KR20210146180A - 납산배터리의 전해액 종합처리방법 및 그 장치 - Google Patents

납산배터리의 전해액 종합처리방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 납산배터리의 충전시 전해액의 온도 상승을 억제하여 낮게 유지하고 전해액의 비중이 동일하도록 혼합하여 전지내나 전지 간에 비중이 동일하게 유지하며 전해액의 보충이 필요하면 손쉽게 보충할 수 있는 기술이다.
본원은 습식 납산배터리 전해액 종합처리방법에서,
(1) 전해액을 다중의 전지 외부로 배출시키기 위한 흡입용 핏팅수단(1)
(2) 배출된 전해액을 식히거나 또는 데워주기 위한 열교환수단
(3) 식혀지거나 데워진 전해액을 혼합 또는 보충하는 보조수단
(4) 전해액을 다중의 전지 내부로 복귀시키기 위한 주입용 핏팅수단(2)
(5) 상기 흡이용 핏팅수단(1), 열교환수단, 보조수단, 주입용 핏팅수단(2)이 하나의 순환통로를 형성하며 원활한 이동을 가능케 하는 이송수단을 포함하여 이루어지는 습식 납산배터리 전해액 종합처리방법 관련 기술이다.

Description

납산배터리의 전해액 종합처리방법 및 그 장치{Apparatus for controlling lead acid battery pack to improve a performance in low and high temperature environment}
본원은 산업용으로 사용되는 납산배터리의 전해액의 종합처리방법 및 그 장치 관련 기술이다.
산업용으로 사용되는 납산배터리는 2차전지로서 다중의 전지를 직렬 또는 병렬로 연결해 가대(Rack)에 적재하거나 철함에 넣어 사용하며 전동지게차에 사용하거나 청소차에서 사용되는 배터리는 주로 철함에 넣어 사용하고 있다.
본원은 특히 전동지게차(forklift truck)에 사용되는 습식 납산배터리(이하 “배터리”로 약칭한다)의 전해액을 냉각 및 혼합시키는 종합처리방법에 관한 것이다.
납산 배터리(lead acid battery)는 납과 황산을 이용한 이차전지로서 다른 이차전지보다 용량이나 전압이 크며, 그 구조는 양극(+)으로 쓰이는 이산화 납판과 음극(-)으로 쓰이는 납판이 묽은 황산에 잠겨 있는 구조를 이루고 다음과 같은 반응으로 충전과 방전을 반복한다.
(완전 충전 상태) Pb + PbO2 + 2H2SO4 ↔ 2PbSO4 + 2H2O (완전 방전 상태)
먼저 음극인 납판은 진한 황산과 반응하여 황산 납과 2개의 전자를 방출한다.
Pb(s) + H2SO4(l) → PbSO4(s) + 2e- + 2H+(aq)
이 전자들이 도선을 따라 흐르다가 양극에 만나면 다음과 같은 반응을 한다.
PbO2(s) + 2e- + H2SO4(l) → PbSO4(s) + 2OH-
이러한 반응으로 1개의 전지셀에서 나오는 전압은 약 2볼트로, 다른 전지에 비해 매우 높은 편이어서 선호도가 높고 예를 들어 지게차 배터리로 적용되기 위해 12개의 셀이 연결된 구조를 이루면 "24볼트 배터리"가 되고, 24개의 전지셀이 연결된 구조를 이루면 "48볼트 배터리"를 이루어 사용되고 있으나 납산 배터리의 성능관리에는 아래와 같은 예민한 문제점이 수반된다.
첫번째로 전해액의 고갈과 충전용량의 문제를 갖는바, 전해액이 충전되면 전기분해가 일어나고 분해된 수소가스나 산소가스가 빠져나가면서 전해액은 점점 고갈 감소되므로 수시로 보충해야 하는데 전해액 고갈을 쉽게 알기 위해 부레를 가진 벤트플러그, 전해액 수위표시 등을 이용해 수동방식으로 보충하기도 하고 보수를 쉽게 하려고 일괄보수장치를 사용하기도 하며, 배터리를 이루는 각 전지 간에도 보충하는 수위가 달라지면 넘치거나 부족해 충전용량이 달라지기도 하므로 균등한 보충을 하고 항상 적정한 수위를 유지하는 것이 필요하다.
두번째로 전해액의 비중차이의 발생은 배터리의 수명단축을 유발하는데, 충전을 하면 전극의 활물질에 몰려있던 황산이 전해액 속으로 들어오면서 전해액의 하부에 비중이 높아지게 되는데 이러한 비중차이는 수명단축의 원인이므로 전해액을 혼합해줘야 하는데 종래의 혼합방식은 충전기에 의한 기체발생(gassing)이나 공기주입을 통해 해결이 시도되어 왔으나 큰 실효성을 얻지 못하는 문제점을 갖는다.
세번째 전해액의 온도 상승은 배터리의 수명단축을 가져오는데, 충전을 하게 되면 전해액 온도가 17~20℃ 상승하므로 전해액 온도가 40℃를 넘으면 식힌 후 충전해야 하는데 전해액이 뜨거워져 온도가 55℃에 이르면 극판 부식이 활발해져 배터리 수명이 단축되므로 충전후 반드시 전지를 식힌 후 사용해야하는데 충전으로 인해 상승된 전해액 온도를 낮추기 위해 자연냉각을 하게 되면 냉각시간이 너무 많이 소요된다 하여 덜 식혀진 상태로 사용하는 것을 방지해야 할 필요가 있다.
네번째 낮은 전해액 온도도 배터리의 성능저하를 가져오는바, 동절기에 배터리 온도가 표준온도 이하가 되는 경우나 주위환경이 온도가 낮으면(예를 들어 냉동창고나 냉장창고 등) 배터리 방전용량이 크게 줄어드는바, 표준온도 30℃에서 100% 용량인 배터리라도 10℃에서는 86%, 영하 10℃에서는 65%의 용량을 보이므로 주변 온도가 낮은 경우 용량감소를 막기 위한 적절한 전해액 가열방법도 필요하다.
다섯번째 다수개의 단위전지가 조립되어 만들어진 배터리는 전지의 위치에 따라 전해액의 온도차이가 발생하는바, 충전 시 전지 위치에 따라 전해액의 온도상승폭이 달라지는데 중앙부에 위치한 전지는 온도 상승이 높고 철함의 주변의 가장자리에 놓인 전지는 온도상승이 낮아지므로 중앙부에 위치한 전지의 전해액은 반복적으로 온도가 높아져 수명단축이 심해지므로 전지 간 온도차이를 해소하는 대책도 필요하다.
