ES2312052T3 - Sistema de rellenado de agua de bateria desde un unico punto que comprende unas valvulas de rellenado de baterias que incorporan unos supresores de llama. - Google Patents
Sistema de rellenado de agua de bateria desde un unico punto que comprende unas valvulas de rellenado de baterias que incorporan unos supresores de llama. Download PDFInfo
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Abstract
Válvula de rellenado para su utilización en sistemas de rellenado de agua de batería desde un único punto para alimentar celdas de batería con un líquido, que comprende: una estructura de válvula que determina un recorrido interior de circulación de líquido (11, 20 a 25) desde un conector de entrada de líquido (11) de la válvula a un orificio de salida de la válvula, un recorrido de ventilación de gas (12, 13) exterior con respecto al recorrido de circulación de líquido, y un supresor de llama poroso (14), caracterizada porque: el supresor de llama poroso (14) está dispuesto en el interior de dicho recorrido de líquido para impedir la propagación interior de la llama entre las celdas de la batería.
Description
Sistema de rellenado de agua de batería desde un
único punto que comprende unas válvulas de rellenado de baterías que
incorporan unos supresores de llama.
La presente invención se refiere en general a
sistemas de rellenado de agua de batería desde un único punto. Más
particularmente, la presente invención se refiere a una válvula de
rellenado mejorada para su utilización en un sistema de rellenado
de agua de batería desde un solo punto que evita la propagación
interior de llamas entre las celdas de batería durante el rellenado
en condiciones secas. La válvula de rellenado de la presente
invención realiza esta función mediante la incorporación de un
supresor de llama interior en el recorrido de la circulación de
agua en el interior de la válvula.
Las baterías de plomo-ácido proporcionan energía
eléctrica por medio de una reacción electroquímica que tiene lugar
en el interior de una pluralidad de unidades de celdas. Cada unidad
de celda en una batería contiene placas de dióxido de plomo
(PbO_{2}) positivas, placas de plomo (Pb) negativas, y un
electrolito que comprende ácido sulfúrico (SO_{4} H_{2}) y agua
(H_{2}O). La energía eléctrica se genera durante la descarga
cuando el ácido sulfúrico reacciona con el plomo en cada placa,
formando de este modo sulfato de plomo (SO_{4}Pb) y agua. La
reacción total es la siguiente:
Pb + PbO_{2}
+ 2 SO_{4} H_{2} \hskip0,2cm \longrightarrow \hskip0,2cm 2
SO_{4} Pb + 2 H_{2}O + Energía
eléctrica
La reacción inversa tiene lugar durante la
recarga, en la que el plomo de cada placa reacciona con el agua y
se convierte de nuevo en su forma original. La reacción de recarga
también puede inducir una electrólisis, una reacción de dos etapas
en la que el agua se convierte en gases de hidrógeno (H_{2}) y
oxígeno (O_{2}):
2 H_{2}O
\hskip0,2cm \longrightarrow \hskip0,2cm 4H^{+} + O2 + 4
e^{-}
4H^{+} +
4e^{-} \hskip0,2cm \longrightarrow \hskip0,2cm
2H_{2}
La recarga y la electrólisis conducen a una
pérdida de agua en las baterías. Además, las celdas de batería
pierden agua mediante evaporación si se hacen funcionar en
condiciones secas. Por lo tanto, las celdas en muchas baterías de
plomo-ácido deben rellenarse con agua de manera regular.
El procedimiento preferido de rellenado de
baterías de plomo-ácido preferido con agua es mediante la
utilización de sistemas de rellenado de agua desde un solo punto
(SPW). Los sistemas de rellenado de agua desde un solo punto
comprenden generalmente un tubo de alimentación de agua que está
conectado a una pluralidad de válvulas de rellenado a través de una
red de tubos. Cada válvula de rellenado en el sistema SPW está
montada sobre una única celda en la batería. Las válvulas de
rellenado se cierran automáticamente tan pronto como el fluido de
la celda alcanza un nivel predeterminado.
