JPH11501146A - 漏洩防止型の弁で調整される保全不要の鉛酸蓄電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 弁で調整される保全不要の鉛酸蓄電池（１０）は、電解液吸収材料（５０）を含む室（２０ａ．ｂ，ｃ）により実質的に包囲されたプレート区画室（１８ａ，ｂ，ｃ）を有する。蓄電池の圧力安全弁（３３）を通じて漏出する電解液の液滴（４０）は、放出されたガスがかなりの圧力降下を伴うことなくガス抜き口（４７）を通じて漏出する間に、室内の吸収材料に沿って流れかつ吸収材料により吸収されるように導かれる。これらの室は、また、プレート区画室を衝撃から保護しかつ他の状態でプレート区画室から漏洩するかもしれない電解液を吸収する。

Description

【発明の詳細な説明】 漏洩防止型の弁で調整される保全不要の鉛酸蓄電池発明の分野 本発明は弁で調整される保全不要の型式の鉛−酸蓄電池に関し、かつさらに特 定すると、このような蓄電池の圧力調整弁を通じての電解液の漏洩を阻止するた めの装置に関する。背景 鉛−酸蓄電池は、鉛製の陽極板と、酸化鉛製の陰極板と、硫酸と蒸留水の溶液 である電解液とを有する。極板（ｐｌａｔｅｓ）および極板の間の極板分離材料 （ｐｌａｔｅ ｓｅｐａｒａｔｏｒ ｍａｔｅｒｉａｌ）は、プレート区画室（ ｐｌａｔｅ ｃｏｍｐａｒｔｍｅｎｔ）内のプレートパック内に配置されている 。充電の間に、かつ特にもしも過充電が起きれば、電解液の含有水分のある量が その成分水素および酸素ガスに加水分解される。弁で調整される保全不要の型式 の蓄電池は、加水分解されたガスが蓄電池のケースの内部で内部の圧力の下で再 結合されて水を再生するように構成されており、従って、通常、水がなくなるこ とがない。水がなくならないので、これらの蓄電池は、「保全不要で」ある。 それにもかかわらず、ある状況では、電解液が弁で調整される保全不要の蓄電 池すらからも漏出する。蓄電池が充電されつつある間に、かつ特にもしも蓄電池 が過充電されつつある状態であれば、内部にガスの発生が起こり、電池が内部で 水素と酸素とを再結合させて水を再生する速度よりも極めて早い速度で起きるこ とがあり得る。このような状態下では、内部のガス圧力が増大するので、ガスを ケースから排出しなければならない。圧力安全弁が蓄電池内にその区画室内の内 部圧力を調整しかつ圧力が過大になることを阻止するために、しばしば、各々の プレート区画室に１つづつ組み込まれている。圧力安全弁は、通常、閉ざされか つ所定の最高値を超えるときに圧力を排出するために開くように設定されている 。ガス抜きがなされるときに、弁を通じて放出されたガスがガスと共に硫酸電解 液の連行した液滴を搬送することができ、その結果、電解液がガスと共に放出さ れ る。蓄電池からの硫酸電解液の漏出は極めて望ましくなく、硫酸電解液は蓄電池 との電気結線を迅速に腐食させまたは隣接した電気回路を侵蝕させる。 圧力調整弁を通じての電解液の漏洩の問題は、例えば、蓄電池が横向きになる かまたは転倒している場合のように蓄電池が直立した姿勢に向けられていない用 途に使用される場合に最も起こり易い。これは、例えば、蓄電池が携帯用照明器 具または出口用照明器具または緊急照明器具用の予備電源として使用される場合 に起きる。緊急照明器具は、しばしば、部屋の壁または天井に取り付けられ、こ のような位置では、蓄電池が直立位置から９０％傾けられまたは転倒することす らある。緊急照明用蓄電池は、通常、ガスを排出することなく、照明器具を完全 な充電状態（ｆｕｌｌ ｃｈａｒｇｅ）に維持するために十分な僅かな充電、す なわち、細流充電のみが与えられる浮動状態または待機または予備状態にある。 しかしながら、もしも外部電源が停電すれば、蓄電池は長期間の間、電力を供給 しなければならないかもしれずかつ深刻に放電することになるかもしれない。