CN105470471A - 一种适用于蓄电池极板固化室的布风屏 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于蓄电池极板固化室的布风屏，包括至少一个位于固化室侧边的布风单元，每个布风单元内具有通风腔和送风腔；所述通风腔沿风流动方向分为整流段和增压段；所述整流段的腔体截面沿风向依次增大；该整流段的顶部设有进风口，内部设有导流板，底部连接所述的增压段；所述增压段内设有带孔的增压板；所述的送风腔与增压段连通，该送风腔朝向固化室的侧面设有送风口。本发明的布风屏可对任意尺寸的固化室结构和总风量具有极高送风均匀性，使各送风口的风速差异<10％，具有较好的普适性。

Description

一种适用于蓄电池极板固化室的布风屏

技术领域

本发明涉及蓄电池极板固化室技术领域，具体涉及一种适用于蓄电池极板固化室的布风屏。

背景技术

铅酸蓄电池也称蓄电池，诞生于1859年，是一种可实现化学能与电能相互转换的电化学装置，一般由负极(活性物质海绵状铅)、正极(活性物质PbO2)、电解液(稀硫酸溶液)、隔膜和壳体组成。铅酸蓄电池的生产过程涉及制粉、铸板、和膏、涂板、修板、组装、充电/电池化成等近20道工序，其中，极板固化工序尤为重要，其好坏直接关系到蓄电池的整体性能和寿命。

极板固化在固化室内进行，固化室利用风机、加热和加湿设备等为极板固化提供所需的氧气、水份及温度，使铅膏中的游离铅进一步氧化，并让铅膏和板栅之间发生反应硬化结合为一体，从而达到良好的机械强度和电性能。极板固化是一个物理变化和电化学腐蚀过程，维持固化室内各处空气量、温度和湿度的均匀分布对缩短固化周期、提升极板固化质量和一致性意义重大，而送风均匀是确保固化室内空气量和温湿度均匀的前提和先决条件。

通过布风屏来提高送风均匀性是目前固化室技术领域的普遍做法。但从大量的实测数据结果来看，现有的各种布风屏结构不仅改善送风均匀性的实际效果不佳，且存在动静压转换不合理、长期可靠性低和普适性差等技术缺陷。

如申请号为201010236660.1、201210319126.6、201410228796.6和201410056274.2的中国发明专利，固化室中的布风屏送风流道均采用了变截面形式，期望通过流道截面积的变化来平衡布风屏内的动静压分布，从而达到均匀送风的目的。但利用变截面送风流道来处理动静压转换问题，只适用于一维流动。而布风屏往往仅在厚度一个方向的结构尺寸较小，长度和高度方向的结构尺寸均较大，其内部的空气运动属于二维、甚至三维流动，这直接导致变截面送风流道提升送风均匀性的实际效果无法保障。更为关键的是，变截面送风流道形式的普适性和鲁棒性差，一旦固化室的结构尺寸、总风量或送风口面积和位置发生变化后，变截面送风流道结构尺寸必须相应的进行调整，否则使用效果将大打折扣，这极大地限制了变截面送风流道技术手段的推广应用。

同时，申请号为201010236660.1的中国发明专利，其送风口采用了“由中间向两端逐渐增大”的技术手段。其缺陷是：如果各个送风口的送风速度一致，由于开口面积的差异，将导致各送风口的送风量不均，则势必造成固化室内不同位置处的空气量大小有别，从而影响极板固化一致性；反之，若各送风口的送风量一致，开口面积的差异则会导致各送风口的送风风速不一致，从而使得不同位置的极板处于不同的固化、干燥条件。

