KR101268294B1

KR101268294B1 - 축전지용 벤트 캡

Info

Publication number: KR101268294B1
Application number: KR1020120133954A
Authority: KR
Inventors: 이창훈; 문국찬; 김철호; 이경민
Original assignee: 주식회사 유니크
Priority date: 2012-11-23
Filing date: 2012-11-23
Publication date: 2013-05-28
Anticipated expiration: 2032-11-23

Abstract

본 발명은 축전지의 내부에서 발생한 가스를 외부로 배출함과 동시에 외기의 유입을 막아 축전지의 내부 압력을 조절하는 축전지용 벤트 캡에 관한 것으로, 그 구성을 살펴보면, 축전지의 벤트 홀에 설치되고 배기공이 형성된 실린더 형상의 바디와, 상기 바디에 결합되고 칸막이가 내부에 마련되며 상기 칸막이에 결합공이 형성된 실린더 형상의 인서트와, 상기 결합공에 장착되고 축전지의 내부 압력에 따라 개방 또는 폐쇄되는 밸브를 포함한다. 이때, 상기 밸브는, 상기 결합공에 장착되는 중공의 몸체와, 상기 몸체의 일단에서 연장된 노즐로 이루어진다. 상기 노즐은 밀착된 튜브 형상을 가지며, 축전지의 내부 압력에 의해 탄성 변형되어 개방되거나 자체 탄성력에 의해 폐쇄된다.

Description

축전지용 벤트 캡{VENT CAP FOR BATTERY}

본 발명은 축전지용 벤트 캡에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 축전지의 내부에서 발생한 가스를 외부로 배출함과 동시에 외기의 유입을 막아 축전지의 내부 압력을 조절하는 축전지용 벤트 캡에 관한 것이다.

납축전지는 납, 산화납으로 이루어진 두 극판과 전해질인 황산 사이의 산화와 환원 반응에 의해 충전 및 방전이 가능한 2차전지이다. 통상의 납축전지는, 번갈아 배치된 복수의 극판(양극판 및 음극판)과, 인접하게 배치된 극판을 격리시키는 격리판을 포함하고, 극판과 격리판 이외의 공간에는 전해액인 황산으로 채워져 있다.

납축전지는 오랜 기간에 걸쳐 발전함에 따라 2차전지로서 요구되는 많은 특성을 만족하는 높은 신뢰도와 안정성을 갖게 되었다. 또한, 체계화된 높은 기술 완성도를 보이며 저렴한 가격으로 다양한 분야에 적용되고 있다.

그럼에도 불구하고, 납축전지는 사용 중 전해액의 물이 분해됨에 따라 전지의 성능을 저하시키기 때문에 주기적으로 물을 보충해줘야 하는 번거로움이 있다. 이러한 단점을 해결하고자 납축전지를 밀폐하려는 연구가 진행되었다.

VRLA(Valve Regulated Lead Acid) 축전지는 상술한 밀폐형 납축전지의 일종이다. VRLA 축전지는, 전해액의 흡수 기능을 갖는 흡수식 유리 매트(Absorbent Glass Mat; AGM)라는 특수 격리판의 적용, 극판의 고압축 적용, 저저항 등의 설계상 차이점을 갖는다. 또한, 과충전시 전해액의 물분해로 발생하는 수소가스와 산소가스를 가스재결합(recombination) 반응을 통해 축전지의 내부로 환원시키도록 하는 작동상의 차이점을 갖고 있다.

상술한 VRLA 축전지와 같이 밀폐형 납축전지에서 과충전이 일어나면 전해액이 전기 분해되어 수소가스와 산소가스가 발생하여 전지의 내압이 증가한다. 이와 같은 가스 발생에 의한 압력 상승은 전지의 성능을 감소시킴은 물론 전지 케이스를 폭발하게 하는 위험을 수반하게 한다. 따라서 축전지의 내부에서 발생한 가스를 외부로 배출함과 동시에 외기의 유입을 막아 축전지의 내부 압력을 조절하는 수단의 개발이 요구되고 있다.