여섯번째 전해액의 유출로 말미암은 충전용량 감소문제가 있는데, 전해액은 전지의 충전 중에나 사용 중에 전지 밖으로 넘쳐서 유출되는데 일단 유출이 일어나면 유출이 된 전지의 황산농도가 낮아져 충전도가 떨어지고 유출이 일어난 전지의 경우 비중차이를 해소하기도 쉽지 않으므로 수동으로 보충하는 경우에 전해액 유출이 잦아 배터리 수명단축을 가속화시키므로 전지간 유출로 말미암은 비중 차이를 해소할 방안이 필요하였다.
상기와 같은 납산 배터리의 성능저하를 방지하고 적정효율을 유지하며 관리하기 수단과 관련하여 배터리 전해액의 혼합기술과 배터리 전해액의 온도조절 관련 선행기술들을 살펴보면, 전해액 혼합관련기술로 미국특허 #2,584,117 (1952)에서는 전해액의 비중차이를 없애기 위해 외부에서 공기를 전해액 속으로 불어넣어 기포(air bubble)를 발생하게 하므로서 기포의 상승이 전해액을 움직이게 한 기술이 개시되었고 그 이후 다양한 추가 발명들과 더불어 현재까지 널리 사용되고 있는바 이 장치를 이루는 전지는 구동용 전지의 한 표준형인“전해액교반용 셀“(유럽에서는 “공기순환 (EUW) 전지”로 불려짐)로 보급되고 있으며 이와 관련한 상세한 사항은 KS R IEC 60254-1, 2013, 구동용 납산축전지 시험방법.5.5.3.a 전해액 교반셀 부분을 참조할 수 있다.)
또한 미국특허 #5,340,667호(1994)에서는 전지의 하부까지 들어가는 전해액주입튜빙과 상부 전해액의 수위와 비슷한 위치에 장착하는 배출튜빙을 두어 전해액을 배출하고 주입시키는 순환제어기를 제시하여 전해액의 비중차이를 해소하는 혼합, 불순물의 여과, 전극에서 산소나 수소의 기포제거, 전해액보충, 전해액 적정수위 유지를 쉽게 할 수 있는 기술로 전해액 보충이나 전해액 혼합을 통시에 해결하기 위해 전해액을 배출해 순환시킨 기술이 제시되었다.
전해액 온도조절과 관련한 선행기술로 미국특허 #4007,315호( 1977 )에서는 냉각장치(cooling elements)를 전지의 윗부분에 설치한 기술로, 코일관의 모양이거나 주머니 모양으로 냉각제(cooling medium-물)를 포함하는 냉각장치와 냉각장치 사이로 튜빙을 연결하여 전지끼리 연결된 튜빙이 외부에 있는 냉각장치로 연결되고 외부 냉각장치에서 냉각을 해서 냉각제를 전지로 보내주며 냉각장치가 각 전지내 상부에 설치되어 있어 냉각제를 받아들여 전지 내의 상부에 있는 전해액을 식힌 후 데워지면 다시 배출되고 냉각시켜 순환시키고자 하는 기술이 제시된바 있고, 미국특허 #5,135,820호(1992)에서는 배터리의 사용에 따른 내재적인 문제 9가지를 해결하기 위해 중앙처리장치( 전해액의 냉각이나 보충, 혼합 , 물의 공급, 전해액 가열, 전해액 여과, 독성 가스 분리, 촉매에 의한 수소와 산소의 재결합을 위한 종합적인 처리장치)를 갖추고 다중의 전지를 튜빙이나 핏팅을 사용해 중앙처리장치와 연결시켜 전해액을 배출한 후 처리하고 다시 전지로 복귀시키는 장치를 개시하고 전해액을 전지 밖으로 배출시켜서 냉각이나 가열을 하여 전해액 온도문제를 해결하고자 하였으나 주입되고 배출되는 전해액 대부분이 전지의 극판 윗부분에 있는 전해액에 한정되어 있어서 아랫부분의 전해액에 영향을 미치기가 어려워 전해액의 혼합이 불충분해 요율적이지 못하고 너무 방대한 처리장치가 보급을 어렵게 한 문제점이 있었다.
또한 미국특허 #5,665,484호(1997)에서는 전지 내 윗부분에 소형 펌프를 내장시키고 외부에는 전해액 저수조를 두고 그 안에 열교환장치를 설치하고 전지 내에 설치된 소형펌프가 외부에서 열교환된 작동유체를 전지내로 흡입해 전지의 전해액 온도를 낮추고 동시에 전지 내에 있는 전해액은 혼합시키고 열교환기는 전해액을 냉각하거나 가열하는 기능을 갖는 구조로 전해액의 혼합 및 냉각 또는 가열 문제를 해결을 시도하였으나 모든 개별 전지에 소형펌프를 내장시키는 개조의 어려움이 수반되는 기술이었으며, 미국특허 # 8,816,645호( 2014)기술은 철함에 담긴 배터리와 배터리 사이 간격을 듬성듬성하게 만들고 팬을 통해 냉각시키는 장치를 개시한 기술로 지게차량에 장착된 철함의 적재된 전지 사이를 넓게 띄워 공기가 소통되게 하여 팬으로 냉각시키도록 하였으나 이 기술을 적용하려면 지게차의 철함을 현재 사용하는 크기보다 더 크게 만들어야 적용 가능하므로 일부 사용자들이 전지수를 줄이면서까지 부분적으로 채택하여 적용하고 있는 사례는 배터리 전해액의 냉각이 얼마나 절실하게 필요한가를 보여주는 사례라 할 수 있다.
이상의 검색 및 조사해 본 결과 종래의 전해액 처리방법은 전해액의 보충, 전지내 전해액의 혼합, 전지간 비중 차이를 없애는 균등충전에 한정되어 부분적 개선이 이루어진 것도 사실이나 전해액의 온도상승 또는 온도하락이나 전지간 비중 차이, 전지간 온도차이 등 근원적 문제는 처리되지 못하고 있는바, 납산배터리의 취급자라면 전해액의 온도를 표준온도에 가깝게 유지하는 일이 배터리 수명유지에 있어서 매우 중요한 것을 잘 이해하고 있다.
독일전기공업협회의 자료(ZVEI information leaflet No.8e,“Service life of Traction battery”2014참조)에 따른 수명계산공식에 따르면 협회권장 전해액 표준온도 30±5℃ 보다 높은 45℃에서 사용하면 표준온도에서 사용한 때의 수명에 비해 수명의 1/3이 단축되고 또 50℃, 60℃에서 방전하면 수명의 단축은 40%, 50%에 이른다는 보고가 있음에도 현재까지 납산배터리의 전해액 온도조절방법으로 개시된 기술들이 아직도 실용화되지 못하여 하절기는 하절기대로 수명단축이 심하고 동절기나 냉동창고와 같은 작업장에서 사용되는 지게차 배터리성능이 낮아지거나 사용시간이 매우 짧은 문제점을 해소하기 위한 기술이 요구되고 있었다.
