KR101596086B1 - 용기용 개선된 과압 안전 통기 및 배기 장치 - Google Patents

Abstract

차량용 배터리와 같이 이동식 부분, 전기적 또는 화학적 부분들의 용기로서 사용 중에 가스의 과압이 생성될 수 있는 용기용 통기 및 배기 장치(1)로서, 상기 장치는 이러한 용기의 개구 상에 배열되는 중공 몸체(2)를 가지며, 이러한 몸체(2)의 내부 공동(5)은 폐쇄되지만 몸체의 외측과는 연통되고, 용기의 내측에 연결된 통로(6)로부터 용기 내에 형성된 가스가 상기 몸체(2)의 외측으로 통기되도록 이동될 수 있으며, 이 통로(6) 상에 이러한 가스에 대해 투과성의 필터 요소(2)가 배치된다. 이 필터 요소(18)는 통로(6)의 차단 위치에서 이 요소를 가압하기에 적합하고 이러한 공동(5) 내에 배치된 압력 수단(30)에 노출되고, 이러한 수단(30)은 압력이 사전정해진 값을 초과할 때 가스의 통기를 위해 상기 통로(6)를 순간적으로 개방시킨다.

Description

용기용 개선된 과압 안전 통기 및 배기 장치{IMPROVED OVERPRESSURE SECURITY VENT AND EXHAUST DEVICE FOR A CONTAINER}

본 발명의 주안점은 독립항의 전단부에 따르는 용기용 통기 및 배기 장치에 관한 것이다. 이 유형의 장치는 제EP0,875,949호, 제FR2,315,773호 및 제US3,436,273호에 공지되었다.

용기 자체의 사용 중에 압력 하의 가스가 형성되는 환경이 전력 생성(차량, 육상, 수상 또는 비행용 배터리와 같이)을 위한 화학적 물질을 함유하는 환경에 이동식 부품, 전기 부품이 배치되는 용기는 공지되었다. 특히, 이러한 용기는 연속적이고 느리게 환기되어야 하지만 또한 내부 압력이 사전정해진 안전 임계값을 초과하는 경우 신속히 통기되어야 한다(폭발을 방지하기 위해).

차량 배터리, 특히 리튬 함유 배터리를 참조하면, 이들 용기는 하나 이상의 개구를 포함하고, 이 상에서 내부에 형성되는 가스의 신속한 통기를 위한 장치 또는 내부 환경을 배기하기 위한 장치가 대안으로 배열된다. 또한, 서로 결합된 2개의 독립적인 부분, 배기 시에 작동되는 제1 부분 및 신속한 통기를 위한 그 외의 다른 부분을 갖는 공지된 장치가 있다.

단독의 통기 장치의 경우, 용기 또는 배터리의 외측으로 압력의 신속한 배출이 현저한 단점으로 인해 구현되지 못할 수 있다. 동시에, 단지 신속한 통기를 위해 작동되는 장치에 따라 배터리로부터 압력의 신속한 배출이 허용되며, 임의의 공지된 요인으로 인해(예를 들어, 배터리가 단락되거나 또는 극히 높은 온도에 노출 시에) 임계값에 도달되어야 한다. 이러한 장치는 배터리의 배기를 허용하지 못하거나 또는 허용가능한 값으로 용기의 내부 압력을 유지하는, 사용 중에 내부에 형성되는 가스의 외측으로의 느린 배출을 허용하지 못한다.

배기 장치는 배터리의 대응 개구 상에 배치될 수 있는 몸체 공동을 포함하고, 몸체의 내부 공동은 배터리의 내측과 연통되도록 이 개구 내에 삽입된 말단으로 개방되는 반면 그 외의 다른 말단은 배터리의 내측으로부터 외측으로 가스의 느린 이동을 허용하기에 적합한 여과 요소 또는 멤브레인에 의해 폐쇄된 개구를 통해 외부 환경과 연통된다. 친수성이거나 또는 소수성인 이 멤브레인에 따라 용기 내로 물이 유입되지 못한다. 예를 들어, 이 멤브레인은 중합체 재료이거나 부직포 재료일 수 있다.