본 발명은 전해액이 누출되는 것을 방지하고, 가스를 신속하게 배출시킴과 동시에 적정 범위의 압력에서 밸브가 작동되게 함으로써 축전지의 수명을 향상시킬 수 있는 축전지용 벤트 캡을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 구조가 단순하고, 구성요소 사이의 결합력이 우수하며, 제조공정을 줄일 수 있는 축전지용 벤트 캡의 제공을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 축전지용 벤트 캡은, 축전지의 벤트 홀에 설치되고 배기공이 형성된 실린더 형상의 바디와, 상기 바디에 결합되고 칸막이가 내부에 마련되며 상기 칸막이에 결합공이 형성된 실린더 형상의 인서트와, 상기 결합공에 장착되고 축전지의 내부 압력에 따라 개방 또는 폐쇄되는 밸브를 포함한다.

상술한 구성 중 상기 밸브는, 상기 결합공에 장착되는 중공의 몸체와, 상기 몸체의 일단에서 연장된 노즐로 이루어진다. 상기 노즐은 밀착된 튜브 형상을 가지며, 축전지의 내부 압력에 의해 탄성 변형되어 개방되거나 자체 탄성력에 의해 폐쇄된다.

상기 바디는 상부가 밀폐된 실린더 형상이고, 상기 배기공이 상기 바디의 측면에 형성되며, 상기 바디의 내주면에는 결합홈이 형성된다.

상기 인서트는 상기 바디의 개방된 하부를 통해 삽입되고, 상기 인서트의 하단 외주면에 플랜지가 형성되며, 상기 인서트의 외주면에는 상기 결합홈에 삽입되는 결합돌기가 형성된다.

상기 바디의 하단과 상기 플랜지 사이에 패킹이 개재되고, 상기 패킹은 상기 바디와 상기 인서트 결합시 압축된다. 이때, 상기 플랜지의 상면에는 상기 패킹의 일부가 삽입되는 안착홈이 형성되고, 상기 안착홈은 내측으로 갈수록 깊이가 깊어지는 형상이다. 또한, 상기 바디의 상단과 중단에 장착홈이 각각 형성되고, 상기 장착홈에 오링이 삽입된다.

상술한 구성의 본 발명에 따르면, 축전지의 내부 압력에 따라 밸브의 노즐이 탄성 변형되어 개방 또는 폐쇄된다. 따라서 평상시 축전지용 벤트 캡을 통해 전해액이 누출되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 축전지의 내부 압력에 따라 밸브가 작동하여 가스를 배출함으로써 축전지의 수명을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 인서트의 하면이 개방된 상태로 축전지의 내부와 연결되므로 적정 범위 압력에서 밸브가 확실하게 작동할 수 있다. 특히, 몸체의 외주면에 형성된 커버가 탄성 변형되는 구조이므로 가스를 신속하게 배출할 수 있으며, 외기의 유입을 확실하게 차단할 수 있다.

또한, 본 발명은 바디, 인서트, 밸브를 포함하여 구성되므로, 구조가 단순하여 고장의 우려가 적고 작동이 확실하며, 제조공정을 줄여 생산비용을 절감할 수 있다. 뿐만 아니라, 바디와 인서트가 결합홈과 결합돌기를 통해 체결되고, 인서트와 밸트가 결합공과 고정돌기를 통해 체결되므로, 조립이 용이할 뿐만 아니라 구성요소 사이의 결합력이 우수하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 축전지용 벤트 캡의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 축전지용 벤트 캡의 분해사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 축전지용 벤트 캡 중 인서트의 부분 절개 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 축전지용 벤트 캡의 단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 축전지용 벤트 캡의 작동상태도.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이하, 본 발명에 따른 실시예를 설명함에 있어, 그리고 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 부가하였다.

본 발명의 일 실시예에 따른 축전지용 벤트 캡(1, 이하, 벤트 캡이라고 함)은, 축전지(500)의 벤트 홀(510)에 설치되어 축전지(500)의 내부에서 발생한 가스를 외부로 배출하고, 외기의 유입을 막아 축전지(500)의 내부 압력을 조절하는 장치이다(도 5 참조).

도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 벤트 캡(1)은, 바디(100)와, 바디(100)의 내부에 설치된 인서트(200)와, 인서트(200)에 장착된 밸브(300)를 포함하여 구성된다. 이와 같은 구성의 벤트 캡(1)에 따르면, 구조가 단순하여 고장의 우려가 적고 작동이 확실하다. 또한, 제작 및 조립이 용이하고 제조공정을 줄일 수 있으며, 이를 통해 생산비용을 절감할 수 있다.

