JPS63501827A - 電気化学的バツテリへの水供給弁 - Google Patents

電気化学的バツテリへの水供給弁

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 電気化学的バッテリへの水供給弁 ゛技術分野 本発明は胴部と胴部に連結される入口連結部と出口連結部とを′備える電気化学 的バッテリに抜水を供給する水供給弁に関する。この種の水供給弁は、バッテリ の各セルに対して設けられ、抜水な所定の最大レベルまで供給するレベル制御装 置と連係され、各レベル制御装置は水を供給し且各セルのガス空間のガスを“抽 出する管と連結され、この管の一端部は水−供給制御のため本発明の水供給弁に 連結され、他端部は立上シ管を大気と連通されるよう構成される機構の一部とし て使背景技術 電気化学的バッテリに抜水を供給する各種の多くの構成が既に一周知である。こ れら構成の共通の特徴は、−各セルに対し抜水を所定の最大レベルまで供給可能 な水供給装置が具備されていることにある。これらの水供給装置は水貯蔵タン° りに対し直列若しくは並列に付設される。
これらの機構相互は゛主に、抜水なレベル制御装置へ供給する構成が異なってい る。この周知の水供給構成においては、設計の自由度若しくは低コストの要件に 関する問題点を解決することが困難であることが判明しているが、この点はさ程 重要ではないように思われる。′実際上好適な水供給機構にあっては下記のよう な構成のバッテリに適用可能に設ける必要がある。即ち、 本バッテリの各セルがステップ状(階段状)フレームのような異なる平面上、− 垂直方向において上下関係の棚上、若しくは排水路に向って傾斜された床のよう な傾斜面上に群毎に配置され得るとと 本バッテリが鉄道車両内若し−くはディ;ゼルエンジン車両内のような遮閉され たまたは容易に゛接近できない位置に取シ付は得るとと 本バッテリの各セルの囲繞体が材料゛、構造延いては圧力感度について相当の変 化があるか゛ら、加わる正若し−くは負の圧力を小さくせしめ;゛これKより容 器の容積を変え”ずに、゛破断の危惧を抑止すること。この結果、共通の入口供 給管を介し連結された一連のレベル制御装置は、−管路が長手になると圧力が降 下し勝ちとなシ水供給に°要する時間が長くなシ勝ちになり、これを短か(する こと。
本バッテリはセル数が数個のものから数百側のものへと各種あり、バッテリが大 形の場合、−漏れ電流防止上の見地からバッテリのセルを好適な数の°群に−分 けで別個の管路を介し抜水を供給可能にすること。
英国特許第11’4’2633号には、各セルに設けられたレベル制御装置の出 口部のレベルよシ下位に水貯蔵タンクを配置した水供給機構が開示される。、− この場合、°液水は水貯蔵タンク′からポンプを介し直接レベル制御装置、ある いは高位置レベル”に配置されたタンクを介し重力を利用して間接的に各レベル 制御装置へ、−更にセルへ供給されるように構成される。−余剰の抜水は重力に よシ下位置レベルに配置された貯蔵タンクへ戻される。この構成では主電源が必 要となシ、多くのセルを含むバッテリに対しては独立した多くの水供給路が必゛ 要となって不適当であった。
同様の構成が英国特許第20416’29号に開示されているが、水貯蔵タンク から抜水がタンクに付設されたポンプを′介しレベル制御装置内に吸入される点 において上記構成と実質的に異なっている。
この構成は英国特許第114’2633号の構成と同一の欠点を有している。− また負圧が生じ、°セルを損傷する危惧がある。
水貯蔵タンクとセル間に直列かつ高所に水補給容器を一装置し、水補給容器お− よびセルの各液レベルを実質的に同一にすると有害な負圧の影響を避けることが できるごとはスエーデン居特許第79105’26−8号から理解されよう。こ の構成はバッテリ液の中央貯蔵部を一利用しておシ、抜水はこの中央貯蔵部から ポンープを介しセル上に配置された上記液補給容器へ送られる。抜水は液補給容 器からレベル制御装置を介し各セルへ吸入され、−余剰の抜水は液貯蔵タンクへ 戻される。この複雑な構成では相対的に少ないセル数のバッテリが同一平面上に 配置されることになシ、バッテリに対し一抜水を供給する場合のみに適する。
