KR101331633B1 - 납축전지를 위한 싱글 포인트 워터링 시스템에 사용되는 낮은 프로파일 매니폴드 - Google Patents

납축전지를 위한 싱글 포인트 워터링 시스템에 사용되는 낮은 프로파일 매니폴드 Download PDF

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Abstract

본 발명은 상부 에지를 각각 구비한 복수개의 셀 액세스 포트를 갖는 모노블록형 전지를 위한 싱글 포인트 워터링 조립체에 관한 것이다. 조립체는 매니폴드와 복수개의 밸브 카트리지를 포함한다. 매니폴드는 액세스 포트 위에 놓이며, 액세스 포트들 중 하나로 각각 연장되는 연장부를 포함한다. 각각의 밸브 카트리지는 매니폴드들 중 하나에 의해 지지되고, 각각의 액세스 포트의 상부 에지 아래에 위치된다. 결과적으로, 조립체는 전지 위에서 연장하는 낮은 프로파일을 제공한다.

Description

납축전지를 위한 싱글 포인트 워터링 시스템에 사용되는 낮은 프로파일 매니폴드{LOW PROFILE MANIFOLD FOR SINGLE POINT WATERING SYSTEM FOR LEAD-ACID BATTERIES}
본 발명은 납축전지를 위한 싱글 포인트 워터링(single point watering; SPW) 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 이런 시스템에 사용되는 밸브 매니폴드 조립체에 관한 것이다.
밸브 매니폴드 조립체는 모노블록형 전지에 사용되는 SPW 시스템에 있어서 중요한 구성요소이다. 이런 조립체의 일례는 2006년 4월 18일자로 캄포(Campau)에게 허여된 미국특허 7,029,786호와, 2004년 8월 31일자로 캄포(Campau)에게 허여된 미국특허 6,782,913호와, 캄포(Campau)에게 허여된 미국특허 6,644,338호와, 2001년 5월 8일자로 캄포(Campau)에게 허여된 미국특허 6,227,229호에 예시되어 있다. 이들 조립체는 워터링 시스템에서 튜브 연결을 단순화하고, 부품 개수를 감소시키며, 설치 시간을 감소시킬 필요성을 제기하고 있다. 이들은 해양, 골프 카트, 레저용 차량(RV) 및 이동식 기구 장치에 널리 사용되고 있다.
그러나, 대부분의 분야에서, 전지 격실은 공간 제약을 받기 때문에 매니폴드가 골프 카트의 시트와 같은 전지 위의 구조물을 간섭함으로 인해 이들 매니폴드는 전지에 사용될 수 없다. 결과적으로, 공지된 매니폴드는 전지 위로의 높이 또는 공간이 제한되는 분야에서는 사용될 수 없다. 따라서, 매니폴드는 이들을 필요로 하는 광범위한 분야에 사용될 수 없다.
전술한 문제는, 제한된 공간 또는 간격의 환경에서 모노블록형 전지에 설치되거나 모노블록형 전지와 함께 사용될 수 있는 낮은 프로파일 SPW 밸브-매니폴드 조립체를 제공하는 본 발명에 의해 극복된다. 보다 구체적으로, SPW 조립체는 매니폴드와, 매니폴드에 의해 지지되는 복수개의 밸브 카트리지를 포함한다. 매니폴드는 복수개의 보스를 포함하며, 각각의 보스는 모노블록형 전지의 액세스 포트들 중 하나를 통해 연장되도록 구성된다. 밸브 카트리지는 SPW 조립체가 전지에 장착되면 보스 내에 지지되고 전지의 상부 아래에 위치하게 된다. 결과적으로, 밸브 카트리지는 전지 내에 전체적으로 위치되며 매니폴드만이 전지 위로 연장된다. 따라서, 본 발명은 SPW 조립체가 제한된 공간 또는 간격에서 광범위한 분야에 사용이 가능케 하는 낮은 프로파일 또는 낮은 높이 배열을 제공한다.
