JP3231688U - 位置合わせダボ、スタック組立治具、及びセルスタック - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池スタックの組み立てにおける位置合わせダボ及び位置合わせダボを取り入れるセルスタックを提供する。【解決手段】位置合わせダボ１０が、長手軸に沿って延びて、この長手軸におおむね垂直に延びる複数の弾性ベーン４０を備えている本体と、アクチュエータ部分５０とを備える。スタックが、所定の直径の開口部を有する。ベーンは、長手軸の周りに配置され、この軸に沿って延び、本体の外径を定めるように半径方向外側に突出している。アクチュエータ部分は、外径が所定の直径よりも小さい畳まれた構成と、本体の外径が畳まれた構成よりも大きい拡張された構成との間でベーンを移動させるように動作可能である。【選択図】図３

Description

本出願は、位置合わせ装置に関する。とくには、位置合わせダボおよび位置合わせダボを取り入れるセルスタックに関する。

燃料電池、燃料電池スタック、燃料電池スタックアセンブリ、ならびに熱交換器システム、配置、および方法の教示は、当業者に周知であり、とくには国際公開第０２／３５６２８号パンフレット、第０３／０７５３８２号パンフレット、第２００４／０８９８４８号パンフレット、第２００５／０７８８４３号パンフレット、第２００６／０７９８００号パンフレット、第２００６／１０６３３４号パンフレット、第２００７／０８５８６３号パンフレット、第２００７／１１０５８７号パンフレット、第２００８／００１１１９号パンフレット、第２００８／００３９７６号パンフレット、第２００８／０１５４６１号パンフレット、第２００８／０５３２１３号パンフレット、第２００８／１０４７６０号パンフレット、第２００８／１３２４９３号パンフレット、第２００９／０９０４１９号パンフレット、第２０１０／０２０７９７号パンフレット、第２０１０／０６１１９０号パンフレット、第２０１５／００４４１９号パンフレット、第２０１５／１３６２９５号パンフレット、第２０１６／１２４９２９号パンフレット、第２０１６／１２４９２８号パンフレット、第２０１６／１２８７２１号パンフレット、第２０１６／０８３７８０号パンフレット、第２０１９／００２８２９号パンフレット、第２０１９／０３４８５５号パンフレット、および第２０１９／０３４８５６号パンフレットを含む。

米国特許出願公開第２０１５／１１１１２５号明細書が、位置合わせの造作および方法を、隣接するバイポーラプレートの位置合わせの目的における使用に関して開示している。カナダ特許出願公開第２９９０２８０号明細書が、コンポーネントの位置合わせおよび安定を向上させた燃料電池を開示している。米国特許第８７９５９２１号明細書が、燃料電池スタックを組み立てるための位置合わせシステムおよび方法を開示している。

燃料電池スタック（典型的には、例えば、ベースプレート、複数の燃料電池スタック層、およびエンドプレートを備え、隣接するスタックコンポーネント間の気密の達成を助けるために、ベースプレート、燃料電池スタック層、およびエンドプレートの間にガスケットが挟まれる）の組み立ては、困難かつ複雑になる可能性がある。とくには、ガスケットが正しく配置されないと、流体の流れの通路を塞いでしまう可能性がある。たとえ流体の流れの通路が部分的に塞がれるだけでも、例えば出力および効率が低下し、スタックの寿命が短くなるなど、結果として得られる燃料電池スタックアセンブリの性能に大きな影響が及ぶ可能性がある。

したがって、燃料電池スタックのコンポーネント、とりわけガスケットについて、正確かつ精密な配置が強く望まれる。

本出願は、この分野における使用に適した改良された装置の提供を試みる。

第１の態様は、コンポーネントのスタックを位置合わせするための位置合わせダボであって、
（ｉ）長手軸に沿って延びる本体であって、長手軸におおむね垂直に延びる複数の弾性ベーンを備えている本体と、
（ｉｉ）アクチュエータ部分と
を備える位置合わせダボを提供する。

コンポーネントのスタックは、所定の直径の開口部を有する。細長い弾性ベーンは、長手軸の周りに配置され、長手軸に沿って延び、本体の外径を定めるように長手軸から半径方向外側に突出している。アクチュエータ部分は、外径が所定の直径よりも小さい畳まれた構成と、本体の外径が畳まれた構成よりも大きい拡張された構成との間でベーンを移動させるように動作可能である。

好ましくは、位置合わせダボは、少なくとも３つの弾性ベーンを備える。より好ましくは、少なくとも７つの弾性ベーンが存在する。例えば、最大で１４個のベーンが存在し得る。ベーンの最適な数は、ベーンの形状、ベーン材料の柔軟性、および位置合わせされるべき材料の性質に依存する。

特定の実施形態において、弾性ベーンは、例えばダボを端部から眺めたときに時計回りまたは反時計回りの方向など、同じ方向に湾曲している。とくには、これは、位置合わせダボを回転させることによる位置合わせを手助けすることができる。例えば、ガスケットが通路の片側にわずかに突出している場合に、位置合わせダボおよびベーンを回転させることで、ガスケットを通路から押し出すことができる。ベーンを折り曲げても同じ効果を得ることができる。ブレードをそらすための１つ以上の屈曲部を有する平坦な部分を使用することができる。また、湾曲、屈曲、および平坦な部分の組み合わせも使用可能である。

