JP4707942B2 - 単一ブロック鉛―酸系バッテリにおける単一水供給システムを使用した装置の改良 - Google Patents

Description

本発明は、単一給水システムを使用する装置の改良を目指したものであり、更に詳細には、単一ブロックの鉛―酸系バッテリに係る単一給水システムを施行するための装置の改良に係るものである。

単一ブロックの鉛―酸系バッテリにおいては、蒸発および加水分解によって、バッテリ内の電解液から水が失われるため、一定の基準に基づいて水を補給、交換しなければならない。単一給水システム(SPW)は、鉛―酸系バッテリに水を定期的に補給するために広く利用することができるシステムである。SPWの利点としては、より正確に電解液のレベルを維持することによりバッテリ寿命を改善することができること、メインテナンス費用を実質的に軽減することができること、そしてマニュアルによるバッテリの給水に比べ、オペレータに対する安全性が著しく改善されることが挙げられる。SPWシステムには、各バッテリ・セルに1個づつ取り付けられ、配管によって全ての補充バルブが相互に連結される個々の補充バルブ(例えば、米国特許No. 6,227,229で開示されたもの)が含まれる。配管網の一箇所に設置された単一の給水口によって、全てのセルに水が補充され、電解液のレベルが設定点に到達した時に、補充バルブが各セルへの給水を自動的に遮断する。SPWシステムの課題は、一般的にはバッテリの上面に配置される補充バルブと配管網の取り付け、およびそのメインテナンスに係わるものである。これまでの先行技術である種々の発明においては、酸のアタックによる配管の品質低下(米国特許No. 5,284,176参照)や、バッテリの取り扱いに起因するSPWシステム用コンポーネントの損傷(米国特許No. 5,832,946参照)に係わる問題を課題として取り扱ってきている。本発明では、これらの問題とシステムの装着に係わる費用について論じている。代表的なSPWシステムの配管網を装着することは容易ではない。ほとんどの場合、この装着作業は各補充バルブに対して行う配管を、どのようなルートで行い、どのように切断し、どのように接続するかということを熟知した作業者によって行われる。もし、配管のルートを間違えた場合、配管はよじれ、1又は2以上のセルに流入する水をブロックすることになる。またもし、配管が不適切な長さで切断されたり、あるいは違ったバルブに間違えて取り付けられたりすれば、給水操作中に水が漏れるか噴き出すことになる。もし、これらのことを検出することができなければ、セルへの水補充が不足したり、過剰に補充してしまうということが生じ、セルの損傷や、酸による周辺構造の損
傷が生じることになる。装着を正しく行うことの難しさに加え、装着には多くの時間が必要になる。1つのバッテリに当該システムを装着するには、数分から30分程度まで時間がかかり、バッテリの台数が数百にも及ぶようなときには、実質的に多くの工賃がかかることになる。バッテリの保守サービス機関においては、SPWシステムの販売と装着が行われているが、大きな顧客の装着作業を行う際、顧客からの時間的要求を満たすことができる程、十分な人数の作業者がいないのが実情である。

SPWシステム装着のために生じる費用とこれらの問題点は、自ら所有するバッテリのメインテナンス費用を最大限低減することができる方法を模索している多くの顧客にとって、SPWシステムの魅力を減少させてしまうことになる。ウェット・セルである鉛―酸系バッテリは、定期的な水補充が必要である反面、他の技術を使用したバッテリと比べ、最も経済的である。しかしながら、多くの場合、バッテリのメインテナンス費用が高くつくため、顧客は水補充を全く必要としない、いわゆるメインテナンス・フリーのバッテリに引き付けられることになる。ユーザーがメインテナンス・フリーのバッテリの割高な費用や、必要となる高価な充電装置の費用でも喜んで支払う程、時としてバッテリの水補充コストは高くつく。

長い間、問題として認識されてきたこれらの点に対する最適な解により、SPWシステムの製造、取り付け、維持に必要となる時間とスキルを低減することができ、幅広いバッテリ・アレイの形態に適合できる標準化したSPWシステム製品を提供できると共に、バッテリの形態に係わり無く、取り付け作業者が全車両の全てのバッテリに同じSPWシステム製品を短時間で取り付けることができるようにするものである。

