RU2673514C1

RU2673514C1 - Device for mixing components of gel electrolyte

Info

Publication number: RU2673514C1
Application number: RU2017133355A
Authority: RU
Inventors: Александр Васильевич Кореляков; Александр Геннадьевич Томилин; Сергей Александрович Разинков
Original assignee: Акционерное общество "Тюменский аккумуляторный завод"
Priority date: 2017-09-21
Filing date: 2017-09-21
Publication date: 2018-11-27

Abstract

FIELD: instrument engineering.SUBSTANCE: invention relates to devices for mixing and can be used in the preparation of the electrolyte in the form of a gel for refilling lead-acid batteries. Device for mixing a liquid substance and a solid contains a tank, in which the high-speed blade mixer is located, a low-speed mixer is additionally installed at an angle in the tank, which allows to improve the electrical conductivity of the electrolyte and increase the degree of electrolyte impregnation of the porous battery cells, and hence its electrical capacity. In this case, the blades of a high-speed mixer are mounted on a collapsible (detachable) axis, allowing them to be set, and have a groove configuration that ensures the fastest possible dissolution of the thickener in an acid solution. In addition, on a low-speed agitator, a screw is made, selected to ensure the effective incorporation of dry components in a solution of sulfuric acid.EFFECT: invention provides an even distribution of dry components in the electrolyte volume and improvement of its fluidity in the battery space by optimizing the mixing modes of the electrolyte components by using mixers with different rotation speeds and a configuration of working blades.3 cl, 3 dwg, 3 tbl

Description

Изобретение относится к устройствам для перемешивания и используется при приготовлении электролита в виде геля, применяемого для заправки свинцово-кислотных аккумуляторов.The invention relates to devices for mixing and is used in the preparation of an electrolyte in the form of a gel used for refueling lead-acid batteries.

Известно устройство для перемешивания твердых и жидких компонентов (патент RU 2 283 170 С1), содержащее емкость, смонтированную на подставке рамы, и мешалку с приводом, которая установлена на стойке рамы и жестко не связана с емкостью. Вал мешалки проходит в емкость через центральное отверстие в крышке. Система управления позволяет изменять обороты мешалки и обеспечивает задаваемые режимы смешивания.A device for mixing solid and liquid components (patent RU 2 283 170 C1) containing a container mounted on a stand of the frame, and a stirrer with a drive, which is installed on the rack of the frame and is not rigidly connected with the capacity. The mixer shaft passes into the tank through the central hole in the cover. The control system allows you to change the speed of the mixer and provides preset mixing modes.

Устройство является простым и надежным, однако оно не обеспечивает эффективное перемешивание приготавливаемой смеси. В известном устройстве используется только одна мешалка и, соответственно, имеется только один привод с одним типом рабочих лопастей, который, даже при наличии регулятора частоты, не обеспечивает одновременно смешивание при введении компонентов (на низких оборотах мешалки) и дисперсионное распределение смеси (на высоких оборотах мешалки). Более того, при низких оборотах мешалки потеря мощности на приводе высокооборотной мешалки может достигать 75% в зависимости от заданной нагрузки, что неприемлемо при приготовлении (смешивании компонентов) геля для заправки аккумуляторов. Другой недостаток устройства обусловлен неравномерным перемешиванием компонентов смеси: сухих наполнителей и раствора серной кислоты в объеме мешалки, что снижает электропроводность электролита и его текучесть, а это, в свою очередь, затрудняет пропитку электролитом пористых деталей аккумулятора и снижает электрическую емкость последнего.The device is simple and reliable, but it does not provide effective mixing of the prepared mixture. In the known device, only one mixer is used and, accordingly, there is only one drive with one type of working blades, which, even with a frequency controller, does not simultaneously provide mixing when introducing components (at low speeds of the mixer) and dispersion distribution of the mixture (at high speeds mixers). Moreover, at low speeds of the mixer, the power loss at the drive of the high-speed mixer can reach 75% depending on the set load, which is unacceptable when preparing (mixing the components) gel for refueling the batteries. Another disadvantage of the device is caused by uneven mixing of the components of the mixture: dry fillers and a solution of sulfuric acid in the volume of the mixer, which reduces the conductivity of the electrolyte and its fluidity, and this, in turn, makes it difficult to impregnate the porous parts of the battery with electrolyte and reduces the electric capacity of the latter.

Известно устройство для перемешивания (авт. св. SU 1792731 А1 - ближайший аналог, БИ №5, 1993 г.), содержащее емкость с расположенным внутри диффузором, снабженным мешалкой пропеллерного типа. Приводной вал мешалки проходит в диффузор через центр верхней крышки емкости. В верхней части диффузора имеются отверстия для всасывания раствора, что обеспечивает хорошее перемешивание раствора с сухим наполнителем.A device for mixing (ed. St. SU 1792731 A1 is the closest analogue, BI No. 5, 1993), containing a container with a diffuser located inside, equipped with a propeller-type mixer. The drive shaft of the mixer passes into the diffuser through the center of the top cover of the tank. In the upper part of the diffuser there are holes for suctioning the solution, which ensures good mixing of the solution with a dry filler.