ダボは、中央ロッドと、このロッドの周りに配置された細長いチューブのアレイとを備えることができ、各々のチューブは、ロッドに実質的に平行であり、アレイから外側へと突出する弾性ベーンを保持する。各々のチューブを回転させてベーンの外側への突出を調整して、本体の外径を調整することができる。アクチュエータは、アレイの第１の端部の周りに位置する回転可能なカラーを備えることができ、各々のチューブは、アレイに対するカラーの回転が各々のチューブを回転させて本体の外径を調整する役目を果たすように、カラーの対応する構造に係合する構造を第１の端部に含む。ダボは、アレイの第２の反対側の端部に位置するブラケットをさらに備えることができ、このブラケットは、チューブと係合してチューブを中央ロッドに平行に保つ構造を含む。各々のベーンをチューブから接線方向に突出させることができる。

特定の実施形態において、本体は、複数の弾性ベーンを延在させるロッドを備える。例えば、ばね鋼ベーンの場合に、ベーンが取り付けられる（例えば、溶接またはろう付けされる）中央ロッドを設けることができる。したがって、本体は、中央ロッドを備えることができる。特定の他の実施形態（例えば、ベーンがナイロンまたはＰＴＦＥから製造される場合）においては、中央ロッドを設ける必要はなく、代わりにベーンを互いに接続することができる。例えば、積層造形（例えば、３Ｄ印刷）を使用して、中央のダボを必要とすることなく、選択された材料から位置合わせダボを形成することができる。

弾性ベーンがロッドに取り付けられる場合、弾性ベーンを弾性ベーンの長さに沿って取り付けることができる。例えば、ベーンを一体的に形成または取り付けることが可能である。

特定の実施形態において、弾性ベーンは、ロッドの周りのらせんを形成する。

第２の態様は、コンポーネントのスタックを位置させることができるツールベースを備えるスタック組立治具を提供し、ここでコンポーネントは、所定の直径の開口部を有し、ツールベースは、スタック内のコンポーネントの開口部の位置に対応するように配置された所定の直径以上のガイド穴を有し、このスタック組立治具は、位置合わせダボのアレイを保持するベースプレートをさらに備え、これらの位置合わせダボは、ガイド穴の位置に対応するように配置され、ベースプレートは、位置合わせダボをガイド穴を通ってコンポーネントの開口部へと突出させることができるように、ツールベースに対して移動可能であり、アクチュエータを、スタック内のコンポーネントを位置合わせするように作動させることができる。

ベースプレートを、ツールベースの下方に位置させることができ、位置合わせダボがコンポーネントの開口部へと突出するように上昇させることができる。アクチュエータをベースプレート上に位置させることができる。

この組立治具を用いるコンポーネントのスタックの組み立ては、コンポーネントのスタックを、開口部がガイド穴と重なるようにツールベース上に配置するステップと、ダボ上のベーンを畳まれた構成にしつつ、ダボがガイド穴および開口部を通って突出するようにベースプレートを移動させるステップと、アクチュエータを操作してベーンを拡張された構成へと移行させることで、コンポーネントを位置合わせするステップとを含む。

組み立ては、コンポーネントの位置合わせ後に、アクチュエータを操作してベーンを畳まれた構成に戻すステップと、さらなるコンポーネントを、ダボがさらなるコンポーネントの開口部を通って突出するように、スタックに追加するステップと、アクチュエータを操作してベーンを拡張された構成へと移行させることで、さらなるコンポーネントを位置合わせするステップとをさらに含むことができる。これは、スタックの高さが増えるにつれてダボがツールベースからさらに突出するように、ベースプレートをツールベースに近付けるように移動させるステップを含むことができる。

とくには、位置合わせダボを使用して位置合わせされるコンポーネントのスタックは、各々が共通の基準開口部を定めている複数のセルと、隣同士のセルの間に挟まれる対応するガスケットとを含むことができ、各々のガスケットは、ガスケット開口部を定めており、複数のセルおよびガスケットは、共通の基準開口部およびガスケット開口部が通路を定めるように積み重ねられる（すなわち、整列して積み重ねられる）。

例えば、通路は、例えば国際公開第２０１９／０３４８５５号パンフレットに詳述および図示されているように、燃料ダクトの形態を取ることができる。

セルスタック組立装置は、燃料電池スタックの組み立てを支援するために広く使用されている。そのような装置は、典型的には、燃料電池（燃料電池スタック層および燃料電池スタック繰り返し層とも呼ばれる）を配置するための基準を含む。例えば鋼などの金属で典型的に形成される燃料電池スタック層において、これは、他のコンポーネント（ガスケットなど）を位置合わせすることができる堅固なフレームを提供する。しかしながら、次の燃料電池スタック繰り返し層を最上部に載せる前にガスケットなどの他のコンポーネントを所定の位置に固定しないと、ガスケットが移動しがちである。とくに、ガスケットは、圧縮力（例えば、スタック圧縮手段による）が加わったときに拡張する可能性がある。すでに詳述したように、通路が部分的に遮られるだけでも、燃料電池スタックアセンブリに悪影響が及ぶ可能性がある。

