SE448650B - Ventil for vattenpafyllning vid elektrokemiska ackumulatorbatterier - Google Patents

Description

448 650 följer att en serie av nivåkontrollerande organ, som är förenade genom en tilledning, med hänsyn till det ofrånkomliga tryckfallet i ledningen, bör vara kort, då fyllningstiden annars blir oacceptabelt lång, _ * batterier omfattande från några få celler upp till flera hundra celler; vid större batterier fordras, på grund av risken för krypströmmar, att dessa indelas i lämpligt antal cellgrupper till vilka vattentillförseln anordnas genom separata ledningar.

Genom GB l 1342 633 är ett påfyllningsystem känt, som utnyttjar en förrådsbehållare placerad unde: de i cellerna monterde nivåkontrollerande organens utloppsnivå. Från förrådsbehållaren transporteras vattnet medelst pump antingen direkt till de nivåkontrollerande organen eller indirekt till dessa genom en högre placerad reservoar med självfall till cellerna. Över- skott av vatten återleds genom självfall till den lägre placerade förrådsbehål- laren. Anordningen kräver tillgång till nätström och lämpar sig inte för mångcelliga batterier, där flera separata vattentilledningsgrenar erfordras.

En besläktad anordning är känd genom GB 2 0141 629, vilken väsentligen skiljer sig från den ovan relaterade genom att vatten från en förrådsbehållare s_uges till de nivåkontrollerande organen med en vid förrâdsbehållaren an- bringad pump.

Systemet har_ samma nackdelar som det enligt GB 1 1142 633. Dessutom kan för cellerna skadligt undertryck etableras. Genom att införa en påfyll- ningsbehållare i serie mellan förrådsbehållaren och cellerna på sådan höjd att vätskenivåerna i påfyllningsbehållaren och cellerna är i huvudsak lika kan skadligt undertryck undvikas, vilket framgår av SE 632 164 . Denna anord- ning utnyttjar ett centralt förråd av batterivätska, från vilken en ipump transporterar vätska till den nämnda påfyllningsbehållaren vid cellerna.

Härifrån suges vätskan via nivåkontrollerande organ till cellerna, varvid överskottet återföres till förrådsbehållaren. Denna komplicerade anordning är endast lämpad för påfyllning av batterier med relativt få celler placerade på samma plan.

Kontrasterande enkel är en anordning beskriven i DE. 23 03 244, där celler med nivåkontrollerande organ tillföres vatten genom självfall från en över cellernas elektrolytnivå placerad förrådsbehållare. Trots enkelheten är denna princip inte tillämplig på mångcelliga batterier, där erforderliga nivåkärl skulle erbjuda en svåröverskådlig och tungskött anläggning. .fwwwnnvwa-n-i-flf. 44: ssó Kända system, såsom de ovan nämnda kan vara väl lämpade för vissa applikationer, men de saknar den flexibilitet som fordras för att möta de skiftande krav som kan ställas på en påfyílningsanordning enligt kravlistan ovan och som syftar till sänkta underhållskostnader genom minskat tillsyns- behov och/eller snabbare service vid batteriinstallationer med bibehållen hög driftssäkerhet, detta parat med låg kostnad för anordning och installation.

Uppfinningen Denna uppgift har lösts 'genom föreliggande uppfinning medelst en ventil för reglering av vattentillförseln, vilken kännetecknas därav, att ett i ventilhuset tätande anordnat membran medelst en fjäder pressas mot en i ventilhuset koncentriskt med inloppsöppningen anordnad vägg, som avdelar ett av membranet och ventilhuset skapat utrymme i en inre kammare med cirkulärt tvärsnitt mot membranet och en yttre kammare, som har ringfor- migt tvärsnitt mot membranet och är ansluten till utloppsstudsen via en strypt öppning, varvid membranet i sitt centrum är försett med en spindel, som löper fritt genom inloppsöppningen, vilken härigenom reduceras till en ringformig spalt, och som utanför inloppsöppningen bildar ett konformigt utvidgat parti, vars tvärsnittsarea stiger med avståndet till den som ventil- säte tjänande inloppsöppningen och som är avsett att åstadkomma tätning då fjädern ger efter för membranet.

