ES2275419B1 - "dispositivo de seguridad en cierres estancos de pilas electroquimicas". - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de seguridad en cierres estancos de pilas electroquímicas, de las dotadas de una constitución general que comprende un contenedor metálico (1) conteniendo separadamente los materiales activos que constituyen el ánodo (2) y cátodo (3), caracterizado porque, enfrentada a la cara inferior de la tapa (5), la pieza plástica (4) tiene una cara superior que presenta tres canales (12) dispuestos radialmente a 120º, estando formados por rebaje del grosor nominal y normal del material de la pieza (4) comprendido entre la sección debilitada (10) y el muro periférico (7), cuyo rebaje es progresivamente mayor en el sentido hacia el centro de la pieza plástica (4) y determina una paulatina disminución del grosor del suelo anular (8), o una creciente profundidad de los canales (12), en el sentido desde el muro periférico (7) hacia el núcleo (6), siendo el grosor más fino del suelo anular (8) ligeramente mayor que el de la sección debilitada (10).
Description
Dispositivo de seguridad en cierres estancos de
pilas electroquímicas.
Esta invención concierne a un dispositivo de
seguridad que está destinado a evitar eventuales explosiones
producidas en las pilas electroquímicas y que son motivadas por la
presión de gases producidos en su interior bajo determinadas
circunstancias.
Este dispositivo preconizado está
particularmente diseñado para su aplicación en pilas
electroquímicas que están dotadas de una constitución general que
comprende un contenedor metálico cerrado en un extremo en el que de
manera separada están contenidos los materiales activos que
constituyen el ánodo y el cátodo, el cual en su fondo forma el
contacto positivo y en su extremo abierto tiene un cierre que está
constituido por un conjunto de dos piezas cilíndricas que, de
dentro afuera, son una pieza plástica de nylon moldeado y una tapa
metálica que constituye el contacto negativo, cuya pieza plástica
forma un núcleo cilíndrico, un ascendente muro periférico también
cilíndrico y, entre ambos, un suelo anular, el núcleo es atravesado
axialmente por un colector de corriente que, insertado en el
ánodo, está en contacto eléctrico con dicha tapa y, adyacente a
este núcleo, está contorneada una sección debilitada de material
que es rompible ante una sobrepresión de gas en el interior del
contenedor metálico, y, atrapando dicha tapa, el muro periférico de
la pieza plástica es plegado hacia dentro junto con el propio borde
del extremo abierto del contenedor metálico mediante una presión
ejercida sobre este último que asegura el cierre estanco de este
contenedor metálico, y cuya tapa está provista de ventanas a través
de las cuales es evacuado el gas una vez que dicha pieza plástica
ha resultado rota por la presión del mismo dentro del contenedor
metálico.
En las pilas electroquímicas es común la
generación interna de gases. Puede ser porque la pila entre en
cortocircuito. Puede ser porque en un montaje eléctrico de cuatro
pilas, por ejemplo, para dar servicio a un aparato, una de ellas
esté instalada con su polaridad invertida; esta incorrección puede
quedar disimulada porque la energía suministrada por las otras tres
pilas puede ser suficiente para apreciar un aparente buen
funcionamiento del aparato, con el agravante de que, además, esta
cuarta pila resulte sometida a un proceso de carga utilizando como
fuente la energía de las otras tres. También la producción de los
gases tiene lugar durante el almacenamiento de la pila o como
consecuencia de su propio funcionamiento. En todo caso este
fenómeno entraña un riesgo cierto y efectivo de explosión de las
pilas con obvio daño para sí mismas y para el aparato en que
estuvieren instaladas.
Un modo de solucionar este problema es el
contenido en la Patente de Invención Española
P-9002590, de la misma titularidad que la presente.
En ella está contemplada la existencia de una pieza plástica
(llamada disco obturador) que está instalada en el extremo abierto
del contenedor metálico contenedor de los materiales anódico y
catódico y el cual está provisto de una válvula de seguridad
consistente en un área circular que está delimitada por un
debilitamiento del espesor del suelo anular de la propia pieza; de
tal modo, que en caso de una excesiva presión interna de gas
(excediendo de un valor calculado previamente), se produce la
rotura del debilitamiento y la válvula abre dejando escapar el gas
a través de ventanas previstas en la tapa metálica que,
exteriormente a la pieza plástica, constituye el cierre último de
dicho contenedor metálico y el contacto eléctrico negativo de la
pila, con lo cual se logra evitar la previsible explosión de la
pila.
