專利名稱:給電化學(xué)蓄電池組加水的閥門的制作方法
本發(fā)明涉及一種給電化學(xué)蓄電池組加水的閥門，它含有一個閥體，該閥體設(shè)有一個和閥體相連的輸入接頭和一個輸出接頭。這種閥門可用來構(gòu)成一個設(shè)備的配件，這種設(shè)備含有液面控制裝置，它可把水供到電池組的每個電瓶，并且直到預(yù)定的最高液面。所述的液面控制裝置連接到供水和供電瓶氣隙排氣的管路上，根據(jù)本發(fā)明控制供水的目的，管路的一端被連接到閥門上，管路的另一端則通過一個豎管可向大氣排氣。
許多不同種的用于把水添加到電化學(xué)蓄電池組的設(shè)備已公知了。這些設(shè)備的一個共同特征是每個電瓶都有能使水供到預(yù)定的最高水位的裝置。這些裝置的功能可以流體靜力學(xué)作用原理為根據(jù)，也可以不同浮體為根據(jù)。這些裝置以串聯(lián)或并聯(lián)連接形式接到水的儲存容器上。
隨著供水到液面控制裝置的設(shè)備不同，系統(tǒng)也不同。雖然在實際中已表明要滿足設(shè)計靈活性和低成本的要求是困難的，但這個任務(wù)卻顯得很平常。實際上，一個合適的系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能用于下列電池組＊電池組的電瓶成組地安置在不同平面上(例如安置在一個階梯狀的框架里)，或者垂直地一個放在另一個下邊地安置在擱板上;這些電瓶也可安置在傾斜的平面上(例如安置在一個向排水溝槽傾斜的地面上);
＊電池組安裝在隱蔽的或不易夠得著的位置上，例如用在鐵路貨車和狄塞爾內(nèi)燃機(jī)車上等等;
＊電池組的電瓶外殼材料、結(jié)構(gòu)甚至它們對壓力的敏感程度都呈現(xiàn)相當(dāng)大的差別，而由于這一原因，所加的正的或負(fù)的壓力都應(yīng)小到使容器的容量不受顯著影響，或者使破裂的危險得到消除;所以，考慮到管路中壓力不可免地要下降，任何一串由輸入管連接在一起的液面控制裝置都要短些，否則加注時間會長到不能接受的地步。
＊電池組的大小可以從僅含幾個電瓶到含幾百個電瓶;在有大量電瓶的電池組的情況下，考慮漏電的危險，必需把這些電瓶分成若干組各具有適當(dāng)數(shù)量電瓶的電瓶組，水是經(jīng)過各個分開的管路供給這些電瓶組的。
以前在英國專利1，142，633中公開的是一個加注系統(tǒng)，它用一個儲存容器，這個容器安置在液面控制器(它裝在電瓶里)輸出液面以下，水從儲存容器用泵直接輸送給液面控制裝置，或者間接地經(jīng)過一個處于高位的水箱，再靠重力作用輸送給電瓶。任何過剩的水由重力作用而回到處于較低位置的儲存容器里。該設(shè)備需要用電力網(wǎng)供電，并且不適用于多電瓶電池組，因此就需要若干分開的供水支路。
在英國專利2，041，629中公開了一個類似的設(shè)備，它在這方面基本上不同于上述設(shè)備，即由儲存容器里輸出的水是通過接在儲存容器上的泵抽到液面控制裝置里的。
這個系統(tǒng)具有和英國專利1，142，633中公開的系統(tǒng)同樣的缺點。此外，它還產(chǎn)生會損傷電瓶的負(fù)壓。由瑞典專利7910526-8可知，采用串聯(lián)在儲存容器和處于高位的電瓶之間的加注容器;就使加注容器和電瓶里的液面基本上一致，因而可避免有害的負(fù)壓。這個設(shè)備用一個電池液體的中心儲存器，用一個泵把液體從這里輸送到上述電瓶的加注容器里。由液面控制裝置把液體從這里抽到電瓶里，而任何過剩的液體則被送回到儲存容器里。這種復(fù)雜的設(shè)備只適用于在同一平面上配備相當(dāng)少電瓶的電池組。
