CN1011330B - 给电化学蓄电池组加水的阀门 - Google Patents

Abstract

一种给电化学蓄电池组加水并保持液体流到一定液面的阀门。

在阀体(12)里的隔膜(24)通过弹簧(26)的作用偏向与输入孔(16)同心安置的隔壁(28)，上述隔壁形成一圆形横截面的内室(30)和圆环形横截面的外室(32)，外室经过收缩孔(20)连接到输出接头(18)上，隔膜中心的阀轴(34)能自由地通过输入孔且在其外侧呈圆锥形放大部分(36)，其横截面积的增加和到输入孔的距离成正比，当隔膜被弹簧压缩时，由(36)形成密封。

Description

本发明涉及一种给电化学蓄电池组加水的阀门，它含有一个阀体，该阀体设有一个和阀体相连的输入接头和一个输出接头。这种阀门可用来构成一个设备的配件，这种设备含有液面控制装置，它可把水供到电池组的每个电瓶，并且直到预定的最高液面。所述的液面控制装置连接到供水和供电瓶气隙排气的管路上，根据本发明控制供水的目的，管路的一端被连接到阀门上，管路的另一端则通过一个竖管可向大气排气。

许多不同种的用于把水添加到电化学蓄电池组的设备已公知了。这些设备的一个共同特征是每个电瓶都有能使水供到预定的最高水位的装置。这些装置的功能可以流体静力学作用原理为根据，也可以不同浮体为根据。这些装置以串联或并联连接形式接到水的储存容器上。

随着供水到液面控制装置的设备不同，系统也不同。虽然在实际中已表明要满足设计灵活性和低成本的要求是困难的，但这个任务却显得很平常。实际上，一个合适的系统应当能用于下列电池组：

＊电池组的电瓶成组地安置在不同平面上（例如安置在一个阶梯状的框架里），或者垂直地一个放在另一个下边地安置在搁板上;这些电瓶也可安置在倾斜的平面上（例如安置在一个向排水沟槽倾斜的地面上）;

＊电池组安装在隐蔽的或不易够得着的位置上，例如用在铁路货 车和狄塞尔内燃机车上等等;

＊电池组的电瓶外壳材料、结构甚至它们对压力的敏感程度都呈现相当大的差别，而由于这一原因，所加的正的或负的压力都应小到使容器的容量不受显著影响，或者使破裂的危险得到消除;所以，考虑到管路中压力不可免地要下降，任何一串由输入管连接在一起的液面控制装置都要短些，否则加注时间会长到不能接受的地步。

＊电池组的大小可以从仅含几个电瓶到含几百个电瓶;在有大量电瓶的电池组的情况下，考虑漏电的危险，必需把这些电瓶分成若干组各具有适当数量电瓶的电瓶组，水是经过各个分开的管路供给这些电瓶组的。

以前在英国专利1，142，633中公开的是一个加注系统，它用一个储存容器，这个容器安置在液面控制器（它装在电瓶里）输出液面以下，水从储存容器用泵直接输送给液面控制装置，或者间接地经过一个处于高位的水箱，再靠重力作用输送给电瓶。任何过剩的水由重力作用而回到处于较低位置的储存容器里。该设备需要用电力网供电，并且不适用于多电瓶电池组，因此就需要若干分开的供水支路。

在英国专利2，041，629中公开了一个类似的设备，它在这方面基本上不同于上述设备，即由储存容器里输出的水是通过接在储存容器上的泵抽到液面控制装置里的。

这个系统具有和英国专利1，142，633中公开的系统同样的缺点。此外，它还产生会损伤电瓶的负压。由瑞典专利7910526-8可知，采用串联在储存容器和处于高位的电瓶之间的加注容器;就使加注容器和电瓶里的液面基本上一致，因而可避 免有害的负压。该设备使用一个电池液体的中心储存器，由一台泵把液体从此储存器输送到上述电瓶的加注容器里。由液面控制装置把液体从这里抽到电瓶里，而任何过剩的液体则被送回到储存容器里。这种复杂的设备只适用于在同一平面上配备相当少电瓶的电池组。

比较简单的是西德专利2303244中记载的一个设备，在这种设备中几个带有液面控制装置的电瓶利用重力作用由位于电瓶电解质液面上方的储存容器得到水的供给，尽管它很简单，但这个原理不适用于多电瓶电池组，这种多电瓶电池组必须按装液面槽缸，而这样做会导致检查困难以及维修麻烦。

