JP2002529333A

JP2002529333A - 液体を所定レベルに充填する自動液体充填装置及び方法

Info

Publication number: JP2002529333A
Application number: JP2000582294A
Authority: JP
Inventors: イー．エム．ジョーンズ、ウィリアム; アルデン、トレヴォー; ガルペリン、アナトリー
Original assignee: イー．エム．ジョーンズ、ウィリアム
Priority date: 1998-11-18
Filing date: 1999-11-18
Publication date: 2002-09-10
Also published as: WO2000029289A1; EP1086017A1; US6095206A

Abstract

(57)【要約】液体で所定レベル（１４）まで容器（１２）を満たす方法及び装置。装置はシリンダ（１８）と、シリンダ（１８）内において休止位置と充填位置との間を移動可能なピストン（３４）とを含む。容器（１２）を満たすための液体（２８）は、ピストン（３４）を休止位置及び充填位置間を前後に循環する交番圧力にて、ピストン（３４）の第１端（４０）へ供給される。ビストン（３４）がその充填位置に達する度に、供給液体は容器（１２）へ加えられる。各サイクルにより、装置は流体を容器（１２）から引き込み、次いで引き込まれた流体をピストン（３４）の第２端（４４）にて圧縮しようとする。引き込まれた流体が気体である時には、ピストン（３４）は充填位置に移動し続けるよう気体を圧縮することが可能である。引き込まれた流体が液体である時には、ピストン（３４）は液体を圧縮できず、従ってさらなる充填を妨げるよう停止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本出願は１９９８年１１月１８日に提出された米国仮出願番号第６０／１０８
，９７０号に基づく。

【０００２】（発明の分野）本発明は液体充填装置、より詳細には、容器の中の液面が所定レベルに達する
と、自動的に容器内への液体の流れを終了する装置に関する。他の用途において
本発明を液体を充填するために使用することは企図されているが、本発明は給水
式工業バッテリ電池に適している。

【０００３】（発明の背景）フォークリフトトラックに使用されているような工業用バッテリは、概して一
定の間隔で給水を必要とする浸水式鉛畜電池型のものである。そのようなバッテ
リセルを水で満たす、より一般的な手段は、チューブを介してそれぞれのバッテ
リーセル内の個々のレベル制御装置に給水する集中給水システムである（シング
ルポイント給水システム）。各セルの中の電解質液が所定レベルに達すると、各
セルへ水が流れるのを終了する。

【０００４】レベル制御装置の一般的な型は、米国特許第４，５１２，３７８号（オーヒマ
ン、Ｏｓｃｈｍａｎｎ）、同第４，３８６，１４１号（ウェイドナー，Ｗｅｉｄ
ｎｅｒ）及び同第４，７４９，６３３号（エリアス、Ｅｌｉａｓ）にて開示され
るフロートバルブである。これらのフロートバルブは、水の停止バルブを作動さ
せるのに小さいフロートの浮力に依存している。このタイプの構成では、殆どが
フロートをセルの酸の中に有しており、同種の装置として米国特許第４，５４４
，００４号（フィッター、Ｆｉｔｔｅｒ）で開示されるように、外部のチャンバ
ー内にフロートを有している。

【０００５】一般のフロートバルブは、基本的かつ重大な限界を有する。作動フロートは小
さなサイズである必要があるために、作動力は非常に小さく、通常、約５グラム
である。したがって、フロートの動きを妨害する比較的小さな力、例えば、粘着
性、摩擦、表面張力などにより張付いたり、詰まったりすることに対して影響さ
れやすい。これは、使用中における信頼性の低下を招く。

【０００６】液面調節バルブの別の種は、米国特許第４，５２７，５９３号（カンポー、Ｃ
ａｍｐａｕ）に開示されるように流体作動原理に基づいて作動する。この種の装
置は、悪条件の下で張り付きがちな小さいゴム状の隔膜を使用し、これはまた信
頼性の低下を招来する。

【０００７】これらの他の種バルブの問題の多くを克服するバルブの別の種は、米国特許第
４，５５６，０９３号（ジョーンズ、Ｊｏｎｅｓ）に開示されるように流体力学
的原理に基づいて作動する。この種のバルブは、停止力を提供するのに水流のエ
ネルギーに依存する。やはり、このバルブはそれが適切に機能可能であるために
、高速流の水源を必要とするという限界を有する。

【０００８】従って、本発明の目的は、従来技術の装置における限界の多くを克服し、液体
を容器の中に正確な所定レベルまで充填する手段を提供することにある。本発明の別の目的は、高充填速度と低充填速度の双方を可能にする装置を提供
することにある。

【０００９】さらなる目的は、従来の給水のシステムよりも安全なシステムを提供すること
にある。なお、さらなる目的は、安価な製造コストの充填装置を提供することにある。本発明の付加的な目的、利点及び新規な特徴は以後の記載において一部示され
、一部は当業者にとっては自明のこととなるか、又は本発明の実施により学ばれ
得る。

【００１０】（発明の概要）本発明は、供給液体を充填動作が自動的に停止する所定レベルまで容器に充填
するための装置と方法を提供する。本発明は、空気のような気体は圧縮性である
が、液体はこれとは異なるという原理を利用している。

【００１１】本発明の装置は、内壁を備えたシリンダを有する。ピストンは、シリンダ内に
おいて休止位置から充填位置の間で移動可能であり、第１ピストン端及び第１ピ
ストン端から間隔をもって配置された第２ピストン端を有する。２つのピストン
端は、ピストンが動いている間に、流体がシールを超えて流れるのを防ぐよう、
シリンダ内壁に対し移動可能にして、密閉可能である。ばね等の付勢部材は、ピ
ストンを休止位置に向かって推す。供給液体が第１ピストン端まで導入されるよ
うにするために、注入口は第１ピストン端と流体が流れるよう連通している。

【００１２】シリンダ壁を介する充填口は、供給液体が前記容器を充填するようシリンダか
ら退出させる。充填ポートは、ピストンが休止位置にある時には、前記ピストン
の第１端の下方になるよう配され、そしてピストンが充填位置にある時には、第
１端の上方になるよう配され、注入口と流体が流れるよう連通している。

【００１３】前記ピストンの第２端は、その休止位置と充填位置の間でスイープチャンバ内
を密閉しつつ移動する。流体ポートは、容器からの流体をスイープチャンバに流
入させ、スイープチャンバと流体が流れるように連通している内部端と、装置の
外部に開放された外部端とを有する。また、ポートは装置が容器に設置されると
き、所定のレベルにあるように配された外部端を有する。ピストンが充填位置に
向かって移動するのに応して、バルブは流体ポートを閉鎖する。

【００１４】別の実施例では、流体ポートと充填ポートは少なくとも１つのポートに連結さ
れる。本方法では、充填操作は、圧力下にある供給液体をピストンの一端に送り込む
ことによって、開始される。ピストンは充填位置に移動し、それにより充填ポー
トを開放し、その充填ポートを介して供給液体が容器に流入し容器を満たす。次
に、供給流体の圧力が減少し、ピストンは休止位置に戻って、充填ポートを閉鎖
する。ピストンが休止位置に戻るとき、容器からの流体は引き込まれる。引き込
まれた流体が気体である場合には、上記の工程は繰り返され、充填操作は続く。
引き込まれた流体が液体である場合には、供給液体はピストンを下向きに押すよ
うにピストンの一側面へ、ある圧力下で再び導入される。しかしながら、この時
、引き込まれた液体はピストンの第２端に対して捕捉され、その結果として、ピ
ストンが充填位置に移動するのを停止する。

【００１５】（詳細説明）図１Ａ、１Ｂおよび１Ｃに示されているのは、所定レベル１４まで容器１２の
中に液体を充填するための装置１０であり、その所定レベルの時点で装置１０は
自動的に容器１２に対して液体を加えるのを停止する。例えば、装置１０は水（
供給液体）をある既存量の液体１６（電解質液）を含むバッテリセル（容器１２
）に充填するのに使用し得る。