출원인은 그동안 납산 배터리(lead acid battery)를 해외로부터 수입하여 국내에 보급/판매해 오면서 납산배터리의 종래기술에서 상기와 같은 문제점을 발견하게 되었고 이의 해소방안을 찾고자 오랫동안 연구하여온 결과 종래기술들의 단점을 보완할 새로운 수단이 필요하다는 과제인식을 갖게 되었다.
첫째, 전해액의 냉각, 보충, 혼합, 균등화를 충전 중에 동시에 종합적으로 해결할 수 있는 기술이 필요하다,
둘째, 전해액의 냉각은 표준온도에 가까운 수준을 유지하는 기술이 필요하다.
셋째, 전해액의 혼합은 전지 내는 물론 전지 간에도 균등한 수준을 유지하는 기술이 필요하다.
네째, 이미 현장 사용자가 사용중인 전통적인 충전기나 고주파 충전기, 전해액 보충장치나 에어혼합장치에 부분적으로 보완하여 적용이 가능한 장치가 필요하다.
다섯째, 소비자가 수용 가능한 저렴한(affordable) 가격으로 구입할 수 있는 장치가 필요하다.
따라서 본원은 전지간 비중차이,온도차이, 전해액 수위차이는 전지간 화학변화에 차이를 가져와 전체 배터리의 수명 및 성능을 크게 단축시키므로 전해액의 비중이나 온도, 수위를 균등화 할 처리수단을 제공하고자 하는 목적을 갖는다.
또한, 종래의 전해액 혼합을 위한 공기주입방식은 전해액 비중 차이를 없애주기에는 부분적으로 효과를 갖지만 전해액 온도조절방식과 함께 사용하기에는 어려움이 있었는바, 본원은 전해액의 온도를 냉각하거나 가열하고, 물도 보충하고, 전지간 온도, 비중, 수위를 균등화시키는 통합된 전해액처리방법 또는 시스템을 제공하기 위한 목적을 갖는다.
본원 기술은 습식 납산배터리 충전시 전해액의 온도 상승을 억제하여 낮게 유지하고 전해액 비중이 동일하도록 혼합하여 전지 내나 전지 간 비중이 동일하게 유지하며 전해액의 보충이 필요하면 손쉽게 보충하는 것을 목적으로 하는 수단을 제공하고자 하는 기술로, 본원 기술은 습식 납산배터리 전해액 종합처리방법에서, (1) 전해액을 다중의 전지 밖으로 배출시키는 흡입용 핏팅수단, (2) 배출된 전해액을 식히거나 데워주는 열교환수단, (3) 식혀지거나 데워진 전해액을 혼합 또는 보충하는 보조수단, (4) 전해액을 다중의 전지 내부로 복귀시키는 주입용 핏팅수단, (5) 상기 흡입용 핏팅수단, 열교환수단, 보조수단, 주입용 핏팅수단이 순환되는 통로를 이루며 흡입 및 배출을 가능케 하는 이송수단을 포함하여 이루어지는 습식 납산배터리 전해액 종합처리방법을 특징으로 한다.
본원기술이 적용되는 전해액 종합처리방법에서 상기 전해액을 전지 밖으로 배출시키는 흡입용 핏팅수단은 전해액교반용 전지의 양극판에 한 개의 튜빙공간이 형성되고, 전지 저부로 튜빙 단부가 극판 받침대 5~10mm 상부 위치까지 삽입되고 튜빙의 중간에 전극포켓의 상부로부터 1~5mm 높이 위치에 튜빙 주위로 0.5~1.5 mm 크기의 구멍이 형성된 튜빙으로 사용되도록 적용될 수 있다.
또한 본원기술이 적용되는 전해액 종합처리방법에서 상기 열교환수단은 라디에이터와 팬을 갖는 구조이거나 라디에이터, 히터 및 팬을 갖는 방식으로 적용될 수 있으며, 더욱 구체적으로 상기 열교환수단은 라디에이터 대신 관(Pipe) 내에 냉각제를 사용해 압축, 응축, 증발을 하여 냉각시키는 방식으로 변형되어 적용될 수 있다.
또한 본원기술이 적용되는 전해액 종합처리방법에서 상기 전해액의 흡입 및 배출 기능을 수행하는 이송수단은 내산기능 소재가 사용되고 유체흐름(fluid flow)이 0~3바(bar)의 압력 범위로 적용되며 압력에 따라 정지되거나 작동되는 다이아프램(diaphragm) 펌프가 사용되도록 적용할 수 있다.
따라서 본원은 습식 납산배터리 전해액의 종합처리시스템으로, (1) 전해액을 다중의 전지 밖으로 배출하기 위해 전해액교반용 전지의 양극판에 한 개의 튜빙공간이 형성되고, 전지 저부로 튜빙 단부가 극판 받침대 5~10mm 저부 위치까지 삽입되고 튜빙의 중간에 전극포켓의 상부로부터 1~5mm 높이 위치에 튜빙 주위로 0.5~1.5 mm 크기의 구멍이 형성된 튜빙이 사용되어 배출수단을 구성하고, (2) 배출된 전해액을 식혀주기 위해 라디에이터와 팬을 갖는 구조이거나 라디에이터, 히터 및 팬을 갖는 방식으로 적용되는 열교환 수단을 가지며, (3) 냉각된 전해액을 다중의 전지내로 넣어주기 위해 전해액의 수위를 표시하는 장치를 갖는 주입수단을 포함하며, (4) 상기한 전해액의 열교환수단과 주입수단이 순환되는 통로로 연결되어 적용되기 위해 내산기능을 갖고 유체흐름(fluid flow)이 0~3바(bar)의 압력 범위로 적용되며 압력에 따라 정지되거나 작동되는 다이아프램(diaphragm) 펌프가 사용되어 순환시스템을 이루는 형태의 습식 납산배터리 전해액의 종합처리시스템으로 구현될 수 있다.
