JP2012514307A - 鉛蓄電池用の一括補水システムの薄型マニホルド - Google Patents

Abstract

上縁部をそれぞれがもつセルのアクセスポート部を複数有するモノブロック蓄電池ための一括補水アセンブリ。このアセンブリはマニホルドと複数の弁カートリッジとを有する。マニホルドは、アクセスポート部を覆い、そして、それぞれがアクセスポート部のうちの１つに延びる伸長部を有する。各弁カートリッジは、マニホルドの伸長部のうちの１つによって支持され、各アクセスポート部の上縁部の下方に位置する。その結果、アセンブリは、蓄電池の上方に延在する部分が低い外形を呈する。

Description

本発明は、鉛蓄電池用の一括補水（ＳＰＷ）システムに関し、より詳細には、そのようなシステムにおいて用いる弁・マニホルドアセンブリに関する。

弁・マニホルドアセンブリは、モノブロック蓄電池で用いられるＳＰＷシステムにおいて重要な構成要素になってきている。そのようなアセンブリの例が、キャンポー（Campau）に対して２００６年４月１８日に特許が交付された米国特許第７，０２９，７８６号明細書、キャンポーに対して２００４年８月３１日に特許が交付された米国特許第６，７８２，９１３号明細書、キャンポーに対して特許が交付された米国特許第６，６４４，３３８号明細書、及びキャンポーに対して２００１年５月８日に特許が交付された米国特許第６，２２７，２２９号明細書に示されている。これらのアセンブリは、補水システムにおける配管の接続部を単純化する、部品点数を減らす、そして設置時間を短縮する必要性に対処するものである。これらのアセンブリは、船舶、ゴルフカート、レクリエーショナルビークル（ＲＶ）及び移動機器の用途において幅広く用いられている。

しかしながら、多くの用途では、蓄電池室はスペースが非常に限定されるため、これらのマニホルドは、蓄電池の上で用いることができない。それは、マニホルドが、ゴルフカートのシートのような蓄電池の上方の構造物と干渉してしまうためである。その結果として、既知のマニホルドは、蓄電池の上方の高さ又は空間が限定された用途に用いることができない。そして、それ故、マニホルドは、使用が望まれる多種多様な用途に用いることができない。

上記問題は、空間又はクリアランスが限定されている環境にあるモノブロック蓄電池に設置することができると共にこのモノブロック蓄電池と共に用いることができる、薄型である（low profile）ＳＰＷ弁・マニホルドアセンブリを提供する本発明において、克服される。より具体的には、ＳＰＷアセンブリは、マニホルドと、このマニホルドによって支持される複数の弁カートリッジとを有する。マニホルドは、それぞれがモノブロック蓄電池のアクセスポート部のうちの１つを通って延びるようになっている複数のボス部を有する。弁カートリッジは、ボス部の中で支持されており、そして、ＳＰＷアセンブリが蓄電池に取り付けられたとき、蓄電池の頂部の下方に位置する。その結果、弁カートリッジは完全に蓄電池の中に位置し、マニホルドのみが蓄電池の上方に延在する。したがって、本発明は、ＳＰＷアセンブリを空間又はクリアランスが限定されている多種多様な用途に用いることを可能にする低い外形すなわち低い高さの構成を呈する。

本発明の利点は数多くある。第１に、アセンブリは蓄電池の頭上にある構造物と干渉しない。第２に、アセンブリは、蓄電池製造業者に対して、蓄電池を顧客へ出荷する前に、工場において蓄電池の製造中にそのシステムを設置することを可能にする。第３に、アセンブリは、通常の方法で且つ同じ密度で蓄電池のバルク包装（bulk pack）を続けることを可能にする。第４に、アセンブリは、蓄電池の出荷及び取り扱い中に損傷を受ける可能性が低く、ＳＰＷシステムを、現場で設置される付属品としてではなく当初からある部品（original equipment）として顧客に提供することを可能にする。

本発明の好ましい実施の形態では、マニホルドは、蓄電池のベントポート部の開口内へ圧入嵌合するか又はスナップ嵌合する。この特徴は、専門の設置工具及び手順を追加で必要とすることなしに、標準的な生産速度を維持することを可能にする。圧入による設置はまた、低い外形を達成する上での助けともなる。

