуцерів по боковій поверхні, орієнтованих під гострим кутом до вертикалі. Проаналізуємо відповідність відмінних ознак поставленій технічній задачі. Гідравлічний контур сполучає в цільовий комплекс систему перехідних пристроїв. В аналогу і прототипі використовуються переривники струменя бульбашкового типу. Проте, в приточному відгалуженні застосовувати такі переривники нетехнологічно, оскільки унаслідок їх роботи збільшиться газовміст в банках акумуляторів, що значно погіршує умови формування. Тому в пристрої, що патентується, кожний акумулятор забезпечений переривником струменя краплинного, а не бульбашкового типу, встановленим на приточних каналах і сполучений з живлячою ємністю електроліту по паралельній схемі. І таким чином два омічні бар'єри відділяють рідинні ділянки струмового ланцюга від гідроконтура в цілому, гарантуючі локалізацію токових шляхів тільки відповідними технологічними зонами. Конструктивна сторона рішення заснована на подоланні технічної суперечності між габаритними характеристиками переривника і геометричними умовами краплевитворення. Оскільки переривник вбудовується в гідросистему, рівневі співвідношення між ємностями якої принципово нормовані, то габарити нового вузла повинні бути мінімальними. В переривнику, що патентується, використаний ефект розбиття безперервного струменя електроліту на окремі краплі при вільному падінні окремих цівок в полі тяжіння. Для цього примінено розсікач, що розбиває струмінь на більш дрібні цівки. Але у випадку, якщо система цівок витікає з труби вниз, йому знадобиться дуже велика дистанція падіння для переходу в краплинний режим руху, яка до того ж збільшується пропорційно початковій швидкості. Тому корпус такого переривника набуває неприйнятні для даної схеми розміри. Якщо система цівок витікає з розсікача вгору під гострим кутом до вертикалі (зворотний тип струїння), то краплинний режим наступає зразу ж 5 після повороту цівок. Таким шляхом, довжину корпусу переривника можна у декілька разів зменшити, і легко вписати цей вузол в зазор між ярусами пристрою. Краплинний режим зворотного струїння виникає при більшій товщині цівок, на які розбиває потік розсікач. Якщо бульбашкові типи переривників зменшують рівень надходження рідини по каналу, перекриваючи його перетин, то краплинні типи не змінюють пропускної спроможності контуру. Переходячи в краплинний режим, струмінь повністю втрачає електропровідність, розриваючи, таким чином, електричний контакт по електроліту в гілці приточного ланцюга. Оскільки краплинним переривником найпростішої конструкції забезпечується кожний акумулятор (або кожна батарея) окремо, то уривається електричний контакт не тільки з "землею", але і між акумуляторами через живлячу ємність. Таким чином, введення в гідравлічний контур переривників струменя краплинного типу вирішує поставлену задачу відносно електричних властивостей. Послідовне з'єднання акумуляторів в контурі циркуляції ставить їх в нерівні фізичні і хімічні умови. Паралельне ж з'єднання зрівнює концентраційний і температурний показники. Друга відмінна ознака торкається конструкції переривника. Згідно з формулою, переривник містить герметичний корпус, вхідний патрубок, введений всередину корпусу знизу і розміщений вертикально концентрично стінкам корпусу, а на кінці патрубка, розташованого в сухій частині об'єму, встановлений розсікач струменя у формі пустотної насадки з системою штуцерів по боковій поверхні, орієнтованих під гострим кутом до вертикалі. Переривник ланцюга на ділянці відтоку, введений в прототипі, малоефективний по причинам, викладеним вище. Введення в електролітне русло ділянки, на якій буде організований краплинний тип перенесення рідини практично вирішує проблему. Для цього магістраль розривають, звільнений кінець живлячої труби вводять в додаткову ємність, в нормі частково (не більше ніж наполовину) заповнювану електролітом. На кінці встановлюють розбризкуючу насадку (розсікач), із струїнням вгору. Насадка розміщується в сухій