대신에, 통기 장치는 용기 또는 배터리의 대응 개구를 폐쇄하기 위한 몸체를 포함하고, 상기 몸체는 용기의 내부 과압 발생 시에 파괴되는 부분을 가지며, 이에 따라 가스는 용기의 외측으로 배출될 수 있다. 간섭 시에, 배터리(또는 이와 유사한 것)의 정확한 사용을 위해 필요한 이들 유형의 장치는 배터리를 완벽히 자유롭게 하는 개구를 포함하고, 내부 가스는 심지어 배터리 내의 압력이 허용가능하고 안전한 값으로 복귀된 이후에도 자유롭게 배출된다. 이는 장치의 분할 부분이 독립적으로 재차 폐쇄되지 않기 때문이다.

그러나, 이 조건은 심지어 공기와의 접촉에 따라 타오를 수 있는 경우에 배터리로부터 가스(예를 들어, 수소)가 지속적으로 배출되기 때문에 극히 위험할 수있으며, 이에 따라 배터리 주위 및 내에 화재의 위험성이 야기되며, 배터리 폭발의 위험성이 야기된다(인접한 배터리 및/또는 배터리가 장착된 차량의 폭발).

본 발명의 목적은 배기 장치뿐만 아니라 사용 중에 가스 과압이 생성될 수 있는 용기에 대한 통기 장치 모두로서 작동하기에 적합한 장치를 제공한다.

특히, 본 발명의 목적은 공지된 장치의 양 특성(배기 및 통기) 모두를 갖는 단일몸체 장치를 제공하는 데 있으며, 이에 따라 이러한 장치는 과압 안전 장치와 같은 장치가 제공될 수 있다.

또 다른 목적은 가스, 이에 따라 용기 내측에서 허용가능한 값으로 압력을 복귀시키기 위해 필요한 시간 동안에만 용기의 내부 압력의 통기를 허용하는 전술된 유형의 장치를 제공하는 데 있다.

추가 목적은 단순한 사용이 가능하고 저렴한 비용의 전술된 유형의 장치를 제공하는 데 있다.

당업자에게 자명할 이들 및 그 외의 다른 목적은 첨부된 청구항에 따르는 배기 및 통기 장치에 의해 획득된다.

본 발명의 우수한 이해를 위해 하기 도면이 단지 예시로도 비제한적으로 제공된다.

도 1은 본 발명에 따르는 장치의 일부의 종단면도.
도 2는 도 1의 장치의 일부를 아래에서부터 본 사시도.
도 3은 도 1의 또 다른 부분을 위에서부터 본 사시도.

전술된 도면을 참조하면, 본 발명에 따르는 장치가 일반적으로 도면부호(1)로 도시되고, 제1 부분(3) 및 연결된 제2 부분(4)을 갖는 몸체(2)를 포함하고, 제1 부분(3)은 제2 부분(4)에 비해 더 큰 가로방향 치수를 갖는다.

몸체(2)는 내부가 공동 형태이고, 상기 공동은 제1 부분(3)에 형성된다. 이 공동은 제2 부분(4)에 형성된 통로(6)와 연결되고, 이 통로는 예를 들어, 용기로부터 가능한 통기되고 환기되어야 하는 리튬 함유 배터리(도시되지 않음)와 같이 용기의 개구와 결합되기에 적합한 제2 부분(4)의 자유 말단(10)으로 개방된다.

이 실시예에서, 말단(10)은 용기 또는 배터리의 개구 내로 유입되기에 적합한 테이퍼진 횡방향 외측 부분(12)을 포함한다. 이 테이퍼진 부분(12)은 배터리의 개구 내에서 몸체(2)의 제2 부분(4)을 임의의 공지된 방식으로 차단하고, 심지어 내부에 존재하는 가스에 의해 생성되고 배터리 자체의 사용에 의해 형성되는 과압의 존재 하에서(공지되었기 때문에 추가로 기재되지 않음) 이 개구와 장치(1)의 결합을 유지시키기에 적합한 언더컷(13)이 도시된다.

제1 부분(3)이 제1 부분(4)에 결합되는 이 몸체의 구역(15)에 인접한 위치에서 배터리와 몸체(2) 사이의 타이트한 결합을 유지하기 위하여, 예를 들어, O-링(16)과 같은 밀봉 요소가 이 주위에 배치된다.