Otra solución conocida es la de la Patente
Europea EP 1 192 678 B1, basada en la Patente USA US 6,270,919 B1.
En ella se presenta una estructura más compleja que la anterior y
que consiste en la incorporación de una tercera pieza, un disco,
que está también orificado y que se monta aprisionado entre la
pieza plástica antes citada y la tapa metálica del contacto
negativo.
Tanto en la primera como en la segunda de estas
soluciones existe el problema conocido como resellado y que
consiste en que la pieza plástica sea deformada por calentamiento
y, debido a su flexibilidad, se abombe hacia el exterior y obture
las ventanas de evacuación del gas dispuestas en la tapa metálica
(en la primera solución) o en el disco intermedio (en la segunda
solución); de tal modo que, aunque llegase a romperse el
debilitamiento previsto al efecto, podría quedar impedida la salida
del gas y llegar a ocurrir la explosión de la pila. El
calentamiento interno no sólo puede ser por las causas antes
señaladas, sino por un ensayo normalizado en la fabricación de la
pila, consistente en ponerla en cortocircuito sin que llegue a
explotar; los efectos de este calentamiento son mayores cuando el
material de la pieza plástica es polipropileno, pero, aunque en
menor medida, también ocurre con el nylon empleado como sustitutivo
del anterior.
Para evitar este fenómeno de resellado, dicha
Patente USA US 6,270,919 B1 propone la generación de una pluralidad
de prominencias separadoras que están formadas en la cara superior
de la pieza plástica que está enfrentada a la cara inferior del
disco intermedio (en su caso), mediante una aportación de material
que, de modo constante en toda la extensión de las mismas, recrece
el grosor de la propia pieza en el suelo anular de la misma que
está delimitado entre el muro periférico y el debilitamiento que
circunda el núcleo cilíndrico; en particular, las prominencias
separadoras son tres que están agrupadas en un sector circular que
abarca un ángulo de 120º. Con ello se trata de conseguir que la
pieza plástica no llegue a adosarse al disco intermedio en la zona
de dicho sector circular habilitando así una vía de escape para los
gases producidos en el interior de la pila.
La presente invención presenta un dispositivo de
seguridad en cierres estancos de pilas electroquímicas que está
basado en la estructura general de nuestra citada EP 1 192 678 B1,
que está destinado también a habilitar una salida del gas en caso
de que se trate de producir un indeseado efecto de resellado y que
es de aplicación para un tipo de pila electroquímica que comprende
un contenedor metálico cerrado en un extremo en el que de manera
separada están contenidos los materiales activos que constituyen el
ánodo y el cátodo, el cual en su fondo forma el contacto positivo y
en su extremo abierto tiene un cierre que está constituido por un
conjunto de dos piezas cilíndricas que, de dentro afuera, son una
pieza plástica de nylon moldeado y una tapa metálica que constituye
el contacto negativo, cuya pieza plástica forma un núcleo
cilíndrico, un ascendente muro periférico también cilíndrico y,
entre ambos, un suelo anular, el núcleo es atravesado axialmente
por un colector de corriente que, insertado en el ánodo, está en
contacto eléctrico con dicha tapa y, adyacente a este núcleo, está
contorneada una sección debilitada de material que es rompible ante
una sobrepresión de gas en el interior del contenedor metálico, y,
atrapando dicha tapa, el muro periférico de la pieza plástica es
plegado hacia dentro junto con el propio borde del extremo abierto
del contenedor metálico mediante una presión ejercida sobre este
último que asegura el cierre estanco de este contenedor metálico, y
cuya tapa está provista de ventanas a través de las cuales es
evacuado el gas una vez que dicha pieza plástica ha resultado rota
por la presión del mismo dentro del contenedor metálico.
En base a esta constitución de la pila, el
dispositivo que es objeto de la presente invención consiste en que,
enfrentada a la cara inferior de dicha tapa, dicha pieza plástica
tiene una cara superior que presenta tres canales que están
dispuestos radialmente a 120º y que están formados por rebaje del
grosor nominal y normal del material de la pieza que está
comprendido entre dicha sección debilitada y dicho muro periférico,
cuyo rebaje es progresivamente mayor en el sentido hacia el centro
de la pieza plástica y determina una paulatina disminución del
grosor de dicho suelo anular, o una creciente profundidad de dichos
canales, en el sentido desde el muro periférico hacia el núcleo,
siendo el grosor más fino del suelo anular ligeramente mayor que el
de la sección debilitada.
