JPH0758612B2 - 蓄電池通気弁 - Google Patents

蓄電池通気弁

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JPH0758612B2
JPH0758612B2 JP63216444A JP21644488A JPH0758612B2 JP H0758612 B2 JPH0758612 B2 JP H0758612B2 JP 63216444 A JP63216444 A JP 63216444A JP 21644488 A JP21644488 A JP 21644488A JP H0758612 B2 JPH0758612 B2 JP H0758612B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は特許請求の範囲の請求項１の前文部分に記載さ
れている、たとえば、米国特許出願第4,576,879号に開
示されているような蓄電池を通気する弁に関する。
密封式蓄電池はこの分野では周知であり、代表的には、
内部ガス圧力が所定の過圧レベルを超えたときに蓄電池
内に発生したガスを通気するリリーフ／チェック弁があ
る。
たとえば、ニッケル、亜鉛蓄電池は、普通は、約3.45kP
a（1.5ポンド／平方インチ）またはそれ以上の正の内部
ガス圧力で作動し、蓄電池内の圧力が大気圧（0psig）
より低くなったときに蓄電池内で酸素の再結合を促進さ
せて空気中のCO2が電解液を汚染するのを防ぐようにな
っている。同様に、ガス再結合式鉛・酸蓄電池も約3.45
kPaから約345kPa（1/2psig〜約50psig）（すなわち、特
定の用途に依存する）の内部ガス圧力で作動し、酸素の
再結合反応を促進し、蓄電池から周囲酸素を排除するの
は公知である。このような蓄電池の寿命を延ばすには、
ガスを通気した後に、リリーフ／チェック弁が閉じ、で
きるかぎり開放圧力に近いレベルで再密封を行ない、
（１）再結合に利用できる内部ガスの不必要な損失を防
ぎ、（２）蓄電池内の内部ガス圧力が低下するにつれて
蓄電池内に周囲雰囲気が流入するのを防ぐことが必要で
ある。
未制御で充電を行う場合、蓄電池がかなりのガスを発生
することがあり、逆止弁が比較的低い内部ガス圧力で比
較的多い量のガス（すなわち、毎分数リットル）を急速
に排出あるいは通気させることができなければ内部圧力
が容器の設計圧力を急速に超えるほどになる。たとえ
ば、未調整の自動車用ジェネレータ／オルタネータある
いは他の故障した充電装置で生じるような高速充電状態
では、或る種の鉛・酸蓄電池は通常の充電条件下で発生
するガス量の10倍のガスを発生させることがある。
蓄電池で普通に用いられている或る種の弁は開放圧力の
25％未満の圧力に達するまで実際に再密封することはな
い。事実、このような弁をGeneral Motors Corporation
でテストしたところ、蓄電池内の圧力が大気圧（0psi
g）以下に低下するまで再密封することはなかった。さ
らに、比較的高い圧力で急速再密封するように設計され
た弁は、通常、大量のガスを低圧で放出したり、逆に少
量のガスを高圧で放出する能力を持たない。開放圧力付
近で急速かつ効果的に再密封を行なうと共に比較的低い
内部ガス圧力で多量のガスを逃がすことのできる蓄電池
通気弁は市販されていないことがわかった。これに関連
して、テストした市販の弁のすべてで、大量のガスを放
出させるには弁の開放圧力の２倍よりもかなり高い圧力
上昇を見た。
したがって、本発明の一目的は弁開放圧力の少なくとも
50％以上の圧力で再密封を行ない、異常な作動条件下で
は蓄電池容器内でガス圧力を過剰に上昇させることなく
比較的多量のガスを放出することのできる、蓄電池を通
気するための新規でコンパクトなリリーフ／チェック弁
を提供することにある。本発明のこの目的および他の目
的、利点は以下の詳しい説明からより容易に明らかとな
ろう。
本発明による蓄電池通気弁は特許請求の範囲の請求項１
