ES1257169U - Aparato de alineación - Google Patents

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Abstract

Una clavija de alineación para alinear una pila de componentes que tienen aberturas de un diámetro predeterminado, comprendiendo la clavija de alineación: (i) un cuerpo alargado que se extiende a lo largo de un eje longitudinal, comprendiendo el cuerpo paletas elásticas alargadas y dispuestas alrededor del eje longitudinal de manera que se extiendan a lo largo del eje longitudinal y se proyecten radialmente hacia fuera del eje longitudinal para definir un diámetro exterior del cuerpo, y (ii) una porción de actuador; en donde la porción de actuador se puede mover para mover las paletas entre una configuración colapsada, en la que el diámetro exterior es más pequeño que el diámetro predeterminado, y una configuración expandida, en la que el diámetro exterior del cuerpo es mayor que en la configuración colapsada.

Description

DESCRIPCIÓN
Aparato de alineación
Campo técnico
La presente solicitud se refiere a los aparatos de alineación. En particular, se trata de una clavija de alineación y una pila de células que la incorporan.
Antecedentes técnicos
Las enseñanzas sobre las células de combustible, las pilas de células de combustible, los conjuntos de pilas de células de combustible y los sistemas, las disposiciones y los procedimientos de intercambio de calor son bien conocidos por una persona con una habilidad ordinaria en la técnica, y en particular incluyen los documentos WO02/35628, WO03/075382, WO2004/089848, WO2005/078843, WO2006/079800, WO2006/106334, WO2007/085863, WO2007/110587, WO2008/001119, WO2008/003976, WO2008/015461, WO2008/053213, WO2008/104760, WO2008/132493, WO2009/090419, WO2010/020797, WO2010/061190, WO2015/004419, WO2015/136295, WO2016/124929, WO2016/124928, WO2016/128721, WO2016/083780, WO2019/002829, WO2019/034855 y WO2019/034856.
El documento US2015111125 revela los elementos de alineación y los procedimientos para su uso con el propósito de alinear las placas bipolares adyacentes. El documento CA2990280 revela células de combustible con una mejor alineación y estabilización de los componentes. El documento US8795921 revela un sistema de alineación y un procedimiento para ensamblar una pila de células de combustible.
El montaje de pilas de células de combustible (que suele comprender, por ejemplo, una placa base, una pluralidad de capas de pilas de células de combustible y una placa final, con juntas interpuestas entre la placa base, las capas de la pila de células de combustible y la placa final para ayudar a efectuar un sellado frente a los gases entre los componentes adyacentes de la pila) puede ser difícil y complejo. En particular, si las juntas se colocan incorrectamente, pueden bloquear los pasos de flujo de fluidos. Incluso el bloqueo parcial de los pasos de flujo de fluidos puede afectar significativamente al rendimiento del conjunto de la pila de células de combustible resultante, por ejemplo, reduciendo la producción de energía y la eficiencia y acortando la vida de la pila.
Por lo tanto, es muy deseable la colocación correcta y precisa de los componentes de la pila de células de combustible, en particular de las juntas.
La presente solicitud tiene por objeto proporcionar un aparato mejorado, adecuado para su uso en este campo.
Resumen
Un primer aspecto proporciona una clavija de alineación para alinear una pila de componentes, comprendiendo la clavija de alineación:
(i) un cuerpo que se extiende a lo largo de un eje longitudinal, comprendiendo el cuerpo una pluralidad de paletas elásticas que se extienden generalmente perpendiculares al eje longitudinal, y
(ii) una porción de actuador.
La pila de componentes tiene aberturas de un diámetro predeterminado. Las paletas alargadas y elásticas están dispuestas alrededor del eje longitudinal de manera que se extienden a lo largo del eje longitudinal y se proyectan radialmente hacia fuera del eje longitudinal para definir un diámetro exterior del cuerpo. La porción de actuador se puede accionar para mover las paletas entre una configuración colapsada, en la que el diámetro exterior es más pequeño que el diámetro predeterminado, y una configuración expandida, en la que el diámetro exterior del cuerpo es mayor que en la configuración colapsada.
Preferiblemente, la clavija de alineación comprende al menos tres paletas elásticas. Más preferiblemente, hay al menos siete paletas elásticas. Por ejemplo, puede haber hasta 14 paletas. El número óptimo de paletas dependerá de la forma de las paletas, la flexibilidad del material de la paleta y la naturaleza del material que se va a alinear.
En ciertas realizaciones, las paletas elásticas se curvan en la misma dirección, por ejemplo, en el sentido de las agujas del reloj o en sentido contrario a las agujas del reloj cuando se ve desde el extremo de la clavija. En particular, esto puede ayudar a la alineación al girar la clavija de alineación. Por ejemplo, cuando una junta sobresale ligeramente en un lado de un paso, la rotación de la clavija de alineación y sus paletas puede entonces empujar la junta fuera del paso. Las paletas también pueden estar dobladas para lograr el mismo efecto. Se pueden usar secciones planas que tengan una o más curvas para desviar la pala. También se pueden usar combinaciones de curvas, codos y secciones planas.