Durante el rellenado, los gases de H_{2} y
O_{2} que se generaron mediante la electrólisis son desplazados
de las celdas. Estos gases pueden inflamarse posteriormente e
iniciar una llama. La llama puede propagarse a continuación a otras
celdas por la red de tubos y producir una explosión ruinosa. Por lo
tanto, como medidas preventivas, muchas válvulas de rellenado
contienen separadores de agua y supresores de llama exteriores.
Los supresores de llama exteriores se disponen
normalmente al lado de los orificios de ventilación fuera de las
válvulas de rellenado tal como se describe, por ejemplo, en la
especificación de patente europea nº 1 447 865. Estos impiden la
propagación exterior de llamas proporcionando un ambiente hipóxico
en el que el oxígeno para sostener la combustión es insuficiente.
Sin embargo, los supresores de llama exteriores no pueden evitar la
propagación de las llamas una vez los gases se difunden en las
válvulas o la red de tubos. Por otra parte, los separadores de agua
interiores proporcionan dichos medios de prevención debido a que
están dispuestos en el interior de las válvulas de rellenado.
Dichos separadores se utilizan para retener el agua en depósitos
para extinguir cualquier llama o chispa generada en el interior del
sistema SPW. El agua en los separadores también evita la difusión
de gas entre las celdas.
Los separadores de agua interiores funcionan
únicamente cuando están hidratados. Por lo tanto, no son prácticos
para su utilización en condiciones secas debido a que el agua de los
separadores puede evaporarse. Dichas condiciones secas pueden
incluir el funcionamiento en agua caliente o en baterías con
elevadas temperaturas. Esta última es una situación frecuente en
las instalaciones que utilizan sistemas de "carga rápida", en
los que las baterías se cargan durante breves periodos de tiempo y
se utilizan frecuentemente sin un período de enfriamiento,
produciéndose de este modo altas temperaturas de servicio. Una
desventaja adicional de los separadores de agua es que pueden
propagarse moho u otros contaminantes en los separadores y ello
conducir al ensuciamiento de las válvulas con su posterior
funcionamiento defectuoso.
Como resulta evidente por las limitaciones de la
técnica anterior, existe una necesidad no satisfecha de impedir la
propagación interior de llama entre las celdas de batería a través
de los sistemas de rellenado de agua desde un solo punto. La
presente invención aborda esta necesidad insatisfecha.
Según un aspecto de la presente invención, se
proporciona una válvula de rellenado tal como se indica en la
reivindicación 1.
Un diseño de este tipo resulta ventajoso debido
a que impide la propagación interior de las llamas entre las celdas
de batería a través del sistema de rellenado de agua de la batería
en condiciones secas.
A continuación se describirá una forma de
realización de la invención, haciendo referencia a la siguiente
descripción detallada con respecto a los dibujos adjuntos, en los
que:
La figura 1 es una vista en perspectiva de una
forma de realización de la válvula de rellenado de la presente
invención.
La figura 2 es una vista explosionada que
muestra los componentes individuales de la válvula de rellenado de
la figura 1.
La figura 3 muestra una vista en sección
transversal simplificada de una válvula de rellenado útil en la
práctica de la presente invención.
La figura 4 muestra una vista en sección
transversal detallada de la válvula de rellenado de la figura 1.
