Устройство для выравнивания

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[001] Настоящая заявка относится к устройству для выравнивания. В частности, она относится к выравнивающему штырю и стопе элементов, его содержащему.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[002] Идеи в отношении топливных элементов, батарей, или уложенных в стопу топливных элементов, узлов батарей топливных элементов и теплообменных систем, устройств и способов для них хорошо известны среднему специалисту в данной области техники и, в частности, раскрыты в WO 02/35628, WO 03/075382, WO 2004/089848, WO 2005/078843, WO 2006/079800, WO 2006/106334, WO 2007/085863, WO 2007/110587, WO 2008/001119, WO 2008/003976, WO 2008/015461, WO 2008/053213, WO 2008/104760, WO 2008/132493, WO 2009/090419, WO 2010/020797, WO 2010/061190, WO 2015/004419, WO 2015/136295, WO 2016/124929, WO 2016/124928, WO 2016/128721, WO 2016/083780, WO 2019/002829, WO 2019/034855 и WO 2019/034856.
[003] US 2015111125 раскрывает элементы для выравнивания и способы их использования для целей выравнивания соседних биполярных пластин. СА 2990280 раскрывает топливные элементы с улучшенными выравниванием и стабилизацией компонентов. US 8795921 раскрывает систему для выравнивания и способ сборки стопы топливных элементов.
[004] Сборка уложенных в стопы топливных элементов (обычно содержащих, например, основную пластину, множество слоев стопы топливных элементов и концевую пластину с прокладками, размещенными между основной пластиной, слои стопы топливных элементов и концевой пластиной, с тем, чтобы способствовать созданию газонепроницаемого уплотнения между соседними компонентами стопы) может быть сложной и трудной. В частности, если прокладки имеют неправильное позиционирование, они могут заблокировать проходные каналы для потока текучей среды. Даже частичное блокирование проходных каналов для потока текучей среды может значительно повлиять на рабочие характеристики полученного узла в виде стопы, или батареи, топливных элементов, например, снизить выходную мощность и коэффициент полезного действия, а также сократить срок службы батареи.
[005] Следовательно, очень желательным является обеспечение правильного и точного позиционирования компонентов стопы топливных элементов, в частности прокладок.
[006] Настоящая заявка имеет целью обеспечить предоставление усовершенствованного устройства, подходящего для использования в данной области техники.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
[007] Первый аспект обеспечивает выравнивающий штырь для выравнивания стопы компонентов, причем выравнивающий штырь содержит:
(i) корпус, проходящий вдоль продольной оси и содержащий множество упругих лопаток, которые проходят в целом перпендикулярно продольной оси, и
(ii) часть в виде исполнительного механизма.
[008] Стопа компонентов имеет отверстия заданного диаметра. Упругие продолговатые лопатки размещены вокруг продольной оси так, чтобы проходить вдоль продольной оси и выступать в радиальном направлении наружу от продольной оси с заданием внешнего диаметра корпуса. Часть в виде исполнительного механизма выполнена с возможностью управления для перемещения лопаток между свернутой конфигурацией, в которой внешний диаметр меньше заданного диаметра, и развернутой конфигурацией, в которой внешний диаметр корпуса больше, чем в свернутой конфигурации.
[009] В предпочтительном варианте выравнивающий штырь содержит по меньшей мере три упругие лопатки. В более предпочтительном варианте имеется по меньшей мере семь упругих лопаток. Например, лопаток может быть до 14. Оптимальное количество лопаток будет зависеть от формы лопаток, гибкости материала лопаток и природы материала, который подлежит выравниванию.
[0010] В конкретных вариантах реализации упругие лопатки являются криволинейными в одном и том же направлении, например в направлении по часовой стрелке или против часовой стрелки, если смотреть на штырь с конца. В частности, указанное может способствовать выравниванию посредством поворота выравнивающего штыря. Например, там, где прокладка немного выступает в одну сторону проходного канала, поворот выравнивающего штыря и его лопатки может привести к выталкиванию прокладки из проходного канала. Лопатки также могут быть согнуты для получения того же эффекта. Могут быть использованы плоские части, имеющие один или более изгибов для отклонения лопатки. Также могут быть использованы комбинации криволинейностей, изгибов и плоских частей.
[0011] Штырь может содержать центральный стержень и массив продолговатых трубок, размещенных вокруг стержня, причем каждая трубка по существу параллельна стержню, и на каждой трубке расположена упругая лопатка, которая выступает в направлении наружу от указанного массива. Каждая трубка выполнена с возможностью поворота, с тем чтобы регулировать выступание своей лопатки в направлении наружу и таким образом регулировать внешний диаметр корпуса. Исполнительный механизм может содержать поворотную втулку, расположенную вокруг первого конца указанного массива, причем каждая трубка включает в себя конструктивный элемент на первом конце, выполненный с возможностью взаимодействия с соответствующим конструктивным элементом во втулке таким образом, что поворот втулки относительно указанного массива приводит к повороту каждой трубки с регулировкой внешнего диаметра корпуса. Штырь также может содержать держатель, размещенный на втором, противоположном конце указанного массива, причем держатель включает в себя конструктивные элементы, выполненные с возможностью взаимодействия с трубками для удержания трубок параллельно центральному стержню. Каждая лопатка может выступать по касательной от своей трубки.
