JPH04507172A - 充填システム、特に電気牽引バッテリ用充填システムのフロート弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 充填システム、特に電気牽引バッテリ用充填システムのフロート弁 本発明は請求項１の特徴部分に記載のフロート弁に関するものである。

この種のフロート弁は容器群、例えば電気牽引バッテリ群（ｅｌｅｃｔｒｉｃ　 ｔｒａｃｔｉｏｎ　ｂａｔｔｅｒｉｅｓ）に蒸留水／浄化水を充填するために用 いられる。この種のフロート弁は充填される容器の開口部、例えば電気牽引バッ テリの充填口中に挿入可能なプラグ（栓）の内部に設けられているのが好ましい 。フロート弁を収容した弁チャンバ（弁室）内には弁ヘッドが配置され、この弁 ヘッドに結合された弁ステム　（弁棒）はプラグを貫通して容器の内部まで下方 へ延びたフロートロッドに接続され、フロートロッドの端部にはフロートが取付 けられている。このフロートは、充填液が容器中の所望の液面に達した時に、直 ちに持ち上げられて、弁ヘッドで弁を閉じるようになっている。

一般に、充填システムは複数の容器を同時に充填するように設計されているので 、容器と同じ数のフロート弁が用いられる。各フロート弁は全て共通の一液体源 、例えば高位置に設けられたタンクまたは加圧液体供給システムに連通している 。

しかし、充填量は容器毎に異なるため、充填時間も個々の容器で異なる。従って 、各フロート弁は長時間、電気牽引バッテリの場合には例えば−晩中液体供給源 に接続されている。

このような場合には、加圧下の充填液体が供給され続けていたとしても、容器中 の液面が所望の値に到達した時にフロート弁が安全に閉じるようにする必要があ るということは当然である。

従来の電気牽引バッテリの充填用フロート弁は、上記のことができない場合が多 かった。特に、供給圧力が低い場合、タンクと電気牽引バッテリとの間の液面Φ 差が静圧に等しい例えば液体供給源として高位置のタンクを用いた場合には、こ の静圧だけで弁を確実に安全に閉じることができないため、弁を介して液体が少 しづつではあるが漏れ続ける。こうして漏れる液体の量はわずかであるが、容器 中の液体が許容液面より上まで上昇し、場合によっては溢れ出ることになる。従 って、例え液圧が低い場合でも、後で漏れが生じないようにするためには、充填 システムのフロート弁を閉じる圧力（遮断圧力）をできるだけ低くしなければな らないということを意味している。複数のフロート弁を直列に接続した場合には 、流路抵抗によって液圧が最初のフロート弁よりも低くなっている最後のフロー ト弁が安全に閉じた状態に維持されるように、遮断圧力を低くしなければならな い。

一方、各容器を可能な限り急速に充填するためには、可能な限り高い充填圧力と なるようにフロート弁を設計しなければならない。例えば電気牽引バッテリの充 填システムでは４バ一ル程度の圧力が用いられる。。

従って、こうした高い圧力下でも、トラブル無しに、しかも、強い流れの力に逆 らって迅速に応答し、所望の液面に達した時には確実且つ直ちに遮断するような フロート弁が要求されている。この点でも、従来の電気牽引バッテリを充填する ためのフロート弁には問題がある。

電気牽引バッテリを充填する際の特別の問題点は水素爆発にある。すなわち、複 数の電気牽引バッテリを直列に充填する場合には、１つのバッテリ内で水素爆発 が起った時に水素を素早く空中に放出する必要がある。しかし、時として、各フ ロート弁を互いに接続している管路中に爆発性ガスの一部が入ることがある。こ の場合には、次に接続されたバッテリ中に爆発性ガスが入って、そこに存在する 水素ガスが点火され、深刻な破損が起きることになる。他の充填システムでも、 次に接続されたフロート弁に爆発性ガスが作用するのを防ぐためには、フロート 弁および容器の換気を良くする必要がある。