Недостаток известного устройства состоит в том, что введение сухих гелеобразующих компонентов в раствор затруднено. Это обусловлено тем, что размеры отверстий в диффузоре ограничены и не обеспечивают свободное беспрепятственное проникновение (истечение) сухого наполнителя в раствор. В результате, в случае приготовления гелевого электролита для аккумуляторов, не достигается эффективное перемешивание раствора серной кислоты с загустителями и компонентами, улучшающими электропроводность электролита и, как следствие, ухудшается пропитка электролитом пористых элементов аккумуляторов и снижается электрическая емкость самого аккумулятора.A disadvantage of the known device is that the introduction of dry gelling components into the solution is difficult. This is due to the fact that the size of the holes in the diffuser is limited and does not provide free unhindered penetration (outflow) of the dry filler into the solution. As a result, in the case of preparing a gel electrolyte for batteries, efficient mixing of the sulfuric acid solution with thickeners and components that improve the electrolyte conductivity is not achieved and, as a result, the electrolyte impregnation of the porous elements of the batteries deteriorates and the electric capacity of the battery itself decreases.

Задачей предлагаемого изобретения является достижение равномерного распределения сухих компонентов в объеме электролита и улучшение его текучести в пространстве аккумулятора за счет оптимизации режима перемешивания компонентов электролита путем применения мешалок с различными скоростями вращения и конфигурацией рабочих лопастей.The objective of the invention is to achieve a uniform distribution of dry components in the volume of the electrolyte and to improve its fluidity in the battery space by optimizing the mixing mode of the electrolyte components by using mixers with different speeds and configuration of the working blades.

Техническая задача решается путем создания устройства для перемешивания жидкого вещества и твердого вещества, содержащего бак, в котором расположена высокооборотная лопастная мешалка, отличающегося тем, что в бак дополнительно под углом устанавливают низкооборотную мешалку. Применение двух конструктивно отличающихся между собой мешалок позволяет улучшить электропроводность электролита и повысить степень пропитки электролитом пористых элементов аккумулятора, а значит и электрическую емкость самого аккумулятора.The technical problem is solved by creating a device for mixing a liquid substance and a solid substance containing a tank in which a high-speed paddle mixer is located, characterized in that a low-speed mixer is additionally installed at an angle to the tank. The use of two structurally different mixers allows to improve the electrolyte conductivity and increase the degree of electrolyte impregnation of the porous elements of the battery, and hence the electric capacity of the battery itself.

Устройство предназначено для приготовления электролита в виде геля и последующей его заправки в аккумуляторы. Схема заявляемого устройства представлена на фиг. 1. Устройство включает бак 1, размещенный внутри опорной конструкции 8. В верхней части бака вертикально установлена высокооборотная мешалка 2 с приводом 3, под углом к ней расположена низкооборотная шнековая мешалка 4 с приводом 6. В верхней части бака также размещено окно 5 для подачи сухих компонентов электролита. Внутри бака смонтирован теплообменник 7. Вверху бака установлен патрубок для подачи раствора серной кислоты, а внизу бака - патрубок для отвода гелевого электролита.The device is intended for the preparation of an electrolyte in the form of a gel and its subsequent charging into batteries. A diagram of the inventive device is shown in FIG. 1. The device includes a tank 1 located inside the supporting structure 8. A high-speed mixer 2 with a drive 3 is vertically installed in the upper part of the tank; a low-speed screw mixer 4 with a drive 6 is located at an angle to it; A window 5 for supplying dry electrolyte components. A heat exchanger 7 is mounted inside the tank. A pipe for supplying a solution of sulfuric acid is installed at the top of the tank, and a pipe for removing the gel electrolyte is installed at the bottom of the tank.

Важной особенностью устройства является особая конфигурация рабочих лопастей мешалок. На низкоборотной мешалке 4 лопасти выполнены в виде шнекового винта и подобраны таким образом, чтобы обеспечить эффективное внедрение сухих компонентов в раствор серной кислоты, а конфигурация лопастей высокооборотной мешалки 2 позволяет обеспечить максимально быстрое растворение загустителя в растворе кислоты за счет того, что лопасти имеют выборку специальной формы. Форма лопастей высокооборотной мешалки приведена на фиг. 2.An important feature of the device is the special configuration of the working blades of the mixers. On a low-speed mixer, 4 blades are made in the form of a screw screw and are selected in such a way as to ensure the effective incorporation of dry components into the sulfuric acid solution, and the configuration of the blades of the high-speed mixer 2 allows for the most rapid dissolution of the thickener in the acid solution due to the fact that the blades have a special selection forms. The shape of the blades of a high speed mixer is shown in FIG. 2.