ドイツ特許第2303244号には比較的簡潔な構成が示され、この場合レベル 制御装置に連係する各セルには、各セルの電解液レベル°より上位に配設された 水貯蔵タンクから重力により抜水が供給される。このように当該ドイツ特許は° 構成が簡単であるにもかかわらず、本構成は多くのセルからなるバツテリに適用 する場合嵩が増大し、監視が困難となり保守が煩雑になって実際上この種のバッ テリに適用できない問題があった。
以上述べた先行技術は特定の用途にしか適さず、°上述した要件に伴ない水補給 構成に課せられる条件な°満足させる設計上の裕度に欠けている。この条件とは 動作上の諸要件の軽減゛バッテリの取付の迅速化を図ることにより保守費を低減 し゛且構成、取付にかかる費用を削減し、高い動作信頼性を維持することにある 。
発明の開示 本発明によれば上述の問題点は、胴部に液密に配設さ肚たダイヤフラムが入ロオ リフ゛イスと同心に胴部の内側に配置された壁部に対しバネ−により押圧され、 壁部とダイヤフラムとによシ胴部内の空間がダイヤフラムに向う方向において断 面が円状の内部チャンバが区画され、内部チャシバはオリフ′イスを介し出口部 と一連結さt、ダイーヤフラムの中央部には入口部の開口部を自在に出入するス ピン下ル゛が具備され、入口部の一オリフーイス内に環状のスロットが形成され 、スピン−ドルはオリフ゛イスの外側において円錐状に拡大された円錐部を有し 、円錐部の断面積は入口部のオリフィスからの距離の増加に比例して増大され、 ダイヤフラムの変位力がバネ゛力よp大になったとき人ロオリフーイスが閉鎖さ れるよう構成されることを特徴とする水供給弁により、解決される。
上述したように、この水供給弁はバッテリの各セルへ所定の最大レベルまで澄水 を追加供給可能なレベル制御装置を°包有した電気化学的バツテリヘ−の水補給 機構の一部として使用可能であり、各レベル制御装置は水供給用お−よ′び各セ ルのガス空間のガス抽出用の共通の管路に連結され、管路の一端部が水供給調整 用のため本発明による水供給弁に連結され、他端部が立゛上シ管を介し大気に連 通される。この種の構成においては、水供給弁はレベル制御装置に゛近接して配 置される必要がある。
また本発明の一実施例によれば、水貯蔵タンクは弁開放圧が水〜ラド圧より゛低 くなるよう水供給弁より充分に上位に配置される。
且またポンプには一遠心ポンプを用いることが好ましく、このポンプを介し水貯 蔵タンクから弁開放圧よシ高い圧力で澄水が水供給弁へ送られる。
更に立上り管から爆発抑制弁内にガスが放出されるように設けることが好ましい 。
一方各セルは同一の一平面上にまたは階段状のフレームのような異なる平面上に 配設され得る。
一本発明の−の実施例は特に〜多数のセ゛ルからなるバッテリに対し適用して好 適であシ、この場合各セルは群毎にレベル制御装置を介し水供給調整用セルのガ ス空間のガス抜き用の管路に対し直列に接続され、管路の一端部は水供給調整用 の水供給弁に近接して連結され、他端部は立上−り管と一連結される。
各セル群は水供給路と連結され、また各群は1゛ないし30個のセルから構され ることが好ましい。且また各水供給弁が水貯蔵タンクに対し並列関係で配設され ることが望ましい。
本明細書で用いる用語「澄水」とはバッテリに必要な他の任意の液体をも意味す ることは理解されよう。
図面の簡単な説明 一第1°図は本発明による水供給弁の一実施例の断面図、第2図は異なる3位置 A、B、Cで同水供給−弁の動作モ二ドを説明する図、第3図〜第6図は本発明 による水供給弁を含む異なる水供給機°構を示した簡略図、第7図は電気化学的 バッテリのセルのレベル制御装置に連結された状態の本発明に−よ゛る水゛供給 弁の縦断面図である。