본원의 기술사상이 적용되는 경우 납산은 물론이고 리튬, 니켈 배터리도 모두 충전 시 발생되는 열 때문에 신경을 많이 쓰고 있고 납산배터리는 다른 종류에 비해 충전시 발열이 상대적으로 적은 편이나 대신 충전시간이 길어지는 문제점이 있는바 출원기술에서는 열교환(냉각)기능을 추가하므로서 충전 진행 중 온도상승이 더 일어나지 않도록 억제할 수 있고 따라서 종전 기술은 충전이 끝난 후에 식히는 공정은 온도가 이미 상승했던 온도를 다시 내리는 공정임에 반하여 출원기술은 아예 상승이 되지 않고 충전 시작 싯점 온도가 그대로 유지될 수 있고 온도제어가 가져오는 잇점은 극판의 부식을 낮춰주므로써 사용 수명이 50~100 % 길어지는 효과를 제공하게 된다.
또한, 혼합하는 방법도 저지로부터 전해액을 외부로 배출해 열교환시키고 타 전해액과 혼합시켜 순환시키므로 종전에 사용하던 혼합방식(1,2)과는 차이가 큰바, 종래 혼합기술1은 충전기에서 기포를 발생시켜 충전하는 방법이 초창기부터 지금도 써오는 방법으로 기포발생이 본격적으로 시작하는 것이 충전후 약 4시간이 지난 시점부터 효과가 나타나고 따라서 혼합이 늦게 시작되므로 이미 온도가 많이 상승해 있는 싯점에서 혼합이 시작되는 것이기 때문에 전지가 뜨겁게 되는 문제점을 갖는 것이었고, 혼합기술2는 공기펌프에서 만든 공기를 전지 밑 바닥으로 집어넣어 공기가 떠오르는 힘으로 전해액이 섞이게 하는 혼합기술이므로 온도상승은 혼합기술1보다 적으로 여전히 온도상승을 막지 못하고 다중의 전지 간 균등화를 이루지 못하는 문제점을 갖고 있다.
그러나 이 건 출원발명은 전지의 바닥부분에 있는 전해액을 외부로 배출 열교환시킨 후 순환시켜 다시 전지로 주입시키므로 완전한 혼합을 도모할 수 있는바, 전해액 교반배터리가 도입되기 이전 지게차 납산배터리에는 전지극판이 통안에 가득채워지기 때문에 튜빙을 전지 밑바닥 부분까지 내리지 못하는 문제점이 있었으나 공기주입방식의 보급으로 전지 양극의 한개의 튜빙을 비어놓은 구조의 제품(전해액 교반전지)이 보급되었기 때문에 본원 기술 적용이 가능하게 되었다.
본원의 기술사상이 적용되는 경우 개별적인 전지상태가 정상적인 것도 중요하지만 다중의 전지가 고르게 온도, 비중, 수위의 측면에서 고른것이 더욱 중요한데 배터리를 이루는 한개의 전지가 너무 뜨거워져 수명이 다한다든지 어느 한 전지만 전해액이 모자라 말라진다든지 어느 한 전지만 비중이 유독 높거나 낮으면 그 전지가 맨 먼저 소진되는 경우 다른 전지들도 함께 소진되어버리는 근원적 문제점을 전해액을 배출시켜 열교환 혼합하여 주입시키는 경우 전지 간에 들어가는 비중, 온도, 수위정도가 골고루 균형을 이루며 주입될 수 있도록 전지간 균등화 조건을 충족시켜 주게되는바 본원 기술의 전해액을 배출 순환 주입하므로서 최상의 균등화조건을 충족시키는 효과를 제공할 수 있기 때문이다.
또한 출원기술은 충전시간을 줄여주고 충전이 끝나면 즉시 사용이 가능한 배터리가 된다는 점에서 배터리의 가동도(availability)를 높여주어 현장의 1교대 작업에서만 사용하는 배터리를 연속작업에서 사용할 수 있게 하는 획기적인 기술인바, 종래 공기혼합방식을 사용해서 급속충전,수시보충전을 가능하게 한 것과 같은 장점을 제공할 수 있는데 공기주입방식은 실제 사용해보면 자주 공기가 새는 문제가 발생하여 AS가 잦은 문제점이 있었으나 출원기술은 AS걱정도 없고 펌프도 소형이고 흡입방식이어서 전해액 누출염려가 없으며 배터리 충전시간을 5~6시간에 마치고 8시간작업을 하면 하루 2교대 작업에 사용이 가능하게 되는바, 예를 들면 4시간 연속충전 후 작업투입해 쉬는 시간에 1시간을 충전을 더하면 총 12시간이 1교대가 되고 다음 교대 전 4시간 충전하고 또 작업중 1시간을 충전하면 8시간작업을 연속으로 수행할 수 있게 되는 효과를 제공한다.
또한 출원기술은 작은 투자비로 현행 고급기술이 제공하는 혜택을 볼 수 있고 냉각과 가열 기능을 추가할 수 있는바 현행 선진기술로 알려진 납산배터리 유지보수기술은 (1)물의 일괄보수 (2) 공기주입에 의한 혼합 두가지 기술이 있었는데 출원기술은 상기 두가지 방식을 적용한 현장에는 아주 적은 비용으로 냉각이나 가열장치를 추가하고 일괄보수 및 전해액 혼합, 온도조절의 혜택은 물론 전지간 균등화 혜택까지 누릴 수 있는 효과를 제공하게 될 것이다.
본 발명은 배터리 내의 뜨거워진 전해액을 배터리 밖으로 배출시켜 열교환기로 냉각시킨 후 전해액을 순환시켜 전지에 주입시키므로서 충전시에 뜨거워진 전해액은 그때마다 식혀지므로 충전이 끝나면 배터리는 곧바로 사용이 가능하도록 준비되고 충전이 끝나도 배터리 전해액은 뜨겁지 않고 상온 상태를 유지하는 효과를 제공한다.
또한 반대의 경우로 냉동창고에서 사용될 때는 전해약을 가열시켜 전지에 주입시켜 사용하여 배터리가 정상의 성능발휘를 하도록 하여 업무효율을 향상시키는 효과를 제공한다.
또한 본원 기술의 전해액은 충전시에 잘 혼합되며 전지 간 비중차이를 없이하고 전해액의 수위는 일정범위로 안정되어 있으므로 보충이 필요한 시점이 되면 한 곳에서 순식간에 보충할 수 있는바 이처럼 냉각되고 잘 혼합되어 사용이 준비된 배터리를 사용하면 아래와 같은 효과를 얻게 된다.
첫째 배터리의 기대수명이 제조업체의 공칭 사이클 수명에 가까워지는 수명연장 효과를 얻는다..