본 발명은 많은 장점을 지니고 있다. 첫째, 조립체는 전지 위의 오버헤드 구조물에 지장을 주지 않는다. 둘째, 조립체는 전지가 소비자에게 선적되기 전에 전지 생산 공정 동안 사업장에서 전지 생산자에 의한 시스템 설치를 가능하게 한다. 셋째, 조립체는 전지가 통상의 방식과 동일한 밀도로 계속해서 벌크 패킹되는 것을 가능하게 한다. 넷째, 조립체는 전지를 선적 및 취급하는 동안 잠재적 손상을 입을 가능성이 작아, SPW 시스템이 현장에서 설치되는 액세서리(field-installed accessory)로서가 아닌 원장비를 소비자에게로(original equipment to customer) 제공되는 것을 허용한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 매니폴드는 전지의 벤트 포트 개구로 가압 끼움 또는 스냅 끼움된다. 이 특징은 특정 설치 기구 또는 공정을 위한 추가의 요구조건 없이 표준 생산량의 유지를 가능하게 한다. 또한, 가압 끼움 설치는 낮은 프로파일을 달성함에 있어 조력한다.
본 발명의 이들 목적 및 다른 목적, 그리고 특징들은 실시예에 대한 상세한 설명과 도면을 참조하여 보다 명확하게 이해될 것이다.
도 1은 모노블록형 전지에 설치된 본 발명의 싱글 포인트 워터링(single point watering; SPW) 조립체의 부분 사시도이다.
도 2는 SPW 조립체의 측면도이다.
도 3은 SPW 조립체의 분해 사시도이다.
도 4는 상부 매니폴드 부재의 하부 사시도이다.
도 5a는 도 2의 라인(5A) 내에 도시된 조립체 일부의 확대 측면도이다.
도 5b는 도 5a의 라인(5B) 내에 도시된 영역의 확대 사시도이다.
도 6은 도 5a에 도시된 조립체 일부의 단면도이다.
도 7은 도 1의 라인(7-7)을 따라 취한 조립체의 단면도이다.
싱글 포인트 워터링(single point watering; SPW) 조립체는 도면에서 전체적으로 도면부호 10으로 지시되어 있다. 조립체(10)는 매니폴드(12)와, 매니폴드에 의해 지지되는 복수개의 밸브 카트리지(14)를 포함한다. 조립체(10)는 전지(20)에 장착될 수 있다. 조립체가 전지에 장착되면, 각각의 밸브 카트리지(14)는 전지(20) 상부 아래에 위치하게 되고, 매니폴드(12)만이 전지 위에 연장된다. 이에 따라, 조립체(10)는 낮은 프로파일을 가지는데, 이는 종래의 전지 벤트 캡(battery vent cap)의 프로파일 또는 높이와 본질적으로 동일하다. 결과적으로, 조립체(10)는 이전에는 사용될 수 없었던 광범위한 분야에 걸쳐 이용될 수 있다.
Ⅰ. 전지
본 실시예의 전지(20)는 납축모노블록형전지(lead-acid monobloc battery)이다. 대안으로는, 본 발명은 다른 납축전지 또는 전해질을 이용한 다른 전지에 사용되도록 용이하게 구성될 수 있다. 전지는 한 쌍의 단자(21a, 21b)를 포함한다.
전지(20)는 (도시되지 않은) 복수개의 셀을 포함하며, 각각의 셀은 전지의 상부를 통해 연장되는 액세스 포트(access port) 또는 벤트 포트(vent port)(22)를 가진다(도 1 및 도 6 참조). 도 6에 도시된 바와 같이, 각각의 액세스 포트(22)는 전지(20)의 최상부 지점을 한정하는 상부 에지(24)를 포함한다. 액세스 포트(22)는 종래의 벤트 캡을 수용하기 위한 내부 나사(internal thread; 26)를 포함한다. 액세스 포트(22)는 두 가지 기능을 제공한다. 첫째, 포트는 필요에 따라 물이 전지로 추가되는 것을 허용한다. 둘째, 포트는 전지 내에서 발생된 가스가 전지로부터 배기되는 것을 허용한다. 액세스 포트(22)는 통상적으로 공통 중심선을 공유하며, 통상적으로 3개의 그룹으로 배열된다.