本発明におけるこれらの目的、利点及び特徴、並びに他の目的、利点及び特徴は、本実施形態の説明及び図面を参照することによって、より完全に理解及び評価されるであろう。

モノブロック蓄電池に設置された本発明の一括補水（ＳＰＷ）アセンブリの部分斜視図である。 ＳＰＷアセンブリの側面図である。 ＳＰＷアセンブリの分解斜視図である。 上側マニホルド部材における下側からの斜視図である。 図２の５Ａ線の中にあるアセンブリの一部分の拡大側面図である。 図５Ａの５Ｂ線の中にある領域の拡大斜視図である。 図５Ａに示されるアセンブリの一部分の断面図である。 図１の７−７線に沿ったアセンブリの断面図である。

一括補水（ＳＰＷ）アセンブリが図示されており、全体として１０で示されている。アセンブリ１０は、マニホルド１２と、マニホルドによって支持される複数の弁カートリッジ１４とを有している。アセンブリ１０は蓄電池２０の上に取り付けることができる。そのように取り付けられているとき、弁カートリッジ１４のそれぞれは、蓄電池２０の頂部の下方に位置し、マニホルド１２のみが蓄電池の上方に延在している。それ故、アセンブリ１０は、従来からある蓄電池のベントキャップの外形又は高さと実質的に同じである低い外形を呈する。その結果、アセンブリ１０は、以前は可能ではなかった多種多様な用途に用いることができる。

Ｉ．蓄電池
本実施形態の蓄電池２０はモノブロック鉛蓄電池である。代替としては、本発明は、他の鉛蓄電池、又は電解液を用いる他の蓄電池と共に用いるように容易に適応することができる。蓄電池は、一対の端子２１ａ及び２１ｂを有している。

蓄電池２０は、蓄電池の頂部を通って延びるアクセスポート部又はベントポート部２２（図１及び図６を参照）をそれぞれが有するセル（図示せず）を複数備えている。図６で見られるように、各アクセスポート部２２は、蓄電池２０上で最上部位を形成する上縁部２４を有している。アクセスポート部２２は、従来からあるベントキャップを受け入れるための雌ねじ２６を有している。アクセスポート部２２は２つの機能を提供する。第１に、このポート部は、必要に応じて水を蓄電池に加えることを可能にする。第２に、このポート部は、蓄電池の内部で生成されたガスを蓄電池から放出することを可能にする。アクセスポート部２２は、通常は共通の中心線を共有し、通常は３つずつのグループにまとめて配置されている。

通常、アクセスポート部２２は、３つのベントキャップからなる単一の一体構造体をもたらす閉鎖アセンブリ（図示せず）によって覆われている。閉鎖アセンブリは、セルのガスを大気へ放出するための通路を有している。閉鎖アセンブリは、セルの開口の中に圧入されるか又はスナップ嵌合される。

図示のように、複数あるアクセスポート部２２の上縁部２４は同一平面上にあり、アクセスポート部は互いに等間隔である。アクセスポート部を他の構成とすることは可能であり、本発明はそのような変形に対応するように容易に適応させることができる。

ＩＩ．ＳＰＷ弁・マニホルドアセンブリ
本実施形態では、通常の閉鎖アセンブリの代わりに弁・マニホルドアセンブリ１０を用いる。アセンブリ１０は、蓄電池２０の中に、具体的には各セルのアクセスポート部２２の中に圧入嵌合する。アセンブリ１０は、補充サイクル中に水がセル内に流れ込むためのものであり、且つ、ガスの圧力が周囲圧力（大気圧）を超えるときはいつでもガスがセルを出て大気へ抜けるためのものである経路を与える。アセンブリ１０はまた、電解液が傾く及び／又はスロッシングした際に蓄電池の頂部の上に漏出しないように、セルの開口２２を密封する。

