СИСТЕМА ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ЭЛЕКТРОЛИТА В СВИНЦОВОМ АККУМУЛЯТОРЕ
SYSTEM OF ELECTROLYTE MIXING IN LEAD ACCUMULATOR

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при изготовлении свинцовых аккумуляторов.
1
Известно устройство для перемешивания электролита в свинцовых аккумуляторах большой мощности (Патент РФ №2161350, приоритет 24.09.1999), выбранное в качестве аналога, представляющее собой трубку с двумя эксцентрично расположенными вертикальными каналами, один из которых предназначен для подачи сжатого воздуха, а другой - для прохода электролита; при этом нижние концы этих каналов находятся на разных уровнях с расстоянием между ними h. Нижний конец трубки расположен на уровне кромок сепараторов и не доходит до дна аккумулятора, а верхний конец трубки соединен со сливным отводящим патрубком, расположенным горизонтально над уровнем электролита. Воздух выходит из канала для подачи сжатого воздуха и поднимается вверх по каналу для прохода электролита, проталкивая электролит из нижней части бака в верхнюю, тем самым перемешивая его. Эффективность перемешивания электролита известного устройства обеспечена соотношением площадей поперечных сечений канала для подачи сжатого воздуха и канала для прохода электролита.
1
Недостатком известного устройства для перемешивания электролита является то, что расстояние h строго фиксировано и не может изменяться в зависимости от значения давления подаваемого воздуха. Во время разряда аккумулятора высокими токами имеет место значительное расслоение электролита, в связи с чем для поддержания его равномерной концентрации требуется интенсивное перемешивание, и, следовательно, необходимо повышать давление подаваемого воздуха. Однако при повышенном давлении воздух, выходя из канала для подачи сжатого воздуха, вместо подъема вверх по каналу для прохода электролита будет направляться вертикально вниз в направлении дна бака аккумулятора. В результате этого нарушается принцип работы устройства и перемешивания электролита не будет.
Недостатком известного устройства для перемешивания электролита является также то, перемешивание электролита осуществляется только за счет его переноса из нижней части аккумулятора в верхнюю часть аккумулятора; в результате этого электролит перемешивается только в объеме аккумулятора за пределами электродного блока. При этом перемешивания электролита в электродном блоке не происходит, поскольку такое устройство не способно создавать эффективные потоки электролита в межэлектродных пространствах электродного блока и выносить серную кислоту из пор электродов в подкрышечное пространство. В результате этого увеличивается концентрация серной кислоты в порах электродов, что приводит к увеличению скорости коррозии решеток электродов и, следовательно, к снижению срока службы аккумулятора. Дополнительным недостатком известного устройства является то, через сливной отводящий патрубок вместе с электролитом сверху на блок электродов падает шлам (оплывшая активная масса), который захватывается электролитом со дна бака, приводя к короткому замыканию и, следовательно, к выходу аккумулятора из строя. К недостаткам известного устройства относится также то, что сливной отводящий патрубок посажен сверху на трубку, что усложняет технологию изготовления: требуется склейка или сварка.
В качестве прототипа выбрана система перемешивания электролита в свинцовом аккумуляторе (Бэгшоу Н.Е. Судовые батареи: пер. с англ. Л.: Судостроение, 1986. С.67), состоящая из двух концентрических трубок. Внутренняя трубка не доходит до дна, а нижний конец наружной трубки расположен у дна бака. Воздух подается во внутреннюю трубку, выходит из нее в нижней части аккумулятора и поднимается вверх по наружной трубке; при этом воздух проталкивает электролит из нижней части бака в верхнюю, тем самым перемешивая его.
Недостатком прототипа является то, что конструкция не обеспечивает строго параллельного положения внутренней и внешней трубок друг относительно друга, в результате чего может быть нарушен подъем пузырьков воздуха вверх по наружной трубке. К недостаткам прототипа относится также то, что верхний конец наружной трубки расположен на уровне электролита в аккумуляторе. В результате этого электролит, выливаясь через верхний конец наружной трубки, не полностью освобождается от пузырьков воздуха, что приводит к увеличению внутреннего сопротивления аккумулятора, т.е. к ухудшению его характеристик. Кроме того, в результате механического воздействия пузырьков воздуха на электроды происходит ускоренное оплывание активной массы, что приводит к понижению срока службы аккумулятора. Недостатком прототипа является также расположение нижнего конца наружной трубки у дна бака: шлам со дна бака захватывается электролитом, выносится через верхний конец наружной трубки и падает сверху на блок электродов, приводя к короткому замыканию и, следовательно, к выходу аккумулятора из строя. Дополнительным недостатком прототипа является невозможность создать эффективные потоки электролита в межэлектродных пространствах электродного блока и вынос серной кислоты из пор электродов в подкрышечное пространство.
Предлагаемое изобретение направлено на устранение указанных недостатков аналога и прототипа и на решение задачи повышения срока службы свинцового аккумулятора за счет увеличения эффективности перемешивания электролита и, тем самым, поддержания в процессе эксплуатации его равномерной концентрации по всему занимаемому объему.