통로(6)는 몸체(2)의 공동(5)과 연통된다. 공동(2)에 연결된 이 통로의 말단(17) 근처에 필터 요소(18)가 배치되고, 필터 요소는 공동(5)을 향하여 용기 또는 배터리의 책으로부터 가스의 흐름을 허용하며, 공동은 전술된 바와 같이 장치(1)의 외측을 향하여 가스를 위한 개구 또는 배기 루트(exhaust route)를 갖는 상측(19)에 의해 폐쇄된다.

필터 요소(18)는 멤브레인일 수 있거나 또는 소결된 재료로 형성될 수 있다. 이는 중합체 재료(폴리에스테르 또는 폴리프로필렌과 유사), 금속 염 또는 그 외의 다른, 친수성 또는 소수성, 또는 부직포 재료일 수 있다. 배터리 자체에 대해 위험할 수 있는 더 높은 압력(예를 들어, 100 바)의 생성 없이 배터리로부터 80 내지 100 바의 임계점 내의 압력을 가지며 용기 내에 형성된 가스를 배기시킬 수 있는 그 외의 다른 재료가 또한 사용될 수 있다.

필터 요소(18)는 이 요소를 지지하고 동시에 이를 보호하기 위한 형상을 갖는 링-형 지지 유닛(20)(도 3)에 결합된다(이와 일체구성된다). 더욱 구체적으로, 지지 유닛(20)은 상기와 같이 공성형(comolding), 초음파 용접, 열용접 또는 그 외의 다른 것을 통해 이 유닛에 고정되는 요소(18)를 지지하고 링-형 형태를 갖는다. 요소는 유닛(20)의 홀(22) 근처에 배치된다.

배터리로부터 몸체(2) 내에서 이동하는 가스의 상승된 압력에 의해 유발되는 파열에 대해 보호되도록, 이 유닛(20)은 홀(22) 내에 암 또는 방사상 구조물(23)을 가지며, 이의 암(23A, 23B, 23C)은 홀(22)의 기하학적 중심 내에 배치된 몸체(23D)에 이의 말단에서 연결되고 또 다른 말단에서 유닛(20)에 연결된다. 통로(6)로부터 유입되는 가스의 압력이 이를 지지하는 상기 암을 향하여 이 요소를 가압하고 요소 자체를 분할할 수 있는 과도한 변형을 방지하도록 통로(6)를 향하는 필터 요소(18)가 이러한 암(23A, 23B, 23C) 근처에 배치된다.

링-형 유닛(20)은 공동(5)을 향하는 면(20A)들 중 하나의 면 상에 이 면(20A)의 평평한 구역(26)을 획정하는 상승된 변부(25)를 가지며, 이 상승된 변부 상에서 이 공동(5)을 폐쇄하는 상측(19)에 대해 그 외의 다른(제2) 말단(31)과 함께 배치되고 몸체(2)의 공동(5) 내에 배치된 스프링(또는 균등한 압력 요소)의 제1 말단(29)이 배치된다. 상측(19)은 몸체(2)의 내측을 향하는 제1 면(33)을 가지며, 이 제1 면 상에 스프링(30)의 제2 말단(31)이 배치되는 이 면의 링-형 구역(36)을 획정하는 링-형 돌출부(35)가 존재한다.

상측(19)은 작은 컵의 형태를 가지며, 이에 대해 면(33)이 장치(1)의 몸체(2)의 제1 부분(3)을 향하는 상승되거나 돌출된 변부(40)에 대해 요홈 구조로 형성되고 이 제1 부분(3)의 횡방향 외측 면(41) 상에 부분적으로 중첩된다(횡방향 외측 면은 기본적으로 원통형 형태를 가지며 이에 따라 이 면(41)이 이 원통의 횡방향 표면을 나타냄). 이 변부(40)의 말단(44)은 적어도 링-형태의 노치(43)에 결합되어 상측(19)이 전술된 몸체(2)의 제1 부분에 고정된다.

이 결합(제거가능함)은 클릭 커플링 또는 나사 커플링 또는 베이오닛 커플링(이를 위해 전술된 표면 또는 면(41) 상에 적합한 구조물을 제공함)에 의해 수득될 수 있으며, 몸체(2)의 공동(5) 내에 존재하는 가스의 가압 시에 분리를 방지하기 위하여 이 스토퍼를 몸체(2)에 타이트하게 결합할 수 있다.