통상적으로, 액세스 포트(22)는 3개의 벤트 캡의 단일 통합 구조로 제공하는 (도시되지 않은) 클로저 조립체(closure assembly)에 의해 커버링된다. 클로저 조립체는 셀 가스를 대기로 배기하기 위한 통로를 포함한다. 클로저 조립체는 셀 개구 내에 가압 끼움되거나(press-fitted) 또는 스냅 끼움된다(snap-fitted).
도시된 바와 같이, 액세스 포트(22)의 상부 에지들(24)은 동일 평면상에 위치하며, 액세스 포트는 서로에 대해 동일한 간격을 이루며 이격되어 있다. 다른 구조의 액세스 포트가 가능하며, 본 발명은 이런 변형을 수용하도록 용이하게 구성될 수 있다.
Ⅱ. SPW 밸브-매니폴드 조립체
본 실시예에서, 일반적인 클로저 조립체는 밸브 매니폴드 조립체(10)로 교체된다. 조립체(10)는 전지(20) 내에, 구체적으로는 각각의 셀의 액세스 포트(22) 내에 가압 끼움된다. 조립체(10)는, 재충전 주기(refill cycle) 동안 물을 셀로 유동시키고, 가스 압력이 대기(분위기) 압력을 초과하면 가스를 셀로부터 대기로 배기시키는 경로를 제공한다. 또한, 조립체(10)는 틸팅(tilting) 및/또는 슬로싱(sloshing)이 발생하는 경우 전해질이 전지 상부로부터 누설되지 않도록 셀 개구(22)를 밀봉한다.
조립체(10)는, 밸브 디스플레이서(valve displacer; 48)가 전해질과 연통 가능케 하고 밸브(15)가 전해질 레벨을 제어 가능케 한다. 조립체(10)의 매니폴드(12)는 매니폴드(12)의 바닥부로부터 연장되어 셀 벤트 포트 개구(22)로 가압 끼움되는 3개의 보스(bosses) 또는 연장부(extensions; 40)를 포함한다. 환형 시일 또는 가스켓(41)은 각각의 보스에 제공되어, 통상의 충격, 진동 및 취급 하중 하에서 내누출성 시일(leak-resistant seal)을 유지한다. 각각의 보스(40)는 셀 내에 전해질의 레벨을 조절하기 위한 디스플레이서(48)를 포함하는 밸브 카트리지(14)를 수용 및 지지하기 위한 적절한 내부 직경을 갖는다. 카트리지(14)는 셀로의 물의 유동을 위한, 그리고 각각의 셀로부터 매니폴드(12)로의 가스 유동을 위한 공간을 제공하기도 한다.
A. 매니폴드
매니폴드(12)는 상부 부재 또는 상부 부분(30)과, 하부 부재 또는 하부 부분(32)과, 복수개의 플레임 어레스터(flame arresters; 34, 36)를 포함한다. 상부 부재(30) 및 하부 부재(32)는, 예를 들면 초음파 용접, 가열 용접 또는 접착제를 이용하여 서로에 대해 일체형으로 결합된다. 상부 부재(30)는 (도시되지 않은) 워터 피팅(water fitting)을 수용하기 위한 워터 입구 포트(water inlet port; 29)를 한정한다.
상부 부재(30) 및 하부 부재(32)는 상호 협동하여 워터 통로(37) 및 공기 통로(39)를 한정한다(도 3 및 도 4 참조). 워터 통로(37)는 밸브 카트리지(14)로 물이 전달되는 것을 허용하고, 가스 통로(39)는 셀로부터 매니폴드(12)를 통해 가스가 배출되는 것을 허용한다. 종래의 플레임 어레스터(34, 36)는 화염 억제를 제공하기 위해 상부 부재(32) 및 하부 부재(34) 각각의 내부에 가압 끼움된다.