납산배터리의 공칭수명은 완전 충전시킨 배터리를 방전시에는 기준비율(I5 )로 방전하고 전해액온도는 표준온도(습식은 30°C)에 가까운 33~40°C를 유지한 상태에서 방전한 시험에서 얻어진 사이클 수명이다.(KS R IEC 60524-1,2003(2013년 확인판 ). 따라서 규정된 부하작업을 표준의 상온에서 사용하면 배터리 수명은 공칭 수명을 얻을 때 시험한 환경에 가까워져 공칭사이클과 가까워진다. 현재 대부분의 배터리 수명이 공칭 수명의 50~60%에 불과한 실정임을 감안하면 공칭 수명의 100%에 가까운 수명이 되는 것은 40~50%이상의 엄청난 수명연장을 얻는다.
둘째 배터리를 식히고 혼합하는 일, 전해액 보충을 동시에 하기 때문에 따로 냉각할 필요가 없어져 냉각에 소비하는 시간을 줄일 수 있다. 따라서 급속 충전을 하는 경우에도 이 장치를 사용하면 충전완료와 동시에 배터리가 준비되어 곧바로 사용할 수 있다. 그 결과 가동도를 크게 높일 수 있다. 사용후 충전만 끝나면 곧바로 배터리가 준비되는 것이므로 지게차의 가동도가 높아져 사용자의 생산성도 높아진다.
셋째. 배터리의 충전시간이 단축된다. 혼합을 위한 별도의 기체발생을 위한 시간이 필요없고 부동충전(floating )시간도 필요없다. 전통적인 충전기이든 고주파충전기이든 본 장치를 사용하기 전과 비교하면 1~2시간의 충전시간이 단축된다.
넷째 전통적인 충전기나 고주파 충전기나 보충전(Opportunity charging)이 가능해진다. 충전기로 충전하는 경우 충전후 4~5시간까지는 전해액이 혼합되지 못해 보충전의 효력이 없었으나 본 장치와 함께 충전기를 사용하면 보충전을 효율적으로 할 수 있고 짧은시간(1~2시간) 의 보충전도 큰 효과를 얻는다. 또한 고전류로 급속충전을 하는 보충전을 통해 지게차의 가동도를 크게 높인다.
다섯째 일괄보액장치, 공기혼합 장치, 고주파 충전기를 사용하는 사용자도 기존 장치를 그대로 사용하거나 약간만 개조해 사용이 가능하기 때문에 투자비를 절약한다. 기존 장치를 갖고 있는 수요자라면 기존장치를 그대로 재활용하거나 개조해 사용하므로서 새 장치의 투자비용을 더 낮출 수 있다.
여섯째 전지간 비중차이를 없애주는 균등충전이 필요없어진다. 충전기로 하든 균등충전이나 공기혼합방식의 혼합방식으로는 전해액의 유출로 말미암은 비중차이를 없애는 일이 매우 어렵다. 이를 순환방식의 혼합을 통해 배출하고 주입시키므로서 완벽한 전지간 균등화를 이룰 수 있다.
도 1 : 본원의 습식 납산배터리 전해액 종합처리방법이 구현되기 위한 처리흐름도
도 2 : 본원 기술에 적용되는 전해액교반용 전지 및 배터리의 개요를 설명하기 위한 도면
도 3 : 본원 기술에 적용되는 흡입용 핏팅의 적용예시도
도 4 : 본원 기술에 적용되는 이송용 펌프의 적용예시도
도 5 : 본원 기술에 적용되는 전해액 열교환장치의 일 적용예시도
도 6 : 본원 기술에 적용되는 전해액 혼합 및 보수탱크의 일적용예시도
도 7 : 본원 기술에 적용되는 균질화된 전해액 주입용 핏팅의 일적용예시도
도 8 : 본원 기술의 효용성을 확인하기 위해 제작된 파이롯 실험장치 예시도.
본 발명은 배터리의 유지보수 분야 중 전해액 보충, 전해액 혼합, 전지간 전해액 비중의 균등화, 전해액의 온도유지 문제를 종합적으로 해결하는 방법과 그 장치를 제공하고자 하는 기술로 이하에서는 도면을 참조하여 본원에서 개시되는 새로운 기술을 중심으로 상세히 설명하기로 한다.
본원의 습식 납산배터리 전해액 종합처리방법이 구현되기 위해서는 다수개의 전지가 결합된 배터리와 배터리를 이룬 각 전지간의 연결구조를 이루기 위한 관련 부품, 저장용기, 모터펌프, 냉각팬, 에어컨, 냉각제, 열교환장치에 이르는 다양한 구성이 포함되는 통합장치로 이루어질 수 있다.
도 1에서는 본원 기술사상이 구현되기 위한 핵심 구성을 다이아그람 형태의 처리흐름도를 나타낸 것으로, 납산배터리의 일 적용예로 전지(10) 12개가 결합된 구성의 24볼트 배리리(100)와, 각 전지(10) 내부의 전해액을 전지 외부로 배출시키기 위한 흡입용 핏팅(20)의 흡입분지관(201)이 각 전지(10)의 저부까지 내삽되어 저부의 전해액을 외부로 흡입하여 배출할 때 흡입용 핏팅(20)이 이송용 펌프(30)와 연계된 구조를 이루어서 각 전지 내부의 전해액을 열교환장치(40)로 보내서 배출된 전해액을 식히거나 또는 데워주는 공정을 수행하고 열교환된 전해액이 모두 일괄적으로 보조혼합용기(50)로 보내져서 열교환기를 통하여 식혀지거나 또는 데워진 전해액이 혼합되거나 또는 필요한 경우 물이나 첨가제가 보충되도록 적용되는 보조혼합용기(50)에서 균질화된 전해액이 다시 다중의 각각의 전지(10) 내부로 복귀시키기 위한 주입용 핏팅(60)으로부터 각각의 주입분지관(601)을 통하여 각각의 전지(10) 내부로 주입되는 처리흐름도를 나타낸 것이다.
따라서 본원 기술사상은 습식 납산배터리 전해액 종합처리방법으로, (1) 전해액을 다중의 전지 외부로 배출시키기 위한 흡입용 핏팅수단(20)과 (2) 배출된 전해액을 식히거나 또는 데워주기 위한 열교환수단(40)과 (3) 식혀지거나 데워진 전해액을 혼합 또는 보충하는 보조수단(50)과 (4) 전해액을 다중의 전지 내부로 복귀시키기 위한 주입용 핏팅수단(60) (5) 상기 흡이용 핏팅수단(20), 열교환수단(40), 보조수단(50), 주입용 핏팅수단(60)이 하나의 순환통로를 형성하며 원활한 이동을 가능케 하는 이송수단(30)을 포함하여 이루어지는 구성을 통하여 본원의 목적을 달성할 수 있음을 확인하여 이루어진 것으로, 상기 이송수단(30)은 흡이용 핏팅수단(20)이나 열교환수단(40)이나 보조수단(50), 주입용 핏팅수단(60) 중 어느 곳에 위치 하든지 전해액의 이송구조를 구현할 수 있는 위치에 설치되어 사용될 수 있음은 당연하다.