発明を実施するための最良の形態 図中の参照番号10は澄水な電気化学的バッテリへ補給する際用いる本発明の゛ 水供給弁である。゛水供給°弁10には、断面が円形の月同部12と;弁座とし て機能する、胴部12に向って開口された円形の入口オリフィス16を有する入 口連結部14と一胴部12゛に向って開口された出口オリフィス−20を有する 出口連結部18とが包′有される。
胴部12に対してカバー22がネジ23を介し固設されておシ、これと共てダイ ヤフラム24が胴部12に対し密封状態を保って一連結される。またカバー22 には大気と゛連通する開口部25°が具備される。−カバー22にバネ26が支 承さtておシ、このバネ26゛によって胴部12の内側に入ロオリブイス16と 同心に配設された壁部28°に対しダイヤフラム24が押圧され、ま゛た壁部2 8により胴部12−内の空間が内一部チャンバ30と外部チャンバ゛32とに区 画され、内部チャンバ30の断面はダイヤフラムに向う方向において円状をなし 、外部チャンバ32の断面はダイヤフラムに向う方向において環状をなしている 。−ダイヤフラム24の中央部には入ロオリフーイス16′内において自在に変 位し得るズビン゛ドル゛34が一形成“されておシ、当該スピン下ル34により 入ロオリブイ゛ス゛16内に環形のスロットが区画される。°入ロオリブイス1 6内のスピンドル34は入口オリフィス16°の外側に位置する円錐部36を有 し、−円錐部36はその断面積が弁座と゛し−ての入ロオジフ”イス16から離 間するに従い増大されるように設けられ、円錐部36−を介在させて入口−オリ フ゛イス16のスロ°ット面積を一変化−させることかで“きる。一方バネ−2 6の°バーネカよりダイーヤフラム24の変位力が犬になるとき円錐部36゛に よシ入ロオリフーイスー16は閉鎖され得る。ダイヤフラム24はゴム例えばE PDMゴムで作られ、スピン゛ドル34および円錐部36と共に′好適に一体に 成形され得る。一方ダイヤフラム24およびスピン゛ドル34は別個の部材とし °て構成した上、好適な方法で連結することも可能である。゛またダイヤフラム 24は環形の外部チャソバ32−に相応する環形の部分に相当の弾性を持たせる 必要があるg゛且バネ26はステンレススチール製のものを用いることが好まし く、一方胴部12およびカバー22はプロピレゾの°ようなプラスチック材で射 出成形によ゛シ作成することが好ましい。
−上述のように構成された水供給弁lOは3つの異なる機能を有してお一部、こ の機能は単一の可動部材によって得ら°れる。
第1に本水供給弁10には独特の開放圧が持たせられる。即ち入口管内の液圧は 、°弁が開放され液体を通過させる前に所定のレベルを越えるように構成される 。第2に一度この条件が満足されたとき、液体は弁を通過し弁自体はその通過液 の°流量を一定のレベルに維持するように働く。第3に逆圧が出口管内に生じる とき、流量が減少されミ弁が所定の逆圧で完全に閉鎖するように働く。
これらの機能は電気化学的パラブリに対し下記のような状態に好適に制御して水 液な追加する必要がある一場合(・て重要な特徴となる。°即ち、 *各セルへの水供給量を調整し、水補給中所定の早さで連続的に行い、更に補給 レベルが所定のしきい値(これ以上になると各セルのガス空間が同時に連通され ることが困難若しくは阻止される)を越えることが防がれる。
*各セルへの水供給圧は、°弁に作用する水圧によ°シ影響を受けず、且各セル 内に有害な過圧が生じないよう調整される。
本主に各セルからのガスの弁内の通過を防止するため各セルへの水供給に必”要 な弁の開放圧が最小にされる。
*弁における液流は所定の゛逆圧で停止される。
本水供給弁lOの機能が第゛2図の位置A、、 B 、’Cとして示される。第 2図には機能を明示するため参照番号を省略して示しである。゛位置Aでは一ダ イヤフラム24が壁部28に当接される。入口連結部14は内部チャシバ30に 向って開口されているが、出口連結部18は外部チャンバ32を含めて閉鎖され る。−この状態は内部チャンバ30内のダイヤフラム面に加わる入口圧がバネ力 によって平衡がとられる最小値よシ小さい間中持続される。