보스 또는 연장부(40)는 매니폴드(12)의 나머지 부분, 구체적으로는 하부 부재(34)로부터 일체형으로 구성되어 하향 연장된다. 각각의 보스(40)는 보스가 액세스 포트(22)로 삽입될 수 있도록 대체로 원형 단면이다. 보스(40)의 내부 벽(42)은 설명되는 바와 같이 보스의 하부 단부를 통해 밸브 카트리지(14)를 수용하도록 형상화되고 치수화된다.
각각의 보스(40)는 이의 외부 표면상에 탭(tab; 44)을 포함한다(도 5a 내지 도 6 참조). 탭(44)은 액세스 포트(22) 내의 내부 나사(26)에 스냅 끼움되도록 형상화되고 치수화된다. 이에 따라, 탭(44)은 전지(20) 내에 매니폴드(12)를 보유하기 위한 보유 수단으로서 제공된다. 도 5a 및 도 5b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 탭은 액세스 포트(22)에서 나사(26)와의 상호 고정을 향상시키기 위해 수평으로부터 약간 각을 이루고 있다. 탭(44)과 내부 나사(26) 사이의 스냅 끼움은 조립체(10)가 전지(10)에 가압 끼움 또는 스냅 끼움되는 것을 가능케 한다.
본 실시예에서 예시된 탭(44)은 쿼터 턴 바요넷 스타일(quarter-turn bayonet-style)의 러그(lugs)를 갖는 전지에 사용되도록 구성된다. 탭(44)은 3곳의 측면에서 자유로우며 하부 에지의 리브(ribs; 45)에 의해 지지된다. 탭 두께는 원하는 가요성을 가지도록 선택될 수 있다. 보유 표면(47; 도 5b 참조)의 형상 및 경사는 보유성, 밀봉성 및 이동성에 따라 원하는 정도로 선택될 수 있다. 본 기술분야의 당업자는 다른 타입의 벤트 포트에 대한 다른 임의 적절한 가압 끼움 부착구를 알 것이다. 예를 들면, DIN 표준 벤트 포트는 가스켓이 아닌 O-링을 통상적으로 포함하고, 실린더형 인클로저(enclosure)의 직경은 통상적으로 DIN 요구조건에 부합하도록 변형 가능하다. 보유 탭은 DIN 기준으로 구성될 수 있다.
각각의 보스(40)는 각각의 액세스 포트(22)의 상부 에지(24)에 대해 조립체를 밀봉하는 환형 시일 또는 가스켓(41)을 이의 기부에 포함한다. 가스켓(41)은 조립체(10)와 전지(20) 사이에 내누출성 밀봉을 제공한다. 본 기술분야의 당업자는 다른 적절한 시일, 가스켓, 또는 밀봉 장치를 알 것이다.
매니폴드(12)는 전해질 레벨의 시각적 표시를 제공하기 위해 매니폴드 부재(30, 32)를 통해 연장되는 광학 표시기(50)를 더 포함한다. 광학 레벨 표시기는 통상의 것이나 매니폴드에 포함된 이들은 추가의 유용성을 제공한다. 전술한 특허 문헌에 예시된 매니폴드와 같은 종래의 매니폴드는 광학 표시기의 사용을 허용하지 않는다.
B. 밸브 카트리지
각각의 밸브 카트리지(14; 예를 들면 도 6 참조)는 (도시되지 않은) 입구와, 2개의 출구(45, 49)와, 밸브 스템(46)과, 액추에이터, 디스플레이서 또는 플로트(float; 48)를 포함한다. 디스플레이서(48)를 포함하는 밸브 카트리지(40)의 구체적 설명은 전술한 특허 문헌에 보다 상세히 설명되어 있고, 이들 특허 문서들은 본 명세서의 참고 문헌으로 인용된다. 따라서, 카트리지(14)에 대한 설명은 본 명세서에서 설명되지 않는다.
Ⅲ. 조립체, 설치 및 작동
조립체(10)의 조립은 종래의 방식을 따라 플레임 어레스터(34, 36)를 상부 매니폴드 부재(30) 및 하부 매니폴드 부재(32)에 가압 끼움함으로써 시작된다. 다음, 상부 부재(30) 및 하부 부재(32)는 초음파 용접되거나, 그렇지 않으면 누출 방지 매니폴드(12)를 형성하도록 결합된다.