単一ブロックのバッテリは、一つのプラスチック・ケースに収納された数個のセルから成る。通常、これらのバッテリは、ゴルフ用自動車、集塵器、フォーク・リフトおよびその他の移動装置に、複数個のものが異なった配列によって使用される。単一ブロックのバッテリの配置および方向は、その使い方および装置のブランドによって大きく変化する。これらのタイプのバッテリにおいてはSPWシステムに対して強いニーズがあったが、その高いコストが原因となってSPWシステムは広く普及するには至っていない。全体のコストの中に占める取り付けのための工賃が最も重要な要素となっており、これが幅広い普及を妨げている。

本発明は、各バッテリ・セルに補充制御バルブを取り付けた複数のセルを有する単一ブロックの鉛―酸バッテリにおいて、個々のセルに水を補充するための単一給水システムに係るものである。本システムは、マニホールドと回り継ぎ手フィッティングとから成る。マニホールドは、（１）マニホールドの各出口ボスをバッテリの補充制御バルブの一つにシールできるように取り付けることにより、マニホールドをバッテリに組み付けることができるように、予め定められた間隔で配置された複数の出口ボスと、（２）回り継ぎ手のフィッティングを取り付けることができる少なくとも一つの入口ポートと、（３）入口ポートと各出口ボスの間を流体的に連通するようにし、長手方向に伸びた通路と、を備える。回り継ぎ手のフィッティングは、マニホールドの入口ポートにシールできるように取り付けることができ、前記入口ポートに取り付けられた状態で360°回転できる出口ボスを一つ備える。更に回り継ぎ手のフィッティングは、単一水供給システムの他のコンポーネントに連通させるための複数のポートを備える。

図1から図3までには、単一ブロック鉛―酸系バッテリ10が示されており、その各々は補充制御バルブ12のキャップが取り付けられた3つのセルから成る。本発明に従えば、単一ブロックのバッテリ10の3つのセルに取り付けられた各補充制御バルブ12は、1つのマニホールド14に連結されており、これを以下に述べるように使用するときには、SPWシステムの取り付けコストを現実的でかつ魅力のあるレベルまで下げることができる。

マニホールド14は剛な構造である。マニホールドは単一ブロック・バッテリのセルに設置された補充バルブ12にスナップ固定できるよう設計されている。マニホールドには3ポートの回り継ぎ手のフィッティング１６が１個備えられており、同一システム内の他の単一ブロック・バッテリに取り付けられた種々のマニホールドと相互に接続し、更に水の供給源とも接続するために、マニホールドの上に設けたソケットまたは入口ポート18にその回り継ぎ手はスナップ固定される。回り継ぎ手のフィッティングの、３つのポートの各々には１箇所の“あご”部分が設けられている。この“あご”部分によって、取り付け作業者は、マニホールド間のフレキシブルなチューブを各ポートに単に押し込むだけで済み、チューブをクランプで固定する必要はない。本システムの取り付け作業は、以下に示すような単純な作業になり、その労力は軽減されることになる。

ａ）補充バルブを各セルに取り付ける。

ｂ）各バッテリにマニホールドをスナップ固定する。

ｃ）チューブの端部を“あご”を有する回り継ぎ手のフィッティングに差し込むことによって、マニホールドとチューブとを相互に接続する。

ｄ）“あご”を有する回り継ぎ手のフィッティングにキャップを差し込むことによって、回り継ぎ手のフィッティングの使用していないポートにキャップを取り付ける。

ｅ）“あご”を有する回り継ぎ手のフィッティングにチューブの端部を差し込み、そしてチューブの他方の端部をクイック・カプラに差し込むことによって、水供給用のチューブを回り継ぎ手のポートの一つに接続する。

