JP2004247302A - 鉛蓄電池用の改良型単点給水装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のバッテリセルアクセスポートを有する鉛蓄電池に用いる単点給水システムに関する。
【解決手段】システムは、複数の再補充弁と、(i)１つの外部ポート５４，５６と、それぞれが前記複数の再補充弁の１つと連通する複数の出口を有する少なくとも１つの給水管５２と、(ii)フレームアレスタ３０を格納しガスを前記フレームアレスタのみを介して前記バッテリセルから周囲環境へ排出させる少なくとも１つの流路を有するマニホルド２６，２８とを含んでなる。前記マニホルドは、前記各再補充弁が前記複数のバッテリセルアクセスポートの１つと連通するように前記バッテリに着脱自在にかつシール可能に取り付け可能である。
【選択図】 図３

Description

本発明は、一般に、単点給水（ＳＰＷ：single point watering）システムに関する。本発明は、特に、当該技術分野において「ディープ・サイクル」バッテリとして知られる特定のクラス又はスタイルの鉛蓄電池に用いることに特に適した改良型ＳＰＷに関する。

ボートやＲＶ車に広く用いられているディープ・サイクル・バッテリは、ＳＰＷのメンテナンスに関し理想的な候補である。このバッテリは、トローリングモータ、ポンプ、照明、及び機器を含めいろんなアクセサリのための「馬力」をボートやＲＶ車に与えるために通常使用される。ディープ・サイクル・バッテリは、ゲル電池又は吸収ガラスマット技術とは異なる浸水鉛蓄電池技術に基づく特別な６つの電池（セル）（１２Ｖ）モノブロックである。船遊びをする多くの人やＲＶ車のオーナーの多くの人は代替物よりも浸水セルバッテリの方を好む。浸水セルバッテリは初期コストが低く、単位重量当たり、より多くのエネルギ（アンペアアワー）を生じ、低コスト充電であり、過充電に対してもより許容力がある。しかしながら、このバッテリでは、蒸発及び電気分解により、電解液から水が失われ、それを定期的に交換する必要がある。その結果、浸水セルバッテリの重要な欠点は、その能力を維持するためにそれに定期的に給水してやる必要があることである。これは重大な問題である。バッテリは、しばしばアクセスすることが困難な位置、例えば、ボートのビルジ、あるいは、手動で正確に水を加えることが困難となるような狭い区画内のような位置に設けられている。その結果、バッテリは、それが必要とする定期的な給水を受けることができず、そのため、寿命が短くなり、能力を弱める。このクラスのバッテリに実用的なＳＰＷシステムがあれば、ボートを楽しむ多くの人と、ＲＶ車のオーナの多くの人にとってそれは価値があるであろう。

ディープ・サイクル・バッテリにＳＰＳシステムを取り付けることは、これまで、実行不可能と考えられてきた。セル（電池）は近接した状態で離間し、バッテリセルの通気開口は直径が小さく、工業的な用途に設計された個々のＳＰＷ再補充バルブを非常に大きくしかつ嵩張らせるのでディープ・サイクル・バッテリセルに取り付けることができない。セル間隔が４１.３ｍｍ（１ ５／８インチ）の場合、仮に、チューブが前記小さな通気開口に嵌め込むことができたとしても、チューブを個々の再補充バルブに接続するのに必要な十分なスペースがない。さらに、多重バッテリはしばしば、分離した取付構成で別々の位置に用いられ、ＳＰＷシステムの取付をより困難にし、水の供給圧の制御、あるいは管（チューブ）内の残っている水が問題（例えば、あふれ出し）を起こす。このような応用に対して使用可能なＳＰＷシステムは、バッテリの位置とは無関係に、かつ、供給水圧が高く制御されることのなく、信頼性をもてるように機能する必要がある。理想的には、乗物の運転者がバッテリを離れた位置、例えば、ボートの場合、デッキに立っている位置から水を満たすことをできるようにすることである。水は、携帯可能な蒸留水ボトル、あるいは、乗物に備えられアクセスが容易な蒸留水容器から直接供給されるべきである。ユーザは水の供給システムを選択するであろう、例えば、重力式充填、小型ハンドポンプを用いた蒸留水容器からの水の供給、あるいは、安価な遠心力ポンプのような組込型電気ポンプであって押しボタン式バッテリによる給水などである。

そこで必要とされるものは、特に、マリーンディープサイクルクラスの鉛蓄電池と共に用いられるＳＰＷシステムである。

本発明は、複数のバッテリセルアクセスポートを持つ鉛蓄電池に用いる単点給水システムに関する。システムは、複数の再補充弁と、(i)少なくとも１つの外部ポートと、それぞれが前記複数の再補充弁の１つに連通する複数の出口とを供える水供給管と、(ii)フレームアレスタ（火災防止器）を格納して前記バッテリセルからのガスを該フレームアレスタのみを介して周囲環境に排出可能にする少なくとも１つの流路を含むマニホルドとを、含んでなる。マニホルドは、各再補充弁が前記バッテリセルの１つと連通するように、着脱自在かつシール可能に前記バッテリに取り付けられる。