[0012] В конкретных вариантах реализации корпус содержит стержень, от которого проходит указанное множество упругих лопаток. Например, в случае лопаток из пружинной стали может быть обеспечен центральный стержень, на котором установлены лопатки (например, приварены или припаяны). Таким образом, корпус может быть обеспечен центральным стержнем. В других конкретных вариантах реализации (например, в которых лопатки изготовлены из нейлона или политетрафторэтилена) центральный стержень не требуется, а вместо этого лопатки могут быть соединены вместе. Например, может быть использовано аддитивное производство (например, 3D-печать) для формирования выравнивающего штыря из выбранного материала без центрального штыря.
[0013] Когда упругие лопатки прикреплены к стержню, они могут быть прикреплены вдоль своей длины. Например, лопатки могут быть выполнены за одно целое или прикреплены.
[0014] В конкретных вариантах реализации упругие лопатки образуют спираль вокруг стержня.
[0015] Второй аспект обеспечивает сборочное приспособление для укладки в стопу, содержащее: рабочее основание, на котором может быть размещена стопа компонентов, причем компоненты имеют отверстия заданного диаметра, а рабочее основание имеет направляющие отверстия, которые не меньше заданного диаметра и расположены так, чтобы соответствовать положению отверстий компонентов в стопе; и основную пластину, несущую массив выравнивающих штырей, причем выравнивающие штыри размещены так, чтобы соответствовать положениям направляющих отверстий; причем основная пластина выполнена с возможностью перемещения относительно рабочего основания таким образом, что выравнивающие штыри могут выступать через направляющие отверстия и с прохождением в отверстия компонентов, а исполнительные механизмы выполнены с возможностью управления для выравнивания компонентов в стопе.
[0016] Основная пластина может быть расположена ниже рабочего основания и выполнена с возможностью подъема так, что выравнивающие штыри выступают с прохождением в отверстия компонентов. Исполнительные механизмы могут быть расположены на основной пластине.
[0017] Сборка стопы компонентов с использованием сборочного приспособления включает: позиционирование стопы компонентов на рабочем основании таким образом, что отверстия компонентов перекрываются с направляющими отверстиями; перемещение основной пластины с лопатками на штырях в свернутой конфигурации так, что штыри выступают через направляющие отверстия и отверстия компонентов; и управление работой исполнительных механизмов так, что лопатки перемещаются в развернутую конфигурацию с выравниванием компонентов.
[0018] Сборка также может включать выполняемое после выравнивания компонентов управление работой исполнительного механизма для возврата лопаток в свернутую конфигурацию; добавление дополнительных компонентов к стопе так, что штыри выступают через отверстия указанных дополнительных компонентов; и управление работой исполнительных механизмов так, что лопатки перемещаются в развернутую конфигурацию с выравниванием указанных дополнительных компонентов. Указанное может включать перемещение основной пластины ближе к рабочему основанию так, что штыри выступают дальше от рабочего основания по мере увеличения высоты стопы.
[0019] В частности, стопа компонентов, для выравнивания которых предназначен выравнивающий штырь, может включать в себя множество элементов, каждый из которых задает общее базовое отверстие, и соответствующую прокладку, расположенную между соседними элементами, при этом каждая прокладка задает отверстие прокладки, а указанное множество элементов и прокладки уложены в стопу (т.е. с выравниванием стопы) таким образом, что общие базовые отверстия и отверстия прокладок задают проходной канал.
[0020] Например, проходной канал может быть выполнен в виде топливного канала, например, как подробно описано и проиллюстрировано в WO 2019/034855.
[0021] Устройства для сборки стопы элементов широко используются для способствования сборке укладываемых в стопы топливных элементов. Такое устройство обычно включает в себя базовые элементы, с примыканием в которые размещены топливные элементы (также упомянутые как слои стопы топливных элементов и повторяющиеся слои стопы топливных элементов). Поскольку слои стопы топливных элементов обычно выполнены из металла, например из стали, указанное обеспечивает жесткий каркас, по которому могут быть выровнены другие компоненты (такие как прокладки). Однако без фиксации других компонентов, таких как прокладки, на месте перед размещением следующего повторяющегося слоя стопы топливных элементов на верхней части, прокладки могут перемещаться. В частности, прокладки могут расширяться при приложении к ним сжимающей силы (например, с помощью средств сжатия стопы). Как подробно описано выше, даже частичное блокирование проходного канала может оказывать неблагоприятное воздействие на узел, выполненный в виде стопы, или батареи, топливных элементов.
