KR20210000751U - 연료 전지 스택 조립 장치 및 방법 - Google Patents

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해들리 로버트슨 엘런
발라드 앤드류
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Abstract

베이스 및 적층된 페라이트 연료 전지 유닛들을 연료 전지 스택 어셈블리로 정렬하기 위해 상기 베이스에 일반적으로 수직으로 연장하는 스택 정렬 피쳐(stack alignment feature)를 포함하고, 각각의 연료 전지 유닛은 상기 스택 정렬 피쳐와 형상이 상보적인 각각의 제1 정렬 피쳐를 포함하는 연료 전지 스택 어셈블리 장치. 다른 피쳐들은 상기 스택 정렬 피쳐를 향해 복수의 연료 전지 유닛들을 끌어 당기기 위해 상기 베이스에 일반적으로 수직으로 연장되는 자기 어버트먼트(abutment), 및 상기 스택 정렬 피쳐에 대해 적층된 페라이트 연료 전지 유닛들을 정렬하기 위해 상기 베이스에 일반적으로 수직으로 슬라이딩 가능한 정렬 슬라이더를 포함한다. 상기 조립 장치를 사용하는 방법은 각각의 제1 정렬 피쳐를 상기 스택 정렬 피쳐에 기댄 채로 상기 베이스 상에 연료 전지 유닛들을 서로 적층하고, 상기 자기 어버트먼트의 자력에 의해 동일한쪽으로 끌어 당기는 단계를 포함한다.

Description

연료 전지 스택 조립 장치 및 방법{FUEL CELL STACK ASSEMBLY APPARATUS AND METHOD}
본 발명은 연료 전지 스택 조립 장치 및 이를 이용한 연료 전지 스택 조립 방법에 관한 것이다.
연료 전지, 연료 전지 스택, 연료 전지 스택 어셈블리 및 열교환기 시스템, 장치 및 방법에 대한 가르침은 잘 알려져 있으며, 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 및 WO2016/083780을 포함한다.
SOFC(고체 산화물 연료 전지) 스택들을 설계할 때 기계적, 전기적 및 열적 설계에서 중대한 문제가 발생한다. 상기 스택들은 전기 연결, 가스 밀봉 및 조립, 이동 및 작동을 위한 구조적 무결성 유지를 위해 압축되어야 하고, 상당한 열 순환을 겪고 작동 수명 동안 무결성을 유지해야 하기 때문이다.
금속 지지 고체 산화물 연료 전지 스택 어셈블리는 일반적으로 금속 베이스 플레이트, 상기 베이스 플레이트 상에 장착된 하나 이상의 고체 산화물 연료 전지 스택, 금속 엔드 플레이트를 포함하고, 각각의 적어도 하나의 연료 전지 스택은 상기 베이스 플레이트와 상기 엔드 플레이트 사이에 장착되고, (각각의 적어도 하나의 연료 전지 스택)은 적어도 하나의 연료 전지 스택 층을 포함하고, 각각의 적어도 하나의 연료 전지 스택 층은 적어도 하나의 연료 전지 및 적어도 하나의 전기 절연 압축 개스킷을 포함한다. 개별 연료 전지 스택 층은 "연료 전지 유닛"이라고도 지칭될 수 있다.
종래 기술에서, 금속 지지 고체 산화물 연료 전지(SOFC) 스택 어셈블리의 그러한 고체 산화물 연료 전지 구성 요소들은, 베이스 플레이트로부터 이어지고 적어도 하나의 연료 전지 스택에 있는 가이드 구멍들을 통과하고 그들이 잠금 너트로 고정되는 엔드 플레이트를 통과하는 다수의 타이 바들(tie-bars)을 사용하여 압축 상태로 유지되는 경우가 많다.
타이 바들이 가이드 구멍들의 에지들(즉, 적어도 하나의 연료 전지 스택에서 가이드 구멍들을을 정의하는 금속 구성 요소의 에지)에 근접하기 때문에, 구성 요소가 증기, 반응 및 미반응 탄화수소 및 공기를 포함하는 혼합 대기에서 고온에서 팽창할 때 타이 바들과 스택 사이에 단락(short circuit) 위험이 있으므로 신중한 설계 고려가 필요하다.
연료 전지 스택 어셈블리의 제조 동안, 스택이 먼저 조립되는 동안 연료 전지들의 정렬을 달성하기 위해 적어도 하나의 연료 전지 스택의 가이드 구멍들을 통해 어셈블리 바들(타이 바들보다 큰 직경을 가짐)이 삽입된다. 그 다음, 어셈블리 바들이 제거되고 어셈블리 바들보다 직경이 작은 타이 바들로 교체된다. 그 다음, 엔드 플레이트가 적어도 하나의 연료 전지 스택의 상단에 추가되고, 압축 수단이 연료 전지 스택 어셈블리를 압축하는데 사용된다. 연료 전지 스택 어셈블리가 압축되면 잠금 너트가 추가된다. 그 다음, 압축 하중이 스택에서 제거되고, 스택 압축을 유지하기 위해 타이 바들이 남는다. 연료 전지 스택의 작동 온도 범위에 걸쳐 압축 하중을 유지하는 것은 필요한 압축 하중, 연료 전지 스택 층들의 개수, 즉 타이 바 길이 및 타이 바를 만드는 데 적합한 재료에 따라 어려울 수 있다. 스택 디자인에 따라 디자인이 다른 타이 바가 있어야 하는 것은 복잡성과 비용을 증가시킬 수 있다.
타이 바들은 또한 연료 전지 스택 어셈블리의 열 질량(thermal mass)을 증가시키고 그렇지 않으면 사용될 수 있는 연료 전지 유닛들의 공간을 차지한다.
예를 들어, 더 모듈화되고, 더 간단하고, 표준화되고/되거나 프로세스를 자동화함으로써, 연료 전지 스택 조립 프로세스를 개선하는 것도 매우 바람직하다.
EP1689015B1, JP2000048849A (JP19980217090), JP2006147232 (JP2004333056) JP2008059875A(JP20060234743), JP2008123760A (JP20060304394), JP2010113997A (JP20080286772), JP2012069333A (JP20100212139), US7794890B2, US8663865B2, 및 US8722275B2는 연료 전지 스택 조립 프로세스의 여러 측면들을 개시한다.
본 발명은 하나 이상의 공지된 단점들을 해결하고자 한다.
본 발명의 제1 측면에 따르면,
(i) 베이스;
(ii) 페라이트 연료 전지 유닛들을 연료 전지 스택 어셈블리로 정렬하기 위해 상기 베이스에 일반적으로 수직으로 연장되는 스택 정렬 피쳐(stack alignment feature) (각각의 연료 전지 유닛은 상기 스택 정렬 피쳐와 형상이 상보적인 각각의 제1 정렬 피쳐를 포함함); 및
(iii) 상기 스택 정렬 피쳐를 향해 연료 전지 유닛들을 끌어 당기기 위해 상기 베이스에 일반적으로 수직으로 연장되는 적어도 하나의 자기 어버트먼트(abutment)를 포함하는 연료 전지 스택 조립 장치가 제공된다.