発明の実施するための最良の形態

本発明の特長である新規な特徴は添付の特許請求の範囲に定められている。しかしながら、発明者の好ましい実施の形態や更なる目的及び利点は添付の図面を参照して以下に説明される詳細な説明を見ることで最も良く理解される。

本願の発明者は、米国特許第6,227,229号に開示されているバッテリ再補充弁を簡単に変更することができ、それにより、マリーンディープサイクルバッテリＳＰＷシステムとして使用可能なものを提供できることを発見した。この米国特許の全開示内容は、参照のために、ここに組み入れられる。この弁は、セル内の液体レベルに応答するディスプレイサにより、バッテリ内に入る水の流量を制御する。この弁はＳＰＷシステムの分野においてユニークであり、広い範囲の作動給水圧に渡って非常に小さい変位力に応答することができる。このことは、マリーンディープサイクルバッテリに共通する小さな通気開口に嵌合する小さなディスプレイサによって弁を制御可能にし、かつ、いまだ広範囲の給水圧の使用を可能にする。

ここで用いる用語「ディープサイクルバッテリ（ディープ・サイクル・バッテリ）」はモノブロックバッテリの特定の構造を意味する。それは、サイズが標準的なバッテリサイズ設計のグループ２４，グループ２７，グループ３１の範囲内である１２Ｖ（６個のセル）のモノブロックバッテリである。これらのバッテリはセル通気ポート開口のサイズ及び位置に関してある類似点を有する。グループ２４，２７，３１のそれぞれのすべてのバッテリは公称径が１９mm（３／４インチ）のセル通気ポート開口を有する。また、各バッテリの６個の開口は共通のセンターラインを共有し、それぞれが３個のセルである２つのサブセットにグループ化される。３つずつの群内の開口の公称離間距離は４１.３mm（１ ５／８インチ）である。２つのサブセットの離間距離は、グループ２４，２７，３１間で異なる。典型的に、ディープサイクルバッテリにおいて、各セル通気ポート開口は、該開口に圧力ばめで取り付けられる通気キャップを受けるように設計されている。通常、これらのキャップは３つの単体の一体構造にグループ化されている。閉鎖アセンブリは、セルガスが大気に通気するための共通の流路を含む。各バッテリは２つの閉鎖／通気アセンブリを有し、各アセンブリは３つのセル開口に圧力ばめにより取付られる。閉鎖アセンブリは、グループ２４サイズのバッテリで最も少なく離間され、グループサイズのバッテリで最も多く離間される。

好ましい実施の形態に従い、以下に説明するように、３つの自動シャットオフ再補充弁は、グループ２４，２７，３１のバッテリに使用される通常の閉鎖体を取り替える構造体内に格納される。各バッテリのための２つのマニホルドが従って必要である。２つのマニホルドは、特定のグループに適する短い長さの管（チューブ）によって各バッテリ上で連結される。

以下に説明する好ましい実施の形態において、通常のキャップ又は閉鎖アセンブリは弁マニホルドアセンブリによって交換される。マニホルドはバッテリカバー上に座り、各再補充弁の弁体が内部に格納される。マニホルドは、再補充サイクルの間に水をセル内に流入させかつガス圧が周囲（大気圧）を超えるときはいつでもガスをセルから去らせて大気に通気させるための流路を提供しなければならない。マニホルドはまた、回転や跳ねにより電解液がバッテリ上に漏出しないようにセル開口をシールしなければならない。マニホルドはまた、弁ディスプレイサを電解液に連通させ、かつ、弁が電解液レベルを制御するようにしなければならない。従って、マニホルドは、その底部から延伸してセル通気ポート開口に圧力ばめされる３つのボスを含む。これらは、通常の衝撃、振動及び取り扱い加重の下で、ぴったりとしたシール及び取付を与えかつ維持する。マニホルド上の各ボスは、マニホルド内でディスプレイサを弁体に連通させるために十分な内径と、水がセル内に流入しガスがセルからマニホルド内に流れるためのスペースを有する。