以前公开的系统（例如上述的那些系统），只能适用于某些特定的场合，而缺乏满足可能对加注设备提出的不同需要的适应能力。

本发明的目的是提供一种控制供水的阀门，使用这种阀门可减少维修费用（通过降低服务费和提高组装电池组的速度来实现），并保证在设备和按装费用较低的情况下仍具有较高的工作可靠性。

这个问题是通过本发明的控制供水的阀门来解决的，其特征在于：一个密封地安装在阀体中的隔膜，它靠弹簧的作用偏向隔壁，而该隔壁是与输入孔同心地配置在阀体里边的，上述隔壁把隔膜和阀体形成的空间分成一个相对于隔膜呈圆形横截面的内室和一个相对于隔膜呈圆环形横截面，并经过一个收缩孔和输出接头相通的外室，而在该隔膜的中心配设着一个能自由通过输入通孔的阀轴，用这方法使输入开口减小成一个环形缝隙，在输入孔的外侧，阀轴有一个圆锥形放大部分，其横截面积的增加是和到输入孔的距离成正比，而且在隔膜被弹簧压缩时，由它形成密封。

如上面已经说过的，这个阀门能构成一个给电化学电池组加水设 备的配件，这个电池组含有能使水添加到电池组的每个电瓶中并且直到预定的最高液面的液面控制装置，所说的装置连接到用来供水和供电瓶气隙排气用的管路上，而该管路的一端接到一个符合本发明的控制供水的阀门上，管路的另一端则通过一个竖管向大气排气。在这种设备中阀门应当安置在极邻接于液面控制装置的位置上。

根据一个实施例所示，一个水的储存容器可以配置在这个阀门上面足够高的位置上，使其水头超过阀门的打开压力。

另一种做法是用一个泵，最好是用一个离心泵，它能以超过该阀门打开压力的压力把水从储存容器输送到阀门。

竖管最好把气排入一个爆炸遏制阀门。

电瓶可以安置在一个平面而且是同一个平面上，或者安置在不同的平面上，例如安置在阶梯状的框架里。

在一个特别适用于多电瓶电池组的实施例中，这些电瓶可成组地以串联形式连接在一起，它经过液面控制装置连接到用来供水和供电瓶排气的管路上，而每个管路的一端接到极邻近的调节供水的阀门上，另一端则连接到竖管上。

连接到一个供水管路上的每组电瓶可适当地包括1～30个电瓶。阀门可合适地以并联方式接到一个储水容器上。

表达语“水”应理解为可用来表示任何一种其他的电池液体。

现在，参照着附图来详细说明本发明，其中，图1是用横截面图表示本发明阀门的一个实施例;图2用三种不同的阀门位置A、B和C来说明这个阀门的工作状态;图3～6简略地表示本发明用于加水的不同设备;而图7则是用垂直剖面图来表示的本发明的阀门，它与电化学电瓶上的液面控制装置相连。

下面，说明本发明的最佳实施例。

附图中所用的标号10表示本发明的给电化学蓄电池组加水的阀门。这个阀门由一个圆形横截面的阀体12和一个输入接头14及一个输出接头18构成，输入接头14可当作阀座来用，它具有一个通向阀体的圆形小孔16，输出接头有一个通向阀体的收缩孔20。

用螺钉23紧固在阀体上的盖子22使一个隔膜24密封地连接在阀体上，但有一开孔25与周围大气相通。弹簧26支撑在盖子22上，它也使隔膜24偏向隔壁28，隔壁28在阀体内与输入圆孔16同心。它把阀体的内部空间分成一个内室30和一个外室32，内室30相对隔膜呈圆环形横截面。隔膜的中央是阀轴34，它能自由地通过输入圆孔16，圆孔16也就因此减小成一个圆环形缝隙。在输入圆孔16的外侧，上述的阀轴有一个圆锥状部分36，这个圆锥状部分的横截面积随着到输入孔16的距离而增加，它不仅用来改变上述缝隙的面积，而且当弹簧26压缩隔膜24时可形成密封。隔膜24可与阀轴34及圆锥部分36一起作为一个整体的构件由橡胶（例如用EPDM橡胶）合适地模压成型，然而隔膜和阀轴也可以是两个以合适的方式连接在一起的独立构件。只有在外室32的那部分环形隔膜需具有足够的弹性。弹簧26可以由合适的不锈弹簧钢构成，而阀体12和盖子22可由塑料，例如用丙烯，合适地注塑成型。

这个阀门有三种不同的功能，这三种功能仅用一个单一的移动构件就能完成。阀门有一个特殊的打开压力，也就是说在阀门打开并使液体流过之前，在输入管中的液体压力必须超过预先确定的值。一旦满足这个条件，液体就流过阀门，然后它就保持在一个固定不变的流速上。在输入管中出现反压时，第三个功能起作用，在这种情况下流速下降，而且在某一反压下阀门完全关闭。

