DE2510979B2 - Entlüftungsventil für galvanische Zellen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Überdruckventil für eine flüssigkeitsdicht verschlossene galvanische Zelle, mit einer Entlüftungsbohrung zum Ablassen von Gas aus dem Zellenbehälter, deren auslaßseitiges Ende einen Ventilsitz bildet, mit einem elastisch >;usammendrückbaren Körper als Verschlußstück, dessen Durchmesser größer ist als derjenige des Ventilsitzes, und mit einer Halterung in einem solchen Abstand zum Ventilsitz, daß der Körper unter elastischer Verformung gegen den Ventilsitz gedruckt wird.

In alkalischen galvanischen Zellen können bei gewissen Verwendungsbedingungen große Mengen Gas entstehen. Da diese Zellen flüssigkeitsdicht geschlossen sein müssen, um einen Verlust an Elektrolyt durch Aussickern oder Verdampfen zu vermeiden, können in ihnen hohe Gasdrücke entstehen. Diese Drücke können ein Ausfließen, ein Ausbauchen oder gegebenenfalls einen Bruch der Zellen verursachen, wenn das Gas nicht abgelassen wird. Insbesondere bei sekundären oder wiederaufladbaren Zellen muß das Ventil wiederverschließbar sein, um ein Austrocknen des Elektrolyten während der üblichen langen Gebrauchsdauer der Zellen zu verhindern und um ein Eindringen von Sauerstoff und Kohlendioxyd zu vermeiden.

Nach der DT-OS 20 42 417 ist ein Druckablaßventil bekannt, daß eine elastische Kugel mit einem in kugelförmigen Zustand größeren Durchmesser als der Durchmesser der Entlüftungsöffnung enthält, wobei die Kugel auf der Entlüftungsöffnung in Berührung mit einem die Entlüftungsöffnung umgebenden Ventilsitz aufliegt und in abgeflachtem Zustand auf der Entlüftungsöffnung festgehalten wird.

Eine andere Art von wiederverschließbaren Entlüftungsventilen ist in der US-PS 32 93 081 beschrieben. Dieses wiederverschließbare Entlüftungsventil enthält eine ringförmige Dichtung, z. B. einen O-Ring. Dieser Dichtungsring wird mittels eines bogenförmigen Gliedes oder einer Feder dicht über der Entlüftungsöffnung gehalten. Das elastische Glied oder die Feder ist so eingestellt, daß eine radiale Bewegung des Dichtungsringes ermöglicht wird. Hierdurch wird das Ventil geöffnet und Gas kann durch die Entlüftungsöffnung austreten, wenn ein bestimmter hoher Gasdruck in der Zelle erreicht ist.

Bei diesen bekannten Entlüftungsventilen entstehen aber Schwierigkeiten durch das Kriechen des Elektrolyten und durch die Tatsache, daß der Elektrolyt oder Umsetzungsprodukte des Elektrolyten mit anderen chemischen Bestandteilen zusammen mit dem Gas durch die Entlüftungsöffnung und das Ventil hindurchtreten können. Diese Flüssigkeiten verursachen ein Verkrusten des Ventilsitzes. Dadurch wird ein gutes Wiederverschließen des Ventils nach dem Ablassen des Gasdruckes aus der Zelle verhindert.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein mechanisches, wiederverschließbares Überdruckventil zu entwickeln, das in Verbindung mit einer gasdurchlässigen Membrane zu einer verbesserten Abdichtung führt und insbesondere das Eintreten von Natron- oder Kalilauge in das mechanische Ventil sicher verhindert.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das zum Zellenbehälter hin gerichtete Ende der Entlüftungsbohrung vcn einer mikroporösen Membran (aus Polypropylen oder aus einem perhalogenierten aliphatischen Kohlenwasserstoff) verschlossen ist, welche bei 20⁰C unter einem Differentialdruck von 20 N/cm² pro Stunde und pro cm² Oberfläche wenigstens 3 I, vorzugsweise 6 bis 12 1 Wasserstoff hindurchtreten läßt und bei Drücken unter 200 N/cm² den Elektrolyten nicht hindurchtreten läßt.

Vorzugsweise besteht das Verschlußstück des erfindungsgemäßen Überdruckventils aus einer Scheibe mit einer Durometer-Härte von 30' bis 80 oder aus einer Kugel mit einer Durometer-Härte von 60 bis 70.

Die Membrane soll vorzugsweise so beschaffen sein, daß sie bei einem Differentialdruck von 20 N/cm² und einer Temperatur von 20⁰C je cm² stündlich wenigstens 31 Wasserstoff, vorzugsweise 6 bis 121 Wasserstoff, durchläßt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung soll die Membrane bei einem Differentialdruck bis etwa 200 N/cm² undurchlässig für Flüssigkeiten sein. Die Membrane sollte eine Berstfestigkeit unter der Berstfestigkeit der Zelle haben.