したがって、ガスケットなどのスタックコンポーネントの正しい位置合わせが重要である。

したがって、位置合わせダボを、通路の共通の基準開口部に対して位置合わせする（すなわち、整列させる）ことができる。したがって、位置合わせダボを使用して、ガスケット（および、他のスタックコンポーネント）を位置合わせするための柔らかい基準を提供することができる。

弾性ベーンを、長手軸から半径方向外側へと延ばすことができる。

位置合わせダボは、長手方向に細長い。好ましくは、弾性ベーンの外径（好ましくは、最大外径）に対する位置合わせダボの長さの比（使用されていないとき、すなわち非拘束状態または拡張された状態とも呼ばれる弛緩状態における比）は、少なくとも３：１である。特定の実施形態において、そのような（比較的短い）位置合わせダボは、コンポーネントのスタックが組み立てられるときに繰り返し使用および操作され、スタックの最上部または最上部付近のコンポーネントを位置合わせする。他の実施形態において、位置合わせダボはより長く、使用および操作の頻度は少なくなる。位置合わせダボの正確な寸法は、位置合わせすべきコンポーネントの特定のスタックおよびスタックの組み立てに使用される追加の設備に応じて適切に選択することができる。例えば、特定の実施形態において、弾性ベーンの外径に対する位置合わせダボの長さの比は、３：１〜７：１の間である。

好ましくは、ダボのベーンの設計および弾性は、ベーンが堅固すぎないような設計および弾性であり、例えば、ダボのベーンの設計および弾性は、好ましくは、圧縮されていない／拡張されたダボのベーンの外径が、ダボのベーンが取ることができる第１の、より小さない圧縮された／畳まれた直径（そのような直径の開口部（通路など）へと挿入された場合）（ベーンが充分な位置合わせ力を発揮することができる）の外径よりも、少なくとも５％大きくなるように選択的に構成される。

好ましくは、作動時に、ベーンを、ダボの取り出しを可能にするために、第２の、さらに小さな圧縮された／畳まれた直径へと圧縮する／畳むことが本質的に可能であり、これにより、圧縮されていない／拡張されたダボのベーンの外径は、第２の圧縮された／畳まれた直径よりも少なくとも１０％大きい。

ベーンを必ずしも本体の全長にわたって配置する必要はない。例えば、特定の実施形態において、弾性ベーンは、位置合わせダボの一端に配置され、アクチュエータ部分は、位置合わせダボの他端に配置され、本体のうちの両者の間を延びる部分は、ベーンを有さない。

ベーンに適した材料の例として、ナイロンまたはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などのプラスチック、およびばね鋼が挙げられる。

ベーンは、位置合わせダボを第１の方向に回転させることによって（スタックのコンポーネントに対する）ベーンの摩擦が減少し、位置合わせダボを反対の第２の方向に回転させることによってベーンの摩擦が増加するように、配置することができる。したがって、通路内にあるときに、位置合わせダボを、スタックのコンポーネントを位置合わせするために第２の方向に回転させることができ、その後に、摩擦を減らし、通路からの取り外しを容易にするために、反対方向に回転させることができる。

したがって、特定の実施形態において、
（ａ）弾性ベーンは、時計回りの方向に湾曲しており、位置合わせダボは、使用時に位置合わせダボを反時計回りの方向に回転させることでベーンの摩擦が減少し、使用時に位置合わせダボを時計回りの方向に回転させることでベーンの摩擦が大きくなるように配置される、または
（ｂ）弾性ベーンは、反時計回りの方向に湾曲しており、位置合わせダボは、使用時に位置合わせダボを時計回りの方向に回転させることでベーンの摩擦が減少し、使用時に位置合わせダボを反時計回りの方向に回転させることでベーンの摩擦が大きくなるように配置される。

特定の実施形態において、弾性ベーンは、コンサーティーナに似た外形を有する。

特定の実施形態において、
（ａ）弾性ベーンは、時計回りの方向に湾曲しており、位置合わせダボは、位置合わせダボを反時計回りの方向に回転させることによって畳まれ、位置合わせダボを時計回りの方向に回転させることによって拡張するように配置される、または
（ｂ）弾性ベーンは、反時計回りの方向に湾曲しており、位置合わせダボは、位置合わせダボを時計回りの方向に回転させることによって畳まれ、位置合わせダボを反時計回りの方向に回転させることによって拡張するように配置される。

アクチュエータ部分は、意図される位置合わせダボの作動のやり方に応じた形状および寸法とすることができる。例えば、アクチュエータ部分を、外部のツールを使用して位置合わせダボの挿入、取り出し、および／または回転を行うことができるように形作ることができる。あるいは、手による操作に便利であるような形状および寸法の把持部（例えば、ハンドル部分）であってよい。