【００１６】装置１０は、内壁２０を有し、内部領域２２を画定する鉛直な円柱形状のシリ
ンダ１８を含む。参考までに、装置１０は上端２４と下端２６とを有しており、
装置は図示されているような鉛直の配置に限定されるものではない。装置１０の
上端の注入口３２は、後述されるように、供給液体が容器１２を満たすために内
部領域２２に流入するようにさせる。液体をチューブ２８により複数の装置１０
に供給し得る配水系の一部として、供給液体はＴ字管３０に接続されたチューブ
２８を介して注入口３２に供給される。

【００１７】ピストン３４はシリンダ１８中に移動可能に配置されている。ピストンはシリ
ンダ１８の上端に面した休止位置３６（図１Ａ）と、シリンダ１８の下部に面し
た充填位置（図１Ｂ）との間で移動可能である。ピストン３４の第１端４０は面
３５を有し、ピストンは移動しながら密封状態を維持するよう、シール４２（Ｏ
−リングが示されている）手段により、シリンダ壁２０に対し移動可能にして、
かつ密閉可能である。同様に、ピストンの第２端４４は面４５を有し、シール４
２（Ｏ−リング）手段によりシリンダ壁２０に対し、移動可能にしてかつ密閉可
能に保持されている。適切なシールにより、シリンダ壁２０に対する密閉を維持
し、ピストンを移動させている間に液体の流出が防止される。止め具４５はピス
トン３４が上方に移動されたときの最高位置を規制する。

【００１８】内部領域２２内の付勢部材４６はピストン３４をその休止位置３６に向かって
押圧する。図示されている付勢部材は引張ばね４７であり、一端がピストン３４
に取付けられ、他端が装置１０の上部に取付けられている。

【００１９】充填ポート４８はシリンダ１８の側面を貫通するように形成されている。その
充填ポート４８は、ピストンが図１Ａの休止位置３６にある時は、ピストン３４
の第１端４０より下方（すなわち、第１端４０のシール４２の下方）に位置し、
ビストン３４が図１Ｂの充填位置３８にある時には、第１端４０の上方（すなわ
ち、第１端４０のシール４２の上方）に位置する。ピストン３４が図１Ａで示さ
れる休止位置にあるとき、注入口３２を介して導入される供給液体は、ピストン
の密封された第１端４０により充填ポート４８に対して遮られる。しかしながら
、ピストン３４が図１Ｂで示される充填位置にあるとき、注入口３２に流入する
液体が上方の内部部分５０を介して充填ポート４８から流出して容器１２を満た
すよう、液体排出ポート４８は液体注入口３２と流体が流れるように連通してい
る。したがって、ピストン３４は、その休止位置と充填位置の間を動くに従って
、排出ポート４８を開閉する。

【００２０】ピストン３４の下方にはスイープチャンバ５２を形成する内部部分５１（図１
Ａ参照）であり、ピストンの第２端４４が密閉状態で移動し、内部部分の体積が
ピストンが休止位置と充填位置の間を動くのに応じて変化される。図１Ａ，１Ｂ
，１Ｃを参照。流体ポート５４は、スイープチャンバ５２と容器１２との間にお
いて流体が流れるように連通しているようにする。流体ポート５４はスイープチ
ャンバ５２に対して開放されている内部端５６と、軸線方向の長さ５８ｌを有す
る上側の細長い筒形形状の導管５８と、より広い導管部分６０と、装置１０の外
部に対して開放されている外部端６２とを有している。図示されるように、外部
端６２は装置１０が容器１２内において、所定の液面１４に達するように配置さ
れる。以下にさらに記述される目的のために、ポート５４は、気体或いは液体に
かかわらず、スイープチャンバ５２と容器１２との間で流体を通過させる。

【００２１】装置１０内のバルブ６４は、ピストン３４の充填位置に向って移動するのに対
応して、流体ポート５４を閉鎖する。本装置においては、バルブ６４はピストン
３４から延びるシャフト６６等のロッドを有し、そのロッドは円形のシール部材
７０、すなわち図示されるＯ−リングを備えた先端６８を有する。シール部材は、シール部材７０が導管５８内にある間に、流体を通過させない
ように導管壁５９に対してポート導管５８内を移動しつつ密閉する（図１Ｃ参照
）。さらに図１Ｂに示されるように、導管５８の軸線方向の長さ５８ｌはピスト
ンのストローク（ピストンが休止位置と充填位置の間を移動する距離）より短い
。したがって、休止位置から充填位置までの移動のサイクルのごく初期に、流体
は自由にポート５４を通過し得る（図１Ａ）。次に、ポートは、シール部材７０
が導管（図１Ｃ）の軸線方向長さを移動している間に流体が自由に流れないよう
密封閉鎖される。この後、シール７０は一旦、導管５８を通過すると、再び流体
を自由にスイープチャンバ５２と容器１２の間に流れさせるようポートは再開放
される。

【００２２】ピストン３４が下方に移動して充填位置に近づくに従って、スイープチャンバ
５２の容積が減少することがわかる。ポート導管５８の直径５８ｄは、ポートの
下部６０の直径６０ｄよりも小さい。したがって、ピストンが下方に向って移動
する時、シール７０の上方の導管５８においてスイープチャンバ５２に付加され
る容積（図１Ｃ参照）は、ピストンの直接下のシリンダ内で失われた容積によっ
て相殺されるものよりも大きい。

【００２３】ここで、装置の操作を図１Ａ，１Ｂ，１Ｃを参照して記述する。本装置は、空
気のような気体は圧縮性であるが、水のような液体はこれとは異なるというよく
知られた原理を利用している。例えば、ピストン３４は、その中の空気を圧縮す
ることにより、スイープチャンバ５２を満たしている封入された空気の内側に移
動可能である。しかし、水は本質的には圧縮することが不可能なので、ピストン
はスイープチャンバ５２を満たしている封入された水の内側には移動できない。
さらに、液体が定圧で供給される他の充填装置やシステムとは異なって、本発明
では以下に記載される手段により液体は交番圧力において供給される。水圧は、
高圧と低圧の間を、例えば１０３ｋＰａ（１５ｐｓｉ）のオン段階と０ｋＰａ（
０ｐｓｉ）のオフ段階の間を故意に循環する。これは、ピストン３４をその充填
位置と作動休止位置を往復して循環させる。また、ピストンは可能ないかなる張
り付き又は摩擦を克服するために、装置がオン段階の間、高い流体静力学的な力
を発生させ、それにより信頼性は非常に高くなる。

【００２４】初期において、容器１２の液面１６は外部ポート端６２より下方にあり、容器
１２内は空であるか、あるいは少量の液体により低い液面を有し、容器内が液体
で満たされることが望ましい。ピストン３４は図１Ａに示されるように休止位置
にある。

【００２５】充填工程は、供給液体を圧力下でチューブ２８、Ｔ字管３０、およびシリンダ
の上方の内部部分５０への注入口３２を介して、ピストンの第１端４０に導入し
て開始され得る。加圧された水は第１ピストン端４０上に作用し、図１Ｂに示さ
れるように、ピストン３４を充填位置３８に向かって下向きに押圧する。ピスト
ン３４が圧力に対応して下向きに動くに従って、空気（気体）は、初めにスイー
プチャンバ５２から開放されたポート５４を介して排出される。ポート５４が図
１Ｃに示されるように、バルブシール７０によって閉鎖されるよう、ピストン３
４が充分遠くに移動するとき、すなわち休止位置と充填位置の間の中間位置で、
空気は第２ピストン端４４の下方のスイープチャンバ５２内に捕捉される。捕捉
された空気は圧縮性であるので、注入口３２を介して供給される液体の圧力が圧
縮ガスの力を克服することができるくらいの力をピストンに供給する時に、ピス
トン３４の移動が大きく妨害されることはない。そして、ピストンは図１Ｂに示
されるように充填位置まで下向きに動き続ける。ピストン３４がスイープチャン
バ５２内の大部分の気体を追い出しながら充填の位置にアプローチするときポー
トが再び開かれることがわかる。

