УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ КОРПУСА ХИМИЧЕСКОГО ИСТОЧНИКА ТОКА С КРЫШКОЙ Российский патент 1997 года по МПК H01M2/02 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в производстве химических источников тока (ХИТ).

В связи с проблемой экономики материалов и охраны окружающей среды актуальной является задача вторичного использования отдельных узлов и материалов ХИТ. Имеются предложения вышедшие из строя ХИТ подвергать измельчению различными способами с последующими извлечениями ингредиентов, входящих в ХИТ. С этой целью измельченные частицы в зависимости от типа ХИТ могут пропускаться через систему фильтров [1]
Недостатками данных предложений является то, что измельчению подвергается весь источник тока, тогда как отдельные узлы и детали его могут быть вторично использованы для сборки новых. К таким узлам и деталям относятся, в частности, крышка и корпус. Возможность разделения корпуса ХИТ от крышки будет определяться конструкцией узла их соединения.

Известно, что корпус ХИТ покрывают крышкой [3] на которую помещают прижимную плиту, опирающуюся на выступ крышки. Соединение корпуса с крышкой в этом случае осуществляется нагреванием под давлением нижнего края крышки и верхнего края корпуса. Недостатком данного предложения является сложность его технического выполнения, материалоемкость, невозможность разборки с целью вторичного использования крышки и корпуса.

На практике корпуса ХИТ изготавливают с наружными или внутренними выступами. При наружном выступе на него надевается крышка с последующим их соединением, например, термопластичной смолой [4] При разборке данных ХИТ крышка срезается с корпуса, и обе эти детали вторично не могут быть использованы. При внутреннем выступе на корпусе на него опускается крышка, и зазор между корпусом и крышкой заливается мастикой или какой-либо смолой. В данной конструкции для того, чтобы отделить корпус ХИТ от крышки потребуется выполнить ряд операций: нарушить целостность соединения корпуса с крышкой, например, ударами молотка по зубилу по периметру крышки, разбитую мастику (смолу) удалить из зазора между крышкой и корпусом крейсместером, зачистить кромки крышки и корпуса, продуть сжатым воздухом зазор для удаления остатков мастики и вынуть крышку из корпуса ХИТ. После нейтрализации крышку и корпус ХИТ можно вторично использовать. Недостатком вышерассмотренного узла соединения является длительность и сложность его разборки, операции разборки не поддаются механизации.

Наиболее близким к данному техническому решению является узел соединения корпуса ХИТ с крышкой, представляющий сварное соединение типа односторонней угловой отбортовки. [6] При недостаточной высоте угловой отбортовки после отделения крышки от корпуса ХИТ повторное использование последних не представляется возможным. В прототипе не определена минимально допустимая высота, которая позволила бы повторно использовать корпус и крышку.

Сущность предлагаемого узла соединения корпуса ХИТ с крышкой типа односторонней угловой отбортовки состоит в том, что минимальная высота (h) односторонней угловой отбортовки выбирается по уравнению

где
δ_кор толщина стенки корпуса;
δ_кр толщина стенки крышки;
n предполагаемое количество раз повторного использования корпуса и крышки.

Выбранная величина угловой отбортовки позволяет после фрезерования по периметру корпуса на глубину снятия сварного шва повторно соединить сваркой корпус с крышкой.

Выполнение узла соединения корпуса ХИТ с крышкой в соответствии с изложенным предложением позволит не только вторично использовать корпус и крышку, но и обеспечить надежное соединение их между собой.

Предлагаемое уравнение для определения минимальной высоты узла сварного соединения типа односторонней угловой отбортовки корпуса ХИТ с крышкой было выбрано на основании теоретических расчетов и статистической обработки экспериментальных материалов. Исходя из конструктивных соображений, максимальная высота угловой отбортовки не должна превышать 5-7% от минимальной высоты.

На чертеже приведен предлагаемый узел соединения корпуса ХИТ с крышкой, где показаны 1 корпус ХИТ, 2 крышка ХИТ, 3 сварное соединение (шов). Предлагаемый узел имеет вид односторонней угловой отбортовки, в котором корпус ХИТ соединен с крышкой аргонодуговой сваркой. Минимальная высота угловой отбортовки определена по предлагаемому уравнению в зависимости от числа предполагаемых последующих использований. При работе ХИТ происходящие объемные изменения электродов и газовыделение воздействуют на узел соединения корпуса ХИТ с крышкой, который должен обеспечивать надежную герметизацию ХИТ в процессе его работы.