사용 시, 연료 전지 스택 어셈블리(적어도 하나의 연료 전지 스택을 포함함)는 조립 장치에 형성(조립)되며, 연료 전지 유닛들의 제1 정렬 피쳐는 조립 장치의 상보적인 스택 정렬 피쳐와 정렬(예: 결합)된다.
상기 조립 장치 베이스는 예를 들어, 베이스 플레이트의 형태일 수 있다.
연료 전지 스택 어셈블리는 예를 들어, 연료 전지 스택 베이스 플레이트 및 연료 전지 스택 엔드 플레이트를 포함할 수 있다. 연료 전지 스택 베이스 플레이트 및 연료 전지 스택 엔드 플레이트 중 하나 또는 둘 모두를 위한 정렬 수단들이 제공될 수 있다. 특정 실시예들에서, 연료 전지 스택 베이스 플레이트 및 연료 전지 스택 엔드 플레이트 중 적어도 하나는 상기 스택 정렬 피쳐와 형상이 상보적인 정렬 피쳐를 포함한다. 다른 실시 예들에서, 연료 전지 스택 베이스 플레이트 및/또는 연료 전지 스택 엔드 플레이트를 위한 다른 정렬 수단들이 제공된다.
상기 스택 정렬 피쳐는 정렬 블록을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이것은 제1 정렬 부재 및 제2 정렬 부재를 포함한다. 스택 정렬 피쳐 제1 및 제2 정렬 부재 각각은 돌출부를 포함할 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 정렬 부재의 돌출부는 (각 연료 전지 유닛의) 제1 정렬 피쳐와 결합할 수 있다.
페라이트 연료 전지 유닛들은 페라이트 강과 같은 강자성 금속 또는 페라이트 스테인리스 강으로 제작될 수 있다. 본 발명은 금속 지지 고체 산화물 연료 전지 유닛과 같은 금속 지지 연료 전지 유닛에 적용될 수 있다.
적어도 하나의 자기 어버트먼트(abutment)는 적어도 두 개의 자기 어버트먼트 블록들을 포함할 수 있다. 각각의 자기 어버트먼트 블록은 제1 정렬 피쳐가 상보적인 스택 정렬 피쳐와 정렬(예: 결합)될 때 사용 중 페라이트 연료 전지 유닛들에 접하도록 위치되는 전방면을 정의할 수 있다.
연료 전지 스택 조립 장치는 상기 베이스에 부착된 백 플레이트를 추가로 포함할 수 있다. 적어도 하나의 자기 어버트먼트는 백 플레이트에 장착될 수 있다.
적어도 하나의 자기 어버트먼트는 복수의 연료 전지 유닛들에 자기 정렬력(magnetic alignment force)을 선택적으로 발휘하기 위해 활성화될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 자기어 버트먼트는 연료 전지 유닛들이 (적어도 하나의 자기 어버트먼트 쪽으로) 끌리는 제1 "온(on)" 상태, 및 적어도 하나의 자기 어버트먼트를 향한 연료 전지 유닛들의 감소된 인력이 있는 제2 "오프(off)" 상태 사이에서 전환될 수 있다.
특정 실시예들에서, 적어도 하나의 자기 어버트먼트는 위치 또는 방향을 변경함으로써 활성화 가능한 영구 자석이다. 다른 실시예들에서, 적어도 하나의 자기 어버트먼트는 전류의 작동에 의해 활성화될 수 있는 자석이며, 전자석, 전기 영구 자석 또는 다른 전환 가능한 영구 자석 장치로부터 선택적으로 선택된다.
특정 실시예들에서, 적어도 하나의 자기 어버트먼트는 일반적으로 연료 전지 스택 조립 장치의 상기 베이스에 수직으로 연장되는 세로 축(longitudinal axis) 을 중심으로 회전 가능한 회전 가능한 로드를 포함한다. 상기 로드의 (N-S) 자기 축은 일반적으로 회전 가능한 로드의 세로 축에 수직일 수 있다. 일 실시예에서, "온" 상태에서, 적어도 하나의 자기 어버트먼트의 (N-S) 자기 축은 일반적으로 연료 전지 유닛들의 세로 축 (즉, 상기 베이스의 세로 축)에 수직일 수 있다. "오프" 상태에서, 적어도 하나의 자기 어버트먼트의 (N-S) 자기 축은 일반적으로 연료 전지 유닛들의 세로 축 (즉, 베이스의 세로 축)에 평행할 수 있다.
다른 실시예에서, 전류가 전자석에 제공되어 "온" 상태로 전환될 수 있고, 전류가 꺼져 "오프" 상태로 전환될 수 있다.
다른 실시예들에서, 전기 영구 자석(EMP)과 같은 자석의 배열이 사용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 자기 베이스가 사용될 수 있다. 다른 실시예들에서, US7012495와 같은 전환 가능한 영구 자기 장치가 사용될 수 있다.
따라서, 사용 중 연료 전지 유닛들은 "온" 상태에 있을 때 적어도 하나의 자기 어버트먼트를 향해 끌릴 수 있다.
반대로, 적어도 하나의 자기 어버트먼트가 "오프" 상태에 있을 때, 적어도 하나의 자기 어버트먼트를 향한 연료 전지 유닛들의 인력이 감소된다.
따라서, 적어도 하나의 자기 어버트먼트가 영구 자석을 포함할 때, 자기 어버트먼트 블록들은
(i) 적어도 하나의 자기 어버트먼트의 (N-S) 자기 축이 일반적으로 연료 전지 스택 조립 장치의 베이스의 세로 축에 수직일 수 있는 제1 "온" 상태(제1 위치), 및
(ii) 적어도 하나의 자기 어버트먼트의 (N-S) 자기 축이 일반적으로 연료 전지 스택 어샘블리 장치의 베이스의 세로 축에 평행할 수 있는 제2 "오프" 상태(제2 위치) 사이에서 작동되거나 전환될 수 있다.
제1 및 제2 ("온" 및 "오프") 상태/위치 사이에서 전환할 수 있는 적어도 하나의 자기 어버트먼트는 연료 전지 유닛들과 전류 콜렉터들의 위치 결정을 지원하기 위해 조립 중에 "온" 위치(또는 상태)에 둘 수 있으며, 그들을 자체 및 스택 정렬 피쳐 쪽으로 끌어 당긴다. 연료 전지 유닛들의 정렬이 완료되면 적어도 하나의 자기 어버트먼트를 "오프" 위치 또는 상태로 전환하거나 둘 수 있다.
스택 정렬 피쳐는 암형 제1 정렬 피쳐와 결합하기 위한 수형 피쳐를 포함할 수 있다 (즉, 상보적인 제1 정렬 피쳐는 암형이다). 제1 정렬 피쳐는 노치 또는 홈의 형태이다.
특정 실시예들에서, 스택 정렬 피쳐는 추가적인 정렬을 위해 연료 전지 유닛들의 제1 정렬 피쳐 내에서 외측으로 이동하도록 구성된 확장 메커니즘 및/또는 회전 가능한 메커니즘을 포함할 수 있다. 따라서, 연료 전지 유닛들의 제1 정렬 피쳐와 스택 정렬 피쳐 사이의 맞춤(fit)은 특히 조립 로봇과 같은 자동화된 조립 장치에 의해 쉽고 빠르게 조립이 수행될 수 있도록 할 수 있다. 초기 조립이 수행되면 확장 메커니즘이 작동되어 연료 전지 유닛들의 제1 정렬 피쳐 내에서 확장되어 정렬이 향상된다.