Denna ventil kan som nämnts ingå i en anordning för vattenpåfyllning vid elektrokemiska ackumulatorbatterier innefattande nivåkontrollerande organ som medger tillförsel av vatten till varje cell i ett batteri intill en bestämd maximinivå, vilka organ är förbundna med en ledning för tillförsel av vatten och avluftning av cellernas gasrum, varvid ledningens ena.ände är ansluten till en ventil enligt uppfinningen för reglering av vattentillförseln och ledningens andra ände genom ett stigrör medger avluftning till atmosfä- ren. I en sådan anordning bör ventilen vara placerad i nära anslutning till ett nivåkontrollerande organ.

En förrådsbehållare för vatten kan enligt en utföringsform vara place- rad så högt över ventilen att dennas öppningstryck överskrids av vattnets tryckhöjd.

Alternativt kan en pump, företrädesvis en centrifugalpump, föra vatten från en förrådsbehållare till ventilen med ett tryck som överskrider ventilens öppningstryck.

Lämpligen mynnar stigröret i en explosionshämmande ventil.

Cellerna kan vara uppställda på ett och samma plan, alterntivt på olika plan, såsom på en trappstegsformad ställning.

Vid en utföringsform, särskilt lämpad för mângcelliga batterier, kan cellerna genom de nivâkontrollerande organen gruppvis vara seriekopplade med enl ledning för tillförsel av vatten och avluftning av cellerna, varvid varje ledning i ena änden är nära ansluten till en ventil för reglering av vattentillförseln och i andra änden till ett stigrör.

Varje cellgrupp, som är förbunden med en tillförselledning, kan lämpli- gen omfatta l-30 celler. Vidare kan lämpligen ventilerna genom parallell- koppling vara förbundna med en förrådsbehållare för vatten.

' Med "vatten" avses även annan batterivätska, Figurförteckning Uppfinningen skall nu närmare beskrivas under hänvisning till bifogade ritningar, där fig l visar ett exempel på en ventil enligt uppfinningen i genomskärning, fig 2 åskådliggör ventilens verkningssätt genom tre olika ventillägen, A, B och C, fig 3-6 schematiskt visar olika anordningar för vattenpåfyllning enligt uppfinningen och fig 7 i ett vertikalt snitt visar en ventil enligt uppfinningen ansluten till ett nivâkontrollerande organ i en elektrokemisk cell.

Beskrivning av utföringsexempel I figurerna betecknar 10 en ventil enligt uppfinningen för vattenpåfyll- ning vid elektrokemiska ackumulatorbatterier. Ventilen består av ett ventil- hus l2 med cirkulärt tvärsnitt och försett rred en Enloppsstuds ll: med en cirkulär öppning 16 mot ventilhuset, tjänande som ventilsäte, samt en utloppsstuds 18 med en strypt öppning 20 mot ventilhuset.

En mot ventilhuset anslutande och därvid medelst skruvar 23 fäst kåpa 22 fogar tätande ett membran 214 mot ventilhuset men har öppningar 25 mot omgivningen. En fjäder 26 med stöd motpkâpan 22 pressar dessutom membranet Zü mot en i ventilhuset koncentriskt med inloppsöppningen 16 anordnad vägg 28, som avdelar utrymmet i ventilhuset i en inre och en yttre kammare 30 resp 32, den inre med cirkulärt och den yttre med ringformigt tvärsnitt mot membranet. Vid membranets centrum finnes en ventilspindel 30, som löper fritt genom inloppsöppningen 16, vilken härigenorn reduceras till en ringformig spalt. Utanför inloppsöppningen l6 bildar spindeln ett konformigt parti 36, vars tvärsnittsarea stiger med avståndet till ventilsätet l6 och som är avsett att åstadkomma dels förändring av spaltarean, dels tätning. då fjädern 26 ger efter för membranet 214. Mernbranet 20 kan n, . 448 650 lämpligen vara formgjort av gummi, exempelvis EPDM-gummi, som en integrerad enhet, innefattande spindeln \3'4 med det konformiga partiet 36.