入口圧が上記平衡最小値を越えると、バネ26のバネ力よりダイヤフラム24の 変位力が大となりダイヤフラム24により外部チャンバ32が開放され、従って 人口連結部14が出口連結部18と連通される。この水供給弁の状態が位置Bで ある。この場合導入水の水圧がダイヤフラム24に対するバネ26の力より犬と なっており、導入水は外部チャンバ32に導入され、−ダイヤフラム24の内、 外部チャンバ30゜32と対向する面全体が導入水の水圧を受ける。次にバネ2 6は相対的に犬なる抗力を受けるこ゛とになシ、ダイヤフラムと内、外部チャン バ30.32との間隙が拡大して安定に水液が流通されるようになる。とのよう にして水供給弁10内に所定量の水液が確実に流通される。
第2図に示される位置Bでは水供給弁10を流れる流量は、出口側にかかる逆圧 が比”較的低く且一定であるときは連続的且一定になる。一方この流量は、゛逆 圧が上昇するに゛応じ減少し、逆圧が所定値に達したとき、完全に零となるうこ の流量が零状態を第2図の位置Cで示しである。この場合バネ26の力よシダイ ヤフラム24の変位力の方が大きいので、スピン下ル34の円錐部36°が弁座 としての円形のオリツーイス16に対し液密に当接される。
バネ26の位置決めによシ、ダイヤフラム24の動きおよび入ロオリフーイス1 6の開閉が調整され、従って水供給弁10の動作圧即ち外部チャンバ32に対す る弁最小開放圧および入口部の円形のオリフィス16の閉鎖圧力が決まる。所望 の一流量を得るには円形のオリフィス16とスピン下ルの円錐部36との間に区 画され°るスロットの面積および出口オリフィス20の面積を好適に設定すれば よい。゛熱論、゛カバー22にバネ調整装置を設けることによシ、゛−バネ26 の調整を実行可能にし得る。
゛淡水が連続的に一流量される場合、ダイヤフラム24によシ入口オリフーイス 16のスロットの増減な交互に°繰シ返す、即ちダイヤフラム24が第2−図の 位置B、C間を交互に変位するのでζ所定の動作圧が維持され、これによシ出ロ オリフーイス20を通る流量が所定値に保たれる“。−水供給°弁10を流れる 流量は、−供給側の圧力が水供給弁10の最小開放圧よシ高ければこの゛供給側 正方の変動によ°シ左右されることはない。
全体として水供給弁lOによシ流量が=一定値に調整され得る。
°氷水供給弁10に上記の機能を持たせることによシ、特に電気化学的バッチ− yに水を補給する構成の水供給調整装置に採用して好適であ′る。この適用構成 の例が第5図〜第6図に示される。同図に示す水供給調整装置にはバッチ゛す4 2の各セル40に所定の最大レベル44まで水を供給可能なレベル制御装置38 −が包有され−るJ各しベル制御装置38は水供給用お−よ−び谷セル40のガ ス空間のガス抽出用の管路46と連通されている。゛本発明による水供給弁10 はレベル制御装置3Bに近接して管路46の一端部48と連結される。−管路4 6の他端部50は大気と連通ずる立上り一管52°と連結される。
第3図に示される一実施例の場合、水供給弁1oは管路56を介し水供給弁よシ 充分高位置に配置される水貯蔵タンク58と連通され、水供給弁10の開放圧が 水ヘッド圧−よシ小さくなるように設けられる。°また立上”り管52から爆発 抑制弁5′4−内にガスが放出されるように設けられることが好ましい。
水貯蔵タンク58はまたセル40群より゛低位置に配置可能であシ、この場合に はポンプ−60′(好ましくは遠心式ポンプ)によってタンクの水が管路56を 介し水供給弁10へ送られるこ−どが好ましい(第4図参照)。またセル群40 は必要に応じ第3図〜第5図に示すように同一平面上に若しくは第6図に示すよ °うにステップ状フレーム62の異なる平面上に配置され得る。
一次に第7図に沿ってレベル制御装置38の機能を説明する。
第7図には本発明によ−るダイヤフラムを用いた水供給弁10とレベル制御装置 38°との連係状態が示されておシ、水供給弁10は例えば第3図に示すパツテ ーリ42の第1グルー゛プのセル40群のレベル制御装置38に近接して管路4 6の一端部48を介しレベル制御装置38に連結される。