Las válvulas de rellenado en sistemas de
rellenado de agua de batería desde un solo punto que utilizan un
supresor de llama interior poroso en el recorrido del agua evitan la
propagación interior de llamas entre las celdas de batería por la
red de tuberías. La utilización de dichos supresores de llama en las
válvulas de rellenado de sistemas SPW es ventajosa debido a que
evita la propagación interior de la llama sin requerir la
hidratación frecuente. La utilización de dichos supresores de llama
también elimina la posibilidad de que surja un funcionamiento
defectuoso de la válvula a partir de los contaminantes que se
encuentran en los separadores de agua. El supresor de llama
interior de la presente invención presenta las mismas propiedades de
supresión de llama que los supresores de llama exteriores y los
supresores de llama en los tapones de ventilación de las baterías
de la técnica anterior. Sin embargo, se creía que este tipo de
supresor de llama sería demasiado restrictivo en la circulación de
agua que debe utilizarse en el recorrido de circulación de agua, y
que los pequeños poros se obstruirían con residuos arrastrados por
el agua. Por el contrario, los supresores de llama interiores de la
presente invención no obstaculizan sustancialmente la circulación
de
agua.
agua.
Volviendo a continuación a la figura 1, en la
misma se muestra una válvula de rellenado 10 adecuada para su
utilización en la presente invención. La válvula de rellenado 10
contiene un recorrido de circulación de fluido interior desde el
orificio de entrada hasta el orificio de salida de la válvula. Los
fluidos entran en la válvula de rellenado en el extremo proximal
por el conectador de entrada de agua 11 y salen en las celdas de la
batería en el extremo distal. El extremo distal comprende unos
orificios de ventilación 13 de gas de las celdas 13 para recibir
los gases que son desplazados cuando se introduce la válvula en las
celdas. Estos gases entran en la válvula de rellanado por los
orificios y salen por los orificios de salida 12 de gas de las
celdas. En la figura 2 se muestran los componentes individuales de
la válvula de rellanado 10, que comprenden un supresor de llama
interior poroso 14 que está dispuesto en el interior del recorrido
de circulación de fluido. También se muestra en la figura 2 que la
válvula de rellenado de la presente invención puede comprender
además un supresor de llama exterior 16 para evitar la propagación
de llama exterior.
Volviendo a continuación a la figura 3, en la
misma se muestra una vista en sección transversal de una válvula de
rellenado 10 característica. Asimismo se muestra que el supresor de
llama interior 14 esta dispuesto preferentemente entre un conector
de entrada de agua 11 y un orificio de entrada 20. También se
muestra que el supresor de llama exterior 16 está dispuesto
preferentemente en la tapa de válvula 18 y retenido en su lugar por
la cubierta 15 y el deflector 17. Una disposición de este tipo
asegura que los gases desplazados que entren en los orificios de
ventilación 13 de gas de las celdas se expongan al supresor de llama
exterior antes de que salgan de la válvula por los orificios de
salida 12 de gas de las celdas.
El supresor de llama 14 es preferentemente un
disco poroso con una pluralidad de poros. Preferentemente, los
poros son de 90 a 120 micrones (90-120 \mum) de
diámetro, y más preferentemente de aproximadamente 120 micrones
(120 \mum) de diámetro. El espesor del supresor de llama 14 es
preferentemente menor de 1 pulgada (25,4 mm) y, más preferentemente
aproximadamente 1/8 pulgadas (3,175 mm) de espesor. Es conveniente
que los poros comprendan aproximadamente entre el 30% y el 40% del
volumen del supresor de llama interior 14. En la presente invención
también pueden utilizarse supresores de llama interiores con tamaños
de poro, volúmenes porosos y espesores fuera de los intervalos
preferidos, siempre que no bloqueen sustancialmente la circulación
de agua. Asimismo, pueden ser adecuados supresores de llama con
otras formas distintas de los discos (por ejemplo, cubos, bolas o
cilindros) para su utilización en la presente invención.
En una forma de realización, el supresor de
llama interior 14 puede estar compuesto por uno o más materiales
cerámicos, tales como cerámica con gran proporción de alúmina. En
otra forma de realización, el supresor de llama interior 14 puede
estar comprendido por un polímero termoplástico, tal como cloruro de
polivinilo, nilón, fluorocarburo, polietileno, poliuretano, resina
celulósica, y resina acrílica.