如果把水加到电化学蓄电池组里时要设置控制条件，则上述这些功能是不可缺少的，因而下面这几点是重要的：

＊水向电瓶的流动应调节到使它在加注时有一定的即时性和连续性，然而它又不超过事先确定的某一阈值，高于此阈值时，电瓶气隙同步排气就变得困难或受到阻碍。

＊保持供给电瓶的水压不受作用于阀门上水压的影响，并调节水压使电瓶中不产生有害的过压。

＊这个阀门有一个最小的供液体流向电瓶的打开压力，这主要是为了阻止来自电瓶的气体经过阀门;

＊通过阀门的水流在某一反压下可停止流动。

这个阀门的功能由图2中A、B、和C的位置来说明。为了清楚起见，图中一些标号已被省略。在位置A时，隔膜24正落在隔壁28上，输入通路14向内室30打开，但经过外室32和接头18的输出通路被关闭。只要在内室30中隔膜表面上的输入压力低于由弹簧平衡的最小压力，这种情况就将继续存在。

如果超过这个值，隔膜24压缩弹簧26并使它屈服，就可以打开外阀门室32和输出接头18，这时阀门处于位置B的状态。进来的水，它的压力正好使隔膜压缩弹簧并使它屈服，同时它将流入外阀门室。在这种情况下进来的水就作用在整个隔膜向着阀室露出来的表面上。这时弹簧受到一个较大力的作用，这力扩大了隔膜和阀室之间的开口以形成了一个稳定流动。用这种方法保证了阀门在液体流过它时提供一种截然不同的开口。

液体通过阀门（如图2所示B位置）是连续的和恒定的，它所要求的条件是输出侧的反压比较低，而且也是恒定不变的。然而，当反压增加时，液体流动就下降，而且到某一预定值时就完全停止流动， 这种情况由图2的位置C来表示。在这种情况下弹簧进一步被隔膜压缩而屈服，因而阀轴34上的圆锥部分36就把输入孔16密封住。

弹簧26的尺寸能调节隔膜24的移动以及输入孔的开关，这尺寸决定了这个阀门的工作压力，即决定了朝外阀室打开的最小压力和关闭输入孔16的压力。所要求的流量是通过适当地选择输入圆孔16和阀轴圆锥部分36之间的输入缝隙的面积和输出孔（即收缩孔20）的面积来决定的。当然，如果只要认为借助于盖子22上的可调附件来实现弹簧26的可调校准是有好处的话，那么就可以这样做。

在连续流动的情况下，隔膜将交替地增加和减少输入缝隙，也就是说它将在图2上位置B和C之间交替变换，而保持预先确定的运转压力，从而保持预先确定的通过输出孔的流速。倘若输入端压力大于打开该阀门的最小压力，则通过阀门的流量不受输入端压力变化的影响。

一般来说，这阀门为液体提供了稳流调节。

这个阀门的各种功能使它特别适于在给电化学蓄电池组加水的设备中用作一个调节供水的装置。例如象图3～6所示的那些设备。每个这样的设备都含有液面控制装置38，它允许向电池组42的每个电瓶40供水直到预定的最高液面44。这些液面控制装置38连接到用来供水和供电瓶气隙排气的管道46上。本发明的阀门10设置在管道46最靠近液面控制装置的一端48上，管道46的另一端50连接到用来向大气排气的竖管52上。

在图3所示的一个实施例中，阀门10经过管道56连接到一个储水容器58上，这个储水容器存放在阀门的上方，其高度足以使水头压力超过阀门的打开压力。竖管52最好把气排放入爆炸遏制阀 54。

储水容器58也可以放置在比电瓶低的位置上，在这种情况下用泵-最好用一个离心泵，迫使水通过管道56到阀门10，见图4所示。根据需要，电瓶可以如图3～5所示安排在同一个平面上，也可以安排在不同平面上，例如，象图6所示那样，把它们安排在一个阶梯状的框架62里。

液面控制装置38的功能可借助图7加以说明。这图给出了本发明的隔膜阀10的详细情况。这阀门经过极邻近液面控制装置38的管道端头48，连接到电池组42的几个电瓶40中的头一个电瓶上（如图3所示）。

前面介绍过各种液面控制装置，它们都已公开，选择它们之中无论哪一种供本发明的加水设备使用是无关紧要的。图7所示的装置38设有两个软管接头66和68，分别供水流输入和输出用。这水流从储存容器58（这里没示出）通过管路56，并经过阀门10、管路48和接头66引导到电瓶40，然后通过接头68和管路46被输送到下一个电瓶。