A diferencia de dicha Patente USA US 6,270,919
B1, en este dispositivo de la invención cuando la pieza flexiona en
orden a producir un resellado, no existe medio material alguno que
actúe como separador entre dichas cara superior de la pieza plástica
y cara inferior de la tapa. Por el contrario, en esta invención la
vía de escape del gas está construida eliminando material por
rebajado del grosor nominal del suelo anular de la pieza plástica
efectuado a partir de dicha cara superior del mismo, con la
particularidad adicional de que este rebajado es progresivamente
más profundo hacia el centro del mismo y, en su final, alcanza un
grosor mínimo muy próximo al del debilitamiento que al romperse
proporciona la seguridad frente al riesgo de explosión de la pila;
lo cual, influye favorablemente en la función de válvula de
seguridad y, además, no condiciona el diseño de las piezas en lo
dimensional, lo que tiene importancia si se considera el reducido
espacio disponible al efecto, diseño que, en cambio, podría verse
limitado en sus posibilidades cuando, como ocurre en dicha Patente
USA, se produce un incremento del grosor que, lógicamente ha de
ocupar parte del escaso espacio disponible por encima de la pieza
plástica, máxime cuando entre esta pieza y la tapa de contacto
negativo se instala un disco intermedio. Por otro lado, es de hacer
notar que en esta invención los canales que constituyen la vía de
escape del gas tienen un reparto uniforme en los 360º del suelo
anular de la pieza plástica, lo que asegura mejor la salida del gas
con independencia de en qué punto empiece a producirse la rotura de
la sección debilitada contorneante del núcleo y que variar por
cuestión de imperfecta homogeneidad del material del sello, por
irregularidades dimensionales o por defectos en el montaje, siendo
imprevisible a priori.
De acuerdo con un modo de ejecución preferente
de esta invención, dichos canales son de perfil transversal
redondeado y su desarrollo lineal conjunto es sinusoidal. Éste y
otros posibles modos de ejecución son ilustrados en la exposición
detallada que sigue, apoyada en representaciones gráficas.
Para comprender mejor la naturaleza del invento,
en los dibujos adjuntos se representan variantes de realización
industrial que tienen el carácter de ejemplo meramente ilustrativo y
no limitativo.
La figura 1 ilustra un modo de ejecución
preferente de la invención, donde se representa una pila
electroquímica que está acortada en longitud mostrando la parte
superior seccionada para poder apreciar los detalles de la
constitución propugnada. En esta figura está incluido un detalle
ampliado que muestra en perspectiva la pieza plástica (4) de nylon
cortada axialmente por el plano del dibujo y habiendo suprimido el
núcleo cilíndrico (6) para mejor apreciar las ondulaciones
sinusoidales que forman conjuntamente los tres canales (12) a 120º
del suelo anular (8).
La figura 2 muestra el desarrollo lineal
sinusoidal que se corresponde con la sección circular indicada con
II-II en el detalle ampliado de la figura 1.
La figura 3 es una vista en planta superior de
otra variante de ejecución de la pieza plástica (4) de la
invención, donde los canales (12) tienen sus costados rectos y
perpendiculares a un fondo también recto.
La figura 4 es una vista en perspectiva y a
mayor tamaño de la pieza plástica (4) mostrada en la figura 3.
La figura 5 es un detalle ampliado de la figura
4 que está centrado en uno de los canales (12).
La figura 6 es una vista en planta superior,
semejante a la de la figura 3, que está referida a una variante en
la que los canales (12) son de costados y fondo rectos, pero siendo
los costados oblicuamente divergentes entre sí.
La figura 7 es una vista en perspectiva y a
mayor tamaño de la pieza plástica (4) mostrada en la figura 6.
La figura 8 es una vista en planta de la
variante de la figura 1 en la que se señala el corte
I-I tal y como está representado en esa figura.
La figura 9 es una vista en perspectiva de la
variante representada en la figura 8.