상술한 목적 및 효과를 가진 벤트 캡(1)의 각 구성요소(100~300)를 살펴보도록 한다.

도 2와 도 4를 참조하면, 바디(100)는 속이 빈 원형 단면의 실린더 형상으로 형성된다. 바디(100)의 상부는 밀폐되고, 밀폐된 상단 둘레에는 플랜지(110)가 마련된다.

플랜지(110)는 벤트 캡(1)을 축전지(도 5의 500)의 벤트 홀(도 5의 510)에 설치할 때, 벤트 캡(1)이 일정 깊이 이상 삽입되는 것을 방지하는 스토퍼이다. 이러한 플랜지(110)는 소정의 두께를 가진 원판으로 형성되고, 바디(100)에 비하여 큰 직경을 갖는다. 플랜지(110)의 상면에는 공구홈(112)이 형성되어, 소정의 공구를 이용하여 축전지(500)에 벤트 캡(1)을 설치하거나 축전지(500)에서 벤트 캡(1)을 분리할 수 있다.

플랜지(110)를 제외한 바디(100)는 대경부(122,124)와 소경부(132,134)를 포함하는 다단의 스풀(spool) 형상으로 형성된다. 대경부(122,124)는 바디(100)의 상단과 중단에 각각 위치되고, 소경부(132,134)는 한 쌍의 대경부(122,124) 사이와 바디(100)의 하단에 각각 위치된다.

대경부(122,124)는 벤트 캡(1) 설치시 벤트 홀(510)의 내주면에 밀착된다. 한 쌍의 대경부(122,124)에는 장착홈(126,128)이 형성되고, 장착홈(126,128)에는 오링(410,420)이 삽입된다. 또한, 바디(100)의 중단에 위치된 대경부(124)의 외주면에는 수나사(129)가 형성된다. 이때, 오링(410,420)은 벤트 캡(1) 설치시 바디(100)와 벤트 홀(510) 사이를 밀봉하여 가스의 배출 및 외기의 유입을 방지한다. 수나사(129)는 벤트 캡(1) 설치시 벤트 홀(510)에 형성된 암나사(512)와 맞물려 나사 결합이 가능하도록 한다.

한 쌍의 소경부(132,134) 중 상부에 위치된 소경부(132)에는 바디(100)의 내부와 연결된 배기공(136)이 형성된다. 배기공(136)이 형성된 소경부(132)는 벤트 캡(1) 설치시 축전지(500)의 배출공(도 5의 520)과 대응되게 위치된다. 따라서 배기공(136)을 통해 배출된 가스는 배출공(520)을 거쳐 외부로 배출된다.

도 4에 도시된 것처럼, 바디(100)의 하단 내주면에는 결합홈(140)이 형성된다. 이 결합홈(140)은 후술할 결합돌기(250)와 함께 바디(100)와 인서트(200)를 결합시키는 수단이다. 이러한 결합홈(140)과 결합돌기(250)에 의해 바디(100)와 인서트(200)가 원터치 방식으로 결합될 수 있으며, 결합은 용이하지만 분해가 쉽지 않은 구조를 가질 수 있다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 인서트(200)는 속이 빈 원형 단면의 실린더 형상으로 형성된다. 인서트(200)의 상부와 하부는 개방되되 인서트(200)의 중단 내주면에 칸막이(210)가 형성되어 인서트(200)의 내부 공간을 2개의 공간으로 구획한다. 칸막이(210)의 중앙에는 밸브(300)가 설치되는 결합공(220)이 형성된다.

상술한 인서트(200)의 형상에 따르면, 인서트(200)는 하부가 완전히 개방된 형상이므로 인서트(200)의 내부 압력과 축전지(500)의 내부 압력이 동일하게 유지된다. 즉, 축전지(500)의 내부에서 발생한 가스에 의해 축전지(500)의 내부 압력이 상승하여 소정의 압력에 도달하면, 인서트(200)의 내부 압력 또한 축전지(500)의 내부 압력과 동일하게 상승한다. 따라서 축전지(500)의 내부 압력에 따른 밸브(300)의 작동이 확실하여 가스를 신속하게 배출할 수 있을 뿐만 아니라 외기의 유입을 효과적으로 차단할 수 있다.