【００２６】さらに、ピストンが図１Ｂの充填位置に達する時、ピストンの密封された第１
端４０は、注入口３２を介してシリンダ１８の中に流れる液体が排出口４８から
容器１２内に流入するよう、排出口４８を覆わないことが分かる。水圧が維持さ
れる限り、容器内への液体の流入は続く。

【００２７】液体の供給圧力は、ここで０ｋＰａ（０ｐｓｉ）に減少する。ばね４７は、ピ
ストンを、その後側において容器１２からスイープチャンバ５２に流体を引き込
みながら、図１Ａのピストンの上方の休止位置に動かして戻す。このサイクルの
終わりでは、いくらかの液体が容器に追加されているのを除いて、元の開始状態
を回復する。追加された液体の量は水圧、排出ポートの大きさ、およびサイクル
の時間などの要素の関数になるであろう。

【００２８】容器１２内の液面が、状態が大きく変化する点であるポート５４の底部６２に
上昇するまで、交互にオン（高い圧力）とオフ（減少した圧力）となる圧力で、
上記サイクルは繰り返される。次の戻りストロークの間、ピストンがばねの作用
で上昇するとき、ピストンはその後ろで圧縮性の空気ではなく、容器１２からの
非圧縮性の液体を引き込む。液体はスイープチャンバ５２の大部分を満たしてい
て、ピストン３４がその休止位置に達するとき、スイープチャンバ５２に残留し
ている。

【００２９】次のサイクルでは、加圧された供給液体が、再びピストンの上側に導入される
につれて、スイープチャンバ５２内に液体を捕捉するために、ポート５４がバル
ブシール７０によって閉鎖されるまで、ピストンは再び下向きに移動し始める。
図１Ｃに示されるように、今度はピストン３４は中間位置で急に一時停止する。
非圧縮性の液体は、供給液体から第１ピストン端４０への力の均衡をとるために
、第２ピストン端４４へ静水学的力を付与し、したがって、移動を妨げる。ピス
トンが図１Ｃの中間位置にあるとき、充填ポート４８が開放されていないので、
いかなる追加の供給液体も容器１２に入ることができない。したがって、装置１
０への給水の圧力のサイクルが続いても、充填動作は停止される。共通液体補給
路２８によって供給される複数の装置１０のシステムでは、液体を充填する必要
があるすべての容器が満たされるまで、サイクルは必要に応じて続くことが可能
である。

【００３０】本発明の主な利点は、その信頼性である。可動部が１個であるという単純な構
成であるため、不良品発生の虞れがより少ないことを意味する。また、本発明は
装置を作動させるために比較的大きな力を利用可能に有する。例えば、バッテリ
セルの中のフロートバルブはフロートの浮力によるわずか５グラムの作動力を有
し得るが、本発明は２０７ｋＰａ（３０ｐｓｉ）で２５００グラムの実用的な作
動力、すなわち５００倍以上の力を有し得る。事実上、必要であればさらに大き
な力が適用され得るが、必要であるとは思えない。これらの利用可能な力により
、バルブが張り付く問題は事実上解決される。

【００３１】また、装置１０は頑丈であり、上記背景の項で記載したような他の充填装置の
問題に類する傾向がない。点検のために装置が容器から取り外されるとき、壊れ
たり、または落ちたりする繊細なフロートもない。作動要素は装置１０の中に封
入されており、したがって、装置は壊れやすくない。

【００３２】本発明は、水などの低粘度液体を除いて、液体に対し広い有効性を備えるとい
う別の利点を有する。その作動の静水学的原理により、油のような高粘度流体で
も作動するであろう。上述された他の装置の多くが、高粘度流体ではよく作動し
ないだろう。

【００３３】図１の装置１０の変更を、図１Ａで示されるそれと同様のデザインである図２
を参照して記述する。ここでは、圧縮ばね４７ａが付勢部材４６を形成する。圧
縮ばねは、図１Ａの引張ばね４７と比較して、より安く、より装置に組み込み易
いと信じられている。引張ばね又は圧縮コイルばね用の代表的なばね材料は、ス
テンレス鋼及び特に用途に適した他の材料である。しかしながら、ばねがピスト
ン３４の下に配置される図２のデザインでは、ばね４７ａは容器１２からスイー
プチャンバ５２に引き込まれる液体１６に対して露出する。引き込むべき液体が
硫酸電解質液であるバッテリ充填のような用途においては、腐食しない高コスト
のばね材料が必要となり得る。これとは反対に、図１Ａの引張ばねは、バッテリ
使用中に水である供給液体に主に晒される。

【００３４】偏向器７８は充填ポート４８を出る液体を下向きに偏向させることが分かる。図２の装置１０と図１Ａの装置との別の違いは、バルブ６４のデザインである
。図２では、バルブシール部材７０（Ｏ−リングが図示されている）は、シャフ
ト６６に取付けられて同シャフト６６と共に動く代わりに、ポート５４内に固定
される。シャフト６６は、一体的に移動するためにピストン３４の下部に連結さ
れ、シール部材７０に対して密閉しないよう形成された上部７２ａと、シール部
材７０に対して密封するよう形成された中間部７２ｂと、密封しないよう形成さ
れた下部７２ｃとを有する。したがって、図１Ａの装置１０のように、図２の装
置１０は、ピストン３４が上側の休止位置から中間位置を介して、最終的には充
填位置に下向きに移動するにつれて、ポート５４は順番に開き、閉じ、そして再
び開くよう作動する。これらの種のバルブは「開−閉−開」形式である。

【００３５】図３Ａ乃至３Ｄは、本発明のさらに簡単な型を図示しており、それらは「開−
閉」形式である。図３Ａ，３Ｂの装置１０は、それぞれボール７４として形成さ
れたバルブ６４を含む。図３Ａの装置１０は、ピストンが動くのに応じたポート
５４を通る流体の移動に対応して上下に動く非係留ボール７４を有する。ボール
が、ピストンの下向きの移動のときに、いったんポート５４の内部の端５６に嵌
まると、スイープチャンバ５２の中の流体は捕捉され、もし非圧縮性であれば、
ピストンの下向きの移動を停止する。供給液体における圧力の放出によるピスト
ン３４の上向きの移動は、ボール７４の上側に作用している圧力を除去し、流体
を容器から引き込み、ボールはポート５４から外れる。図３Ｂの係留ボール７４
はピストンの上向きの移動のときにポート５４からボールが引っ張られることに
より、係留ボール７４が外される。止め金具７６はピストンの上向きの移動を制
御し、その結果、スイープチャンバに引き込まれる流体の量を制御する。

【００３６】図３Ｃの装置１０は、ピストンが下向きに充填位置に近づき続ける時、ポート
５４は閉鎖されたままであるよう、ポートとバルブシール部材７０の間で密閉を
維持するためにポート５４が一定の直径のものであることを除いて、図１Ａのも
のと同様のデザインである。図３Ｄの装置１０は、ピストン３４が下側の位置に
あるとき、シャフト６６がシール部材７０に対して密封するよう形成された上部
７２ｄを有し、上部７２ｄとピストンが上側の位置にあるとき、密閉しないよう
形成された下部７２ｅとだけを有することを除いて、図２のものと同様の構成で
ある。図３Ａ乃至３Ｄの全ての構成がが「開−閉」形式である。すなわち、いっ
たんポート５４がスイープチャンバ５２内に流体を捕捉するため閉鎖されると、
ピストンの残りの下向きのストロークの間中、ポート５４は閉鎖され、ピストン
が下方の充填位置にアプローチするとき、「開−閉−開」形式のものがするよう
には再び開放しない。