이 공동으로부터 가스의 배기를 허용하기 위하여, 상측(19) 및/또는 몸체(2)의 부분(3)은 적합한 개구가 제공된다. 이 실시예에서, 노치(50)가 면(33)과 변부(40)에 부분적으로 형성되며(이의 자유 말단(51)까지), 상기 노치는 외부 환경과 연통되도록 몸체(2)의 공동(5)을 배치한다.

장치(1)는 배터리의 개구에 결합된다. 이러한 연결은 도면에 도시된 예시에 따라 클릭 메커니즘에 의해 수행되지만 또한 제2 부분(4)은 나사체결 또는 베이오닛에 의해 이러한 개구에 결합되는 방식으로(자체적으로 공지됨) 구현되는 것으로 고려될 수 있다.

배터리의 통상 사용 중에, 내부에 생성된 가스(예를 들어, 수소)는 필터 요소(18)에 의해 통기되며(미립자 또는 가스의 하나 이상의 유형을 통과하도록 하는 적합한 방식으로 구현됨), 이에 따라 이러한 가스는 통로(6)로부터 공동(5)으로, 이에 따라 노치(50)(또는 균등한 개구)를 통해 외부 환경으로 이동할 수 있다.

과압이 배터리 내에 생성되는 경우, 가스는 스프링(30)에 대해 상반되게 공동(5) 내에서 가압되는 요소(18)에 대해 작용한다. 스프링의 탄성 특성이 배터리를 통기시키는 것을 초과하는 압력 한계를 정한다.

따라서, 상승된 압력으로 인해, 요소(18)와 유닛(10)은 공동(5) 내에서 가압되고, 통로(6)로부터의 가스는 상대적으로 상당한 양이 노치(50)에 도달될 수 있으며, 주변 환경으로 배기될 수 있어서 배터리 내의 과압이 이 배터리를 폭발시키는 것이 방지된다. 유닛(20)은 몸체(2)를 향하는 이의 면(20A)들 중 하나의 면 상에 전술된 구역(15)에 인접한 이 몸체의 부분(3) 내에서 평평한 말단 부분과 협력하기에 적합한 돌출부(60)(예를 들어, 삼각형 형태)를 가지며, 배터리 내에 임의의 과압이 없을 때 이 돌출부는 유닛(20) 주위에서 가스가 필터 요소(18)를 우회하는 것을 방지하기 위한 밀봉 요소로서 작용한다. 대안으로, 몸체(2)가 결합되는 용기 내에 과압이 존재하지 않을 때 밀봉부를 형성하고 이러한 부분(3A)과 협력하기에 적합한, 예를 들어, 링-형태의 밀봉 요소가 상기 면(20A) 상에 배치될 수 있다.

장치(1)의 외측으로 가스가 흐름에 따라, 배터리 내의 압력이 강하하고, 스프링은 장치의 외측에 대해 가스의 자유 흐름을 차단하는, 통로(6)를 차단하기 위한 이러한 위치에 유닛(20) 및 요소(18)를 재차 보낸다. 스프링(30)은 통로(6)를 폐쇄된 상태로 유지시키며 공지된 통기 장치에서와 같이 가스(상당한 양의 경우 공기와 접촉 시에 타오를 수 있음)의 지속적인 배기의 위험성이 없다.

따라서, 본 발명은 통기(통로(6)로부터 제거된 요소(18)) 및 배기(통로(6)를 차단하는 요소(18))의 기능을 수행하는 하나의 장치를 제공하며, 안전한 방식으로 배터리 내의 과압의 "임계" 상태가 종료되고, 장치는 통로(6)를 재차 폐쇄하며 배터리의 "배기" 시의 작동으로 복귀된다.

본 발명의 특정 형태가 기재되지만 그 외의 다른 형태가 전술된 기술 내용을 고려하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 상측(19)은 영구적으로 몸체(2)에 고정될 수 있으며(예를 들어, 용접에 의해), 필터 요소(18)는 또한 유닛(20)의 존재 없이 작동할 수 있지만 과압에 대해 독립적으로 보강될 수 있고, 예시로서, 요소(18)의 파열에 대한 보호 수단(유닛(20)과 같음)이 예컨대, 내부에 삽입된 나일론과 같은 저항 재료의 층과 같이 이러한 요소의 일부일 수 있다. 이 경우에, 압력 요소(30)(예를 들어, 스프링)는 이러한 통기 요소에 대해 직접 작용할 수 있다.