も しも深刻に放電していれば、蓄電池が高電流で再充電され、解離した水分子から の内部ガス圧力が迅速に上昇する傾向があり、従って、圧力安全弁が開くかもし れない。もしも蓄電池が横向きになり、そして特に転倒した位置にあれば、弁は 、おそらくは、電解液により遮蔽されることになろう。弁を通じてガスが放出す ると、ガスと共に電解液が排出され、それにより上記に述べた問題が発生する。 英国特許第７９１１３９号およびバウム氏に発行された米国特許第２３３１４ ５０号の明細書に示されているように、電解液を除去するために、弁で調整され る保全を必要とする蓄電池から排出されたガスおよび電解液を濾過することが知 られている。これらのフィルタは、電解液と反応して無害の塩類を形成する炭酸 ナトリウムのような電解液を中和させる化合物を担持していると共に、ガスをガ ス抜き口を通じて漏出させることが可能である。しかしながら、中和により発生 した塩類がフィルタを詰まらせかつ最終的にはガスの放出を妨げる傾向があり、 従って、定期的なクリーニングが必要である。弁で調整される蓄電池においては 、同時に塩類を形成することなく、またはその他の方法でガスの放出を制限する ことなく、かつ蓄電池内での内部圧力を有意にまたは望ましくない程度に増大さ せることなく、放出されガスからの電解液の液滴を分離する装置を提供すること が 望ましい。発明の簡単な説明 本発明によれば、蓄電池内に連行したガスおよび任意の電解液を圧力安全弁を 通じて電解液を吸収しかつ保持するが、放出されたガスを漏出させることが可能 である多孔性のガス透過性の電解液吸収材料を含む近接した室の中に排出される 弁で調整される保全不要の蓄電池が提供される。電解液は吸収されかつ電解液と して保持され、すなわち、電解液は中和されない。電解液は、ガスを吸収材料を 含む室への入口と該室からのガス抜き口との間に配置された吸収媒体の表面に沿 って通過させることにより部分的に吸収される。吸収媒体の容積は、それぞれの プレート室（ｐｌａｔｅ ｃｈａｍｂｅｒ）内に存在するすべての電解液を吸収 するために十分であることが最も好ましい。各々の室が電解液の全量の数分の１ のみを吸収しなければならないように各々のプレート区画室用の別個の電解液吸 収室が設けられることが好ましい。 電解液吸収室は、それぞれのプレート区画室の側部を外側から包囲しまたは覆 うために配置されていることが好ましい。従って、もしもプレート区画室に亀裂 がはいると、電解液が吸収材料を含む周囲の室のうちの一つの室の中に漏出する 傾向があり、かつ蓄電池の外側に漏れ出ることなく、その状態に保持される。ケ ースの全体の量を可能な最小限度に確立するために、電解液吸収室が横断面にお いて三角形であり、吸収室の長辺がプレート区画室の側壁部により形成されるこ とが好ましい。従って、プレート区画室の側壁部がケースの外側壁部に平行であ るよりもむしろ角度を形成している。電解液室はプレート区画室の隅部および側 壁部を衝撃または亀裂による損傷から保護しかつ絶縁している。図面の説明 第１図は本発明の好ましい一つの形態を具体化した蓄電池の斜視図であり、 第２図は蓄電池の頂部および内側カバーを示す第１図の蓄電池の分解部分斜視 図であり、 第３図は第２図と類似した図であり、しかも蓄電池の内側カバーおよび下側ハ ウジングを示す図であり、 第４図は第２図を４−４線に沿って裁った横断面図であり、かつ 第５図は第１図を５−５線に沿って裁った横断面図である。詳細な説明 図面に示した本発明の好ましい実施例においては、全体を符号１０で示した弁 で調整される鉛−酸蓄電池が下側ハウジング１２と、内側カバー１４と、頂部ま たは頂部カバー１６とを備えているケースの内部に収容されている。下側ハウジ ング１２は、水平横断面においてほぼ長方形である１つまたはそれ以上の並行し たプレート区画室８を含む。図示した好ましい実施例においては、３つのプレー ト区画室１８ａ，１８および１８ｃと、３つの対応した電解液吸収室２０ａ，２ ０ｂおよび２０ｃとがそれぞれ設けられ、各々の室２０は異なるプレート区画室 １８（第５図）から排出されたガスを受け入れる。