【００３７】「開−閉−開」形式は、特定の利点を有すると信じられる。図１Ａ，１Ｂ，１
Ｃに関して、容器１２が満たされ、充填工程が停止した後に、ポート５４が開放
されていても、液体は容器１２内の液面が所定のレベルより下まで下降すると、
液体がスイープチャンバ５２内に維持され得る。装置１０が再び容器１２を満た
すために再び作動すると、ポート５４の閉鎖前のピストン３４の初期の下向きの
移動は、ポート５４が閉鎖される前にスイープチャンバ５２から液体を除去する
。しかしながら、スイープチャンバ５２内に充分な液体が残っていると、ピスト
ンの下向きの移動は、容器を満たすために充填ポート４８を覆わないことを直ち
に停止する。供給液体の圧力が減少するとき、容器内の液面がまだ所定のレベル
の下にあるので、ピストンは圧縮性の気体（空気）を容器から引き込みつつ、休
止位置に戻る。各付加的なオン−オフサイクルにより、さらなる液体はスイープ
チャンバ５２から除去される。前記サイクルは、完全に作動し容器１２の充填を
行うよう、充分な液体が除去されるまでピストン３４を下方へ移動させる。

【００３８】「開−閉−開」形式では、より少ないサイクルでスイープチャンバ５２に滞留
した液体を除去すると信じられている。図１Ｂで見られるように、ピストンがポ
ート５４を再び開くためにいったん充分に下向きに動くと、残っている滞留液体
は容易に除去される。それを停止する液体がなければ、ピストン３４はその充填
位置に動いて、残留液体を追い出す。ピストン３４の下向きのストロークの間、
ポート５４は「開−閉」形式において再び開かないので、スイープチャンバをき
れいにするのに付加的なサイクルが必要である。

【００３９】ピストンが休止位置にあり、ピストンを止めるために充分な量の液体が引き込
まれている時でも、いくらかの量の圧縮性気体がスイープチャンバ５２に滞留す
ることがわかる。気体は、次の充填操作におけるピストンのいくらかの移動がス
イープチャンバ５２から滞留した液体を除去し始めるようにさせる。

【００４０】「開−閉−開」形式の別の利点は、液体供給圧力などの作動パラメータがより
良好に制御できるということである。スイープチャンバ５２が気体を含むとき、
注入口３２に入る供給液体の圧力は、ポート５４がいったん閉鎖されるとスイー
プチャンバの中の圧縮気体によってピストンに加えられる力に対してピストン３
４を下向きに押し込むために充分でなければならない。「開−閉」形式では、ピ
ストンに加えられる力は、ピストンの下向きのストロークの間じゅう増加し続け
るが、「開−閉−開」形式では、ポート５４がいったん再開放すると、気体の圧
縮は終わる。したがって、「開−閉−開」形式には低い供給圧力で充分であり得
る。

【００４１】図１Ａに関して、充填操作の終わりにおいて、スイープチャンバに滞留する液
体のより迅速な排出は、ピストンが休止位置にある時、ピストンの第２端４４の
下に充填ポート４８を配置することによって達成され得る（図ｌＡの点線で示さ
れる排出口４８ａを参照）。装置が休止位置にあるとき、排出を助けるために、
この通路から空気がスイープチャンバ５２に入ることが可能である。もちろんス
イープチャンバの大きさ、ピストンのストロークの長さおよびシール構成などの
デザインの他のパラメータは、充填位置において排出口４８ａを覆わないよう変
更される必要があり得る。別の変更では、排出口４８は図１Ａで示されるその元
の位置を維持し、第２の小さな排出孔４８ｂを追加するであろう（点線で示され
る４８ａと同じ位置）。

【００４２】鉛直でない使用に適したさらに簡略化された実施例を図４を参照して説明する
。シリンダ１８中には、休止位置（図４で示されるように）と充填位置（示され
ていない）との間において移動可能なピストン３４が配置され、充填位置ではピ
ストン３４はポート８０を覆わないよう左に移動する。ピストン３４は図１Ａの
ものと同様である。前記実施例との関係における参考目的までに、装置の右端は
図１Ａの装置の上端２４に同等である。

【００４３】付勢部材４６（圧縮ばね４７ａ）はピストン３４を休止位置に向かって付勢す
る。スイープチャンバ５２が主に圧縮性の気体を含んでいる時、いったんピストン
が気体を捕らえるようポート８０を覆うと、スイープチャンバ５２内の気体を圧
縮しながら、注入口３２を介して導入される加圧された供給液体がピストン３４
を充填位置に向かって左に押す。ピストンがいったん注入口３２からの供給液体
をポート８０から容器内に移動させるように左に充分移動すると、ポート８０は
再び開放される。次いで、ピストンがその休止位置に戻るようにさせるために供
給液体の圧力は減少し、サイクルは繰り返される。このサイクルは、容器内の液
体がポート８０の下部８２に達するまで続く。次のサイクルにおいて、ピストン
３４は容器から液体をスイープチャンバ５２に引き込む。今度は、ピストン３４
が充填位置に向かって左に移動しようとすると、ポート８０を覆って液体を捕捉
することができるくらいの充分な距離を移動した後、ピストンはポート８０を再
開放させるのに必要な左への残った距離を移動するのを妨げられる。注入口３２
に入る供給液体はポート８０に流れることができず、したがって、充填工程は終
了する。

【００４４】容器の中の液面がポート端８２より下方まで下降した後に、スイープチャンバ
５２を空にして新たに充填操作を始めるために、数サイクルの供給液体への交番
圧力が必要である。本デザインは非常に低廉なコストであるという利点を有して
おり、容器に外部に取り付けることが可能であり、非常に小さいポート管８０を
有する。単一のポート８０は、前記実施例で開示された排出ポート４８と流体ポ
ート５４の両方の機能を提供する。さらにまた、ピストン３４はスイープチャン
バ５２で流体を圧縮するためにポート８０を閉鎖するバルブ６４として作用する
。上記で論じたように、本デザインは「開−閉」形式のものである。

【００４５】工業用バッテリセルに給水するための好ましい実施例を図５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，
５Ｄを参照して記述する。本装置１０は「開−閉−開」の形式があって、デザイ
ンにおいて図１Ａの装置と同様である。それは保護管アダプターの使用により保
護管を介してバッテリの中に挿入されるよう設計される。装置１０は、フレキシ
ブルな液供給管を受けるための鉤状取付け部８６を有する上側のハウジング８４
を有する。また、２個の取付け部うち１つは液体供給注入口３２に接続し、一方
、もう片方の鉤部は液体をそれらに供給するために、同様に他の装置１０に流体
的に接続することが可能である。

【００４６】ハウジング８４、内部の領域２２を形成するために、円柱形状のシリンダ１８
上にスナップ止めされる。ハウジングはシリンダのスナップ突起８７ａを受ける
スナップ開口部８７を有し、シリンダスロット突起８８ａを受承する位置ぎめス
ロット８８によって適切に配置される。Ｏ−リングシール８９は、２つの間の水
密的な連結を保証する。

【００４７】ピストン３４はシリンダ１８内の休止位置（図５Ｂ）と充填位置（図５Ｃ）の
間において移動可能である。休止位置と充填位置の間の中間位置は、図５Ｄに示
される。ピストンの第１端４０は面３５を有し、Ｕ−カップシールの形状のシー
ル４２によりシリンダ内壁２０に対して移動可能に密封する。前記Ｕ−カップシ
ールは上側のチャンバ５０内の液体がシールを介して下側に通過するのを防ぐよ
う配置されている。同様にピストン４４の第２端は面４５を有し、Ｕ−カップシ
ールの形状のシール４２によりシリンダ内壁２０に対して移動可能に密封する。
前記Ｕ−カップシールはピストン３４の下側にあるスイープチャンバ５２内から
の液体がシールを介して上方に通過するのを防ぐよう配置されている。２つのピ
ストン端４０，４４の間のピストン部３４ａは、材料の使用を最小にするよう形
成される。