La clavija puede comprender una varilla central y un conjunto de tubos alargados dispuestos alrededor de la varilla, en donde cada tubo es sustancialmente paralelo a la varilla y lleva una paleta elástica que se proyecta hacia fuera del conjunto. Cada tubo puede ser girado para ajustar la proyección exterior de su paleta y así ajustar el diámetro exterior del cuerpo. El actuador puede comprender un collar giratorio colocado alrededor de un primer extremo del conjunto, en donde cada tubo incluye una formación en el primer extremo que se acopla en una formación correspondiente en el collar, de modo que la rotación del collar con relación al conjunto actúa haciendo girar cada tubo para ajustar el diámetro exterior del cuerpo. La clavija puede comprender además un soporte situado en un segundo extremo opuesto del conjunto, en donde el soporte incluye formaciones que se acoplan a los tubos para mantenerlos paralelos a la varilla central. Cada paleta puede proyectarse tangencialmente desde su tubo.
En ciertas realizaciones, el cuerpo comprende una varilla de la cual se extiende la pluralidad de paletas elásticas. Por ejemplo, en el caso de las paletas de acero de resorte, se puede proporcionar una varilla central en la que se montan las paletas (por ejemplo, soldadas). Así, se puede proporcionar al cuerpo una varilla central. En algunas otras realizaciones (por ejemplo, cuando las paletas se fabrican de nylon o PTFE), no es necesario proporcionar una varilla central y en su lugar las paletas pueden conectarse entre sí. Por ejemplo, la fabricación aditiva (por ejemplo, la impresión en 3D) puede usarse para formar una clavija de alineación a partir de un material elegido sin una clavija central.
Cuando las paletas elásticas están sujetas a una varilla, pueden estar sujetas a lo largo de su longitud. Por ejemplo, las paletas pueden estar formadas o adheridas integralmente.
En ciertas realizaciones, las paletas elásticas forman una espiral alrededor de la varilla.
Un segundo aspecto proporciona una plantilla de montaje de la pila, que comprende: una base de herramientas en la que se puede colocar una pila de componentes, en donde los componentes tienen aberturas de un diámetro predeterminado y la base de herramientas tiene agujeros guía que no son más pequeños que el diámetro predeterminado y están colocados para corresponder a la posición de las aberturas de los componentes en la pila; y una placa base que lleva un conjunto de clavijas de alineación, en donde las clavijas de alineación están dispuestas para corresponder a las posiciones de los agujeros guía; pudiendo moverse la placa base con respecto a la base de herramientas de forma que las clavijas de alineación pueden proyectarse a través de los agujeros guía y hacia las aberturas de los componentes, y en donde los actuadores son accionados para alinear los componentes en la pila.
La placa base se puede situar debajo de la base de la herramienta y se puede levantar para que las clavijas de alineación se proyecten en las aberturas de los componentes. Los actuadores pueden estar situados en la placa base.
El montaje de una pila de componentes usando la plantilla de montaje comprende: la colocación de una pila de componentes en la base de la herramienta de manera que las aberturas se superpongan con los agujeros guía; el movimiento de la placa base con las paletas en las clavijas en la configuración colapsada de manera que las clavijas se proyecten a través de los agujeros guía y las aberturas; y el accionamiento de los actuadores de manera que las paletas se muevan a la configuración expandida para alinear los componentes.
El montaje puede comprender además, después de la alineación de los componentes, el accionamiento del actuador para devolver las paletas a la configuración colapsada; la adición de más componentes a la pila para que las clavijas se proyecten a través de las aberturas de los componentes adicionales; y el accionamiento de los actuadores para que las paletas se muevan a la configuración expandida a fin de alinear los componentes adicionales. Esto puede incluir mover la placa base más cerca de la base de la herramienta de modo que las clavijas se proyecten más lejos de la base de la herramienta a medida que aumenta la altura de la pila.
En particular, la pila de componentes en la que debe usarse la clavija de alineación para alinear puede incluir una pluralidad de células, cada una de las cuales define una abertura de referencia común y una junta correspondiente interpuesta entre células adyacentes, definiendo cada junta una abertura de junta, la pluralidad de células y juntas apiladas (es decir, en alineación de la pila) de tal manera que las aberturas de referencia común y las aberturas de junta definen un paso.
Por ejemplo, un paso puede adoptar la forma de un conducto de combustible, como se detalla e ilustra en el documento WO 2019/034855.
Los aparatos de montaje de pilas de células son ampliamente usados para ayudar en el montaje de pilas de combustible. Estos aparatos suelen incluir referencias con las que se ordenan las células de combustible (también denominadas capas de pilas de células combustible y capas de repetición de pilas de células de combustible). Con las capas de la pila de células de combustible formadas normalmente de metal, por ejemplo, de acero, se obtiene un marco rígido contra el que pueden alinearse otros componentes (tal como las juntas). Sin embargo, si no se fijan otros componentes, como las juntas, antes de colocar la siguiente capa de repetición de la pila de células de combustible en la parte superior, las juntas son propensas a moverse. En particular, las juntas pueden expandirse cuando se les aplica una fuerza de compresión (por ejemplo, mediante la compresión de la pila). Como se ha detallado anteriormente, incluso la obstrucción parcial de un paso puede tener un impacto adverso sobre el conjunto de la pila de células de combustible.
Por lo tanto, la correcta alineación de los componentes de la pila, tales como las juntas, es crítica.
Por lo tanto, la clavija de alineación puede alinearse contra (es decir, alineada con) las aberturas de referencia comunes de un paso. La clavija de alineación puede por tanto, a su vez, usarse para proporcionar un punto de referencia suave para alinear las juntas (y otros componentes de la pila).