アセンブリ１０は、弁ディスプレーサ（valve displacer）４８が電解液と接触する（communicate with）こと、及び弁１５が電解液の液位を制御することを可能にする。アセンブリ１０のマニホルド１２は、マニホルド１２の底部から延びてセルのベントポート部２２の開口の中に圧入嵌合する３つのボス部又は伸長部４０を有している。各ボス部上にある環状のシール又はガスケット４１は、通常の衝撃負荷、振動負荷及び取扱い上の負荷のもとで漏洩防止する封止をもたらすと共にこの封止を維持する。各ボス部４０は、セル内の電解液の液位を調整するためのディスプレーサ４８を有する弁カートリッジ１４を受け入れて支持するのに適した内径を有している。カートリッジ１４はまた、水がセル内に流れ込むためのものであり、且つ、ガスがセルからマニホルド１２内に流れ込むためのものである空間を与える。

Ａ．マニホルド
マニホルド１２は、上側部材又は部分３０と、下側部材又は部分３２と、複数のフレームアレスター３４及び３６とを有している。上側部材３０及び下側部材３２は、例えば超音波溶接、熱溶接又は接着剤を用いて、互いに一体となるように接合される。上側部材３０は、給水用取付具（water fitting）（図示せず）を受け入れる吸水口２９を形成している。

上側部材３０及び下側部材３２は、水通路３７及び空気通路３９を協働して形成する（図３及び図４を参照）。水通路３７は、水が弁カートリッジ１４へ送られることを可能にし、ガス通路３９は、ガスがマニホルド１２を通ってセルから逃げることをできるようにする。従来からあるフレームアレスター３４及び３６は、上側部材３２及び下側部材３４それぞれの中に圧入されて、火炎を抑制する。

ボス部又は伸長部４０は、マニホルド１２の残りの部分、具体的には下側部材３４と一体であり、これから下方へ延びている。各ボス部４０は断面が概ね円形であり、この円形断面はボス部をアクセスポート部２２内に挿入することを可能にしている。ボス部４０の内壁４２は、後述するように、ボス部の下側端部を通して弁カートリッジ１４を受け入れるような形状及び寸法である。

各ボス部４０はその外面にタブ４４を有している（図５Ａ〜図６を参照）。タブ４４は、アクセスポート部２２内で雌ねじ２６にスナップ嵌合するような形状及び寸法である。それ故、タブ４４は、マニホルド１２を蓄電池２０内に保持しておくための保持手段を提供するものである。図５Ａ及び図５Ｂに最も良く示されていると思われるが、タブは、アクセスポート部２２内のねじ２６との相互の嵌合を向上させるために水平方向からわずかに傾いている。タブ４４と雌ねじ２６との間のスナップ嵌合によって、アセンブリ１０が蓄電池１０内に圧入嵌合する又はスナップ嵌合することが可能になる。

本実施形態の図示のタブ４４は、４分の１回転させるバヨネット式のラグ（quarter-turn bayonet-style lugs）を有する蓄電池と共に使用するのに適合している。タブ４４は３つの側面が自由になっており、その下縁がリブ４５によって支持されている。タブの厚さは所望とする可撓性に合わせて選択することができる。保持面４７（図５Ｂを参照）の形状及び傾斜は、保持、封止及び取り外し易さ（removability）に対する要求に応じて選択することができる。他の種類のベントポート部への他の好適な圧入取付は、当業者が分かることであろう。例えば、ＤＩＮ規格のベントポート部は通常、ガスケットではなくＯリングを有しており、そして、ＤＩＮの要件に合わせるために、円筒状に囲っているものの直径は通常変更されるであろう。保持のタブはＤＩＮ規格に合うように構成されるであろう。

各ボス部４０はその基部に環状のシール又はガスケット４１を有しており、この環状のシール又はガスケット４１は、アセンブリを各アクセスポート部２２の上縁部２４に対して封止する。ガスケット４１は、アセンブリ１０と蓄電池２０との間に漏洩を防止する封止をもたらす。他の好適なシール、ガスケット又は封止構成は、当業者が分かることであろう。