比較簡單的是西德專利2303244中記載的一個設(shè)備，在這種設(shè)備中幾個帶有液面控制裝置的電瓶利用重力作用由位于電瓶電解質(zhì)液面上方的儲存容器得到水的供給，盡管它很簡單，但這個原理不適用于多電瓶電池組，這種多電瓶電池組必須按裝液面槽缸，而這樣做會導(dǎo)致檢查困難以及維修麻煩。
以前公開的系統(tǒng)(例如上述的那些系統(tǒng))，雖然缺乏滿足不同需要的適應(yīng)能力，但仍能適用于某些特定的場合;可能會對加注設(shè)備提出上述各種要求，其目的在于減少維修費用(可通過降低服務(wù)費用和提高組裝電池組的速度來實現(xiàn))，并保證在設(shè)備和按裝費用較低的情況下還具有較高的工作可靠性。
這個問題是通過本發(fā)明用一個控制供水的閥門來解決的，其特征在于一個密封地安裝在閥件中的隔膜通過彈簧的作用偏向隔壁，而該隔壁是與輸入孔同心地配置在閥體里邊的，上述的隔壁把隔膜和閥體形成的空間分成一個相對于隔膜呈圓形橫截面的內(nèi)室和一個相對于隔膜呈圓環(huán)形橫截面、并經(jīng)過一個收縮孔和輸出接頭相通的外室，而在該隔膜的中心配設(shè)著一個能自由通過輸入通孔的閥軸，用這方法使輸入開口減小成一個環(huán)形縫隙，在輸入孔的外側(cè)，閥軸有一個圓錐形放大的部分，它的橫截面積的增加是和到輸入孔的距離成正比的，而且在隔膜被彈簧壓縮時，由它形成密封。
如上面已經(jīng)說過的，這個閥門能構(gòu)成一個給電化學(xué)電池組加水設(shè)備的配件，這個電池組含有能使水添加到電池組的每個電瓶中并且直到預(yù)定的最高液面的液面控制裝置，所說的裝置連接到用來供水和供電瓶氣隙排氣用的管路上，而該管路的一端接到一個符合本發(fā)明的控制供水的閥門上，管路的另一端則通過一個豎管向大氣排氣。在這種設(shè)備中閥門應(yīng)當(dāng)安置在極鄰接于液面控制裝置的位置上。
根據(jù)一個實施例所示，一個水的儲存容器可以配置在這個閥門上面足夠高的位置上，使其水頭超過閥門的打開壓力。
另一種做法是用一個泵，最好是用一個離心泵，它能以超過該閥門打開壓力的壓力把水從儲存容器輸送到閥門。
豎管最好把氣排入一個爆炸遏制閥門。
電瓶可以安置在一個平面而且是同一個平面上，或者安置在不同的平面上，例如安置在階梯狀的框架里。
在一個特別適用于多電瓶電池組的實施例中，這些電瓶可成組地以串聯(lián)形式連接在一起，它經(jīng)過液面控制裝置連接到用來供水和供電瓶排氣的管路上，而每個管路的一端接到極鄰近的調(diào)節(jié)供水的閥門上，另一端則連接到豎管上。
連接到一個供水管路上的每組電瓶可適當(dāng)?shù)匕?～30個電瓶。閥門可合適地以并聯(lián)方式接到一個儲水容器上。
表達(dá)語“水”應(yīng)理解為可用來表示任何一種其他的電池液體。
現(xiàn)在，參照著附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明，其中，圖1是用橫截面圖表示本發(fā)明閥門的一個實施例;圖2用三種不同的閥門位置A、B和C來說明這個閥門的工作狀態(tài);圖3～6簡略地表示本發(fā)明用于加水的不同設(shè)備;而圖7則是用垂直剖面圖來表示的本發(fā)明的閥門，它與電化學(xué)電瓶上的液面控制裝置相連。