특정 실시예들에서, 스택 정렬 피쳐는 베이스에 일반적으로 수직으로 연장되는 2개의 긴 부재들을 포함할 수 있으며, 이들 중 적어도 하나는 회전 가능하고/하거나 다른 것으로부터 멀어질 수 있다. 이것은 예를 들어 연료 전지 유닛들 또는 연료 전지 스택 어셈블리의 압축 동안 추가적인 정렬을 달성하는 데 사용될 수 있다.
예를 들어, 확장 메커니즘은 회전 가능한 부재, 예를 들어 회전 가능한 정렬 부재 또는 돌출부를 포함하는 확장 부재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 스택 정렬 피쳐가 제1 및 제2 정렬 부재를 포함하는 정렬 블록을 포함하는 경우, 제1 및 제2 정렬 부재 중 하나는 회전 가능할 수 있다.
특정 실시예들에서, 연료 전지 스택 조립 장치는 추가적인 정렬을 위해 연료 전지 유닛들에 대해 베이스에 일반적으로 수직인 슬라이딩 이동을 위해 장착된 정렬 슬라이더를 더 포함할 수 있다. 특히, 정렬 슬라이더는 스택 정렬 피쳐를 따라 슬라이딩 이동을 위해, 선택적으로 연료 전지 유닛들의 인접한 각각의 제1 정렬 피쳐들과 그것 사이에 정의된 갭에 장착될 수 있다.
따라서, 연료 전지 유닛들이 스택 정렬 피쳐와 정렬된 연료 전지 유닛들의 제1 정렬 피쳐가 스택 정렬 피쳐와 정렬된 채로 조립 장치 상에 배치된 후, 정렬 슬라이더를 사용하여 추가적인 정렬이 수행될 수 있다. 적어도 하나의 자기 어버트먼트가 연료 전지 유닛들을 끌어 당기는 상태에서, 스택 정렬 피쳐를 따라 정렬 슬라이더를 움직이면 연료 전지 유닛들이 스택 정렬 피쳐 및 자기 어버트먼트로부터 밀려날 수 있다. 그러나, 이러한 움직임은 자기 어버트먼트와 연료 전지 유닛들 사이의 인력에 의해 저항될 수 있으며, 연료 전지 유닛들의 움직임을 제한하고 결과적으로 연료 전지 유닛들의 정렬을 향상시킨다.
제1 및 제2 정렬 부재를 포함하는 실시예들에서, 정렬 슬라이더는 제1 및 제2 정렬 부재 사이, 예를 들어 제1 및 제2 정렬 부재의 돌출부들 사이에서 (예를 들어, 지지 브래킷을 따라) 슬라이딩 가능하게 움직일 수 있다. 채널은 제1 및 제2 정렬 부재 사이, 예를 들어, 이들의 돌출부들 사이에 정의될 수 있다. 정렬 슬라이더는 채널을 따라 움직일 수 있다. 정렬 슬라이더는 전방 돌출부, 예를 들어 사용시 연료 전지 유닛들의 제1 정렬 피쳐를 향해 스택 정렬 피쳐의 전방으로 연장되는 정렬면을 정의하는 전방 부재를 포함할 수 있다.
확장 메커니즘 (및/또는 회전 가능한 메커니즘)과 정렬 슬라이더를 모두 포함하는 실시예들에서, 확장 메커니즘 (및/또는 회전 가능한 메커니즘)은 정렬 슬라이더를 사용하기 전에 작동될 수 있다. 대안적으로, 그것은 정렬 슬라이더를 사용하여 추가적인 정렬 단계가 수행된 후에 작동될 수 있다.
특정 실시예들에서, 정렬 슬라이더는 확장 부재를 포함한다. 정렬 슬라이더는 회전 가능한 정렬 부재 또는 돌출부와 같은 회전 가능한 부재를 포함할 수 있다. 정렬 슬라이더는 사용시 연료 전지 유닛들의 제1 정렬 피쳐를 향해 스택 정렬 피쳐의 전방으로 연장되는 정렬면을 형성하는 제1 및 제2 전방 부재를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 전방 부재 중 하나는 회전할 수 있다.
따라서, 정렬 슬라이더 확장 부재는 연료 전지 유닛들의 제1 정렬 피쳐에 힘을 가하도록 작동되어 개별 연료 전지 유닛들의 정렬을 향상시킬 수 있다.
특정 실시예들에서, 연료 전지 스택 조립 장치는 추가적인 정렬을 위해 연료 전지 유닛들에 대해 베이스에 일반적으로 수직인 슬라이딩 이동을 위해 장착되고, 적어도 하나의 자기 어버트먼트의 자기력에 수직으로 작용하는 자기력을 발휘하도록 (예를 들어 복수의 연료 전지 유닛들의 대향 측면들에 대해) 선택적으로 장착되는 자기 슬라이더를 더 포함한다.
확장 메커니즘과 정렬 슬라이더 확장 부재는 높은(tall) 연료 전지 스택을 조립할 때 사용할 수 있습니다. 따라서, 이들 중 하나 또는 둘 모두는 적어도 50개, 적어도 75개 또는 적어도 100개의 연료 전지 유닛들을 포함하는 연료 전지 스택 어셈블리의 조립을 위해 치수가 결정된 조립 장치를 위해 제공될 수 있다.
정렬 슬라이더 또는 자기 슬라이더를 포함하는 실시예들에서, 정렬 슬라이더 및/또는 자기 슬라이더는 레일에 슬라이딩 가능하게 장착될 수 있고 상향 복귀력을 제공하는 스프링 메커니즘에 의해 지지될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예들에서, 가이드 부재는 연료 전지 유닛들의 위치 결정을 돕기 위해, 베이스 상에 제공되거나 베이스로부터 연장된다. 이것은 조립, 압축 및/또는 제거 중에 유용할 수 있다.
본 발명의 제2 측면은
(i) 베이스;
(ii) 페라이트 연료 전지 유닛들을 연료 전지 스택 어셈블리로 정렬하기 위해 상기 베이스에 일반적으로 수직으로 연장되는 스택 정렬 피쳐 (각각의 연료 전지 유닛은 스택 정렬 피쳐에 상보적인 각각의 제1 정렬 피쳐를 포함함); 및
(iii) 스택 정렬 피쳐에 대해 적층된 페라이트 연료 전지 유닛들을 정렬하기 위해 상기 베이스에 일반적으로 수직으로 슬라이딩 가능한 정렬 슬라이더를 포함하는 연료 전지 스택 조립 장치를 제공한다.