частині об'єму ємності. В схемі прямого падіння струменів з розсікача (струїння вниз) процес розділення на краплі починається істотно пізніше, ніж у фонтанній схемі, оскільки струмені мають велику стартову швидкість і надбавка швидкості від дії сили тяжіння не відразу набуває величину, порівняну з початковою. Таким чином, висота переривника істотно менше по схемі струїння вгору. Можливий кінетичний варіант краплинного переривника, в якому розсікач одержує додатковий ступінь свободи, для чого використовується реактивна сила скошених в плані струменів. Такий режим реалізується шляхом установки розсікача на фрикційний (наприклад, тефлоновий) підшипник, який ущільнює місце посадки і дає можливість реактивному імпульсу розкрутити насадку. Обертальний рух розсікача дає можливість збільшити 92667 6 надійність роз'єднання крапель, оскільки при радіальному розльоті вони одержують траєкторії, що розходяться. За наявними в авторів відомостями, істотні ознаки, що пропонуються і характеризують винахід, не відомі в даній області техніки. Сукупність ознак, що характеризують аналогічні вироби, не забезпечує досягнення нових властивостей, і тільки наявність відмінних ознак дозволяє одержати новий технічний результат. Запропоноване технічне рішення може бути використане у виробництві свинцево-кислотних акумуляторів і акумуляторних батарей, особливо у виробництві тягових акумуляторів і стартерних акумуляторних батарей великих типорозмірів. Опис пристрою ілюстрований схемами. На Фіг.1 приведена схема ділянки формування акумуляторних батарей з системою примусової циркуляції електроліту і краплинним переривником струменя в контурі подачі. На Фіг.2 представлений розріз вузла краплинного переривника струменя. Пристрій (Фіг.1) складається із стенду для розміщення акумуляторних батарей, системи примусової циркуляції електроліту і блоку електроживлення (не показаний). Встановлені для формування акумуляторні батареї 1 розміщені на стенді і сполучені з гідравлічним контуром циркуляції електроліту по наступній схемі. Основна живляча ємність 2 розташована на самому верхньому ярусі пристрою для створення гідростатичного тиску. Кожний акумулятор має окремий трубопровід, що сполучає його з ємністю 2. Вказаний трубопровід розбитий на дві ділянки 3 і 4, між якими вбудований краплинний переривник струменя 5. Відведення електроліту з батарей здійснюється в резервуар 6 за допомогою трубопроводів 7. Резервуар 6 забезпечений водяним теплообмінником 8. Відкачування електроліту в живлячу ємність проводиться за допомогою рідинного насоса 9 через трубопровід 10. Гідравлічний контур замикається дозатором 11. Переривник струменя (Фіг.2) містить герметичний корпус 12, вхідний патрубок ділянки 3 введений всередину корпусу з нижньої, заповненої електролітом, частини і встановлений вертикально концентрично стінкам корпусу, на кінці патрубка розміщений розсікач 13. Розсікач являє собою пустотну насадку з системою штуцерів по боковій поверхні. Штуцери націлені вгору, під гострим кутом до вертикалі. Замкнутий цикл циркуляції електроліту здійснюється наступним чином. Оскільки в пристрої збуджується примусова циркуляція електроліту, і для цього використовується, як основна, сила гідравлічного тиску, то всі ємності розміщені на різних ярусах, з розрахованим відношенням висот над стендовим рівнем (h0), прийнятим за нульовий. Живляча ємність 2 розташована на верхньому ярусі і заповнена електролітом повністю (висота h1). Наступний ярус (висота h2), в який електроліт подається силою тяжіння (вагою стовпа рідини), складається з системи переривників струменя, робота яких буде пояснена окремо. З цього ярусу електроліт самопливом переміщається в банки акумуляторів 1 (ви 7 сота h3), видавлюючи з кожної окремо нагрітий розчин в ємність 6 з внутрішнім теплообмінником (висота h4), який розміщений вище за стенд, але нижче за ярус переривників. Подальше перекидання рідини проводиться за допомогою насоса, оскільки з деякої висоти стовби електроліту в