【００４８】ここで、付勢部材４６は、ピストン３４の上方に配置された圧縮ばねとして形
成される。ピストンは、ばねの先端と勘合するよう形成されたヘッド９２を備え
た一体的な上方延長部９０を有する。スプリング４６の底部はシリンダ１８上に
形成された肩部９４の上に位置する。したがって、スプリングはピストン３４を
上方／休止位置に向かって上向きに押圧するためにヘッド９２に作用する。好ま
しくは、スプリングはステンレス鋼製であり、ピストンを動かすに充分な力を供
給するような大きさに形成されている。

【００４９】ヘッド９２は、注入口３２からの水がヘッドを通過して流れさせるために、切
り欠き９６を有する。ハウジング８４の内部の先端９８は、ヘッド９２が先端と
直に隣接するのを防ぐためにタブ１００を有し、それにより加圧された供給液体
がヘッド９２を先端９８に対して押し付けるのを防ぐ。また、タブ１００はヘッ
ド９２がピストンについて上向きの最高位置を画定するように、止め具としても
作用する。

【００５０】図５Ｃで示されるように、充填位置にある時、液体充填ポート４８はピストン
の第１端４０より上に位置する。注入口３２からの加圧された供給水は、ヘッド
９６を通過し、装置１０の上部を介し、充填ポート４８を出てバッテリセル内へ
と流れることが可能である。シリンダ１８の一体的な部分として形成された流体
ポート５４は、スイープチャンバ５２をバッテリセルの内部と流体的に接続する
。ここで、ポート５４は上側の内部端５６、一定の直径と軸線方向長さ５８ｌの
導管５８、及び溝１０２を有する下側の延長導管６０を有する。ポートの底部外
部端６２は、電解質液がそこに達すると装置１０が充填を停止する所定レベルを
セル内に規定する。底部端６２は、装置の操作を妨げ得る電解質液１６からの異
物を避けるためにフィルタとして作用するスロット１０４を有する。

【００５１】ポート５４を閉鎖するためのバルブ６４は、ピストン３４と一体的に形成され
同ピストンから延びるシャフト６６のようなロッドと、ポート導管５８に沿って
動くにつれてポート５４を封鎖するシャフトの先端６８上にあるシール部材７０
とを有する。ここで、Ｕ−カップ型シール７０は、シール７０の上方において捕
捉された流体が下向きに装置１０の外へ流出するのを防ぐよう配置されて使用さ
れる。ピストン３４のストロークがポート導管５８の軸線方向長さ５８ｌよりも
長いので、ポート５４は、ピストンが図５Ｂの休止位置から下向きに動き始める
とまず開放され、図５Ｄに示されるようにシール７０がポート導管５８に達する
とポートは閉鎖され、図５Ｃに示されるように流体が流れるようにシール７０が
いったん溝１０２に達すると再び開く。すなわち、「開−閉−開」形式である。

【００５２】本実施例のシャフト６６のようなロッドの直径は図１Ａの装置に示されるそれ
より大きい。これはスイープチャンバ５２内の圧縮気体の圧力に晒さらされるピ
ストンの第２端４４の面４５の表面積を減少させる。したがって、ピストンの上
の気体によって加えられる力を減少する。次に、これは装置を作動させるのに必
要である給水圧を減少させる。また、これは、下側のピストン端４４に発生した
真空力が同様に減少するように、休止位置にピストンを動かして戻すのに必要で
あるばねの力を最小にするのを助ける。

【００５３】図５の実施例のハウジング、シリンダおよびピストン構造物のための好ましい
材料は、耐酸性と熱的安定度のためにポリプロピレン（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅ
ｎｅ）とポリフェノリンオキシド（ｐｏｌｙｐｈｅｎｏｌｉｎｅｏｘｉｄｅ
）を含む。好ましいシールの材料はビトン（ｖｉｔｏｎ）（デュポンダウ社の登
録商標）及び他の適当な材料を含む。図５Ｂの装置のための１組の好ましい寸法
は、約１．２６０ｃｍ（０．４９６インチ）の直径と、面３５から面４５までの
約１．８３ｃｍ（０．７２インチ）の長さと（２つのシール４２の中央間は１．
４５ｃｍ（０．５７インチ））、約１．２５７ｃｍ（０．４９５インチ）の直径
と０．９４２ｃｍ（０．３７１インチ）の長さを有するシャフト６６と、ピスト
ン面３５からヘッド９２の先端までで約２．５２ｃｍ（０．９９インチ）の長さ
を有する延長部９０とを有するピストン３４を含む。シリンダ１８は、ピストン
３４を受けるためのおよそ１．２７ｃｍ（０．５インチ）の内径と、およそ３．
１８ｃｍ（１．２５インチ）のシリンダ１８の先端からポート５４の内部端５６
までの長さと、０．０７９ｃｍから０．３１８ｃｍ（１／３２から１／８インチ
）の範囲の、より好ましくは０．１５９ｃｍ（１／１６インチ）の直径を有した
充填ポート４９とを有する。ポート５４は、約０．９５３ｃｍ（０．３７５イン
チ）の内径、約１．２７ｃｍ（０．５インチ）のシリンダ１８の底部から外部ポ
ート端６２までの長さ（ポート端６２を画定する壁の厚みを含まない）、および
約０．５ｃｍ（０．２インチ）のポート導管の長さ５８ｌを有する。

【００５４】本発明の供給液体は交番圧力すなわち可変圧力で提供される。圧力は相対的で
、１つの圧力がもう片方よりも高い実用的な圧力であり得る。大部分のバッテリ
充填の用途のための好ましい圧力は、１０３ｋＰａから２０７ｋＰａ（１５から
３０ｐｓｉ）の間の、より好ましくは約１３８ｋＰａ（２０ｐｓｉ）の高圧と、
約０ｋＰａ（０ｐｓｉ）の低圧である。他の用途は異なる圧力範囲を必要とし得
る。別の変更例では、低圧は休止位置へピストンを戻すことができる負圧又は真
空であろう。これは、付勢部材４６の必要性を排除するが、真空を発生させる追
加設備を必要とし得る。

【００５５】大部分のバッテリ充填の用途ための好ましいサイクルタイムは、１サイクルあ
たり、すなわち加圧された供給液体を装置に必要期間導入し、それから加圧され
た供給液体の圧力を止めるまでに５秒から１０秒を要する。

【００５６】図６Ａを参照して、水１１６をバッテリ１１８に添加するための高圧及び０ｋ
Ｐａ（０ｐｓｉ）の低圧を供給する好ましい液体供給を記述する。タンク１２０
又は他の種類の水の容器は、水を導管１２２を介して比較的一定の圧力で水を供
給するポンプ１に供給する。第１ソレノイドバルブ１２６は、バッテリ内のポン
プ１２４と装置１０の間にある給水配管２８にある。第２ソレノイドバルブ１３
２を備えた排出管路１３０は、第１ソレノイドバルブ１２６とバッテリに取り付
けられた装置１０の間に配置され、排出管路１３０は水をタンク１２０に戻すよ
う示されている。

【００５７】２個のソレノイドバルブ１２６，１３２は、ポンプが連続して動いている間、
制御装置によって高圧及び低圧の状態の間を循環するよう制御される。すなわち
、高圧状態では、第２ソレノイドバルブ１３２が閉鎖されている間、第１ソレノ
イドバルブ１２６は、加圧された供給水１１６を装置１０へ流すよう開放されて
いる。低圧状態では、第１ソレノイドバルブ１２６は、高圧の水が装置１０へ供
給されるのを断つために閉鎖され、第２ソレノイドバルブ１３２は、管２８の圧
力を解放し、過剰な水を排出するよう開放される。