Las paletas elásticas pueden extenderse radialmente hacia afuera del eje longitudinal.
La clavija de alineación es longitudinalmente alargada. Preferiblemente, la relación (cuando no se usa, es decir, en un estado relajado, también conocido como estado no restringido o expandido) de la longitud de la clavija de alineación con un diámetro exterior (preferiblemente, el máximo diámetro exterior) de las paletas elásticas es de al menos 3:1. En ciertas realizaciones, se usa una clavija de alineación (relativamente corta) que se acciona repetidamente a medida que se va montando la pila de componentes, alineándose los componentes en la parte superior de la pila o cerca de ella. En otras realizaciones, la clavija de alineación es más larga y se usa y acciona con menos frecuencia. Las dimensiones exactas de la clavija de alineación pueden elegirse según convenga para la pila concreta de componentes que se vaya a alinear y el equipo adicional que se use para el montaje de la pila. Por ejemplo, en determinadas realizaciones la relación entre la longitud de la clavija de alineación y el diámetro exterior de las paletas de resistencia está entre 3:1 y 7:1.
Preferiblemente, el diseño y la resistencia de las aletas de clavija son tales que no son demasiado rígidas: por ejemplo, el diseño y la resistencia de las aletas de espiga se configuran preferentemente de manera selectiva de modo que el diámetro exterior de las aletas de espiga no comprimidas/expandidas sea al menos un 5 % mayor que el de un primer diámetro comprimido/contraído más pequeño que las aletas de espiga son capaces de adoptar si se insertan en una abertura (tal como un paso) de ese diámetro y donde serían capaces de ejercer una fuerza de alineación suficiente.
Preferentemente, al momento de la activación, las paletas son inherentemente capaces de comprimirse/colapsarse a un segundo, incluso más pequeño, diámetro comprimido/colapsado para permitir la extracción de la clavija, por lo que el diámetro exterior de las paletas sin comprimir/expandidas de la clavija es al menos un 10 % más grande que el segundo diámetro comprimido/colapsado.
No es necesario que las paletas estén situadas a lo largo de toda la longitud del cuerpo. Por ejemplo, en ciertas realizaciones las paletas elásticas están situadas en un extremo de la clavija de alineación y la porción de actuador está situada en el otro extremo de la clavija de alineación, con una parte del cuerpo que se extiende entre ellas sin ninguna paleta.
Entre los ejemplos de material adecuado para las paletas se encuentran los plásticos, tales como el nylon o el PTFE (politetrafluoroetileno), y el acero para muelles.
Las paletas pueden disponerse de manera que la rotación de la clavija de alineación en una primera dirección reduzca el rozamiento en las paletas (contra los componentes de la pila), y la rotación de la clavija de alineación en la segunda dirección opuesta aumente el rozamiento en las paletas. Así pues, cuando se está en un paso, la clavija de alineación puede girarse en la segunda dirección para alinear los componentes de la pila, y luego puede girarse en la dirección opuesta para reducir el rozamiento y facilitar su retirada del paso.
Así, en ciertas realizaciones:
(a) las paletas elásticas está curvadas en el sentido de las agujas del reloj y la clavija de alineación está dispuesta para reducir el rozamiento en las paletas mediante la rotación de la clavija de alineación en el sentido contrario a las agujas del reloj y para aumentar el rozamiento en las paletas mediante la rotación de la clavija de alineación en el sentido de las agujas del reloj, o b) Las paletas elásticas sestán en sentido contrario a las agujas del reloj y la clavija de alineación está dispuesta para que en su uso se reduzca el rozamiento en las paletas mediante la rotación de la clavija de alineación en el sentido de las agujas del reloj y para que en su uso se aumente el rozamiento en las paletas mediante la rotación de la clavija de alineación en el sentido contrario a las agujas del reloj.
En ciertas realizaciones, las paletas elásticas tienen un perfil de concertina.
En ciertas realizaciones:
(a) las paletas elásticas están curvadas en el sentido de las agujas del reloj y la clavija de alineación está dispuesta para colapsar por la rotación de la clavija de alineación en el sentido contrario a las agujas del reloj y para expandirse por la rotación de la clavija de alineación en el sentido de las agujas del reloj, o
b) Las paletas elásticas están curvadas en sentido contrario a las agujas del reloj y la clavija de alineación está dispuesto para que se colapse por la rotación de la clavija de alineación en el sentido de las agujas del reloj y para que se expanda por la rotación de la clavija de alineación en el sentido contrario a las agujas del reloj.
La porción de actuador puede tener la forma y el tamaño que se desee según la forma en que se vaya a accionar la clavija de alineación. Por ejemplo, la porción de actuador puede tener una forma que permita insertar, retirar y/o girar la clavija de alineación usando una herramienta externa. Alternativamente, puede ser una porción de agarre (por ejemplo, una porción de manija) que se forma y dimensiona para que se pueda manejar cómodamente con la mano.
La porción de actuador puede tener un diámetro menor que el diámetro exterior de las paletas elásticas. Así, por ejemplo, durante un proceso de montaje manual se puede insertar una clavija de alineación en una pila de componentes parcialmente ensamblados y hacerla girar para alinear esos componentes. A continuación, pueden colocarse en su lugar otros componentes de la pila sin necesidad de retirar la clavija de alineación. La clavija de alineación puede entonces girarse en su configuración de bajo rozamiento/contracción, moverse hacia arriba y girarse en su configuración de mayor rozamiento/expansión a fin de alinear los componentes de la pila recién añadidos. Dado que los componentes de la pila adicional se insertan sobre la parte superior de la clavija de alineación, puede ser conveniente reducir la posibilidad de que se dañen en caso de que entren en contacto con la clavija de alineación.
