(57)【要約】  位置合せシステム、および燃料電池スタックを組み立てる方法。燃料電池スタックの構成部品は、内部位置合せ機構を有し、組立て中、所定の方向に位置合わせされている。システムおよび方法は、組立て中に各構成部品へのアクセスを良くしながら、燃料電池スタックを高い許容範囲レベル内で組み立てることを可能にする。加えて、システムおよび方法は燃料電池スタックに追加の剛性を提供することができる。
2008512829.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部位置合せ機構を備えた複数の構成部品を有する燃料電池スタック用位置合せシステムであって、
燃料電池スタックの構成部品を支持するように動作可能である取付具と、
第１の位置と第２の位置の間で選択的に動作可能であり、燃料電池スタックの構成部品上で内部位置合せ機構と相互作用するように構成された少なくとも１つの位置合せ部材であって、前記第１の位置は位置合せ機構と係合するように対応し、前記第２の位置は位置合せ機構から係脱するように対応する位置合せ部材とを備える位置合せシステム。
【請求項２】
前記位置合せ部材は外側表面を有し、前記外側表面の部分は前記第１の位置にある場合に位置合せ機構と係合する、請求項１に記載の位置合せシステム。
【請求項３】
前記外側表面は、前記第１の位置にある場合に、位置合せ機構との多数の個別の接触点を生じさせる幾何形状を有する、請求項２に記載の位置合せシステム。
【請求項４】
前記位置合せ部材の係合部は、断面がほぼ四角形である、請求項２に記載の位置合せシステム。
【請求項５】
前記位置合せ部材の係合部は、断面がほぼ三角形である、請求項２に記載の位置合せシステム。
【請求項６】
前記位置合せ部材の係合部は、断面がほぼ八角形である、請求項２に記載の位置合せシステム。
【請求項７】
前記位置合せ部材は、組立て後の燃料電池スタック内に留まるように構成されている、請求項１に記載の位置合せシステム。
【請求項８】
前記位置合せ部材は、内部流体通路、および前記通路と連通する複数の開口部を備えた外側表面を有し、それによって前記通路と前記位置合せ部材の外部の間を流体が通過することが可能になる、請求項７に記載の位置合せシステム。
【請求項９】
前記位置合せ部材は、前記第１の位置と第２の位置の間で回転する、請求項１に記載の位置合せシステム。
【請求項１０】
前記位置合せ部材を前記第１の位置と第２の位置の間で移動させるように動作可能な電動作動装置をさらに備えている、請求項１に記載の位置合せシステム。
【請求項１１】
前記位置合せ部材が前記第１の位置と第２の位置の間で移動すると、前記位置合せ部材の径方向寸法が変化する、請求項１に記載の位置合せシステム。
【請求項１２】
燃料電池スタックの構成部品は、前記位置合せ部材が前記第１の位置にある場合に、前記位置合せ部材に対して軸方向に移動することができる、請求項１に記載の位置合せ部材。
【請求項１３】
前記位置合せ部材に結合されているばね部材をさらに備えている位置合せシステムであって、燃料電池スタックの構成部品が互いに軸方向に圧縮されている場合に、前記位置合せ部材は軸方向に移動する、請求項１に記載の位置合せシステム。
【請求項１４】
前記第２の位置から前記第１の位置まで前記位置合せ部材を移動させることにより、燃料電池スタックの構成部品を互いに対して所定の方向に移動させる、請求項１に記載の位置合せシステム。
【請求項１５】
前記位置合せ部材は、前記位置合せ部材と前記内部位置合せ機構の間の様々な係合度合いを提供するように、前記第１の位置と第２の位置の間の中間位置に選択的に位置決め可能である、請求項１の記載の位置合せシステム。
【請求項１６】
積み重ねられた構成で互いに隣接して配置され、各燃料電池の構成部品を位置合せ部材の使用で互いに対して所定方向に位置合わせすることが可能な内部位置合せ機構を有する複数の燃料電池を備えている燃料電池スタックであって、
各位置合せ機構は、前記位置合せ機構が位置合せ部材の周りに配置されている場合、位置合せ部材によって選択可能に係合および係脱されるように構成された係合表面を備えている燃料電池スタック。
【請求項１７】
前記位置合せ機構は、前記燃料電池スタックの流体ヘッダに一致する、請求項１６に記載の燃料電池スタック。
【請求項１８】
前記位置合せ機構は、前記燃料電池スタックの流体ヘッダの分割部分である、請求項１７に記載の燃料電池スタック。
【請求項１９】
第１の位置と第２の位置の間で動作可能である少なくとも１つの位置合せ部材をさらに備えている燃料電池スタックであって、前記第１の位置は前記位置合せ機構と係合するように対応し、前記第２の位置は前記位置合せ機構から係脱するように対応している、請求項１６に記載の燃料電池スタック。
【請求項２０】
前記位置合せ機構は前記燃料電池スタックの流体ヘッダに取り付けられており、前記位置合せ部材は内部通路、および前記内部通路と連通している複数の外部開口を備えている、請求項１９に記載の燃料電池スタック。
【請求項２１】
前記位置合せ部材は、前記位置合せ機構と係合する様々な度合いを提供するように、前記第１の位置と第２の位置の間の中間位置で位置決め可能である、請求項１９に記載の燃料電池スタック。
【請求項２２】
前記燃料電池は前記位置合せ機構を有するＭＥＡを備えている、請求項１６の記載の燃料電池スタック。
【請求項２３】
前記燃料電池は、前記位置合せ機構を有する密封部材を備えている、請求項１６の記載の燃料電池スタック。
【請求項２４】
前記位置合せ機構は、位置合せ部材上の隅部と係合するように構成されている、請求項１６に記載の燃料電池スタック。
【請求項２５】
前記位置合せ機構は、位置合せ部材上のほぼ平らな表面と係合するように構成されている、請求項１６に記載の燃料電池スタック。
【請求項２６】
前記位置合せ機構は、少なくとも２つの接触点で位置合せ部材と係合するように構成されている、請求項１６に記載の燃料電池スタック。
【請求項２７】
前記係合表面が湾曲している、請求項１６に記載の燃料電池スタック。
【請求項２８】
前記係合表面はほぼ平面である、請求項１６に記載の燃料電池スタック。
【請求項２９】
前記位置合せ機構内に配置された位置合せ部材と、
前記位置合せ部材に結合され、前記燃料電池の圧縮中に前記位置合せ部材を軸方向に移動させることができるように動作可能であるばね機構をさらに備えている、請求項１６に記載の燃料電池スタック。
【請求項３０】
内部位置合せ機構に複数の構成部品を有する燃料電池スタックを組み付ける方法であって、
（ａ）少なくとも１つの位置合せ部材を第１の位置に向けるステップと、
（ｂ）前記位置合せ部材上の前記内部位置合せ機構で前記位置合せ部材上の前記燃料電池スタックの複数の前記構成部品を位置決めするステップと、
（ｃ）前記燃料電池スタックの前記構成部品を前記位置合せ部材で位置合わせするステップと、
（ｄ）前記燃料電池スタックの前記構成部品を互いに圧縮するステップとを含む方法。
【請求項３１】
ステップ（ｄ）は、第１の所定レベルの圧縮が達成されるまで、前記第１の位置において前記位置合せ部材で前記燃料電池スタックの前記構成部品を共に圧縮するステップと、前記位置合せ部材を前記第１の位置から第２の位置まで移動させるステップと、第２の所定レベルの圧縮が達成されるまで、前記第２の位置において前記位置合せ部材で前記燃料電池スタックの前記構成部品を共に圧縮するステップとを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