【００５８】ソレノイド１２６，１３２の制御装置は、オン／オフスイッチを作動させる
カムと同じくらい簡単であっても良いし、あるいは各バッテリセルに配送される
水の量の測定などの高度な機能を含み得る高度なプログラム可能な電子制御装置
であっても良い。

【００５９】図６Ａの供給システムの変更が、図６Ｂに示される。ここで、単一のソレノイ
ドバルブ１３４は排出管路１３０に備えられ、ソレノイド１３４は開放状態と閉
鎖状態を循環している。ソレノイド１３４が閉鎖されると、加圧された水は供給
管２８を通してバッテリに流れる。しかしながら、ソレノイドが開放していると
きは、加圧された給水は即発に排出管路１３０へ迂回する。

【００６０】一つの三方向ソレノイドバルブ１３６を有する別の変更は図６Ｃに示される。
各サイクルの第１位置では、ソレノイドバルブ１３６はバッテリに流入する管２
８に対して開放されており、排出管路１３０に対しては閉鎖されている。第２位
置では、ソレノイドバルブ１３６はバッテリに流入する管２８に対して閉鎖され
ており、排出管路１３０に対しては開放されている。これらの給水システムは一
つ乃至数百の装置１０に供給することができる。他の変更は機械操作及び手動操
作のバルブを含む。

【００６１】本発明の給水システムは、自動充填のためのバッテリ充電システムと組み合わ
せることが可能であり、バッテリセルは電解質液が最高レベルにある「ガス発生
電圧」に達すると、充電器が給水システムを起動する。これに代えて、システム
は手動でオン／オフされるか、あるいはあらかじめ設定された時間の後にシステ
ムをオフにするタイマを備えてオンにされることが可能である。

【００６２】上述された液体を充填するための装置及び方法は、他の型の装置よりもユニー
クな利点と柔軟性を有する。特に、本発明はバッテリ充填のためのユニークな利
点を有する。図７に関して、従来のバッテリ給水のシステムにはない特徴は、電
解質液１６と水を混合するために、装置１０の充填ポート４８から鉛酸電池セル
１１８の底部まで水を導くことができることである。これは、ある背の高い固定
バッテリや海中バッテリにとって特に有益となり得る。従来の給水システムでは
、水は電解質液１６の頂部に添加され、密度が低いため、拡散によって消散する
前のかなりの期間、浮遊し得る。正圧又は正水頭に対して水を流し込むことが可
能なこの能力は、他の公知のシングルポイント給水システムでは可能でない。図
示されるように、セルの底部に水を導くために簡素なチューブ又は導管１３８を
充填ポート４８に取り付け得る。

【００６３】図８に示されているのは、外壁１４０が排出された供給液体を充填ポート４８
からフィルタ付開口部１４２に導く別の代替手段である。このように、充填ポー
ト４８からの清浄な水はフィルタ付開口部１４２を清浄に保つ。これは極度に汚
れた環境において適用され得る。

【００６４】本発明の別の利点は、それがわずかに加圧されたバッテリセルに使用され得る
ということである。例えば、装置１０はエディソン型圧抜きバルブを有するニッ
ケル／カドミウムセルと共に使用され得る。前記バルブは、小さいが、有意な
解放圧力条件を有することによって、空気からの二酸化炭素がセルに入るのを防
ぐよう設計される。別の例は、バッテリの外部を覆い腐食を引き起こす傾向があ
る電解質エアロゾルをフィルタでろ過するために非常に細かい通気孔（デミスタ
）をセルが有するケースである。これらのデミスタは、充電の間にセル内におい
て小さな背圧を引き起こすことがある非常に細かい孔を有し得る。

【００６５】ほとんどの従来の給水システムでは、酸素−水素ガスが給水管に押し込まれ、
爆発の炎の経路を確立し得るので、セルの加圧は問題を引き起こすであろう。対
照的に、装置１０はセル１１８と水の配管２８の間で耐圧シールを備えているの
で、問題は存在しない。すなわち、セルはこのリスクなしに加圧することが可能
である。

【００６６】また、複数のセル１１８に接続した配管２８を介したバッテリセル１１８同士
は、水素を通して接続されていないので、本発明は改良された安全の利点を有す
る。すなわち、管２２８を介してセルからセルへと炎が移行することよる爆発の
連鎖反応はあり得ない。本発明では、各セル内のポート５４を覆うピストン３４
は、バッテリセル内からの水素が装置１０を介して配管２８に出るのを防ぐ実用
的、機械的、そして恒久的なシールを生み出す。そのうえ、同配管２８からのセ
ル同士の間で水素炎の経路を維持し得る適当な状態が存在しないよう望まれるな
らば、水は配管２８に残留してもよい。これは採炭などの危険な用途において大
きな商業的利点である。上記記載は本発明をそのような開示に制限するよう意図
されておらず、変更及び改造は添付された特許請求の範囲の中に取り込まれ得る
ことが理解される。

【図面の簡単な説明】

【図１Ａ】本発明に従って休止位置のピストンを示す装置の一実施例の断
面図。

【図１Ｂ】充填位置のピストンを示す図１の装置の断面図。

【図１Ｃ】中間−停止位置のピストンを示す図１の装置の断面図。

【図２】本発明に従った装置の別の実施例の断面図。

【図３Ａ】ボールバルブを有する「オン−オフ」型の本発明の別の実施例
の断面図。

【図３Ｂ】係留ボールバルブを有する「オン−オフ」型の本発明の別の実
施例の断面図。

【図３Ｃ】シャフトバルブを有する「オン−オフ」型の本発明の別の実施
例の断面図。

【図３Ｄ】シャフトバルブ及びに固定されたＯ−リングを有する「オン−
オフ」型の本発明の別の実施例の断面図。

【図４】容器に対して流体を充填・排出の両方を行う一つのポートと有し
、その水平使用を示したさらに別の実施例の断面図。

【図５Ａ】バッテリ給水システムの使用のための別の実施例の立体分解図
。

【図５Ｂ】休止位置で示される図５Ａの装置の断面図。

【図５Ｃ】充填位置で示される図５Ａの装置の断面図。

【図５Ｄ】中間−停止位置で示される図５Ａの装置の断面図。

【図６Ａ】給水システムの概略図。

【図６Ｂ】給水システムの第２実施例の概略図。

【図６Ｃ】給水システムの第３実施例の概略図。

【図７】バッテリセルの下部に導かれた充填ポートを有する図１と同様の
装置の概略図。

【図８】清浄なフィルタに向かっている供給液体を示した概略図。

【手続補正書】

【提出日】平成１２年１０月４日（２０００．１０．４）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項３