の特徴記載部分に記載されている特徴によって特徴付け
られる。
本発明は開放圧力の少なくとも50％以上の圧力で再密封
を行ない、蓄電池内で過剰なガス圧力上昇を生じさせる
ことなく比較的多量の内部ガスを放出することのできる
蓄電池リリーフ／チェック弁を包含する。本発明の弁は
蓄電内からガスを受け取るガス入口であって中心軸を有
するものと、ガスを大気に放出する出口とを有する通気
室を構成するハウジングを包含する。このハウジングは
通気室に突出する弁座を包含し、この弁座は傾斜した
（好ましくは、円錐形の）外側密封面であって上記ガス
入口の中心軸と一致する回転軸を有しているものを有す
る。密封部材が入口を取り囲んでおり、これは弁座の密
封面と周方向に密封係合する密封縁を有する環状の弾性
スカートを包含する。スカートの弾性は通常の作動条件
下で蓄電池に求められる所望の逃がし圧力に基づいて選
択され、この所望圧力に達したときにスカートが半径方
向外方へ広がり始め、スカートの密封縁と弁座の密封面
との間に環状のガスの流れるギャップを形成するように
選ぶ。スカートの弾性、即ち、弁の開放圧力はスカート
の寸法とそれに用いるエラストマー材料の硬度（すなわ
ち、デュロメータ硬度）を変えることによって広い範囲
にわたって変えることができる。
蓄電池内で発生したガスはスカートの内面の比較的大き
な表面積に作用して比較的低い圧力でスカートの外むき
の広がり作用を生じさせる。過剰なガスが発生する条件
下（たとえば、無拘束充電時）、スカートはさらに外方
へ広がってスカートと弁座の間のギャップ（すなわち、
流路面積）を拡大するだけである。それ故、外方に広が
ったスカートの直径がやや大きくなるだけで、ガスの流
れるギャップの面積は半径の自乗R2に比例して増大し、
通常よりはかなり大量のガスが逃げ、内部圧力をそれほ
ど増大させることがない。本発明に従った通気作用の実
験では、弁開放圧力の２倍未満の圧力上昇で通常よりも
10倍多いガスを放出することができることがわかった。
本発明の好ましい実施例によれば、このリリーフ／チェ
ック弁の開放圧力は弁座に対し前後方向へ密封部材を移
動させ、密封部材のスカートが異なった位置で弁座の傾
斜面と係合してスカートに種々の程度の初期応力を加
え、スカートを弁座から離れるように外方へ広げるのに
必要な圧力を変えるようにした手段を設けることによっ
て調節することができる。
本発明は、添付図面に関連したいつくかの特殊な実施例
についての以下の詳細な説明を考察したならばより良く
理解して貰えよう。
第１図は複数の個別の電池区画室６に分割した容器４を
有する蓄電池２を示している。第２図に示すように、各
区画室は電池要素８を包含しており、この電池要素８は
蓄電池の放電の際に電流を電気化学的に発生する複数の
交互に配置した正負の極板を包含し、これらの極板は充
電時にガス（たとえば、水素H2と酸素O2）を発生する。
これらのガスはガス再結合電池技術分野では周知のよう
に電池内で再結合する。容器４のカバー12には通気口10
が設けてあり、この通気口10は後にもっと詳しく説明す
るリリーフ／チェック弁14を包含する。
リリーフ弁14は通気室18を構成しているハウジング16を
包含し、ハウジングの下端には弁座20が設けてある。ハ
ウジング16は図に示すようにカバー12と一体であっても
よいし、あるいは、カバーに設けた孔（図示せず）内に
設置した別体物であってもよい。弁座20は傾斜した（好
ましくは、円錐形の）外側密封面22を有し、これは垂れ
下がったエラストマー製の管状密封部材26にある環状ス
カート24と係合できるようになっている。エラストマー
の管状密封部材26はゴム状材料、たとえば、アメリカ合
衆国のShelloil CompanyがKraton（RTM）という登録商
標で販売しているスチレン・ブタジエン材料で作られて
いる。この管状密封部材26はプラグ30から垂れ下がる球
根状のスタッド28に取付けてある。プラグ30は蓄電池の
周囲雰囲気から通気室18を閉鎖している。プラグ30にあ