室２０は、プレート区画室の グループの側壁部の殆ど全体を囲むようにハウジング１２の側のプレート区画室 のグループの外側にかつそのまわりに配置されることが好ましい。室２０は、そ れらの短辺の間に丸い隅部を有する水平横断面（第５図）において見たときにほ ぼ長方形でありかつ最も長い辺がプレート区画室の垂直（側）壁部と隣接して配 置されることが好ましい。対称の目的のために、もしも３つのプレート区画室が 配置されていれば、第４の室、すなわち、ダミーの室２１を設けることができ、 それによりプレート区画室の各々の側に一つづつ、ほぼ正方形の断面を有するハ ウジングの各々の側面に室２０または２１が設けられることが好ましい。横断面 において見たときに、プレート区画室は、それらのまわりの電解液吸収室２０お よび２１により画成されている実質的により大きい正方形の内部に角が形成され る正方形を形成している。電解液保持室２０は、プレート区画室（第４図参照） の全体の高さと実質的に同じ高さに延在することができるが、該電解液保持室は プレート区画室の側壁部に直角をなす方向に極めて薄い寸法を有する。 各々のプレート区画室１８内には、隔離板２７により隔離された１つまたはそ れ以上の陽極板２３および陰極板２５を備えているプレートパック１９が配置さ れている。プレートパック１９の性質は、慣用の構造とすることができ、かつそ れ自体が知られている。各々のプレート区画室内の陽極板２３のすべては、一緒 に電気的に接続されかつ外部の陽極柱（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｐｏｓｔ）と電気的 に接続され、同様に、陰極板は外部の陰極柱と電気的に接続されている。各々の プレート区画室は水中に溶解した硫酸を含む電解液２８を保持している。蓄電池 の動作サイクルの少なくとも再充電部分の間に、各々のプレート区画室の内部に 吸収されていないまたは遊離電解液（ｆｒｅｅ ｌｉｑｕｉｄ ｅｌｅｃｔｒｏ ｌｉｔe）２８が存在している。 下側ハウジング１２は、内側カバー１４により閉ざされかつシールされている 。内側カバー１４は、第３図および第４図から理解できるように、その下面に、 それぞれの区画室１８および室２０および２１を画成する隔室の上縁に相当しか つ上縁を受け入れる垂下したみぞを有するフランジまたはリブ３０が形成されて いる。内側カバー１４のリブ３０は、電解液が一つの区画室１８から内側の隔室 の端縁を越えて隣接した区画室の中に漏洩することができないようにエポキシ樹 脂または超音波シールによりハウジング１４の隔室にシールされている。 第２図および第４図から理解されるように、内側カバー１４には、それぞれの プレート区画室１８ａ，１８ｂおよび１８ｃ用の圧力安全弁３３が取り付けられ ている。各々の弁３３は、下方に開いて内側カバー１４を通じてその下方のそれ ぞれのプレート区画室までの短い直立した管３５の形態の本体を有しかつ管３５ の上端部にぴったりと適合する逆U字形の弾性弁部材３７を担持している。弁部 材３７は、反応しない（ｎｏｎ−ｒｅａｃｔｉｖｅ）弾性材料で製造されかつ通 常その下方の区画室１８内に圧力を包含するために管３５を閉ざしている。弁部 材３７は、その上方の頂部カバー１６から突出するボス（突起部）により管３５ を下方に（閉鎖位置まで）偏位させている。第２図から理解できるように、ボス ３９は弁部材３７の上面の一部分のみを押すように「＋」の形状に構成すること ができる。プレート室内の弁部材３７の下方のガス圧力が所定値を超える（約０ .１７５kg／cm²（ ２．５ポンド／平方インチ）であることが好ましい）ときに 、ガス圧力が弁部材３７をボス３９のアームの間の領域内で上方に持ち上げ、ガ スが管３５の頂部を横切りかつ弁部材スカートと管３５の外側面との間を下方に 漏出する。たとえ、このように形成された弁の開口部が極めて小さくても、ガス の外方への突進により、矢印４０で示すように、連行した電解液の液滴をガスと 共に弁を通じて運び出すことができることが観察される。 