Para ayudar a conseguirlo, la clavija de alineación puede comprender además una cubierta desmontable redondeada o abovedada para la porción de actuador en las realizaciones en las que el actuador está en la parte superior. La cubierta tiene preferentemente un diámetro más pequeño que el diámetro exterior de las paletas elásticas. Con la cubierta colocada, la porción de actuador no queda expuesta, por lo que se reduce al mínimo el riesgo de que se produzcan daños en los componentes de la pila por contacto accidental con la porción de agarre durante el montaje de la pila. La cubierta puede retirarse cuando se desee para permitir el acceso a la porción de agarre, de modo que se pueda accionar la clavija de alineación (por ejemplo, girándolo).
En otras realizaciones, la porción de actuador puede tener un diámetro exterior mayor o igual que el diámetro exterior de las paletas, y puede ser insertado, accionado y retirado según se desee y sea apropiado.
Cuando se mueva la clavija de alineación y el movimiento pueda ejercer una fuerza ascendente sobre la pila de componentes, se podrá colocar al menos un retenedor en la parte superior de la pila de componentes para impedir su movimiento ascendente.
Un tercer aspecto proporciona una pila de células que comprende una pluralidad de células dispuestas adyacentes entre sí en una configuración apilada, las células que tienen elementos de alineación internos proporcionados dentro de los componentes de cada célula que les permite ser alineados unos en relación a otros y adicionalmente comprendiendo una clavija de alineación localizada dentro de los elementos de alineación, donde cada elemento de alineación incluye una superficie de acoplamiento con la que una clavija de alineación está configurada para selectivamente acoplarse y desacoplarse cuando se encuentra dentro del elemento de alineación.
En particular, la clavija de alineación puede configurarse para que se acoplamiento y desacoplamiento selectivamente con los elementos de alineación cuando se inserte dentro del elemento de alineación.
Preferentemente, los elementos de alineación internos son aberturas definidas en las células, por ejemplo puertos en las células. Las aberturas pueden actuar como aberturas de referencia.
Por ejemplo, los elementos de la alineación pueden definir un paso en el que se encuentra la clavija de alineación. El paso también puede describirse como un "paso de alineación".
La pila de células puede comprender componentes adicionales interpuestos entre células adyacentes, por ejemplo, componentes que son libres de moverse pero que necesitan ser posicionados, por ejemplo, en relación con elementos de alineación en una célula, por ejemplo, una abertura tal como un puerto. Esos componentes pueden incluir (pero no se limitan a ellos) juntas y espaciadores. Tales componentes adicionales pueden estar al menos parcialmente situados adyacentes a los elementos de alineación de las células adyacentes, de manera que puedan ser alineados por la clavija de alineación cuando ésta se encuentre dentro de los elementos de alineación. Por ejemplo, cada junta puede definir una abertura de junta, y la clavija de alineación puede ser usada para posicionar las juntas en relación con los elementos de alineación internos, tales como las aberturas de alineación en las células adyacentes. En otras realizaciones, la clavija de alineación puede usarse para asegurar que los componentes adicionales interpuestos entre las células se proyecten entre (o más allá de) los elementos de alineación de las células adyacentes. Por ejemplo, la clavija de alineación puede usarse para extraer los componentes adicionales (o asegurarse de que no se extiendan o sobresalgan, es decir, impedir que se extiendan o sobresalgan) de un paso definido entre elementos de alineación de células adyacentes.
Por lo tanto, el apilamiento de células puede comprender células con sus respectivos puertos internos alineados en la dirección del apilamiento para formar colectores internos y juntas interpuestas entre células adyacentes para sellar los colectores. En ciertas realizaciones, la clavija de alineación está situado dentro de los puertos de alineación y alinea (es decir, alinea) las juntas en relación con los puertos de alineación.
En ciertas realizaciones, cada célula tiene más de un elemento de alineación interno. En ciertas realizaciones, cada célula tiene una pluralidad de aberturas de alineación. Esto, la pluralidad de pasos, se puede definir.
Así, en ciertas realizaciones, se proporciona una pila de células que comprende una pluralidad de componentes de pila, incluyendo los componentes de pila una pluralidad de células cada una definiendo una abertura de referencia común y una junta correspondiente interpuesta entre células adyacentes, definiendo cada junta una abertura de junta, la pluralidad de células y juntas dispuestas adyacentes una a otra en una configuración apilada (i.e. en alineación de pila) tal que las aberturas de referencia común y las aberturas de junta definen un paso, y además comprendiendo una clavija de alineación situada en el paso. Preferentemente, la clavija de alineación está situada en el paso de manera que se pueda retirar.
En ciertas realizaciones, cada célula define una pluralidad de aberturas de referencia. Por ejemplo, en ciertas realizaciones, cada celda define la primera y una segunda abertura de referencia. En otras realizaciones, cada celda define la primera, segunda y tercera aberturas de referencia. En otras realizaciones, cada celda define la primera, segunda, tercera y cuarta aberturas de referencia. En tales realizaciones, las juntas correspondientes se interponen entre las células adyacentes para definir un paso o pasos adicionales, según corresponda. Así, las primeras aberturas de referencia (y las correspondientes aberturas de las juntas) pueden definir un primer paso; las segundas aberturas de referencia (y las correspondientes aberturas de las juntas pueden definir un segundo paso; las terceras aberturas de referencia (y las correspondientes aberturas de las juntas) pueden definir un tercer paso, etc., etc.