第１の所定の圧縮レベルが達成されるまで前記燃料電池スタックの前記構成部品を共に圧縮するステップは、所定の値より小さい大きさの間隙が前記位置合せ部材と前記燃料電池スタックの構成部品の間に存在するまで、前記構成部品を共に圧縮するステップを含み、第２の所定の圧縮レベルが達成されるまで、前記燃料電池スタックの前記構成部品を共に圧縮するステップは、所定の許容範囲内の前記間隙の前記大きさを維持するステップを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記所定の許容範囲内に前記間隙の前記大きさを維持するステップは、前記間隙の前記大きさをほぼ一定に維持するステップとを含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
ステップ（ｄ）は、前記位置合せ部材が前記位置合せ機構から完全に係脱される第２の位置に前記位置合せ部材を移動させるステップを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
ステップ（ｄ）は、さらなる圧縮によるずれを防ぐのに十分である、前記構成部品間の摩擦力に対応する第１の所定の圧縮レベルに到達するまで、前記燃料電池スタックの前記構成部品を共に圧縮するステップを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３６】
前記第１の位置は前記位置合せ機構と係合する前記位置合せ部材に対応して、前記構成部品を互いに対して所定の方向に位置合わせさせ、ステップ（ｃ）は、前記第１の位置にある間に前記位置合せ部材の長さに沿って前記燃料電池スタックの前記構成部品を摺動させるステップを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３７】
ステップ（ｃ）はさらに、
（ｉ）前記位置合せ機構から係脱する前記位置合せ部材に対応する第２の位置まで、前記位置合せ部材の前記長さに沿って前記構成部品が摺動した後に、前記位置合せ部材を移動させるステップと、
（ｉｉ）前記第２の位置にある間に、前記位置合せ部材を前記構成部品に対して軸方向に移動させるステップと、
（ｉｉｉ）所定の数の前記燃料電池スタックの構成部品が、互いに位置合わせされるまで、ステップ（ａ）から（ｃ）を多数回行なうステップを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
ステップ（ｄ）を行なった後に、前記燃料電池スタックから前記位置合せ部材を取り除くステップをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３９】
前記第１の位置は前記位置合せ機構と係合する前記位置合せ部材に対応して、前記構成部品を互いに対して所定の方向に位置合わせさせる方法であって、さらに前記位置合せ部材を取り除く前に前記位置合せ機構から係脱する前記位置合せ部材に対応する第２の位置まで前記位置合せ部材を移動させるステップをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
ステップ（ｃ）は、前記位置合せ部材を第２の位置まで回転させ、それによって前記位置合せ部材上の前記燃料電池スタックの前記構成部品を互いに対して所定の方向に位置合わせさせるステップを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項４１】
ステップ（ｃ）は、前記位置合せ部材を第２の位置まで径方向に拡張させ、それによって前記位置合せ部材上に前記燃料電池スタックの前記構成部品を互いに対して所定の方向に位置合わせさせるステップを含んでいる、請求項３０に記載の方法。
【請求項４２】
ステップ（ｃ）は、前記位置合せ機構を少なくとも２つの接触点で前記位置合せ部材に係合させるステップを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項４３】
前記第１の位置は前記位置合せ機構と係合する前記位置合せ部材に対応して、前記構成部品を互いに対して所定の方向に位置合わせさせ、ステップ（ｄ）は、前記位置合せ部材が前記第１の位置にある間に前記構成部品を共に圧縮するステップを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項４４】
前記位置合せ部材は、それぞれ前記内部位置合せ機構との完全係合位置と完全係脱位置の一方に対応する第１の位置と第２の位置の間で移動可能であり、ステップ（ｄ）は前記位置合せ部材を前記第１の位置と第２の位置の間の中間位置に位置決めして、前記内部位置合せ機構との所望の係合レベルを提供するステップと、前記位置合せ部材が前記中間位置にある間に前記構成部品を共に圧縮するステップとを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項４５】
組立て後に、前記位置合せ部材を前記燃料電池スタック内に残すステップをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項４６】
ステップ（ａ）から（ｃ）が、複数の位置合せ部材を使用して行われる、請求項３０に記載の方法。
【請求項４７】
前記内部位置合せ機構は前記燃料電池スタックの流体ヘッダ部分に対応し、ステップ（ｃ）は互いに対して所定の方向に前記構成部品を位置合わせするように、前記流体ヘッダ部分内で前記位置合せ機構を使用するステップを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項４８】
ステップ（ｂ）は、前記位置合せ部材上に前記内部位置合せ機構で前記位置合せ部材上の燃料電池スタックの構成部品の塊を位置決めするステップを含む、請求項３０の記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池スタックに関し、より詳細には、位置合せシステムおよび燃料電池スタックを組み立てる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、内燃機関を交換するために電気自動車の発電装置内、および電力を生じさせるために固定応用例などの、多くの応用例で電力源として使用され、提案されてきた。プロトン交換膜（ＰＥＭ）タイプの燃料電池では、水素が燃料電池のアノードに供給され、酸素がカソードに供給される。ＰＥＭ燃料電池は、その一方の面にアノード触媒を、反対側の面にカソード触媒を有する薄いプロトン透過性非電導固体ポリマー電解質膜を備える膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）を備えている。ＭＥＡは、アノードおよびカソード用の集電装置として働き、それぞれのアノードおよびカソード触媒の表面上に燃料電池の気体反応剤を分配するための適当な経路および／または開口を含む１対の導電要素の間に挟まれている。典型的なＰＥＭ燃料電池およびそのＭＥＡが、それぞれ１９９３年１２月２１日および１９９４年５月３１日に発行され、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｍｏｔｏｒｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎに譲渡された米国特許第５，２７２，０１７号および第５，３１６，８７１号に記載されている。
【０００３】
「燃料電池」という用語は普通、内容によって単一の電池、または複数の電池のことを言うのに使用される。複数の個別の電池は一般に、燃料電池スタックを形成するように、互いに束ねられている。燃料電池スタック内の各電池は、前に説明したＭＥＡを備えており、各ＭＥＡは電圧の増加分を提供する。
【０００４】