En estas figuras están indicadas las siguientes
referencias:
- 1.-
- Contenedor metálico
- 2.-
- Ánodo
- 3.-
- Cátodo
- 4.-
- Pieza plástica de nylon
- 5.-
- Tapa metálica de contacto negativo
- 6.-
- Núcleo cilíndrico de la pieza plástica (4)
- 7.-
- Muro periférico de la pieza plástica (4)
- 8.-
- Suelo anular de la pieza plástica (4)
- 9.-
- Colector de corriente
- 10.-
- Sección debilitada en la pieza plástica (4)
- 11.-
- Ventanas de tapa (5)
- 12.-
- Canales en la pieza plástica (4).
Con relación a los dibujos y referencias arriba
enumerados, se ilustra en los planos adjuntos variantes de
ejecución preferente del objeto de la invención, concerniente a un
dispositivo de seguridad en cierres estancos de pilas
electroquímicas que responden a una constitución general que
comprende un contenedor metálico cerrado en un extremo (1) en el
que están contenidos separadamente los materiales activos que
constituyen el ánodo (2) y el cátodo (3), el cual en su fondo forma
el contacto positivo y en su extremo abierto tiene un cierre que
está constituido por un conjunto de dos piezas cilíndricas que, de
dentro afuera, son una pieza plástica (4) de nylon moldeado y una
tapa metálica (5) que constituye el contacto negativo, cuya pieza
plástica (4) forma un núcleo (6) cilíndrico, un ascendente muro
periférico (7) también cilíndrico y, entre ambos, un suelo anular
(8), el núcleo (6) es atravesado axialmente por un colector de
corriente (9) que, insertado en el ánodo (2), está en contacto
eléctrico con dicha tapa (5) y, adyacente a este núcleo (6), está
contorneada una sección debilitada (10) de material que es rompible
ante una sobrepresión de gas en el interior del contenedor metálico
(1), y, atrapando dicha tapa (5), el muro periférico (7) es plegado
hacia dentro junto con el propio borde del extremo abierto del
contenedor metálico (1) mediante una presión ejercida sobre este
último que asegura el cierre estanco de este contenedor metálico
(1), y cuya tapa (5) está provista de ventanas (11) a través de las
cuales es evacuado el gas una vez que dicha pieza plástica (4) ha
resultado rota por la presión del mismo dentro del contenedor
metálico (1). Como se aprecia mediante la representación de la
figura 1, este dispositivo preconizado consiste en que, enfrentada
a la cara inferior de dicha tapa (5), dicha pieza plástica (4)
tiene una cara superior que presenta tres canales (12) que están
dispuestos radialmente a 120º y que están formados por rebaje del
grosor nominal y normal del material de la pieza (4) que está
comprendido entre dicha sección debilitada (10) y dicho muro
periférico (7), cuyo rebaje es progresivamente mayor en el sentido
hacia el centro de la pieza plástica (4) y determina una paulatina
disminución del grosor de dicho suelo anular (8), o una creciente
profundidad de dichos canales (12), en el sentido desde el muro
periférico (7) hacia el núcleo (6), siendo el grosor más fino del
suelo anular (8) ligeramente mayor que el de la sección debilitada
(10); asimismo, esta figura 1 muestra una variante de ejecución
preferente en la que dichos canales (12) son de perfil transversal
redondeado y, como muestra la figura 2, su desarrollo lineal
conjunto es sinusoidal. Otra posible variante de ejecución a este
respecto es la que muestran las figuras 3 a 5, y consiste en que
los canales (12) son de perfil transversal en forma de "U",
con fondo plano y las paredes perpendiculares al mismo. Una tercera
variante de ejecución contemplada en esta invención está ilustrada
mediante las figuras 6 y 7, y consiste en que dichos canales (12)
son de perfil transversal en forma de "U", con fondo plano y
las paredes oblicuas y divergentes entre sí.
Las figuras 8 y 9 ilustran la primera variante
de la ejecución en la que dicha pieza plástica (4) tiene una cara
superior que presenta tres canales (12) que son de perfil
transversal redondeado y su desarrollo lineal conjunto es
sinusoidal.