る排気孔32が通気室18から周囲雰囲気にガスを逃がすよ
うになっている。
弁座20の中心を貫いて入口34が設けてあり、これは通気
室18を電池区画室６と連通させるようになっている。第
２図に示す実施例では、プラグ30はハウジング16に螺合
させてあり、密封部材26を弁座20に対して前後に移動さ
せることによって管状密封部材26の開閉圧力の調節を行
なって、スカート24が弁座20の傾斜面22に沿って種々の
位置に位置してスカート24の直径方向に種々の程度の初
期応力を加え、それによって、密封部材の開閉（すなわ
ち、広がり）特性を変え得るようにしてある。弁の開放
圧力を調節できるということは、電池内の圧力を容易に
調節して再結合反応を最適化する手段として蓄電池の設
定時点で特に有用である。またこの調節機能は、蓄電池
の市場開発時点でも、種々の蓄電池モデルあるいは用途
またはその両方にとって必要とされる種々の開放圧力に
簡単に設定できる標準化された通気装置を提供する手段
として有利である。
第３図に示す実施例は第２図のそれとほぼ同様である
が、ただし、管状密封部材40がスカート44付近に中央エ
ラストマー・ウェブ部分42を包含し、これが取付用スタ
ッド46のまわりでの漏出よりもスカート44のところでガ
スを逃がすようにしたという点で異なる。さちに、ウェ
ブ42のドーム形状およびスカート44に対する位置によ
り、弁部材の開閉圧力の精密な設計が可能となる。
第４〜７図は本発明の別の実施例を示しており、この実
施例では、密封部材50がプラグ部分52と一体成形してあ
り、スカート58の密封縁56の上方に半球形の空所54を包
含する。プラグ52はハウジング55の内側で肩部５が着座
しており、この分野で周知のように所定位置に適当に固
着した多孔性の火炎阻止ペレット57によって所定位置に
保持されている。ペレット57とプラグ52の間にある環状
のスペース59が排気孔51を出たガスがペレット57を通っ
てより均一に拡散できるようにした充満空間を形成して
いる。密封部材50の半球形ドーム状の空所54はスカート
58を構成し、これは密封縁56のところよりも頂部61付近
で厚くなっており（すなわち、厚みが密封縁に向って減
少しており）、ほぼ密封縁56のところに開放作用を集中
させ（第５図参照）、スカート58が広がらずに膨らむの
を防止するようになっている。スカートの厚みを、たと
えば、半球形ドーム状の空所54の代りに截頭円錐形の空
所を用いることによって密封縁に向ってテーパを付けて
も同様の結果を得ることはできる。第５図は通常の作動
状態の下でのスカート58の開放／広がりを実線で示し、
高いガス圧力状態でのスカート58の開放／広がりを仮想
線で示している。スカート58の開放／広がりはスカート
58と弁座65の間に環状のガスの流れるギャップ63を形成
する。
第８図は本発明のまた別の実施例を示しており、ここで
は、プラグ70が密封部材72と一体となっており、ハウジ
ング74に螺合させてあって上述した調節機能を与えるよ
うになっている。図示のように、スカート78の密封縁76
は弁座80よりさらに下に位置し、スカートに初期応力を
与え、スカートが外方へ広がる圧力を高めるようになっ
ている。
第９図は本発明のまたさらに別の実施例を示しており、
この実施例では、ハウジング90が排気端に弁座94を有す
る通気室92を構成しており、このハウジングはさらに通
気室92の入口側で端片100上に固定した中空円筒状のス
タッド98に固着した密封部材96を有する。スタッド98を
貫いて設けた開口102はガスを電池区画室から通気室92
に流す入口として作用する。密封部材96のスカート104
の密封縁95は図示の排気口106に接近した位置で弁座94
と係合する。管状のエラストマー密封部材96は円筒形の
スタッド98に接着すると便利であるが、他の恒久的な手
段で固着してすべての弁作用が弁座94のところで確実に
生じるようにするとよい。
本発明の１つの具体的な例によれば、第３図に実質的に