頂部１６は、その下面に、リブ４２を有し、リブ４２は、内側カバー１４の上 面の隔室の頂縁に形成されたみぞ４４に嵌合しかつ該みぞをシールし、それによ り各々の弁３３をその他の弁３３から絶縁しかつ弁区画室４５を形成する。リブ ４２は、蓄電池が組み立てられた後に、好ましくは、熱溶接またはエポキシ樹脂 によりみぞ４４に対してシールされている。 内側カバー１４を貫通した入口開口部４６がそのそれぞれの弁区画室４５内の 各々の圧力安全弁３３と近接して配置されている。入口開口部４６は、弁区画室 ４５からそれぞれの電解液吸収室２０ａ，２０ｂおよび２０ｃの中に連絡する。 ガス抜き口４７（第１図および第４図）が外側壁部に、好ましくは、各々の電解 液吸収室２０の丸く形成された隅部に設けられている。 第３図から明らかであるように、電解液吸収室２０ａ，２０ｂおよび２０ｃが 、垂直方向に細長く、しかもケースの垂直中心軸線に向かって狭い寸法を有する ことが好ましい。各々の室２０は、硫酸電解液を高度に吸収する多孔性のガス透 過性材料５０を含む。この目的のための好ましい一つの材料は、概略で１３０gm ／m²またはそれよりも大きい範囲内の単位表面積当たりの重量を有するシートの 形態の硼珪酸塩マイクロファイバガラス繊維マット分離材料である。この材料は その室内に充填されまたは詰め込まれる必要はなく、かつ入口開口部４６とガス 抜き口４７との間の室の内容積を緊密にかつ完全に充填する必要はない。入口か らガス抜き口までの吸収材料の表面に流れ空間があってもよいし、かつフィルタ としてのマットを通じての流路があってもよい。 漏出するガスが必ずしも電解液を吸収するためにガスを吸収材料を通じて長手 方向に通すことにより濾過する必要がないことに留意することが重要である。す なわち、ガスを吸収材料を通じて長手方向にまたは横方向に流す必要はない。実 際に、ガスの流れからガスの小滴を吸収する場合のこの材料の効果の大部分は、 シートまたはマットの外面と小滴のガスとの接触がガスの吸収について明らかに 効果的である。ガスが入口からガス抜き口までのマットの表面を通じて流れる距 離は、ガスがマットを通じて横方向に流れなければならない距離の数倍であるこ とが好ましく、例えば、前記距離の少なくとも約５倍である。 この構造体は、しばしば濾過が付随する圧力降下を伴うことなく、かつ濾過材 料を詰まらせかつ濾過材料の効果をなくし、またはこの構造体を通じて電解液が 流れるときに少なくとも望ましくない高い圧力降下をひき起こす化合物を中和す る必要がなく、電解液を吸収するために著しく効果的であることが判明した。 電解液吸収材料の容積は、該電解液吸収材料が役立つプレート区画室からの遊 離電解液の事実上すべての量の少なくとも約３分の１を吸収し、そしてさらに好 ましくは遊離電解液の実質的にすべてを吸収するために十分であることが好まし い。従って、もしも蓄電池１０が転倒位置（ｉｎｖｅｒｔｅｄ ｐｏｓｉｔｉｏ ｎ）を占めている間にガスを放出しかつガスまたは遊離電解液のすべてが弁を通 じて漏出すれば、吸収材料は、ガス中に含まれた小滴のすべて、または電解液自 体を吸収するために容積的に十分に大きくなければならない。 吸収材料はその内部の電解液を無期限に保持している。通常、電解液は、その 室内に排水せず、または電解液を攪拌（“ｐｕｄｄｌｅ”）せず、態勢（ａｔｔ ｉｔｕｄｅ）の如何により、電解液をガス抜き口を通じて漏出させることができ る。 例 各々が当初に３０立方センチメートルの電解液を含む３つのプレート区画室を 有する６ボルト、４アンペア時の蓄電池が図面に示すように配置された３つの電 解液吸収区画室を有する。各々の区画室は、８．４cm（３．３２インチ）（高さ ）×１．６cm（０．６４インチ）（幅）×５．４cm（２．１０インチ）（長さ） の寸法を有する。