DK142187B - Overtryksventil til elektriske komponenter, især elektrokemiske celler, og fremgangsmåde til fremstilling af en sådan overtryksventil. - Google Patents

Description

(11) FREMLÆGGELSISSKRIFT 142187 DANMARK <,,,lnt c'·3 JJ 0°} e" ull «(21) Ansøgning nr. 20)76/76 (22) Indleveret den 11 · maj 1976 (24) Løbedag 11. maj 1976 (44) Ansøgningen fremlagt og o fremlæggelsesskriftet offentliggjort den 1 5 · sep. 1 9θϋ

DIREKTORATET FOR

PATENT-OG VAREMÆRKEVÆSENET <30> Prioritet begæret fra den

12. maj 1975, 576406, US

(7DP.R. MALLORY & CO. INC., 3029 East Washington Street, Indianapolis, Indiana 46206, US.

(72)Opfinder: Terry Doug Wyatt, Route Cleveland, Tennessee, US: Arthur Fitchman, 221 Rurasey Tfoad, Yonkers, New York, US.

(74) Fuldmægtig under sagens behandling:

Ingeniørfirmaet Hofman-Bang & Boutard.

(54) Over tryks vent 11 til elektriske komponenter, isser elektrokemiske celler, og fremgangsmåde til fremstilling af en sådan overtryksven= til.

Opfindelsen angår en ventil af den i krav l’s indledning angivne art, og en fremgangsmåde til fremstilling af en sådan ventil.

Elektrokemiske celler udvikler unormalt indre tryk, når de "benyttes forkert, såsom ved elektrisk kortslutning af elektroderne, overop-ladning, overafladning, overopvarmning og lignende, hvilket indre tryk kan medføre brud af cellebeholderen, når det er tilstrækkeligt 2 142187 højt. Cellerne er derfor forsynet med trykfølsomme anordninger til at frigøre sådanne unormale høje tryk.

Kendte anordninger til at udløse tryk er upræcise, dyre og utilstrækkelig tætte, når de benyttes med små, billige celler.

Der kendes brudmembraner, som hjælper til at danne lukke for cellen, indtil trykket i cellen er tilstrækkeligt til at sprænge membranen. Udløsnings trykket for membranen bestemmes imidlertid ikke af stabile elastiske egenskaber ved membranens materiale, men ved dets plastiske deformationsopfør-sel, som varierer i høj grad med sammensætningen og den mekaniske og termiske historie for membranmaterialet. Selv om lukket med membranen sædvanligvis er bekvemt, er prisen for nøjagtighed i udløsningstrykket derfor høj.

Det er derfor et formål med opfindelsen at tilvejebringe en billig trykfølsom ventil, som kombinerer pålidelighed, forudsigelighed, økonomi og fleksibilitet uden at forstyrre den normale funktion af cellen.

Dette opnås ved, at den indledningsvis angivne ventil ifølge opfindelsen er ejendommelig ved det i krav l’s kendetegnende del angivne.

Materialet i delens overflade virker som et solidt anker for materialet i ventilhullet og tillader en nøjagtigere styring af eks-trusionstrykket, som er nødvendigt for at åbne ventilhullet, end ved tidligere kendte ventiler af den omhandlede art.

Fortrinsvis har nævnte del som anført i krav 2 en flad fordybning, således at det ekstruderbare materiale strækker sig over og er forbundet til i det én del af overfladen af denne fordybning.

Opfindelsen angår desuden en fremgangsmåde til fremstilling af den omhandlede ventil, ved hvilken et extruderbart varmesmeltet klæbestof påføres en del, som indeholder et ventilhul, med henblik på i det mindste delvis at fylde ventilhullet. Denne fremgangsmåde er ifølge opfindelsen ejendommelig ved det i krav 3's kendetegnende del angivne.

3 142187

Ved at nævnte del er opvarmet under og/eller før påføring af det ekstruderbare materiale forbedres forbindelsen eller klæbningen af materialet til delen.

Den ovenfor nævnte del kan bestå af metal, metallegering» keramik termoplast eller termohærdende formstof eller en kombination af disse.