본 발명의 제3 측면은 본 발명의 제1 또는 제2 측면에 따른 연료 전지 스택 조립 장치를 이용한 연료 전지 스택 어셈블리의 제조 방법을 제공하며,
상기 방법은
(i) 연료 전지 유닛들 및 선택적 추가 구성 요소를 그들의 제1 정렬 피쳐들을 상기 스택 정렬 피쳐에 기대고 적어도 하나의 자기 어버트먼트의 자기력에 의해 스택 정렬 피쳐 쪽으로 끌어 당겨진 채로 베이스 상에 서로 적층하는 단계;
(ii) 선택적으로, 스택 정렬 피쳐가 확장 메커니즘 및/또는 회전 가능한 메커니즘을 포함하는 장치의 경우, 추가적인 정렬을 위해 확장 메커니즘 및/또는 회전 가능한 메커니즘을 연료 전지 유닛들의 제1 정렬 피쳐 내에서 바깥쪽으로 이동시킴으로써 추가 정렬 단계를 수행하는 단계
(iii) 선택적으로, 정렬 슬라이더 및/또는 자기 슬라이더를 더 포함하는 장치의 경우, 정렬 슬라이더 및/또는 자기 슬라이더를 추가적인 정렬을 위해 연료 전지 유닛들에 대해 슬라이딩시킴으로써 추가 정렬 단계를 수행하는 단계를 포함한다.
특정 실시예들에서, 상기 방법은
(a) 어셈블리 베이스 상에 (1) 제1 압축 부재, (2) 연료 전지 스택 베이스 플레이트, 및 (3) 연료 전지 유닛들을 차곡차곡 배치하는 단계,
각각의 연료 전지 유닛들의 제1 정렬 피쳐는 스택 정렬 피쳐와 정렬되고;
(b) 연료 전지 유닛들 상 (1) 연료 전지 스택 엔드 플레이트, 및 (2) 제2 압축 부재를 차곡차곡 배치하는 단계; 및
(c) 압축 수단을 사용하여 제1 압축 부재 및 제2 압축 부재를 통해 압축력을 가하는 단계(즉, 연료 전지 스택 베이스 플레이트, 연료 전지 유닛들 및 연료 전지 스택 엔드 플레이트에 압축 하중을 가하는 단계)를 포함한다.
스택 정렬 피쳐가 확장 메커니즘 및/또는 회전 가능한 메커니즘을 포함하는 실시예들에서, 추가 정렬 단계는 (c) 단계 전에 수행될 수 있다. 특정 실시예들에서, (a) 단계 및 (b) 단계 사이에 수행된다.
유사하게, 상기 장치가 정렬 슬라이더 및/또는 자기 슬라이더를 더 포함하는 실시예들에서, 추가 정렬 단계는 (c) 단계 전에 수행될 수 있다. 특정 실시 예에서, (a) 단계 및 (b) 단계 사이에 수행된다.
조립 장치가 정렬 슬라이더 (또는 자기 슬라이더)를 포함하는 특정 실시예들에서, 그것은 제1 압축 부재, 연료 전지 스택 베이스 플레이트 및 연료 전지 유닛들 위의 제1 위치로부터 연료 전지 유닛들에 인접하고 접촉하는 제2 위치로 슬라이딩된다.
특정 실시예들에서, 적어도 하나의 자기 어버트먼트는 활성화 가능하고 자기 정렬력은 조립 단계 및 후속의 압축 단계 동안 선택적으로 가해지지만 최종 제거 단계 동안에는 가해지지 않는다.
적어도 하나의 자기 어버트먼트는 연료 전지 유닛들이 적어도 하나의 자기 어버트먼트 쪽으로 끌리는 제1 "온" 상태와 적어도 하나의 자기 어버트먼트를 향한 연료 전지 유닛들의 감소된 인력이 있는 제2 "오프" 상태 사이에서 전환하도록 작동 가능할 수 있다.
특정 실시예들에서, (a) 단계 전에, 적어도 하나의 자기 어버트먼트가 제1 "온" 상태로 작동되거나 전환된다. (a) 단계는 제1 "on" 상태의 적어도 하나의 자기 어버트먼트로 수행될 수 있다. (c) 단계 후에, 적어도 하나의 자기 어버트먼트가 제2 "오프" 상태로 작동되거나 전환될 수 있다.
(a) 단계는 다양한 구성 요소들을 차곡차곡 배치하고 스택 정렬 피쳐를 사용하여 정렬하는 것을 포함할 수 있다.
압축 수단들은 제1 압축 부재와 제2 압축 부재 사이 상에, 제1 압축 부재와 제2 압축 부재에 또는 제1 압축 부재와 제2 압축 부재 사이에 부착될 수 있고, 압축 수단들을 사용하여 압축력이 가해진다. 특정 실시예들에서, 압축 수단들은 제1 압축 부재와 제2 압축 부재 사이에 부착된 나사형 로드들을 포함하며, 고정 너트를 조임으로써 압축력이 가해진다. 원하는 압축력이 가해지도록 고정 너트를 조일 수 있다. 적어도 하나의 나사형 로드가 제1 압축 부재의 제1 단부에 부착될 수 있고, 제2 압축 부재를 통과할 수 있고, 고정 너트가 나사형 로드의 제2 단부에 부착되고 조여 져서 제1 압축 부재 및 제2 압축 부재 사이에 압축력을 가한다.
다른 실시예들에서, 압축 수단은 압축 장치 및 고정 수단들을 포함하고, 압축 장치는 원하는 압축(즉, 제1 및 제2 압축 부재를 통해 원하는 압축력을 발휘)을 수행하는 데 사용되며, 고정 수단들은 압축 장치의 제거 시, 제1 압축 부재 및 제2 압축 부재를 통해 가해진 압축력이 고정 수단들의 인장력을 통해 유지되도록 구성된다.
따라서, 특정 실시예들에서 (c) 단계는
(i) 압축 장치를 사용하여 제1 압축 부재 및 제2 압축 부재를 통해 압축력을 가하는 단계; 및
(ii) 제1 압축 부재와 제2 압축 부재 상에, 제1 압축 부재와 제2 압축 부재에, 또는 제1 압축 부재와 제2 압축 부재 사이에 고정 수단들을 부착하는 단계(고정 수단들은 압축 장치를 제거할 때 제1 압축 부재 및 제2 압축 부재를 통해 가해지는 압축력이 고정 수단들의 인장력을 통해 유지되도록 구성됨)를 포함한다.
압축 장치 및 고정 수단들이 사용되는 경우, (c) 단계는 (iii) 압축 장치를 제거하는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다.
따라서, 압축 하중이 연료 전지 유닛들에 가해질 수 있다.
따라서, 최종 제품은 제1 및 제2 압축 부재 사이에 유지된 연료 전지 스택 어셈블리일 수 있다. 이러한 상태에서는 보관, 이동, 또는 추가적 압축 및 연료 전지 스택을 포함하기 위해 연료 전지 스택 베이스 플레이트 및 연료 전지 스택 엔드 플레이트에 스커트 또는 스커트 부재들을 부착하는 것과 같은 추가 제조 단계에 적합하다. 스커트의 인장력을 통해 제1 압축 부재 및 제2 압축 부재를 통해 적용된 압축력이 유지된다. 이러한 단계에서, 고정 수단들과 제1 및 제2 압축 부재가 제거될 수 있다.
연료 전지 스택 어셈블리는 적어도 2개의 전류 콜렉터들, 예를 들어, 음의(negative) 동력 인출 플레이트와 양의(positive) 동력 인출 플레이트를 추가로 포함할 수 있다. 따라서, (a) 단계에서 전류 콜렉터는 연료 전지 스택 베이스 플레이트와 연료 전지 유닛들 사이에 정렬될 수 있고, 전류 콜렉터는 연료 전지 유닛들과 연료 전지 스택 엔드 플레이트 사이에 정렬될 수 있다.
