JP4971561B2 - Electrolyte injection method and apparatus - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池に電解液を注入する方法及び装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ニッケル・水素電池やリチウムイオン電池や鉛蓄電池など、正極板と負極板をセパレータを介して積層して成る極板群と電解液を電槽に収容されている電池において、電解液を電槽に注入する際には、極板群、特にそのセパレータの全体に電解液を十分に含浸させる必要があるが、極板群は積層構造であるため、電槽内に単純に電解液を注入しても、電解液を所望の生産性が得られる速度で全体に均等に含浸させることはできない。
【0003】
そこで従来から、例えば特開平9−283114号公報や、特開平11−339770号公報などに開示されているように、電槽内に電解液を注入する注液工程と、所定の真空圧となるように減圧して電解液を含浸させ、その後大気に戻すことにより電解液を加圧してさらに含浸させる脱気工程とを適宜に組み合わせた注入方法が提案されている。
【0004】
特開平9−283114号公報では、容器内に電解液を供給する工程と容器内を減圧雰囲気にして容器内に含有する気体を吸引除去する脱気工程と電解液を加圧して吸収させる加圧工程とを備えた注入方法が開示されている。
【0005】
特開平11−339770号公報では、注液工程の後、減圧下で電解液を含浸させる工程を複数回繰り返すとともに、後の減圧処理工程の真空圧力を高くする方法が開示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の注入方法によって電解液の注入を生産性良く行うためには、注液及び脱気を速やかに行えるように電槽の開口を大きくし、また所定の真空圧力に達するまでの減圧時間を短縮して脱気工程の時間を短縮するのが効果的である。しかしながら、電槽の開口を大きくしかつ減圧時間を短縮すると、脱気工程時に極板群内に含有していた空気が勢い良く吹き上げ、その気流によって先に注入されていた電解液が周囲に飛び散ってしまう恐れがある。
【0007】
電解液が飛び散ると、電池性能に大きく影響するために厳しく管理すべき電解液量にばらつきを生じてしまうという問題があり、また電解液が電槽の開口に付着し、その開口を溶着等によって封止する際に悪影響を与え、信頼性の高い密閉が困難になるという問題がある。
【0008】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、極板群が収容された電槽に対して電解液を生産性良くかつ他に弊害を生じることなく注入することができる電解液注入方法及び装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の電解液注入方法は、正極板と負極板をセパレータを介して積層もしくは巻回して成る極板群が収容されている電槽内に電解液を注入する際に、電解液を電槽に注入する注液工程と、電槽を脱気ボックス内に配置して脱気した後大気開放する脱気工程とを有する電解液注入方法において、脱気工程で、電槽の開口の上方に隙間をあけて液吸収手段を配置して脱気ボックスを上下二室に分けた状態で液吸収手段より上方の上部脱気室から脱気を行い、液吸収手段より下方の下部脱気室から大気を導入するものである。
【0010】
こうすると、電槽の開口を大きくかつ脱気工程で所定の真空圧に達するまでの減圧時間を短縮して生産性の向上を図った場合に、極板群内に含有していた空気が吹き上げ、その気流によって電解液が飛散しようとしても、電槽の開口近傍で液吸収手段に吸収される。また、大気開放時には下部脱気室から大気が導入されるため、液吸収手段に付着していた電解液が落下して電槽の開口に付着せず、その開口を溶着等によって封止する際に悪影響を与えず、信頼性の高い密閉が実現することができる。かくして、電解液を生産性良くかつ他に弊害を生じることなく注入することができる。
【0011】
また、注液工程を、脱気工程を間に挟んで第1注液工程と第2注液工程に分け、第1注液工程では極板群の上端より上方に液面が位置するように最終注入量よりも少ない所定量を注入し、第2注液工程で最終注入量に対する残量を注入すると、1回目の注入時に極板群が完全に液没するように電解液を注入することにより極板群に均一に電解液を含浸させることができる。
【0012】
また、脱気工程を、第1と第2の注液工程間の第1脱気工程と、第2注液工程後の第2脱気工程と、その後の第3脱気工程に分け、第1、第2、第3の脱気工程の順に順次脱気時の真空圧を高くし、かつ第3の脱気工程は複数回繰り返すと、各注入工程後の脱気工程において真空圧を順次高くすることで極板群内のエアを効率的にかつ確実に電解液と置換でき、さらにその後に複数回更に高い真空圧の減圧と加圧を繰り返すことにより、極板群全体に均一に電解液を含浸させることができる。