Blandt andre funktioner tillader den flade fordybning påføring af det ekstruderbare varmesmeltelige klæbestof på delen og i ventilhullet.

Udluftningstrykket kan indstilles med en tolerance på omkring - 10% på i det mindste tre måder med henblik på at dække et områ-de fra 7 til 50 kp/cm , hvilket der er behov for ved en meget stor mængde celler, som kræver udluftning.

Udluftningstrykket kan indstilles ved at variere diameteren af ven-tilhullet. Et mindre hul vil bevirke udluftning ved højere tryk end et større hul, hvis mængden af klæbende materiale, som anvendes, er den samme.

Indstilling kan også foretages ved at variere mængden af anvendt klæbende materiale: en større mængde klæbende materiale vil medføre udluftning ved højere tryk end en mindre mængde, hvis huldiameteren holdes konstant.

Udluftningstrykket kan desuden varieres ved at variere sammensætningen af materialet, såsom ved at anvende ekstruderbare varmesmeltelige klæbende materialer af varierende viskositeter.

Materialer med høj viskositet vil udlufte ved højere tryk end materialer med lav viskositet, hvis ventilhuldiameteren og mængden af anvendt materiale forbliver konstant.

Længden af ventilhullet kan desuden ændres for at tilvejebringe nogen styring af udluftningstrykket, men dette synes ikke at være så ønskeligt som de tidligere nævnte metoder, fordi den medfører en variation i tykkelse af delen, som indeholder ventilhullet.

. U2187 4

Opfindelsen skal yderligere beskrives med henvisning til tegningen, hvorpå: fig. 1 er et plant billede af en ventil ifølge opfindelsen, fig. 2 er et snit af ventilen i fig. 1 langs linien 2-2, og fig. 3 er et delvist snitbillede af en elektrokemisk celle, som indeholder ventilen i fig. 1 og 2.

Fig. 1 viser en ventil 10 med et smalt ventilhul 3 ved periferien af en flad fordybning 4, som er dannet i en del 5, som skal benyttes som en celletop. Andre placeringer af ventilhullet 3 i den flade fordybning 4 er mulige.

Fig. 2 viser delen 5, efter at et ekstruderbart varmesmelteligt klæbende materiale 6 er blevet tilført til overfladen af den flade fordybning 4 i delen 5 og til ventilhullet 3.

Når et unormalt indre tryk, som vist ved pilene 8, dannes i en celle, som er lukket af delen 5, bliver det ekstruderbare klæbende materiale 6 i ventilhullet 3 og det ekstruderbare klæbende materiale 6 i den flade fordybning 4 i delen 5 ekstruderet eller presset ud af ventilhullet 3 af trykket for at åbne ventilhullet, når trykket når et forudbestemt niveau, og det unormale tryk udluftes gennem det åbne ventilhul. Det ekstruderbare varmesmelte-lige klæbende materiale 6 bør udfylde ventilhullet 3 helt for at . opretholde en god forudsigelighed og pålidelighed i udluftningstrykket, som kræves for at ekstrudere materialet gennem ventilhullet 3 for åbning af ventilhullet og udløsning af trykket.

Fig. 3 er et delvist snit af en elektrokemisk celle 20 med en beholder 22 med en åben ende 24, som er lukket af ventilen 10 i fig. 1 og 2. Ventilen 10 bør være anbragt i den åbne ende 24 af beholderen 22, således at den flade fordybning 4 vender imod den indre elektriske komponent 20. Hvis det indre tryk i cellen 20 stiger til et unormalt niveau, vil ekstruderbart varmesmelteligt materiale 6 blive ekstruderet gennem ventilhullet 3 som allerede beskrevet for derved at tillade, at det indre tryk udløses gennem ventilhullet 3 uden brud på beholderen 22.

