PT860032E - Aparelho de ventilacao para pilhas de metal-ar - Google Patents

Description

Descrição “Aparelho de ventilação para pilhas de metal-ar”

Campo técnico A presente invenção refere-se, genericamente, a pilhas e, mais particularmente a um aparelho de ventilação para uma pilha de metal-ar.

Fundamento da invenção

As pilhas de metal-ar incluem um cátodo permeável ao ar e um ânodo metálico, separados por um electrólito aquoso. Durante a descarga da pilha de metal--ar, por exemplo uma pilha de zinco-ar, o oxigénio proveniente do ar ambiente é convertido, no cátodo, em hidróxido, o zinco é oxidado, no ânodo pelo hidróxido e libertam-se água e electrões para proporcionar energia eléctrica. As pilhas de metal--ar têm uma densidade de energia relativamente elevada, porque o cátodo utiliza oxigénio do ar ambiente como um dos reagentes na reacção electroquímica, em vez de um material mais pesado, tal como um metal ou uma composição metálica. Os elementos de pilha de metal-ar dispõem-se muitas vezes em blocos de pilhas com elementos múltiplos, com um alojamento comum, para proporcionar uma potência de saída suficiente. O resultado é uma pilha de peso relativamente reduzido.

Para operar um elemento de pilha de metal-ar, é portanto necessário proporcionar um suprimento de oxigénio aos cátodos de ar dos elementos. Alguns sistemas anteriores recolhem um fluxo contínuo de novo ar ambiente através dos cátodos de ar, com um caudal suficiente para conseguir a potência de saída desejada. Apresenta-se uma tal disposição na patente US 4 913 983 de Cheiky. Cheiky utiliza uma ventoinha no interior do alojamento da pilha para fornecer um fluxo de ar ambiente para um bloco de elementos de pilha de metal-ar. Quando se liga a pilha, abrem-se uma entrada de ar e uma abertura de saída de ar e a ventoinha é activada para criar o fluxo de ar para o interior, para a passagem pela pilha e para fora do alojamento.

Um problema com uma pilha de metal-ar é que o nível de humidade ambiente pode provocar o mau funcionamento da pilha. A pressão de vapor de equilíbrio da bateria de metal-ar conduz a um equilíbrio da humidade relativa, que é tipicamente de cerca de 45%. Se a humidade ambiente for superior à humidade de equilíbrio no interior do alojamento da pilha, a pilha absorverá água do ar, através do cátodo e deixará de funcionar, devido a uma condição denominada de afogamento. O afogamento pode conduzir à explosão da pilha. Se a humidade ambiente for menor que a humidade de equilíbrio no interior de alojamento da pilha, a pilha de metal-ar libertará vapor de água do electrólito, através do cátodo de ar e deixa de funcionar porque seca. Portanto a técnica reconheceu que um nível de humidade do ar ambiente diferente do nível de humidade no interior do alojamento da pilha criará uma transferência líquida de água para dentro ou para fora da pilha. Estes problemas têm um interesse particular quando a pilha não está em utilização, visto que a humidade tende a escoar-se para o interior ou para o exterior do alojamento da pilha, durante um intervalo de tempo longo.

Um outro problema associado com as pilhas de metal-ar é a transferência de dióxido de carbono do ar ambiente para o interior do elemento de pilha. O dióxido de carbono tende a neutralizar o electrólito, por exemplo de hidróxido de potássio. No passado, foram colocadas camadas absorventes do dióxido de carbono contra a superfície exterior do cátodo, para reter o dióxido de carbono. Apresenta-se um exemplo de tal sistema na patente US 4 054 725. A manutenção de um elemento de pilha com os níveis apropriados de humidade e a exclusão do dióxido de carbono exigiu geralmente um alojamento da pilha vedado. Como atrás se discutiu, no entanto, os sistemas da técnica anterior, tais como o apresentado por Cheiky, utilizaram um ventilador de qualquer tipo para forçar o ar ambiente através do alojamento da pilha, durante a utilização. Proporcionaram-se grandes aberturas, para permitir os fluxos de entrada e de saída do ar. Estas aberturas são geralmente vedadas durante os períodos de não utilização, por meio de uma porta de ar mecânica. Se a porta de ar não estiver presente ou se não estiver fechada durante esses períodos de não utilização, penetrarão grandes quantidades de ar ambiente no alojamento. Esse fluxo de ar produziria problemas devidos à humidade e ao dióxido de carbono no interior do alojamento, como atrás se discutiu. O oxigénio no ar ambiente também provocaria a descarga do elemento, conduzindo desse modo a “fugas” de corrente e a uma redução do rendimento e da duração do elemento.