【0013】
また、本発明の電解液注入装置は、正極板と負極板をセパレータを介して積層もしくは巻回して成る極板群が収容されている電槽に電解液を注入する注液手段と、電槽を密閉状態で内部に配置可能に構成されかつ減圧手段と大気開放手段とを有する脱気ボックスとを備えた電解液注入装置において、脱気ボックスに、内部に配置された電槽の開口上方に所定の隙間をあけて対向位置するように電解液を吸収する液吸収手段を配設して脱気ボックスを上部脱気室と下部脱気室に分け、上部脱気室に減圧手段が接続され、下部脱気室に大気開放手段が接続されたものであり、上記注入方法を実施してその効果を奏することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電解液注入方法及び装置の一実施形態について、図1〜図4を参照して説明する。
【0015】
図1において、1は角形密閉式電池の角形電槽であり、図3に示すように、複数(図示例では6個)の直方体状の電槽2がその短側壁を共用して連接して構成され、各電槽2内には多数枚の正極板と多数枚の負極板とを交互に配置すると共に、正極板と負極板の間にセパレータを介装した状態で積層してなる極板群3が収容されている。各電槽2内の極板群3は角形電槽1内で順次直列接続されるとともに、その両端が角形電槽1の両端に配設された正極と負極の接続端子4に接続されている。この角形電槽1が複数(図示例では12個)設置台5上に並列配置された状態で各工程間を移動する。
【0016】
6は第1注液工程で電解液を注入する注液手段で、図1(a)及び図3に示すように、各角形電槽1の各電槽2に対応して注液ノズル6aを備えている。7は第2注液工程で電解液を注入する注液手段で、図1(c)に示すように、各角形電槽1の各電槽2に対応して注液ノズル7aを備えている。
【0017】
8は第1の脱気工程で角形電槽1を配置した密閉空間を形成してその内部の減圧と大気導入を行うための脱気ボックスで、並列配置された角形電槽1を上方から覆うとともに、その下端面と設置台5の上面との間でシール材9にて密閉するように構成されている。この脱気ボックス8には、内部に配置された角形電槽1の各電槽2の上面開口上方に所定の隙間dをあけて対向位置するように液吸収マット10が配設された状態で上部脱気室19と下部脱気室20に分けられている。この液吸収マット10より上方の上部脱気室19に、図4に示すように、真空ポンプ11に接続された排気口12と開閉弁13が配設され、液吸収マット10より下方の下部脱気室20に大気導入口14と開閉弁15が配設されている。排気口12や大気導入口14は適当に分散させて複数配設されており、これによって脱気ボックス8内の各電槽2に減圧による真空圧が均等に作用し、また大気導入によって均等に加圧されるように構成されている。
【0018】
また、液吸収マット10は不織布等にて構成され、液吸収能力が低下すると交換できるように交換自在に支持ネット等に取付けられている。この液吸収マット10と電槽2の上面開口との隙間dは、液飛散を防止するという観点からはできるだけ小さくするのが好ましいが、大気導入時に各電槽2に速やかにかつ均等に大気圧を作用させるのに必要な程度の大きさは必要であり、実際には数mm〜10mm、好適には4〜6mm程度が好ましい。
【0019】
16、17は第2脱気工程と第3脱気工程における脱気ボックスで、第1脱気工程の脱気ボックス8と同様の構成である。
【0020】
次に、以上の構成において、角形電槽1の各電槽2に所定量の電解液を注入する工程を、図1及び図2を参照して説明する。まず、ステップ#1の第1注液工程で、図1(a)及び図3に示すように、注液手段6にて各電槽2内に電解液18を定量注入する。この第1注液工程における注入量は、図3に示すように各電槽2内の極板群3の上端が完全に液没するだけの液量に設定され、これによって極板群3に均一に電解液を含浸させることができる。注入量の具体数値としては、最終注入量の約70%程度である。
【0021】
次に、ステップ#2の第1脱気工程で、図1(b)及び図4に示すように、脱気ボックス8にて角形電槽1を収容する密閉空間を形成した後、真空ポンプ11を作動させ、上部脱気室19に設けられた排気口12に連結した開閉弁13を開いて脱気ボックス8内を53kPa程度の真空圧まで減圧した後、真空ポンプ11を停止して開閉弁13を閉じ、40秒程度その真空圧力に保持し、その後下部脱気室20に設けられた大気導入口14に連結した開閉弁15を開いて大気導入口14から大気圧力を導入する。これによって、極板群3内に含有されていたエアと注入された電解液18が置換され、極板群3に電解液18が含浸される。
【0022】