所定方向への燃料電池スタックの構成部品の正確な位置合せが望ましい。燃料電池スタックの構成部品は普通、対応する周により構成部品を囲むまたは入れるのに外部要素を使用することによって、組立て中に位置合わせされる。しかし、このような外部要素は、組立て中の様々な構成部品へのアクセスを制限する可能性がある。加えて、このような外部構成部品によって提供することができるのより、より高い許容範囲レベルが望ましい。したがって、内部機構を使用して燃料電池スタックの構成部品を位置合わせすることが望ましいであろう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、燃料電池スタックを組み立てるための位置合せシステムおよび方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
燃料電池スタックの構成部品は、内部位置合せ機構を備え、組立て中に所定の方向に位置合わせされている。本発明により、組立て中に各構成部品へのアクセスを良くしながら、高い許容範囲で燃料電池スタックを組み立てることが可能になる。加えて、本発明は燃料電池スタックに追加の剛性を提供することができる。
【０００７】
本発明の原理による燃料電池スタック用位置合せシステムは、燃料電池スタックの構成部品を支持するように動作可能な取付具を備えている。第１と第２の位置の間で選択的に動作可能な、少なくとも１つの位置合せ部材がある。位置合せ部材は、燃料電池スタックの構成部品上の内部位置合せ機構と相互作用するように構成されている。位置合せ部材の第１の位置は、位置合せ機構と係合するように対応している。位置合せ部材の第２の位置は、位置合せ機構から係脱するように対応している。
【０００８】
本発明の別の態様では、燃料電池スタックは、スタック構造内で互いに隣接して配置された複数の燃料電池を備えている。燃料電池は、各燃料電池の構成部品を位置合せ部材の使用で、互いに対して所定の方向に位置合わせすることが可能な内部位置合せ機構を有する。各位置合せ機構は、位置合せ機構が位置合せ部材の周りに配置されている場合に、位置合せ部材によって選択的に係合および係脱するように構成された係合表面を備えている。
【０００９】
本発明の別の態様では、内部位置合せ機構を備えた複数の構成部品を有する燃料電池スタックを組み立てる方法が開示されている。この方法は、（１）少なくとも１つの位置合せ部材を第１の位置に向けるステップと、（２）位置合せ部材上の内部位置合せ機構で位置合せ部材上の燃料電池スタックの構成部品の少なくとも１つを位置決めするステップと、（３）燃料電池スタックの構成部品を位置合せ部材で位置合わせするステップと、（４）燃料電池スタックの構成部品を互いに圧縮するステップとを含んでいる。
【００１０】
本発明の適用性の別の分野は、これ以降の詳細な説明から明らかになるであろう。本発明の好ましい実施形態を示す詳細な説明および特定の実施例は、例示的な目的のみのものであり、本発明の範囲を制限するものではないことを理解すべきである。
【００１１】
本発明は、詳細な説明および添付の図面からより完全に理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
好ましい実施形態の以下の説明は、本質的には単に例示的なものであり、本発明、その応用例、または使用を制限することを意図したものではない。
本発明のより良い理解を得るため、本発明の原理による例示的な燃料電池スタック２０の展開図が、図１に示されている。図１は、導電性液体冷却双極性分離板導電要素２６によって、互いに分離された１対のＭＥＡ２２、２４を有するスタック２０を形成するように連結された２つの個別のＰＥＭ燃料電池を示している。ＭＥＡは、各燃料電池の動的領域を形成する。スタック内に直列に接続されていない個別の燃料電池は、単一の電気動的側部を備えた分離板２６を有する。スタック内では、好ましい双極性分離板２６は普通、スタック内に２つの電気動的側部２８、３０を有し、各動的側部２８、３０はそれぞれ分離された反対の電荷を備えた別個のＭＥＡ２２、２４に面する別個のＭＥＡ２２、２４を有し、したがっていわゆる「双極性」板である。
【００１３】
ＭＥＡ２２、２４および双極性板２６は、ステンレス鋼締付け端子板３２、３４と端部接触流体分配要素３６、３８の間で互いに積み重ねられている。端部流体分配要素３６、３８は、双極性板２６の側部２８、３０の両方の作動面と共に、動的面４２、２８、３０、４４上の溝または経路に隣接した複数のランドを含み、アノードおよびカソード反応剤（すなわち、Ｈ２およびＯ２／空気）をＭＥＡ２２、２４に分配する流れ領域を形成する。それぞれの端部流体分配要素３６、３８の面４０、４６はまた、溝または経路に隣接した複数のランドを含んでいるが、非動的であり、そこを流れる流体がない。非導電ガスケットまたはシール４８、５０、５２、５４、５６、５８は、燃料電池スタックのいくつかの構成部品の間にシールおよび電気絶縁を提供する。気体透過性導電拡散媒体６０、６２、６４、６６は、ＭＥＡ２２、２４の電極面に対して押し上げる。導電媒体６８、７０の追加の層は、端部接触流体分配要素３６、３８と端子集電板３２、３４の間に配置されて、スタックが通常の動作状態の間に圧縮される場合にその間に導電経路を提供する。端部接触流体分配要素３６、３８は、それぞれ拡散媒体６０、６８および６６、７０に対して押し上げる。別の方法では、単一の構成部品として互いに束ねられたＭＥＡ、拡散媒体層および密封部材を有する一体化ＭＥＡ（図示せず）を使用することができる。
【００１４】
Ｈ２の形のアノード反応剤は、適当な供給配管７２を介して、貯蔵タンク、メタノールまたはガソリン改質装置などから燃料電池スタック２０のアノード流れ領域に供給される。同様に、Ｏ２／空気の形のカソード反応剤は、適当な供給配管７４を介して、貯蔵タンクまたは大気から燃料電池スタック２０のカソード流れ領域に供給される。燃料電池スタック２０のそれぞれアノードおよびカソード流れ領域内で生成されるアノードおよびカソード廃液用排水配管７６、７８がまた、提供される。双極性板２６および端板３６、３８を通して、出口配管８２外部に冷却剤を循環させるように追加の供給配管８０が提供される。供給および出口または排水配管７２、７４、７６、７８、８０および８２は、燃料電池スタック２０内でヘッダ（管寄せ）の形をとる。
【００１５】
燃料電池スタック２０の様々な構成部品は、反応剤および冷却剤流れ用の供給および戻り流体ヘッダ（流体管寄せ）を形成するように位置合わせする開口部８４、８６、８８、９０、９２および９４を有する。開口部は、以下の構成部品、ＭＥＡ２２および２４、密封部材４８、５０、５２、５４、５６および５８、双極性板２６、端部流体分配要素３６および３８、および端子板３２および３４上に含まれていてもよい。開口部８４および８６は、アノード反応剤配管７２および７６と流体連通している。開口部８８および９０は、カソード反応剤配管７４および７８と流体連通している。同様に、開口部９２および９４は冷却剤配管８０および８２と流体連通している。本発明のいくつかの実施形態では、開口部８４、８６、８８、９０、９２および９４はまた、以下により詳細に説明するように、燃料電池スタック２０の構成部品の内部位置合せ機構として働くことができる。
【００１６】
次に図２を参照すると、本発明の原理による例示的な位置合せ部材９６が示されている。位置合せ部材９６は、その間の長さＬが画定された、対向する端部９８、１００を有する。位置合せ部材９６はまた、燃料電池スタック２０の構成部品の内部位置合せ機構と選択的に係合するように設計された部分１０４を備えた外側表面１０２を備えている。
【００１７】