연료 전지 스택 베이스 플레이트 및 연료 전지 스택 엔드 플레이트 중 적어도 하나는 제1 정렬 피쳐를 포함할 수 있다.
스택 정렬 피쳐는 연료 전지 스택 엔드 플레이트 또는 제2 압축 부재에 의해 접촉될 수 있다. 따라서, 정렬 슬라이더 또는 자기 슬라이더를 포함하는 실시예들에서, 정렬 슬라이더 또는 자기 슬라이더의 이동은 연료 전지 스택 엔드 플레이트 및 제2 압축 부재를 정렬 부재의 상단에 배치하고 이들을 연료 전지 유닛들을 향해 아래로 이동시킴으로써 수행될 수 있다. 연료 전지 스택 엔드 플레이트 및 제2 압축 부재의 하향 이동은 이어서 연료 전지 유닛들 상에서 차곡차곡 배치되도록 계속될 수 있다. 그런 다음 압축력이 가해질 수 있다.
이제 본 발명의 실시예들을 상세히 참조할 것이며, 그 중 하나 이상의 예가 아래에 설명된다. 각 예는 본 발명을 제한하는 것이 아니라 본 발명을 설명하기 위해 제공된다.
도 1은 정렬 장치의 사시도이다.
도 2는 압축 베이스 플레이트를 갖는 도 1의 정렬 장치의 사시도이다.
도 3은 연료 전지 스택 베이스 플레이트를 갖는 도 2의 정렬 장치의 사시도이다.
도 4는 연료 전지 스택 및 연료 전지 스택 엔드 플레이트를 갖는 도 3의 정렬 장치의 사시도이다.
도 5는 연료 전지 스택 엔드 플레이트 및 압축 수단들을 갖는 도 4의 정렬 장치의 사시도이다.
도 6은 L 자형 측면 플레이트가 부착된 압축 베이스 플레이트의 사시도.
도 7은 제2 정렬 장치의 사시도이다.
도 8은 압축 베이스 플레이트 및 연료 전지 스택 베이스 플레이트를 갖는 도 7의 정렬 장치의 사시도이다.
도 9는 도 8의 정렬 장치의 평면도이다.
도 10은 연료 전지 유닛을 갖는 도 9의 정렬 장치의 평면도이다.
도 11은 도 10의 정렬 장치의 사시도이다.
도 12는 도 10의 정렬 장치의 측면도이다.
도 13은 도 9의 정렬 장치의 일부의 사시도이다.
도 14는 도 13의 부분 절개도이다.
도 15는 도 13의 부분 절개도 및 확장 부재(푸싱 요소)의 작동을 나타낸 것이다.
도 16은 도 7의 사시도 및 확장 부재(회전 게이트)의 작동을 나타낸 것이다.
청구항들의 범위를 벗어나지 않고 본 발명에서 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 측면은 명세서의 나머지 부분에 개시되어 있다. 다음은 예시적인 실시예에 대한 설명일 뿐이며 본 발명의 더 넓은 측면들을 제한하려는 의도는 아니다.
실시예 1
도 1은 백 플레이트(31), 베이스 플레이트(32), 및 베이스 플레이트(32)에 대해 실질적으로 수직으로 백 플레이트(31)를 유지하기 위해 백 플레이트(31) 및 베이스 플레이트(32) 모두에 부착된 지지 브래킷(33)을 포함하는 어셈블리 지그(30)를 도시한다. 가이드 레일들(36a, 36b, 36c)은 백 플레이트(31) 상에 배치되고, 각각의 가이드 레일(36a, 36b, 36c)은 각각의 가이드 레일(36a, 36b, 36c)을 따라 이동하기 위해 슬라이딩 가능하게 장착된, 대응하는 레일 캐리지(37a, 37b, 37c)를 가진다. 가이드 레일(36c)은 실질적으로 수직으로 위치되고 백 플레이트(31)의 중심에 부착되고, 가이드 레일들(36a, 36b)은 실질적으로 수직으로 위치되고 가이드 레일(36c)과 백 플레이트(31)의 에지들 사이의 측면 에지를 향해 백 플레이트(31)에 부착된다. 자기 슬라이더들(45a, 45b)는 각각의 레일 캐리지(37a, 37b)에 부착되고, 자석들(47a, 47b)은 각각의 자기 슬라이더(45a, 45b)에 부착된다. 정렬 슬라이더(35)가 레일 캐리지(37c)에 부착되고, 차례로 가이드 레일(36c)을 따라 이동하기 위해 슬라이딩 가능하게 장착된다. 행거 브래킷들(38a, 38b, 38c)은 상단 에지에서 가이드 레일 (36a, 36b, 36c)에 부착된다. 연장 스프링(39a, 39b)은 각각의 행거 브래킷(38a, 38b)의 상단 에지와 각각의 자기 슬라이더(45a, 45b) 사이에 부착된다. 연장 스프링(39c)은 행거 브래킷(38c)의 상단 에지와 정렬 슬라이더(35) 사이에 부착된다.
연장 스프링들(39a, 39b, 39c)의 장력은 자기 슬라이더들(45a, 45b) 및 정렬 슬라이더(35)가 하향 힘이 가해질 때까지 가이드 레일들(36a, 36b, 36c)의 상부를 향해 유지되는 것을 보장한다.
정렬 블록(34)은 백 플레이트(31)에 부착되고 가이드 레일(36c) 위에 위치되며, 제1 및 제2 정렬 부재(34a, 34b)를 포함한다. 제1 및 제2 정렬 부재(34a, 34b)는 각각의 돌출부(50a, 50b)를 포함한다. 각 돌출부(50a, 50b)는 전방면(67), 외부면(68) 및 내부면(68a)을 갖는다. 채널(51)은 돌출부들(50a, 50b)의 내부면들(68a) 사이의 거리에 의해 정의된다.
정렬 슬라이더(35)는 채널(51)을 통해 연장되는 형상이며, 채널(51)의 폭보다 더 크고 연료 전지 유닛들의 노치들(1a)의 폭(도 11에 도시된 바와 같이) 및 전류 콜렉터들(75a, 75b)의 노치들(아래 도 4 참조)의 폭에 대응되는 폭을 가진 전방을 향하는 정렬면(66)을 가진다.
자기 어버트먼트 블록들(43a, 43b)은 백 플레이트(31)에 부착되고 정렬 블록(34)과 각각의 가이드 레일(36a, 36b) 사이에 배치된다. 각각의 자기 어버트먼트 블록(43a, 43b)은 전방 어버트먼트 표면(81a, 81b) 및 자기 로드(magnetic rod)(42a, 42b)를 포함한다. 각각의 자기 로드(42a, 42b)는 실질적으로 수직으로 유지되고 각각의 링크(41a, 41b)의 이동에 의해 축 방향으로 회전 가능하다. 각각의 링크(41a, 41b)는 각각의 자기 로드(42a, 42b)의 상부에 부착되고 백 플레이트(31)의 슬롯(44)을 통해 후방으로 연장된다. 백 플레이트(31)의 후방에서, 레버(lever)(40)가 링크(41a, 41b)에 부착되고 자기 로드(42a, 42b)를 회전시키도록 이동될 수 있다.