この工程で、脱気ボックス8内の真空圧力を急激に高くした場合でも、液吸収マット10の上側に設けられた排気口12から脱気されるため、脱気ボックス16内の位置によらず、各電槽2において比較的均一に脱気が進行する。このため、極板群3からエアが勢い良く吹き出し、それに伴って電解液18が撥ね飛ばされて電槽2の上面開口から飛び出すことが抑えられる。例え少量飛散したとしても、その電解液18は液吸収マット10に吸収されるので、電解液18が周囲に飛散することはない。また、大気圧の導入は液吸収マット10の下側に設けられた大気導入口14から導入されるため、液吸収マット10に吸収されていた電解液が下方に移動して電槽2の開口に付着することがない。
【0023】
次に、ステップ#3の第2注液工程で、図1(c)に示すように、注液手段7にて各電槽2内に所定注入量に対して残りの量の電解液18を定量注入する。注入量の具体数値としては、最終注入量の約30%程度である。
【0024】
次に、ステップ#4の第2脱気工程で、図1(d)に示すように、第一脱気工程時と同じように脱気ボックス16にて角形電槽1を収容する密閉空間を形成した後、真空ポンプ11を作動させ、開閉弁13を開いて脱気ボックス16内を第1脱気工程より高い真空圧力の88kPa程度の真空圧まで減圧した後、真空ポンプ11を停止して開閉弁13を閉じ、60秒程度その真空圧に保持し、その後開閉弁15を開いて大気導入口14から大気圧力を導入する。これによって、極板群3内に残っていたエアと注入された電解液18が置換され、極板群3に電解液18が含浸される。
【0025】
更に、ステップ#5の第3脱気工程で、図1(e)に示すように、第一脱気工程時と同じように脱気ボックス17にて角形電槽1を収容する密閉空間を形成した後、真空ポンプ11を作動させ、開閉弁13を開いて脱気ボックス16内をさらに高い真空圧力の96kPa程度の真空圧まで減圧した後、真空ポンプ11を停止して開閉弁13を閉じ、20秒程度その真空圧に保持し、その後開閉弁15を開いて大気導入口14から大気圧力を導入するという動作を3回繰り返す。これによって、極板群3内に残っていたエアが完全に排除されて極板群3の全体に均一に電解液18が含浸される。
【0026】
本実施形態によれば、電解液注入を2回に分けているので効率的に注入できるとともに、1回目の注入時に極板群3が完全に液没するように電解液を注入しているので、極板群3に均一に電解液を含浸させることができる。
【0027】
また、第1、第2、第3の脱気工程の順に順次脱気時の真空圧を高くし、かつ第3の脱気工程は複数回繰り返しているので、各注入工程後の脱気工程において真空圧を順次高くすることで極板群3内のエアを効率的にかつ確実に電解液18と置換でき、さらにその後に複数回更に高い真空圧の減圧と加圧を繰り返すことにより、極板群3の全体に均一に電解液を含浸させることができる。
【0028】
また、本実施形態では、複数の電槽2を有する角形電槽1を複数並列配置した状態で、各電槽2に対する電解液の注入を一度に行うことができるので、高い生産性を確保することができる。なお、本発明を適用できる電槽はこのような形態に限定されるものではなく、任意の形態の電槽に対する電解液注入に適用することができる。
【0029】
なお、上記実施形態では、多数枚の正極板と多数枚の負極板とを交互に配置するとともに、正極板と負極板の間にセパレータを介装した状態で積層して極板群を構成した例を示したが、帯状の正極板と帯状の負極板と帯状のセパレータとが巻回されることによって極板群を構成してもよい。
【0030】
【発明の効果】
本発明の電解液注入方法及び装置によれば、以上のように脱気工程で、電槽の開口の上方に隙間をあけて液吸収手段を配置した状態で液吸収手段より上方側から脱気を行い、液吸収手段より下方側から大気を導入するようにしたので、電槽の開口を大きくかつ脱気工程で所定の真空圧力に達するまでの減圧時間を短縮して、その結果極板群内に含有していた空気が勢い良く吹き上げ、その気流によって電解液が飛散しようとしても、電槽の開口近傍で液吸収手段に吸収されるので、電解液が電槽の開口に付着せず、その開口を溶着等によって封止する際に悪影響を与えないため、信頼性の高い密閉が実現することができ、したがって電解液注入を生産性良くかつ他に弊害を生じることなく行うことができる。
【0031】
また、注液工程を、脱気工程を間に挟んで第1注液工程と第2注液工程に分け、第1注液工程では極板群の上端より上方に液面が位置するように最終注入量よりも少ない所定量を注入し、第2注液工程で最終注入量に対する残量を注入すると、電解液注入を2回に分けることで効率的に注入できるとともに、1回目の注入時に極板群が完全に液没するように電解液を注入することにより極板群に均一に電解液を含浸させることができる。
【0032】
また、脱気工程を、第1と第2の注液工程間の第1脱気工程と、第2注液工程後の第2脱気工程と、その後の第3脱気工程に分け、第1、第2、第3の脱気工程の順に順次脱気時の真空圧を高くし、かつ第3の脱気工程は複数回繰り返すと、各注入工程後の脱気工程において真空圧を順次高くすることで極板群内のエアを効率的にかつ確実に電解液と置換でき、さらにその後に複数回更に高い真空圧の減圧と加圧を繰り返すことにより、極板群全体に均一に電解液を含浸させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の電解液注入方法における各工程の説明図である。