図１は、３つのディープサイクルバッテリ１０のアレイを示し、各バッテリはその上面を直線的に横切るように配列された６個のバッテリセルアクセスポートを有する。この６個のポートのセットは、上に説明したように、端から端まで配列された３個のポートの２つのサブセットである。サブセットのアクセスポート間の距離はマリーンディープサイクルバッテリクラスを通して一定（４１.３mm, 即ち、１ ５／８インチ）であり、２つのポートサブセット間の距離は変えることができ、一般に、４１.３mmから７３.０mm（１ ５／８インチから２ ７／８インチ）である。その結果、各バッテリ１０は２つの分離した弁マニホルドアセンブリ１２を備え、これらはバッテリ相互連結管１４によって連結されている。ＳＰＷシステムは水供給管１６と、バッテリ相互連結管１８を含む。更に、弁マニホルドアセンブリ１２の構造詳細は図２−５に示される。弁は、入口２１と弁軸２３を備える弁体、又は弁カートリッジ２０と、ディスプレイサ上部とディスプレイサ底部２４を含むアクチュエータとを含む。マニホルドはベース２６とカバー２８を含む。多孔質のプラスチックディスクの形態とした一組のフレームアレスタ３０もまたアセンブリのパーツである。

弁カートリッジ２０及びディスプレイサ２２，２４の詳細は、前記米国特許6,227,229に完全に開示されている。個々の弁カートリッジ２０は、ベース２６内のカートリッジウェル３２と、カバー２８のカートリッジキャニスタ３４で形成されるマニホルド内のエンクロージャ内に位置される。フレームアレスタ３０は流路又はアレスタリセプタクル３６に圧力ばめされ、それでガス通気ポート４０のすぐ下のレベルでショルダ３８に当接する。

マニホルドベース２６は複数の直立環状フランジ４２を備え、各フランジは各弁カートリッジウェル３２を形成する。複数のスペーサ、即ち、小さなピン４４はベース２６に、好ましくは、フランジ４２の内周に形成されており、複数の開口又はスロット４６がまたフランジに形成されている。ピン４４は、再補充弁からバッテリセル内へ水を流しかつバッテリセルからリセプタクル３４内へガスを流すための流路をスロット４６との組合せで提供するために、カートリッジ２０をベース２６から離間した状態で支持する。レセプタクル３４内に集まるガスは次にフレームアレスタ３０を通って通気ポート４０を介してマニホルドから出る。

ベース２６もまたバッフル４８と傾斜面５０を備える。従って、弁カートリッジ２０からのいかなる水又はバッテリセルからの電解液（これはガスリセプタクル３４への自分の道を見つける）は、容易にバッテリセル内へ再度向けられる。

最後に、ベース２６は、バッテリセルアクセスポートの内側に圧力ばめにより差し込まれるように適当なサイズの適所に位置された複数のマニホルドスカート又はボス５１を備える。この構成において、弁マニホルドアセンブリはバッテリにシールされるように取り付けられ、各再補充弁のディスプレイサはバッテリセルの１つの中に位置される。水は、従って、弁マニホルドアセンブリ１２を介してバッテリセルに配送され、セル内に発生する、あるいは、セルから移動するガスは、同様に、弁マニホルドアセンブリ１２を介して周囲環境へ排出される。

マニホルドカバー２８は、長手方向に延伸し４つの外部ポート、好ましくは２つのエンドポート５４と２つの中間ポート５６を有する給水管５２を含む。ボス５８は給水管５２から各弁カートリッジキャニスタ３４内へ延伸し、水を各弁カートリッジ２０へ給送する内部ポート５８を形成する。ボスとカートリッジキャニスタ３４の内部サイズと構成は、カートリッジ入口２１において漏れを生じないようにぴったりとしたシールを形成する圧力ばめでカートリッジ２０を受けるようになされる。マニホルドカバー２８はまた、好ましくは、キャニスタ３４内での弁カートリッジ２０の正しい向きを得るための少なくとも１つの突出キー６０を含む。

弁カートリッジ２０とフレームアレスタ３０がマニホルドカバー２８内に正しく位置された後、ベース２６はシールされる状態でカバーに超音波溶接され又はその他の方法で連結され、ディスプレイサ上部及び底部２４は弁カートリッジ軸２３に押しばめされる。

ＳＰＷシステム設備を仕上げるために、バッテリ１０及びアレイのその他のバッテリの残りのアクセスポートに弁マニホルドアセンブリ１２、相互バッテリ管１４及び相互バッテリ管１８が係合されるとともに、必要に応じて給水管１４が外部ポート５４，５６に取り付けられる。全ての使用されない外部ポートをプラグ６２で栓をして塞いで全ＳＰＷ設備が完成する。図示の単一トゲのコネクタと、内径６.３５mm（１／４インチ）のフレキシブルＰＶＣ管を用い、管の端部をトゲコネクタ上に単に摺動させることで連結がなされ、いかなるクランプやタイを必要としない。これは、設備を非常に簡素化し関連する全コストを下げる。