位置合せ部材は、様々な材料で作ることができる。例えば、位置合せ部材９６は、よく磨いたスチール、ポリマー、およびセラミック材料などの金属で作ることができる。位置合せ部材９６は、燃料電池スタック内に留まるように設計されている場合、非導電性材料で作られているか、または非導電性コーティングを有する。位置合せ部材９６はまた、以下により詳細に説明するように、燃料電池スタック２０の構成部品と相互作用する場合に、摩擦を小さくするようにコーティングを有することもできる。適切なコーティングとしては、テフロン（登録商標）コーティング、グラファイト、および硫化モリブデンが挙げられるが、他のコーティングを使用することもできる。
【００１８】
図３Ａは、位置合せ部材９６の好ましい実施形態の断面１０６を示している。係合部１０４は凸状であり、以下により詳細に説明するように、燃料電池の構成部品内の同様に湾曲した位置合せ機構と係合するように設計されている。図３Ｂ〜３Ｄは、位置合せ部材９６の代替実施形態の断面を示している。図３Ｂは、係合部１０４’が丸みを帯びた隅部によって形成されたほぼ四角形の断面１０６’での位置合せ部材９６’を示している。位置合せ部材９６’は、図３Ａの位置合せ部材９６とほぼ同様であるが、係合部１０４’は係合部１０４より小さな曲率半径を有する。図３Ｃは、係合部１０４’’が丸みを帯びた隅部によって形成されたほぼ三角形の断面１０６”での位置合せ部材９６’’を示している。図３Ｄは、側部の２つに係合部１０４’’’があるほぼ八角形の断面１０６’’’での位置合せ部材９６’’’を示している。
【００１９】
次に図４〜７を参照すると、位置合せ部材９６の様々な実施形態が、燃料電池スタックの構成部品上の内部位置合せ機構と相互作用して示されている。図４Ａは、位置合せ部材９６の好ましい実施形態の周りに配置され、これと係合する燃料電池スタック２０の構成部品１０８の一部を示している。凸状部１０４は、構成部品１０８のほぼ四角形の内部位置合せ機構１１０と係合している。より詳細には、部分１０４は以下により詳細に説明するように、位置合せ機構１１０の４つの相補的凹状表面１１２と係合して、位置合せ部材９６と構成部品１０８の間の４つの相互作用領域または点を提供する。接触領域は、位置合せ部材と構成部品の間に低い接触応力および高い積載能力を与える。図４Ｂは、内部位置合せ機構１１０の係合表面１１２から係脱された位置合せ部材９６を示している。位置合せ部材９６は、図４Ａに示す係合位置から図４Ｂに示す係脱位置まで移動するように、長手軸周りに回転される。
【００２０】
位置合せ部材９６および対応する形状の位置合せ機構１１０の代替実施形態が、図５〜７に示されている。これらの実施形態では、位置合せ部材はまた、係合位置と係脱位置の間で移動するように長手軸周りに回転される。図５Ａおよび５Ｂは、ほぼ四角形の位置合せ機構１１０’を有する位置合せ部材９６’および構成部品１０８’を示している。位置合せ部材９６’の部分１０４’は、以下により詳細に説明するように、内部位置合せ機構１１０’のほぼ平らな係合表面１１２’と係合して、構成部品１０８’を位置合わせするように位置合せ部材９６’と構成部品１０８’の間の４つの相互作用点または領域を提供する。図６Ａおよび６Ｂは、ほぼ三角形の位置合せ機構１１０”を有する位置合せ部材９６”および構成部品１０８”を示している。位置合せ部材９６”の部分１０４”は、以下により詳細に説明するように、内部位置合せ機構１１０”の３つのほぼ平らな係合表面１１２”と係合して、構成部品１０８’’を位置合わせするように位置合せ部材９６’’と構成部品１０８’’の間に３つの相互作用点または領域を提供する。同様に、図７Ａおよび７Ｂは、ほぼ四角形の位置合せ機構１１０’’’を有する位置合せ部材９６’’’および構成部品１０８’’’を示している。位置合せ部材９６’’’の部分１０４’’’は、以下により詳細に説明するように、内部位置合せ機構１１０’’’の２つのほぼ平らな係合表面１１２’’’と係合して、構成部品１０８’’’を位置合わせするように位置合せ部材９６’’’と構成部品１０８’’’の間に２つの相互作用点または領域を提供する。
【００２１】
上記のとおり、各位置合せ部材は、各構成部品との少なくとも２つの相互作用点または領域を提供する。２つ以上の位置合せ部材が、燃料電池スタックの構成部品を位置合わせするのに使用されることが期待される。本発明の原理により構成部品を位置合わせするためには、含まれた位置合せ部材および構成部品の全ての間には合計で、少なくとも５つの相互作用点または領域が望ましい。普通は、５つまたは６つの合計相互作用点または領域を提供する位置合せ部材の組合せが使用される。寸法および形状が同一である２つのほぼ四角形の位置合せ部材が、６つの相互作用点または領域を提供するのに使用されることが望ましい。一方の四角形の位置合せ部材は、４つの相互作用点または領域を提供するように四角形の位置合せ機構と相互作用し、もう一方の四角形の位置合せ部材は、合計で６つの相互作用点または領域を生じる２つの相互作用点または領域を提供するように四角形の位置合せ機構と相互作用する。様々な組合せを使用して、所望の合計数の相互作用点または領域を得ることができることを理解すべきである。
【００２２】
本発明の原理によれば、位置合せ部材は長手軸周りに回転することによって、選択的に燃料電池スタックの構成部品の内部位置合せ機構と係合する、およびそこから係脱することができる。加えて、位置合せ部材は、内部位置合せ機構との所望の係合レベルを提供するように、完全係合位置と完全係脱位置の間の様々な方向で選択的に位置決めすることができる。完全に係脱された位置合せ部材は、以下により詳細に説明するように、構成部品のいずれとも接触することなく構成部品に対して軸方向に移動させ、その後、構成部品と再び係合するまたは燃料電池スタックから取り外すことができる。係合位置にある場合、位置合せ部材と係合された構成部品は、以下により詳細に説明するように、互いに対して所望の方向に位置合わせされる。
【００２３】
構成部品上の内部位置合せ機構の位置は、燃料電池スタックの設計により変更することができる。例えば、位置合せ機構は、燃料電池スタックの密封周面の内側または外側に配置することができる。好ましくは、内部位置合せ機構は、燃料管寄せとは別の構成部品内の個別の開口部であり、燃料電池スタックの密封周面の外側に配置されている。位置が密封周面の外側にある場合、内部位置合せ機構は不連続周面を有することができ、構成部品の全てに含めることができる。別の方法では、図８に示すように、内部位置合せ機構を流体管寄せの分割部分である可能性がある。このような場合、分離部材１１４は管寄せの一部を分割し、位置合せ機構の一部を形成する。燃料電池スタックが動作している場合、この流体は管寄せと取り付けられた位置合せ機構の両方を通して、またその間を流れる。
【００２４】
図９〜１１は、本発明の原理による燃料電池スタックを組み立てる組立て機構１３０を示している。図９Ａおよび９Ｂを参照すると、組立て機構１３０は燃料電池スタック２０が部分的に組み立てられて示されている。組立て機構１３０は、可動支持取付具１３２と、可動ラムまたはプレス１３５と、それぞれ長さＬを有する２つの位置合せ部材９６とを備えている。取付具１３２は、組立て過程中に、燃料電池スタック２０の構成部品を支持する。ラム１３５および／または取付具１３２は、以下に説明するように、組立て過程中に燃料電池スタック２０の構成部品を互いに圧縮する。
【００２５】
上に記すように、位置合せ部材９６は、完全係合位置、完全係脱位置、およびその間の中間位置の間で回転可能である。このような回転に電力を与えるため、位置合せ部材９６は、それぞれ図１２Ａおよび１２Ｂに示すように第１および第２の位置で、作動機構１４０に結合することができる。作動機構１４０は、位置合せ部材９６の完全係合位置および完全係脱位置、およびその間の中間位置に対応する第１および第２の位置の間で開口部１４６および１４８を回転させて、所望のレベルの係合を行なうようにリンク１４４に電力を与える直線作動装置１４２を備えている。