下面，說明本發(fā)明的最佳實施例。
附圖中所用的標(biāo)號10表示本發(fā)明的給電化學(xué)蓄電池組加水的閥門。這個閥門由一個圓形橫截面的閥體12和一個輸入接頭14及一個輸出接頭18構(gòu)成，輸入接頭14可當(dāng)作閥座來用，它具有一個通向閥體的圓形小孔16，輸出接頭有一個通向閥體的收縮孔20。
用螺釘23緊固在閥體上的蓋子22使一個隔膜24密封地連接在閥體上，但有一開孔25與周圍大氣相通。彈簧26支撐在蓋子22上，它也使隔膜24偏向隔壁28，隔壁28在閥體內(nèi)與輸入圓孔16同心。它把閥體的內(nèi)部空間分成一個內(nèi)室30和一個外室32，內(nèi)室30相對隔膜呈圓環(huán)形橫截面。隔膜的中央是閥軸34，它能自由地通過輸入圓孔16，圓孔16也就因此減小成一個圓環(huán)形縫隙。在輸入圓孔16的外側(cè)，上述的閥軸有一個圓錐狀部分36，這個圓錐狀部分的橫截面積隨著到輸入孔16的距離而增加，它不僅用來改變上述縫隙的面積，而且當(dāng)彈簧26壓縮隔膜24時可形成密封。隔膜24可與閥軸34及圓錐部分36一起作為一個整體的構(gòu)件由橡膠(例如用EPDM橡膠)合適地模壓成型，然而隔膜和閥軸也可以是兩個以合適的方式連接在一起的獨立構(gòu)件。只有在外室32的那部分環(huán)形隔膜需具有足夠的彈性。彈簧26可以由合適的不銹彈簧鋼構(gòu)成，而閥體12和蓋子22可由塑料，例如用丙烯，合適地注塑成型。
這個閥門有三種不同的功能，這三種功能僅用一個單一的移動構(gòu)件就能完成。閥門有一個特殊的打開壓力，也就是說在閥門打開并使液體流過之前，在輸入管中的液體壓力必須超過預(yù)先確定的值。一旦滿足這個條件，液體就流過閥門，然后它就保持在一個固定不變的流速上。在輸入管中出現(xiàn)反壓時，第三個功能起作用，在這種情況下流速下降，而且在某一反壓下閥門完全關(guān)閉。
如果把水加到電化學(xué)蓄電池組里時要設(shè)置控制條件，則上述這些功能是不可缺少的，因而下面這幾點是重要的＊水向電瓶的流動應(yīng)調(diào)節(jié)到使它在加注時有一定的即時性和連續(xù)性，然而它又不超過事先確定的某一閾值，高于此閾值時，電瓶氣隙同步排氣就變得困難或受到阻礙。
＊保持供給電瓶的水壓不受作用于閥門上水壓的影響，并調(diào)節(jié)水壓使電瓶中不產(chǎn)生有害的過壓。
＊這個閥門有一個最小的供液體流向電瓶的打開壓力，這主要是為了阻止來自電瓶的氣體經(jīng)過閥門;
＊通過閥門的水流在某一反壓下可停止流動。
這個閥門的功能由圖2中A、B、和C的位置來說明。為了清楚起見，圖中一些標(biāo)號已被省略。在位置A時，隔膜24正落在隔膜28上，輸入通路14向內(nèi)室30打開，但經(jīng)過外室32和接頭18的輸出通路被關(guān)閉。只要在內(nèi)室30中隔膜表面上的輸入壓力低于由彈簧平衡的最小壓力，這種情況就將繼續(xù)存在。
如果超過這個值，隔膜24壓縮彈簧26并使它屈服，就可以打開外閥門室32和輸出接頭18，這時閥門處于位置B的狀態(tài)。進(jìn)來的水，它的壓力正好使隔膜壓縮彈簧并使它屈服，同時它將流入外閥門室。在這種情況下進(jìn)來的水就作用在整個隔膜向著閥室露出來的表面上。這時彈簧受到一個較大力的作用，這力擴(kuò)大了隔膜和閥室之間的開口以形成了一個穩(wěn)定流動。用這種方法保證了閥門在液體流過它時提供一種截然不同的開口。