Membran och spindel kan dock utgöra separata komponenter, förenade på lämpligt sätt. Blott den ringformiga delen av membranet vid den yttre kammaren 32 skall vara elastisk i väsentlig grad. Fjädern 26 kan lämpligen bestå av rostfritt fjäderstâl, medan ventilhus 12 och kåpa 22 lämpligen är formsprutade av ett plastmaterial, såsom propenplast.

Ventilen har tre olika funktioner, vilka àstadkommes med endast en rörlig del. Ventilen har ett distinkt öppningstryck, d.v.s. vätsketrycket i inloppsröret måste överskrida ett bestämt värde innan ventilen öppnar för genomströmning. Då detta villkor uppfyllts, flödar vätska genom ventilen, som därvid konstanthåller flödeshastigheten. Den tredje funktionen träder in då ett mottryck uppstår i utloppsröret. varvid flödeshastigheten reduceras och vid ett visst mottryck stänger ventilen helt.

Dessa funktioner är vitala för åstadkommande av kontrollerade beting- elser för vattenpâfyllning vid elektrokemiska ackumulatorer, för vilken uppgift det är av vikt * att vattenflödet till cellerna är så avpassat, att det medger viss snabbhet och kontinuitet under pâfyllningsförloppet, men ej överskri- der ett förutbestämt gränsvärde, över vilket den samtidiga avluft- ningen av cellernas gasrurn försvåras eller förhindras, t att vattnets tryck till. cellerna är oberoende av det mot ventilen verkande vattentrycket och så avpassat att skadligt övertryck inte kan uppstå i cellerna, t att ventilen har ett lägsta öppningstryck för flöde till cellerna, väsentligen .för att hindra passage av gas från cellerna genom ventilen, samt * att flödet genom ventilen upphör vid visst mottryck.

Ventilens funktioner illustreras som läge A, B och C i fig 2, vilken för tydlighets skull saknar hänvisningsbeteckningar. Vid läge A vilar membranet 20 mot väggen 28. lnloppet genom lll är öppet mot den inre kammaren 30, men utloppet via den yttre kammaren 32 och studsen 18 är stängt. Detta tillstànd råder så länge ingåendetryck på membranytan i den inre kammaren 30 understiger ett av fiäderkraften balanserat minimivärde. överskrids detta värde ger fjädern 26 efter för membranet 20 och öppnar till yttre ventilkammaren 32 och därmed till utloppet 18. Ventilen har därvid läget B. Det inkommande vattnet, vars tryck just bringat fjädern att 448 650 ge efterlför membranet, får samtidigt tillträde även till den yttre ventilkam- maren, och verkar därvid sålunda på hgl_a membranets mot kamrarna expone- rade yta. Fjädern arbetar då mot en proportionellt större kraft, vilket vidgar öppningen mellan membranet och kamrama för stabilt flöde. Ventilen tillför- säkras sålunda en distinkt öppning för flöde genom densamma.

Flödet genom "ventilen vid läget B i fig 2 är kontinuerligt och konstant, såvida mottrycket på utloppssidan är förhållandevis ringa och ävenledes konstant. Flödet avtar dock med stigande mottryck för att helt avstanna vid ett visst förutbestämt värde. Detta tillstånd representeras i fig 2 av läge C.

Fjädern har här givit efter ytterligare för membranet, så att det konformiga partiet 36 på spindeln 34 tätar mot ventilsätet 16.

Dimensioneringen av fjädern 26, som reglerar membranets 2l4 rörelser och därmed öppning och stängning av inloppsöppningen, bestämmer ventilens arbetstryck, d v s minsta tryck för öppning mot yttre ventilkammare samt tryck för stängning av inloppet 16. Önskad flödesnivå bestämmes genom lämpligt val av areor på inloppsspalten mellan inloppet l6 och spindelns konformiga parti '36 och på utloppsöppningen, d v s strypningen 20. En inställbar kalibrering av fjädern 26 kan givetvis, om så bedöms fördelaktigt, uppnås genom ett reglerbart fäste i kåpan 22.

Vid kontinuerligt flöde kommer membranet att ömsom öka, ömsom minska inloppsspalten, d v s spela' mellan läge B och C i fig 2, under upprätthållande av det förutbestämda arbetstrycket och därmed den förut- bestämda flödeshastigheten genom utlcppgppningen. Flödet genom ventilen är oberoende av variationer i tryck' på matningssidan, förutsatt att minimi- trycket för ventilöppning ej undcrskridcs.