【図2】同実施形態の電解液注入方法のフローチャートである。
【図3】同実施形態における電解液の注液工程を示す縦断面図である。
【図4】同実施形態における脱気工程を示す縦断面図である。
【符号の説明】
1 角形電槽
2 電槽
3 極板群
6 注液手段
7 注液手段
8 脱気ボックス
10 液吸収マット(液吸収手段)
11 真空ポンプ
12 排気口
14 大気導入口
16 脱気ボックス
17 脱気ボックス
18 電解液
19 上部脱気室
20 下部脱気室[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and apparatus for injecting an electrolyte into a battery.
[0002]
[Prior art]
In a battery in which an electrode plate group and an electrolyte solution are formed by stacking a positive electrode plate and a negative electrode plate via a separator, such as a nickel-hydrogen battery, a lithium ion battery, or a lead storage battery, the electrolyte solution is used as the battery case. When injecting, it is necessary to fully impregnate the entire electrode plate group, particularly its separator, with the electrolyte solution. However, since the electrode plate group has a laminated structure, the electrolyte solution is simply injected into the battery case. However, the electrolytic solution cannot be uniformly impregnated as a whole at a speed at which desired productivity can be obtained.
[0003]
Therefore, conventionally, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-283114 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-339770, an injection process for injecting an electrolytic solution into a battery case and a predetermined vacuum pressure are achieved. Thus, an injection method has been proposed in which the pressure is reduced and impregnated with the electrolytic solution, and then the deaeration step in which the electrolytic solution is pressurized and further impregnated by returning to the atmosphere is appropriately combined.
[0004]
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-283114, a step of supplying an electrolytic solution into a container, a degassing step of sucking and removing the gas contained in the container by making the inside of the container a reduced pressure atmosphere, and pressurizing to absorb and absorb the electrolytic solution An injection method comprising the steps is disclosed.