переривнику і у відвідному трубопроводі зрівнюються (h2=hx). Примусовим закачуванням охолодженого електроліту на верхній ярус в живлячу ємність 6 закінчується повний цикл циркуляції. Таким чином, прогін електроліту по замкнутому руслу підтримується двома силовими діями. Пряме перетікання - це спуск по різновисоких ярусах під дією сили тяжіння, а зворотне - примусовий підйом на верхній ярус. Темп циркуляції встановлюється і підтримується за допомогою керованого дозатора 11, який відпускає в разі потреби стовб електроліту, зв'язаний атмосферним тиском у герметичнім об'ємі, відкритим униз. Температурна динаміка електроліту контролюється і корегується так, щоб на нижньому ярусі забезпечувався оптимальний тепловий діапазон, необхідний для електрохімічного формування активного шару пластин акумуляторів. Відбір зайвої теплової енергії йде в даному пристрої оперативно, оскільки перегрітий розчин безперервно відводиться, і його заміщає охолоджений і усереднений (для всіх акумуляторів, що формуються) по хімічному складу електроліт. Моніторинг температурного режиму в акумуляторах дає інформацію для зміни темпу циркуляції електроліту. В технологічному циклі можливі навіть фази повної зупинки. Але у всіх режимах конструктивні особливості пристрою дають можливість повністю блокувати не тільки струми перетікання між акумуляторами, що розрізняється рівноважними потенціалами, але, що найважливіше, і струми витоку по живлячим струменям електроліту, що мають високою електропровідністю. Робота краплинного переривника відбувається на базі наступних фізичних процесів. При напірній подачі електроліту, розсікач ділить потік на окремі струмені (цівки), які далі беруть участь в складному балістичному русі. Кожний струмінь прямує під гострим кутом до вертикалі. При русі вгору, він гальмується і тов 92667 8 щає, після втрати вертикальної компоненти кінетичної енергії, він повертає і падає на дно ємності під дією сили тяжіння. Швидшаючи при цьому русі, струмінь стоншується і ділиться на краплі. Таким чином, на малій дистанції він втрачає щільність, і електричний контакт по ньому припиняється. Така процедура не змінює рівня витрати електроліту, як це відбувається при бульбашковому методі створення омічного бар'єру в електричному ланцюгу. Габарити корпусу переривника струменя розраховуються з умови мінімізації як його висоти, так і діаметра. Хоча ці два параметри повністю залежать від геометричних розмірів поля, в якому при даному тиску подачі відбудеться перехід струменевого режиму течії в краплинний. Фізичні процеси, що приводять до зміни режиму, сприяють зведенню до мінімуму обох параметрів. Розмір площадки падіння струменів залежить від кута лінії викиду безперервного струменя до вертикалі. При малих кутах (1-5 градусів) траєкторія руху струменя близька до канонічного вигляду (параболи). В цьому діапазоні точки падіння крапель мають мінімальне віддалення від осі симетрії розсікача і площадка падіння має мінімальний діаметр. При подальшому збільшенні кута вона швидко нелінійно росте. В даній самопливній схемі витиснення електроліту діючий тиск заміни перегрітого електроліту в акумуляторах залежить від перепаду між рівнем рідини в переривнику струму h2 і рівнем в акумуляторі h3. Тому тиск в переривнику може довільно встановлюватися рознесенням по висоті живлячої ємності і переривника, виходячи з умови мінімізації як зовнішніх розмірів пристрою, так і внутрішніх габаритів самого переривника. Таким чином, висота вибросу струменів може бути задана тиском і мінімізована, оскільки від цього параметра не залежать технологічні процеси в пристрої, що патентується. Ця габаритна перевага дає можливість компенсувати часткову втрату компактності схеми циркуляційного контура. Та зате забезпечує надійність переривання електричного ланцюга, що гарантує припинення електричних струмів витоку та перетоку. 9 92667 10 11 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 92667 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601