また、従来のフロート弁は設計が比較的複雑なため、例えば射出成形で経済的に 製造することができなかった。そのためフロート弁の価格は高くなる。

本発明の目的は、構造が単純で、低い充填圧力下でも高い充填圧力下でもトラブ ル無しに動作し、安全に閉じ、例え低圧下でも閉位置に維持され、所望の液面に 達した時に液体の流れを極めて迅速に遮断することができるような、上記形式の フロート弁を提供することにある。

本発明の上記の目的は請求項１の特徴部分に記載の構成によって達成される。

本発明では、弁チャンバの前の供給ラインに分配チャンバを設け、弁チャンバの 底部区域にその側壁に沿って可能な限り大きな入口を形成することによって、こ の入口と弁チャンバの天井に形成された出口との間で弁チャンバ内を液体が均一 に流れるようにし、弁ヘッドは基本的にこの液体の流れの外側且つ弁ヘッドの下 側の凹部内に止まるようにしている。

そして、液体が所望の液面まで上昇してフロートが上昇した時に、弁ステムを介 して弁チャンバ底部の凹部から弁ヘッドを持ち上げる。この時には、弁ヘッドの 下側全体に液体が流れ込んで、弁ヘッドは閉位置に急速に押し上げられる。流れ の力を完全に利用するためには、移動用の隙間を残して弁ヘッドの直径を弁チャ ンバの直径とほぼ同じにする。弁ヘッドの上側部分を丸く、例えば滑らかな球形 貝殻状にして、閉位置で、直接弁座を閉じるか、最も単純な設計としては、弁チ ャンバの天井部分に形成した出口を取り囲む０形リングと当接するようにする。

この弁ヘッド／弁座の構造は、弁ヘッドの位置が僅かに傾斜したとしても、弁が 確実に閉じられるという利点がある。

弁ヘッドの下側部分の形状は特に問題ないが、弁ヘッドが弁チャンバ底部の凹部 かられずかに持ち上げられた時に弁ヘッドの下側部分が流れのほぼ全体に曝され て、弁を閉じる作用を可能な限り助けるようにするのが好ましい。弁ヘッドの下 側部分の形状は角を落した例えば球形貝殻状にすることができる。その他の形状 、例えば円錐形にすることもできる。

同様に、弁チャンバ底部の凹部の形状も任意に選択することができるが、製造上 の理由から円錐形の凹部にするのが好ましい。いずれにせよ、弁ヘッドの下側部 分および凹部が弁ヘッドの凹部内にほぼ同心に維持されるような形成にする必要 がある。また、弁ヘッドの上側部分と弁ヘッドの下側部分とを分離する弁ヘッド の外側リムは凹部の上側端縁部の高さの所にするか、場合によってはこの上側端 縁部の高さの少し下側の所にして、凹部内にある時の弁ヘッドが液体の流れに補 足されて閉位置の方へ押し上げられないようにしなければならない。弁ヘッド、 凹部および弁チャンバを上記のように設計することによって、例え充填圧力が変 動した場合にも短い弁の作動ストロークで正確な性能が保証される。

上記構造の弁チャンバに加えて、本発明のフロート弁は、充填中に発生するガス を効果的に排出させるための通風管を有している。この通風管は弁ハウジング− と充填すべき容器とに連通している。爆発性のガスはこの通風管を介して迅速に 除去される。

本発明の弁チャンバへ液体を供給する装置は、フロート弁の内部にトラップを有 している。このトラップの内部には、前／後に接続されたフロート弁に爆発性ガ スが流れ込むのを防ぐための水バリヤが収容されている。