【００２６】
また図９Ａを参照すると、距離Ｄ１は、取付具１３２の上部と組立て機構１３０の底部基準位置１３４の間の距離として規定されている。取付具１３２は、作動高さを所望の範囲に維持し、追加の構成部品用に空間を提供し、構成部品を互いに圧縮するのを助けるため、構成部品の数にしたがって距離Ｄ１を変更させるように動作可能である。距離Ｄ２は、可動ラム１３５上の基準点と可動取付具１３２上の基準点の間の距離として規定されている。図９Ｂは燃料電池スタック２０および取付具１３２の拡大図を示す。距離Ｄ３は、位置合せ部材９６の上部と燃料電池スタック２０の現在の最上構成部品の上部の間の距離として規定されている。組立て中、距離Ｄ３は以下により詳細に説明するように、システムの作動高さが所望の範囲内に維持されるので、限られた範囲内に維持される。距離Ｄ３を限られた範囲内に維持することにより、組立て中の各構成部品への容易なアクセスを提供する。
【００２７】
図１０Ａおよび１０Ｂは、燃料電池スタック２０のより多くの構成部品を互いに組み合わせた組立て機構１３０を示している。加えて、図１１Ａおよび１１Ｂは、燃料電池スタック２０の構成部品の全てが圧縮装置１３８によって互いに位置合せおよび圧縮された、組立て機構１３０を示している。
【００２８】
上で論じた好ましい実施形態では、位置合せ部材９６はばね機構と相互作用しない。ばね機構は、位置合せ部材の第１の代替実施形態と一致し、以下に詳細に論じる。第１の代替実施形態の詳細を論じる前に、位置合せ部材９６の好ましい実施形態を利用した燃料電池スタック２０の組立てを説明する。
【００２９】
図１７Ａ〜１７Ｃを参照すると、位置合せ部材の様々な実施形態を利用した本発明の方法による燃料電池スタック２０の組立てが示されている。決定ブロック１０００で示すように、この方法はばね機構が位置合せ部材と合わせて使用されているかどうかによって異なる。ばね機構が位置合せ部材９６と合わせて利用されていない場合、組立て方法は決定ブロック１０１０に進む。燃料電池スタック２０は、決定ブロック１０１０に示すように、係合または係脱位置で位置合せ部材９６に組み付けることができる。燃料電池スタック２０は、係合位置で位置合せ部材９６に組み付けられることが好ましい。この場合、位置合せ部材９６は、ブロック１０２０に示すように、作動機構１４０によって係合位置に向けられている。
【００３０】
燃料電池スタック２０の構成部品は、単一または群のいずれかで、位置合せ機構１１０で位置合せ部材９６と位置合わせされ、位置合せ部材９６上に位置決めされている。（１つまたは複数の）構成部品は、組立て機構１３０の先行する構成部品または取付具１３２にすぐ隣接して配置されるまで、距離Ｄ３だけ位置合せ部材９６の長さに沿って摺動される。構成部品は、係合部１０４が位置合せ機構１１０の係合表面１１２と係合して、位置合せ部材９６の長さに沿って摺動される。組立てのこの段階の間、位置合せ部材９６は、図９Ｂおよび１０Ｂに示す距離Ｄ３で示すように、特定の数の構成部品を収納することしかできない。距離Ｄ３が所定の最小値より小さくなると、燃料スタック２０のさらなる構成部品の追加が停止される。
【００３１】
決定ブロック１０４０に示すように、さらに構成部品を追加する必要がある場合、位置合せ部材９６はブロック１０５０に示すように、作動機構１４０によって係脱位置まで回転される。位置合せ部材９６が、既に組み立てられた燃料電池スタック２０の構成部品から係脱された状態で、位置合せ部材９６は構成部品に対して軸方向に自由に移動する。取付具１３２は、ブロック１０６０に示すように、距離Ｄ３が大きくなる間に距離Ｄ１が小さくなるように下げられる。次に、位置合せ部材９６が燃料電池スタック２０の最上構成部品の上に追加の構成部品を加えることが可能な十分な距離だけ延びている状態で、位置合せ部材９６はまた、ブロック１０２０に示すように、作動機構１４０によって係合位置まで回転される。ブロック１０２０、１０３０、１０４０、１０５０、および１０６０によって図１７Ａで示す組立て過程は、所望の合計数の構成部品に到達するまで続く。決定ブロック１０４０に示すように、構成部品の全てを追加すると、燃料電池スタック２０の最終組立ては、図１７Ｃに示すように既に開始される。
【００３２】
図１７Ｃに示すように、最終組立て中に、燃料電池スタック２０が圧縮される。燃料電池スタック２０は、係合位置、係脱位置、またはその間のあるレベルで、位置合せ部材９６で圧縮できる。したがって、決定ブロック１０６６に示すように、燃料電池スタック２０が完全係合位置で位置合せ部材９６で圧縮されるかどうかに関しての判断が行われる。あるレベルの係脱で位置合せ部材９６で燃料電池スタック２０を圧縮することが望ましい場合、位置合せ部材９６はブロック１０６８に示すように、所望のレベルの係脱に適応されている。位置合せ部材９６が圧縮中に完全係合位置に維持される場合、位置合せ部材９６は、圧縮中に燃料電池スタック２０の構成部品の位置合せを維持するのを助ける。燃料電池スタック２０を（あるレベルの係脱で）僅かに係脱した位置合せ部材９６で圧縮する場合、位置合せ部材９６は、位置合せ部材９６上の磨耗を小さくし、圧縮過程中の燃料電池スタック２０の構成部品への損傷の可能性を最小限に抑えるのを助けながら、圧縮中に燃料電池スタック２０の構成部品を所望の方向に維持するのをさらに助ける。位置合せ部材９６が所望の方向（位置）にある場合、燃料電池スタック２０はその後、ブロック１０７０に示すように圧縮される。
【００３３】
図１１ＡおよびＢを参照すると、燃料電池スタック２０の上端部構成部品１３８はラム１３５に固定されており、ラム１３５は取付具１３２に向かって移動し、様々な構成部品を共に圧縮する。距離Ｄ２が小さくなると、燃料電池スタック２０の構成部品は共に圧縮される。圧縮は、以下に説明するように、単一の段階の圧縮体制または２段階の圧縮体制であってもよい。単一の段階の圧縮体制では、位置合せ部材９６に対する構成部品の移動は、燃料電池スタック２０の上端部（最上）構成部品１３８、および相対的な移動を干渉する組立て機構１３０のあらゆる構成部品を通して延びる開口部１３９で対応される。燃料電池スタックは、所望の圧縮力がその上に加えられる、または所望の圧縮距離に到達するまで、ラム１３５および／または取付具１３２によって圧縮される。
【００３４】
ブロック１０７２〜１０７８に示す、２段階の圧縮体制が利用されることが好ましい。２段階の圧縮体制では、上端部構成部品１３８は、燃料電池スタック２０の圧縮中に、位置合せ部材９６がそこを通して延びることが可能な開口部１３９を備えていない。むしろ、上端部構成部品１３８は、燃料電池スタックの他の構成部品上の位置合せ機構とほぼ同じ幾何形状を有する、図１８に示す複数の止まり孔１５０を備えている。止まり孔１５０は、燃料電池スタック２０の圧縮中に、位置合せ部材９６の一部を受ける。
【００３５】
２段階の圧縮体制の第１段階では、ラム１３５は（上端部構成部品１３８をそこに固定して）、ブロック１０７２に示すように取付具１３２に向かって移動され、位置合せ部材９６は完全または部分係合位置のいずれかにある。位置合せ部材９６は、完全係合位置にあることが好ましい。ラム１３５は取付具１３２に向かって移動され、燃料電池スタック２０は、ブロック１０７４に示すように、第１の所定レベルの圧縮に到達するまで、その間で圧縮される。第１の所定レベルの圧縮は、図１８に示すように、位置合せ部材９６の端部と止まり孔１５０の端部の間に延びている所定の最大の大きさの間隙１５１に対応している。所定の最大の大きさの間隙１５１は、構成部品間の摩擦により、位置合せ部材９６が完全に係脱した状態でその後の追加圧縮中の構成部品の位置合せを変える相対移動を抑制する程度に構成部品が圧縮される圧縮レベルに対応するように設定される。