Для оценки эффективности работы заявляемого устройства применена установка, схема которой приведена на фиг. 3.To assess the performance of the inventive device, an installation is applied, the circuit of which is shown in FIG. 3.

Основой гелевого электролита является раствор серной кислоты, в который вводится загуститель и вещества, повышающие его электропроводность. Приготовление геля осуществляется в автоматическом режиме. Оборудованием технологической линии управляет программируемый логический контроллер, смонтированный в электрическом шкафу. Наличие частотно-регулируемых приводов в составе системы управления позволяет адаптировать процесс в зависимости от исходных свойств вводимых веществ. Оборудование технологической линии смонтировано на пространственной раме и включает емкости А, Б, В, Г, установленные на опорные площадки 10 и соединенные между собой трубопроводами. Во всех емкостях установлены теплообменники, обеспечивающие заданные значения температур растворов серной кислоты и гелевого электролита.The basis of the gel electrolyte is a solution of sulfuric acid, into which a thickener and substances that increase its electrical conductivity are introduced. The gel is prepared in automatic mode. The equipment of the technological line is controlled by a programmable logic controller mounted in an electrical cabinet. The presence of variable frequency drives in the control system allows you to adapt the process depending on the initial properties of the input substances. The equipment of the processing line is mounted on a spatial frame and includes tanks A, B, C, D installed on supporting platforms 10 and interconnected by pipelines. Heat exchangers are installed in all tanks, providing preset temperatures for sulfuric acid and gel electrolyte solutions.

Емкость В является основным элементом установки и представляет заявляемое устройство для перемешивания компонентов гелевого электролита, оснащенное высокооборотной мешалкой 2 с приводом 3 и низкооборотной шнековой мешалкой 4 с приводом 6. Процесс, протекающий в емкости Г, препятствует преждевременному загущению готового геля, для чего в емкости размещена мешалка с приводом 9.Capacity B is the main element of the installation and represents the inventive device for mixing gel electrolyte components, equipped with a high-speed mixer 2 with a drive 3 and a low-speed screw mixer 4 with a drive 6. The process taking place in the tank G prevents premature gelation of the finished gel, for which it is placed in the tank agitator with drive 9.

Приготовление геля начинается в стационарной емкости А. При охлаждении раствора серной кислоты в емкости А до заданной температуры с панели управления запускают цикл приготовления геля путем открытия клапана между емкостями А и Б. Раствор серной кислоты самотеком перетекает в весовую емкость Б. После слива заданного количества раствора клапан закрывают. Далее открывают клапан между емкостями Б и В, вследствие чего взвешенный раствор серной кислоты перетекает в емкость В. После закрытия клапана в емкость В вводят компоненты, улучшающие электропроводность. В процессе введения компонентов включают привод 6 шнековой низкооборотной мешалки 4. После введения компонентов смесь перемешивают до полного растворения компонентов. Затем через загрузочное окно емкости В вводят загуститель, при этом привод 3 высокооборотной мешалки 2 останавливают, а привод 6 низкооборотной мешалки 4 продолжает работать. После завершения введения загустителя включают привод 3 высокооборотной мешалки, а привод 6 низкооборотной мешалки останавливают. Процесс окончательного перемешивания производится при помощи высокооборотной мешалки 2 в течение нескольких минут до полного равномерного распределения загустителя в растворе.The gel preparation begins in the stationary tank A. When the sulfuric acid solution in tank A is cooled to a predetermined temperature, the gel preparation cycle is started from the control panel by opening the valve between tanks A and B. The sulfuric acid solution flows by gravity into the weight tank B. After draining the specified amount of solution the valve is closed. Next, a valve is opened between tanks B and C, as a result of which a suspended solution of sulfuric acid flows into tank B. After closing the valve, components that improve electrical conductivity are introduced into tank B. During the introduction of the components, the drive 6 of the auger low-speed mixer 4 is turned on. After the introduction of the components, the mixture is stirred until the components are completely dissolved. Then, a thickener is introduced through the loading window of the container B, while the drive 3 of the high-speed mixer 2 is stopped, and the drive 6 of the low-speed mixer 4 continues to work. After the introduction of the thickener is completed, the drive 3 of the high-speed mixer is turned on, and the drive 6 of the low-speed mixer is stopped. The process of final mixing is carried out using a high-speed stirrer 2 for several minutes until complete uniform distribution of the thickener in the solution.