アクチュエータ部分は、弾性ベーンの外径よりも小さい直径を有することができる。したがって、例えば、手作業での組み立てプロセス中に、位置合わせダボを、部分的に組み立てられたコンポーネントのスタックへと挿入し、それらのコンポーネントを位置合わせするために回転させることができる。その後に、位置合わせダボを取り外すことなく、追加のスタックコンポーネントを配置することができる。次いで、位置合わせダボを、低摩擦の／畳まれた構成へと回転させ、上方に移動させ、摩擦が大きい／拡張された構成へと回転させて、新たに追加されたスタックコンポーネントを位置合わせすることができる。追加のスタックコンポーネントは位置合わせダボの上部に挿入されるため、位置合わせダボに接触して損傷する可能性を減らすことが望ましい場合がある。これを達成するのを助けるために、位置合わせダボは、アクチュエータが最上部に位置する実施形態において、アクチュエータ部分のための取り外し可能な丸みを帯びたカバーまたはドーム状のカバーをさらに備えることができる。カバーは、好ましくは、弾性ベーンの外径よりも小さい直径を有する。カバーが配置された状態で、アクチュエータ部分は露出せず、したがってスタックの組み立て中に把持部と誤って接触することによってスタックコンポーネントが損傷する恐れが、最小限に抑えられる。位置合わせダボを操作する（例えば、回転させる）ことができるように、カバーを、把持部へのアクセスを可能にすべく必要に応じて取り外すことができる。

他の実施形態において、アクチュエータ部分は、ベーンの外径以上の外径を有することができ、必要に応じて適切に挿入され、操作され、取り出されてもよい。

位置合わせダボが動かされ、その動きがコンポーネントのスタックに上向きの力を及ぼす可能性がある場合、この上向きの動きを防ぐために、少なくとも１つのリテーナをコンポーネントのスタックの上部に配置することができる。

第３の態様は、積み重ねの構成にて互いに隣接して配置された複数のセルを備えるセルスタックを提供し、セルは、各セルのコンポーネント内に設けられ、コンポーネントの互いの位置合わせを可能にする内部の位置合わせ用造作を有しており、このセルスタックは、位置合わせ用造作内に位置する位置合わせダボをさらに備え、各々の位置合わせ用造作は、位置合わせダボが位置合わせ用造作内に位置するときに選択的に係合および係合解除するように構成された係合面を含む。

とくには、位置合わせダボを、位置合わせ用造作内に挿入されたときに、位置合わせ用造作と選択的に係合および係合解除するように構成することができる。

好ましくは、内部の位置合わせ用造作は、例えばセル内のポートなど、セル内に定められた開口部である。開口部は、基準開口部として機能することができる。

例えば、位置合わせ用造作は、位置合わせダボが配置される通路を定めることができる。通路を、「位置合わせ用通路」と表現することも可能である。

セルスタックは、例えば自由に動くことができるが、例えばポートなどの開口部などのセル内の位置合わせ用造作に対して配置される必要があるコンポーネントなど、隣同士のセルの間に挟まれる追加のコンポーネントを備えることができる。このようなコンポーネントとして、ガスケットおよびスペーサを挙げることができる（ただし、これらに限られるわけではない）。そのような追加のコンポーネントを、位置合わせ用造作内に位置したときの位置合わせダボによって位置合わせ可能であるように、隣同士のセルの位置合わせ用造作に隣接して少なくとも部分的に配置することができる。例えば、各々のガスケットは、ガスケット開口部を定めることができ、したがって、位置合わせダボを使用して、隣同士のセルの位置合わせ用開口部などの内部の位置合わせ用造作に対してガスケットを位置させることができる。他の実施形態においては、位置合わせダボを使用して、セル間に介装された追加のコンポーネントが、隣同士のセルの位置合わせ用造作の間に（または、位置合わせ用造作を超えて）突出することを保証することができる。例えば、位置合わせダボを使用して、追加のコンポーネントを、隣同士のセルの位置合わせ用造作の間に定められた通路から押し出す（または、通路へと延びたり突出したりすることがないように保証し、すなわち通路へと延びたり突出したりすることを防止する）ことができる。

したがって、セルスタックは、それぞれの内部ポートを内部マニホールドを形成するように積み重ねの方向に整列させたセルと、隣同士のセルの間に挟まれ、マニホールドをシールするガスケットとを備えることができる。特定の実施形態において、位置合わせダボは、位置合わせポート内に配置され、ガスケットを位置合わせポートに対して位置合わせする（すなわち、整列させる）。

特定の実施形態において、各々のセルは、２つ以上の内部の位置合わせ用造作を有する。特定の実施形態において、各々のセルは、複数の位置合わせ用開口部を有する。これにより、複数の通路を定めることができる。

したがって、特定の実施形態においては、複数のスタックコンポーネントを備えるセルスタックが提供され、スタックコンポーネントは、共通の基準開口部を各々が定めている複数のセルと、隣同士のセルの間に挟まれた対応するガスケットとを含み、各々のガスケットは、ガスケット開口部を定めており、複数のセルおよびガスケットは、共通の基準開口部とガスケット開口部とによって通路が定められるように、積み重ねの構成にて互いに隣接して配置され（すなわち、整列して積み重ねられ）、セルスタックは、通路内に配置された位置合わせダボをさらに備える。好ましくは、位置合わせダボは、通路内に取り外し可能に配置される。