이상의 설명을 통해서도 납산배터리를 취급하는 사람은 본원 기술구성을 충분히 이해할 수 있을 것이나 전문가가 아닌 분들을 위해 전지(10)와 배터리(100), 흡입용 핏팅(20), 이송용 펌프(30), 열교환장치(40), 보조혼합용기(50), 주입용 핏팅(60)등으로 구분하여 설명하기로 한다.
도 2에서는 본원 기술에 이용되는 전해액교반용 전지(10)를 하나의 단위 전지 상태를 도 2a에 나타내고, 도 2b에서는 상기의 단위 전지(10) 24개가 결합되어 48볼트 배터리를 이룰 수 있는 적용양태를 사진도로 나타낸 것이다.
도 2a의 사진도를 통하여 하나의 전해액교반용 전지(10) 상부덮개(11)에는 중심부에 보수용벤트구(12)가 형성되고 보수용벤트구(12)에는 캡형태의 부레(13b)가 부착된 자동보수플러그(13a), 또는 일반플러그(13c)를 통해 열고 닫을 수 있도록 제공되고, 보수용벤트구 일측면으로 (-)단자(14)와 타측으로 (+)단자(15)가 위치하고 단자연결부에 전지간 연결대(16)가 끼움되고 단자나사(17)가 조임되는 구조를 이루며 (-)단자(14) 구석 코너쪽에 공기주입용 예정구가 그로밑(18)으로 형성된 구조로 전해액교반용 전지(10)로 제공될 수 있음을 나타낸 것이다.
도 2b는 상기와 같은 전해액교반용 전지(10) 24개가 결합되어 48볼트 배터리를 이루는 각각의 전지가 서로연결되어 있음을 나타낸 것으로, 연결구조를 이루기 위해 부레캡(1), 단자케이블(2), 충전플러스(3), 전해액수위표시등(4), 전지간 연결대(5), 연결대 뚜껑(6) 등의 부품이 사용되어 상호 연결구조를 이루어 외부함체에 내장되어 지게차용 배터리(100)로 제공될 수 있음을 나타낸 것이다.
도 3은 본원에서 이용되는 흡입용 핏팅(20) 구조를 설명하기 위하여, 도 3a는 하나의 전해액교반용(EUW) 전지의 상단 연결부를 중심으로 나타낸 것이고, 도 3b는 전해액교반용(EUW) 전지 내부에 본원의 튜빙(22)이 내삽되는 구조를 설명하기 위해 투시형태로 나타낸 사진도로써, 본원 기술의 흡입용 핏팅(20) 전지 내부로 내삽될 수 있는 구조로 만들어진 전해액교반용(EUW)전지를 그대로 이용하고자 하는 것으로, (EUW)전지의 특징은 전지 내 양극의 한곳은 튜빙이 들어갈 수 있도록 제작되어 있어 전지의 상부에서 하부에 이르도록 튜빙이 장착될 공간이 있는 점을 이용하여 도 3의 전지덮개(11)의 정해진 곳(양극의 한곳에 튜빙이 들어갈 수 있도록 제작되어 있는 곳)인 그로밑(18)를 통하여 직경이 적은 관통구로 형성된 튜빙(22)을 삽입하여 전지(10) 내의 전해액을 흡입하여 배출할 수 있다.
더욱 상세하게는 튜빙(22)의 상단부는 그로밑(18)을 통하여 티핏팅(21)과 끼어 연결되는 구조를 이루고 전지 저부로 침투되는 튜빙하단부(22a)가 양극판받침대(19) 상단에서 5~10mm 거리까지 삽입되고 튜빙의 중간위치인 전극포켓의 상부로부터 1~5mm 높이 위치에 튜빙 주위로 0.5~1.5 mm 크기의 통기구멍(22b)이 형성된 튜빙구조를 이루고 티핏팅과 연결되어 전해액을 전지 밖으로 배출시키기도록 적용된다.
상기 통기구멍(22b)은 주입용 벤트캡(13a) 저부에 설치된 부레(13b)가 최대로 올랐을 때 부레의 바닥 전해액수준(level of electrolyte)에서 약 10mm 아래에(전극주머니의 끝 부분과 만나는 지점) 0.5~1.5 mm 크기의 통기구멍이 튜빙의 사방에 뚫어줘서 전해액 레벨이 통기구멍 이하로 내려가면 공기가 새어 들어가 전해액의 배출도지 않도록 하는 기능을 하며 튜빙의 아래 튜빙하단부(22a)는 양극판받침대(19)에서 5~10mm정도 띄어 있어 전지의 바닥에 있던 전해액이 쉽게 빨려 들어가 배출되도록 적용되는 구성이 바람직하다.
티핏팅(21)과 측면으로 연결된 횡형연결튜빙(23)은 또 다른 전지의 티핏팅과 튜빙을 통해 서로 연결되는 구조이므로 튜빙과 티핏팅의 연결은 배터리의 전지배열 구조에 따라 얼마든지 달라질 수 있고 여러 갈래의 튜빙을 한군데로 모은 튜빙은 좀더 직경이 큰 튜빙으로 끝에는 신속연결기(Quick Connector)를 갖도록 제공될 수 있다.
도 4는 본원에서 흡입용 핏팅(20)과 열교환장치(40)와 보조혼합용기(50)와 주입용 핏팅(60)사이에 전해액의 원활한 이송을 위해 사용되는 이송수단(30)의 일적용예로서 다이아프램펌프(31)가 사용될 수 있음을 나타낸 것으로, 전해액이 주입되는 입구(32)와 배출되는 출구(33)를 갖는 통상적으로 사용되는 다이어프렘펌프로 바이톤 밸브, 산토프렌 다이아프램, 프라스틱 몸체와 모터로 구성되고 내산기능을 갖는 다른 재질을 사용할 수 있으며 압력에 따라 압력이 너무 커지면 작동이 중지되었다가 다시 자동으로 작동하는 (automatic demand)타입이 바람직하며 또한 스스로 전해액을 빨아올리는 타입(self primining)으로 입구(32)가 9.5~10mm, 출구(33)부분은 9.5~10mm의 내경을 갖는 구리튜빙을 갖는 구조를 이루는 다이아프램펌프는 흡입펌프여서 전지 속에 있는 전해액을 흡입관(201,20)을 통해 부압( 負壓)으로 흡입시켜 밸브와 다이아프램을 통해 곧바로 배출시켜 열교환장치(40)로 보내도록 적용될 수 있으며 진공펌프이므로 전해액 누설 위험이 없으며 펌프는 DC전력을 사용하며, 12V DC 또는 24V DC전류로 작동하고 전원이 AC 전원인 경우 어댑터가 별도로 필요함은 물론이다.