카트리지(14)는 카트리지가 매니폴드(12)에 의해 지지되도록 각각의 보스(40)에 가압 끼움된다. 이 시점에서, 조립체(10)는 전지(20)에서의 설치를 위해 완전히 조립된 상태가 된다.
전지(20)에 조립체(10)를 설치하기 위해, 보스(40)는 포트(22)에 정렬되고, 보유 수단 또는 탭(44)이 나사(22)에 스냅 결합될 때까지 조립체는 전지로 가압되어 진다. 이렇게 결합되면, 시일(41)은 전지(20)에 대해 매니폴드(12)를 밀봉하기 위해 각각의 액세스 포트(22)의 상부 에지(24)와 결합된다. 도 6에 가장 잘 도시된 바와 같이, 조립체(10)가 전지(20) 내에서 완전히 설치되면, 각각의 카트리지(14)는 액세스 포트(22)의 상부 에지(24) 아래에 전체적으로 위치하게 된다. 결과적으로, 각각의 카트리지(14)는 전지(20)의 내부에 그리고 전지 케이싱의 상부 아래에 위치하게 된다.
SPW 조립체(10)의 설치를 완료하기 위해, (도시되지 않은) 피팅이 워터 입구(29) 내에 설치되고, (도시되지 않은) 워터 공급 튜브가 피팅에 부착된다. 또한, 전지(20)와, 어레이의 임의의 다른 전지에 남아있는 임의의 액세스 포트는 밸브 매니폴드 조립체(10)에 끼워지고, (전혀 도시되지 않은) 워터 공급 튜브는 필요에 따라 다양한 포트에 끼워진다. 튜브와 다른 워터 전달 구성요소를 포함하는 설치 완료된 SPW 조립체의 일례가 전술한 특허 문헌에 예시되어 있다.
사용시, 물 충전 주기 동안, 전해질 레벨이 낮으면, 디스플레이서(48)는 하강하고 물은 밸브 카트리지(14)를 통과하여 전지 셀로 유입된다. 이와 동시에, 셀로부터 배출된 가스는 카트리지(14)를 통해 셀로부터 배기된 다음 플레임 어레스터(34, 36)를 통해 매니폴드(12)로부터 방출된다. 전해질 레벨이 높아짐에 따라 디스플레이서(48)가 상승하면, 각각의 셀의 전해질 레벨이 미리 정해지거나 미리 선택된 레벨에 도달될 때 밸브가 차단된다.
본 발명의 설명된 실시예는 전지 위에서 낮은 프로파일을 갖는 SPW 조립체를 제공한다. 구체적으로, 프로파일은 전지 액세스 포트를 커버하기 위해 현재 사용되는 종래의 벤트 캡보다 높지 않다. 결과적으로, 본 발명은 SPW가 전지 위의 제한된 공간 또는 틈새를 갖는 광범위한 분야에 널리 사용되는 것을 허용한다.
전술한 내용은 본 발명의 실시예에 관한 것이다. 등가물을 포함하여 특허법의 원리에 따라 해석되어야 하는 본 청구범위에 한정된 본 발명의 사상 및 넓은 태양으로부터 벗어남 없이 다양한 변형 및 변경이 구현될 수 있다.

Claims (18)

  1. 전지 조립체이며,
    상부 에지(24)를 구비한 액세스 포트(22)를 각각 갖는 복수개의 셀을 포함하는 모노블록형 전지(20)와,
    매니폴드(12) 및 복수개의 밸브 카트리지(14)를 포함하는 싱글 포인트 워터링 조립체(10)를 포함하며,
    매니폴드(12)는 복수개의 액세스 포트(22)를 덮고, 매니폴드(12)는 복수개의 일체형 연장부(40)를 포함하며, 각각의 연장부는 매니폴드(12)의 나머지 부분으로부터 관련 상부 에지(24)를 지나 액세스 포트(22)들 중 하나로 하향 연장되고, 각각의 밸브 카트리지(14)는 연장부(40)들 중 하나에 의해 지지되고, 각각의 밸브 카트리지(14)는 각각의 셀 액세스 포트(22)의 상부 에지(24) 아래에 위치되는 전지 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 연장부(40)는 전지의 관련 액세스 포트(22)로 스냅 끼움되는 전지 조립체.