Sehr gut geeignet sind Membranen, die aus Polypropylen oder aus einem perhalogenierten aliphatischen Kohlenwasserstoff bestehen.

Die Erfindung kann in einer alkalischen galvanischen Zelle, insbesondere in einer alkalischen Zink-Mangandioxyd-Zelle, verwendet werden.

Die erwähnte Membrane kann auch verwendet werden in Verbindung mit anderen wiederverschließbaren Ventilen, z. B. mit O-förmigen Dichtungsringen. Das Ventil und die Membrane sind am besten in dem Zelldeckel angeordnet, können sich aber auch in einer Wandung des Behälters oder am Boden befinden.

Das erfindungsgemäße Ventil kann verwendet werden zusammen mit bekannten Abdichtungen der Zellen, z. B. in zylindrischen Zellen der Größen »AAA« bis»/> <.

Die Zeichnungen erläutern einige Ausführungsfor-

men der Erfindung.

Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer Zelle mit einem erfindungsgemäßen Überdruckventil;

F i g. 2 im Schnitt eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Überdruckventils.

Die Zelle nach Fig. 1 enthält einen Behälter 10 mit einem äußeren metallischen Mantel 11. Zwischen dem Behälter 10 und dem Mantel 11 ist eine isolierende Auskleidung 12 aus beispielsweise Papier oder einem anderen Faserstoff vorgesehen. Innerhalb des Behälters 10 befinden sich die Anodenkammer 13 mit einer Anode 14, eine rohrförmige Kathode 15 und ein alkalischer Elektrolyt, z. B. einer wäßrigen Lösung von Kaliumhydroxyd oder Natriumhydroxyd. Die Kathode 15 steht in Berührung mit den Seitenwandungen des Behälters 10, ist aber von der Anodenkammer 13 getrennt durch einen den Elektrolyten enthaltenden Scheider 16, der für Flüssigkeiten und Gase durchlässig ist. Der Scheider 16 kann aus zwei gegenüberliegenden Schichten eines Scheidermaterials zwischen der Anodenkarnmer 13 und der Kathode 15 bestehen und unterliegt dem oberen geschlossenen Ende des Behälters 10.

Der positiv polarisierte Behälter 10 ist an seinem offenen Ende abgedichtet durch einen Dichtungsring 18 und einen unpolarisierten metallischen Entlüftungsdekkel 20, der auf dem Dichtungsring ruht und teilweise getragen wird von dem hufeisenförmigen Träger 20a. Ein negativ polarisiertes mittig angeordnetes Endglied 22 steht in Berührung mit dem anodischen Stromabnehmer 23, der seinerseits in Berührung mit der Anode i4 steht. Der Dichtungsring 18 hat eine Entlüftungsöffnung 24 mit einem oberen Teil 24a und einem Bodenteil 24b. Zwischen diesen beiden befindet sich ein Durchlaß für Gas aus der Anodenkammer 13. Ein Ventilglied 25, z. B. eine Ventilscheibe, befindet sich zwischen dem Deckel 20 und der Entlüftungsöffnung 24, die damit flüssigkeitsdicht geschlossen ist.

Das elastische Dichtungsglied soll inert sein gegen die chemischen Bestandteile der Zelle und soll einen größeren Durchmesser haben als der Durchmesser der Entlüftungsöffnung. Zusätzlich soll das Dichtungsglicd durch Druck beweglich oder verformbar sein, so daß bei Erreichung eines bestimmten Innendrucks das Gas durch die Entlüftungsöffnung 24 austreten kann.

Ein Dichtungsglied, z. B. eine Scheibe aus Äthylen-Propylen-Kautschuk mit einer Durometer-Härte von etwa 30 bis 80, ist besonders gut geeignet. Wenn das Dichtungsglied nach F i g. 1 die Form einer Scheibe hat, so hängen die Abmessungen und die Form der Dichtungsscheibe von der Zellengröße ab. In der Regel wird eine flache, kreisförmige Scheibe von genügender Dicke bevorzugt. Wenn sich die Scheibe in zusammengepreßtem Zustande in der Zelle befindet, so genügt der durch den Deckel 20 auf die Scheibe ausgeübte Druck, um die Scheibe unter Spannung gegen die Entlüftungsöffnung zu drücken und diese flüssigkeitsdicht zu verschließen.