한편, 인서트(200)의 하단 외주면에는 플랜지(240)가 형성되고, 바디(100)의 하단과 상기 플랜지(240) 사이에는 패킹(430)이 개재된다. 패킹(430)은 바디(100)와 인서트(200) 사이로 가스가 누출되거나 외기가 유입되는 것을 방지하는 수단이다. 이러한 패킹(430)은 바디(100)와 인서트(200)의 결합시 바디(100)의 하단과 인서트(200)의 플랜지(240)에 의해 압축되어, 바디(100)와 인서트(200) 사이의 틈을 완벽하게 밀봉한다. 이때, 플랜지(240)의 상면에는 패킹(430)의 일부가 삽입되는 안착홈(260)이 형성된다. 상기 안착홈(260)은 내측으로 갈수록 깊이가 깊어지도록 형성되어, 패킹(430)을 압축하는 과정에서 패킹(430)이 이탈하는 것을 방지한다.

다른 한편, 오링(410,420)은 바디(100)의 장착홈(126,128)에 사출 성형되고, 패킹(430)은 바디(100)의 하단에 사출 성형된다. 그리고 상기 오링(410,420)과 패킹(430)은 바디(100) 일측의 홈에 사출 성형된 러너(440)를 통해 서로 연결된다.

또 다른 한편, 인서트(200)의 하단 외주면 중 플랜지(240)의 상부에는 결합돌기(250)가 형성된다. 결합돌기(250)는 결합홈(140)과 함께 바디(100)와 인서트(200)를 결합시키는 수단이다. 상술한 결합홈(140)과 결합돌기(250)를 이용할 경우 바디(100)와 인서트(200)를 원터치 방식으로 결합시킬 수 있는데, 이는 결합돌기(250)의 상부가 상향으로 갈수록 좁아지는 테이퍼 형상이기 때문이다. 즉, 결합돌기(250)의 상부는 좁고 하부가 넓은 형태이므로 인서트(200)를 바디(100)에 용이하게 삽입할 수 있다. 반면, 결합돌기(250)의 넓은 하부가 결합홈(140)에 삽입되어 걸릴 경우 쉽게 분해되지 않는다. 따라서 본 실시예의 경우 바디(100)와 인서트(200)의 조립은 용이하되 구성요소 사이의 결합력이 우수하여 분해가 쉽지 않은 장점을 갖는다.

밸브(300)는, 몸체(310)와, 몸체(310)의 상단에서 연장된 노즐(320)로 이루어진 새의 부리(beak) 형상이다. 이러한 형상의 밸브(300)는 소정의 탄성을 갖는 재질로 제작되어, 평상시 노즐(320)의 자체 탄성력에 의해 폐쇄되고, 축전지(500)의 내부 압력이 상승할 경우 노즐(320)이 탄성 변형되어 후술할 슬롯(322)을 개방한다.

도 2와 도 4를 참조하여 밸브(300)에 대해 좀 더 상세히 살펴보면, 밸브(300)의 몸체(310)는 결합공(220)보다 큰 직경으로 형성된 중공의 실린더 형상이다. 몸체(310)의 외주면에는 결합공(220) 주위의 칸막이(210)가 삽입되는 장착홈(312)이 형성된다.

노즐(320)은 몸체(310)의 상단에서 연장되며 밀착된 튜브 형상이다. 노즐(320)의 상단에는 슬롯(322)이 형성되고, 노즐(320)의 내부에는 소정의 탄성을 가진 보강용 심재(324)가 마련된다. 슬롯(322)은 노즐(320)의 자체 탄성력에 의해 폐쇄되어 가스가 배출되는 것을 방지하고, 노즐(320)의 탄성 변형시 개방되어 가스를 외부로 배출한다. 또한, 보강용 심재(324)는 노즐(320)에 탄성력을 추가로 부여함으로써 장기간 사용으로 인해 노즐(320)의 자체 탄성력이 저하되더라도 슬롯(322)이 임의로 개방되는 것을 방지한다.

상술한 구조의 밸브(300)는 결합공(220)에 설치된 상태에서 장착홈(312)의 상부와 하부가 칸막이(210)의 상면과 하면에 각각 밀착된다. 즉, 장착홈(312)의 상부와 하부가 결합공(220)에 비하여 큰 직경을 가지므로 밸브(300)가 칸막이(210)에 확실하게 고정될 수 있다. 특히, 밸브(300)가 탄성을 가진 재질로 제작되므로 결합공(220)에 삽입된 몸체(310)의 하부를 당길 경우 변형되며 결합된다.