Estos pasos también pueden ser llamados "chimeneas".
En ciertas realizaciones, las células son células de combustible. En ciertas realizaciones, son células de combustible de óxido sólido. Otros tipos de pilas de combustible son ampliamente conocidos, y las actuales realizaciones pueden usarse con ellos según convenga.
En los diversos aspectos en los que se hace referencia a las pilas de combustible de óxido sólido, las pilas de combustible de óxido sólido pueden incluir células electrolíticas de óxido sólido (también denominadas células de electrólisis de óxido sólido), es decir, pilas de combustible de óxido sólido configuradas para funcionar o que funcionan en modo regenerativo para convertir el agua en hidrógeno y oxígeno.
Alinear una pluralidad de componentes de una pila de células usando una clavija de alineación, puede comprender: disponer una pluralidad de células adyacentes entre sí en una configuración apilada, en la que las células tienen elementos de alineación internos proporcionadas dentro de los componentes de cada célula que les permiten estar alineadas en relación con las demás, en donde cada elemento de alineación incluye una superficie de acoplamiento con la que la clavija de alineación está configurada para acoplarse y desacoplarse selectivamente cuando se encuentra dentro de dicha elemento de alineación; y localizar la clavija de alineación en los elementos de alineación en la configuración colapsada y accionar el actuador para mover la clavija de alineación a la configuración expandida para alinear las células.
La alineación puede comprender además: la disposición de una pluralidad de juntas interpuestas entre células adyacentes, definiendo cada junta una abertura de junta; y la disposición de la clavija de alineación en los elementos de alineación y las aberturas de junta en la configuración colapsada y el accionamiento del actuador para mover la clavija de alineación a la configuración expandida para alinear las células y las juntas.
Cuando los elementos de alineación internos de las células definen una abertura de referencia común, la alineación puede comprender: disponer las células y las juntas adyacentes entre sí en una configuración apilada de tal forma que las aberturas de referencia comunes y las aberturas de las juntas definan un paso; y situar dicha clavija de alineación dentro del paso en la configuración colapsada y accionar el actuador para mover la clavija de alineación a la configuración expandida para alinear las juntas con las células.
En ciertas realizaciones:
a) Las paletas elásticas están curvadas en el sentido de las agujas del reloj, y la alineación comprende además la rotación de la clavija de alineación en sentido contrario a las agujas del reloj para insertar la clavija de alineación en el paso, la rotación de la clavija de alineación en el sentido de las agujas del reloj para alinear la pila de componentes, y la rotación de la clavija de alineación en sentido contrario a las agujas del reloj para retirar la clavija de alineación del paso; o
b) Las paletas elásticas están curvadas en sentido contrario a las agujas del reloj;
la alineación comprende además la rotación de la clavija de alineación en el sentido de las agujas del reloj para insertar la clavija de alineación en el paso, la rotación de la clavija de alineación en sentido contrario a las agujas del reloj para alinear la pila de componentes y la rotación de la clavija de alineación en el sentido de las agujas del reloj para retirar la clavija de alineación del paso.
En ciertas realizaciones, los componentes de la pila se limitan para impedir el movimiento hacia arriba. Esto puede hacerse para evitar que los componentes de la pila se muevan unos con respecto a otros, en particular cuando se retira la clavija de alineación. Por ejemplo, cuando los componentes del apilamiento incluyen una pluralidad de unidades de pilas de combustible con juntas interpuestas, la unidad superior de la pila de combustible puede estar limitada para impedir su movimiento ascendente. Por ejemplo, se puede colocar un peso sobre ella, o un marco rígido colocado sobre ella o a su alrededor para impedir su movimiento ascendente y el de otros componentes del apilamiento.
Así pues, la alineación puede comprender la etapa de retirar la clavija de alineación. Además, la alineación puede comprender la etapa de restringir los componentes de la pila para impedir el movimiento hacia arriba cuando se retira la clavija de alineación.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es un corte transversal a través de una primera realización de una clavija de alineación.
La figura 2 es una vista final de la clavija de alineación de la figura 1.
La figura 3 es una vista en perspectiva de la clavija de alineación de la figura 1.
La figura 4 es un corte transversal a través de la clavija de alineación de la figura 1 en uso.
La figura 5 muestra una pila de células de combustible parcialmente montada con las clavijas de alineación de la figura 1 insertadas.
La figura 6 muestra una vista superior parcial de una unidad de celda de combustible de óxido sólido con soporte metálico del conjunto de células de combustible parcialmente montadas de la figura 5 sin una clavija de alineación insertada en el paso.
La figura 7 muestra una vista superior parcial de una unidad de celda de combustible de óxido sólido con soporte metálico del conjunto de células de combustible parcialmente montadas de la figura 5, con una sección a través de una clavija de alineación insertada en el paso.
La figura 8 es un corte transversal a través de una segunda realización de una clavija de alineación.
La figura 9 es un corte transversal a través de la clavija de alineación de la figura 8 en uso.
La figura 10 es una vista en perspectiva de una tercera realización de una clavija de alineación.