【００３６】
第１の所定レベルの圧縮が達成されると、圧縮体制の第２の段階が開始する。位置合せ部材９６は、ブロック１０７６に示すように、別の係脱位置、好ましくは完全係脱位置まで移動される。燃料電池スタック２０は、ブロック１０７８に示すように、第２の所定の圧縮レベルまで圧縮される。この圧縮の第２の段階の間、ラム１３５および取付具１３２は、間隙１５１が移動中に所定レベルの許容範囲内に維持されるような、同期した方法で互いに向かって移動される。すなわち、ラム１３５および取付具１３２は、互いに向かって一緒に（ほぼ同じ速度で）同時に移動される。その結果、間隙１５１は圧縮の第２の段階中に、所定の許容範囲レベル内に維持される。第２の所定の圧縮レベルは、燃料電池スタック２０に加えられる、所望の最終圧縮力または所望の最終圧縮距離に対応する。
【００３７】
どの圧縮体制が利用されるかに関わらず、燃料電池スタック２０が所望の距離だけ圧縮される、または所望の圧縮力に曝されると、燃料電池スタック２０の端部板はブロック１０８０に示すように、定位置に係止される。端部板が互いに対して定位置に固定された状態で、燃料電池スタック２０はその後、燃料電池スタック内の様々な構成部品上の圧縮力を維持し、互いに対する構成部品の移動が厳しく抑制される。
【００３８】
位置合せ部材９６は、燃料電池スタック２０から取り除くことができる、または別の方法では、追加の剛性を与え、燃料電池スタックを支持するように燃料電池スタック２０内に留まることが可能である。位置合せ部材９６は燃料電池スタック２０から取り外されることが好ましい。しかし、決定ブロック１０９０に示すように、位置合せ部材が燃料電池２０内に残される場合、位置合せ部材９６は係合位置にあることが好ましい。したがって、位置合せ部材９６はブロック１０９５に示すように必要に応じて、係合位置まで移動され、本発明による組立て方法がその後完了する。位置合せ部材９６が取り外される場合、位置合せ部材９６はブロック１１００に示すように必要に応じて、作動装置１４０によって係脱位置まで回転される。位置合せ部材が係脱した状態で、位置合せ部材はその後、ブロック１１００に示すように燃料電池スタック２０から取り外すことができる。位置合せ部材を取り外すため、ラム１３５はその呼び位置まで上向きに移動させ、燃料電池スタック２０は支持取付具１３２の移動によって位置合せ部材９６に対して移動させることができる。燃料電池スタック２０はその後、組立て機構１３０から取り外すことができ、本発明による燃料電池スタック２０の組立てが完了する。
【００３９】
上に記したように、位置合せ部材が、決定ブロック１０１０に示すように、前に論じた係合位置ではなく、係脱位置にある間に、燃料電池スタック２０の構成部品を追加することができる。この場合、ブロック１１２０に示すように、位置合せ部材９６は作動機構１４０によって係脱位置まで回転される。燃料電池スタック２０の構成部品は（単一で、またはほぼ位置合わせした群のいずれかで）、位置合せ部材９６の長さＤ３に沿って（１つまたは複数の）構成部品を摺動し、（１つまたは複数の）構成部品をいずれかの先行する（１つまたは複数の）構成部品に対してほぼ位置合わせした方向に位置決めすることによって、取付具１３２上で共に組み立てられる。この時点で追加される構成部品の数は、係合位置内に回転することによって位置合せ部材９６が互いに対して位置合わせすることができる構成部品の数によって変わる。
【００４０】
許容範囲の（または所望に応じてそれより少ない）数の（１つまたは複数の）構成部品が追加されると、構成部品は、ブロック１１４０で示されるように、位置合せ部材９６を作動機構１４０を介して係合位置まで回転させることによって、互いに対して特定の方向に位置合わせされる。係合位置への位置合せ部材９６の回転により、位置合せ部材９６上にある燃料スタック２０の構成部品を位置合せ方向まで移動させる。
【００４１】
別の構成部品を追加する場合、決定ブロック１１５０に示すように、位置合せ部材９６はブロック１１６０に示すように作動機構１４０を介して係脱位置まで回転される。距離Ｄ３が追加の構成部品に対応することができない場合、決定ブロック１１７０に示すように位置合せ部材９６は取付具１３２を下げることによって、燃料電池スタック２０の構成部品に対して軸方向に移動される。距離Ｄ１が小さくなると、距離Ｄ３は小さくなる。Ｄ３が十分な大きさであると、ブロック１１３０に示し、上に説明するように、取付具１３２の移動が停止し、追加の構成部品が加えられる。ブロック１１３０、１１４０、１１５０、１１６０および１１７０によって示される組立て過程は、所望の数の構成部品が燃料電池スタック２０に加えられるまで続く。
【００４２】
所望の数の構成部品が燃料電池スタック２０に追加されると、ブロック１１５０に示すように、本発明の方法による燃料電池スタック２０の最終組立てを開始することができる。最終組立ては、上で説明し、ブロック１０６６〜１１１０に示すのと同じ方法で行われる。したがって、燃料電池スタックの最終組立てはさらには説明しない。
【００４３】
上で記したとおり、図１３Ａおよび１３Ｂに示す本発明の第１の代替実施形態は、燃料電池スタック２２０の構成部品を位置合わせするように、位置合せ部材２６９と合わせて使用されるばね機構２５２を備えている。位置合せ部材２９６と合わせたばね機構２５２の使用は普通、中により短い長さおよび／またはより少ない燃料電池を有する燃料電池スタック２２０内で利用される。図１３Ａは、燃料電池スタック２２０の展開図を示している。燃料電池スタック２２０は、複数の構成部品２０８と、２つの位置合せ部材２９６と、２つの対応するばね機構２５２とからなっている。一方のばね機構２５２は、構成部品２０８に結合されて示され、もう一方のばね機構２５２は展開図で示されている。各ばね機構２５２は、端部キャップ２５３と、ばね部材２５４と、座金２５５と、延長ピン２５６とを備えている。延長ピン２５６は、端部キャップ２５３から位置合せ部材２９６の下部に延びている。ばね部材２５４は、構成部品２０８に対して位置合せ部材２９６を移動させることを可能にするように圧縮する。図１３Ｂは、燃料電池スタック２２０および位置合せ部材２９６に係合したばね機構２５２の拡大図を示している。
【００４４】
本発明の方法による位置合せ部材２９６と合わせてばね機構２５２を使用した燃料電池スタック２２０の組立てが、図１７Ａ〜１７Ｃに示されている。ばね機構２５２が、燃料電池スタック２２０を組み立てるように位置合せ部材２９６と合わせて使用される場合、ブロック１０００に示すように、図１７Ｂに示す組立て方法は、ばね機構を使用していない場合の上に論じたものと異なる。
【００４５】
上に論じた前の方法と同様に、燃料電池スタック２２０の構成部品は、ブロック１１８０に示すように、位置合せ部材２９６が係合または係脱位置にある間に、組み立てることができる。燃料電池スタック２２０の構成部品は、位置合せ部材２９６が係合位置にある間に追加されることが好ましい。この場合、位置合せ部材２９６は、ブロック１１９０に示すように、作動装置機構１４０によって係合位置まで回転される。燃料電池スタック２２０の構成部品は、様々な（１つまたは複数の）構成部品を（単一で、またはほぼ位置合わせした群のいずれかで）位置合せ部材２９６の長さに沿って摺動させることによって一緒に組み立てられる。位置合せ部材２９６が係合位置にあるので、各構成部品が追加されると、構成部品は他の構成部品に対して位置合わせする所望の位置に向く。