142187 5

Cellen 20 (en alkalisk celle, som er 14 mm i diameter og 50 mm lang) indeholder en positiv elektrode 26 af et passende metaloxid, en negativ elektrode 25 af et passende i det væsentlige rent metal, en alkalisk elektrolyt i et absorberende stof 27, og en isolerende film 28. En type alkalisk elektrokemisk celle benytter en nikkeldioxid (Ni02 ) positiv elektrode, og en jern (Fe) negativ elektrode med en elektrolyt, som indeholder kaliumhydroxid (KOH) og destilleret vand (H20). Andre typer alkaliske elektrokemiske celler indeholder nikkeldioxid (Ni02)-cadmium (Cd) celler, sølvoxid (Ag20)-zink (Zn) celler, og mangandioxid (Mn02)-zink (Zn) celler.

Et eksempel på et celleudluftningsorgan er anført herunder.

EKSEMPEL

En "nylon" (3 del 5, som er beregnet til brug som en del af en celletop i en alkalisk celle, som er 14 mm i diameter og 50 mm lang, udformes med et ventilhul 3 på omkring 10 mm i diameter. Ventilhullet 3 strækker sig fra en flad fordybning 4 i delen 5 til den modstående overflade i en længde på omkring 7,5 mm. Den flade fordybning i delen 5 bliver foropvarmet til omkring 70°C, skønt foropvarmningstemperaturen kan være op til 95°C, før end den påføres et ekstruderbart varmesmelteligt klæbende materiale 6. Det varmesmeltelige klæbende materiale 6, som har en viskositet på omkring 280 cP ved omkring 195°C og omkring 184 cP ved omkring 215°C og en foretrukken påføringstemperatur imellem 195°C og 212°C, bliver tilført til ventilhullet 3 i delen 5 og den foropvarmede overflade af den flade fordybning 4 i delen 5 i nærheden af ventilhullet 3. Mængden af materiale, som tilføres den indvendige overflade 7 af delen 5, er omkring 0,050 til omkring 0,75 g. Materialet 6 og overfladen af den overfladiske fordybning 4 bliver herved forbundet eller klæbet sammen. En celle indeholdende denne ventil udløses ved et tryk på 42 kp/cm2 - 4 kp/cm2.

Det ekstruderbare varmesmeltelige klæbende materiale 6, som lukker ventilhullet 3, må forbinde eller hænge sammen med den tilstødende overflade af den flade fordybning 4 i delen 5. Sammenføjningen af det ekstruderbare varmesmeltelige klæbende materiale 6 til over- 6 142187 fladen af den flade fordybning 4 og til sidevæggene til ventilhul-let 3 er vigtige af adskillige grunde. En af disse grunde er, at materialet 6 skal forbindes til overfladen af den flade fordybning og til sidevæggene af ventilhullet, for at materialet 6 skal kunne modstå tryk, som er mindre end det unormale tryk, uden at ekstruderes gennem ventilhullet, og dog kunne ekstruderes gennem ventilhullet, når det underkastes et unormalt tryk. En anden grund er, at forbindelsen mellem materialet 6 og den tilstødende overflade af den flade fordybning 4 hjælper til at begrænse elektrolytten inden i cellen og forhindrer en indtrængen af skadelig forurening i cellen. Egnede ekstruderbare varmesmeltelige klæbende materialer indeholder termoplastisk polyamid basismateriale af f.eks. sili-coner, siliconegummi, eller andre gummier og lignende. Det ekstruderbare varmesmeltelige klæbende materiale kan indeholde et fyldstof til at nedsætte flydeevnen og/eller forøge styrken af materialet, Et egnet fyldstof indeholder asbestpulver, talkum, ler·, fibrøst materiale og lignende.

Delen 5 af ventilen kan bestå af ethvert passende i det væsentlige stift materiale, såsom metal, metallegering, keramik, termoplastisk formstof eller termohærdende formstof, som er upåvirket af bestanddelene af den elektriske komponent. Termoplastiske formstoffer, såsom polyamid, polypropylen, polyethylen og modificeret polystyren, eller termohærdende formstoffer såsom epoxy og de fleste flu-rocarbon foretrækkes af hensyn til ringe pris, høj elektrisk isolation, lav gaspermeabilitet, styrke og holdbarhed.

Ventilen ifølge opfindelsen kan ikke blot benyttes i alkaliske celler, men også i en mængde andre elektriske komponenter såsom primære og sekundære elektrokemiske celler, kondensatorer og lignende.