液面控制装置38有一个较低的水井70和一个较高的水井72。装置38里的水流流过由粗箭头表示的路径，经过柱管74通到电瓶的电解液处，同时，电池气体随着空气经过通道76沿细箭头表示的路径被排出。当电解液液面升高到所指示的最高液面44时，流向电瓶的水流就中止，在这种情况下柱管74的下开口被电瓶的电解液封死，而在柱管74里产生了一个和水井70处由阀门10决定的压力相当的压力。

从阀门10流出的水流最好能进行这样的调节，以便一个阀门只同时成批地加注几个电瓶，也许是电池组的四分之一到一半数量的电 瓶。在水流方向上第一个电瓶比后面的几个电瓶接受较大比例的水流，因而加注得最快，后面紧跟的几个电瓶则逐渐较慢地加注。一旦第一个电瓶加满了，则后面紧跟的几个电瓶就可得到较大比例的分配水流，并继续以这种方法加注，直到这些电瓶中的最后一个电瓶被加注好为止。然后水经过管道50，被进一步输送到竖管52（见图3所示），在那里水升到与供阀门10关闭水流所需要的反压相应的高度。

通过用上述方法来调节水流可以为从电瓶内排出空气和电池气体腾出足够的空间，为了使电瓶内的水能可靠地充填到所要求的水平，这样做是十分重要的。由图7可看出，阀门10应当与串联的第一个液面控制装置38紧密相接，其连接位置大致在第一个液面控制装置38的水平面上（由图7可以明白），这样做能使预先确定的阀门运转条件（它们并不是连续可调的）得到充分的利用。因而，不管储水容器的位置情况如何，这个阀门能保证加注时流量和压力条件都能满足要求，它还能保证电池气体总是经过竖管（也可以经过一个装在竖管上的爆炸遏制阀门54）从该装置排走。

当使用安装在较低位置的储水容器时（见图4），阀门10也防止从储水容器58引出的水管56在阀门封闭时缺水。用这种方法能避免液面控制装置的功能失调，如果在管路56里形成气锁，而在打开阀门时气锁被引到管路46时，即出现失调的危险。

根据本发明另一个实施例，电瓶40是分成组64通过液面控制装置而串联的，每组用一根管路46，在这种情况下每根管路46在最靠近调节供水的阀门10处与其相接，而它的另一端50接到竖管52上。这个实施例用图5和图6简略地表示。

这个实施例特别适用于具有大量电瓶的电池组，这样做可以保证 要求的加注速率。因此，通常每列电瓶不应含有30个以上的电瓶。不过，电瓶的数量取决于电瓶的大小，所要求的加注速率和电瓶的相对位置等等。因而安置在几个平面（这些平面一个比一个低）上的各个电瓶组可能分别都要有自己的阀门，以可靠地发挥它的功能，所以把每组电瓶数定为1～30为限是有道理的。

每个阀门10被连接到储水容器58上，最好是并联在供给管56上。

本发明提供一种高度灵活而又非常便宜的给电化学蓄电池组加水的系统，它能应用于所有需要加水的电源上，不管组成电池组的电瓶尺寸大小、数量或相对位置如何，也不管是否能得到电力网供电，都可以应用该系统。这个系统把一个控制气体释放装置和一个水密封的系统联合起来。它也是坚固耐用的且对固定不变的和机动的情况都能很好地适应。

Claims (1)

1、一种给电化学蓄电池组加水的阀门，它含有一个阀体(12)，该阀体设有一个输入接头(14)和一个输出接头(18)，输入接头(14)有一输入圆孔(16)，其特征在于：一个密封地安装在阀体(12)中的隔膜(24)通过弹簧(26)的作用偏向隔壁(28)，而该隔壁是与输入孔(16)同心地配置在阀体里的，上述的隔壁把隔膜和阀体形成的空间分成一个内室(30)和一个外室(32)，内室(30)相对于隔膜呈圆形横截面而外室(32)相对于隔膜呈圆环形横截面，它经过一个收缩孔(20)和输出接头(18)相通，在该隔膜的中心配设着一个能自由通过输入通孔(16)的阀轴(34)，用这种方法使输入开口减小到一个环形缝隙，在输入孔的外侧，阀轴有一个圆锥形放大的部分(36)，它的横截面积的增加是和到输入孔(16)的距离成正比的，而且在隔膜被弹簧压缩时，由它形成密封。

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