[0005]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-339770 discloses a method in which a step of impregnating an electrolytic solution under reduced pressure is repeated a plurality of times after a liquid injection step, and a vacuum pressure is increased in a subsequent pressure reduction treatment step.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in order to perform the injection of the electrolytic solution with the above-described conventional injection method with high productivity, the opening of the battery case is enlarged so that the injection and deaeration can be performed quickly, and the pressure is reduced until the predetermined vacuum pressure is reached. It is effective to shorten the time of the deaeration process by shortening the time. However, if the opening of the battery case is enlarged and the decompression time is shortened, the air contained in the electrode plate group blows up vigorously during the deaeration process, and the electrolyte previously injected is scattered around by the air flow. There is a risk that.
[0007]
If the electrolyte scatters, there is a problem that the amount of electrolyte to be strictly controlled varies greatly because it greatly affects the battery performance, and the electrolyte adheres to the opening of the battery case, and the opening is welded. When sealing, there is a problem that a bad influence is given and it is difficult to perform highly reliable sealing.
[0008]
In view of the above-mentioned conventional problems, the present invention provides an electrolytic solution injection method and apparatus capable of injecting an electrolytic solution with good productivity and without causing other harmful effects into a battery case in which an electrode plate group is accommodated. The purpose is to provide.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The method for injecting an electrolyte according to the present invention is performed by injecting an electrolyte into a battery case in which an electrode plate group formed by laminating or winding a positive electrode plate and a negative electrode plate via a separator is accommodated. In an electrolyte injection method having a liquid injection process for injecting into a battery and a deaeration process for disposing the battery case in a deaeration box and releasing the air, the deaeration process is performed above the opening of the battery case. The liquid absorbing means is arranged with a gap and the deaeration box is divided into two upper and lower chambers, and then degassing is performed from the upper deaeration chamber above the liquid absorbing means, and from the lower degassing chamber below the liquid absorbing means. It introduces the atmosphere.
[0010]
In this way, the air contained in the electrode plate group is blown up when the opening of the battery case is enlarged and the pressure reduction time until the predetermined vacuum pressure is reached in the deaeration process is shortened to improve productivity. Even if the electrolyte is scattered by the airflow, it is absorbed by the liquid absorbing means in the vicinity of the opening of the battery case. In addition, since the atmosphere is introduced from the lower deaeration chamber when the atmosphere is released, the electrolytic solution adhering to the liquid absorbing means falls and does not adhere to the opening of the battery case, and the opening is sealed by welding or the like. A highly reliable sealing can be realized without adversely affecting the operation. Thus, the electrolytic solution can be injected with high productivity and without causing any other harmful effects.
[0011]
Also, the liquid injection process is divided into a first liquid injection process and a second liquid injection process with a deaeration process in between, so that the liquid surface is positioned above the upper end of the electrode plate group in the first liquid injection process. injecting a predetermined amount less than the final injection amount, when injecting the remaining amount to the final injection amount in the second liquid pouring step, the electrode plate group is injecting an electrolyte solution so as to completely submerged liquid upon the first infusion Thus, the electrode group can be uniformly impregnated with the electrolytic solution.
[0012]
The degassing step is divided into a first degassing step between the first and second liquid injection steps, a second degassing step after the second liquid injection step, and a third degassing step thereafter. If the vacuum pressure at the time of deaeration is sequentially increased in the order of the first, second, and third deaeration steps, and the third deaeration step is repeated a plurality of times, the vacuum pressures are sequentially increased in the deaeration step after each injection step. The air in the electrode plate group can be efficiently and reliably replaced with the electrolyte by increasing the value, and then the vacuum plate is repeatedly reduced and pressurized several times to perform uniform electrolysis on the entire electrode plate group. The liquid can be impregnated.