이러한 변형은 또한 하기 청구항의 범위 내에 포함되는 것으로 고려된다.

Claims (8)

1. 차량용 배터리와 같이 이동식 부분, 전기적 또는 화학적 부분들의 용기로서 사용 중에 가스의 과압이 생성될 수 있는 용기용 통기 및 배기 장치(1)로서, 상기 장치는 상기 용기의 개구 상에 배열되는 중공 몸체(2)를 가지며, 상기 중공 몸체(2)의 내부 공동(5)은 폐쇄되지만 몸체의 외측과는 연통되고, 용기의 내측에 연결된 통로(6)로부터 용기 내에 형성된 가스가 상기 몸체(2)의 외측으로 통기되도록 이동될 수 있으며, 상기 통로(6) 상에 이러한 가스에 대해 투과성의 필터 요소(18)가 배치되고, 필터 요소(18)는 몸체(2)의 내부 공동(5)에 배치된 압력 수단(30)에 노출되어 이 필터 요소가 통로(6)의 차단 또는 폐쇄 위치로 가압되며, 상기 압력 수단(30)은 압력이 사전정해진 값을 초과할 때 가스의 통기를 위해 상기 통로(6)를 개방시키지만 상기 사전정해진 값 미만으로 용기 내의 가스의 압력이 복귀될 때 상기 필터 요소(18)를 재차 차단 위치로 보내며, 필터 요소(18)는 압력 수단(30)에 직접 작용하는 지지 유닛(20)과 일체로 구성되는 장치.
2. 제1항에 있어서, 지지 유닛(20)은 링-형태의 형태를 가지며, 중심 홀(22) 근처에 필터 요소(18)가 배열되고, 용기의 내측으로부터 유입되는 과압으로부터 필터 요소(18)의 보호 수단(23)이 제공되는 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 보호 수단은 지지 유닛(20)의 홀(22) 내에 방사상으로 배열된 암(23A, 23B, 23C)인 장치.
4. 제1항에 있어서, 필터 요소(18)는 나일론 또는 이와 유사한 것과 같은 플라스틱 재료의 층과 같은 내부 강성 유닛을 갖는 장치.
5. 제1항에 있어서, 압력 수단(30)은 필터 요소(18)에 작용하는 말단(29)에 마주보는 말단(31)들 중 하나의 말단과 함께 장치(1)의 몸체(2)의 내부 공동(5)의 폐쇄 요소(19)에 대해 작용하는 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 폐쇄 요소(19)는 대안으로 이러한 몸체에 고정되거나 또는 기계적 커플링을 통해 제거가능한 방식으로 이러한 몸체에 결합되고, 장치의 상기 몸체(2)와 상기 폐쇄 요소(19) 사이에 용기로부터 유입되는 가스가 통과하는 통로를 통하여 외부 환경과 이러한 몸체(2)의 내부 공동(5)을 연결하는 적어도 통로(50)가 포함되는 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 몸체(2)는 연결된 제1 부분(3)과 제2 부분(4)을 포함하고, 제1 부분은 압력 수단을 수용하는 공동(5)을 가지며 폐쇄 요소(19)의 말단에서 폐쇄되며, 제2 부분(4)은 용기의 내측과 연통되는 통로(6)를 가지며, 이 제2 부분은 이의 대응 개구 근처에서 결합되는 말단 부분(12)을 가지며, 제1 및 제2 부분(3, 4)이 연결되는 이러한 몸체(2)의 구역(15) 근처에 상기 압력 수단(30)에 노출되고 상기 공동(5) 내측에서 지지 유닛과 일체로 구성되는 이동식 필터 요소가 제공되는 장치.
8. 제7항에 있어서, 몸체(2)의 상기 제1 부분(3)은 제2 부분(4)의 치수보다 더 큰 가로방향 치수를 가지며, 상기 제1 부분(3)은 이러한 필터 요소(19) 또는 이의 지지 유닛(20)이 배치되는 부분(3A)을 가지며, 지지부는 용기 내측에서 가스의 과압이 없을 때 이러한 가스가 상기 필터 요소 주위를 순환하고 이를 통과하는 것을 방지하기 위해 상기 부분(3A) 상에 밀봉부를 형성하는 장치.

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