各々の区画室は、ホリングスオース・アンド・ボース・コーポ レーテッドにより製造された１つまたはそれ以上の“ＢＧ−１６００５ ホボソ ーブ”分離マット材料を含む。各々の室内のマットは、０．２４cm（０．０９５ インチ）（厚さ）×８．１cm（３．２０インチ）（高さ）×３．１cm（１．２４ インチ）（幅）の寸法を有する。マットの容積は、プレート区画室内の実質的に すべての液滴およびすべての吸収されていない電解液を吸収するために十分であ る。このマットは頂部カバーで閉ざされる前に上端部から室の中に滑り入れられ かつ室を充満せず、その内側寸法は８．４cm（３．３２インチ）（高さ）×０． ７１cm（０．２８インチ）（幅）×３．７cm（１．４５インチ）（長さ）である 。 以上に記載した本発明の請求の範囲は次のとおりである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９６年９月１０日 【補正内容】 請求の範囲 １．弁で調整される保全不要の鉛−酸蓄電池において、 ケースと、 該ケース内の少なくとも一つのプレート区画室とを備え、前記プレート区画室 の各々は極板と電解液とを含み、 さらに、前記区画室の各々用の前記ケース内の電解液吸収室を備え、 前記電解液吸収室の各々は大気と連絡するガス抜き口を有し、 さらに、区画室内のガス圧力を放出するために各々の区画室と組み合わされた 圧力調整弁を備え、 前記弁の各々は入口を前記電解液吸収室のそれぞれの一つの室と連絡する下流 側を有し、 前記室の各々はガス透過性の電解液を吸収する不活性材料を含み、前記吸収材 料は前記弁の下流側を通じて放出されたガスが前記ガス抜き口まで通過するとき に前記吸収材料を通じて流れるように前記室の入口と前記ガス抜き口との間に配 置され、前記吸収材料の内部と前記ガスが接触する通路は、前記の放出されるガ ス内に連行された前記電解液の実質的にすべての液滴が前記材料により吸収され かつ前記ガス抜き口外に運び去られないように十分に長い蓄電池。 ２．各々の室内の前記吸収材料の容積がそれぞれのプレート区画室内の電解液 の容積の少なくとも約３分の１を吸収するために十分である請求の範囲第１項に 記載の蓄電池。 ３．前記入口の各々がそれぞれの室の上端部に設けられている請求の範囲第１ 項に記載の蓄電池。 ４．前記ガス抜き口がそれぞれの室の側壁部にその室内の吸収材料の頂部の下 方に形成されている請求の範囲第３項に記載の蓄電池。 ５．前記吸収材料がシートの形態のマットである請求の範囲第１項に記載の蓄 電池。 ６．前記ガス抜き口まで流れるときに前記弁の各々を通じて放出されるガスが 前記マットを通じて流れる距離よりも数倍大きい距離にわたり前記マットの表面 に沿って流れる請求の範囲第５項に記載の蓄電池。 ７．前記マットと前記室の壁部との間に前記入口から前記ガス抜き口までのガ スが流れる空間が設けられている請求の範囲第５項に記載の蓄電池。 ８．前記弁の各々とそれぞれの室、吸収材料および該室と組み合わされたガス 抜き口が弁が開いているときの圧力よりも低い、ガスが前記弁を通じて排出され つつある間にそれぞれの入口とガス抜き口との間に圧力降下を確立するために配 置されかつ必要なサイズを有する請求の範囲第１項に記載の蓄電池。 ９．少なくとも３つのプレート区画室、少なくとも３つの電解液吸収室および 前記室が前記プレート区画室の側部を実質的に包囲している請求の範囲第１項に 記載の蓄電池。 １０．弁で調整される保全不要の鉛−酸蓄電池において、 ケースと、 前記ケース内の少なくとも３つのプレート区画室とを備え、前記区画室の各々 は極板と電解液とを含み、 さらに、前記ケース内の少なくとも３つの電解液吸収室を備え、 前記電解液吸収室の各々は大気と連絡するガス抜き口を有し、 さらに、各々の区画室の内部のガス圧力を放出するために前記区画室の各々と 組み合わされた圧力調整弁を備え、 前記弁の各々は入口を前記室のそれぞれの一つの室と連絡する下流側を有し、 前記室の各々はガス透過性の電解液を吸収する不活性材料を有し、前記吸収材 料は前記弁の下流側を通じて放出されるガスが前記ガス抜き口まで通過するとき に前記吸収材料を通じかつ該吸収材料に沿って流れるように前記室の前記入口と 前記ガス抜き口との間に配置され、 前記室が前記プレート区画室の側部を実質的に外側から包囲し、かつそれによ り前記区画室を衝撃から保護しかつ該区画室から漏洩するかもしれない電解液を 吸収する蓄電池。