각각의 자기 어버트먼트 블록(43a, 43b)은 자기 어버트먼트 블록(43a, 43b)의 바닥 에지에서 리세스(52a, 52b)를 정의하도록 형성된 단차 부분을 포함한다. 상기 리세스의 전방 어버트먼트 표면(82a, 82b)은 자기 어버트먼트 블록(43a, 43b)의 전방 어버트먼트 표면(81a, 81b)보다 더 뒤쪽에 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 금속-지지 고체 산화물 연료 전지 스택 어셈블리(100)는 금속 연료 전지 스택 베이스 플레이트(73), 금속 엔드 플레이트(79) 및 연료 전지 스택 베이스 플레이트(73)와 연료 전지 엔드 플레이트(79) 사이에 배치된 연료 전지 스택(80)을 포함한다. Thermiculite® 절연 개스킷들(77)은 연료 전지 스택(80)과 연료 전지 스택 베이스 플레이트(73)(도 9) 사이 및 연료 전지 스택(80)과 연료 전지 스택 엔드 플레이트(79) 사이에 존재한다. 연료 전지 스택(80)은 적어도 2개의 연료 전지 유닛들(1)을 포함한다. 절연 개스킷들은 연료 전지 유닛들(1) 사이, 특히 연료 전지 유닛(1)의 각 코너에 위치한 연료 입구/출구 포트 주위에 배치된다.
금속-지지 고체 산화물 연료 전지 스택 어셈블리(100)는 어셈블리 지그(30)를 사용하여 조립된다. 제1 단계(도 2)에서, 압축 베이스 플레이트(70)는 어셈블리 지그 베이스 플레이트(32) 상에 배치되고 자기 어버트먼트 블록들(43a, 43b)의 리세스들(52a, 52b)에 접하도록 위치된다. 압축 베이스 플레이트(70)는 상부 표면(70b)의 둘레 주위로 연장되는 림(rim)(70a) 및 4개의 암나사형 돌출부들(70c)를 가지며, 이들 각각은 어셈블리 바(72)를 수용하기 위한 어셈블리 바 구멍(71)을 정의한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 연료 전지 스택 베이스 플레이트(73)(페라이트계 스테인리스 강으로 제작됨)는 정확한 상대 위치를 보장하기 위해 림(70a)과 결합하면서 압축 베이스 플레이트(70)의 상부 표면(70b) 상에 배치된다. 연료 전지 스택 베이스 플레이트(73)의 컷-아웃(74)(노치를 정의함)는 정렬 블록(34)의 제1 및 제2 정렬 부재들(34a, 34b)과 정렬된다. 이것은 연료 전지 스택 베이스 플레이트(73)의 초기 정렬 (및 따라서 압축 베이스 플레이트(70)의 초기 정렬)을 달성한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 열 및 전기 절연을 제공하기 위해 Thermiculite® 개스킷 층(77) (전기 절연 압축 개스킷)이 연료 전지 스택 베이스 플레이트(73)의 상부에 배치된다. 그 다음, 전류 콜렉터(75a)(음의 동력 인출 플레이트, 페라이트계 스테인리스 강으로 제작됨)가 상단에 배치된다. 전류 콜렉터(75a)는 제1 및 제2 정렬 부재(34a, 34b)와 정렬되는 노치(미도시)를 포함한다.
정렬을 추가로 돕기 위해, 전류 콜렉터(75a)는 자기 어버트먼트 블록들(43a, 43b)에 접하고 (그리고 그에 끌려) 제자리에 유지된다. 이 단계에서, 링크들(41a, 41b)이 자기 로드들(42a, 42b)를 자기 로드들(42a, 42b)의 (N-S) 자기 축이 일반적으로 연료 전지 스택 베이스 플레이트(73)의 세로 축에 수직인 "온" 위치로 향하도록 레버(40)가 위치된다. 즉, 전류 콜렉터(75a)는 자기 어버트먼트 블록들(43a, 43b)을 향해 끌려 간다.
그 다음, 첫번째 연료 전지 유닛(1)이 전류 콜렉터(75a)의 상부에 배치된다. 연료 전지 유닛(1)은 조립식(prefabricated) 고체 산화물 연료 전지 유닛이며, (순서대로) 금속 기판, 금속 스페이서 및 금속 상호 연결 플레이트(이들 모두는 페라이트계 스테인리스 강으로 제조됨)을 포함한다. 상기 금속 기판의 외부 표면에는 연료 전지가 배치된다.
연료 전지 유닛(1)은 정렬 블록(34)의 제1 및 제2 정렬 부재(34a, 34b)와 정합(정렬)되는 노치(1a) (도 11)를 갖는다. 연료 전지 유닛(1)의 세로 외측 에지(1b)는 자기 어버트먼트 블록(43a, 43b)에 접하고 (그리고 이에 끌려) 제자리에 유지된다. 그런 다음 Thermiculite® 개스킷들을 첫번째 연료 전지 유닛의 상단(즉, 금속 상호 연결 플레이트 레이어의 상단)에 배치한다. 그 다음, 두번째 연료 전지 유닛(1)이 그 상부에 배치되고 첫번째 연료 전지 유닛(1)과 동일한 방식으로 배치되고, 그 상부에 Thermiculite® 개스킷이 배치된다. 그 후, 연료 전지 스택(80)에서 원하는 층수의 연료 전지 유닛들(1)을 제공하기 위해 상기 프로세스가 적절하게 반복된다. 그 다음, 전류 콜렉터(75b) (양의 동력 인출 플레이트; 페라이트계 스테인리스 강으로 제작됨)이 그 위에 놓인다. 전류 콜렉터(75b)는 제1 및 제2 정렬 부재(34a, 34b)와 정렬되는 노치들(미도시)를 포함한다. 열 및 전기 절연을 제공하기 위해 Thermiculite® 개스킷 층(77)(전기 절연 압축 개스킷)이 전류 콜렉터(75b)의 상부에 배치된다. 이 단계에서 연료 전지 스택(80)이 형성된다. 연료 전지 스택(80) (개스킷 층(77) 및 전류 콜렉터(75b)을 포함)의 총 높이는 정렬 블록(34) 및 자기 크래들(43a, 43b)의 높이보다 더 크다. 즉, 그것은 정렬 블록(34) 및 자기 크래들(43a, 43b)의 상단 위로 연장된다.