マニホルド１２は、マニホルド部材３０及び３２を貫通して延び電解液の液位を視覚的に表示する光インジケータ５０をさらに有している。液位の光インジケータは一般的であるが、液位の光インジケータをマニホルドに含めることは、さらに追加された有用性をもたらす。上述の特許に示されているような従来技術のマニホルドは、光インジケータを使用するようにはできない。

Ｂ．弁カートリッジ
各弁カートリッジ１４（例えば図６を参照）は、入口（図示せず）と、２つの出口４５及び４９と、弁ステム４６と、作動装置、ディスプレーサ又はフロート４８とを有している。ディスプレーサ４８を含む弁カートリッジ４０の詳細は上述の特許においてより十分に開示されており、上記特許の開示は参照により本明細書に援用される。その結果として、カートリッジ１４は本願においては詳細に説明する必要がない。

ＩＩＩ．組立、設置及び動作
アセンブリ１０の組立は、フレームアレスター３４及び３６を従来からある方法で上側マニホルド部材３０及び下側マニホルド部材３２内に圧入することによって開始する。次いで、上側部材３０及び下側部材３２は、超音波溶接されるか又は他の方法で接合されて漏洩のないマニホルド１２を形成する。

カートリッジ１４は、ボス部４０の１つ１つの中に圧入され、それにより、マニホルド１２によって支持される。この時点で、アセンブリ１０は完全に組み立てられて蓄電池２０に設置される準備が整う。

アセンブリ１０を蓄電池２０の上に設置するために、ボス部４０がポート部２２と位置合わせされ、アセンブリが、保持手段すなわちタブ４４がねじ２２の内側にスナップ係合するまで、蓄電池内に押し込まれる。そのように係合すると、シール４１は、各アクセスポート部２２の上縁部２４と係合してマニホルド１２を蓄電池２０に対して封止する。図６に最も良く示されていると思われるが、アセンブリ１０が蓄電池２０内で完全に設置されると、各カートリッジ１４は、アクセスポート部２２の上縁部２４に対して完全に下に位置する。またその結果、各カートリッジ１４は、蓄電池２０の内部且つ蓄電池の筐体の頂部の下方にあることになる。

ＳＰＷアセンブリ１０の設置を完全なものにするために、取付具（図示せず）が吸水口２９内に設置され、給水管（図示せず）が取水具に取り付けられる。蓄電池２０及び配列されたその他の蓄電池における残りの全てのアクセスポート部もまた、弁マニホルドアセンブリ１０が取り付けられ、給水管（全て図示せず）が必要に応じて種々のポート部に取り付けられる。配管及び他の送水構成要素を含み完全なものとなったＳＰＷシステムの例は、上記特許に示されている。

使用時の水充填サイクル中、電解液の液位が低い場合、ディスプレーサ４８は低くなっており、水は、弁カートリッジ１４を通過して蓄電池のセルに入る。同時に、セルから押しのけられるガスは、セルの外に排出されてカートリッジ１４を通過し、そしてフレームアレスター３４及び３６を通ってマニホルド１２から出る。上昇する電解液の液位と共にディスプレーサ４８が上昇する際、各セル内の電解液の液位が所定の液位又は予め選択した液位に達すると弁が閉じる。

本発明の記載された実施形態は、蓄電池の上方で低い外形を有するＳＰＷアセンブリを提供する。具体的には、この外形は、蓄電池のアクセスポート部を覆うのに現在用いられている従来からあるベントキャップよりも高くない。その結果として、本発明は、蓄電池の上方の空間又はクリアランスが限定されている多種多様な用途にＳＰＷを用いることを可能にする。

上記説明は本発明の本実施形態の説明である。特許請求の範囲において規定されているような本発明の精神及びより広範な態様から逸脱することなく種々の代替及び変更を加えることができ、特許請求の範囲は、均等論を含む特許法の原則に従って解釈されるものである。

Claims (18)