Если для сборки ХИТ будут использованы корпуса и крышки из отработавших ХИТ, имеющих высоту отбортовки меньше определенной по предлагаемому уравнению, то в этом случае не обеспечится надежное соединение корпуса с крышкой и при их вторичном использовании, т.е. герметичность ХИТ.

Предлагаемый узел соединения корпуса ХИТ с крышкой дает возможность повторно использовать корпус и крышку ХИТ для сборки новых ХИТ. Проверка настоящего предложения была проведена на 5 шт. никельцинковых (НЦ) аккумуляторов номинальной емкостью 30 А.ч (НЦ-30). Для изготовления корпуса и крышек аккумуляторов использовалась нержавеющая сталь толщиной 0,5 мм (δ_кор = 0,5 мм, δ_кр = 0,5 мм) Предлагалось вторично использовать корпус и крышку аккумулятора еще один раз (n=1). Расчет по предлагаемому уравнению с использованием выше приведенных данных дал минимальную высоту угловой отбортовки узла соединения корпуса с крышкой собираемых НЦ-аккумуляторов равной 3,70 мм. С данной высотой угловой отбортовки были собраны аккумуляторы НЦ-30, которые были залиты электролитом и поставлены на испытания на ресурс. Отработавшие ресурс аккумуляторы НЦ-30 были разобраны следующим образом. Устанавливают аккумуляторы в тиски на фрезерный станок и фрезеруют по периметру корпуса на глубину полного снятия сварного шва, соединяющего корпус аккумулятора с крышкой, затем ворсяной щеткой удаляют стружку с крышки и корпуса аккумулятора, отделяют блоки электродов от крышки. Крышки и корпуса аккумуляторов нейтрализуют борной кислотой, отмывают проточной водой и высушивают в сушильном шкафу. С торца корпуса и крышки снимают заусенцы с целью подготовки их под сварку. После чего корпуса и крышки передают на сборку новых аккумуляторов. При сборке новых аккумуляторов корпус с крышкой соединяют аргоно-дуговой сваркой с последующей проверкой собранных аккумуляторов на герметичность. С этой целью собранные аккумуляторы погружают в спирт, после чего в него подают сжатый воздух с последующей выдержкой под давлением p=0,1 мПа в течение 5 мин. При этом выделение газовых пузырьков по периметру узла соединения не наблюдалось, что говорит о его герметичности. Собранные аккумуляторы были залиты электролитом и поставлены на испытание на наработку. Разгерметизация узла соединения корпуса с крышкой в ходе эксплуатации аккумуляторов не наблюдалось, что говорит о возможности вторичного использования корпусов и крышек аккумуляторов, изготовленных с использованием настоящего предложения.

Для двухкратного вторичного использования (n 2) корпусов и крышек аккумуляторов НЦ-30, изготовленных из нержавеющей стали толщиной 0,5 мм, расчет по предлагаемому уравнению с использованием выше приведенных данных дал минимальную высоту угловой односторонней отбортовки узла соединения корпуса с крышкой собираемых НЦ-аккумуляторов равной 4,4 мм. С данной высотой угловой отбортовки были собраны аккумуляторы НЦ-30. Дважды проведенные работы с данными аккумуляторами в соответствии с вышеизложенным примером показали возможность 2-х кратного вторичного использования корпусов и крышек аккумуляторов НЦ-30.

Как видно из изложенного, несмотря на то, что данное предложение несколько снижает удельные характеристики ХИТ, зато позволяет повторно использовать корпус и крышку для сборки новых ХИТ, что экономит материалы, снижает себестоимость ХИТ и уменьшает неконтролируемое загрязнение окружающей среды.

Изготовление предлагаемого узла соединения корпуса ХИТ с крышкой и его разборка с целью повторного использования корпуса и крышки не требует разработки специальных технологических процессов и оборудования. Производство готово к внедрению настоящего предложения.

Использование: производство химических источников тока. Сущность изобретения: устройство представляет собой сварное соединение корпуса с крышкой типа односторонней угловой отбортовки, минимальная высота которой h выбрана по уравнению

- толщина стенки корпуса, δ_кр - толщина стенки крышки, n - предполагаемое количество раз вторичного использования корпуса и крышки. Конструкция обеспечивает возможность многократного использования корпуса и крышки. 1 ил.

Узел соединения корпуса химического источника тока с крышкой, представляющий сварное соединение типа односторонней угловой отбортовки, отличающийся тем, что минимальная высота угловой отбортовки h выбрана по уравнению

где δ_кор - толщина стенки корпуса;
δ_кр - толщина стенки крышки;
n предполагаемое количество раз вторичного использования корпуса и крышки.