연료 전지 스택(80)에서 구성 요소의 정렬을 더욱 향상시키기 위해, 부분 압축 및 정렬 단계가 수행된다(도 5). 연료 전지 스택 엔드 플레이트(79)(페라이트계 스테인리스 강으로 제작됨)는 Thermiculite® 개스킷 층(77) 위에 배치된다. 연료 전지 스택 엔드 플레이트(79)는 제1 및 제2 정렬 부재(34a, 34b)의 돌출부들(50a, 50b) 및 정렬 슬라이더(35)에 상보적인 노치부를 포함하지 않는다. 대신에, 이런 부분 압축 및 정렬 단계에서, 연료 전지 스택 엔드 플레이트(79)는 정렬 슬라이더(35) 및 자기 슬라이더(45a, 45b)의 상단에 배치된다. 압축 엔드 플레이트(69)는 연료 전지 스택 엔드 플레이트(79)의 상단에 배치된다. 나사형 어셈블리 바(72)는 압축 엔드 플레이트(69)의 오리피스(69a)를 통과하고 압축 베이스 플레이트(70)의 암나사형 돌출부들(70c)에 나사 결합된다. 그 다음, 압축 너트들(69b)은 압축 엔드 플레이트(69)의 상부 표면에 접하도록 나사형 어셈블리 바들(72) 상에 나사 결합된다. 압축 너트들(69b)을 더 조임으로써, 압축 베이스 플레이트(70)와 압축 엔드 플레이트(69) 사이에 압축력이 가해진다. 압축 너트들(69b)은 압축 엔드 플레이트(69)를 제자리에 유지하고, 즉 압축 베이스 플레이트(70)와 압축 엔드 플레이트(69) 사이에 가해지는 압축력을 유지한다. 압축 너트들(69b)은 아래로 조여지고 그 결과, 압축 엔드 플레이트(69), 연료 전지 스택 엔드 플레이트(79), 정렬 슬라이더(35) 및 자기 슬라이더(45a, 45b)가 함께 압축되고, 정렬 슬라이더(35)는 채널(51)을 따라 아래로 슬라이딩한다. 정렬 슬라이더(35)의 전방을 향하는 정렬면(66)은 연료 전지 유닛(1)과 접촉하고 그들을 어셈블리 지그 백 플레이트(31)로부터 멀리, 즉 자기 어버트먼트 블록(43a, 43b)으로부터 멀리 밀어 낸다. 연료 전지 유닛(1)을 자기 어버트먼트 블록(43a, 43b)을 향해 당기는 자기력과 그 움직임을 제한하는 정렬면(66) 사이의 결과적인 장력은 연료 전지 스택(80)의 연료 전지 유닛들(1)의 향상된 정렬을 초래한다. 자기 슬라이더들(45a, 45b)은 금속 부품들(특히, 연료 전지 유닛들(1))을 그들의 측면들(즉, 일반적으로 연료 전지 스택 베이스 플레이트(73)의 세로 축에 평행한)에서 끌어 당겨서 정렬 슬라이더(35)가 접촉하고 그들을 이동시킴에 따라 개별 연료 전지 유닛들(1)이 위치에서 벗어나게 되는 위험을 줄이는 역할을 한다.
따라서, 연료 전지 유닛들(1) 및 전류 콜렉터들(75a, 75b)이 정렬 슬라이더(35)의 정렬면(66)에 대해 정렬되는 부분적으로 압축된 상태가 달성된다. 고체 산화물 연료 전지 스택 어셈블리(100) (및 그 내부의 연료 전지 스택(80))는 이제 정렬되고 부분적으로 압축된 상태에 있고 압축 베이스 플레이트(70)와 압축 엔드 플레이트(69) 사이에 유지된다. 링크들(41a, 41b)이 자기 로드들(42a, 42b)의 (북-남) 자기 축이 일반적으로 연료 전지 스택 베이스 플레이트(73)의 세로 축에 평행한 "오프" 위치로, 자기 어버트먼트 블록들(43a, 43b)에 대한 전류 콜렉터(75a), 연료 전지 유닛들(1) 및 전류 콜렉터(75b)의 인력을 감소시키는 위치로 자기 로드들(42a, 42b)을 향하게 하도록 레버(40)가 위치된다. 자기 인력이 감소함에 따라, 고체 산화물 연료 전지 스택 어셈블리 (및 압축 베이스 플레이트(70) 및 압축 엔드 플레이트(69))가 어셈블리 지그(30)로부터 제거될 수 있다.
실시예 2
이 실시예는 측면 플레이트들(200, 201)이 압축 베이스 플레이트(70)의 측면에 부착된다는 점을 제외하고는 본질적으로 실시예 1과 동일하다(도 6). 이 실시예에서, L 자형 측면 플레이트들(200, 201)은 다양한 구성 요소를 정렬 구성 요소(정렬 블록(34) 등)를 향해 안내함으로써 어셈블리 프로세스를 보조하는 역할을 할 수 있다. 측면 플레이트들(200, 201)는 또한 예를 들어, 압축이 일어나기 전에 오퍼레이터에 의해 연료 전지 스택 어셈블리(100)의 구성 부품들이 제 위치에서 떨어져 나갈 위험을 감소시킴으로써 조립을 돕는다. 측면 플레이트들(200, 201)은 또한 예를 들어, 어셈블리 지그(30)로부터 분리되었을 때, 예를 들어, 이동 또는 보관 중에 연료 전지 스택 어셈블리(100)에 대한 우발적 손상의 위험을 감소시킨다.
실시예 3
이 실시예는 제2 정렬 부재(34b)에 대한 수정에 의해 정렬이 더욱 강화된다는 점을 제외하고는 본질적으로 실시예 1과 동일하다. 이 실시예에서, 제2 정렬 부재(34b)는 제1 및 제2지지 부재(58a, 58b), 및 그 사이에 장착되는 회전 가능한 게이트 부재(58)를 포함한다. 회전 가능한 게이트 부재(58)는 일반적으로 L 자형 단면을 가지며 제1 및 제2지지 부재(58a, 58b) 사이에 정의된 축을 중심으로 회전 가능하다(도 7). 회전 가능한 게이트 부재(58)는 실시예 1의 돌출부(50b)에 대응하는 돌출부(58c)를 포함한다. 조정 너트(60 (도 9)는 어셈블리 지그 백 플레이트(31)를 통해 연장되고 회전 가능한 게이트 부재(58)를 작동시키기 위해 회전 가능한 게이트 부재(58)와 맞물린다. 이러한 방식으로, 조정 너트(60)의 회전은 회전 가능한 게이트 부재(58)에 힘을 가하여 회전하게 하는데, 즉 제1 정렬 부재(34a)로부터 멀어지게 확장시킨다.
연료 전지 스택 어셈블리(100)를 형성하는 과정에서, 부분 압축 및 정렬 단계가 수행되기 전에, 회전 가능한 게이트 부재(58)가 회전하게 하고, 돌출부(58c)를 돌출부(50a)로부터 멀리 이동시키고(즉, 제2 정렬 부재(34b)를 제1 정렬 부재(34a)로부터 멀어지게 확장시키고), 연료 전지 유닛들의 노치들(1a)와 전류 콜렉터들(75a, 75b)의 노치들의 측면에 힘을 가하도록 조절 너트(60)가 회전되고, 따라서 정렬이 향상된다. 그 후, 조립은 본질적으로 실시예 1에서와 같이 계속된다.