図６，７に示すように、水を満たすサイクルの間に、ディスプレイサ２４は低く、給水管５２からの水は弁カートリッジ２０を通ってバッテリセル内に入る。同時に、セルから変位されたガスはガスリセプタクル３４に入り、アレスタ３０と通気ポート４０を介してマニホルドから出る。ディスプレイサが上昇すると、各セル内の電解液レベル所定の設定された点に達するので、再補給弁は自動的に閉まる。

図８は、ねじ付き通気ポート開口７２を有するディープサイクルバッテリ７０の別の態様を示す。この形態のディープサイクルバッテリを用いる場合、外ねじアダプタ７４が最初に通気ポート開口に組み立てられる。アダプタ７４は、マニホルドアセンブリ１２とバッテリ間に圧力ばめ及び密着シールを与えるためにマニホルドのスカート５１と協働する滑らかな円筒内面７６を有する。

本発明の技術的思想から逸脱することなく、説明した実施の形態に種々の変形や変更を行うことができることは当業者にとって明白である。そういった全ての変形及び変更は添付の特許請求の範囲によってカバーされることを意図する。

本発明に従った、ＳＰＷシステム設備を備えるディープサイクルバッテリ配列を示す上部斜視図である。 発明の実施に有用なマニホルドを備えて組み立てられた再補充弁を示す好ましい１実施の形態の斜視図である。 図２の弁とマニホルドの分解斜視図である。 本発明の好ましい実施の形態に従って作られたマニホルドのカバーの断面図である。 本発明の好ましい実施の形態に従って作られたマニホルドのベースの断面図である。 マリーンディープサイクルバッテリに取り付けられた弁及びマニホルドアセンブリの詳細の給水サイクルの開始時におけるものを示す断面図である。 マリーンディープサイクルバッテリに取り付けられた弁及びマニホルドアセンブリの詳細の給水サイクルの終了時におけるものを示す断面図である。 本発明の好ましい実施の形態に従った、特定の使用を示す拡大分解部分断面図である。

符号の説明

１０，７０ バッテリ
１２ 弁マニホルドアセンブリ
１４，１８ バッテリ管
２０ 弁体（弁カートリッジ）
２２，２４ ディスプレイサ
２３ 弁カートリッジ軸
２６ マニホルボベース
２８ マニホルドカバー
３０ フレームアレスタ
４０ ガス通気ポート
４８ バッフル
５０ 傾斜面
５２ 給水管
５４ エンドポート（外部ポート）
５６ 中間ポート（外部ポート）
５８ 内部ポート

Claims (10)

1. 複数のバッテリセルアクセスポートを有する鉛蓄電池に用いられる単点給水システムであって、
   複数の再補充弁と、
   (i)１つの外部ポートと、それぞれが前記複数の再補充弁の１つと連通する複数の出口を有する少なくとも１つの給水管と、(ii)フレームアレスタを格納しガスを前記フレームアレスタのみを介して前記バッテリセルから周囲環境へ排出させる少なくとも１つの流路を有するマニホルドとを、含んでなり、
   前記マニホルドは、前記各再補充弁が前記複数のバッテリセルアクセスポートの１つと連通するように前記バッテリに着脱自在にかつシール可能に取り付けられるシステム。
2. 前記給水管は対向端部を有し、該１つの端部に１つの外部ポートを備え、かつ、前記対向端部間に位置する２つの外部ポートを有する請求項１のシステム。
3. 前記各再補充弁は弁体とアクチュエータを有し、各弁の弁体は前記マニホルド内に格納され、前記各弁のアクチュエータは前記マニホルドから前記バッテリセルアクセスポートの１つの中へ延伸する請求項１のシステム。
4. 前記給水管は前記各端部において外部ポートを有し、かつ、前記２つの端部の中間に２つの外部ポートを有する請求項１のシステム。
5. 前記２つのマニホルドは前記バッテリにシール可能に設けられかつ前記各マニホルドの前記給水管が他方のマニホルドに連通するように相互に連結されている請求項１のシステム。
6. 前記マニホルドは、相互にシール可能に連結され前記各弁のためのエンクロージャを形成するように協働するベースとカバーを含み、近接する前記エンクロージャ間にガス排出流路を設けた請求項１のシステム。
7. 前記ベースは、近接するエンクロージャ間に設けられ１つのセルのための水と電解液を実質的に近接するセルのものから絶縁するバッフルを含む請求項６のシステム。
8. 前記マニホルドベースは、水と電解液の流れを前記ガス排出流路から前記バッテリセルへ向ける傾斜面を有する請求項７のシステム。
9. 前記鉛蓄電池はマリーンディープサイクルバッテリである請求項１のシステム。
10. 前記バッテリはねじ付きアクセスポートを有し、前記システムは前記バッテリアクセスポートと合って前記マニホルドを着脱自在かつシール可能に前記バッテリに取り付けるように前記マニホルドと協働する外ねじ付きアダプタをさらに含む請求項１のシステム。

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