Поставленная задача достигается тем, что в системе перемешивания электролита, включающей вертикально расположенные на разных уровнях погруженные в электролит изготовленные из кислотостойкого материала трубку для подачи сжатого воздуха (внутренняя трубка) и трубку для прохода электролита снизу вверх (внешняя трубка), нижний конец которой не доходит до дна аккумулятора, по-новому решена ее конструкция:
- с торцевых поверхностей блока электродов аккумулятора установлены две внешние трубки, каждая из которых закреплена между электродом и сепаратором с помощью фиксаторов, выполненных из перфорированного кислотостойкого полимерного материала;
- поперечное сечение внешних трубок представляет собой восьмерки с полуокружностями разного радиуса;
- сверху на внешние трубки надеты муфты, выполненные из полимерного материала, причем в качестве полимерного материала использован термоэластопласт с относительным удлинением 150-650% и твердостью по Шор А: 35-90;
- внутренние трубки вставлены во внешние трубки через муфты и зафиксированы параллельно внешним трубкам в полуокружностях меньшего радиуса;
- в нижней части аккумулятора концы внешних трубок находятся выше кромок сепараторов;
- значение расстояния между нижним концом внешней и внутренней трубки удовлетворяет условию:
0.2l÷≤h≤0.5l, где h - расстояние между нижними концами внешней и внутренней трубок, l - длина внешней трубки;
- через муфту внешние трубки соединены с трубками для слива электролита, расположенными горизонтально над уровнем электролита и направленными в противоположные стороны за пределы блока электродов в углы бака аккумулятора;
- верхние концы внутренних трубок соединены со штуцером, через который подается воздух от источника сжатого воздуха.
Сопоставительный анализ с известными системами перемешивания электролита в свинцовом аккумуляторе показывает, что предлагаемое решение является новым.
Сущность изобретения поясняется фиг.1-2 и состоит в следующем. Система перемешивания состоит из двух внешних трубок 1, установленных с торцевых поверхностей блока электродов 2 аккумулятора и закрепленных между электродом и сепаратором с помощью фиксаторов 3, выполненных из перфорированного кислотостойкого полимерного материала. Поперечное сечение внешних трубок 1 представляет собой восьмерки с полуокружностями разного радиуса (фиг.2б). В нижней части аккумулятора концы внешних трубок 1 находятся выше кромок сепараторов. Сверху на внешние трубки 1 надеты муфты 4, выполненные из полимерного материала, причем в качестве полимерного материала использован термоэластопласт с относительным удлинением 150-650% и твердостью по Шор А: 35-90. Во внешние трубки 1 через муфты 4 вставлены внутренние трубки 5 и зафиксированы параллельно внешним трубкам в полуокружностях меньшего радиуса. Через муфты 4 внешние трубки 1 соединены с трубками для слива электролита 6, расположенными горизонтально над уровнем электролита и направленными в противоположные стороны за пределы блока электродов 2 в углы бака аккумулятора 7. Верхние концы внутренних трубок 5 соединены со штуцером 8, через который подается воздух от источника сжатого воздуха (на фиг.не показан).
Перемешивание электролита происходит следующим образом. От источника сжатого воздуха через штуцер 8 в трубки 5 подается воздух, который через нижние концы трубок 5 попадает в трубки 1. Образовавшиеся пузырьки воздуха, поднимаясь по трубкам 1, проталкивают электролит из нижней части бака 7 в трубки 6, из которых происходит слив электролита в углы бака аккумулятора 7 за пределы блока электродов 2 - на расстояние Δ от трубок 1. При этом шлам, захваченный электролитом со дна бака под блоком электродов, падает на дно в углах бака за пределы блока электродов, в результате чего исключается попадание шлама сверху на блок электродов и разнос шлама по объему аккумулятора в виде взвеси в электролите, тем самым исключается образование коротких замыканий.
Предлагаемая система перемешивании создает три потока электролита в аккумуляторе (фиг.1а и фиг.2а - потоки I, II и III), в результате чего повышается эффективность перемешивания электролита не только за пределами блока электродов, но и в межэлектродных пространствах электродного блока и происходит вынос кислоты из пор электродов в подкрышечное пространство, что приводит к снижению концентрации серной кислоты в порах электродов и, следовательно, к уменьшению скорости коррозии решеток электродов и к увеличению срока службы аккумулятора.
В предлагаемой системе перемешивании воздух, насыщающий электролит, выходит в подкрышечное пространство, в результате чего исключается попадание пузырьков воздуха обратно в электролит при сливе и механическое воздействие их на электроды. Фиксация трубок 5 параллельно трубкам 1 обеспечивает исключение нарушения подъема пузырьков воздуха.
Поскольку внутренние, внешние и трубки для слива электролита соединены с помощью муфт, выполненных из термоэластопласта, исключается необходимость их склейки или сварки, чем упрощается технология изготовления системы перемешивания.
Поскольку трубки 5 не фиксированы относительно трубок 1 в вертикальной плоскости, то расстояние между их нижними концами можно изменять в зависимости от значения давления подаваемого воздуха и, тем самым, менять интенсивность перемешивания в зависимости от величины тока разряда. Оптимальным значением расстояния между нижними концами трубок 1 и 5 является значение, удовлетворяющее условию:
0.2l÷≤h≤0.5l, где h - расстояние между нижними концами трубок 1 и 5, l - длина трубки 1.
По аналогии с прототипом была изготовлена система перемешивания электролита, а также предлагаемая система перемешивания электролита в свинцовом аккумуляторе. Как показали экспериментальные данные (см. таблицу), свинцовый аккумулятор с предлагаемой системой перемешивания электролита имеет более длительный срок службы по сравнению с прототипом за счет увеличения эффективности перемешивания электролита.
Таблица
Срок службы свинцового аккумулятора при 100%-ной глубине разряда, циклы
1.
Предлагаемая система перемешивания электролита в свинцовом аккумуляторе
315
2.
Прототип
240