これらの作業の全てをまとめて1システム当り数分で行うことができる。

システム全体のコストを低減することができる好適なマニホールドの設計においては、マニホールドは図4に示すように、上側ハウジング22と下側ハウジング24の2つのプラスチック製コンポーネントから構成される。ハウジング22と24は、超音波溶接または当該技術の分野でよく知られているその他の組み立て技術を使用して接合される。上側ハウジング22は、長手方向に伸びたチャンネル(溝)26を有しており、下側ハウジング24に取り付けられた出口ポートまたはボス30の各々に入口ポート18が連通される。下側ハウジングには、特定のタイプの単一ブロックのバッテリによって規定された間隔に複数の出口ポートが配置される。このポートの数は3又は4個が一般的である。この部品には、ポリプロピレン、ＡＢＳ樹脂，ポリカーボネート等のバッテリ上で使用するのに適した種々の樹脂の成形品が使われている。長さが長く、代表的なものとして約8インチの長さのものがあり、最も超音波溶接し易いＡＢＳ樹脂を使用するするのが望ましい。マニホールドの上側ハウジングに設けられた入口ポート18はフィッティングを保持するために逆テーパをつけたソケットを有する一方、360°回転が可能となっている。

マニホールドの下側ハウジングに設けられたスナップ固定用のボスと、回り継ぎ手とは同じサイズ、同じ設計であり、必要となるシールを行うためにＯ−リングが使用されている。このマニホールドはＳＰＷシステムを多くの種類の単一ブロックのバッテリシステムに簡単に適用できるようにしたものである。回り継ぎ手のフィッティングには、導管20によって他の回り継ぎ手のフィッティングと接続するために、または水取り入れチューブのアタッチメントとしてするために、2またはそれ以上のポート17が設けられている。前にも述べたように、フィッティング１６は、ソケットにスナップ固定できるように設計された一つのポートまたはボス１９を有している。回り継ぎ手はマニホールドのソケット、又は直接バルブのソケットに取り付けることができる。補充バルブ１２に直接回り継ぎ手のフィッティングを取り付ける場合としては、剛なマニホールドがフィットしないとき、またはマニホールドが使えないときなどの特別な状況が考えられる。このフィッティングは、内径１／４インチ、外径７／１６インチの熱可塑性の弾性材料チューブを使用したＳＰＷシステムにおいては、特に役立つ。

本発明のこの他の利点として、チャンネル(溝)26によって形成されたマニホールドの通路が相対的に小さいサイズであることが挙げられる。この通路が小さいので、水充填作業の後に、配管ネットワークの内部に残る水の体積が低減される。

水補給が終了する段階において、過剰な水がセルの上にあると酸が泡となって噴出する原因となり、このような現象を低減するために、配管ネットワーク内の水の量を少なくすることは重要である。ここで述べた現象は、配管ネットワーク内の体積が非常に大きい場合に生ずる。作業者はSPWシステムに加圧された水供給源を必ず接続することになるので、配管ネットワーク内は水で満たされることになる。このとき、配管ネットワーク内に存在する空気を圧縮することになるため、たとえ既にセルが一杯に満たされており、バルブが閉じられている状態であっても上述した現象は生ずる。バッテリを積んだ車両がバウンドしたり、スロッシング（横揺れ）するような状態で使用されることによって、配管ネットワーク内にある水はやがてセルの中に流れ込むことになる。この問題は、バッテリを積んだ車両が常に平坦な面の上にいる訳ではなく、坂を上がったり、下ったりすることにより、あるセルは他のセルよりもたくさんの水を吸い込むことになるという現象が生じるため、更に問題が増長されることになる。

それゆえに、マニホールド14は、水の充填作業が終わった後に残る水の体積を最小にするよう設計されている。体積の最も小さい配管ネットワーク・システムの場合、マニホールド・システムに残存する水の体積は45.5%少なくなっている。この計算は、車両に取り付けられた48ボルト（24セル）のバッテリ・アレイを有する代表的なシステムに基づいて以下のデータから試算したものである。配管ネットワークは内径1/4インチで長さ11フィートのチューブと、内径3/8インチで長さ1フィートのチューブから成り、その合計した体積は7.8立方インチであった。一方マニホールド・システムは、内径1/4インチの長さ6フィートのチューブと、1/8平方インチ断面で長さ46インチのチャンネル(溝)とから成り、その合計した体積は4.25立方インチであった。また、別のケースとして、内径3/8インチのチューブを使った水供給システムではその差は更に顕著なものになっている。この場合の配管ネットワークの全体積は15.9立方インチであり、マニホールド・システムの体積は、配管ネットワークの体積の73%も少ないものとなっている。