液體通過閥門(如圖2所示B位置)是連續(xù)的和恒定的，它所要求的條件是輸出側(cè)的反壓比較低，而且也是恒定不變的。然而，當(dāng)反壓增加時，液體流動就下降，而且到某一預(yù)定值時就完全停止流動，這種情況由圖2的位置C來表示。在這種情況下彈簧進(jìn)一步被隔膜壓縮而屈服，因而閥軸34上的圓錐部分36就把輸入孔16密封住。
彈簧26的尺寸能調(diào)節(jié)隔膜24的移動以及輸入孔的開關(guān)，這尺寸決定了這個閥門的工作壓力，即決定了朝外閥室打開的最小壓力和關(guān)閉輸入孔16的壓力。所要求的流量是通過適當(dāng)?shù)剡x擇輸入圓孔16和閥軸圓錐部分36之間的輸入縫隙的面積和輸出孔(即收縮孔20)的面積來決定的。當(dāng)然，如果只要認(rèn)為借助于蓋子22上的可調(diào)附件來實現(xiàn)彈簧26的可調(diào)校準(zhǔn)是有好處的話，那么就可以這樣做。
在連續(xù)流動的情況下，隔膜將交替地增加和減少輸入縫隙，也就是說它將在圖2上位置B和C之間交替變換，而保持預(yù)先確定的運(yùn)轉(zhuǎn)壓力，從而保持預(yù)先確定的通過輸出孔的流速。倘若輸入端壓力大于打開該閥門的最小壓力，則通過閥門的流量不受輸入端壓力變化的影響。
一般來說，這閥門為液體提供了穩(wěn)流調(diào)節(jié)。
這個閥門的各種功能使它特別適于在給電化學(xué)蓄電池組加水的設(shè)備中用作一個調(diào)節(jié)供水的裝置。例如象圖3～6所示的那些設(shè)備。每個這樣的設(shè)備都含有液面控制裝置38，它允許向電池組42的每個電瓶40供水直到預(yù)定的最高液面44。這些液面控制裝置38連接到用來供水和供電瓶氣隙排氣的管道46上。本發(fā)明的閥門10設(shè)置在管道46最靠近液面控制裝置的一端48上，管道46的另一端50連接到用來向大氣排氣的豎管52上。
在圖3所示的一個實施例中，閥門10經(jīng)過管道56連接到一個儲水容器58上，這個儲水容器存放在閥門的上方，其高度足以使水頭壓力超過閥門的打開壓力。豎管52最好把氣排放入爆炸遏制閥54。
儲水容器58也可以放置在比電瓶低的位置上，在這種情況下用泵-最好用一個離心泵，迫使水通過管道56到閥門10，見圖4所示。根據(jù)需要，電瓶可以如圖3～5所示安排在同一個平面上，也可以安排在不同平面上，例如，象圖6所示那樣，把它們安排在一個階梯狀的框架62里。
液面控制裝置38的功能可借助圖7加以說明。這圖給出了本發(fā)明的隔膜閥10的詳細(xì)情況。這閥門經(jīng)過極鄰近液面控制裝置38的管道端頭48，連接到電池組42的幾個電瓶40中的頭一個電瓶上(如圖3所示)。
前面介紹過各種液面控制裝置，它們都已公開，選擇它們之中無論哪一種供本發(fā)明的加水設(shè)備使用是無關(guān)緊要的。圖7所示的裝置38設(shè)有兩個軟管接頭66和68，分別供水流輸入和輸出用。這水流從儲存容器58(這里沒示出)通過管路56，并經(jīng)過閥門10、管路48和接頭66引導(dǎo)到電瓶40，然后通過接頭68和管路46被輸送到下一個電瓶。