【００４６】
上に記したとおり、ばね機構２５２および位置合せ部材２９６は普通、より短い燃料電池スタックに取り付けられている。したがって、位置合せ部材２９６は組立て中に、燃料電池スタックの構成部品に対して軸方向に移動されない。むしろ、燃料電池スタック２２０の各構成部品はその後、構成部品の全てが位置合せ部材２９６上に位置決めされ、互いに対して位置合わせされるまで、個別にまたは群のいずれかで追加される。構成部品の全てが追加されると、本発明の方法による燃料電池スタックの最終組立てを開始させることができる。
【００４７】
燃料電池スタック２２０の最終組立ては、ブロック１０６６〜１１１０、および単一の段階の圧縮体制を参照して上に論じたのとほぼ同じである。ばね機構２５２が位置合せ部材２９６に取り付けられた場合、２段階の圧縮体制は利用されない。燃料電池スタック２２０の圧縮中、ばね機構２５２により、位置合せ部材２９６を、ばね部材２５４の圧縮による燃料電池スタック２２０の構成部品の圧縮で軸方向に移動させることができる。位置合せ部材２９６のこのような軸方向の移動により、燃料電池スタック２２０の圧縮中に、位置合せ部材２９６によって位置合わせされる燃料電池スタック２２０の構成部品間の限られた相対軸方向移動となる。さらに、位置合せ部材２９６を軸方向に移動することを可能にすることによって、燃料電池スタック２２０の最上構成部品と組立て機構１３０の構成部品を通して延びる開口部は必要ない。というのは、位置合せ部材２９６は燃料電池スタック２２０の下端部構成部品内に軸方向に圧縮されるからである。したがって、燃料電池スタック２２０の最終組立てはその後、ブロック１０６６〜１１１０および単一段階の圧縮体制を参照して上で論じたのとほぼ同じである。したがって、燃料電池スタックの最終組立てはさらには説明しない。
【００４８】
上に記したとおり、燃料電池スタック２２０は、決定ブロック１１８０に示すように、係脱位置で位置合せ部材２９６に組み付けることができる。この場合、位置合せ部材２９６はブロック１２１０に示すように、作動装置機構１４０を介して係脱位置まで回転される。位置合せ部材２９６が係脱位置にある状態で、燃料電池スタック２２０の１つまたは複数の構成部品は単一またはほぼ位置合わせした群のいずれかで、ほぼ所望の位置合せ方向に位置合せ部材２９６に沿って摺動される。位置合せ部材２９６は、係脱位置から係合位置まで回転されると、特定の数の位置合わせされていない構成部品を位置合わせすることが可能になる。したがって、構成部品は、位置合せ部材２９６の能力が満たされるまで、位置合せ部材２９６に追加され続ける可能性がある。
【００４９】
構成部品は、ブロック１２３０に示すように、位置合せ部材２９６を係合位置まで回転させることによって位置合わせされる。これは、作動機構１４０によって達成される。追加の構成部品を加える必要がある場合、決定ブロック１２４０に示すように、位置合せ部材２９６はブロック１２１０に示すように、作動機構１４０によって係脱位置まで回転される。（１つまたは複数の）構成部品をその後、加えることができる。
【００５０】
ブロック１２１０、１２２０、１２３０および１２４０で示すような、構成部品を追加および位置合わせする過程は、燃料電池スタック２２０の構成部品の全てを組み立て、位置合せ位置に向けられるまで続く。構成部品の全てを組み立て、位置合わせした状態で、燃料電池スタック２２０の最終組立ては、上に論じ、ブロック１０６６〜１１１０に示すように開始する。したがって、燃料電池スタックの最終組立てはさらには論じない。
【００５１】
図１４を参照すると、本発明の原理による位置合せ部材の第２の代替実施形態が示されている。位置合せ部材３９６は、燃料電池スタック内に留まるように設計されており、図８に示す位置合せ機構１１０などの、流体管寄せの一部を形成する位置合せ機構で使用されるように構成されている。位置合せ部材３９６は、燃料電池スタックを組み立てた後、および燃料電池スタックの使用中に、流体管寄せのその部分内に留まる。位置合せ部材３９６は、流体管寄せの一部を形成する位置合せ機構内に留まるので、位置合せ部材３９６は管寄せ、および管寄せの一部を形成する位置合せ機構の両方を通した流体の流れに最小の衝撃を有するように設計されている。したがって、位置合せ部材３９６は、端部３６０、３６２、およびその間に延びる内部流体通路３６４を備えている。位置合せ部材３９６の外側表面３６６は、内部流体通路３６４と流体連通している複数の開口部３６８を備えている。
【００５２】
流体が管寄せおよび位置合せ機構を通して流れている場合、流体は位置合せ部材３９６の外側周りで通路３６４を通して流れ、開口部３６８を介してその間を流れることができる。したがって、位置合せ部材３９６は、燃料電池スタックの必要な構成部品に到達するように、管寄せの位置合せ機構を通って流体が流れるのを可能にする。さらに、位置合せ部材２９６は、燃料電池スタックを通る電流の流れを干渉しないように、非導電性である、または非導電性コーティングを有することが好ましい。位置合せ部材３９６は、燃料電池スタック内に残されている場合に、位置合せ機構との係合位置で維持されていることが好ましい。位置合せ部材３９６を係合位置に維持することによって、位置合せ部材３９６は燃料電池の構成部品および全体としての、燃料電池スタックに追加の剛性および安定性を加える。さらに、位置合せ部材３９６を係合位置に維持することによって、燃料電池スタックの様々な構成部品の相対移動がさらに抑制される。
【００５３】
燃料電池スタックを位置合せ部材３９６に組み付ける方法は、位置合せ部材が組立て後に燃料電池スタック内に残っている、好ましい実施形態を参照して上に論じたものと同じである。したがって、位置合せ部材３９６を使用した燃料電池スタックの組立てはさらには論じない。
【００５４】
本発明の第３の代替実施形態が、図１５および１６に示されている。図１５Ａは、組立て基部４３０上の部分的に組み立てた燃料電池スタック４２０の展開図を示している。燃料電池スタック４２０は、位置合せ部材４９６の周りに配置された構成部品４０８を備えている。位置合せ部材４９６は、以下により詳細に説明するように、径方向に伸縮することによって、構成部品４０８に対して係合位置と係脱位置の間で移動する。
【００５５】
図１５Ｂを参照すると、位置合せ部材４９６が詳細に示されている。径方向に伸縮する位置合せ部材４９６はそれぞれ、各端部にテーパ状の内部リセス、および径方向に延びる内部経路を提供する３つの相補的部材４７０、４７１および４７２を備えている。部材４７０、４７１および４７２のテーパ状部分は、楔４７４および４７６と相互作用する。楔４７４は、部材４７０、４７１および４７２によって形成されたテーパ状リセスと係合し、位置合せ部材４９６の径方向の伸縮を行なうように楔４７６に対して移動可能であるテーパ状の外側部分を含む。拡張は係合位置に対応し、収縮は係脱位置に対応する。固定楔４７６は組立て基部４３０に固定され、また、部材４７０、４７１および４７２によって形成された反対側のテーパ状リセスに係合するテーパ状の外側部分を備えている。
【００５６】
位置合せ部材４９６は、軸方向に移動可能なロッド４７８を備えている。ロッド４７８は、相補的部材４７０、４７１および４７２の間で内部経路内に配置され、可動楔４７４に固定されている。ロッド４７０は、相補的部材４７０、４７１、４７２および固定楔４７６に対して軸方向に移動することが可能である。作動装置４４０は、ロッド４７８に結合され、ロッド４７８を軸方向に移動させるように動作可能である。固定楔４７６に対するロッド４７８の移動により、可動楔４７４を固定楔４７６に向かって、またはそこから離れるように移動させて、位置合せ部材４９６の径方向伸縮を生じさせる。