상술한 구성의 벤트 캡(1)은 축전지(500)의 내부 압력이 적정 압력(일례로, 7㎪) 이하에서는 작동을 하지 않는다. 즉, 도 4에 도시된 것처럼 노즐(320)의 자체 탄성력에 의해 밀착되어 슬롯(322)을 폐쇄한다. 따라서 축전지(500) 내부의 가스가 외부로 배출되지 않으며, 외기 또한 유입되지 않는다.

반면, 충전 및 방전으로 인하여 전해액이 전기 분해되어 가스(수소가스와 산소가스)가 발생하면, 축전지(500)의 내부 압력이 상승하며 적정 압력을(7㎪)을 초과할 경우 노즐(320)이 탄성 변형되며 슬롯(322)을 개방한다. 따라서 축전지(500) 내부의 가스가 외부로 배출되어 축전지(500)의 내부 압력을 조절한다(도 5 참조). 이때, 노즐(320)을 변형시켜 슬롯(322)을 개방하는 적정 압력의 범위는 7~18㎪인 것이 바람직하다.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1 : 축전지용 벤트 캡 100: 바디
110: 플랜지 140: 결합홈
200: 인서트 210: 칸막이
220: 결합공 240: 플랜지
250: 결합돌기 260: 안착홈
300: 밸브 310: 몸체
320: 노즐 410,420: 오링
430: 패킹 500: 축전지
510: 벤트 홀 520: 배출공

Claims

삭제
축전지의 벤트 홀에 설치되고, 배기공이 형성된 실린더 형상의 바디;
상기 바디에 결합되고, 칸막이가 내부에 마련되며, 상기 칸막이에 결합공이 형성된 실린더 형상의 인서트; 및
상기 결합공에 장착되고, 축전지의 내부 압력에 따라 개방 또는 폐쇄되는 밸브를 포함하고,
상기 밸브는, 상기 결합공에 장착되는 중공의 몸체와, 상기 몸체의 일단에서 연장된 노즐로 이루어지고,
상기 노즐은 축전지의 내부 압력에 의해 탄성 변형되어 개방되며, 자체 탄성력에 의해 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 축전지용 벤트 캡.
청구항 2에 있어서,
상기 노즐은 밀착된 튜브 형상인 것을 특징으로 하는 축전지용 벤트 캡.
청구항 3에 있어서,
상기 몸체의 외주면에 장착홈이 형성되고,
상기 밸브 장착시 상기 칸막이의 일부가 상기 장착홈에 삽입되는 것을 특징으로 하는 축전지용 벤트 캡.
청구항 4에 있어서,
상기 노즐의 내부에 보강용 심재가 마련된 것을 특징으로 하는 축전지용 벤트 캡.
청구항 2 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바디는 상부가 밀폐된 실린더 형상이고, 상기 배기공이 상기 바디의 측면에 형성되며,
상기 인서트는 상기 바디의 개방된 하부를 통해 삽입되고, 상기 인서트의 하단 외주면에 플랜지가 형성된 것을 특징으로 하는 축전지용 벤트 캡.
청구항 6에 있어서,
상기 인서트의 외주면에는 결합돌기가 형성되고, 상기 바디의 내주면에는 상기 결합돌기가 삽입되는 결합홈이 형성된 것을 특징으로 하는 축전지용 벤트 캡.
청구항 7에 있어서,
상기 바디의 하단과 상기 플랜지 사이에 패킹이 개재되고,
상기 패킹은 상기 바디와 상기 인서트 결합시 압축되는 것을 특징으로 하는 축전지용 벤트 캡.
청구항 8에 있어서,
상기 플랜지의 상면에는 상기 패킹의 일부가 삽입되는 안착홈이 형성되고,
상기 안착홈은 내측으로 갈수록 깊이가 깊어지는 형상인 것을 특징으로 하는 축전지용 벤트 캡.
청구항 9에 있어서,
상기 바디의 상단과 중단에 장착홈이 각각 형성되고, 상기 장착홈에 오링이 삽입되는 것을 특징으로 하는 축전지용 벤트 캡.