此外，申请号为201020225773.7和201410056274.2的专利中，还额外增设了运动部件以进一步提升送风均匀性。如申请号为201020225773.7的专利通过在“出风口的位置设置有摆风装置”进行摆动送风，期望实现动态的均匀送风。但该装置的送风均匀性完全取决于摆动频率，理论上只有摆动频率极高时，才能做到均匀送风。而高频率的摆动，必然导致噪声、以及设备磨损和故障率的提高。申请号为201410056274.2的专利在送风口“设有带叶轮的自适应风力调节装置”平衡各送风口的出风速度，使送风口的出风速度维持在一个大致恒定的范围内，从而提高送风均匀性并弱化出风对极板的冲击。但该装置对风速的调节能力是极为有限的，当各送风口的风速差异较大时该装置将起不到维持恒定风速的作用。同时，由于固化室单次工作的运行时间较长(普遍超过2天)，叶轮等运动部件的存在必然将大大降低设备的长期可靠性，埋下运行隐患，增加维护成本。

发明内容

从流体力学的基本原理来看，布风屏内的空气流动属于典型的“变质量流”过程——布风屏内的空气从各个送风口逐次进入固化室，伴随着空气流量的不断减少，布风屏内的压力持续上升。因此，提升布风屏送风均匀性的关键是控制好布风屏内的压力分布。

本发明的目的是为了克服现有技术中固化室布风屏普遍存在的动静压转换不合理、送风不均匀、长期可靠性低和普适性差等问题，从流体力学的基本原理出发，以压力场的调节为手段，提供一种适用于蓄电池极板固化室的布风屏，此布风屏送风均匀性高，各送风口的风速差异<10％，从而为维持固化室内空气量、温度和湿度的均匀分布、缩短固化周期、提升极板固化质量和一致性打下基础。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种适用于蓄电池极板固化室的布风屏，包括至少一个位于固化室侧边的布风单元，每个布风单元内具有通风腔和送风腔；

所述通风腔沿风流动方向分为整流段和增压段；

所述整流段的腔体截面(从水平向截开形成，即水平截面)沿风向依次增大；该整流段的顶部设有进风口，内部设有导流板，底部连接所述的增压段；

所述增压段内设有带孔的增压板；

所述的送风腔与增压段连通，该送风腔朝向固化室的侧面设有送风口。

本发明中的布风屏适用于高度H>1.60m、宽度W>1.80m、长L>2.0m的蓄电池极板固化室，各布风单元是调节压力场分布、实现动静压合理转换的基础模块。

其中，布风单元的数量N根据固化室的总风量Q确定，N>Q/3500，对于送回风方式为侧送顶回的固化室，N应为双数；对于送回风方式为侧送侧回或底送顶回的固化室，则N单双数皆可。

本发明中，通风腔的主要功能是均化压力场和速度场，实现动静压的初级转换和静压调节。为避免空气在腔体内产生环流，从而形成负压区，优选的，所述整流段的腔体截面呈矩形，矩形的长边平行于固化室侧边，矩形的短边在通风腔两边的侧板上，两侧板间的夹角为40°～90°。

进一步优选的，为确保整流段的均化和调节功能，所述的短边尺寸为w₁,则所述两侧板间的长边沿风向依次增大，长边的最大尺寸为l₁，且 $l_1\&GreaterEqual;max(\frac{2\&CenterDot;L\&CenterDot;q}{Q},2.00)$ 或 $l_1\&GreaterEqual;max(\frac{L\&CenterDot;q}{Q},2.00);$ 其中，q为每个布风单元的风量，L为固化室的长度，Q为固化室对应的总风量，w₁和l₁的单位为m。

其中，整流段顶部的进风口通过风道或风管与固化室的风机相连接，为了有效控制射流增压效应对均化压力场和速度场的不利影响，优选的，所述进风口的宽度为w₂＝w₁，长度为l₂，且其中q为每个布风单元的风量，w₂和l₂的单位为m。

本发明中，在空气进入通风腔内后，利用整流段的导流板进一步削弱入口射流的卷吸增压作用，并对气流进行初级流量分配。优选的，所述的导流板具有至少一组，每组具有对称布置的两块，两块导流板之间的距离沿风向依次增大。