Denna ventil åstadkommer således allmänt sett en konstantreglering av ett vätskeformigt flöde.

Ventilen är genom sina olika funktioner synnerligen väl lämpad som organ för reglering av vattentillförseln i anordningar för vattenpåfyllning vid elektrokemiska ackumulatorbatterier. Exempel på sådana anordningar visas i fig 3-6. Varje sådan anordning innefattar nivåkontrollerande organ 38, som medger tillförsel av vatten till varje cell 140 i ett batteri 142 intill en bestämd maximinivå 44. De nivåkontrollerande organen 38 är förbundna med en ledning 46 för tillförsel av vatten och avluftning av cellernas gasrum. I ledningens 146 ena ände 148, i nära anslutning till ett nivåkontrollerande organ 38, är en ventil 10 enligt uppfinningen ansluten för reglering av vattentillför- szl. Ledningens 06 andra ände 50 är ansluten till ett stigrör 52 för avluftning mot atmosfären. ß *Q f' 'Ä1a sso Vid en utföringsform, fig 3, är ventilen 10 genom en ledning 56 förbunden med en förrådsbehållare 58 för vatten, placerad så högt över ventilen att dennas öppningstryck överskrids av vattnets tryckhöjd. Stigröret 52 mynnar lämpligen i en explosionshämmande ventil 5h.

Förrådsbehållaren 58 för vatten kan även vara lågt placerad i förhål- lande till cellerna, varvid en pump 60 - företrädesvis en centrifugalpump - trycker vattnet genom ledningen 56 till ventilen 10, fig fi. Cellerna kan valfritt vara uppställda på ett och samma plan, såsom visas i fig 3-5, eller på olika plan, såsom på en trappstegsformad ställning 62, fig 6.

Funktionen kan illustreras med stöd av fig 7. Denna ger en detaljerad bild av en membranventil 10 enligt uppfinningen, som via ledningsänden 48 är nära ansluten till ett nivåkontrollerande organ 38 i en första av flera i ett batteri 02 ingående celler 140, exempelvis såsom i fig 3.

Som inledningsvis nämnts är olika typer av organ för nivåkontroll kända.

Vilken av dessa som väljes är egalt för funktionen av en vattenpåfyllningsan- ordning enligt uppfinningen. Det organ 38 som visas i fig 7 har slanganslut- ningar 66 och 68 för till- respektive frånledning av Vattenflödet som, från en ej visad förrâdsbehållare 58, genom ledningen 56, via ventilen 10, ledningen US och anslutningen 66, ledes till cellen 40 samt vidare till nästa cell genom anslutningen 68 och ledningen #6.

Det nivåkontrollerande organet 38 har ett undre 70 och ett övre vattenlâs 72. Vattenflödet följer i organet 38 den väg som visas genom en fet ritningspil, via en klocka 714 till cellens elektrolytrum, samtidigt som luft och batterigaser evakueras via en kanal 76 längs den väg som visas genom en tunn riktningspil. Vattenflödet till cellen upphör när elektrolytnivån stigit till den markerade maximinivån (m, då klockans 714 undre öppning tillslutits av cellens elektrolyt och ett tryck byggts upp i klockan 71: motsvarande den av ventilen lO vid vattenlåset 70 bestämda trycknivån.

Vattenflödet från ventilen 10 kan lämpligen vara så avpassat, att endast några få celler, kanske en fjärdedel till hälften av cellerna, i en från samma ventil matad serie fylles samtidigt. Den första cellen i flödets riktning disponerar större del av flödet än de efterföljande cellerna och fylles således snabbast, de närmast följande successivt långsammare. När den första cellen är fylld får de närmast följande cellerna större del av flödet att fördela, och fyllningen fortskrider på detta sätt tills den sista cellen i serien har fyllts.