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１７】ピストン３４はシリンダ１８中に移動可能に配置されている。ピストンはシリ
ンダ１８の上端に面した休止位置３６（図１Ａ）と、シリンダ１８の下部に面し
た充填位置（図１Ｂ）との間で移動可能である。ピストン３４の第１端４０は面
３５を有し、ピストンは移動しながら密封状態を維持するよう、シール４２（Ｏ
−リングが示されている）手段により、シリンダ壁２０に対し移動可能にして、
かつ密閉可能である。同様に、ピストンの第２端４４は面４５を有し、シール４
２（Ｏ−リング）手段によりシリンダ壁２０に対し、移動可能にしてかつ密閉可
能に保持されている。適切なシールにより、シリンダ壁２０に対する密閉を維持
し、ピストンを移動させている間に液体の流出が防止される。止め具７６はピス
トン３４が上方に移動されたときの最高位置を規制する。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１９】充填ポート４８はシリンダ１８の側面を貫通するように形成されている。その
充填ポート４８は、ピストンが図１Ａの休止位置３６にある時は、ピストン３４
の第１端４０より下方（すなわち、第１端４０のシール４２の下方）に位置し、
ビストン３４が図１Ｂの充填位置３８にある時には、第１端４０の上方（すなわ
ち、第１端４０のシール４２の上方）に位置する。ピストン３４が図１Ａで示さ
れる休止位置にあるとき、注入口３２を介して導入される供給液体は、ピストン
の密封された第１端４０により充填ポート４８に対して遮られる。しかしながら
、ピストン３４が図１Ｂで示される充填位置にあるとき、注入口３２に流入する
液体が上方の内部部分５０を介して充填ポート４８から流出して容器１２を満た
すよう、液体充填ポート４８は液体注入口３２と流体が流れるように連通してい
る。したがって、ピストン３４は、その休止位置と充填位置の間を動くに従って
、充填ポート４８を開閉する。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２５】充填工程は、供給液体を圧力下でチューブ２８、Ｔ字管３０、およびシリンダ
の上方の内部部分５０への注入口３２を介して、ピストンの第１端４０に導入し
て開始され得る。加圧された水は第１ピストン端４０上に作用し、図１Ｂに示さ
れるように、ピストン３４を充填位置３８に向かって下向きに押圧する。ピスト
ン３４が圧力に対応して下向きに動くに従って、空気（気体）は、初めにスイー
プチャンバ５２から開放されたポート５４を介して排出される。ポート５４が図
１Ｃに示されるように、バルブシール７０によって閉鎖されるよう、ピストン３
４が充分遠くに移動するとき、すなわち休止位置と充填位置の間の中間位置で、
空気は第２ピストン端４４の下方のスイープチャンバ５２内に捕捉される。捕捉
された空気は圧縮性であるので、注入口３２を介して供給される液体の圧力が圧
縮ガスの力を克服することができるくらいの力をピストンに供給する時に、ピス
トン３４の移動が大きく妨害されることはない。そして、ピストンは図１Ｂに示
されるように充填位置まで下向きに動き続ける。ピストン３４がスイープチャン
バ５２からの大部分の気体を追い出しながら充填の位置にアプローチするときポ
ート５４が再び開かれることがわかる。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３８】「開−閉−開」形式では、より少ないサイクルでスイープチャンバ５２に滞留
した液体を除去すると信じられている。図１Ｂで見られるように、ピストンがポ
ート５４を再び開くためにいったん充分に下向きに動くと、残っている滞留液体
は容易に除去される。それを停止する液体がなければ、ピストン３４はその充填
位置に動いて、残留液体をポート５４の外へ追い出す。ピストン３４の下向きの
ストロークの間、ポート５４は「開−閉」形式において再び開かないので、スイ
ープチャンバをきれいにするのに付加的なサイクルが必要である。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４１】図１Ａに関して、充填操作の終わりにおいて、スイープチャンバに滞留する液
体のより迅速な排出は、ピストンが休止位置にある時、ピストンの第２端４４の
下に充填ポート４８を配置することによって達成され得る（図ｌＡの点線で示さ
れる充填ポート４８ａを参照）。装置が休止位置にあるとき、排出を助けるため
に、この通路から空気がスイープチャンバ５２に入ることが可能である。もちろ
んスイープチャンバの大きさ、ピストンのストロークの長さおよびシール構成な
どのデザインの他のパラメータは、充填位置において充填ポート４８ａを覆わな
いよう変更される必要があり得る。別の変更では、充填ポート４８は図１Ａで示
されるその元の位置を維持し、第２の小さな排出孔４８ｂを追加するであろう（
点線で示される４８ａと同じ位置）。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４４】容器の中の液面がポート端８２より下方まで下降した後に、スイープチャンバ
５２を空にして新たに充填操作を始めるために、数サイクルの供給液体への交番
圧力が必要である。本デザインは非常に低廉なコストであるという利点を有して
おり、容器に外部に取り付けることが可能であり、非常に小さいポート管８０を
有する。単一のポート８０は、前記実施例で開示された充填ポート４８と流体ポ
ート５４の両方の機能を提供する。さらにまた、ピストン３４はスイープチャン
バ５２で流体を圧縮するためにポート８０を閉鎖するバルブ６４として作用する
。上記で論じたように、本デザインは「開−閉」形式のものである。

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５６】図６Ａを参照して、水１１６をバッテリ１１８に添加するための高圧及び０ｋ
Ｐａ（０ｐｓｉ）の低圧を供給する好ましい液体供給を記述する。タンク１２０
又は他の種類の水の容器は、水を導管１２２を介して比較的一定の圧力で水を供
給するポンプ１に供給する。第１ソレノイドバルブ１２６は、バッテリ内の装置１０とポンプ１２４の間にある給水配管２８にある。第２ソレノイドバルブ１３
２を備えた排出管路１３０は、第１ソレノイドバルブ１２６とバッテリに取り付
けられた装置１０の間に配置され、排出管路１３０は水をタンク１２０に戻すよ
う示されている。

【手続補正１１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６６】また、複数のセル１１８に接続した配管２８を介したバッテリセル１１８同士
は、水素を通して接続されていないので、本発明は改良された安全の利点を有す
る。すなわち、管２８を介してセルからセルへと炎が移行することよる爆発の連
鎖反応はあり得ない。本発明では、各セル内のポート５４を覆うピストン３４は
、バッテリセル内からの水素が装置１０を介して配管２８に出るのを防ぐ実用的
、機械的、そして恒久的なシールを生み出す。そのうえ、同配管２８からのセル
同士の間で水素炎の経路を維持し得る適当な状態が存在しないよう望まれるなら
ば、水は配管２８に残留してもよい。これは採炭などの危険な用途において大き
な商業的利点である。上記記載は本発明をそのような開示に制限するよう意図さ
れておらず、変更及び改造は添付された特許請求の範囲の中に取り込まれ得るこ
とが理解される。

【手続補正１２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１Ａ

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１Ａ】

【手続補正１３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図６Ｃ

【補正方法】変更

【補正内容】

【図６Ｃ】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者アルデン、トレヴォーアメリカ合衆国 19406 ペンシルバニア州キングオブプロシアバリーフォージサークル 3000 アパートメントナンバー1242 (72)発明者ガルペリン、アナトリーアメリカ合衆国 19116 ペンシルバニア州フィラデルフィアケビンコート 351 Ｆターム(参考） 3E118 AA01 AB14 BB05 DA02 DA06 EA01 EA02 EA05 EA07 5H023 AA01 BB00 BB05 CC23 CC30