特定の実施形態において、各々のセルは、複数の基準開口部を定める。例えば、特定の実施形態において、各々のセルは、第１および第２の基準開口部を定める。他の実施形態において、各々のセルは、第１、第２、および第３の基準開口部を定める。他の実施形態において、各々のセルは、第１、第２、第３、および第４の基準開口部を定める。そのような実施形態においては、必要に応じて１つ以上の追加の通路を定めるように、対応するガスケットが隣同士のセルの間に挟まれる。したがって、第１の基準開口部（および、対応するガスケット開口部）が、第１の通路を定めることができ、第２の基準開口部（および、対応するガスケット開口部）が、第２の通路を定めることができ、第３の基準開口部（および、対応するガスケット開口部）が、第３の通路を定めることができ、以下同様である。

このような通路を、「チムニー」と称することもできる。

特定の実施形態において、セルは燃料電池である。特定の実施形態において、それらは固体酸化物燃料電池である。他の種類の燃料電池が広く知られており、本実施形態は、必要に応じてそれらと共に使用することが可能である。

固体酸化物燃料電池に言及する種々の態様において、固体酸化物燃料電池は、固体酸化物電解槽セル（固体酸化物電解セルとも呼ばれる）、すなわち再生モードで動作するように構成されまたは動作しており、水を水素および酸素に変換する固体酸化物燃料電池を含むことができる。

位置合わせダボを用いたセルスタックの複数のコンポーネントの位置合わせは、複数のセルを積み重ねの構成にて互いに隣接させて配置するステップを含むことができ、これらのセルは、各セルのコンポーネント内に設けられ、コンポーネントの互いに対する位置合わせを可能にする内部の位置合わせ用造作を有しており、各々の位置合わせ用造作は、上記位置合わせ用造作内に配置された位置合わせダボが選択的に係合および係合解除するように構成された係合面を含んでおり、位置合わせは、位置合わせダボを畳まれた構成で位置合わせ用造作内に配置し、アクチュエータを作動させて位置合わせダボを拡張された構成に移行させてセルを位置合わせするステップをさらに含むことができる。

位置合わせは、ガスケット開口部を各々が定めている複数のガスケットを隣同士のセルの間に挟むステップと、位置合わせダボを畳まれた構成で位置合わせ用造作およびガスケット開口部に配置し、アクチュエータを作動させて位置合わせダボを拡張された構成に移行させてセルおよびガスケットを位置合わせするステップをさらに含むことができる。

セルの内部の位置合わせ用造作が共通の基準開口部を定める場合、位置合わせは、共通の基準開口部とガスケット開口部とによって通路が定められるように、セルおよびガスケットを積み重ねの構成にて互いに隣接させて配置するステップと、上記位置合わせダボを畳まれた構成で通路内に配置し、アクチュエータを作動させて位置合わせダボを拡張された構成に移行させてガスケットをセルに位置合わせするステップを含むことができる。

特定の実施形態において、
（ａ）弾性ベーンは、時計回りの方向に湾曲しており、位置合わせは、位置合わせダボを反時計回りの方向に回転させて位置合わせダボを通路に挿入し、位置合わせダボを時計回りの方向に回転させてコンポーネントのスタックを位置合わせし、位置合わせダボを反時計回りの方向に回転させて位置合わせダボを通路から取り出すことをさらに含む、または
（ｂ）弾性ベーンは、反時計回りの方向に湾曲しており、位置合わせは、位置合わせダボを時計回りの方向に回転させて位置合わせダボを通路に挿入し、位置合わせダボを反時計回りの方向に回転させてコンポーネントのスタックを位置合わせし、位置合わせダボを時計回りの方向に回転させて位置合わせダボを通路から取り出すことをさらに含む。

特定の実施形態において、スタックコンポーネントは、上方への動きを防ぐように拘束される。これを、とくには位置合わせダボが取り外されるときに、スタックコンポーネントが互いに対して動くことを防ぐために行うことができる。例えば、スタックコンポーネントがガスケットを挟んだ複数の燃料電池ユニットを含む場合に、最上部の燃料電池ユニットを、上方へと動くことがないように拘束することができる。例えば、最上部の燃料電池ユニットおよび他のスタックコンポーネントの上方への動きを防止するために、重しを載せることができ、または堅固なフレームを載せ、もしくは周りに配置することができる。

したがって、位置合わせは、位置合わせダボを取り外すステップを含むことができる。さらに、位置合わせは、位置合わせダボが取り外されるときの上方への動きを防止するためにスタックコンポーネントを拘束するステップを含むことができる。