Un ejemplo de un supresor de llama interior que
es adecuado para su utilización en la presente invención es el
X-5666, un supresor de llama de polipropileno poroso
de Pores Technologies Corporation. Dicho supresor de llama es un
disco con un diámetro de 3/8 pulgadas (9,53 mm), un espesor de 1/8
pulgadas (3,175 mm), un tamaño de poro de aproximadamente 120
micrones (120 \mum), y un volumen poroso de aproximadamente el 30%
al 40%. Se utilizó la Prueba de Sistemas de Ventilación Retardante
de Llama para Baterías, SAE JI495 para demostrar que el
X-5666 en las válvulas de rellenado de un sistema de
rellenado de agua de batería desde un solo punto inhibía la
propagación de la llama entre las celdas en las baterías de
plomo-ácido. Otras pruebas han indicado que el supresor de llama
interior no muestra ningún signo de degradación o erosión después de
un periodo equivalente a cinco años de vida útil en una circulación
de alta presión.
Las pruebas también han demostrado que el
supresor de llama X-5666 no mostró ningún signo de
limitación de la circulación. El agua suministrada en las pruebas
fue agua corriente, con un depurador en línea que presenta un
filtro de malla 80, que es característico de los suministros de agua
industriales utilizados con sistemas de rellenado de agua desde un
solo punto. La limitación de circulación debida a este supresor de
llama se encontró que es equivalente a la de un orificio de
diámetro 1/16, que es aproximadamente el tamaño del orificio de
entrada de la válvula de rellenado 20 representado en la figura 3.
Además, la zona en sección transversal acumulativa de los poros en
el supresor de llama inte-
rior se estimó que es aproximadamente 10 veces mayor que la zona en sección transversal del orificio de entrada 20.
rior se estimó que es aproximadamente 10 veces mayor que la zona en sección transversal del orificio de entrada 20.
En la figura 4 se muestra una vista en sección
transversal más detallada de la válvula de rellenado 10. En ella se
muestra que los fluidos entran en las válvulas de rellenado a través
del conector de entrada 11. Los fluidos circulan a continuación por
el supresor de llama interior 14 y el orificio de entrada 20 hacia
el depósito 21, que sirve como un separador de agua interior. Una
vez llenado, los fluidos del depósito 21 circulan hacia la cámara
22. La válvula de rellenado representada en la figura 4 está en una
posición cerrada tal como sucede cuando las celdas de la batería
están llenas de fluido. Un flotador 26 está directamente acoplado a
un vástago 27 de un conjunto de soporte de válvula. Cuando el nivel
de fluido es bajo, el flotador se apoya en su posición de
reposición, que abre tanto la válvula superior 28 como la válvula
inferior 29. En esta orientación, el agua puede circular desde la
cámara 22 a los orificios de válvula superior e inferior 23 y 30. El
agua circula a continuación hacia las celdas de la batería a través
de las aberturas 24. El orificio de válvula superior 23 también
proporciona otra abertura 25 que permite que el agua circule hacia
las celdas. Cuando el nivel de electrolito se eleva lo suficiente
para levantar el flotador 26, las válvulas superior e inferior son
presionadas contra sus respectivos asientos, 31 y 32, por la presión
de la línea de alimentación, bloqueando además la circulación hacia
la celda. Se describe un conjunto de este tipo con mayor detalle en
la patente US nº 6.227.229 que se incorpora en esta solicitud como
referencia.
Aunque únicamente se muestra un supresor de
llama interior desde un solo punto en las figuras 2 a 4, también
puede utilizarse una pluralidad de supresores de llama en otra forma
de realización de la presente invención, siempre que los supresores
de llama no impidan sustancialmente la circulación de agua.