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】供給液体で所定のレベルに容器を満たすための装置であって、
上端及び下端を有する前記装置は、内壁を有するシリンダと、前記シリンダ内において休止位置と充填の位置の間を移動可能であって、第１
端と前記第１端から間隔をもって置かれた第２端とを有し、前記第１端及び第２
端がそれぞれ前記シリンダ内壁に対して移動可能にしてかつ密閉可能なシール部
材を有するようなピストンと、前記ピストンを前記休止位置に向かって押圧する付勢部材と、供給液体が前記第１ピンストン端へ導入されるようにする前記第１ピストン端
と流体が流れるように連通している注入口と、前記容器を満たすために、供給液体が前記シリンダを出る際に通過すべくシリ
ンダ壁に貫通形成された充填ポートであって、前記ピストンが休止位置にある時
は、前記ピストンの第１端のシール部材の下方に配置され、前記ピストンが充填
位置にある時は、前記ピストンの第１端のシール部材の上方に配置され、前記注
入口と流体が流れるように連通しているような充填ポートと、前記ピストンが休止位置と充填位置の間を移動するのに応じて、前記ピストン
の第２端が密閉しつつ動くスイープチャンバと、容器内の液体が前記スイープチャンバに流入し得る流体ポートであって、前記
スイープチャンバと流体が流れるように通じている内部端と前記装置の外部に開
放された外部端とを有し、装置が前記容器内に設置される時、前記外部端が所定
レベルにあるように配置される流体ポートと、前記充填位置に向かう前記ピストンの移動に対応して、流体ポートを閉鎖する
ためのバルブとを含む装置。
【請求項２】前記バルブが前記ピストンとバルブシール部材に対して一体
的に移動可能に取付けられているシャフトを含む請求項１に記載の装置。
【請求項３】前記バルブシール部材は前記シャフトに対して一体的に移動
可能に取付けられて、前記バルブシール部材はポートを閉鎖することが可能であ
る請求項２に記載の装置。
【請求項４】前記シャフトが流体ポート内へ移動可能であり、かつ前記流
体ポートは前記バルブシール部材に対し、接触時に密閉状態を維持するような大
きさの断面積を有する導管と、前記導管と外部端の間にポート部とを有し、前記
シール部材が導管を経て充填位置に向かって移動する時に、前記外部端はシール
部材による密閉を阻むように導管の断面積より大きい断面積を有する請求項３に
記載の装置。
【請求項５】前記ピストンが休止位置にある時、前記充填ポートがピスト
ンの第２端の上にあるように配置された請求項１に記載の装置。
【請求項６】前記付勢部材がばねを含む請求項１に記載の装置。
【請求項７】前記シリンダに取付けられたハウジングをさらに含み、前記
注入口が前記ハウジングに配されている請求項１に記載の装置。
【請求項８】前記流体ポート端がフィルタを含んでいる請求項１に記載の
装置。
【請求項９】その断面積を増加させるように、前記流体ポート部が溝を有
する請求項４に記載の装置。
【請求項１０】前記第１ピストン端及び第２ピストン端をシリンダ内壁に
対して移動可能に密封するために、前記ピストンに取り付けられたＵ−カップシ
ールをさらに含む請求項１に記載の装置。
【請求項１１】前記シャフトがロッド状であり、前記バルブを閉鎖するた
めにポートに対して、同ポートを密閉しつつ嵌合するためのバルブシールを含む
請求項２に記載の装置。
【請求項１２】前記ポート導管がシリンダの直径より小さい直径を有する
請求項４に記載の装置。
【請求項１３】前記シャフトが前記ピストンの直径より小さい直径を有し
、前記ポートがシリンダの直径より小さい直径を有する請求項３に記載の装置。
【請求項１４】前記バルブがポートを閉鎖するよう配置されたボールを含
む請求項１に記載の装置。
【請求項１５】供給液体で所定のレベルに容器を満たすための装置であっ
て、上端及び下端を有する前記装置は、内壁を有するシリンダと、前記シリンダ内で休止位置と充填位置の間を移動可能であり、第１端と前記第
１端から間隔をもって置かれた第２端を有し、前記第１端及び第２端はそれぞれ
前記シリンダ内壁に対して移動可能にして、密閉可能であるピストンと、前記ピストンを休止位置に向かって押圧する付勢部材と、供給液体を前記第１ピンストン端へ導入されるようにする前記第１ピストン端
と流体が流れるように通じている注入口と、前記シリンダ壁を介した少なくとも一つの流体ポートであって、前記ピストン
が前記休止位置にある時は、前記ピストンの前記第２端の下方に配置され、前記
ピストンが前記充填位置にある時は、前記ピストンの前記ピストンの第１端の上
方に配置され、記注入口と流体が流れるように連通して流体ポートと、前記ピストンが前記休止位置と充填位置の間を移動するに応じて、前記ピスト
ンの第２端が密閉しつつ移動し、前記流体ポートはピストンが休止位置にあると
き前記スイープチャンバと流体が流れるように連通しているスイープチャンバと
を含む装置。
【請求項１６】液体で容器を所定レベルまで満たす方法であって、（ａ）圧力下において供給液体をピストンの一端に導入し、前記ピストンは休
止位置から出発する工程と、（ｂ）前記ピストンが充填位置へ移動する工程と、（ｃ）工程（ａ）からの液体が前記容器に入る工程（ｂ）に応じて充填ポート
を開く工程と、（ｄ）工程（ａ）で添加されている充填流体への圧力を減少させる工程と、（ｅ）前記ピストンを前記休止位置に移動して戻す工程と、（ｆ）前記充填ポートを閉鎖する工程と、（ｇ）工程（ｅ）の間に、容器から流体を引き込む工程であって、引き込まれ
た流体が実質的に気体である場合には工程（ｈ）に進み、引き込まれた流体が実
質的に液体である場合には工程（ｉ）に進む工程と、（ｈ）工程（ａ）乃至（ｇ）を繰り返す工程と、（ｉ）前記ピストンを下向きに押圧するために、圧力下において供給液体を前
記ピストンの前記片側に送り込む工程と、（ｊ）前記ピストンの第２端に対して工程（ｇ）からの液体を捕捉して、それ
により、前記ピストンが前記充填位置に移動するのを停止させる工程とを含む方
法。
【請求項１７】前記ピストンがシリンダ内を移動し、工程（ｇ）は流体を
流体ポート介してシリンダ内への中へ引き込むことを含み、工程（ｊ）は工程（
ｇ）からの液体を捕捉するために流体ポートを閉鎖する請求項１６に記載の方法
。
【請求項１８】工程（ｊ）の前記流体ポートを閉鎖する工程がバルブシー
ル部材を前記ポートに移動させることを含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】工程（ｂ）の間に、流体ポートを閉鎖することにより、前
記シリンダ内で気体を圧縮する工程（ｂ）（１）をさらに含む請求項１７に記載
の方法。
【請求項２０】工程（ｂ）（１）の後に、流体ポートを開くことによって
、工程（ｂ）の間に圧縮された気体を放出する工程をさらに含む請求項１９に記
載の方法。
【請求項２１】工程（ｅ）がピストンを動かすためにばねを使用すること
を含む請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】工程（ｇ）において引き込まれる流体をろ過する工程をさ
らに含む請求項１６に記載の方法。
【請求項２３】前記流体ポートが前記ピストンで覆われることによって、
閉鎖される請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】工程（ｅ）がピストンを動かすために真空を利用すること
を含む請求項１６に記載の方法。
【請求項２５】供給液体で容器を所定のレベルまで満たすための装置であ
って、上端及び下端を有する前記装置は、内壁を有するシリンダと、前記シリンダ内で休止位置と充填位置の間を移動可能であって、第１端と前記
第１端から間隔をもって置かれた第２端とを有し、前記第１端及び第２端はそれ
ぞれシリンダ内壁に対して移動可能にして、密閉可能なシール部材を有するピス
トンと、供給液体が前記第１ピンストン端へ導入されるようにする前記第１ピストン端
と流体が流れるように連通している注入口と、前記容器を満たすべく、供給液体が前記シリンダから退出する際に通過するた
めにシリンダ壁に貫通形成された充填ポートであって、前記ピストンが前記休止
位置にある時は、前記ピストンの前記第１端が前記シール部材の下方になるよう
配置され、前記ピストンが前記充填位置にある時は、前記ピストンの第１端のシ
ール部材の上方になるよう配置され、前記注入口に対して流体が流れるように連
通している充填ポートと、前記ピストンが前記休止位置と充填位置の間を移動するのに応じて、前記ピス
トンの第２端が密閉しつつ移動するスイープチャンバと、容器内の液体が通過して前記スイープチャンバに流入し、前記スイープチャン
バと流体が流れるように連通している内部端と前記装置の外部に開放された外部
端を有し、装置が容器に設置されるとき、前記外部端が所定レベルにあるように
配置される流体ポートと、前記充填位置に向かうピストンの移動に対応して、流体ポートを閉鎖するため
のバルブとを含む装置。
【請求項２６】前記ピストンを休止位置に向かって押圧する手段をさらに
含む請求項２５に記載の装置。