优选的，所述的两块导流板之间的夹角为10°～60°。

优选的，所述导流板的顶部与进风口之间的距离为100mm～200mm。

其中，所述的导流板还可以为弧形板，沿风向弯曲，弧度在3°～10°之间。

本发明中，增压板是实现压力调节的关键部件，气流经过增压多孔板后，静压增大、流场均匀性显著提高。为实现增压板的均流效果，所述增压板两侧的压差应大于10Pa。

进一步的，为实现所述压差的控制，所述增压板上的开孔均匀分布，开孔率为30～45％，孔径为20mm～120mm；优选的，增压板与导流板底部之间的距离为250mm～400mm。

本发明中，送风腔位于通风腔的下部，送风腔的主要功能是完成动静压的二次转换，保障送风均匀；为进一步提高送风均匀性，优选的，所述通风腔和送风腔的连通处设有网状的均流板。

进一步优选的，所述的均流板由多层60目的丝网组合而成。

为避免出现气流扰动，保持气流贯穿的一致性，所述送风腔的深度h₃应满足：

$h_3\&GreaterEqual;max(\frac{n\&CenterDot;s}{0.35\&CenterDot;l_3},0.5)$

其中，n为送风口的个数，s为送风口的面积，l₃＝l₁。

本发明的有益效果是：(1)利用本发明的布风屏结构，对任意尺寸的固化室结构和总风量均具有极高送风均匀性(各送风口的风速差异<10％)，具有较好的普适性；(2)本发明设计的布风屏装置中不存在运动部件，长期运行可靠性高，维护成本低；(3)本发明设计的布风屏装置结构简单，且送风箱不存在变截面流道，加工制作方便；(4)本发明尤其适用于送回风方式为侧送顶回式和侧送侧回式的固化室的布风屏设计。

附图说明

图1为固化室中布风屏的安装示意图；

图2为图1中单侧布风屏的结构图；

图3为单个布风单元的结构示意图；

图4为单个布风单元的部件尺寸图；

图5为实施例1中各送风口实测数据对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的布风屏作进一步详细描述。

如图1和图2所示，本发明的布风屏对于高度H>1.60m、宽度W>1.80m、长L>2.0m的蓄电池极板固化室9均适用。

布风屏由1个或若干个布风单元1组成，布风单元1是调节压力场分布、实现动静压合理转换的基础模块，为获得最优的调节转换效果，基于集束流理论，通过大量的实验，确定单个布风单元1可处理的风量q上限为3500m³·h^-1。布风单元1的数量N根据固化室的总风量Q确定，N>Q/3500，对于送回风方式为侧送顶回的固化室，N应为双数；对于送回风方式为侧送侧回或底送顶回的固化室，则N单双数皆可。

每个布风单元1由气库式整流静压箱2和送风箱3两个部分组成；气库式整流静压箱2内设有通风腔，该通风腔沿风向分为整流段和增压段；送风箱3内设有送风腔。

如图3和图4所示，气库式整流静压箱2位于布风单元1的上部，包括进风口4、导流板5和增压多孔板6。其中，进风口4位于整流段的顶部，导流板5设置在整流段，增压多孔板6位于增压段内。

气库式整流静压箱2的主要功能是均化压力场和速度场，实现动静压的初级转换和静压调节。为避免空气在箱体内产生环流，从而形成负压区，整流段所处的箱体为带有扩张段的多面体结构，内部形成梯台型的腔体，箱体侧板的扩张角θ在20°～45°之间(即两侧侧板间的夹角为40°～90°)，尤以25°～35°最佳。同时，为确保均化和调节功能，气库式整流静压箱2的长l₁、宽w₁、高h₁需分别满足如下关系式：

对送回风方式为侧送顶回的固化室：

$l_1\&GreaterEqual;max(\frac{2\&CenterDot;L\&CenterDot;q}{Q},2.00)---(1-a)$

对送回风方式为侧送侧回或底送顶回的固化室：

$l_1\&GreaterEqual;max(\frac{L\&CenterDot;q}{Q},2.00)---(1-b)$

$w_1\&GreaterEqual;max(\frac{q}{2160\&CenterDot;l_1},0.25)---\left(2\right)$

h₁≥max(H-h₃,1.10)(3)