本発明の具体例の特徴はサブクレームに詳細に記載されている。

本発明は、図面を参照した以下の好ましい実施態様の説明からより明瞭になるで あろう。

第１図は第３図のＡＢＥＦＧに沿った本発明のフロート弁の断面図である。

第２図は弁チャンバ区域内のフロート弁の詳細図である。

第３図は他の図面に図示した断面を説明するためのフロー第４図はフロート弁に 液体を供給するだめの取付は部材の断面図である。

第５図はフロート弁の弁チャンバを覆った分配用インサートの断面図である。

第６図は第３図のＡＢＦＧに沿ったフロート弁ハウジングの断面図である。

第７図は第３図のΔＢＣＤに沿ったフロート弁ハウジングの断面である。

第１図において、参照番号１は合成材料製のプラグ（栓）を示している。プラグ １を構成するプラグハウジング２の内部にはフロート弁３が配置されている。プ ラグハウジング２の下部は、車両用バッテリの充填口に嵌め込まれる複数の弾性 液め込み部分５を有するネック（首部）４となっている。

このネック４の上には円形カラー６が設けられている。カラー６より上の部分は ほぼ円筒形の弁ハウジング８で構成されている。この弁ハウジング８の頂部はカ バー９で塞がれている。弁ハウジング８の内部には弁チャンバー１１を形成する 別のポット状ハウジング１０がある。

このポット状ハウジング１０の底部は逆円錐形の凹部１３を区画する円錐壁】２ になっている。弁チャンバ１工の側面および上部は円筒形のインサート１４で閉 じられている。このインサート１４の側壁は複数の歯部１５で構成され、各歯部 １５の間には比較的広いスロット１６が形成されている。インサート１４の天井 部分には中央孔１７が形成されている。インサート１４の歯部１５は、ハウジン グ１０の底部の円錐壁１２を取り囲んでいる環状溝１８の中に嵌め込まれている 。インサー目４の天井部分はリムおよび例えばＱ形すング１９によってポット状 ハウジング１０の僅かに傾斜した側壁に当接・支持されている。円錐壁１２は円 筒形の基部２０の頂部に形成されている。環状溝１８は歯部１５の端部を越えて 下方に延び、円筒形の基部２０を取り囲んでいる。

環状溝１８のこの部分は分配チャンバ２１を形成する。

第１図の弁チャンバ１１の断面図では、弁ヘッド３】の断面がほぼ卵形で示され ている。第１図から分かるように、弁ヘッド３１は凹部１３の内部に収容されて いる。弁ヘッド３１の直径は弁チャンバ１１の直径よりわずかに小さい。弁ヘッ ド３１の上側部分３２は凸形球状シェル（貝）の形をしている。弁ヘッド３１の 下側部分３３も凹部１３の形状と合うように、同様に丸くなっている。弁ヘッド ３１の外側のリム３４、ずなわち弁ヘッド３１の上側部分３２と下側部分３３と を分ける線は凹部１３の上側端縁部とほぼ同じ高さの所にある。

弁ヘッド３１の上側部分３２の中心には弁ステム（弁棒）３５が固定されている 。この弁ステム３５はインサー）１４の天井部分に形成された中央孔１７を通っ て上方へ延びて、フロート棒３７のアーム３６にリンク結合されている。このフ ロート棒３７はポット状ハウジング１０の外側で、プラグハウジング２の底部開 口３８を通って下向きに延びている。このフロート棒３７の下端部にはフロート 　（浮き）３９が固定されている。このフロート３９は例えば空気を充填した密 閉中空シリンダで構成することができるが、製造を単純にするためには、底部が 開放されたシリンダ４０とし、その中に多孔質な合成材料４１を詰めることがで きる。

フロート３９が上方へ押し上げられると、フロート棒３７のアーム３６が弁ステ ム３５が押されて弁ヘッド３１は上方へ動かされに取付けられたＯ形すング４２ （中央孔１７を取り囲んでいる）に当たって停止するまで移動する。この０形リ ング４２は弁座の役目をする。弁ヘッド３１がＯ形すング４２と当接すると、中 央孔１７と外部との連通は遮断される。