Mas, mesmo com a utilização das portas de ar, uma certa quantidade de oxigénio e contaminantes tende a penetrar no elemento durante os períodos de não utilização. É portanto inevitável alguma corrente de fuga. Embora as portas de ar limitem essa corrente de fuga e outros problemas descritos atrás, a utilização das portas de ar aumenta a complexidade do alojamento da pilha propriamente dita e aumenta o custo e o tempo de fabricação de toda a pilha.

As portas de ar não foram necessárias em algumas aplicações de elementos de metal-ar, como se mostra na patente US 4 118 544 de Przybyla. Przybyla descreve um elemento de pilha primário de metal-ar, em forma de botão, usada em relógios e aparelhos auxiliares da audição. Tais elementos de pilha funcionam 4 durante uma descarga contínua única, com níveis de corrente muito baixos. Na essência, Przybyla baseia-se na utilização de uma “corrente de fuga” contínua, para alimentar com energia dispositivos que exigem correntes reduzidas.

Os elementos de pilha metal-ar são concebidos para ter uma superfície relativamente grande do eléctrodo de ar, de modo a poder obter a maior potência de saída possível de um elemento com peso e volume dados. Uma vez introduzido o ar no interior do alojamento da pilha de metal-ar, o objectivo tem sido distribuir o ar, que leva o oxigénio, de maneira uniforme e eficiente para todas as superfícies do eléctrodo de ar. Desenvolveram-se controladores da recírculação do ar, que incluem ventoinhas no interior do alojamento da pilha, para distribuir ar no interior do alojamento mantendo no entanto o ar de compensação o mais reduzido possível. Porém, nos sistemas com elementos múltiplos, os trajectos de distribuição do ar têm--se estendido tipicamente a partir de uma ventoinha, colocada ao longo de uma periferia do alojamento junto à porta do ar, até uma distância grande, sobre todas as superfícies do eléctrodo de ar. Representa-se um exemplo na patente US 5 387 477. Retira-se oxigénio da corrente de ar, de modo que a concentração de oxigénio, no fim do trajecto de distribuição, muitas vez caia abaixo de um nível desejado para a produção óptima da energia a partir de todos os elementos. Os sistemas que resolvem este problema soprando o ar exterior sobre os elementos e expulsando-o imediatamente sem recírculação, estão sujeitos aos problemas de afogamento ou de secagem atrás descritos.

Assim, criou-se a necessidade de um sistema controlador do ar prático para uma pilha de metal-ar, sem portas de ar mecânicas ou outros processos mecânicos de vedação, para impedir a difusão através dos mesmos quando a pilha não está em 5 utilização. O sistema deveria manter um equilíbrio estável do vapor de água através do cátodo de ar do elemento metal-ar, ao mesmo tempo que proporciona, convectivamente, novo oxigénio para o funcionamento do elemento, com níveis de potência desejados, num alojamento da pilha simplificado.

Sumário da invenção A invenção visa proporcionar um aparelho de ventilação aperfeiçoado para uma pilha de metal-ar ou elemento de metal-ar, que mantenha um equilíbrio mais estável do vapor de água através do cátodo de ar de um elemento de metal-ar, mas proporcionando o oxigénio novo necessário para o funcionamento do elemento com os níveis de potência desejados, que não necessite de portas de ar mecânicas e que inclua um dispositivo de ventilação do ar para o alojamento de metal-ar que elimine substancialmente a difusão no mesmo, quando se desliga a ventoinha do sistema de ventilação.

De acordo com a invenção, proporciona-se um aparelho para a ventilação numa pilha de metal-ar, que compreende um alojamento para pelo menos um elemento de pilha de metal-ar no alojamento, pelo menos uma passagem de ventilação que funciona para estabelecer a comunicação entre o interior do alojamento e o ambiente exterior ao alojamento, e um dispositivo que desloca o ar, caracterizado por a passagem de ventilação ser alongada; o dispositivo de deslocação do ar estar posicionado de modo que, enquanto o dispositivo de deslocamento do ar está em funcionamento, flua ar através da passagem de ventilação, para fornecer ar ao elemento de metal-ar, de modo que o elemento possa funcionar com o nível de potência desejado; e a passagem de ventilação não ser vedada, quando o dispositivo de deslocamento do ar não está a funcionar, e

concebido de modo a limitar o fluxo de ar através da passagem de ventilação de modo que haja um efeito pouco apreciável no rendimento e na duração do elemento. O alojamento tem de preferência pelo menos uma abertura de entrada de ar e pelo menos uma abertura de saída de ar. Numa forma de realização preferida, monta-se uma ventoinha posicionada para fornecer ar para o interior da abertura de entrada de ar e para fora da abertura de saída de ar, quando a ventoinha está ligada. As aberturas são dimensionadas com um comprimento, na direcção através da espessura do alojamento, maior que a largura na direcção perpendicular à espessura do alojamento. Numa forma de realização preferida, as aberturas não são obstruídas e são dimensionadas para eliminar substancialmente o fluxo de ar para o interior da abertura de entrada de ar e para fora da abertura de saída de ar, quando a ventoinha está desligada.