Las válvulas de rellenado de la presente
invención también pueden utilizarse con distintos sistemas SPW. En
una forma de realización, el sistema SPW puede comprender una
pluralidad de válvulas de rellenado 10 con conectores de entrada de
agua 11, una única fuente de agua, y una red de tubos que suministra
agua a las válvulas de rellenado por medio de los conectores de
entrada. En las patentes US nº 5.832.946, nº 5.284.176, nº 5.482.794
y nº 5.453.334 se describen con detalle ejemplos de dichos sistemas
SPW y variaciones de los mismos. Las exposiciones de estas patentes
se incorporan en el presente documento como referencia.
También pueden utilizarse sistemas de rellenado
de agua batería desde un solo punto con unas disposiciones de
colectores rígidos con las válvulas de rellenado de la presente
invención. Dichos sistemas SPW comprenden varios colectores
rígidos, alojando cada uno de ellos una pluralidad de válvulas de
rellenado. Cada colector también contiene un tubo de alimentación
de agua longitudinal que dispone las válvulas de rellenado que aloja
en comunicación fluida entre sí. Además, una red de tubos dispone
los colectores en comunicación fluida entre sí y con un tubo de
alimentación de agua. En las patentes US nº 6.782.913, US nº
6.644.338 y solicitud de patente US nº 2004/0161661 se exponen
sistemas SPW con dichas disposiciones de colectores rígidos. Estas
exposiciones también se incorporan en esta solicitud como
referencia.
La batería utilizada con los sistemas SPW de la
presente invención puede ser cualquier batería de celdas húmedas,
preferentemente una batería de plomo-ácido de celdas húmedas, y más
preferentemente una batería de plomo-ácido de ciclo profundo
utilizada en instalaciones de carga rápida. Aunque las válvulas de
rellenado de la presente invención se utilizan preferentemente con
sistemas SPW para rellenar con agua celdas de batería, también
pueden utilizarse para alimentar celdas con otros fluidos, tales
como electrolitos.
Resultará evidente que existen numerosas formas
de realización de la presente invención que, aunque no se han
descrito de manera explícita anteriormente, están claramente
comprendidas en el interior de alcance de la invención. Se pretende
que la descripción anterior por lo tanto sea únicamente sólo a
título de ejemplo y el alcance de la invención debe determinarse
únicamente mediante las reivindicaciones adjuntas.
Claims (8)
1. Válvula de rellenado para su utilización en
sistemas de rellenado de agua de batería desde un único punto para
alimentar celdas de batería con un líquido, que comprende:
una estructura de válvula que determina un
recorrido interior de circulación de líquido (11, 20 a 25) desde un
conector de entrada de líquido (11) de la válvula a un orificio de
salida de la válvula,
un recorrido de ventilación de gas (12, 13)
exterior con respecto al recorrido de circulación de líquido, y
un supresor de llama poroso (14),
caracterizada porque:
el supresor de llama poroso (14) está dispuesto
en el interior de dicho recorrido de líquido para impedir la
propagación interior de la llama entre las celdas de la batería.
2. Válvula según la reivindicación 1, en la que
el supresor de llama (14) está realizado en un material seleccionado
de entre el grupo constituido por cloruro de polivinilo, nilón,
fluorocarburo, polietileno, poliolefina, poliuretano, poliestireno,
polipropileno, resina celulósica, y resina acrílica.
3. Válvula según la reivindicación 1, en la que
el supresor de llama (14) comprende un material cerámico.
4. Válvula según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, en la que el supresor de llama interior (14)
presenta un tamaño de poro de aproximadamente 120 micrones (120
\mum).
5. Válvula según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, en la que el supresor de llama interior (14)
presenta un espesor de aproximadamente 118 pulgadas (3,175 mm).
6. Válvula según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, que comprende además un supresor de llama
exterior (16) en el recorrido de ventilación del gas.
7. Válvula según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, que comprende además un separador de agua
interior (21).
8. Válvula según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, que comprende además un dispositivo de
control (26) para que la válvula de rellenado se cierre en un nivel
de fluido predeterminado.
Applications Claiming Priority (2)
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