第６図に詳細に示すように、プラグハウジング２には、弁ハウジング８と並んで 垂直に延びた分岐路５２が形成されてふり、この分岐路５２からは交差路５１（ 第１図では点線で示しである）が延びている。この交差路５１は環状溝１８の底 部の分配チャンバ２１まで延びている。分岐路５２の内部には棒状取付は具５３ が挿入されている。第４図に詳細に示すように、この取付は具５３はの上部には 、２つの側部接続部５５を有する通路５４と、この通路５４中に開口するジェッ ト通路５６とが形成されている。このジェット通路５６は底部に開口５８を有す る広い通路５７と連通している。この取付は具５３は分岐路５２内に保持され、 ０形リング５９によって密封されている。通路５４０１つのｆｆ１Ｍ部５５には 、蒸留／浄化水の供給源に接続された可撓性ホースが取付けられ、もう１方の接 続部５５は閉じられているか、別の可撓性ホースを介して他のフロート弁の取付 は具に接続されている。

第１図と第６図から分かるように、弁チャンバ１１と、分配チャンバ２１と、交 差路５１と、分岐路５２と、広い通路５７とはトラップを構成している。このト ラップの最も低い位置は交差路５１である。

第３図と第７図から分かるように、プラグハウジング２のカラー６の上方には、 弁ハウジング８と並んで、一種の通風管７１が延びている。この通風管７１はプ ラグハウジング２の底部を貫通して、下方が開ロア２シている。通風管７１と弁 ハウジング８との間の側壁の下方部分には開ロア３が形成されている。

従って、弁ハウジング８の内部は通風管７１と連通している。

通風管７１は例えば独立した蓋７４で閉じることができる。第７図に示すように 、カラー６より上方の部分で、蓋７４に複数の脱気孔７５を設けることもできる 。プラグ１の上部表面およびフロート弁の上部表面の全体を蓋７４で被うことも できる。

本発明のフロート弁は、車両用バッテリ充填装置では以下のように機能を有する 。

電気牽引バッテリを充填する際には、フロート弁を有するプラグ１をバッテリの 充填口／検査口へ挿入する。プラグ１は弾性嵌め込み部分５によって所定の位置 に保持される。気密性を維持するためには、フランジ６に補足のＯ形すング７６ を嵌め込む。フロート弁の取付は具５３の１方の接続部分５５を蒸留／浄化水の 供給源に接続し、他方の接続部分５５は他のフロート弁の取付は具の接続部分と 直列に接続する。なお、最後の端部の接続部分は閉じる。

ここで、水を給水ラインに導入する。水の圧力は一般に４バール以下である。各 プラグでは、水がジェット通路５６、広い通路５７および交差通路５１を通って 分配チャンバ２１中へ流入し、基部２１の周りに均一に分配され、次いで、分配 チャンバ２１の中を上昇し、凹部１３の上側リムを越え、スロット１６を通って 弁チャンバ１１の中に入る。その後、水はインサート１４の天井の中心孔１７を 通って弁チャンバ１１から出て、弁ハウジング１８から溢流し、フロート棒３７ の周りを下方に流れ、開口３８を通って車両用バッテリの内に入る。

スロット１６の幅と高さの寸法は、弁チャンバ１１内での流れの抵抗を最小にす るように決定される。充填中は、弁ヘッド３１は凹部１３内の定位置のままであ り、液体は弁ヘッド３１の上を通過して流れ、流れの力は弁へラド３１には実質 的には全く加わらない。

バッテリの所望の液面に達すると、フロート３９が上昇して弁ヘッド３１が凹部 １３から持ち上る。そして、弁へラド３１の外側リム３４が流れの中に入ると、 弁へラド３１の下側部分３３が流れの力に曝されて、弁ヘッド３１が直ちに上方 へ押し上げられ、弁ヘッド３１の上側部分３２がＯ形すング４２に当接し、中心 孔１７が閉じられる。弁ヘッド３１の直径は弁チャンバ１１の直径にほぼ等しく 、流れの力に曝される弁ヘッド３Ｉの下側部分３３全体が凹部１３から引き上げ られるため、流れのエネルギーはほぼ完全に弁を閉じる作用に使われる。