Mais particularmente, a presente invenção proporciona um aparelho de ventilação para uma pilha de metal-ar, que tem uma densidade de corrente de saída preferida, com a ventoinha ligada, de cerca de 50 a 200 mA por 645 mm2 (polegada quadrada) de superfície do cátodo. Cada abertura tem de preferência uma relação entre o comprimento e a largura tal que o comprimento é cerca de duas vezes maior que a largura, tendo cada abertura um comprimento de cerca de 7,6 mm a 38,1 mm (0,3-1,5 polegadas) e uma largura de cerca de 0,76 mm a 7,6 mm (0,03 a 0,3 polegadas). As aberturas são dimensionadas de preferência, no agregado, para permitir um caudal através das mesmas de cerca de 0,328 a 1,312 litros por minuto (20 a 80 polegadas cúbicas por minuto) quando forçado pela ventoinha com uma capacidade de cerca de 1,64 a 49,2 litros por minuto (100 a 3 000 polegadas cúbicas por minuto). 7

Quando desligada a ventoinha, as aberturas são dimensionadas para retardar a taxa de difusão através das mesmas, de modo que a densidade de corrente drenada seja menor que 1 mA por 645 mm (polegada quadrada) da superfície do cátodo. A relação preferida entre a densidade de corrente de saída e a densidade de corrente de drenagem da pilha é pelo menos 100:1. O caudal com a ventoinha desligada é de preferência cerca de 0,164 a 3,28 cm3 (0,01 a 0,2 polegadas cúbicas) por minuto, ou inferior.

Numa forma de realização preferida, a pilha inclui uma pluralidade de elementos de pilha metal-ar no interior do alojamento, estando pelo menos um primeiro elemento colocado de um primeiro lado do eixo do fluxo da ventoinha e pelo menos um segundo elemento situado num segundo lado do eixo do fluxo da ventoinha; estendendo-se um primeiro trajecto de ar a partir do lado de pressão positiva da ventoinha, ao longo de um lado do eléctrodo de ar do primeiro elemento e para o lado negativo da ventoinha; e estendendo-se um segundo trajecto de ar a partir do lado da pressão positiva da ventoinha, ao longo de um lado do eléctrodo de ar do segundo elemento e para o lado negativo da ventoinha; fornecendo a ventoinha ar, quer para o primeiro, quer para o segundo trajectos, ao mesmo tempo.

De preferência, de cada lado da ventoinha são colocadas duas passagens alongadas, com um comprimento e um diâmetro escolhidos de modo a eliminar substancialmente a difusão através das mesmas, quando a ventoinha está desligada.

Nesta memória descritiva, a expressão “pelo menos um” significa um e mais que um.

Breve descrição dos desenhos

As figuras dos desenhos anexos representam: A fig. 1, uma vista de cima, esquemática, do alojamento da pilha que realiza na prática a presente invenção, mostrando a posição dos elementos, da ventoinha e das aberturas para o ar, em combinação com o sentido do fluxo de ar, relativamente ao alojamento; A fig. 2, um corte transversal vertical, feito pela linha (2-2) da fig. 1; A fig. 3, uma vista esquemática, em perspectiva, de uma abertura de ventilação; A fig. 4, uma vista em perspectiva de uma segunda forma de realização de uma pilha, que incorpora a presente invenção, com arranque parcial para mostrar o interior em pormenor; A fig. 5, uma vista de cima da pilha da fig. 4; A fig. 6, uma vista de cima do interior da pilha da fig. 4 no sentido das setas (6-6) da fig. 7; A fig. 7, uma vista de topo do interior da pilha da fig. 4 no sentido das setas (7-7) da fig. 6; e A fig. 8, uma vista lateral em corte transversal da porção da tampa do alojamento da pilha da fig. 4, feito pela linha (8-8) da fig. 6;

Descrição pormenorizada

Fazendo agora referência mais pormenorizada aos desenhos, nos quais os mesmos números se referem às mesmas peças nas várias vistas, as fig. 1 e 2 mostram um bloco de pilhas de metal-ar (10), de acordo com a presente invenção. O bloco de pilhas (10) inclui uma pluralidade de elementos (15), contidos no interior de um alojamento (20). Embora se descreva a utilização da invenção com uma pilha de zinco-ar, a invenção deve ser entendida como sendo aplicável a outros tipos de 9 elementos de pilha de metal-ar. O alojamento (20) isola os elementos (15) do exterior, com excepção de uma pluralidade de aberturas de ventilação (25). Na forma de realização representada nas fíg. 1 e 2, utilizam-se uma única abertura de entrada de ar (30) e uma única abertura de saída de ar (35). Como mais adiante se descreve, o número de aberturas (25) não é tão importante como a dimensão agregada das aberturas (25), em ligação com a forma de cada abertura (25). O alojamento (20) pode ser de qualquer tipo convencional, substancialmente uma estrutura estanque ao ar.