位置合わせダボの第１の実施形態の断面図である。 図１の位置合わせダボの端面図である。 図１の位置合わせダボの斜視図である。 図１の位置合わせダボの、使用中の断面図である。 途中まで組み立てられた燃料電池スタックを示す図であり、図１の位置合わせダボが挿入されている図である。 図５の途中まで組み立てられた燃料電池スタックの金属支持固体酸化物燃料電池ユニットの一部分の上面図であり、通路に位置合わせダボが挿入されていない図である。 図５の途中まで組み立てられた燃料電池スタックの金属支持固体酸化物燃料電池ユニットの一部分の上面図であり、通路に挿入された位置合わせダボの断面と共に示している図である。 位置合わせダボの第２の実施形態の断面図である。 図８の位置合わせダボの使用中の断面図である。 位置合わせダボの第３の実施形態の斜視図である。 図１０のダボの端面図である。 位置合わせダボの第４の実施形態の斜視図である。 図１２のダボの端面図である。 ３つのベーンを備えた位置合わせダボの第５の実施形態の斜視図である。 図１４のダボの端面図である。 位置合わせダボの第６の実施形態の断面図である。 位置合わせダボの第７の実施形態の断面図である。 畳まれた構成にある第８の実施形態による位置合わせダボを示す図である。 図１８の位置合わせダボの端部を示す図である。 弾性ベーンを保持するチューブを示す図である。 拡張された構成にある図１８の位置合わせダボを示す図である。 図２１の位置合わせダボの端部を示す図である。 図１８の位置合わせダボにおいて使用される上部ブラケットを示す図である。 スタック組立治具を示す図である。 セルスタックの組み立ての各段階における図２４のスタック組立治具を示す図である。 セルスタックの組み立ての各段階における図２４のスタック組立治具を示す図である。 セルスタックの組み立ての各段階における図２４のスタック組立治具を示す図である。 セルスタックの組み立ての各段階における図２４のスタック組立治具を示す図である。 ベーンのさらなる形態を示す図である。

実用新案登録請求の範囲から逸脱することなく、さまざまな修正および変形を行うことが可能であることは、当業者にとって明らかであろう。

第１の実施形態
第１の実施形態（図１〜図６）においては、位置合わせダボ１０が、中央ロッド３０を含む本体部分２０を備えており、時計回りの方向に湾曲した７つの弾性ベーン４０の組が中央ロッド３０から延びている（すなわち、弾性ベーン４０が、弾性ベーン４０の全長にわたって、中実な中央ロッド３０に取り付けられている）。位置合わせダボ１０の一端に、通路からコンポーネントのスタックへと位置合わせダボ１０を出し入れするため、および位置合わせダボ１０を回転させるために使用されるアクチュエータ５０が配置されている。

通路６０が、複数の燃料電池（図示せず）の共通の基準開口部と、隣接する燃料電池の間に挟まれた対応するガスケット７０のガスケット開口部とによって定められる。電池およびガスケットは、積み重ねの構成にて互いに隣接して配置される。

使用時に、位置合わせダボ１０は、アクチュエータ５０を使用して反時計回りの方向（上方から見た場合）に回転させられ、通路６０へと挿入され、反時計回りの回転は、弾性ベーン４０の燃料電池およびガスケットとの摩擦を低減し、挿入を容易にする。次いで、位置合わせダボ１０を時計回りの方向に回転させ、弾性ベーン４０への摩擦を増加させる。これにより、弾性ベーン４０が、ずれているガスケット７０が存在するのであれば移動させ、位置合わせする。アクチュエータ５０は、弾性ベーン４０の外径よりも小さい直径を有する。

この実施形態において、ベーン４０は、連続的な表面を有している。他の実施形態（例えば、図１２を参照）においては、ベーンにすき間を設けることができる。

図５〜図７に示されるように、途中まで組み立てられた燃料電池スタック１００は、金属支持固体酸化物燃料電池ユニット１１０をガスケット７０を介在させつつ備えている。金属支持固体酸化物燃料電池ユニット１１０の例は、国際公開第２０１９／０３４８５５号パンフレットに記載されている。

各々の燃料電池ユニット１１０は、通路６０（燃料ダクト）を定めている。この例においては、各々の角部に１つの通路６０が存在する。位置合わせダボ１０が、各々の通路６０に挿入される。燃料電池ユニット１１０は、硬質な外部基準（図示せず）に対して堅固に位置合わせされる。しかしながら、ガスケット７０は、燃料電池ユニット１１０に対して自由に動くことができ、上に載せられた燃料電池ユニット１１０の質量によって拘束される。位置合わせダボ１０は、ガスケット７０の位置合わせのための軟質な基準を提供するように機能し、所定の数の燃料電池ユニット１１０および介在のガスケット７０が積み重ねられたときに、位置合わせダボ１０が各々の通路６０に挿入され、ガスケット７０を燃料電池ユニット１１０に位置合わせするように作動させられる。その後に、位置合わせダボ１０は、通路６０から取り除かれる。

第２の実施形態
第２の実施形態（図８および図９）は、第１の実施形態におおむね対応する。第２の実施形態において、弾性ベーン４２は、事前の湾曲を有しておらず、すなわち拡張された／拘束されていない構成において実質的に放射状である。

第３の実施形態
第３の実施形態（図１０および図１１）は、第１の実施形態におおむね対応する。第３の実施形態において、弾性ベーン４４は、（例えば、第１の実施形態のような湾曲とは対照的に）半径方向に対して角度を成している。

第４の実施形態
第４の実施形態（図１２および図１３）は、第１の実施形態におおむね対応する。第４の実施形態において、弾性ベーン４６は断続的であり（「すき間」が設けられていると表現されてもよい）、中央ロッド３２は中空である。

第５の実施形態
第５の実施形態（図１４および図１５）は、第１の実施形態におおむね対応する。第５の実施形態は、ばね鋼から製造され、中央ロッド３０から接線方向に突出する３つの弾性ベーン４７を備える。

第６の実施形態
第６の実施形態（図１６）は、中央ロッドを備えないという点で、これまでの実施形態から相違する。代わりに、本体は、長い縁に沿って互いに直接接合された２つの湾曲した弾性ベーン４８を備える。