[0013]
Further, the electrolytic solution injection device of the present invention includes a liquid injection means for injecting an electrolytic solution into a battery case in which an electrode plate group formed by laminating or winding a positive electrode plate and a negative electrode plate with a separator interposed therebetween, and a battery case In an electrolytic solution injection apparatus comprising a deaeration box having a decompression means and an atmosphere release means, the electrolyte solution injection apparatus having a depressurization means and an air release means inside the sealing tank, and above the opening of the battery case disposed inside A liquid absorbing means for absorbing the electrolyte is arranged so as to be opposed to each other with a predetermined gap, and the deaeration box is divided into an upper deaeration chamber and a lower deaeration chamber, and a decompression means is connected to the upper deaeration chamber. An atmosphere release means is connected to the lower deaeration chamber , and the above injection method can be implemented to achieve the effect.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of an electrolytic solution injection method and apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0015]
In FIG. 1,
[0016]
[0017]
[0018]
Moreover, the
[0019]
[0020]
Next, a process of injecting a predetermined amount of electrolyte into each
[0021]
Next, in the first degassing step of
[0022]
In this step, even if the vacuum pressure in the
[0023]
Next, in the second pouring step of
[0024]
Next, in the second degassing step of
[0025]
Further, in the third degassing step of
[0026]
According to this embodiment, since the electrolyte injection is divided into two times, the injection can be efficiently performed, and the electrolyte is injected so that the
[0027]
Moreover, since the vacuum pressure at the time of deaeration is sequentially increased in the order of the first, second, and third deaeration steps and the third deaeration step is repeated a plurality of times, the deaeration step after each injection step In this case, the air in the
[0028]
Moreover, in this embodiment, since the injection | pouring of the electrolyte solution with respect to each
[0029]
In the embodiment described above, an example in which a large number of positive electrode plates and a large number of negative electrode plates are alternately arranged and laminated with a separator interposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate to constitute an electrode plate group. As shown, the electrode plate group may be configured by winding a belt-like positive electrode plate, a belt-like negative electrode plate, and a belt-like separator.
[0030]
【Effect of the invention】
According to the electrolytic solution injection method and apparatus of the present invention, in the deaeration process as described above, deaeration is performed from above the liquid absorption unit in a state where the liquid absorption unit is disposed with a gap above the opening of the battery case. Since the atmosphere is introduced from the lower side than the liquid absorbing means, the opening of the battery case is enlarged and the depressurization time until the predetermined vacuum pressure is reached in the deaeration process is shortened. As a result, the electrode plate group Even if the air contained in the air blows up vigorously and the electrolyte solution is scattered by the air flow, it is absorbed by the liquid absorbing means near the opening of the battery case, so the electrolyte solution does not adhere to the opening of the battery case, Since the opening is not adversely affected when the opening is sealed by welding or the like, a highly reliable sealing can be realized, and therefore the electrolyte can be injected with high productivity and without causing any other adverse effects.
[0031]
Also, the liquid injection process is divided into a first liquid injection process and a second liquid injection process with a deaeration process in between, so that the liquid surface is positioned above the upper end of the electrode plate group in the first liquid injection process. By injecting a predetermined amount smaller than the final injection amount and injecting the remaining amount with respect to the final injection amount in the second injection step, it is possible to efficiently inject by dividing the electrolyte injection into two times, and at the time of the first injection By injecting the electrolytic solution so that the electrode plate group is completely submerged, the electrode plate group can be uniformly impregnated with the electrolyte solution.
[0032]
The degassing step is divided into a first degassing step between the first and second liquid injection steps, a second degassing step after the second liquid injection step, and a third degassing step thereafter. If the vacuum pressure at the time of deaeration is sequentially increased in the order of the first, second, and third deaeration steps, and the third deaeration step is repeated a plurality of times, the vacuum pressures are sequentially increased in the deaeration step after each injection step. The air in the electrode plate group can be efficiently and reliably replaced with the electrolyte by increasing the value, and then the vacuum plate is repeatedly reduced and pressurized several times to perform uniform electrolysis on the entire electrode plate group. The liquid can be impregnated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of each step in an electrolytic solution injection method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart of an electrolytic solution injection method according to the embodiment.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a step of injecting an electrolytic solution in the same embodiment.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a deaeration process in the same embodiment.
[Explanation of symbols]
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