La figura 11 es una vista final de la espiga de la figura 10.
La figura 12 es una vista en perspectiva de una cuarta realización de una clavija de alineación.
La figura 13 es una vista final de la espiga de la figura 12.
La figura 14 es una vista en perspectiva de una quinta realización de una clavija de alineación con tres paletas.
La figura 15 es una vista final de la espiga de la figura 14.
La figura 16 es un corte transversal a través de una sexta realización de una clavija de alineación.
La figura 17 es un corte transversal a través de una séptima realización de una clavija de alineación.
La figura 18 muestra una clavija de alineación según una octava realización en una configuración colapsada.
La figura 19 muestra una parte final de la clavija de alineación de la figura 18.
La figura 20 muestra un tubo que lleva una paleta elástica.
La figura 21 muestra la clavija de alineación de la figura 18 en una configuración ampliada.
La figura 22 muestra una parte final de la clavija de alineación de la figura 21.
La figura 23 muestra un soporte superior para su uso con la clavija de alineación de la figura 18.
La figura 24 muestra una plantilla de montaje de pilas.
Las figuras 25 - 28 muestran la plantilla de montaje de la pila de la figura 24 en las etapas de montaje de una pila de células.
La figura 29 muestra otra forma de paleta.
Descripción detallada
Para las personas con una destreza ordinaria en la técnica, será evidente que se pueden hacer diversas modificaciones y variaciones sin apartarse del alcance de las reivindicaciones.
1a Realización
En la primera realización (figuras 1 a 6), la clavija de alineación 10 comprende una sección de cuerpo 20 que comprende una varilla central 30 de la cual se extiende un conjunto de siete paletas elásticas 40 que se curvan en el sentido de las agujas del reloj (es decir, las paletas elásticas 40 están unidas a la varilla central sólida 30 a lo largo de su longitud). En un extremo de la clavija de alineación 10 se encuentra un actuador 50 que se usa para insertar y retirar la clavija de alineación 10 de los pasos en una pila de componentes, y para girar la clavija de alineación 10.
Un paso 60 está definido por aberturas de referencia comunes de una pluralidad de células de combustible (no se muestra) y aberturas de juntas correspondientes 70 interpuestas entre células de combustible adyacentes. Las células y las juntas están dispuestas adyacentemente unas a las otras en una configuración apilada.
En uso, la clavija de alineación 10 se gira con el actuador 50 en sentido antihorario (cuando se ve desde arriba) y se inserta en el paso 60, la rotación en sentido antihorario reduce el rozamiento de las paletas elásticas 40 con las pilas de combustible y las juntas y facilita la inserción. La clavija de alineación 10 se gira entonces en el sentido de las agujas del reloj para aumentar el rozamiento en las paletas elásticas 40. Esto da como resultado que las paletas elásticas 40 hacen que cualquier junta desalineada 70 se mueva y se alinee. El actuador 50 tiene un diámetro menor que el diámetro exterior de las paletas elásticas 40.
En esta realización, las paletas 40 tienen una superficie continua. En otras realizaciones (véase, por ejemplo, la figura 12), las paletas pueden estar ranuradas.
Como se muestra en las figuras 5 a 7, una pila de células de combustible parcialmente montada 100 comprende una pila de células de combustible de óxido sólido con soporte metálico 110 con juntas interpuestas 70. En el documento WO 2019/034855 se describen ejemplos de unidades de pilas de combustible de óxido sólido con soporte metálico 110.
Cada unidad de celda de combustible 110 define los pasos 60 (conductos de combustible). En este ejemplo hay uno en cada esquina. Una clavija de alineación 10 se inserta en cada paso 60. Las unidades de la pila de combustible 110 están rígidamente alineadas con un referencia externa dura (no se muestra), pero las juntas 70 son libres de moverse en relación con las unidades de la pila de combustible 110 y están limitadas por la masa de la(s) unidad(es) de la pila de combustible 110 encima de ellas. Las clavijas de alineación 10 actúan para proporcionar un punto de referencia blando contra el que se alinean las juntas 70 -cuando se ha apilado un número predeterminado de unidades de pilas de combustible 110 y juntas interpuestas 70, se inserta una clavija de alineación 10 en cada paso 60 y se acciona para alinear las juntas 70 con las unidades de pilas de combustible 10. Las clavijas de alineación 10 se retiran entonces de los pasos 60.
2a Realización
La segunda realización (figuras 8 y 9) se corresponde en general con la primera realización. En la segunda realización las paletas elásticas 42 no están precurvados, es decir, son sustancialmente radiales en la configuración expandida/no restringida.
3a Realización
La tercera realización (figuras 10 y 11) se corresponde en general con la primera realización. En la tercera realización, las paletas elásticas 44 están en ángulo en relación con la dirección radial (en lugar de, por ejemplo, estar curvadas como en la primera realización)
4a Realización
La cuarta realización (figuras 12 y 13) se corresponde en general con la primera realización. En la cuarta realización, las paletas elásticas 46 son intermitentes (también pueden describirse como "ranuradas"), y la varilla central 32 es hueca.
5a Realización
La quinta realización (figuras 14 y 15) se corresponde en general con la primera realización. La cuarta realización comprende tres paletas elásticas 47 que se fabrican con acero para muelles y se proyectan tangencialmente desde la varilla central 30.