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．弁で調整される保全不要の鉛−酸蓄電池において、 ケースと、 該ケース内の少なくとも一つのプレート区画室とを備え、前記プレート区画室 の各々は極板と電解液とを含み、 さらに、前記区画室の各々用の前記ケース内の電解液吸収室を備え、 前記電解液吸収室の各々は大気と連絡するガス抜き口を有し、 さらに、所定値を超える区画室内のガス圧力を放出するために各々の区画室と 組み合わされた圧力調整弁を備え、 前記弁の各々は入口を前記電解液吸収室のそれぞれの一つの室と連絡する下流 側を有し、 前記室の各々はガス透過性の電解液を吸収する不活性材料を含み、前記吸収材 料は前記弁の下流側を通じて放出されたガスが前記ガス抜き口まで通過するとき に前記吸収材料を通じて流れるように前記室の入口と前記ガス抜き口との間に配 置され、前記吸収材料の内部と前記ガスが接触する通路は、前記の放出されるガ ス内に連行された前記電解液の実質的にすべての液滴が前記材料により吸収され かつ前記ガス抜き口外に運び去られないように十分に長い蓄電池。 ２．各々の室内の前記吸収材料の容積がそれぞれのプレート区画室内の電解液 の容積の少なくとも約３分の１を吸収するために十分である請求の範囲第１項に 記載の蓄電池。 ３．前記入口の各々がそれぞれの室の上端部に設けられている請求の範囲第１ 項に記載の蓄電池。 ４．前記ガス抜き口がそれぞれの室の側壁部にその室内の吸収材料の頂部の下 方に形成されている請求の範囲第３項に記載の蓄電池。 ５．前記吸収材料がシートの形態のマットである請求の範囲第１項に記載の蓄 電池。 ６．前記ガス抜き口まで流れるときに前記弁の各々を通じて放出されるガスが 前記マットを通じて流れる距離よりも数倍大きい距離にわたり前記マットの表面 に沿って流れる請求の範囲第５項に記載の蓄電池。 ７．前記マットと前記室の壁部との間に前記入口から前記ガス抜き口までのガ スが流れる空間が設けられている請求の範囲第５項に記載の蓄電池。 ８．前記弁の各々とそれぞれの室、吸収材料および該室と組み合わされたガス 抜き口が弁が開いているときの圧力よりも低い、ガスが前記弁を通じて排出され つつある間にそれぞれの入口とガス抜き口との間に圧力降下を確立するために配 置されかつ必要なサイズを有する請求の範囲第１項に記載の蓄電池。 ９．少なくとも３つのプレート区画室、少なくとも３つの電解液吸収室および 前記室が前記プレート区画室の側部を実質的に包囲している請求の範囲第１項に 記載の蓄電池。 １０．弁で調整される保全不要の鉛−酸蓄電池において、 ケースと、 前記ケース内の少なくとも３つのプレート区画室とを備え、前記区画室の各々 は極板と電解液とを含み、 さらに、前記ケース内の少なくとも３つの電解液吸収室を備え、 前記電解液吸収室の各々は大気と連絡するガス抜き口を有し、 さらに、所定値を超える各々の区画室の内部のガス圧力を放出するために前記 区画室の各々と組み合わされた圧力調整弁を備え、 前記弁の各々は入口を前記室のそれぞれの一つの室と連絡する下流側を有し、 前記室の各々はガス透過性の電解液を吸収する不活性材料を有し、前記吸収材 料は前記弁の下流側を通じて放出されるガスが前記ガス抜き口まで通過するとき に前記吸収材料を通じかつ該吸収材料に沿って流れるように前記室の前記入口と 前記ガス抜き口との間に配置され、 前記室が前記プレート区画室の側部を実質的に外側から包囲し、かつそれによ り前記区画室を衝撃から保護しかつ該区画室から漏洩するかもしれない電解液を 吸収する蓄電池。