실시예 4
이 실시예는 정렬 슬라이더(35)에 대한 수정으로 인해 정렬이 더욱 강화된다는 점을 제외하고는 본질적으로 실시예 1과 동일하다. 이 실시예에서, 정렬 슬라이더(35)는 레일 캐리지(37c)에 부착되고 정렬면(66)의 제1 부분(66a)을 정의하는 제1 부재(35a)를 포함한다(도 13-15). 나사형 로드(62)는 제1 부재(35a)를 통과하고, 나사형 로드(62)에 푸싱 요소(62a)가 장착된다. 나사형 로드(62)는 정렬 슬라이더(35)의 상부에서 돌출되어 푸싱 요소(62a)가 회전될 수 있게 한다. 정렬 슬라이더(35)는 또한 회전 가능한 정렬 슬라이더(57) 형태의 확장 부재를 포함한다. 회전 가능한 정렬 슬라이더(57)는 제1 부재(35a) 상에 회전 가능하게 장착되고 나사형 로드(62)의 축에 일반적으로 평행한 축을 중심으로 회전 가능하다. 회전 가능한 정렬 슬라이더(57)는 제1 부분 (66a)에 인접한 정렬면(66)의 제2 부분(66b)을 정의한다. 따라서 나사형 로드(62)의 회전은 푸싱 요소(62a)를 회전시키고, 이는 차례로 회전 가능한 정렬 슬라이더(57)와 접촉하고 밀어내어 정렬면(66)의 제2 부분(66b)이 제1 부분(66a)으로부터 멀어지게 회전하게 한다.
연료 전지 스택 어셈블리(100)를 형성하는 과정에서, 부분 압축 및 정렬 단계 동안 (특히, 부분 압축 상태가 달성될 때 부분 압축 및 정렬 단계의 끝에서), 나사형 로드(62)가 회전되어, 정렬면(66)의 제2 부분(66b)이 제1 부분(66a)으로부터 멀어지게 회전하고 (즉, 정렬 슬라이더(35)가 확장되게 하고), 연료 전치 유닛들의 노치들(1a) 및 전류 콜렉터들(75a, 75b)의 노치들의 측면에 힘을 가한다. 따라서, 추가적인 정렬이 이루어진다.
연료 전지 스택 어셈블리(100)의 높이가 증가함에 따라, 특히 연료 전지 스택 어셈블리(100) 내의 연료 전지 스택(80)의 높이가 증가함에 따라 (즉, 많은 수의 연료 전지 유닛들(1)을 갖는 연료 전지 스택(80)) 정렬의 정확도는 더욱 중요해진다. 이 실시예는 이러한 "높은(tall)" 연료 전지 스택 어셈블리(100)의 조립에 특히 유용하다.
실시예 5
이 실시예에서, 실시예 1, 3 및 4의 특징들이 결합된다.
실시예 6
이 실시예에서, 실시예 1, 2, 3 및 4의 특징들이 결합된다.
실시예 7
이 실시예는 본질적으로 실시예 3과 동일하지만, 레버(40) 및 링크들(41a 및 41b)은 자기 로드들(42a 및 42b)을 회전시키는 데 사용되는 인디케이터(53)로 대체된다.
실시예 8
이 실시예는 본질적으로 실시예 4와 동일하지만, 레버(40) 및 링크들(41a 및 41b)은 자기 로드들(42a 및 42b)을 회전시키는 데 사용되는 인디케이터(53)로 대체된다.
추가의 실시예들은 첨부된 청구항의 범위를 벗어나지 않고 당업자에게 쉽게 명백할 것이다. 참조 부호들은 이해를 돕기 위해서만 청구 범위에 포함되며 청구 범위를 제한하지 않는다.

Claims (14)

  1. (i) 베이스;
    (ii) 적층된 페라이트 연료 전지 유닛들을 연료 전지 스택 어셈블리로 정렬하기 위해 상기 베이스에 일반적으로 수직으로 연장되는 스택 정렬 피쳐(stack alignment feature), 각각의 연료 전지 유닛은 상기 스택 정렬 피쳐와 형상이 상보적인 각각의 제1 정렬 피쳐를 포함함; 및
    (iii) 상기 스택 정렬 피쳐를 향해 연료 전지 유닛들을 끌어 당기기 위해 상기 베이스에 일반적으로 수직으로 연장되는 적어도 하나의 자기 어버트먼트(abutment);를 포함하고,
    상기 스택 정렬 피쳐는 노치 또는 리세스 형태의 연료 전지 유닛들의 암형(female shaped) 제1 정렬 피쳐와 맞물리도록 구성된 수형(male) 피쳐를 포함하는, 연료 전지 스택 조립 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 자기 어버트먼트는 연료 전지 유닛들에 자기 정렬력을 선택적으로 가하기 위해 활성화되는 연료 전지 스택 조립 장치.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 자기 어버트먼트는 위치 또는 방향을 변경함으로써 활성화 가능한 영구 자석인 연료 전지 스택 조립 장치.
  4. 제1 항 또는 제2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 자기 어버트먼트는 전자석, 전자 영구 자석 또는 전환 가능한 영구 자석 장치를 포함하는 연료 전지 스택 조립 장치.
  5. 제1 항 또는 제2 항에 있어서, 상기 스택 정렬 피쳐는 추가적인 정렬을 위해 연료 전지 유닛들의 제 1 정렬 피쳐 내에서 외측으로 이동하도록 구성된 확장 메커니즘 및/또는 회전 가능한 메커니즘을 포함하는 연료 전지 스택 조립 장치.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 스택 정렬 피쳐는 상기 베이스에 일반적으로 수직으로 연장되는 2개의 긴 부재들을 포함하고, 이들 중 적어도 하나는 회전 가능하고/하거나 다른 하나로부터 멀어질 수 있는 연료 전지 스택 조립 장치.
  7. 제1 항 또는 제2 항에 있어서, 추가적인 정렬을 위해 연료 전지 유닛들에 대해 상기 베이스에 일반적으로 수직인 슬라이딩 이동을 위해 장착된 정렬 슬라이더를 더 포함하는 연료 전지 스택 조립 장치.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 정렬 슬라이더는 상기 스택 정렬 피쳐를 따라 슬라이딩 이동하도록 장착되는 연료 전지 스택 조립 장치.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 정렬 슬라이더는 상기 스택 정렬 피쳐와 연료 전지 유닛들의 스택의 인접한 제1 정렬 피쳐들 사이에 정의된 갭에서 슬라이딩 이동을 위해 장착되는 연료 전지 스택 조립 장치.
  10. 제7 항에 있어서, 상기 정렬 슬라이더는 레일 상에 활주 가능하게 장착되고 상향 복귀력을 제공하는 스프링 메커니즘에 의해 지지되는 연료 전지 스택 조립 장치.
  11. 제1 항 또는 제2 항에 있어서, 추가적인 정렬을 위해 연료 전지 유닛들에 대해 상기 베이스에 일반적으로 수직인 슬라이딩 이동을 위해 장착된 자기 슬라이더를 추가로 포함하는 연료 전지 스택 조립 장치.
  12. 제11 항에 있어서, 상기 자기 슬라이더는 상기 적어도 하나의 자기 어버트먼트의 자기력에 수직으로 작용하는 자기력을 발휘하도록 장착되는 연료 전지 스택 조립 장치.
  13. 제11 항에 있어서, 상기 자기 슬라이더는 레일에 슬라이딩 가능하게 장착되고 상향 복귀력을 제공하는 스프링 메커니즘에 의해 지지되는 연료 전지 스택 조립 장치.
  14. 제1 항 또는 제2 항에 있어서, 연료 전지 유닛들을 위치시키는 것을 돕기 위해 가이드 부재가 상기 베이스 상에 제공되거나 그로부터 멀리 연장되는 연료 전지 스택 조립 장치.

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