明細書の冒頭で述べたように各種レベル制御装置が提供されておシ、レベル制御 装置の選択自体は本発明による水供給構成の機能にとつ°てさ程重要ではない。
第7図に示すレベル制御装置38は水導入部および水散−出部に対し夫々ホース 66、−68を介し連結され、水は水貯蔵タンク58から管路56ζ水供給弁1 0. 管路48−およびホース66を経てセル40群へ案内され、更にホース6 8および管路46を経て次のセル40群へ”送られる。
レベル制御装置38は下部およ−び上部水トラツプTo;72を有する。レベル 制御装置38゛内の水流は太線の矢印で示す流路を通り、コラム74を経てセル 群40の電解液空間へ案内され、同時にバッテリ内の空気とガスは流路7゛6か ら細い線の矢印で示す流路を経て排出される。−セル40群への“水供給は電解 液レベルが所定の最大レベル“44に達したときに終了し、この場合コラム74 の下部開口部はセル中の電解液によシ閉鎖され、水供給弁10によシ決定される 王カレペルに等しい水トラツプ70の圧力がコラム−74内に与えられる。
水供給弁10から送出される水量は数個のセル40、即ち全セル数の’/4−− ≠のみが同一の水供給弁lOから直列に給水されるよ−う調整されることが好ま しい。水流動方向におい−て第1のセル40は後続のセル40群より当初相対的 に多量の水が給水されるので、最先に給水が完了され、後続のセル40群はこれ より遅れて順次給水が完了されることになる。
即ち第1のセルの給水が完了するとJ直後のセルへの給水が後続のセルより多量 となってこのセルの給水が完了され、このようにして−直列に配列されたセル群 の最後のセルまでの給水が遂行される。−次に減水は更に管路50を経て立上り 管52へ送られ、水供給弁lOに必要な逆圧に相当する高さまで立上シ管52内 にお°ける一水位が高くなる。
−上記のような方法によシ流量を調整することによって、各セルからの空気若し くはガスを一案内し放出するに充分な空間が与え゛られ、この点は各セル4−0 の所望給水レベルを確実に得たい場合に一重要な事項となる。また水供給弁10 は第7図から理解されるよ゛うに、直列に゛接続されるレベル制御装置38の内 の第1のものに対し近接し豆量−のレベルで連結さするから、水供給弁10の動 作条件を調整するこ−となく、有効に利用され得る。このため水貯蔵タンク58 の位置に喫係なく水供給構成の水供給弁10によシ流量お゛よ゛び圧力の条件が 確実に所望値に維持され得、且゛バッテリのセルに生じるガスが常に立上り管5 2および立上シ゛弁を有する爆発抑制弁5−4を介しパッチ゛す設置場所から確 実に案内され放出さする。
゛また水供給弁10により低位置に水貯蔵タンク58が配置され、水供給弁10 が閉鎖されるとき、水貯蔵タンク58から延びる水管56から水が失くなること が防止される(第4図参照)。管路56−内にエアロゾクが生成されたとき水供 給弁10を開放する際管路46内に導入されレベル制御装置38の機能が攪乱さ れるおそれがあるが、本発明による水供給弁10によればレベル制御装置38の 機能の攪乱が避けら本発明の池の実施例によれば;セル40は各群64毎に管路 46およびレベル制御装置38を介し直列に連結され、この場合管路46の一端 部48が水供給調整弁10に連結され、他端部50が立−ビシ−管52に連結さ れるう一本実施例の簡略図が第5図および第6図に示さ゛れる。
本実施例は特に、ノぐツテリの一セル数が多く且給水速度を確実に所望のレベル にしたい場合に有効に適用され得る。また各直列接続される一゛運のセルの数は 通常約30個以下にする必要があるが、一連のセル数はセルの大きさ、給水速度 およびセルの相対位装置等によシ決定される。このため上下位置関係にある複゛ 数の平面上に゛配置される各セルの機能の信頼性を°高めるには、−各セルに対 し個々に弁が必要となる。このため一群のセル数を1〜約30−個に設定するこ とが好ましい。
各水供給弁10は好まし−くは水供給管56に対し1列関係に豆本供給管56° を介し水貯蔵タンク58に連結される。