液面控制裝置38有一個較低的水井70和一個較高的水井72。裝置38里的水流流過由粗箭頭表示的路徑，經(jīng)過柱管74通到電瓶的電解液處，同時，電池氣體隨著空氣經(jīng)過通道76沿細(xì)箭頭表示的路徑被排出。當(dāng)電解液液面升高到所指示的最高液面44時，流向電瓶的水流就中止，在這種情況下柱管74的下開口被電瓶的電解液封死，而在柱管74里產(chǎn)生了一個和水井70處由閥門10決定的壓力相當(dāng)?shù)膲毫Α?br>從閥門10流出的水流最好能進(jìn)行這樣的調(diào)節(jié)，以便一個閥門只同時成批地加注幾個電瓶，也許是電池組的四分之一到一半數(shù)量的電瓶。在水流方向上第一個電瓶比后面的幾個電瓶接受較大比例的水流，因而加注得最快，后面緊跟的幾個電瓶則逐漸較慢地加注。一旦第一個電瓶加滿了，則后面緊跟的幾個電瓶就可得到較大比例的分配水流，并繼續(xù)以這種方法加注，直到這些電瓶中的最后一個電瓶被加注好為止。然后水經(jīng)過管道50，被進(jìn)一步輸送到豎管52(見圖3所示)，在那里水升到與供閥門10關(guān)閉水流所需要的反壓相應(yīng)的高度。
通過用上述方法來調(diào)節(jié)水流可以為從電瓶內(nèi)排出空氣和電池氣體騰出足夠的空間，為了使電瓶內(nèi)的水能可靠地充填到所要求的水平，這樣做是十分重要的。由圖7可看出，閥門10應(yīng)當(dāng)與串聯(lián)的第一個液面控制裝置38緊密相接，其連接位置大致在第一個液面控制裝置38的水平面上(由圖7可以明白)，這樣做能使預(yù)先確定的閥門運(yùn)轉(zhuǎn)條件(它們并不是連續(xù)可調(diào)的)得到充分的利用。因而，不管儲水容器的位置情況如何，這個閥門能保證加注時流量和壓力條件都能滿足要求，它還能保證電池氣體總是經(jīng)過豎管(也可以經(jīng)過一個裝在豎管上的爆炸遏制閥門54)從該裝置排走。
當(dāng)使用安裝在較低位置的儲水容器時(見圖4)，閥門10也防止從儲水容器58引出的水管56在閥門封閉時缺水。用這種方法能避免液面控制裝置的功能失調(diào)，如果在管路56里形成氣鎖，而在打開閥門時氣鎖被引到管路46時，即出現(xiàn)失調(diào)的危險。
根據(jù)本發(fā)明另一個實施例，電瓶40是分成組64通過液面控制裝置而串聯(lián)的，每組用一根管路46，在這種情況下每根管路46在最靠近調(diào)節(jié)供水的閥門10處與其相接，而它的另一端50接到豎管52上。這個實施例用圖5和圖6簡略地表示。
這個實施例特別適用于具有大量電瓶的電池組，這樣做可以保證要求的加注速率。因此，通常每列電瓶不應(yīng)含有30個以上的電瓶。不過，電瓶的數(shù)量取決于電瓶的大小，所要求的加注速率和電瓶的相對位置等等。因而安置在幾個平面(這些平面一個比一個低)上的各個電瓶組可能分別都要有自己的閥門，以可靠地發(fā)揮它的功能，所以把每組電瓶數(shù)定為1～30為限是有道理的。
每個閥門10被連接到儲水容器58上，最好是并聯(lián)在供給管56上。
本發(fā)明提供一種高度靈活而又非常便宜的給電化學(xué)蓄電池組加水的系統(tǒng)，它能應(yīng)用于所有需要加水的電源上，不管組成電池組的電瓶尺寸大小、數(shù)量或相對位置如何，也不管是否能得到電力網(wǎng)供電，都可以應(yīng)用該系統(tǒng)。這個系統(tǒng)把一個控制氣體釋放裝置和一個水密封的系統(tǒng)聯(lián)合起來。它也是堅固耐用的且對固定不變的和機(jī)動的情況都能很好地適應(yīng)。
權(quán)利要求