Proporciona-se uma ventoinha (40), para produzir um fluxo de ar de convexão, quer para dentro, quer para fora do alojamento (20) e para circular e misturar os gases no interior do alojamento (20). As setas (45) representadas na fig. 1 representam uma circulação típica dos gases, para dentro e para fora e no interior do alojamento (20), para proporcionar ar reagente para os elementos (15). A capacidade da ventoinha (40) depende das dimensões do alojamento (20) e da potência pedida pelo bloco de elementos (10). O termo “ventoinha” (40), como aqui se usa, significa qualquer orifício usado para deslocar ar. A ventoinha (40) pode ser posicionada no interior do alojamento (20) ou junto do alojamento (20), em comunicação com uma das aberturas (25). Se a ventoinha (40) for colocada no interior do alojamento (20), as aberturas de ventilação (25) são posicionadas de modo tal que a abertura de entrada (30) e a abertura de saída (35) fiquem posicionadas de lados opostos da ventoinha (40). O único requisito para o posicionamento no interior do alojamento (20) da ventoinha (40) e as aberturas (25) é que estejam suficientemente próximas uma das outra, para criar um fluxo de ar de convexão para o interior, através de e para fora do 10 alojamento (20). A ventoinha (40) pode ser montada no interior ou junto do alojamento (20), de uma maneira qualquer conveniente. A ventoinha (40) é geralmente vedada no seu lugar, por um junta de vedação (41), ou outro meio convencional qualquer, para garantir que os lados de alta pressão e de baixa pressão da ventoinha (40) fiquem isolados um do outro.

Como se mostra na fig. 2, a pluralidade de elementos (15) no interior do alojamento (20) está disposta de modo que está colocada sob os elementos (15) uma câmara de ar reagente sob pressão (50). A câmara (50) de ar sob pressão defme uma entrada (55) da câmara, uma passagem do ar (60) e uma saída (65) da câmara. A ventoinha (40) está geralmente situada entre a entrada (55) da câmara e a saída (65) da câmara, isolando-as, para obter um fluxo de ar eficiente através do alojamento (20).

Como se mostra na fig. 3, as aberturas de ventilação (25) são dimensionadas de modo que o seu comprimento (26), isto é, a dimensão na direcção através da espessura do alojamento (20), é maior que a sua largura (27), isto é, a dimensão na direcção perpendicular à espessura do alojamento (20). Utilizando-se uma relação suficientemente grande entre o comprimento (26) e a largura (27) das aberturas de ventilação (25), verificou-se que se elimina substancialmente a difusão de ar através das aberturas (25), sem a assistência da ventoinha (40). Por “eliminar substancialmente” entende-se que a taxa de difusão de oxigénio ou contaminantes através das aberturas (25) é tão reduzida que a transferência de humidade ou a corrente de drenagem são suficientemente reduzidas e tem um impacto pouco apreciável no rendimento e na duração da pilha (10). As aberturas (25) são suficientemente compridas e estreitas, para proporcionar uma barreira à difusão de 11 gases através das mesmas, quando a ventoinha (40) está desligada.

Isso exige que a relação entre o comprimento (26) e a largura (27) seja pelo menos de dois para um. Estas relações são suficientes para impedir uma difusão apreciável através das aberturas (25), quando a ventoinha (40) é desligada, ao mesmo tempo que permite um fluxo de ar de convexão através das mesmas, quando se liga a ventoinha (40). Prefere-se a utilização de valores maiores da referida relação entre o comprimento (26) e a largura (27). Em função da natureza da pilha (10), a relação pode ser superior a 200:1. A área aberta total preferida das aberturas (25) depende da capacidade desejada para a bateria (10). Pode utilizar-se qualquer número de aberturas (25) de modo que a área aberta agregada de todas as aberturas (25) seja igual a esta área aberta preferida, tendo cada uma das aberturas (25) as mesmas ou semelhantes relações do comprimento (26) para a largura (27), para proporcionar as funções de barreira. Embora se apresente a utilização de aberturas circulares (25), pode utilizar--se qualquer forma convencional, com os valores da referida relação exigidos. Além disso, as aberturas (25) podem ter, no seu comprimento, a forma rectilínea ou curva.