6a Realización
La sexta realización (figura 16) difiere de las anteriores en que no comprende una varilla central. En su lugar, el cuerpo comprende dos varillas curvadas y elásticas 48 que se unen directamente entre sí a lo largo de los bordes largos.
7a Realización
La séptima realización (figura 17) es similar a la sexta realización en el sentido de que no comprende una varilla central. En la séptima realización el cuerpo comprende cuatro paletas curvas y elásticas 49 que se unen directamente entre sí a lo largo de los bordes largos.
8a Realización
Las figuras 18 - 23 muestran una octava realización de una clavija de alineación 200. La clavija comprende una varilla central 210 montada en una base 211 con una serie de tubos 212 dispuestos alrededor del exterior de la varilla 210. La varilla 210 y los tubos 212 son sustancialmente paralelos. La varilla 210 y los tubos se muestran como huecos pero también pueden ser sólidos. Cada tubo 212 lleva una paleta elástica 214 conectada a su superficie exterior. Cada paleta 214 se extiende tangencialmente desde su tubo 212 y está curvada. Cuando se disponen alrededor de la varilla central 210, las aletas 214 se proyectan y curvan en la misma dirección y las aletas adyacentes se superponen.
Cada tubo 212 puede ser girado alrededor de su eje longitudinal. Esto tiene el efecto de ajustar la cantidad en que cada paleta 214 se proyecta en la dirección radial. En la realización que se muestra, cuando se ve desde arriba, la rotación de los tubos 212 en sentido contrario a las agujas del reloj hace que las paletas 214 se proyecten más para que el diámetro exterior de la espiga aumente. Por el contrario, la rotación en el sentido de las agujas del reloj hace que las paletas 214 se proyecten menos. Las figuras 18 y 19 muestran la clavija en una configuración colapsada (diámetro exterior inferior) y las figuras 20 y 21 muestran la misma clavija en una configuración expandida (diámetro exterior superior).
Cada tubo 212 tiene una formación en forma de una espiga 216 que se proyecta radialmente en su extremo inferior y que se extiende hacia afuera de la clavija. Un actuador en forma de un collar giratorio 218 está montado en la parte inferior de la clavija. El collar 218 tiene una serie de formaciones recortadas 220 alrededor del extremo de la clavija. Una espiga 216 se acopla a cada recorte 220. Al girar el collar 218 con respecto a la varilla central 210, los recortes hacen que las espigas se muevan hacia un lado o hacia el otro. Esto a su vez hace que los tubos giren y expandan o colapsen las varillas 212. El collar puede ser bloqueado en la posición expandida o colapsada por medio de un pivote de localización 221. También se pueden usar otros arreglos de formaciones. Por ejemplo, las posiciones de las espigas y de los recortes podrían invertirse, o podría usarse una disposición de engranajes dentados.
En la parte superior de la clavija se encuentra el soporte 222 (que se muestra separado en la figura 23). El soporte está fijado a la varilla central 210 y tiene formaciones salientes 224 que se acoplan en los extremos de los tubos 212 para mantenerlos en posición con respecto a la varilla 210 mientras se les permite girar sobre su eje longitudinal.
Las figuras 24 - 28 muestran una plantilla de montaje de la pila que comprende clavijas según la octava realización. La plantilla 230 tiene una base de herramientas 232 para soportar la pila de componentes. La base de herramientas 232 tiene una serie de agujeros guía 234 que están dispuestos para que correspondan con la disposición de los pasos 60 en las unidades de células de combustible 110. Una placa base 236 está colocada debajo de la base de herramientas 232. La placa base 236 tiene clavijas 200 montadas en una superficie orientada hacia arriba y dispuestas de manera que se correspondan con la disposición de los orificios guía 234 en la base de herramientas 232.
En una posición inicial, las clavijas 200 están en la configuración colapsada y se proyectan parcialmente a través de los agujeros guía 234 (Figura 24). Las unidades de pilas de combustible 110 y las juntas 70 se colocan sobre las clavijas 200 para que descansen en la base de herramientas 232 (Figura 25). Cada clavija 200 se acciona en la configuración expandida mediante la rotación de los collares 218 de manera que las paletas 214 se mueven hacia fuera para acoplarse con las superficies internas de los pasos 60 en las unidades de pilas de combustible 110 y las juntas 70 para instarlas a alinearse (Figura 26). Las clavijas 200 se accionan entonces en la configuración colapsada (Figura 27). En este punto, se pueden colocar más unidades de pilas de combustible 110 y juntas 70 sobre las clavijas 200 para aumentar el tamaño de la pila. Además, o alternativamente, la placa base 236 puede elevarse para que las clavijas 200 se proyecten más a través de los orificios guía 234 para permitir que más unidades de pilas de combustible 110 y las juntas 70 puedan colocarse sobre las clavijas 200 para aumentar el tamaño de la pila (Figura 28). Una vez que se completa la pila, las clavijas 200 se devuelven a la configuración colapsada, se desciende la placa base 236 y se retira la pila.
9a Realización
La novena realización (figura 29) es similar a la octava realización. Sin embargo, en este caso, las paletas 215 están dobladas en lugar de curvadas, es decir, cada lámina está formada por una porción sustancialmente plana con una o más curvas, de manera que la lámina se desvía de un solo plano. También pueden usarse combinaciones de porciones planas, curvas y desplazamientos para lograr el mismo efecto.