電気化学的バッテリに水を補給する本発明の構成は極めて設計自由度に富み且安 価であり、バッテリの゛セルの寸法、数または相対位置に関係な−<、更に主電 源が入−手し゛うるか否かに関係なく水補給を必要とするーす−ベての電源に対 し適用し′うる。本構成にはガス放出制御装置若しく゛は液密装置が包有される うまた本構成はバッテリが固定および可動の両分野のいずれに−も良好に適用さ れる。
Fig、 2 Fig、 5 Fig、 6 Fig、 7 国際調査邦失

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.胴部(12)と胴部と連結され入口オリフイス(16)を有する入口連結部 (14)と出口連結部(18)とを備え、胴部(12)内に液密に配設されたダ イヤフラム(24)が入口オリフィス(16)と同心に胴部内に配置された壁部 (28)に対しバネ(26)により押圧され、壁部(28)とダイヤフラムとに より胴部内の空間がダイヤフラムに向う方向において断面が円状の内部チヤソバ (30)とダイヤフラムに向う方向において断面が環状の外部チヤソバ(32) とに区画され、外部チヤソバがオリフイス(20)を介し出口連結部(18)と 連通され、ダィヤフラムの中央部には入口オリフイス(16)を自在に出入する スビンドル(34)が具備され、入口オリフイスにはスビンドルにより環形スロ ットが区画され、スビンドルは入口オリフィスの外側において円錐部(36)岡 を有レ、円錐部の断面積が入口オリフィス(16)からの距離が増加するに比例 して増大され、バネ(26)のバネ力よりダイヤフラム(24)の押圧力が大の とき円錐部を介し入口オリフィズが閉鎖されてなることを特徴とする電気化学的 バッテリに液水を補給する水供給弁。 2.バッテリ(42)の各セル(40)に対し所定の最大レベル(44)まで水 を補給するレベル制御装置(38)が設けられ、各レベル制御装置(38)は水 供給用および各セルのガス空間のガス抽出用の管路(46)に連結され、管路の 一端部(48)が水供給制御用の水供給弁(10)と連結され、他端部(50) がガス抽出のため立上り管(52)を介し大気と連通され、水供給弁(10)が レベル制御装置(38)と近接して配置されてなることを特徴とする、電気化学 的バッテリに水を補給する機構内に含まれる特許請求の範囲第1項記載の水供給 弁。 3.水貯蔵タンク(58)が水供給弁(10)より高い位置に配設され、水供給 弁の動作圧が水ヘッド圧より小であることを特徴とする特許請求の範囲第2項記 載の水供給弁。 4.遠心式ポンプ(60)を介し水貯蔵タンク(58)から水供給弁(10)へ 液水が水供給弁の動作圧より大きい圧力で流動されるように設けられてなること を特徴とする特許請求の範囲第2項記載の水供給弁。 5.立上り管(52)から爆発抑制弁(54)内へセルガスが放出されるように 設けられてなることを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の水供給弁。 6.セル(40)が単一の同一平面上に配設されてなることを特徴とする特許請 求の範囲第2項記載の水供給弁。 7.セル(40)がステツプ状のフレーム(62)のような異なる平面上に配設 されてなることを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の水供給弁。 8.セル(40)が群(64)毎に水供給用且各セルのガス抽出用の管路(46 )に対しレベル制御装置(38)を介し直列に連結され、各管路の一端部(48 )に水供給制御用の水供給弁(10)が、他端部(50)に立上り管(52)が 夫々連結されてなることを特徴とする特許請求の範囲第2項記載の水供給弁。 9.各管路(46)に連結される一群のセル(64)の数が1〜30個であるこ とを特徴とする特許請求の範囲第8項記載の水供給弁。 10.水供給弁(10)が水貯蔵タンク(58)に対し並列に連結されてなるこ とを特徴とする特許請求の範囲第8項記載の水供給弁。
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