Em utilização, arrasta-se ar ambiente para o interior da entrada de ar (30), pelo impulso da ventoinha (40), quando a ventoinha (40) estiver ligada. Como está representado pelas setas (45) na fig. 1, o ar é então arrastado através da ventoinha (40) e para o interior da câmara de ar sob pressão (50). O ar entra na câmara de ar sob pressão (50), através da entrada (55) da câmara, desloca-se através do trajecto (60) para proporcionar um fluxo de ar reagente para os elementos (15), e sai através da saída (65) da câmara. O ar é depois de novo arrastado para o interior da ventoinha (40), onde ele se mistura, quando entra ar ambiente fresco, ou é forçado para fora do 12 alojamento (20), através da saída de ar (35). Quando se desliga a ventoinha (40), a taxa de difusão do ar através das aberturas (25) é reduzida para níveis aceitáveis, de modo que não se toma necessária uma porta de ar mecânica. A título de exemplo, numa forma de realização preferida do bloco de pilhas (10), projectado para alimentar um computador portátil (não representado), utiliza-se um pilha (10) de 8 V, com 8 elementos (15) (pode utilizar-se um conversor elevador (não representado)). Cada elemento (15) tem uma saída de cerca de 1 V ou ligeiramente maior, com 1 a 4 A. Cada elemento (15) tem uma área de cátodo exposta (não representada) de cerca de 11 612 - 14 194 mm2 (18 a 22 polegadas quadradas) para uma área total exposta do cátodo de cerca de 92 880-113 520 mm2 (144 a 176 polegadas quadradas). A pilha (10) tem portanto uma densidade de corrente de cerca de 50 a 200 mA por 645 mm2 (polegada quadrada) de superfície do cátodo, quando a ventoinha está ligada. A ventoinha (40) tem uma capacidade de cerca de 1,64 a 49,2 litros (100 a 3 000 polegadas cúbicas) por minuto.

Para impedir um fluxo de gás através do alojamento (20) de cerca de 0,328 a 1,312 litros (20 a 80 polegadas cúbicas) por minuto, quando a ventoinha está ligada, as aberturas (25) estão dimensionadas com um comprimento (26) de cerca de 7,6 mm a 38,1 mm (0,3 a 1,5 polegadas), sendo preferível cerca de 25,4 mm (1,0 polegada), e uma largura (27) de cerca de 0,76 mm a 7,6 mm (0,03 a 0,3 polegadas) sendo preferível cerca de 2,29 mm (0,09 polegadas). A área aberta total de cada abertura (25) é portanto de cerca de 0,45 a 322,5 mm2 (0,0007 a 0,5 polegadas quadradas) sendo preferida uma relação entre o comprimento (26) e a largura (27) de cerca de 10:1.

Quando se desliga a ventoinha (40), o caudal de gases é reduzido para cerca de 0,164 a 3,28 cm3 (0,01 a 0,2 polegadas cúbicas) por minuto ou menos, com uma corrente de fúga inferior a 1 mA. A relação entre a densidade de corrente de saída, com a ventoinha (40) ligada, para a densidade de corrente de drenagem, com a ventoinha (40) desligada, espera-se ser pelo menos 100:1, para uma pilha eficiente (10).

Compreende-se que as dimensão, capacidades, densidades, caudais respectivos e outros parâmetros atrás discutidos dependem dos requisitos globais de dimensões e potência da bateria (10). Por exemplo, a densidade de corrente de saída poderia facilmente situar-se no intervalo de 10 a 500 mA por 645 mm2 (polegada quadrada) de superfície do cátodo de ar, numa pilha (10) convencional. Compreende-se também que podem ser alimentados outros tipos de dispositivos eléctricos, além do equipamento computador, por uma pilha (10).

As aberturas (25) são de preferência dimensionadas para difundir preferencialmente oxigénio para fora do alojamento (20) durante a recarga. O oxigénio é gerado no cátodo (não representado) durante a recarga. As aberturas (25) são dimensionadas, no agregado, para forçar a saída de oxigénio do alojamento (20) quando a pressão parcial do oxigénio no interior do alojamento (20) tiver um nível superior à pressão parcial do oxigénio fora do alojamento (25).

Nas fíg. 4 a 8 está representada uma segunda forma de realização de uma pilha (70), de acordo com a presente invenção. A pilha (70) inclui um alojamento (72), com duas partes mutuamente vedadas numa junta central: uma porção de tampa (73) e uma porção inferior (74). No interior do alojamento (72) estão colocados quatro elementos (76-79), em duas pilhas com dois elementos cada uma. Os elementos (76) e (77) formam uma pilha da esquerda, vista na fíg. 7, e os elementos (78) e (79) formam uma pilha da direita, afastada da pilha da esquerda. No espaço alongado entre as pilhas da esquerda e da direita, está colocada uma ventoinha (80). A ventoinha está orientada para dirigir ar ao longo do espaço entre as pilhas, como se mostra pelas setas na fig. 6, de um lado de pressão negativa (81) da ventoinha, para um lado de pressão positiva (82). Designa-se aqui o sentido do fluxo de ar através da ventoinha para o seu interior, por eixo do fluxo da ventoinha (80). Assim, na pilha da esquerda, os elementos (76) e (77), estão situados no lado esquerdo do eixo do fluxo e na pilha da direita, os elementos (78) e (79), estão situados no lado oposto do eixo do fluxo. A ventoinha (80) está de preferência colocada aproximadamente a meia distância ao longo do comprimento dos elementos, sendo os espaços entre a ventoinha e a tampa (73) e o fundo (74) do alojamento (72) preenchidos por juntas de vedação (83).