このマニホールドの体積が小さいということの利点は、酸が泡となって吹き出す可能性を低減し、水補給の頻度をも低減することになるものである。本発明の基本的な考え方から外れることなく、ここで示した実施例に対して種々の変更や修正を行うことができるということは、当該技術分野に精通した者であれば容易に理解することができるものである。そのような修正や変更の全ては、ここで記載したクレームによってカバーされるものである。

ここで述べた本発明の特徴、目的、および利点、及びその他の特徴、目的、および利点は、参照数字を各要素に付してある以下の各図面によって、更に明らかになる。
図1は代表的な配列を持った単一ブロックの鉛―酸系バッテリに取り付けられた本発明に係る装置の使用状態を示した斜視図である。 図2は図1に示す装置を拡大した分解斜視図である。 図3は図1のライン3-3に沿った部分断面図である。 図4は図1に示された装置の構造の詳細を示した分解立面図である。

符号の説明

10 単一ブロック鉛―酸系バッテリ
12 補充制御バルブ
14 マニホールド
16 フィッティング
18 入口ポート
19 ボス
22 上側ハウジング
24 下側ハウジング
26 チャンネル(溝)
30 ボス

Claims (6)

1. 複数のセルを持つ単一ブロック鉛―酸系バッテリであって、各セルが補充制御バルブを備えたアクセス・ポートを有する当該個々のセルに水を補充するための単一水供給システムの改良において、
   （１）マニホールドの各出口ボスをバッテリの補充制御バルブの一つにシールできるように取り付けることにより、マニホールドをバッテリに組み付けることができるように、予め定められた間隔で配置された複数の出口ボスと、
   （２）マニホールドのハウジングに設けられ、回り継ぎ手のフィッティングを取り付けることができる少なくとも一つの入口ポートと、
   （３）入口ポートと各出口ボスの間を流体的に連通させるための、長手方向に延伸した通路と、
   を有する直線状で剛なマニホールドから成り、
   前記回り継ぎ手のフィッティングは、マニホールドの入口ポートにシールできるように挿入することができ、前記入口ポートに挿入された状態で360°回転できる出口ボスを一つ備え、更に単一水供給システムの他のコンポーネントに連通させるための複数のポートを備えることを特徴とする単一水供給システム。
2. 請求項1に記載の改良された単一水供給システムにおいて、前記マニホールドの出口ボスは、前記補充制御バルブに押し込むことにより取り付けることができるものであることを特徴とする単一水供給システム。
3. 請求項1に記載の改良された単一水供給システムにおいて、前記回り継ぎ手のフィッティングの出口ボスは、前記マニホールドの入口ポートに押し込むことにより取り付けることができるものであることを特徴とする単一水供給システム。
4. 請求項1に記載の改良された単一水供給システムにおいて、前記マニホールドの出口ボスと、前記回り継ぎ手のフィッティングの出口ボスは同じサイズで同じ形状を有することを特徴とする単一水供給システム。
5. 請求項1に記載の改良された単一水供給システムにおいて、前記マニホールドは、上側ハウジングを貫通しチャンネルに連通した前記入口ポートを備え、マニホールド全長にわたって延伸したチャンネルを有する上側ハウジングと、出口ボスの各々を備えた下側ハウジングとから成ることを特徴とする単一水供給システム。
6. 請求項1に記載の改良された単一水供給システムにおいて、単一ブロックの鉛―酸系バッテリのアレイが、複数のバッテリの各々と連通するマニホールドと回り継ぎ手のフィッティングを供えたシステムによって保守され、更に単一水供給システムを相互に接続するために、各隣接するアレイに設置された各回り継ぎ手のフィッティング間に、フレキシブルな導管が接続されることを特徴とする単一水供給システム。

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