  3. 제2항에 있어서,
    적어도 하나의 연장부(40)는 탭(44)을 포함하고,
    관련 액세스 포트(22)는 내부 나사(26)를 포함하며,
    탭(44)은 내부 나사(26)에 스냅 끼움되는 전지 조립체.
  4. 제1항에 있어서, 매니폴드(12)는 물 분배를 위한 경로를 포함하는 전지 조립체.
  5. 제1항에 있어서, 매니폴드(12)는 가스 벤트를 위한 경로를 포함하는 전지 조립체.
  6. 제1항에 있어서, 모든 상부 에지(24)는 동일한 평면상에 있는 전지 조립체.
  7. 삭제
  8. 상부 에지(24)를 각각 구비한 복수개의 셀 액세스 포트(22)를 갖는 전지(20)를 위한 싱글 포인트 워터링 조립체(10)이며, 조립체는
    복수개의 일체형 연장부(40)를 포함하는 매니폴드(12)와,
    매니폴드의 연장부(40)들 중 하나에 의해 각각 지지되는 복수개의 밸브 카트리지(14)를 포함하며,
    각각의 연장부는 매니폴드(12)의 나머지 부분으로부터 관련 상부 에지(24)를 지나 액세스 포트(22)들 중 하나를 통해 하향 연장되도록 구성되고, 각각의 연장부는 하나의 액세스 포트의 상부 에지와 결합하도록 구성되는 부분을 포함하며,
    각각의 밸브 카트리지(14)는 하나의 매니폴드 연장부의 부분 아래에 위치되는 싱글 포인트 워터링 조립체.
  9. 제8항에 있어서, 연장부(40)들 중 적어도 하나는 이의 관련 액세스 포트(22)로 스냅 끼움되는 싱글 포인트 워터링 조립체.
  10. 제9항에 있어서,
    적어도 하나의 연장부(40)는 탭(44)을 포함하고,
    관련 액세스 포트(22)는 내부 나사(26)를 포함하며,
    탭(44)은 내부 나사(26)에 스냅 끼움되는 싱글 포인트 워터링 조립체.
  11. 제8항에 있어서, 매니폴드(12)는 물 분배를 위한 경로를 포함하는 싱글 포인트 워터링 조립체.
  12. 제8항에 있어서, 매니폴드(12)는 가스 벤트를 위한 경로를 포함하는 싱글 포인트 워터링 조립체.
  13. 제8항에 있어서, 모든 상부 에지(24)는 동일한 평면상에 있는 싱글 포인트 워터링 조립체.
  14. 삭제
  15. 전해질 유체를 함유한 전지(20)를 위한 싱글 포인트 워터링 시스템(10)이며,
    매니폴드(12)가 전지(20)에 장착될 때 모노블록형 전지(20)의 상부와의 결합을 위한 일체형 결합 수단(40)을 포함하는 매니폴드(12)와,
    전지(20) 내의 전해질 유체의 레벨을 제어하기 위한 복수개의 레벨 제어 수단(14)을 포함하며,
    결합 수단은 매니폴드(12)의 나머지 부분으로부터 모노블록형 전지의 관련 상부를 지나 하향 연장되고,
    각각의 레벨 제어 수단이 결합 수단(40) 아래에 전체적으로 위치되어, 시스템(10)이 전지(20)에 장착되면 레벨 제어 수단이 모노블록형 전지(20)의 상부 아래에 전체적으로 위치되는 싱글 포인트 워터링 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 매니폴드(12)는 전지(20)에 매니폴드를 스냅 끼움하기 위한 스냅 끼움 수단(44)을 포함하는 싱글 포인트 워터링 시스템.
  17. 제15항에 있어서, 매니폴드(12)는 레벨 제어 수단(14)에 물을 분배하기 위한 분배 수단을 포함하는 싱글 포인트 워터링 시스템.
  18. 삭제
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