式中，单位为m，h₃为送风箱3的高度。

气库式整流静压箱2的进风口4通过风道或风管与固化室的风机相连接。空气由进风口4进入通风腔，为了有效控制射流增压效应对均化压力场和速度场的不利影响，进风口4的面积应满足如下关系式：

$l_2{w}_2\&GreaterEqual;max(\frac{q}{9000},0.39)---\left(4\right)$

其中，取w₂＝w₁，式中单位为m。

空气进入箱体后，利用导流板5进一步削弱入口射流的卷吸增压作用，并对气流进行初级流量分配。导流板至少具有一组，每组内的两块导流板5为对称的八字开口结构，夹角在10°～60°之间；其中，导流板5可以为弧形导流板，弧度在3°～10°之间。导流板5与进风口4之间的距离为100mm～200mm。

增压多孔板6是实现压力调节的关键部件，气流经过增压多孔板后，静压增大、流场均匀性显著提高。增压多孔板6的长宽与气库式整流静压箱2箱体长宽一致，选用大于0.001m厚度的钢板进行开孔制得。为实现增压多孔板6的均流效果，增压多孔板6两侧的压差应控制在10Pa以上。而在设计之初，很难对压差进行预测，通过大量实验发现，只要将增压多孔板6的开孔率控制在30～45％之间，开孔孔径控制在20mm～120mm之间，即可达到压差控制目标。增压多孔板6上的开孔为均匀分布，且增压多孔板6与导流板5之间的距离为250mm～400mm。

送风箱3位于布风单元1的下部，顶部接壤气库式整流静压箱2。送风箱3的主要功能是完成动静压的二次转换，保障送风均匀。送风箱3箱体为长方体，在面向固化室的一侧设有数量众多的送风口8。送风口8的开孔面积s≤1.44×10^-2m²，为均匀分布且面积相等的矩形或圆形开孔。进一步作为优选，当送风口8为矩形时，其长宽比a:b应在0.5～0.75之间。

送风口8的开孔数量n应满足如下关系：

$n\&GreaterEqual;\frac{q}{5400s}---\left(5\right)$

为避免出现气流扰动，保持气流贯穿的一致性，送风箱3的宽度w₃及长度l₃与气库式整流静压箱8保持一致，高度h₃应满足如下关系：

$h_3\&GreaterEqual;max(\frac{n\&CenterDot;s}{0.35\&CenterDot;l_3},0.5)---\left(6\right)$

为进一步提高送风均匀性，可在气库式整流静压箱2与送风箱3之间设置均流板7。经过大量实验并进行优选，均流板7采用3层60目的丝网组合而成。

实施例1

本实施例中，布风屏对应的固化室高H＝2700mm、宽W＝3700mm、长L＝6000mm，送风Q为18000m³·h^-1，送回风方式为侧送顶回。

单个布风单元可处理的风量q上限为3500m³·h^-1，由此可得布风单元个数需大于5.14。因此，本实施例中需设置6个布风单元，根据送回风方式采用对称布设，即每侧各3个布风单元。

每个布风单元由气库式整流静压箱和送风箱两部分组成。气库式整流静压箱箱体为带有扩张段的多面体结构，由前、后、左上、左下、右上、右下6块板围成。前、后、左下、右下4块板垂直分布，且前、后两块板相互平行。左上、右上两块板为八字形分布形成扩张段，接壤前、后、左下、右下4块板，本实施例中的扩张角度为30°(即两侧侧板间的夹角为60°)。根据式(1-a)式(2)式(3)可计算出气库式整流静压箱的长度为2000mm，宽度为500mm，高度为1800mm。

气库式整流静压箱的进风口通过风管与固化室的风机相连接。空气由进风口进入气库式整流静压箱，由式(4)可知进风口的面积应大于0.39m²，因此本实施例中的进风口面积取0.40m²，长宽分别为800mm、500mm。

空气进入箱体后，在气库式整流静压箱上部设有可使气流均匀流往箱体的导流板，将由进风口送入的气体分隔成三部分。导流板为左右两块弧度为5°的弧形钢板，呈八字开口结构，夹角为45°，位于进风口正下方120mm处。两块导流板通过焊接或铆接连接的方式安装在箱体的前、后两板之间。