示すような弁は、約18.96kPa（2.75psig）で開き、約1
5.51kPa（2.25psig）で閉じるようにした場合、45デュ
ロメータ、28デュロメータのKraton（RTM）の50対50の
混合物で作った弁部材を有し、この弁部材の外径は9.65
mm（0.38インチ）、内径は7.11mm（0.28インチ）であ
り、スカート長さが2.54mm（0.1インチ）であった（な
お、この場合、半球形部分の曲率中心から測定した値で
ある）。密封部材は垂直軸線から30度の角度で下向きに
傾斜した壁を有する円錐形の弁座と係合させた。このよ
うに構成した弁は34.47kPa（5psig）またはそれ以下の
内部ガス圧力で14リットル／分までのガスを排出するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による通気弁を有する蓄電池の側面図で
ある。 第２図は第１図の２−２方向に見たリリーフ／チェック
弁の拡大断面図である。 第３図は本発明による逃がし弁の別の実施例を示す、第
２図と同様の図である。 第４図は本発明による逃がし弁のまた別の実施例を示
す、第２図と同様の図であり、弁部材を着座、閉鎖位置
で示す図である。 第５図は弁部材が未着座の開放状態で示してあることを
除いて第４図と同じ図である。 第６図は第５図の６−６方向の図である。 第７図は第５図の７−７方向の図である。 第８図は本発明のまたさらに別の実施例を示す、第２図
と同様の図であり、弁部材のスカートが弁座上により深
く着座した状態を示す図である。 第９図は本発明のまたさらに別の実施例を示す、第２図
と同様の図である。 図面において、２…蓄電池、４…容器、６…電池区画
室、８…電池要素、10…通気口、12…かバー、14…逃が
し弁兼逆上弁、16…ハウジング、18…通気室、20…弁
座、22…傾斜外側密封面、24…スカート、26…密封部
材、28…球根形スタッド、30…プラグ、32…排気孔、34
…入口、40…密封部材、42…ウェッブ、44…スカート、
46…取付用スタッド、50…密封部材、52…プラグ、54…
半球形空所、56…密封縁、57…火炎阻止ペレット、58…
スカート、59…環状スペース、63…環状ギャップ、65…
弁座、70…プラグ、72…密封部材、74…ハウジング、76
…密封縁、78…スカート、80…弁座、90…ハウジング、
92…通気室、94…弁座、96…密封部材、98…スタッド、
102…開口、104…スカート、106…排気孔。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クラレンス エー．メドウズ アメリカ合衆国，47302 インディアナ, ムンシー，ボックス 85，アールアール 10 (72)発明者 ブルース エー．コール アメリカ合衆国，46014 インディアナ, アンダーソン，オークランド ドライヴ 3727‐デー (56)参考文献 実開 昭59−117063（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−95571（ＪＰ，Ｕ)

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電流を発生するガス発生式電気化学手段
    （８）を収容する区画室（６）を画成する容器（４）を
    具備する蓄電池（２）の通気弁（14）であって、該通気
    弁は、前記区画室（６）と作用的に結び付けられてお
    り、閉鎖時に前記電気化学手段（８）を周囲雰囲気から
    遮断し、前記区画室（６）内で発生したガスの内部ガス
    圧力が所定の過圧を超えたときに開いて前記区画室
    （６）を通気し、該通気弁は、通気室（18、92）を画成
    し、該通気室（18、92）内に突出する弁座（20、65、8
    0、94）を有するハウジング（16、55、74、90）と、前
    記区画室（６）から前記通気室（18、92）にガスを流入
    させるために該ハウジングの一端に設けられた入口（3