1. 蓄電池アセンブリにおいて、
   上縁部をもつアクセスポート部をそれぞれが有するセルを複数含むモノブロック蓄電池と、
   マニホルド及び複数の弁カートリッジを有する一括補水アセンブリであって、前記マニホルドが前記複数のアクセスポート部を覆い、前記マニホルドが一体となった伸長部を複数有し、前記伸長部がそれぞれ、前記マニホルドの残りの部分から前記アクセスポート部のうちの１つの中へと下方に向かい且つ関連する前記上縁部を越えて延び、前記弁カートリッジがそれぞれ、前記伸長部のうちの１つによって支持され、前記弁カートリッジがそれぞれ、前記セルの前記アクセスポート部それぞれの前記上縁部の下方に位置する、一括補水アセンブリと
   を備える蓄電池アセンブリ。
2. 前記伸長部のうちの少なくとも１つは、結合される前記アクセスポート部にスナップ嵌合する請求項１に記載の蓄電池アセンブリ。
3. 前記少なくとも１つの伸長部はタブを有し、
   前記結合されるアクセスポート部は雌ねじを有し、前記タブは前記雌ねじとスナップ嵌合する請求項２に記載の蓄電池アセンブリ。
4. 前記マニホルドは配水経路を有する請求項１に記載の蓄電池アセンブリ。
5. 前記マニホルドはガス放出経路を有する請求項１に記載の蓄電池アセンブリ。
6. 前記上縁部は全て同一平面上にある請求項１に記載の蓄電池アセンブリ。
7. 前記マニホルドは、前記マニホルドを前記上縁部に対して封止するシールを有する請求項１に記載の蓄電池アセンブリ。
8. 上縁部をそれぞれがもつセルのアクセスポート部を複数有する蓄電池のための一括補水アセンブリにおいて、
   一体となった伸長部を複数有するマニホルドであって、前記伸長部がそれぞれ、該マニホルドの残りの部分から前記アクセスポート部のうちの１つを通って下方に向かい且つ関連する前記上縁部を越えて延びるようになっており、前記伸長部がそれぞれ、前記１つのアクセスポート部の前記上縁部と係合するようになっている部分を有する、マニホルドと、
   前記マニホルドの前記伸長部のうちの１つによってそれぞれが支持される複数の弁カートリッジであって、それぞれが前記１つのマニホルドの伸長部における前記部分の下方に位置する弁カートリッジと
   を備える一括補水アセンブリ。
9. 前記伸長部のうちの少なくとも１つは、結合される前記アクセスポート部にスナップ嵌合する請求項８に記載の一括補水アセンブリ。
10. 前記少なくとも１つの伸長部はタブを有し、
    前記結合されるアクセスポート部は雌ねじを有し、前記タブは前記雌ねじとスナップ嵌合する請求項９に記載の一括補水アセンブリ。
11. 前記マニホルドは配水経路を有する請求項８に記載の一括補水アセンブリ。
12. 前記マニホルドはガス放出経路を有する請求項８に記載の一括補水アセンブリ。
13. 前記上縁部は全て同一平面上にある請求項８に記載の一括補水アセンブリ。
14. 前記マニホルドは、前記マニホルドを前記上縁部に対して封止するシールを有する請求項８に記載の一括補水アセンブリ。
15. 電解質流体を含む蓄電池のための一括補水システムにおいて、
    モノブロック蓄電池に取り付けられた際に前記蓄電池の頂部に係合する一体となった係合手段を有するマニホルドであって、前記係合手段が、該マニホルドの残りの部分から下方に向かい且つ前記モノブロック蓄電池の関連する前記頂部を越えて延びる、マニホルドと、
    前記蓄電池内の前記電解質流体の高さを制御する複数の高さ制御手段であって、それぞれが前記係合手段に対して完全に下に位置し、それによって、該システムが蓄電池に取り付けられた際、前記モノブロック蓄電池の前記頂部に対して完全に下に位置する高さ制御手段と
    を備える一括補水システム。
16. 前記マニホルドは、前記蓄電池上に前記マニホルドをスナップ嵌合するスナップ嵌合手段を有する請求項１５に記載の一括補水システム。
17. 前記マニホルドは、前記高さ制御手段へ配水する分配手段を有する請求項１５に記載の一括補水システム。
18. 前記マニホルドは、前記蓄電池の前記頂部に対して前記マニホルドを封止するシール手段を有する請求項１５に記載の一括補水システム。

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