弁ヘッド３１はフロート棒３７と、弁チャンバｌｌ内の圧力とによって閉位置に 保持される。丸い形状の弁ヘッド３１の上側部分３２がＯ形すング４２と当接す るので、極めて低い圧力でも中心孔１７は確実に閉じられる。実際には、中心孔 １７を閉じる圧力は約０．１２バールである。従って、供給圧力が極めて低い場 合でも、閉位置で弁ヘッド３１から漏れる危険性はなく、前記の他の欠点も無く なる。

充填中の電気牽引バッテリ内部の換気は通風管７１を介して行われる。バッテリ 内で水素爆発が起きた時には通風管７１を介して爆発圧力が急速に放出される。

フロート弁３および取付は具５３への管路を介して他のフロート弁へ水素ガスが 逆流するのは水が充填されている前記のトラップ（このトラップはバッテリの頂 上まで充填が済んでいる場合にはガスバリヤを形成する）によって防止され、ま た、ガスバリヤが例え突破されたとしても、弁ハウジング１１から開ロア３と通 風管７１とを通って残留ガスが大気中に放出されることによによって防止される 。

本発明のプラグおよびフロート弁の全ての部品は耐酸および耐塩基性の合成材料 で作られているので、本発明のフロート弁は、例えば電解液を電気牽引バッテリ に充填するためにも使用することができる。

上記のフロート弁の設計は、特に分配チャンバと弁チャンバに関する実施例であ るが、充填媒体は弁チャンバの壁を越えて均一に分配されて弁チャンバの底部の 近傍から弁チャンバに入り、開位置では弁ヘッドが液体の流れの外側に位置し、 弁が閉じられる段階では、流れの力によって閉位置に確実に押う上げられるよう になっている必要がある。弁チャンバの入口の役目をするスロットの代わりに、 他の形式の入口、例えば独立した取入れ通路または水平に配置しリング状開口等 を用いることもできる。

１：ＩＧｇ 要約 弁チャンバ（１１）とヘッド弁頭部（３１）’とを収容する弁ハウジング（ＪＯ ）を有し、弁チャンバ（１０）は充填媒体を供給する入口（１６）と容器と連通 した出口（１７）とを有し、弁ヘッド（３１）は弁ステム（３５）およびフロー ト棒（３６，３７＞を介してフロート（３９）に接続され且つ弁チャンバ（１１ ）内を移動して入口（１６）と出口（１７）を連通または遮断するような、容器 、特に、電気牽引用バッテリ群を充填するシステムのフロート弁（３）。

低い液体圧でも迅速に閉動作し、閉位置での漏れを防止するために、充填媒体は 先ず分配チャンバに導入され、次いで弁チャンバに流入し、弁チャンバの側壁全 体に沿ってその底部区域に入り、弁チャンバ内を均一に流れる。弁ヘッド（３１ ）は充填段階中は弁チャンバ（１１）底部の凹部（１３）の内部にあって、その 大部分は充填媒体の流れの外にあり、フロートにより凹部引き上げられた時にの み充填媒体の流れの力によって閉位置に押し上げられる。