第７の実施形態
第７の実施形態（図１７）は、中央ロッドを備えないという点で、第６の実施形態と類似する。第７の実施形態において、本体は、長い縁に沿って互いに直接接合された４つの湾曲した弾性ベーン４９を備える。

第８の実施形態
図１８〜図２３が、位置合わせダボ２００の第８の実施形態を示している。ダボは、ベース２１１に取り付けられた中央ロッド２１０を備え、一連のチューブ２１２がロッド２１０の外側の周りに配置されている。ロッド２１０およびチューブ２１２は、実質的に平行である。ロッド２１０およびチューブは、中空であるものとして示されているが、中実であってもよい。各々のチューブ２１２は、チューブの外面に接続された弾性ベーン２１４を保持する。各々のベーン２１４は、チューブ２１２から接線方向に延び、湾曲している。中央ロッド２１０の周りに配置されると、すべてのベーン２１４が同じ方向に突出および湾曲し、隣り合うベーンは重なり合う。

各々のチューブ２１２を、長手軸を中心にして回転させることができる。これは、各々のベーン２１４の半径方向の突出量を調整する効果を有する。図示の実施形態において、上方から見てチューブ２１２を反時計回りの方向に回転させると、ベーン２１４がより大きく突出し、ダボの外径が増加する。反対に、時計回りの方向に回転させると、ベーン２１４の突出が少なくなる。図１８および図１９は、畳まれた構成（外径が小さい）のダボを示し、図２０および図２１は、拡張された構成（外径が大きい）の同じダボを示している。

各々のチューブ２１２は、ダボから外向きに延びる下端の半径方向に突出するペグ２１６の形態の成り立ちを有する。回転可能なカラー２１８の形態のアクチュエータが、ダボの底部に取り付けられている。カラー２１８は、ダボの端部の周りに一連の切り欠き構造２２０を有する。ペグ２１６は、各々の切り欠き２２０に係合する。カラー２１８を中央ロッド２１０に対して回転させると、切り欠きによってペグが一方側または他方側に移動する。これにより、チューブが回転し、ベーン２１４を拡張し、または畳む。カラーを、位置決めピン２２１によって拡張された位置または畳まれた位置に係止することができる。構造の他の配置も使用可能である。例えば、ペグおよび切り欠きの位置を逆にすることができ、または歯車装置を使用することができる。

ブラケット２２２が、ダボの上部に位置する（図２３では分離されて示されている）。ブラケットは、中央ロッド２１０に固定されており、チューブ２１２の端部に係合してチューブ２１２をロッド２１０に対して所定の位置に保持しつつ、チューブ２１２の長手軸を中心とする回転を可能にする突出構造２２４を有している。

図２４〜図２８が、第８の実施形態によるダボを備えるスタック組立治具を示している。治具２３０は、コンポーネントのスタックを支持するためのツールベース２３２を有する。ツールベース２３２は、燃料電池ユニット１１０における通路６０の配置に対応するように配置された一連のガイド穴２３４を有する。ベースプレート２３６が、ツールベース２３２の下方に位置する。ベースプレート２３６の上向きの表面にダボ２００が取り付けられ、ツールベース２３２におけるガイド穴２３４の配置に対応するように配置されている。

初期位置において、ダボ２００は、畳まれた構成にあり、ガイド穴２３４を通って部分的に突出している（図２４）。燃料電池ユニット１１０およびガスケット７０が、ダボ２００の上方に配置され、ツールベース２３２に載せられる（図２５）。各々のダボ２００が、カラー２１８を回転させることによって拡張された構成へと操作され、結果として、ベーン２１４が外側へと動いて燃料電池ユニット１１０およびガスケット７０の通路６０の内面と係合し、燃料電池ユニット１１０およびガスケット７０を位置合わせする（図２６）。次いで、ダボ２００は、畳まれた構成へと操作される（図２７）。この時点で、さらなる燃料電池ユニット１１０およびガスケット７０をダボ２００の上方に配置して、スタックのサイズを増大させることができる。これに加え、あるいはこれに代えて、さらなる燃料電池ユニット１１０およびガスケット７０をダボ２００の上方に配置して、スタックのサイズを増大させることができるように、ダボ２００をガイド穴２３４を通ってさらに突出させるべくベースプレート２３６を上昇させることができる（図２８）。ひとたびスタックが完成すると、ダボ２００は畳まれた構成に戻され、ベースプレート２３６が下げられ、スタックが取り外される。

第９の実施形態
第９の実施形態（図２９）は、第８の実施形態と類似する。しかしながら、この場合には、ベーン２１５は、湾曲しているといよりはむしろ折れ曲がっており、すなわち、各々のブレードが、ブレードが単一の平面からそれるように１つ以上の屈曲部を有する実質的に平坦な部分で形成されている。平坦な部分、屈曲部、および湾曲部の組み合わせを使用して、同じ効果を実現することも可能である。

さまざまな修正、調整、および代案の実施形態が、添付の実用新案登録請求の範囲から逸脱することなく、当業者にとって容易に明らかであろう。

Claims (17)