    4、102）であって中心軸を有するものと、前記通気室
    （18、92）から周囲雰囲気に前記ガスを排出する手段
    （32、51、106）と、前記通気室（18、92）内で前記入
    口（34、102）を囲んでおり、前記開閉が生じるときの
    内部ガス圧力を制御する密封部材（26、40、50、72、9
    6）とを包含するものにおいて、前記弁座（20、65、8
    0、94）は傾斜した外側密封面（22）であって前記中心
    軸と一致する回転軸を有しているものを有し、前記密封
    部材（26、40、50、72、96）は、一端が固定されている
    環状弾性スカート（24、44、58、78、104）であって、
    該一端から前記入口（34、102）上方に延在して前記内
    部ガス圧力に曝される内側環状面を提供するようになさ
    れた管状部分を有するものと、該管状部分の他端の内側
    の密封縁（56、76、95）であって、前記傾斜した外側密
    封面（22）と同心であり、かつ前記通気弁（14）が閉じ
    ているときに前記傾斜した外側密封面（22）と周方向に
    密封係合するものとを有し、更に、前記スカート（24、
    44、58、78、104）が前記内側環状面に作用する前記内
    部ガス圧力に応じて、（ａ）通常の作動状態では前記所
    定の過圧でほぼ均一に半径方向外方へ広がって前記密封
    縁（56、76、95）と前記傾斜した外側密封面（22）との
    間に環状ギャップ（63）を形成して第１の量の前記ガス
    を前記通気室（18、92）に流し、したがって、周囲雰囲
    気に流出させるようになっており、（ｂ）異常な作動状
    態ではさらに外方に広がって前記ギャップ（63）の横断
    面積を拡大させ、前記所定の過圧を超えて前記内部ガス
    圧力を実質的に上昇させることなく前記第１の量よりも
    かなり多い量の前記ガスを通過させ、（ｃ）前記内部ガ
    ス圧力が前記所定の過圧の50％またはそれ以上まで低下
    したときには前記閉鎖密封係合状態へ急速に戻るように
    なっていることを特徴とする通気弁。
  2. 【請求項２】請求項１記載の、蓄電池（２）の通気弁
    （14）において、前記入口（34）が前記傾斜した外側密
    封面（22）を有する前記弁座（20）によって囲まれてお
    り、前記ハウジング（16）の他端に前記通気室（18）を
    閉鎖するプラグ（30、46）が設けてあり、前記密封部材
    （26、40）が前記プラグ（30、46）から前記通気室（1
    8）内に垂れ下がっていることを特徴とする通気弁。
  3. 【請求項３】請求項２記載の、蓄電池（２）の通気弁
    （14）において、前記傾斜した外側密封面（22）がほぼ
    円錐形であることを特徴とする通気弁。
  4. 【請求項４】請求項２記載の、蓄電池（２）の通気弁
    （14）において、前記プラグ（30）が前記ハウジング
    （16）と別体であり、前記ハウジング（16）内で前記弁
    座（20）に対して前後に軸線方向に移動して前記傾斜し
    た外側密封面（22）についての前記スカート（24）の前
    記密封縁の係合位置を変え、したがって、前記所定の過
    圧を変え得るようになっていることを特徴とする通気
    弁。
  5. 【請求項５】請求項１記載の、蓄電池（２）の通気弁
    （14）において、前記スカート（44、58、78）の厚さが
    前記密封縁（56、76）の方向に減じていることを特徴と
    する通気弁。
  6. 【請求項６】請求項２記載の、蓄電池（２）の通気弁
    （14）において、前記スカート（44）の厚さが前記密封
    縁の方向に減じていることを特徴とする通気弁。
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