Como melhor se vê nas fig. 5 e 8, a porção de tampa (73) do alojamento (72) define uma ranhura central (85), que é profunda no centro da cobertura (73), tomando-se menos profunda quando a ranhura se aproxima dos bordos opostos da cobertura. A ranhura (85) é paralela ao eixo do fluxo da ventoinha (80). Como se mostra na fig. 8, uma porção periférica da ventoinha (80) fica saliente para o interior da ranhura, no centro da ranhura. Na ranhura situam-se dois tubos de difusão alongados (87) e (88), um de cada lado da ventoinha, de modo que uma extremidade de cada tubo é levada para uma posição adjacente à ventoinha, estando os tubos alinhados um com o outro, de lados opostos da ventoinha. Os tubos estendem-se para cima, ao longo da ranhura, em sentidos opostos, afastando-se da ventoinha, e terminam, com as suas outras extremidades, junto de uma superfície principal da cobertura (73). 15

Assim, as extremidades interiores dos tubos (87, 88) situam-se junto da ventoinha no trajecto das pás da ventoinha, uma voltada para a outra, através de um sector exterior de uma área activa da ventoinha. Os tubos (87, 88) têm uma área da secção transversal e um comprimento escolhidos para eliminar substancialmente o fluxo de ar para o interior do alojamento, quando a ventoinha está desligada, de maneira semelhante às aberturas de ventilação (25) da primeira forma de realização atrás descrita. Na forma de realização representada nas fig. 4 a 8, cada um dos tubos tem de preferência um diâmetro interior de cerca de 3/16” (3 a 6 mm) e um comprimento de cerca de 7/8” (18 a 25 mm). Porém, podem utilizar-se quaisquer dimensões dentro dos intervalos e das características atrás descritos para as aberturas de ventilação (25). Os especialistas compreenderão que o comprimento das passagens formadas pelos tubos (87) e (88) pode ser aumentado e/ou o diâmetro diminuído, se a pressão estática da ventoinha for aumentada. Pode encontrar-se um equilíbrio entre a pressão estática da ventoinha e as dimensões das passagens, para o qual o fluxo de ar para o interior do alojamento seja suficientemente reduzido quando a ventoinha está desligada.

Deve também entender-se que as passagens proporcionadas pelos tubos (87, 88) podem em vez disso ser proporcionadas por aberturas moldadas na tampa (73) ou envolvendo a ranhura (85).

Os elementos (76-79) podem ser elementos de eléctrodos de ar duplos, do tipo que tem cátodos de ar adjacentes às duas superfícies do elemento, e ânodos de zinco entre os cátodos. Cada elemento inclui um terminal de cátodo (95) e um terminal de ânodo (96) e uma ventilação de hidrogénio (97) formada no lado do elemento. Os elementos (76-79) estão afastados um do outro nas suas pilhas e 16 também da tampa (73) e do fundo (74) do alojamento, por uma pluralidade de juntas de vedação periféricas em forma de U (90), que se estende em tomo da periferia do alojamento, excepto no espaço central entre as pilhas de elementos, e por juntas de vedação centrais (92) e (93). As juntas de vedação central da esquerda (92) estendem-se a partir da ventoinha, sobre o elemento (76), sob o elemento (77) e entre os elementos (76) e (77). As juntas de vedação centrais da direita (93) estendem-se a partir da ventoinha, sobre o elemento (78), sob o elemento (79) e entre os elementos (78) e (79). As juntas de vedação (92) e (93) estendem-se a partir da ventoinha, por cerca de três quintos da largura dos elementos. As juntas de vedação (90), (92) e (93) asseguram que se proporciona espaço para o fluxo de ar junto de todos os cátodos de ar dos elementos e também o fluxo de ar directo nesses espaços.