1.一種給電化學(xué)蓄電池組加水的閥門，它含有一個閥體(12)，該閥體設(shè)有一個輸入接頭(14)和一個輸出接頭(18)，輸入接頭(14)有一輸入園孔(16)，其特征在于一個密封地安裝在閥體(12)中的隔膜(24)通過彈簧(26)的作用偏向隔壁(28)，而該隔壁是與輸入孔(16)同心地配置在閥體里的，上述的隔壁把隔膜和閥體形成的空間分成一個內(nèi)室(30)和一個外室(32)，內(nèi)室(30)相對于隔膜呈圓形橫截面而外室(32)相對于隔膜呈圓環(huán)形橫截面，它經(jīng)過一個收縮孔(20)和輸出接頭(18)相通，在該隔膜的中心配設(shè)著一個能自由通過輸入通孔(16)的閥軸(34)，用這種方法使輸入開口減小到一個環(huán)形縫隙，在輸入孔的外側(cè)，閥軸有一個圓錐形放大的部分(36)，它的橫截面積的增加是和到輸入孔(16)的距離成正比的，而且在隔膜被彈簧壓縮時，由它形成密封。
2.如權(quán)利要求
1所記載的閥門，它包含在給電化學(xué)蓄電池組加水設(shè)備中，該設(shè)備包含一個供電池組(42)中每個電瓶(40)加水并直到預(yù)先確定的最高液面(44)的液面控制裝置(38)，上述裝置(38)連接到用來供水和供電瓶氣隙排氣的管路(46)上，而管路的一端(48)接到控制供水的閥門(10)上，管路的另一端經(jīng)過一個豎管(52)形成向大氣排氣，其特征在于閥門(10)安置在緊靠液面控制裝置(38)的位置上。
3.如權(quán)利要求
2所記載的閥門，其特征在于一個儲水容器(58)配設(shè)在閥門(10)上方足夠高的位置上，使水頭超過閥門的打開壓力。
4.如權(quán)利要求
2所記載的閥門，其特征在于一個泵(60)，最好是一個離心泵，以超過閥門打開的壓力把水從儲存容器(58)送到閥門(10)。
5.如權(quán)利要求
2所記載的閥門，其特征在于豎管(52)把氣體排放到一個爆炸遏制閥門(54)。
6.如權(quán)利要求
2所記載的閥門，其特征在于電瓶(42)被安置在同一個平面上。
7.如權(quán)利要求
2所記載的閥門，其特征在于電瓶(42)被安置在不同平面上，例如安置在階梯狀的框架(62)里。
8.如權(quán)利要求
2所記載的閥門，其特征在于電瓶(40)串聯(lián)成組(64)地經(jīng)過液面控制裝置(38)連接到用來供水和供電瓶排氣的管路(46)上，而其中每個管路的一端(48)緊接調(diào)節(jié)供水的閥門(10)，管路的另一端(50)則連接到豎管(52)上。
9.如權(quán)利要求
8所記載的閥門，其特征在于每組連接到供給管路(46)上的電瓶包括1～30個電瓶。
10.如權(quán)利要求
8所記載的閥門，其特征在于閥門(10)并聯(lián)到儲水容器(58)上。
專利摘要
一種給電化學(xué)蓄電池組加水并保持液體流到一定液面的閥門。在閥體(12)里的隔膜(24)通過彈簧(26)的作用偏向與輸入孔(16)同心安置的隔壁(28)。上述隔壁形成一圓形橫截面的內(nèi)室(30)和圓環(huán)形橫截面的外室(32)，外室經(jīng)過收縮孔(20)連接到輸出接頭(18)上。隔膜中心的閥軸(34)能自由地通過輸入孔且在其外側(cè)呈圓錐形放大部分(36)，其橫截面積的增加和到輸入孔的距離成正比。當(dāng)隔膜被彈簧壓縮時，由(36)形成密封。
文檔編號F16K17/20GK86105193SQ86105193
公開日1987年2月11日 申請日期1986年8月13日
發(fā)明者普·厄納·蘭納特·弗羅德 申請人:薩布尼弗有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan