KR19980702513A - 비누출형, 밸브조절형 및 유지-자유형 납 산 전지 - Google Patents

Abstract

밸브 조절 유지 자유형 납-산 전지(10)는 전해물 흡수 재료(50)를 포함하는 챔버(20a, 20b 및, 20c)에 의해 실질적으로 둘러싸인 플레이트 칸막이(18a, 18b 및, 18c)를 갖는다. 전지의 압력 제거 밸브(33)를 통해 배출되는 전해물 방울(40)은 상당한 압력 하강이 없이 배출구(47)를 통해 가스가 배출되는 동안 챔버 안의 흡수 재료에 의해 흡수되고 그리고 그 위로 흐른다. 챔버는 또한 플레이트 칸막이가 손상되는 것을 막아주며 플레이트 칸막이로부터 누출되는 전해물을 흡수한다.

Description

비누출형, 밸브 조절형 및 유지-자유형 납 산 전지

납-산 전지는 납 포지티브 플레이트, 납 산화물 네가티브 플레이트 및, 황산과 증류된 물로 된 용액인 전해물을 갖는다. 플레이트들과 그들 사이의 플레이트 분리 재료는 플레이트 칸막이에 있는 플레이트 팩(pack)안에 배열된다. 충전되는 동안, 그리고 특히 과충전(overcharging)이 되면, 전해물의 물의 일정량이 그 구성요소인 수소와 산소 가스로 가수분해된다. 밸브 조절 유지 자유형 전지는 물을 다시 형성시키기 위해서 전지 케이스 안에서 압력하에서 가수분해된 가스가 재결합될 수 있게 됨으로서 정상적으로는 물이 손실되지 않는다. 물이 손실되지 않으므로, 유지-자유형(maintenance-free) 전지가 된다.

그럼에도 불구하고, 특정한 상황에서는 전해물이 누출될 수 있으며, 이것은 특히 밸브 조절 유지 자유형 전지에도 적용될 수 있다. 전지가 충전되는 동안, 특히 과충전되는 동안, 전지가 물을 형성시키기 위해 수소와 산소를 내부적으로 재결합시키는 비율을 초과하는 높은 비율에서 내부 가스 발생이 일어날 수 있다. 상기 상태에서, 내부 가스 압력이 높아지기 때문에 케이스로부터 반드시 분리되어야 한다. 압력 제거(relief) 밸브는 칸막이 안에서 내부 압력을 조절하고 압력이 과대로 되는 것을 방지하기 위해서 종종 각 플레이트 칸막이들 당 하나로 전지안에 설치된다. 압력 제거 밸브는 정상적으로 닫히며, 소정의 최대치를 초과하는 압력을 낮추기 위해 개구된다. 배출될 때에는, 밸브를 통해 배출된 가스는 황산 전해물의 방울로 끌려들어가서, 전해물이 가스를 따라 배출된다. 전지로부터의 황산 전해물의 이탈은 바람직하지 못한 것으로, 이것은 전지의 전기 연결부를 빠르게 부식시키거나 인접 전기 회로에 나쁜 영향을 미친다.

압력 밸브를 통한 전해물 누출 문제는 전지를 곧바로 세운 상태가 아니라 가로 눕히거나 거꾸로 놓은 상태로 사용할때에 발생되기 쉽다. 예를 들면, 이것은 휴대용 및(light), 비상용 동력으로서의 빛 및, 응급 구급용의 빛을 얻기 위해 전지를 사용할때의 경우이다. 비상용 빛은 전지가 곧바로 된 상태로부터 90%가 경사지거나 또는 완전히 거꾸로 되도록 벽이나 방의 천장에 설치된다. 보통, 비상용으로서의 빛을 얻기위한 전지는 가스 방출 없이 완전 충전시 유지되는데 충분한 충전보다 아주 적게 충전이 된 상태에서 떠있거나 비상상태로 있게 된다. 그러나, 외부의 동력 공급이 없다면, 전지는 기간을 연장시키기 위해 동력이 제공되어야 하며 깊게 방전되어야 한다. 깊게 방전된 전지는 높은 전류에서 재충전되야 하며, 분리된 물분자로부터의 내부 가스 압력은 급격하게 상승되는 경향이 있으며, 압력 제거 밸브가 개구된다. 전지가 가로로 놓이거나 거꾸로 놓인 상태로 사용된다면, 밸브는 액체 전해물로 덮일 가능성이 많다. 밸브를 통한 가스 제거는 가스와 함께 전해물이 제거될 수 있어서, 상기의 문제점이 발생될 수 있다.

영국 특허번호 제 791,139 호와 미국 특허번호 제 2,331,450호에는 필터 가스, 밸브 조절에 의해 방출된 전해물, 전해물을 제거하기 위한 유지 자유형이 아닌 전지가 개시된다. 필터는 가스가 배출구를 통해 배출되는 동안, 해롭지 않은 소금을 형성하기 위해 전해물과 반응하는 나트륨 탄산염과 같은 전해물-중화 요소를 운반한다. 그러나, 중화에 의해 생성된 소금은 필터를 막히게 하는 경향이 있으며 궁극적으로는 가스 배출을 방해하기 때문에 주기적인 청소가 필요하다. 밸브 조절 전지에서, 가스의 배출을 제한하는 소금이나 다른 것을 동시에 생성시키지 않고 그리고 전지안에서 내부 압력의 커다란 증가가 없이 배출된 가스로부터 전해물 방울을 분리하기 위한 수단이 제공되어야 한다.

본 발명은 밸브로 조절되며 유지가 자유로운 납-산 전지(lead-acid battery)에 관한 것으로 특히, 전지의 압력 조절 밸브를 통해 전해물(electrolyte)의 누출을 방지시키는 수단에 관한 것이다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전지의 사시도.

도 2 는 도 1 에 도시된 전지의 내부 커버와 상부의 분해 부분 사시도.

도 3 은 전지의 내부 커버와 하부 하우징의 분해 부분 사시도.

도 4 는 도 2 의 4-4 선을 따른 단면도.

도 5 는 도 1 의 5-5 선을 따른 단면도.

본 발명에 따르면, 밸브 조절 유지 자유형 전지는 가스와 그것 안으로 끌려들어왔으며 압력 제거 밸브를 통해 전해물을 흡수하여 유지하지만 배출시키기 위해 배출된 가스를 허락하는 다공성이며 가스를 허락하는 전해물-흡수 재료를 함유하는 인접 챔버안으로 배출된 전해물을 포함한다. 전해물은 흡수되고 전해물로서 유지된다 ; 즉, 이것은 중화되지 않는다. 전해물은 흡수-함유 챔버까지의 입구와 그것으로부터의 출구 사이에 위치된 흡수 매체 표면상의 가스 통로에 의해 부분적으로 흡수된다. 흡수 챔버의 체적은 각 플레이트 챔버에 있는 모든 전해물을 흡수하기에 충분한 것이 바람직하다. 분리된 전해물-흡수 챔버는 그것이 전해물 전체량의 단지 일부분만이 흡수될 수 있도록 각 플레이트 칸막이에 제공되는 것이 바람직하다.

전해물-흡수 챔버는 각 플레이트 칸막이 측면에 넣어지거나 외부로 감싸지도록 배열된다. 따라서, 플레이트 칸막이가 갈라지면, 전해물은 흡수제가 있는 둘러쌓인 챔버들 중 하나로 누출되어 전지 외부로 누출되지 않는다. 케이스를 될 수 있는 한 가장 작은 체적으로 하기 위해서, 흡수 챔버는 플레이트 칸막이의 측벽으로 형성된 장변(long side)을 가지고 그 횡단면이 삼각형인 것이 바람직하다. 따라서, 플레이트 칸막이의 측벽은 케이스의 외부벽까지 평행하기 보다는 각이지게 된다. 전해물 챔버는 플레이트 칸막이의 측벽과 구석부분이 갈라지거나 손상을 입는 것을 방지하며 절연시킨다.

본 발명에 따른 바람직한 실시예에서는, 도면에 도시된 바와 같이, 하부 하우징(12), 내부 커버(14) 및, 상부 또는 상부 커버(16)를 갖는 케이스를 포함하는 밸브 조절 납-산 전지가 (10)으로 표기되어 기술된다. 하부 하우징(12)은 그 수평 단면이 일반적으로 직사각형인 하나 또는 그 이상의 나란히 있는 플레이트 칸막이(18)를 포함한다. 도시된 바람직한 실시예에서는, 3개의 플레이트 칸막이(18a, 18b 및, 18c)와 그 각각의 챔버(20)가 다른 플레이트 칸막이(18) (도 5)로부터 배출된 가스를 수용하는 3개의 대응된 전해물-흡수 챔버(20a, 20b 및 , 20c)가 있다. 챔버(20)는 그것이 플레이트 칸막이 집단의 측벽을 거의 전체적으로 둘러싸기 때문에, 하우징(12)의 측면상에서 플레이트 칸막이 집단 주위를 외부방향으로 배열되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 챔버(20)는 그 수평 단면상으로는 대략 삼각형이며, 그 단변(shorter side) 사이에 둥근 모서리가 있고, 그 장변이 플레이트 칸막이 수직(측)벽에 인접하게 배열된다. 상호 대칭을 위해서는, 3개의 플레이트 칸막이들과 4번째 또는 추가적인 챔버(21)가 제공될 수 있으며, 따라서 바람직하게는 플레이트 칸막이의 각 측면상에 대략 정사각형의 단면인 하우징의 각 측면상에 챔버(20 또는 21)가 있게 된다. 단면으로 보면, 플레이트 칸막이는 그것을 둘러싼 전해물 흡수 챔버(20,21)에 의해 형성된 보다 큰 정사각형이면 효과가 나타날 수 있는 회전되며 각이 진 정사각형의 형태를 갖는다. 전해물 유지 챔버(20)는 플레이트 칸막이(도 4)와 같이 실제적으로 동일한 전체 높이까지 확장될 수 있지만, 플레이트 칸막이 측벽에 수직한 넓이로 보면 아주 얇다.

각 플레이트 칸막이에 위치된 플레이트 팩(19)은 하나 또는 그 이상의 포지티브 플레이트(23)와 분리기(27)에 의해 분리된 네가티브 플레이트(25)를 갖는다. 플레이트 팩의 양태는 통상적인 것이며 이미 개시된 것이다. 각 플레이트 칸막이에서의 모든 포지티브 플레이트는 외부의 포지티브 포스트에 전기적으로 함께 연결된다 ; 유사하게, 네가티브 플레이트는 외부의 네가티브 포스트에 전기적으로 연결된다. 각 플레이트 칸막이는 물에 용해된 황산이 있는 전해물(28)을 잡아둔다. 전지의 작동 사이클 중 재충전 기간중에는 각 플레이트 칸막이안에 흡수되지 않았거나 자유로운 액체 전해물(28)이 있게 된다.

하부 하우징(12)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 각 칸막이와 챔버(18, 20, 및, 21)를 형성하는 부분의 상부 엣지를 수용하며 그것이 대응되는 리브(30) 또는 홈이 진 플랜지가 있는 하부 하우징의 하부 표면에 형성된 내부 커버(14)에 의해 닫혀지고 밀봉될 수 있다. 내부 커버(14)의 리브(30)는 에폭시 수지나 초음파 밀봉에 의해 하우징(14)의 칸막이에 밀봉되기 때문에 전해물은 하나의 칸막이로부터 내부 칸막이의 엣지를 넘어 인접한 칸막이 안으로 누출될 수 없다.

도 2 및 도 4 에 도시된 바와 같이, 내부 커버(14)는 각 플레이트 칸막이(18, 18b 및, 18c)를 위해 압력 제거 밸브(33)에 장착된다. 각 밸브(33)는 그것 아래로 각 플레이트 칸막이까지 내부 커버(14)를 통해 아랫방향으로 개구되며 튜브(35)의 상부 단부를 넘어 적용되는 거꾸로된 U-형태의 탄성 밸브(37)를 운반하는 짧게 세워진 튜브(35) 형태로 된 몸체를 갖는다. 밸브 부재(37)는 비-반응성 탄성 재료로 제작되며, 챔버(18) 안으로 압력을 넣기 위해서 튜브(35)를 정상적으로 닫는다. 상기 부재는 그것위에 있는 상부 커버(16)로부터 돌출된 돌기(39)에 의해 튜브(닫힌 위치에서) 상에서 아랫방향으로 바이어스된다. 도 2 에 도시된 바와 같이, 돌기(39)는 + 형태로 되어 있기 때문에 밸브 부재(37)의 상부면에 있게 된다. 플레이트 챔버에 있는 밸브 부재의 가스 압력이 소정의 값(바람직하게는 2.5 psi)을 초과할 때, 돌기(39)의 아암과 튜브(35)의 상부를 가로질러 배출된 가스 사이의 영역에서는 상부 방향으로, 밸브 부재 가장자리와 튜브(35) 외부 표면 사이에서는 아랫방향으로 밸브 부재(37)를 들어올린다. 밸브 개구가 아주 작게 만들어졌다고 해도, 외부로 흐르는 가스는 화살표(40)와 같이 밸브를 통해 끌려들어온 전해물 방울을 운반할 수 있다.

상부(16)는 맞게된 그것의 아래 표면에 리브(42)를 가지며 내부 커버(14)의 상부 표면상에 칸막이의 상부 엣지에 밀봉 홈(44)을 갖기 때문에, 각 밸브(33)를 서로로부터 격리시켜 밸브 칸막이(45)를 생성한다. 리브(42)는 열 용접 또는 전지가 조립된 이후에 에폭시 수지에 의해 바람직하게는 홈(44)에 밀봉된다.

각 밸브 칸막이(45)안에 매우 인접한 각각의 압력 제거 밸브는 밸브 칸막이(45)로부터 각 전해물 흡수 챔버(20a, 20b 및 20c) 안으로의 교류를 제공하는 내부 커버(14)를 통하는 입구 개구(46)가 된다. 배출구(47) (도 1 및 도 4)는 벽의 외측에 제공되며, 바람직하게는 각 챔버(20)의 둥근 모서리에 제공된다.

도 3 에 도시된 바와 같이, 전해물 흡수 챔버(20a, 20b 및 20c)는 바람직하게는 수직으로는 가늘고 길지만, 케이스의 수직 중심축을 향해서는 넓이가 좁게된다. 그 각각은 황산 전해물을 많이 흡수하는 다공성 가스 투과성 재료(50)를 포함한다. 상기 목적을 위한 바람직한 재료는 단위 표면적당 대략 130 gm/m²또는 그 이상의 중량을 갖는 시트 형태로 된 붕규산유리 마이크로파이버 파이버글라스 매트 분리기 재료(borosilicate microfiber fiberglass mat separator material)이다. 이것은 챔버안에 팩시키거나 채워넣을 필요가 없으며, 입구 개구(46)와 배출구(47) 사이의 챔버의 내부 체적을 전체적으로 채우거나 타이트하게 만들 필요가 없다. 입구로부터 배출구까지 흡수 재료의 표면상에 흐름 공간이 있을 뿐만 아니라 필터로서 매트를 통하는 흐름 통로가 있다.

배출되는 가스는 흡수되는 전해물을 위해 흡수제를 통해 길이방향에 걸쳐 통과시킴으로서 필터링할 필요가 없다. 즉, 가스는 가로로나 세로로 흡수제를 통과시킬 필요가 없다. 가스 흐름으로부터 흡수되는 가스 방울에서의 재료 효율성의 많은 것은 시트나 매트의 외부면에 방울이 접촉되는 것이 바로 흡수 효과성이 있다는 것이다. 입구로부터 배출구까지 매트 표면 위로 가스가 흐르는 거리는 매트를 통해 횡단으로 흐르는 거리의 몇배, 적어도 5배 더 길게 되는 것이 바람직하다.

상기 구조는 종종 여과법을 병행하는 압력 하강 없이, 그리고 필터링 재료를 막고 그것을 비효과적이게 하거나 그것을 통과시키기 위해 바람직하지 않은 압력 하강을 유발하는 중화 요소의 필요성 없이도 전해물을 흡수하는데 매우 효과적이라는 것이 밝혀졌다.

전해물-흡수 재료의 체적은 플레이트 칸막이로부터 자유로운 전해물의 바람직하게는 모두를 그리고 적어도 1/3을 흡수하기에 충분해야 한다. 따라서, 전지(10)가 거꾸로 위치되는 동안 밸브를 통해 가스나 전해물의 모든 것을 누출시킬 때, 흡수 재료는 전해물 그 자신 또는 가스안에 함유된 모든 방울을 흡수하기에 충분한 체적을 가져야 한다.

흡수제는 그 안에 전해물을 무한정으로 보유한다. 보통, 전해물은 배출구를 통해 배출시키기 때문에 챔버안에서 배출되거나 더럽혀지지 않는다. (실예) 6 볼트, 4.0 암페어-시간의 전지는 그 각각의 초기에 30cc의 전해물을 함유하며 도면에 도시된 바와 같이 배열된 3개의 전해물 흡수 칸막이를 갖는 3개의 플레이트 칸막이를 갖는다. 각각의 칸막이는 3.32 높이 × 0.64 폭 × 2.10 길이로 된다. 각 칸막이는 홀링스워드 보오스 코포레이션(Hollingsworth Vose Corp)에서 제작된 BG - 16005 Hovosorb 분리기 매트 재료의 하나 또는 그 이상의 부분을 포함한다. 각 챔버에서 매트는 0.095 두께 × 3.20 높이 × 1.24 폭으로 된다. 상기 체적은 모든 방울과 플레이트 칸막이에서 흡수되지 않은 모든 전해물을 실질적으로 흡수시키기에 충분하다. 매트는 상부 커버가 적용되기 이전에 상부로부터 챔버 안으로 미끄러져서 챔버를 세우지 않으며, 그것의 초기 체적은 3.32 높이 × 0.28 폭 × 1.45 길이가 된다.

Claims (10)

1. 케이스, 그 각각이 플레이트와 전해물을 가지며 케이스안에 있는 하나 이상의 플레이트 칸막이, 각 칸막이용으로 케이스안에 있으며 그 각각이 대기중으로의 배출구가 있는 전해물-흡수 챔버 및, 칸막이 안의 가스 압력이 소정의 값을 초과할 때 상기 가스 압력을 제거하기 위해 각 칸막이와 관련된 압력 조절 밸브를 포함하며, 상기 각 밸브는 입구를 챔버들 중 하나의 각각과 교류시키는 하방 측(downstream side)을 가지며, 상기 각 챔버는 가스가 투과되며, 전해물이 흡수되는 입구 재료를 포함하며, 상기 흡수성 재료는 입구와 챔버 배출구 사이에 위치되기 때문에 밸브의 하방 측을 통해 제거된 가스는 흡수성 재료를 통해 배출구로 통하며, 흡수성 재료안의 가스 접촉 경로는 제거된 가스 안으로 끌어들여진 전해물의 모든 방울이 재료에 의해 흡수되고 배출구를 청소하지 못할 만큼 충분히 길게 된 것을 특징으로 하는 밸브 조절형, 유지-자유형 납-산 전지(valve regulated, maintenance-free lead-acid battery).
2. 제 1 항에 있어서, 각 챔버안의 흡수성 재료의 체적은 각 플레이트 칸막이 안에서 전해물의 1/3 체적 이상을 흡수하기에 충분한 것을 특징으로 하는 밸브 조절형, 유지-자유형 납-산 전지.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 각 입구는 각 챔버의 상부 단부에 있는 것을 특징으로 하는 밸브 조절형, 유지-자유형 납-산 전지.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 배출구는 각 챔버의 측벽안에 있으며 상기 챔버의 흡수성 재료의 최상부 아래에 있는 것을 특징으로 하는 밸브 조절형, 유지-자유형 납-산 전지.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 흡수성 재료는 시트 형태의 매트인 것을 특징으로 하는 밸브 조절형, 유지-자유형 납-산 전지.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 각 밸브를 통해 제거된 가스는 배출구로 흐르며, 매트 표면을 넘어 흐르는 거리는 매트를 통해 흐르는 거리보다 몇배 더 큰 것을 특징으로 하는 밸브 조절형, 유지-자유형 납-산 전지.
7. 제 5 항에 있어서, 매트와 챔버의 벽 사이에는 입구로부터 배출구까지 가스 흐름 공간이 있는 것을 특징으로 하는 밸브 조절형, 유지-자유형 납-산 전지.
8. 제 1 항에 있어서, 밸브가 개구되었을 때의 압력보다 작은 압력을 갖는 밸브를 통해 가스가 배출되는 동안, 상기 각 밸브, 각 챔버, 흡수성 재료 및 챔버와 관련된 배출구는 입구와 배출구 사이에서의 압력을 낮출 수 있도록 배열되고 그 크기가 정해지는 것을 특징으로 하는 밸브 조절형, 유지-자유형 납-산 전지.
9. 제 1 항에 있어서, 3개 이상의 플레이트 칸막이와 3개 이상의 전해물 흡수 챔버를 가지며, 상기 챔버는 플레이트 칸막이의 측면을 둘러싸고 있는 것을 특징으로 하는 밸브 조절형, 유지-자유형 납-산 전지.
10. 케이스, 그 각각이 플레이트와 전해물을 가지며 케이스안에 있는 3개 이상의 플레이트 칸막이, 케이스안에 있으며 대기중으로의 배출구가 있는 3개 이상의 전해물-흡수 챔버 및, 칸막이 안의 가스 압력이 소정의 값을 초과할 때 상기 가스 압력을 제거하기 위해 각 칸막이와 관련된 압력 조절 밸브를 포함하며, 상기 각 밸브는 입구를 챔버들중 하나의 각각과 교류시키는 하방 측(downstream side)을 가지며, 상기 각 챔버는 가스가 투과되며, 전해물이 흡수되는 입구 재료를 포함하며, 상기 흡수성 재료는 입구와 챔버 배출구 사이에 위치되기 때문에 밸브의 하방 측을 통해 제거된 가스는 흡수성 재료를 통해 배출구로 통하며, 상기 챔버는 플레이트 칸막이의 측면을 바깥쪽으로 둘러쌈으로서 칸막이가 손상되는 것이 방지되며 칸막이에서 누출되는 전해물을 흡수하는 것을 특징으로 하는 밸브 조절형, 유지-자유형 납-산 전지.