Em funcionamento, a ventoinha faz circular ar ao longo de dois trajectos separados de fluxo de ar, ao mesmo tempo, como se mostra por duas circunferências de setas nas fíg. 4 e 6. O ar sob pressão no lado positivo da ventoinha flui a partir do espaço central da esquerda e da direita, para o interior dos espaços entre os elementos de cada pilha e entre os elementos e o alojamento. As juntas de vedação centrais (92, 93) guiam o ar para o bordo exterior dos cátodos de ar e as juntas de vedação periféricas (90) confinam o ar à área dos cátodos de ar. Depois de passar pelas juntas de vedação centrais, o ar flui de novo em tomo do lado negativo da ventoinha, para recirculação. Através do tubo (87) admite-se ar novo, ou ar de compensação, no lado negativo da ventoinha, enquanto que se expulsa uma quantidade de ar igual através do tubo (88), no lado positivo da ventoinha. As pás da ventoinha misturam o ar que chega no interior do alojamento e forçam a maior parte 17 desse ar para os trajectos de recirculação do ar. Embora, de preferência, a ventoinha esteja a meia distância ao longo do comprimento dos elementos, ela pode ser posicionada em qualquer ponto ao longo do espaço entre as pilhas dos elementos, a partir do qual podem manter-se os fluxos de ar separados, mantidos ao mesmo tempo. Enquanto a ventoinha está ligada, verifica-se um fluxo de ar nos tubos (87, 88); mas quando se desliga a ventoinha, o fluxo nos tubos é tão pequeno que não provoca qualquer descarga significativa dos elementos. Como consequência dos trajectos separados do fluxo de ar, todos os elementos das duas pilhas de elementos recebem ar rapidamente e o ar recebido tem uma concentração de oxigénio mais uniforme, visto que os trajectos do ar são mais curtos do que nas configurações anteriores que utilizam o mesmo número de células. Por outras palavras, quando o fluxo de ar atinge a área do último eléctrodo de ar antes de voltar à ventoinha, o ar atravessou a área de eléctrodos de área cumulativa menor e portanto não está tão esgotado de oxigénio como no caso dos sistemas anteriores.

Os elementos são cablados em série, de uma maneira conhecida dos especialistas. A ventoinha está ligada para ser operada pelos elementos. Do alojamento estende-se um cabo (99), para ligar os elementos e a ventoinha para circuitos de recarga (não representados) e a um conversor elevador (não representado). O conversor elevador eleva a tensão de saída da pilha, por exemplo cerca de quatro volts, até ao nível necessário para operar a ventoinha, por exemplo a cerca de 10 V.

Embora a forma de realização das fig. 4 a 8 tenha sido descrita em ligação com elementos de eléctrodos de ar duplos, compreende-se que a presente invenção é vantajosa em pilhas de todos os tipos de elementos de metal-ar. Além disso, o 18 número de elementos de cada lado do eixo do fluxo da ventoinha pode ser um ou muitos, conforme puderem ser servidos de maneira apropriada pela ventoinha. Esses elementos podem ser empilhados, como está representado, ou orientados com uma outra configuração.

Deve entende-se que o que antecede se refere apenas a formas de realização preferidas da presente invenção e que podem introduzir-se numerosas alterações na mesma sem nos afastarmos do escopo da invenção, tal como é definido nas reivindicações anexas.

Lisboa, 18 de Abril de 2000

Rua do Saiitrc, 135, i/c-Dit. 1250 LISBOA

Claims (24)