Vattnet leds då vidare, se fig 3, till-stigröret 52 via ledningen 50, där det stiger till en höjd svarande motrdet mottryck som erfordras för att ventilen 10 skall stänga vattenflödet. " .. “år lf-»uwszf-t' ~« , < i _ _. v, Aer' ênnflwíïifie a" . t, . ^ . 448 650 Genom reglering av flödet på angivet sätt beredes rikligt med utrymme för avledning av luft och batterigaser från cellerna, vilket är av vikt för säker etablering av önskad fyllningsnivå i cellerna. Ventilen l0 bör anslutas nära och ungefär i nivå med det första nivåkontrollorganet 38 i en serie, såsom framgår av fig 7, så att de för ventilen förutbestämda och ej därefter reglerbara arbetsbetingelserna till fullo kan utnyttjas. Ventilen säkerställer härvid att önskade flödes- och tryckbetingelser upprätthålles i påfyllnings- anordningen oavsett placering av vattenförrådsbehållaren, och den försäkrar att batterigaserna alltid förs från anläggningen via stigröret, eventuellt genom en därpå anbringad explosionshämmande ventil Sh.

Ventilen IO hindrar dessutom att vattentilledningen 56 från förrådsbe- hållaren 58 töms~ på vatten vid ventilstängning när lågt placerad behållare utnyttjas, se fig 14. Härigenom undviks störningar i de nivåkontrollerande organens 38 funktion, som kan riskeras om luftkuddar bildas i ledningen 56 och vid ventilöppning förs in i ledningen 06.

Enligt ytterligare en utföringsform av uppfinningen är cellerna #0 genom nivåkontrollerande organ 38 seriekopplade i grupper 614 med en ledning #6 för varje grupp, varvid varje ledning 86 i ena änden 148 är nära ansluten till en ventil l0 för reglering av vattentillförseln och i ledningens 146 andra ände 50 är förbundenmed ett stigrör 52. Schematiskt åskådliggöres denna utfö- ringsform i fig 5 och 6.

Denna utföringsform är aktuell särskilt vid batterier med större antal celler för att säkerställa önskvärd påfyllningshastighet. Varje serie bör därför normalt inte omfatta mer än cirka 30 celler. Antalet är dock beroende av cellstorlek, öaskad påfyllningshastighet, cellernas irrbördes placering o d.

Sålunda kan enstaka celler, placerade i plan under varandra, erfordra var sin ventil för säker funktion. Det är därför rimligt att sätta gränsen för en grupp till mellan l och cirka 30 celler.

Varje ventil lO är förbunden med en förrâdsbehållare 58 för vatten, lämpligen genom parallellkoppling på en tilledning 56.

Industriell användning _ Uppfinningen erbjuder till låg kostnad ett mycket flexibelt system för vattenpåfyllning vid elektrokemiska ackumulatorbatterier, applicerbart på alla strömkällor som erfordrar vattenpåfyllning, oavsett ingående cellers storlek, antal eller inbördes läge och oavsett ingående cellers storlek, antal eller inbördes läge och oavsett om nätström finns tillgänglig eller ej.

Systemet innefattar kontrollerat gasutsläpp och ett i övrigt slutet vatten- system. Det är dessutom robust och väl lämpat för såväl stationârt som frakfinnärt hrnLa

Claims (1)

1. PÅTENTKRAV Ventil för vattenpåfyllning vid elektrokemiska ackumulatorbatterier innefattande ett ventilhus (12) försett med en inloppsstuds (14) med en ínloppsöppning (16) till ventilhuset, och en utloppsstuds (18), kämetedcnad därav, att ett i ventilhuset (12) tâtande anordnat membran (214) medelst en fjäder (26) pressas mot en i ventilhuset koncentriskt med inloppsöppningen (16) anordnad vägg (28), som avdelar ett av membranet och ventilhuset skapat utrymme i en inre kammare (30) med cirkulârt tvärsnitt mot membranet och en yttre kammare (32), som har ringformigt tvärsnitt mot membranet och är ansluten till utloppsstudsen (18) via en strypt öppning (20), varvid membranet i sitt centrum är försett med en spindel (Bli), som löper fritt genom inloppsöppningen (16), vilken hârigenom reduceras till en ringformig spalt, och som utanför inloppsöppningen bildar ett konformigt utvidgat parti, vars tvärsnittsarea stiger med avståndet till den som ventilsâte tjânande inlopps- öppningen (16) och som är avsett att åstadkomma tätning då fjädern (26) ger efter för membranet (214).