1. 所定の直径の開口部を有しているコンポーネントのスタックを位置合わせするための位置合わせダボであって、
   （ｉ）長手軸に沿って延びる細長い本体であって、前記長手軸に沿って延びかつ前記長手軸から半径方向外向きに突出して前記本体の外径を定めるように、前記長手軸の周りに配置された細長い弾性ベーンを備えている本体と、
   （ｉｉ）アクチュエータ部分と
   を備えており、
   前記アクチュエータ部分を操作して、前記弾性ベーンを、前記外径が前記所定の直径よりも小さい畳まれた構成と、前記本体の前記外径が前記畳まれた構成よりも大きい拡張された構成との間で動かすことができる、
   位置合わせダボ。
2. 少なくとも３つの弾性ベーンを備える、
   請求項１に記載の位置合わせダボ。
3. 各々の弾性ベーンは、湾曲し、および／または折れ曲がっており、すべてのベーンが、同じ方向に湾曲し、および／または折れ曲がっている、
   請求項１または２に記載の位置合わせダボ。
4. 中央ロッドと、該中央ロッドの周りに配置された細長いチューブのアレイとを備えており、各々のチューブは、前記中央ロッドに実質的に平行であり、前記アレイから外側へと突出する弾性ベーンを保持している、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の位置合わせダボ。
5. 各々のチューブを回転させて、前記弾性ベーンの外側への突出を調整して、前記本体の前記外径を調整することができる、
   請求項４に記載の位置合わせダボ。
6. 前記アクチュエータは、前記アレイの第１の端部の周りに位置する回転可能なカラーを備え、各々のチューブは、前記アレイに対する前記カラーの回転が各々のチューブを回転させて前記本体の前記外径を調整する役目を果たすように、前記カラーの対応する構造に係合する構造を前記第１の端部に含んでいる、
   請求項５に記載の位置合わせダボ。
7. 前記アレイの第２の反対側の端部に位置するブラケットをさらに備え、前記ブラケットは、前記チューブと係合して前記チューブを前記中央ロッドに平行に保つ構造を含む、
   請求項６に記載の位置合わせダボ。
8. 各々の前記弾性ベーンは、前記チューブから接線方向に突出する、
   請求項４〜７のいずれか一項に記載の位置合わせダボ。
9. 前記本体は、中央ロッドを備え、該中央ロッドが、該中央ロッドから外側へと延びる前記弾性ベーンを保持する、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の位置合わせダボ。
10. 前記弾性ベーンは、該弾性ベーンの長さに沿って前記中央ロッドに取り付けられる、
    請求項９に記載の位置合わせダボ。
11. 前記弾性ベーンは、前記中央ロッドの周りのらせんを形成する、
    請求項９または１０に記載の位置合わせダボ。
12. コンポーネントのスタックを位置させることができるツールベースであって、前記コンポーネントは、所定の直径の開口部を有し、該ツールベースは、前記スタック内の前記コンポーネントの前記開口部の位置に対応するように配置された前記所定の直径以上のガイド穴を有しているツールベースと、
    請求項１〜１１のいずれか一項に記載の位置合わせダボのアレイを保持し、前記位置合わせダボは、前記ガイド穴の位置に対応するように配置されているベースプレートと
    を備え、
    前記ベースプレートは、前記位置合わせダボを前記ガイド穴を通って前記コンポーネントの前記開口部へと突出させることができるように、前記ツールベースに対して移動可能であり、前記アクチュエータを、前記スタック内の前記コンポーネントを位置合わせするように作動させることができる、
    スタック組立治具。
13. 前記ベースプレートは、前記ツールベースの下方に位置しており、前記位置合わせダボを前記コンポーネントの前記開口部へと突出させるように上昇させることが可能である、
    請求項１２に記載のスタック組立治具。
14. 前記アクチュエータは、前記ベースプレート上に位置する、
    請求項１３に記載のスタック組立治具。
15. 積み重ねの構成にて互いに隣接して配置された複数のセルを備えており、前記セルは、各セルのコンポーネント内に設けられ、該コンポーネントの互いの位置合わせを可能にする内部の位置合わせ用造作を有している、セルスタックであって、
    前記位置合わせ用造作内に位置する請求項１〜１１のいずれか一項に記載の位置合わせダボをさらに備え、各々の位置合わせ用造作は、位置合わせダボが前記位置合わせ用造作内に位置するときに選択的に係合および係合解除するように構成された係合面を含む、
    セルスタック。
16. それぞれの内部ポートを内部マニホールドを形成するように積み重ねの方向に整列させたセルと、
    隣同士のセルの間に挟まれ、前記内部マニホールドをシールするガスケットとを備える、
    請求項１５に記載のセルスタック。
17. 共通の基準開口部を各々が定めている複数のセルと、隣同士のセルの間に挟まれた対応するガスケットとを含んでいる複数のスタックコンポーネントであって、各々のガスケットは、ガスケット開口部を定めており、前記複数のセルおよびガスケットは、前記共通の基準開口部と前記ガスケット開口部とによって通路が定められるように、積み重ねの構成にて互いに隣接して配置されている、複数のスタックコンポーネントを備え、
    前記通路内に配置された請求項１〜１１のいずれか一項に記載の位置合わせダボをさらに備える、
    請求項１５または１６に記載のセルスタック。

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