A través de estas variantes de ejecución
representadas se constatan las particularidades reclamadas para
esta invención en lo referente a lograr establecer una vía de
evacuación del gas que impida el fenómeno de resellado mediante el
rebajado del espesor nominal del suelo anular (8) de la pieza
plástica (4) de nylon, efectuado de una manera progresiva de fuera
adentro hasta lograr un grosor mínimo que es poco mayor que el de
la sección debilitada (10), de modo que son generados unos canales
(12) que, sea cuál sea su variante de forma, posibilitan que la
pieza plástica pueda quedar totalmente adosada a la tapa (5), sin
material alguno interpuesto entre ambos elementos, proporcionando
una segura salida para el gas formado dentro del contenedor
metálico (1) de la pila electroquímica. Como ya se ha referido
anteriormente este diseño ahora propugnado tiene una influencia
favorable para el efecto valvular encomendado a la sección
debilitada (10), la distribución uniforme de los canales en toda la
vuelta del suelo anular (8) de la pieza plástica (4) asegura un
eficaz funcionamiento del dispositivo con independencia de cuál sea
el lugar en que se inicie la rotura de dicha sección debilitada
(10), y la no-existencia de recrecimientos de
material interpuestos entre la pieza plástica (4) y la tapa
metálica (5) permite que el reducido espacio disponible en esa
parte del contenedor metálico (1) no condicione negativamente las
posibilidades de configuración de estos elementos.
Claims (4)
1. Dispositivo de seguridad en cierres estancos
de pilas electroquímicas, en particular para pilas electroquímicas
dotadas de una constitución general que comprende un contenedor
metálico cerrado en un extremo (1) en el que están contenidos
separadamente los materiales activos que constituyen el ánodo (2) y
el cátodo (3), el cual en su fondo forma el contacto positivo y en
su extremo abierto tiene un cierre que está constituido por un
conjunto de dos piezas cilíndricas que, de dentro afuera, son una
pieza plástica (4) de nylon moldeado y una tapa metálica (5) que
constituye el contacto negativo, cuya pieza plástica (4) forma un
núcleo (6) cilíndrico, un ascendente muro periférico (7) también
cilíndrico y, entre ambos, un suelo anular (8), el núcleo (6) es
atravesado axialmente por un colector de corriente (9) que,
insertado en el ánodo (2), está en contacto eléctrico con dicha
tapa (5) y, adyacente a este núcleo (6), está contorneada una
sección debilitada (10) de material que es rompible ante una
sobrepresión de gas en el interior del contenedor metálico (1), y,
atrapando dicha tapa (5), el muro periférico (7) es plegado hacia
dentro junto con el propio borde del extremo abierto del contenedor
metálico (1) mediante una presión ejercida sobre este último que
asegura el cierre estanco de este contenedor metálico (1), y cuya
tapa (5) está provista de ventanas (11) a través de las cuales es
evacuado el gas una vez que dicha pieza plástica (4) ha resultado
rota por la presión del mismo dentro del contenedor metálico (1),
caracterizado porque, enfrentada a la cara inferior de dicha
tapa (5), dicha pieza plástica (4) tiene una cara superior que
presenta tres canales (12) que están dispuestos radialmente a 120º
y que están formados por rebaje del grosor nominal y normal del
material de la pieza (4) que está comprendido entre dicha sección
debilitada (10) y dicho muro periférico (7), cuyo rebaje es
progresivamente mayor en el sentido hacia el centro de la pieza
plástica (4) y determina una paulatina disminución del grosor de
dicho suelo anular (8), o una creciente profundidad de dichos
canales (12), en el sentido desde el muro periférico (7) hacia el
núcleo (6), siendo el grosor más fino del suelo anular (8)
ligeramente mayor que el de la sección debilitada (10).
2. Dispositivo de seguridad en cierres estancos
de pilas electroquímicas, de acuerdo con la reivindicación primera,
caracterizado porque dichos canales (12) son de perfil
transversal redondeado y su desarrollo lineal conjunto es
sinusoidal.
3. Dispositivo de seguridad en cierres estancos
de pilas electroquímicas, de acuerdo con la reivindicación primera,
caracterizado porque dichos canales (12) son de perfil
transversal en forma de "U", con fondo plano y las paredes
perpendiculares al mismo.
4. Dispositivo de seguridad en cierres estancos
de pilas electroquímicas, de acuerdo con la reivindicación primera,
caracterizado porque dichos canales (12) son de perfil
transversal en forma de "U", con fondo plano y las paredes
oblicuas y divergentes entre sí.
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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