【００５７】
位置合せ部材４９６はまた、部材４７０、４７１、４７２を径方向内側に偏倚させる上下偏倚部材４８０を備えている。したがって、可動楔４７４が固定楔４７６に向かって引っ張られると、部材４７０、４７１、４７２によって形成されたテーパ状リセスと楔４７４、４７６上のテーパ状表面が係合することにより、部材４７０、４７１、４７２を偏倚部材４８０の偏倚に対して係合位置まで径方向外側に移動させる。一方、固定楔４７６から離れて可動楔４７４を移動させることにより、偏倚部材４８０の力が部材４７０、４７１、４７２を係脱位置まで径方向内側に移動させることが可能になる。
【００５８】
図１６Ａおよび１６Ｂはそれぞれ、内部位置合せ機構４１０を有する構成部品４０８と係合した、またそこから係脱した位置合せ部材４９６を示している。図１６Ａおよび１６Ｂの相対的な拡大縮小は、例示する目的で誇張されていることを理解されたい。図１６Ａを参照すると、部材４７０、４７１、４７２は径方向に拡張され、係合位置にあることが示されている。係合位置では、各部材４７０、４７１、４７２は、構成部品４０８の内部位置合せ機構４１０との少なくとも１つの相互作用点または領域を有し、それによって各位置合せ部材４９６に対する少なくとも３つの接触点または領域が提供される。図１６Ｂを参照すると、部材４７０、４７１、４７２は、径方向に引っ込められ、構成部品４０８から係脱され、それによって内部位置合せ機構４１０との相互作用がないことが示されている。
【００５９】
位置合せ部材４９６を利用した燃料電池スタックの組立ては、位置合せ部材９６を参照して上に論じたのとほぼ同じであり、主な相違点は位置合せ部材４９６が燃料電池スタックの構成部品との係合位置と係脱位置の間で移動する方法である。したがって、位置合せ部材４９６を使用した燃料電池スタックの組立てはさらには論じない。
【００６０】
本発明は、図示および説明した特定の機構および機能とは異なる可能性があることを理解されたい。燃料電池スタックに含まれる板は、様々な材料で作ることができ、様々な構成を有することができる。例えば、複合およびステンレス鋼板を使用することができ、板は打ち抜き加工、エッチング加工、成形加工、または機械加工された構成を有することができる。位置合せ部材および内部位置合せ機構の形状は、本明細書に示すいくつかの実施形態からさらに異なる可能性がある。本発明の組立て機構の構成、本発明の燃料電池スタックの寸法、および位置合せ部材の数およびタイプもまた異なっていてもよい。加えて、組立ての方法において変更を加えることもできる。したがって、本発明の説明は本質的に単に例示的なものであり、本発明の主旨から逸脱しない変更は本発明の範囲内にあることを意図したものである。このような変更は、本発明の精神および範囲からの逸脱であるとは考えられないものとする。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の原理による例示的な燃料電池スタックの展開斜視図である。
【図２】本発明の原理による例示的な位置合せ部材の斜視図である。
【図３】図３Ａは、図２の線３−３に沿った、位置合せ部材の断面図である。図３Ｂは、本発明の原理による図２の線３−３に沿った、位置合せ部材の代替実施形態の断面図である。図３Ｃは、本発明の原理による図２の線３−３に沿った、位置合せ部材の代替実施形態の断面図である。図３Ｄは、本発明の原理による図２の線３−３に沿った、位置合せ部材の代替実施形態の断面図である。
【図４】図４Ａは、本発明の原理による燃料電池スタックの構成部品の対応する位置合せ機構と係合された、図３Ａの断面図での位置合せ部材の平面図である。図４Ｂは、本発明の原理による燃料電池スタックの構成部品の対応する位置合せ機構から係脱された、図３Ａの断面図での位置合せ部材の平面図である。
【図５】図５Ａは、本発明の原理による燃料電池スタックの構成部品の対応する位置合せ機構と係合された、図３Ｂの断面図での位置合せ部材の平面図である。図５Ｂは、本発明の原理による燃料電池スタックの構成部品の対応する位置合せ機構から係脱された、図３Ｂの断面図での位置合せ部材の平面図である。
【図６】図６Ａは、本発明の原理による燃料電池スタックの構成部品の対応する位置合せ機構と係合された、図３Ｃの断面図での位置合せ部材の平面図である。図６Ｂは、本発明の原理による燃料電池スタックの構成部品の対応する位置合せ機構から係脱された、図３Ｃの断面図での位置合せ部材の平面図である。
【図７】図７Ａは、本発明の原理による燃料電池スタックの構成部品の対応する位置合せ機構と係合された、図３Ｄの断面図での位置合せ部材の平面図である。図７Ｂは、本発明の原理による燃料電池スタックの構成部品の対応する位置合せ機構から係脱された、図３Ｄの断面図での位置合せ部材の平面図である。
【図８】本発明の原理による、流体管寄せの一部に対応する位置合せ機構から係脱された、図３Ａの断面での位置合せ部材の平面図である。
【図９Ａ】本発明の原理による、組立ての様々な段階の燃料電池スタックを備えた組立て機構の斜視図である。
【図９Ｂ】本発明の原理による、組立ての様々な段階の燃料電池スタックを備えた組立て機構の斜視図である。
【図１０Ａ】本発明の原理による、組立ての様々な段階の燃料電池スタックを備えた組立て機構の斜視図である。
【図１０Ｂ】本発明の原理による、組立ての様々な段階の燃料電池スタックを備えた組立て機構の斜視図である。
【図１１Ａ】本発明の原理による、組立ての様々な段階の燃料電池スタックを備えた組立て機構の斜視図である。
【図１１Ｂ】本発明の原理による、組立ての様々な段階の燃料電池スタックを備えた組立て機構の斜視図である。
【図１２】図１２Ａは、本発明の原理による第１の位置にある１対の位置合せ部材用の作動装置の側面図である。図１２Ｂは、本発明の原理による第２の位置にある１対の位置合せ部材用の作動装置の側面図である。
【図１３Ａ】一方のばね機構が燃料電池の構成部品と係合して示され、もう一方のばね機構が展開図で示された、本発明の第１の代替実施形態による２つの位置合せ部材および２つのばね機構を備えた燃料電池スタックの展開斜視図である。
【図１３Ｂ】本発明の第１の代替実施形態による、図１３Ａの燃料電池の構成部品と係合されたばね機構の拡大部分切取図である。
【図１４】本発明の第２の代替実施形態による、外側表面を通る内部流体通路および開口部を備えた位置合せ部材の斜視図である。
【図１５Ａ】本発明の第３の代替実施形態による、径方向に膨張する位置合せ部材を含む組立て機構の拡大斜視図である。
【図１５Ｂ】図１５Ａの線１５Ｂ−１５Ｂに沿った、組立て機構の断面図である。
【図１６】図１６Ａは、本発明の原理による、燃料電池スタックの構成部品の対応する位置合せ機構と係合した、図１５Ａの径方向に膨張する位置合せ部材の平面図である。図１６Ｂは、本発明の原理による、燃料電池スタックの構成部品の対応する位置合せ機構から係脱した、図１５Ａの径方向に膨張する位置合せ部材の平面図である。
【図１７Ａ】本発明の原理による、燃料電池スタックの組立てのフローチャートである。
【図１７Ｂ】本発明の原理による、燃料電池スタックの組立てのフローチャートである。
【図１７Ｃ】本発明の原理による、燃料電池スタックの組立てのフローチャートである。
【図１８】本発明の原理による、その間に間隙を備えた燃料電池スタックの上端部構成部品の止まり孔内の位置合せ部材の簡略部分断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１８】
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