1. Reivindicações 1. Aparelho (10) para a ventilação de pilhas de metal-ar, que compreende: um alojamento (20) para pelo menos um elemento de metal-ar (15) no referido alojamento, pelo menos uma passagem de ventilação (25) operativo para comunicação entre o interior do referido alojamento e o ambiente exterior ao referido alojamento, e um dispositivo de movimentação do ar (40), caraçterizado por: a referida passagem de ventilação ser alongada; o referido dispositivo de movimentação do ar (40) estar posicionado de modo que, enquanto o referido dispositivo (40) de movimentação do ar está em funcionamento, o ar flui através da referida passagem de ventilação (25), para fornecer ar ao referido elemento de metal-ar (15), de modo que o referido elemento (15) possa operar com o nível de potência desejado, e a referida passagem de ventilação (25) não ser vedada quando o dispositivo (40) de movimentação do ar não está em funcionamento, e ser concebida de modo a limitar o fluxo de ar através da referida passagem de ventilação de modo que haja um efeito pouco apreciável no rendimento e na duração do elemento (15).
2. 2. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, no qual a relação i dimensional entre o comprimento e a largura da referida passagem é maior que 2:1.
3. 3. Aparelho de acordo com a reivindicação 2, no qual a referida relação dimensional é maior que 10:1.
4. 4. Aparelho de acordo com a reivindicação 3, no qual a referida relação dimensional é maior que 200:1.
5. 5. Aparelho de acordo com qualquer das reivindicações 2 a 4, no qual a referida passagem é cilíndrica.
6. 6. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, no qual a relação do fluxo através da referida passagem quando o dispositivo de movimentação do ar está em funcionamento para quando o dispositivo de movimentação do ar não está em funcionamento é pelo menos igual a 100:1.
7. 7. Aparelho de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, no qual a referida passagem não é obstruída.
8. 8. Aparelho de acordo com a reivindicação 1, no qual a referida passagem é cilíndrica.
9. 9. Aparelho de acordo com a reivindicação 8, no qual o comprimento da referida passagem é de cerca de 7,6 mm e o diâmetro da referida passagem é de cerca de 0,76 mm.
10. 10. Aparelho de acordo com a reivindicação 8, no qual o comprimento da referida passagem é de cerca de 18 a 25 mm e o diâmetro da referida passagem é de cerca de 3 a 6 mm.
11. 11. Aparelho de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, no qual o dispositivo de movimentação do ar é uma ventoinha, posicionada no interior do referido alojamento.
12. 12. Aparelho de acordo com a reivindicação 1 e que possui pelo menos uma passagem de entrada, pelo menos uma passagem de saída e entre as mesmas um dispositivo para movimentação do ar.
13. 13. Aparelho de acordo com a reivindicação 12, no qual as referidas passagens são dimensionadas para permitir através delas um caudal de 3,23 cm3 por 3 minuto, ou menos, quando o referido dispositivo de movimentação do ar não está em funcionamento.
14. 14. Aparelho de acordo com a reivindicação 13, no qual as referidas passagens são dimensionadas para permitir um caudal de 0,328 a 1,312 litros por minuto quando o referido dispositivo para movimento do ar está em funcionamento.
15. 15. Aparelho de acordo com qualquer das reivindicações anteriores e que inclui além disso um elemento de metal-ar (15) no referido alojamento (20)..
16. 16. Aparelho de acordo com a reivindicação 15 e que tem um cátodo de ar, no qual a densidade de corrente de drenagem é menor que 1 mA por 645 mm2 de superfície do cátodo de ar, quando o referido dispositivo de movimentação do ar não está em funcionamento.
17. 17. Aparelho de acordo com as reivindicações 15 ou 16 e que tem um cátodo de ar, no qual a densidade de corrente de saída é pelo menos 10 mA por 645 mm2 de superfície do cátodo de ar, quando o referido dispositivo de movimentação do ar está em funcionamento.
18. 18. Aparelho de acordo com a reivindicação 17, no qual a referida densidade de corrente de saída é pelo menos 50 mA por 645 mm2 quando o referido dispositivo de movimentação do ar está em funcionamento.
19. 19. Aparelho de acordo com a reivindicação 15 e que tem um cátodo de ar, sendo a relação da densidade de corrente de saída do referido cátodo quando o dispositivo de movimentação do ar está em funcionamento e a densidade de corrente de drenagem quando o dispositivo de movimentação do ar não está em funcionamento pelo menos igual a 50:1.
20. 20. Aparelho de acordo com a reivindicação 19, no qual a referida relação

    é igual pelo menos a 100:1.
21. 21. Aparelho de acordo com a reivindicação 12, no qual o referido dispositivo para a movimentação do ar é uma ventoinha que define um eixo do fluxo, e o referido aparelho inclui ainda uma pluralidade de elementos de metal-ar, no referido alojamento, estando um primeiro elemento situado num primeiro lado do referido eixo de fluxo e um segundo elemento situado num segundo lado do referido eixo de fluxo, estendendo-se um primeiro e um segundo trajectos de ar respectivos a partir do lado de alta pressão da referida ventoinha, através dos referidos primeiro e segundo elementos, para o lado da pressão baixa da referida ventoinha, e sendo os referidos trajectos de ar alimentados simultaneamente pela referida ventoinha.
22. 22. Aparelho de acordo com a reivindicação 21, no qual os referidos trajectos do ar são definidos entre os respectivos eléctrodos de ar dos referidos elementos e uma parede do referido alojamento.
23. 23. Aparelho de acordo com as reivindicações 21 ou 22 e que além disso compreende uma pilha de cada um dos referidos primeiros elementos afastados numa direcção, para definir o referido primeiro trajecto do ar, e uma pilha dos referidos segundos elementos afastados na referida uma direcção, para definir o referido segundo trajecto do ar, encontrando-se as referidas pilhas separadas numa segunda direcção perpendicular à referida primeira direcção, para definir um espaço no qual se coloca a referida ventoinha.
24. 24. Processo de ventilação de um alojamento para um elemento de pilha metal-ar que compreende os passos seguintes: deslocar ar para o interior do referido alojamento, com um dispositivo de movimentação de ar, através de pelo menos uma passagem de ventilação alongada e 5 não vedada, que estabelece a comunicação entre o interior do alojamento e o ambiente exterior ao alojamento, para operar o elemento com um nível de potência desejado; e interromper o referido movimento do ar enquanto se mantém a referida passagem não vedada, sendo a passagem dimensionada de modo a limitar o fluxo de ar que a atravessa de modo que haja um efeito pouco apreciável sobre o rendimento e a duração do elemento. Lisboa, 18 de Abril de 2000