Wenn innerhalb der Anodenkammer 13 der Gasdruck eine bestimmte Höhe erreicht, so wird das Dichtungsglied 25 gegen den metallischen Deckel 20 gedrückt, und Gas kann durch die Entlüftungsöffnung 24 austreten. Das Gas strömt durch die öffnung 26 im Deckel dort aus, wo die Deckelplatte 28 und der äußere Metallmantel sich bei 29 treffen. Nach dem Ablassen des Gases aus der Anodenkammer 13 bedeckt das Dichtungsglied dank seiner Elastizität und dank des Deckels 20 die Entlüftungsöffnung 24 wieder flüssigkeitsdicht. Wie schon bemerkt wurde, gelangt in üblichen Zellen ein Teil des Elektrolyten oder eines Reaktionsproduktes des Elektrolyten zusammen mit dem Gas durch die Entlüftungsöffnung 24 bis zum oberen Teil der Entlüftungsöffnung. Dieser Elektrolyt verursacht ein Verkrusten. wodurch das Wiederaufsitzen des Dichtungsgliedes 25 und ein dichter Verschluß der Entlüftungsöffnung 24 gestört werden. Erfindungsgemäß ist eine hydrophobe Membrane 27 in der Anodenkammer 13 zwischen der Anode und der Entlüftungsöffnung 24 angeordnet. Sie befindet sich an dem unteren Teil 24b der Entlüftungsöffnung 24. Die Membrane 27 kann mit dem Dichtungsring durch übliche Mittel verbunden sein, beispielsweise durch Anschweißen, mittels eines Klebstoffes, durch mechanische Mittel od. dgl.

Die hydrophobe Membrane kann aus verschiedenen, an sich bekannten Stoffen bestehen. Als Beispiele für solche Stoffe seien hier Polyäthylen, Polypropylen und perhalogenierte aliphatische Kohlenwasserstoffe, wie Polytetrafluoräthylen oder Polytrifluormonochloräthylen genannt. Wichtig ist es, daß die Membrane mikroporös und chemisch beständig ist und daß sie durchlässig für Gase und undurchlässig für die in der Zelle enthaltenen Flüssigkeiten ist.

Zum bestmöglichen Schutz sollte die Membrane bei einem Differentialdruck von 20 N/cm² und bei einer Temperatur von 20⁰C stündlich je cm² mindestens etwa 31 Wasserstoff durchlassen, vorzugsweise 6 bis 12 1. Unter einem Druck von weniger als etwa 200 N/cm² sollte die Membrane den Elektrolyten nicht hindurchtreten lassen. Beim Verstopfen oder Blockieren der Poren der Membrane sollte sie eine Berstfestigkeit haben, die unterhalb der Berstfestigkeit der Zelle liegt. Bekanntlich haben verschiedene Zellen verschiedene Berstfestigkeiten. In Zellen der Größe »£λ< sollte die Membrane eine Berstfestigkeit von etwa 280 bis 350 N/cm² haben, in Zellen der Größe »AA« eine Berstfestigkeit von etwa 560 bis 700 N/cm². Nötigenfalls kann ein Träger mit offenen Maschen verwendet werden, wenn die Membrane nicht die erforderliche Berstfestigkeit hat. Die Membrane kann mit dem Träger zusammen einen Schichtstoff bilden.

In der F i g. 2 sind gleiche Teile gleich bezeichnet wie in F i g. 1. Die Membrane 27 ist hier aber verbunden mit einer anderen Art eines Entlüftungsventils, wie es in der US-PS 36 64 878 beschrieben ist. Eine elastische Kugel 30, vorzugsweise mit einer Durometer-Härte von etwa 60 bis 70, ist das Dichtungsglied. Sie befindet sich zwischen dem Deckel 20 und dem Dichtungsring 18 und wird von diesen so zusammengedrückt, daß der Durchgang durch die Entlüftungsöffnung 24 dicht geschlossen ist.

Das Ventil bleibt geschlossen und dichtet die Entlüftungsöffnung 24, bis der Gasdruck im Inneren der Zelle auf einen bestimmten Wert ansteigt. Beim Erreichen dieses Wertes wird die Kugel 30 gegen den Deckel gedrückt und es entstehen Kanäle für den Durchlaß von Gas, so daß Gaseinflüsse in der Anodenkammer 13 nicht entstehen können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Überdruckventil für eine flüssigkeitsdicht verschlossene galvanische Zelle, mit einer Entlüftungsbohrung zum Ablassen von Gas aus dem Zellenbehälter, deren auslaßseitiges Ende einen Ventilsitz bildet, mit einem elastisch zusammendrückbaren Körper als Verschlußstück, dessen Durchmesser größer ist als derjenige des Ventilsitzes, und mit einer Halterung in einem solchen Abstand zum Ventilsitz, daß der Körper unter elastischer Verformung gegen den Ventilsitz gedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das zum Zellenbehälter hin gerichtete Ende (24Z>jder Entlüftungsbohrung (24) von einer mikroporösen Membrane (27) verschlossen ist, welche bei 20°C unter einem Differentialdruck von 20 N/cm² pro Stunde und pro cm² Oberfläche wenigstens 31 Wasserstoff hindurchtreten läßt und bei Drücken unter 200 N/cm² den Elektolyten nicht hindurchtreten läßt.

2. Überdruckventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran unter den genannten Bedingungen 6 bis 12 1 Wasserstoff hindurchtreten läßt.

3. Überdruckventil nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran aus Polypropylen oder aus einem polymerisierten perhalogenierten aliphatischen Kohlenwasserstoff besteht.