第１図 国際調査報告 国際調査報告 ＤＥ　９１００３６８ Ｓ＾　４６６９１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．弁ヘッドを収容した弁チャンバを有し、この弁チャンバは入口と容器と連通 した出口とを有し、弁ヘッドは弁ステムおよびフロート棒を介してフロートに接 続されており、弁ヘッドは上記入口／出口の開口位置から出口が閉じる閉位置ま げ、またはその逆方向へ弁チャンバ内を移動するようになっている容器、特に電 気牽引バッテリを充填するシステム用のフロート弁において、 弁チャンバ（１１）へ充填液体を供給する供給路（５１）が、弁チャンバ（１１ ）の全外周且つ弁チャンバ（１１）の底部区域（１２）の側壁に沿って形成され た弁チャンバ（１１）の入口（１６）と連通した分配チャンバ（２１）の内部ま で延びており、弁チャンバ（１１）の天井部分には開口部（１７）が形成され、 弁ステム（３５）はこの開口部（１７）を貫通しており、弁ヘッド（３１）は通 常弁チャンバ（１１）底部の凹部（１３）内にあって、弁チャンバを通って流れ る液体の外側に保持されており、 弁ヘッド（３１）の上側部分部（３２）は、開口部（１７）を取り囲んだ弁座（ ４２）を閉じる形状をしており、弁ステム（３５）はフロート棒（３７）のアー ム（３６）に対して一定の区域内で移動できるようになっていることを特徴とす るフロート弁。 ２．弁ヘッド（３１）の流れを横切る方向の直径が、弁チャンバ（１１）の直径 よりわずかに小さい請求項１に記載のフロート弁。 ３．弁ヘッド（３１）が弁チャンバの軸栓と同心な移動軸線に対して回転対称で あり、弁ヘッド（３１）は下側部分（３３）と上側部分部（３２）を分離する弁 ヘッド（３１）の最大直径の外側リム（３４）を有し、この外側リム（３４）よ り下側の弁ヘッド（３１）の下側部分（３３）が上記移動軸栓の方向に沿ってテ ーパー状になっている請求項１または２に記載のフロート弁。 ４．弁ヘッド（３１）の下側部分（３３）の形状が弁チャンバ（１１）底部の凹 部（１３）の形状に近似している請求項１〜３のいずれか１項に記載のフロート 弁。 ５．弁チャンバ（１１）の天井と対向した弁ヘッド（３１）の上側部分上部（３ ２）が滑らかな球形貝殻状の滑らかな凸形表面を有する請求項１〜４のいずか１ 項に記載のフロート弁。 ６．弁チャンバ（１１）の天井に形成された弁座が開口部（１７）を取り囲んだ Ｏ形リング（４２）で構成される請求項１〜５のいずれか１項に記載のフロート 弁。 ７．分配チャンバ（２１）が環状溝で構成され、この環状溝の軸線は弁チャンバ （１１）の軸線と一致し且つ弁ヘッド（３１）の移動の方向へ延び、と一致し、 この環状溝（２１）は弁チャンバ（１１）と連通した入口（１６）を有する請求 項１に記載のフロート弁。 ８．環状溝（２１）が弁チャンバ（１１）の下側の底部区域を取り囲んでいる請 求項７に記載のフロート弁。 ９．環状溝（２１）への供給通路（５１）が環状溝（２１）の軸線の一端で環状 溝（２１）の底部区域に入り、入口部は環状溝（２１）の天井でその他端部に位 置する請求項７または８に記載のフロート弁。 １０．弁チャンバ（１１）の側壁および天井がケージ状インサート（１４）で形 成されており、このインサート（１４）の側壁が弁チャンバ（１１）の入口を構 成するスロット（１６）を有する請求項１〜９のいずれか１項に記載のフロート 弁。 １１．充填媒体の入口部（５５）と弁チャンバ（１１）との間のフロート弁（３ ）への供給装置がトラップ系（５７、５１、２１、１１）を構成している請求項 １〜１０のいずれか１項に記載のフロート弁。 １２．フロート弁（３）が両側が開いた通風管（７１）を有し、この通風管（７ １）はフロート弁（３）の弁ハウジング（８）と並んで設けられており、この通 風管（７１）の１つの開口は充填すべき容器と対向しており、通風管（７１）と 弁のハウジング（８）との間の壁には開口（７３）が設けられている請求項１〜 １１のいずれか１項に記載のフロート弁。 １３．弁ヘッド（３１）が弁チャンバ（１１）底部の凹部（１３）内にある時に 、弁ヘッド（３１）の外側リム（３４）が凹部（１３）の上側端縁部とほぼ同じ 高さにある請求項３に記載のフロート弁。