도 5는 본원에서 이용될 수 있는 전해액 열교환장치(40)의 일적용예를 나타낸 것으로, 동관 또는 알루미늄핀으로 구성된 라디에이터(41)와 송풍팬(42), 팬이 달린 히터(43) 등으로 열교환장치가 구성될 수 있음을 나타낸 것으로, 라디에이터(41)는 7~13mm굵기의 동관과 금속핀을 사용해 만든 것을 사용할 수 있으며 송풍팬(42)은 라디에이터를 구성하는 방법에 따라 적당한 크기를 선정해 1~4개 까지로 구성될 수 있고, 팬이 달린 히터(43)는 가열관과 함께 제작해 부착하여 사용할 수 있는바, 라디에이터(41)와 송풍팬(42) 또는 팬이 달린 히터(43)를 연결해 열 교환기로 사용함은 공지의 기술이며 냉각을 원할 때는 라디에이터와 팬을 연결해 사용할 수 있고 가열을 원할때는 라디에이터와 히터를 연결해 사용할 수 있고 사용자의 필요에 따라 히터와 라디에이터만 장착하여 사용하거나 팬과 라디에이터만 필요에 따라 작동시킬 수 있음은 물론이고 전해액이 라디에이터의 동관을 흐르는 사이 송풍되는 공기의 온도에 따라 열교환을 이루게 되며 배터리의 전지 갯수, 용량의 크기에 따라 열교환기의 크기나 수효는 달리질 수 있고 또한 팬이나 히터에 흐르는 전류,전압의 조절을 통해 교환능력을 조절할 수 있음은 물론이다.
도 6에서는 본원 기술에 이용되는 전해액 혼합 및 보수탱크(50)의 일적용예를 나타낸 것으로, 열 교환기(40)의 출구 쪽에서 보내주는 전해액을 혼합시키고 전해액이나 물을 보충하기 위한 보수탱크 기능을 갖는 것으로 보수탱크 크기는 배터리 전해액 용량을 감안해 5~20 리터 크기로 제공될 있으며 전해액이 다이아프램펌프(30)의 압력에 의해 열 교환기(40)를 거쳐 전해액 혼합 및 보수탱크(50)의 입구(51)를 통해.보수탱크에 들어오고 보수탱크로 들어온 전해액은 아주 적은 압력으로 또는 순수한 전해액의 중력에 의해 출구(53)를 통해 다시 각각의 전지로 복귀하게 되며 보수탱크(50)의 일측 윗부분에 있는 보충구(52)가 마련되어 새로운 전해액이나 물을 보충하기 위한 용도로 사용될 때 전해액은 보수탱크(50) 안에서 자연스럽게 혼합되고 필요한 보수공정을 수행한 후 전지로 재충진되도록 준비된다.
도 7은 본원 기술에 이용되는 주입용 핏팅수단(60)의 일 적용예를 나타낸 것으로, 도 7a는 도 2b에 제시된 형태의 배터리 구조 각각의 전지(10) 보수용벤트구(12)의 상부에 체결되는 보수플러그(13)에 주입용 핏팅(60)이 연결되고 인접된 주입용 핏팅과 핏팅 사이로 횡형연결튜빙(23)을 갖는 구조를 이루고 여러 갈래의 튜빙을 한군데로 모은 튜빙은 좀더 직경이 큰 튜빙을 이루며 끝에는 신속연결기(Quick Connector: 24)와 연결되어 적용될 수 있는 일 적용예를 나타낸 것이다.
도 7b는 도 2a에 제시된 전지(10) 보수용벤트구(12)에 부레(13b)가 부착된 자동보수플러그(13a)는 현재 수입품으로 값이 고가로 공급되고 있는 상태이므로 본원에서는 주입용 핏팅(60)으로부터 공급되는 전해액을 각 전지 내부로 적정량 공급하는 기능을 갖는 보수조절장치(61)로 변형시켜 사용하기 위하여 단순한 구조로, 각 전지(10)로부터 흡입용 핏팅(20)을 통하여 빼낸 전해액이 열교환장치(40) 및 보조혼합용기(50)를 거치며 전해액 보충, 전해액 혼합, 전지간 전해액 비중의 균등화, 전해액의 온도유지 문제를 종합적으로 해결한 후 다시 균일화된 전해액이 전지 내부로 주입시키는 주입용 핏팅(60)에 종래의 물 보수용 벤트캡 대신에 주입이 간편하고 자동적으로 전해액 수위가 조절되는 간단한 부레장치 형태의 보수조절장치(61)가 부착되어 사용될 수 있음을 나타낸 것으로, 본원에서 개시되는 보수조절장치(61)는 배터리를 이루는 각각의 개별 전지들의 중앙에 있는 벤트캡이 일괄보수용이 아니고 수동으로 보충하는 수동벤트인 경우 벤트부근에 장착되어 사용될 수 있는바 벤트에서 50mm 정도 떨어진 전지덮개(11)에 8 mm 정도의 구멍을 뚫어 그로밑을 넣고 보수조절장치(61)를 고정한 후 티핏팅을 튜빙에 연결해 사용할 수 있었는바 보수조절장치(61)의 맨끝은 전지극판의 상부에서 5~10mm에 위치하도록 하여 전해액이 전지로 주입되어 전해액이 올라오면 벤트에 장착된 부레추(62)를 밀어 올리며 보수조절장치(61)에 달린 부레막대(63)가 화살표 방향으로 상단 배출구 입구를 막도록 올라오면서 해당 전지의 보수는 중단되고 전해액은 다음 전지로 이동하여 충진하게 되도록 적용될 수 있음을 나타낸 것이다.
본원 기술의 바람직한 전해액 종합처리장치의 적용사례
본원 발명자는 본원 기술구성의 효과를 확인하기 위해 (1) 전해액을 다중의 전지 외부로 배출시키기 위한 흡입용 핏팅수단과 (2) 배출된 전해액을 식히거나 또는 데워주기 위한 열교환수단과 (3) 식혀지거나 데워진 전해액을 혼합 또는 보충하는 보조수단과 (4) 전해액을 다중의 전지 내부로 복귀시키기 위한 주입용 핏팅수단과 (5) 상기 흡이용 핏팅수단(1), 열교환수단, 보조수단, 주입용 핏팅수단(2)이 하나의 순환통로를 형성하며 원활한 이동을 가능케 하는 이송수단을 포함하여 이루어진 습식 납산배터리 전해액의 종합처리장치의 파이롯 실험장치를 도 8의 형태로만들어 실험하고자 하였으며, 다수의 시행오차를 겪는 과정에서 2개의 라디에이터와 펌프 한개를 이용한 냉각장치를 직접 저수조에 연결하여 배출하고 냉각시킨 후 순환시키는 과정을 거치며 전해액의 온도변화를 첵크하여 얻은 실험데이터 값으로 전해액 200리터인 배터리가 본원 발명의 도 8에 원리가 적용되는 장치를 사용하면 매시간당 2~4℃를 냉각시키므로 6시간이면 12~24℃ 까지 낮출 수 있고 아래 표 1에 제시되는 결과를 얻을 수 있음을 확인하고 특허출원에 이르게 되었다.