После завершения окончательного перемешивания привод 3 высокооборотной мешалки 2 останавливают и в цикле возникает пауза для определения параметров готового геля. В случае неудовлетворительных показателей качества готового геля можно либо произвести дополнительное интенсивное перемешивание с помощью After the final mixing is completed, the drive 3 of the high-speed mixer 2 is stopped and a pause occurs in the cycle to determine the parameters of the finished gel. In case of unsatisfactory quality indicators of the finished gel, you can either perform additional intensive mixing using

высокооборотной мешалки, либо произвести корректировку рецепта за счет ввода сухих наполнителей с последующим перемешиванием.high-speed mixer, or to adjust the recipe by introducing dry fillers with subsequent stirring.

Экспериментальные данные по изменению температуры, вязкости и времени приготовления электролита приведены в табл. 1, 2, 3.

Experimental data on changes in temperature, viscosity and time of preparation of the electrolyte are given in table. 1, 2, 3.

Из анализа данных, приведенных в табл. 1-3, можно сделать выводы, что предлагаемое устройство позволяет обеспечить:From the analysis of the data given in table. 1-3, we can conclude that the proposed device can provide:

- выравнивание температуры в объеме приготавливаемого раствора до заданного значения (например, 10°С) в течение 25 мин., т.е. в 1,6 раза быстрее, чем в прототипе,- equalization of temperature in the volume of the prepared solution to a predetermined value (for example, 10 ° C) for 25 minutes, i.e. 1.6 times faster than in the prototype,

- заданную вязкость электролита, достигаемую в течение 15 мин., в то время как в устройстве с одной высокооборотной мешалкой (прототип) для достижения того же результата потребуется 20 мин., а в устройстве с одной низкооборотной мешалкой и того больше-75 мин.,- the specified viscosity of the electrolyte, achieved within 15 minutes, while in a device with one high-speed mixer (prototype), it will take 20 minutes to achieve the same result, and in a device with one low-speed mixer, more than 75 minutes,

- сокращение общего времени приготовления электролита со 100 до 60 мин.- reduction of the total time of preparation of the electrolyte from 100 to 60 minutes

Улучшение перечисленных показателей заявляемого устройства свидетельствует о повышении эффективности перемешивания раствора серной кислоты с загустителями и корректирующими компонентами, что способствует увеличению электропроводности электролита и в итоге улучшает степень пропитки пористых деталей аккумуляторов.The improvement of these indicators of the claimed device indicates an increase in the efficiency of mixing a solution of sulfuric acid with thickeners and corrective components, which helps to increase the electrical conductivity of the electrolyte and ultimately improves the degree of impregnation of the porous parts of the batteries.

Если, при температуре геля, равной 10°С, наблюдается практически 100%-ное заполнение аккумулятора гелем (срок службы аккумулятора - 8 лет), то при температуре геля - 20°С заполнение в среднем не превышает 90% и срок службы аккумулятора сокращается до 7 лет. При приведенных значениях температур (табл. 1) наблюдается строгая корреляция, близкая к линейной, со сроком службы.If, at a gel temperature of 10 ° C, almost 100% gel filling of the battery is observed (battery life is 8 years), then at a gel temperature of 20 ° C the filling on average does not exceed 90% and the battery life is reduced to 7 years. At the given temperatures (Table 1), a strict correlation is observed, which is close to linear, with the service life.

Технические решения, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения, не выявлены, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «новизна».Technical solutions that coincide with the essential features of the claimed invention are not identified, which allows us to conclude that the invention meets the criterion of "novelty."

Заявляемые существенные признаки изобретения, предопределяющие получение вышеописанного технического результата, явным образом не следуют из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «изобретательский уровень».The claimed essential features of the invention, predetermining the receipt of the above technical result, do not explicitly follow from the prior art, which allows us to conclude that the invention meets the criterion of "inventive step".

Поскольку предлагаемое изобретение обеспечивает технический результат, выражающийся в достижении равномерного распределения сухих компонентов в объеме электролита и улучшения его текучести в пространстве аккумулятора, то можно сделать вывод, что изобретение соответствует критерию «промышленная применимость».Since the present invention provides a technical result, expressed in achieving a uniform distribution of dry components in the volume of the electrolyte and improving its fluidity in the battery space, we can conclude that the invention meets the criterion of "industrial applicability".

Claims

1. A device for mixing gel electrolyte components, comprising a tank in which a high-speed paddle mixer is located, characterized in that a low-speed mixer is additionally installed at an angle in the tank.

2. The device according to p. 1, characterized in that the blades of a high-speed mixer are mounted on a collapsible (detachable) axis, which allows them to be set, and have a configuration with recesses, which ensures the most rapid dissolution of the thickener in an acid solution.

3. The device according to p. 1, characterized in that the screw is made on a low-speed stirrer, selected in such a way as to ensure the effective incorporation of dry components into the sulfuric acid solution.