Diversas modificaciones, adaptaciones y realizaciones alternativas serán fácilmente perceptibles para la persona de habilidad ordinaria en la técnica, sin apartarse del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (17)

REIVINDICACIONES
1. Una clavija de alineación para alinear una pila de componentes que tienen aberturas de un diámetro predeterminado, comprendiendo la clavija de alineación:
(i) un cuerpo alargado que se extiende a lo largo de un eje longitudinal, comprendiendo el cuerpo paletas elásticas alargadas y dispuestas alrededor del eje longitudinal de manera que se extiendan a lo largo del eje longitudinal y se proyecten radialmente hacia fuera del eje longitudinal para definir un diámetro exterior del cuerpo, y
(ii) una porción de actuador;
en donde la porción de actuador se puede mover para mover las paletas entre una configuración colapsada, en la que el diámetro exterior es más pequeño que el diámetro predeterminado, y una configuración expandida, en la que el diámetro exterior del cuerpo es mayor que en la configuración colapsada.
2. Una clavija de alineación según la reivindicación 1, que comprende al menos tres paletas elásticas.
3. Una clavija de alineación según las reivindicaciones 1 o 2, en la que cada paleta elástica está curvada y/o doblada, y todas las paletas están curvadas y/o dobladas en la misma dirección.
4. Una clavija de alineación según las reivindicaciones 1, 2 o 3, que comprende una varilla central y un conjunto de tubos alargados dispuestos alrededor de la varilla, en donde cada tubo es sustancialmente paralelo a la varilla y lleva una paleta elástica que se proyecta hacia fuera del conjunto.
5. Una clavija de alineación de acuerdo con la reivindicación anterior, en donde cada tubo puede ser girado para ajustar la proyección exterior de su paleta y así ajustar el diámetro exterior del cuerpo.
6. Una clavija de alineación según la reivindicación 5, en la que el actuador comprende un collar giratorio situado alrededor de un primer extremo del conjunto, en donde cada tubo incluye una formación en el primer extremo que se acopla a una formación correspondiente en el collar, de manera que la rotación del collar con respecto al conjunto actúa para girar cada tubo con el fin de ajustar el diámetro exterior del cuerpo.
7. Una clavija de alineación según la reivindicación 6, que comprende además un soporte situado en un segundo extremo, opuesto, de la matriz, en donde el soporte incluye formaciones que se acoplan con los tubos para mantener los tubos paralelos a la varilla central.
8. Una clavija de alineación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 4 - 7, donde cada paleta se proyecta tangencialmente desde su tubo
9. Una clavija de alineación según las reivindicaciones 1, 2 o 3, en la que el cuerpo comprende una varilla central que lleva las paletas elásticas que se extienden hacia fuera de la varilla.
10. Una clavija de alineación según la reivindicación 9, en la que las paletas elásticas están fijadas a la varilla a lo largo de su longitud.
11. Una clavija de alineación según las reivindicaciones 9 o 10, en la que las paletas elásticas forman una espiral alrededor de la varilla.
12. Una plantilla de montaje de la pila, que comprende:
• una base de herramientas en la que se puede colocar una pila de componentes, en donde los componentes tienen aberturas de un diámetro predeterminado y la base de herramientas tiene agujeros guía que no son más pequeños que el diámetro predeterminado y están colocados para que se correspondan con la posición de las aberturas de los componentes en la pila; y
• una placa base que lleva un conjunto de clavijas de alineación según cualquier reivindicación anterior, en donde las clavijas de alineación están dispuestas para que se correspondan con las posiciones de los agujeros guía;
en donde la placa base se puede mover con respecto a la base de herramientas, de manera que las clavijas de alineación se pueden proyectar a través de los agujeros guía en las aberturas de los componentes, y pudiéndose accionar los actuadores para alinear los componentes en la pila.
13. Una plantilla de montaje de pilas según la reivindicación 12, en la que la placa base está situada debajo de la base de herramientas y puede levantarse para que las clavijas de alineación se proyecten en las aberturas de los componentes.
14. Una plantilla de montaje de la pila según la reivindicación 13, en la que los actuadores están situados en la placa base.
15. Una pila de células, que comprende una pluralidad de células dispuestas adyacentes unas a otras en una configuración apilada, teniendo las células elementos de alineación internos proporcionados dentro de componentes de cada célula que les permiten ser alineados en relación unos a otros y, adicionalmente, comprende clavijas de alineamiento según cualquiera de las reivindicaciones 1-11 situadas en los elementos de alineación, en donde cada elemento de alineación incluye una superficie de acoplamiento con la cual una clavija de alineación está configurada para acoplarse y desacoplarse selectivamente cuando se encuentra dentro del elemento de alineación.
16. Una pila de células según la reivindicación 15, que comprende células con sus respectivos puertos internos alineados en una dirección de apilamiento para formar colectores internos, y juntas interpuestas entre células adyacentes para sellar los colectores.
17. Una pila de células según las reivindicaciones 15 o 16, que comprende una pluralidad de componentes de pila, incluyendo los componentes de pila una pluralidad de células, cada una de las cuales define una abertura de referencia común, y una junta correspondiente interpuesta entre las células adyacentes, definiendo cada junta una abertura de junta, estando la pluralidad de células y las juntas dispuestas adyacentes unas a otras en una configuración apilada de tal manera que las aberturas de referencia común y las aberturas de junta definen un paso, y además comprenden una clavija de alineación según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 situadas en el paso.
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