항 목 실험 값 비 고
전해액 온도 변화 팬1 입구 온도 42℃/출구 온도 40℃
팬2 입구 온도 42℃/출구 온도 38℃		 변화량 2℃ /팬 연결시 4℃
실내온도 24 ~ 30 ℃
저수조 물의 양 , 온도 60 liter, 42℃
15분간 배출시킨 양 54 liter, 38℃ 분당 배출량 3.6liter/min
입력전력 220V AC, 0.7Amp. 154Watt 펌프, 팬(4개) DC전류로 작동
이상의 기재를 통하여 본원 발명이 구현되기 위한 구체적인 제작 또는 적용사례를 사진도나 도면을 통하여 설명하였으나 본원 발명의 기술사상은 제시된 사진도나 도면에 한정되지 않고 수정과 변경을 통해 다양한 변형적용이 가능함은 물론이므르 본원의 청구범위에 기재된 기술사상에 근거하여 균등론 적으로 보호되어야 할 것임은 명백하다.
10 : 단위 전지 11 : 상부덮개
12 : 보수용벤트구 13 : 플러그
14 : (-)단자 15 : (+)단자
16 : 전지간 연결대 17 : 단자나사
18 : 그로밑 19 : 양극판받침대
20 : 흡입용 핏팅 21 : 티핏팅
22 : 튜빙 23 : 횡형연결튜빙
24 : 신속연결기 30 : 이송용 펌프
31 : 다이아프램펌프 32 : 펌프입구
33 : 펌프출구 40 : 열교환장치
41 : 라디에이터 42 : 송풍팬
43 : 팬이 달린 히터 50 : 보조혼합용기
51 : 탱크입구 52 : 보충구
53 : 탱크출구 60 : 주입용 핏팅
61 : 보수조절장치 62 : 부레추
63 : 부레막대 100 : 납산배터리

Claims (6)

  1. 습식 납산배터리 전해액 종합처리방법에 있어서,
    (1) 전해액을 다중의 전지 외부로 배출시키기 위한 흡입용 핏팅수단(1)
    (2) 배출된 전해액을 식히거나 또는 데워주기 위한 열교환수단
    (3) 식혀지거나 데워진 전해액을 혼합 또는 보충하는 보조수단
    (4) 전해액을 다중의 전지 내부로 복귀시키기 위한 주입용 핏팅수단(2)
    (5) 상기 흡이용 핏팅수단(1), 열교환수단, 보조수단, 주입용 핏팅수단(2)이 하나의 순환통로를 형성하며 원활한 이동을 가능케 하는 이송수단을
    포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 습식 납산배터리 전해액 종합처리방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전해액을 전지 밖으로 배출시키기 위한 흡입용 핏팅수단(1)은 전해액교반용 전지의 양극판에 형성된 튜빙공간을 이용하여 전지 저부로 튜빙단부가 극판 받침대 5~10mm 저부 위치까지 삽입되고 튜빙의 중간위치인 전극포켓의 상부로부터 1~5mm 높이 위치에 튜빙 주위로 0.5~1.5 mm 크기의 구멍이 형성된 튜빙이 티핏팅과 연결되어 전해액을 전지 밖으로 배출시키기도록 적용되는 것을 특징으로 하는 습식 납산배터리 전해액 종합처리방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열교환수단은 라디에이터와 팬을 갖는 구조이거나 라디에이터, 히터 및 팬을 갖는 방식으로 적용되는 것을 특징으로 하는 습식 납산배터리 전해액 종합처리방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 열교환수단이 라디에이터 대신 관(Pipe) 내에 냉각제를 사용해 압축, 응축, 증발을 하여 냉각시키는 방식으로 변형되어 적용되는 것을 특징으로 하는 습식 납산배터리 전해액 종합처리방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전해액의 흡입 및 배출 기능을 수행하는 이송수단은 내산기능 소재가 사용되고 유체흐름(fluid flow)이 0~3바(bar)의 압력 범위로 적용되며 압력에 따라 정지되거나 작동되는 다이아프램(diaphragm) 펌프가 사용되는 것을 특징으로 하는 습식 납산배터리 전해액 종합처리방법.
  6. 습식 납산배터리 전해액의 종합처리장치에 있어서
    (1) 전해액을 다중의 전지 밖으로 배출하기 위해 전해액교반용 전지의 양극판에 형성된 튜빙공간을 이용하여 전지 저부로 튜빙단부가 극판 받침대 5~10mm 저부 위치까지 삽입되고 튜빙의 중간위치인 전극포켓의 상부로부터 1~5mm 높이 위치에 튜빙 주위로 0.5~1.5 mm 크기의 구멍이 형성된 튜빙이 티핏팅과 연결되어 전해액을 전지 밖으로 배출시키는 흡입용 배출수단을 구성하고,
    (2) 배출된 전해액을 식혀주기 위해 라디에이터와 팬을 갖는 구조이거나 라디에이터, 히터 및 팬을 갖는 방식으로 적용되는 열교환 수단을 가지며
    (3) 냉각된 전해액을 다중의 전지 내로 넣어주기 위해 전해액의 적정레벨을 조절하는 보수조절장치를 갖는 주입수단을 포함하며
    (4) 상기 전해액 배출수단과 열교환수단과 주입수단이 순환통로로 연결되어 적용되기 위해 내산기능을 갖고 유체흐름(fluid flow)이 0~3바(bar)의 압력 범위로 적용되며 압력에 따라 정지되거나 작동되는 다이아프램(diaphragm) 펌프가 사용되어 순환시스템을 이루어 적용되는 구성을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 습식 납산배터리 전해액의 종합처리장치.


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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114628815A (zh) * 2022-03-22 2022-06-14 国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院 一种低温地区户外电池相变温度适应壳体
CN116646689A (zh) * 2023-04-04 2023-08-25 安徽超威环保科技有限公司 一种铅酸蓄电池自动倒液装置
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Cited By (5)

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