在气库式整流静压箱的中部，位于导流板下方325mm处设有增压多孔板，即距离进风口1080mm处。在本实施例中，增压多孔板的开孔形状为圆形，孔径为100mm，板厚2mm，开孔率为35％。

送风箱位于布风屏下半部分，顶部接壤气库式整流静压箱。在面向固化室的一侧设有均匀分布、面积相等的众多送风口，根据式(5)可得，开孔数量需大于等于38.5个。考虑所需送风口数目较多，因此，本实施例中送风口采用错列式分布，分为上中下三排布设；送风箱开孔个数取41，开孔面积为1.44×10^-2m²，长160mm，宽90mm；其中上排送风口的数量为14个，中排13个，下排14个。

为避免出现气流扰乱，保持气流贯穿的一致性，送风箱长2000mm，宽400mm与气库式整流静压箱保持一致。根据室(6)计算可得送风箱的高度为843mm，因此本实施例中取高度900mm。送风箱体由前、后、左、右、下5块板围成。前、后、左、右4块板竖直分布，且前、后两板相互平行，左、右两板相互平行，下部板水平布设。

在气库式整流静压箱与送风箱之间设有均流板，具体采用3层60目的丝网组合而成。

根据本实施例所搭建的布风屏，经实测，送风口最大风速1.41m·s^-1、最小风速1.26m·s^-1、平均风速1.33m·s^-1，各送风口风速最大差异为6.08％，满足设计中各送风口的风速差异<10％的要求，结果如图5所示。

以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于蓄电池极板固化室的布风屏，包括至少一个位于固化室侧边的布风单元，其特征在于，每个布风单元内具有通风腔和送风腔；

所述通风腔沿风流动方向分为整流段和增压段；

所述整流段的腔体截面沿风向依次增大；该整流段的顶部设有进风口，内部设有导流板，底部连接所述的增压段；

所述增压段内设有带孔的增压板；

所述的送风腔与增压段连通，该送风腔朝向固化室的侧面设有送风口。

2.如权利要求1所述的布风屏，其特征在于，所述整流段的腔体截面呈矩形，矩形的长边平行于固化室侧边，矩形的短边在通风腔两边的侧板上，两侧板间的夹角为40°～90°。

3.如权利要求2所述的布风屏，其特征在于，所述的短边尺寸为w₁,则所述两侧板间的长边沿风向依次增大，长边的最大尺寸为l₁，且 $l_1\&GreaterEqual;max(\frac{2\&CenterDot;L\&CenterDot;q}{Q},2.00)$ 或 $l_1\&GreaterEqual;max(\frac{L\&CenterDot;q}{Q},2.00);$ 其中，q为每个布风单元的风量，L为固化室的长度，Q为固化室对应的总风量，w₁和l₁的单位为m。

4.如权利要求3所述的布风屏，其特征在于，所述进风口的宽度为w₂＝w₁，长度为l₂，且其中q为每个布风单元的风量，w₂和l₂的单位为m。

5.如权利要求1所述的布风屏，其特征在于，所述的导流板具有至少一组，每组具有对称布置的两块，两块导流板之间的距离沿风向依次增大。

6.如权利要求5所述的布风屏，其特征在于，所述的两块导流板之间的夹角为10°～60°。

7.如权利要求1所述的布风屏，其特征在于，所述增压板两侧的压差应大于10Pa。

8.如权利要求7所述的布风屏，其特征在于，所述增压板上的开孔均匀分布，开孔率为30～45％，孔径为20mm～120mm。

9.如权利要求1所述的布风屏，其特征在于，所述送风腔与增压段的连通处设有网状的均流板。

10.如权利要求1所述的布风屏，其特征在于，所述送风腔的深度h₃应满足：

$h_3\&GreaterEqual;max(\frac{n\&CenterDot;s}{0.35\&CenterDot;l_3},0.5)$

其中，n为送风口的个数，s为送风口的面积，l₃＝l₁。