DE2510979C3 - Entlüftungsventil für galvanische Zellen - Google Patents
Entlüftungsventil für galvanische ZellenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ;in Üb /druckventil für eine
flüssigkeitsdicht verschlossene galvanische Zelle, mit einer Entlüftungsbohrung zum At assen 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.
In alkalischen galvanischen Zellen können be/ 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 SauersSoff und Kohlendioxyd zu
vermeiden.
Nach der DE-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-
tungsventilen ist in der US-PS 32 93 08t peschrieben.
Dieses wiederverschließbare Entlüftungsventil enthält eine ringförmige Dichtung, z. B. einen O-Ring. Dieser
Dichtungsring wird mittels eines bogenförmigen Glie-Ί
des 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 in 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 π 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
.'Ii 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 Membra-.'" > ne 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 gzrichtete Ende der Entlüftungsbohiii
rung von einer mikroporösen Membran (aus Polypropylen oder aus einem perhalogenierten aliphatischen
Kohlenwasserstoff) verschlossen ist weiche bei 20° C unter einem Diffeientialdruck von 20 N/cm2 pro Stunde
und pro cm2 Oberfläche wenigstens 3 I, vorzugsweise 6 i) bis 121 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
πι 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 20°C je cm2 stündlich wenigstens
■n 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 Vi 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,
ν· Die Erfindung kann in einer alkalischen galvanischen Zelle, insbesondere in einer alkalischen Zink-Mangandioxyd-Zelle, verwendet werden.
ν· 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 wiederverschließba-Mi
ren 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 to werden zusammen mit bekannten Abdichtungen der
Zellen, ζ. B. in zylindrischen Zellen der Größen »AAA«
bis »D«,
Die Zeichnungen erläutern einige AUsfühfüngsfof^
men der Erfindung.
Es zeigt
Fig. J eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer
Zelle mit einem erfindungsgemäQen Oberdruckventil;
F i g. 2 im Schnitt eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäQen Oberdruckventils.
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 Anodenkammer 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 14 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 fiüssigkeitsdicht 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 Dichtungsglied
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, is' 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 gedruckt, 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 flüssigkeitsdichL 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
in Verkrusten, wodurch das Wiederaufsitzen des Dichtungsgliedes
25 und ein dichter Verschluß der Entlüftungsöffnung 24 gestört werden. Erfindungsgemäll
ist eine hydrophobe Membrane 27 in der Anodenkammer 13 zwischen der Anode und der
Ii Entlüftungsöffnung 24 angeordnet Sie befindet sich an
dem unteren Teil 24£> der Entlüftungsöffnung 24. Die
Membrane 27 kann mit dem Dichtungsring durch übliche Mittel verbunden sein, beispielsweise durch
Anschweißen, mittels eines Klebstoffes, durch mechani-
2Ii sehe 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 Polytrifluormonochloräthy-Ien
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.
in Zum bestmöglichen Schutz sollte die Membrane bei
einem Differentialdruck von 20 N.'cm2 und bei einer Temperatur von 2O0C stündlich je cm2 mindestens etwa
31 Wasserstoff durchlassen, vorzugsweise 6 bis 12 1.
Unter einem Druck von weniger als etwa 200 N/cm2
ti 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
in Berstfestigkeiten. In Zellen der Größe »Z>
< 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
r> werden, wenn die Membrane nicht die erforderliche Berstfestigkeit hat. Die Membrane kann mit .Jem 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
">n 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 da;, Dichtungsglied. Sie befindet sich
zwischen dem Deckel 20 und dem Dichtungsring 18 und
r> wird von diesen so zusammengedrückt, daß der Dui.hgang durch die Entlüftungsöffnung 24 dicht
geschlossen ist.
Das Ventil bieibt geschlossen und dichtet die
Entlüftungsöffnung 24, bis der Gasdruck im Inneren der
mi Zelle auf einen bestimmten Wert ansteigt. Beim Erreichen dieses Wertes wird die Kugel 30 gegen den
Deckel gedruckt und es entstehen Kanäle für den Durchlaß von Gas, so daß Gaseinfiüsse in der
Anodenkammer 13 nicht entstehen können.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
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 (24b) der Entlüftungsbohrung (24) von einer mikroporösen
Membrane (27) verschlossen ist welche bei 200C
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 121 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
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