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.
Campo de la invención
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.
Estado de la técnica anterior
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.
Explicación de la invención y ventajas
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.
Dibujos y referencias
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).
Exposición de una realización preferente
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.
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