[0022] Следовательно, правильное выравнивание компонентов стопы, таких как прокладки, является критическим.
[0023] Таким образом, выравнивающий штырь может быть выровнен с общими базовыми отверстиями проходного канала (т.е. выровнен с ними). Таким образом, выравнивающий штырь, в свою очередь, может быть использован для обеспечения мягкого базового элемента для выравнивания прокладок (и других компонентов стопы).
[0024] Упругие лопатки могут проходить в радиальном направлении наружу от продольной оси.
[0025] Выравнивающий штырь является продолговатым в продольном направлении. В предпочтительном варианте отношение (когда нет использования, т.е. в расслабленном состоянии, также называемым свободным или развернутым состоянием) длины выравнивающего штыря к внешнему диаметру (предпочтительно максимальному внешнему диаметру) упругих лопаток составляет по меньшей мере 3:1. В конкретных вариантах реализации используется такой (относительно короткий) выравнивающий штырь, который приводится в действие многократно при сборке стопы компонентов, с компонентами на или возле верхней части выравниваемой стопы. В других вариантах реализации выравнивающий штырь выполнен длиннее, он используется и приводится в действие реже. Точные размеры выравнивающего штыря могут быть выбраны в зависимости от конкретных компонентов стопы, которые необходимо выровнять, и дополнительного оборудования, используемого для сборки стопы. Например, в конкретных вариантах реализации отношение длины выравнивающего штыря к внешнему диаметру упругих лопаток составляет от 3:1 до 7:1.
[0026] В предпочтительном варианте конструкция и упругость лопаток штыря лопаток являются такими, чтобы они не были слишком жесткими: например, конструкцию и упругость лопаток штыря предпочтительно выборочно выполняют такими, что внешний диаметр несжатых/развернутых лопаток штыря по меньшей мере на 5% больше первого, меньшего диаметра сжатой/свернутой конфигурации, которую лопатки штыря способны принимать при их вставке в отверстие (такое как проходной канал) этого диаметра и где они будут способны развивать достаточное усилие выравнивания.
[0027] В предпочтительном варианте лопатки при приведении их в действие по своей природе способны сжиматься/сворачиваться до второго, даже меньшего диаметра сжатой/свернутой конфигурации, с тем чтобы обеспечивать извлечение штыря, при этом внешний диаметр несжатых/развернутых лопаток штыря по меньшей мере на 10% больше, чем второй диаметр сжатой/свернутой конфигурации.
[0028] Лопатки не обязательно должны быть расположены вдоль всей длины корпуса. Например, в конкретных вариантах реализации упругие лопатки расположены на одном конце выравнивающего штыря, а часть в виде исполнительного механизма расположена на другом конце выравнивающего штыря, при этом часть корпуса проходит между ними без каких-либо лопаток.
[0029] Примеры подходящих материалов для лопаток включают в себя пластмассу, такую как нейлон или PTFE (политетрафторэтилен), и пружинную сталь.
[0030] Лопатки могут быть размещены так, что поворот выравнивающего штыря в первом направлении уменьшает трение на лопатках (о компоненты стопы), а поворот выравнивающего штыря в противоположном втором направлении увеличивает трение на лопатках. Таким образом, когда выравнивающий штырь находится в проходном канале, выравнивающий штырь может быть повернут во втором направлении для выравнивания компонентов стопы, а затем может быть повернут в противоположном направлении для уменьшения трения и облегчения его удаления из проходного канала.
[0031] Таким образом в конкретных вариантах реализации либо:
(a) упругие лопатки являются криволинейными в направлении по часовой стрелке, а выравнивающий штырь выполнен с возможностью уменьшения трения на лопатках при использовании посредством поворота выравнивающего штыря в направлении против часовой стрелки и увеличения трения на лопатках при использовании посредством поворота выравнивающего штыря в направлении по часовой стрелке, либо
(b) упругие лопатки являются криволинейными в направлении против часовой стрелки, а выравнивающий штырь выполнен с возможностью уменьшения трения на лопатках при использовании посредством поворота выравнивающего штыря в направлении по часовой стрелке и увеличения трения на лопатках при использовании посредством поворота выравнивающего штыря в направлении против часовой стрелки.
[0032] В конкретных вариантах реализации упругие лопатки имеют профиль гармошки.
[0033] В конкретных вариантах реализации либо:
(a) упругие лопатки являются криволинейными в направлении по часовой стрелке, а выравнивающий штырь выполнен с возможностью сворачивания посредством поворота выравнивающего штыря в направлении против часовой стрелки и с возможностью разворачивания посредством поворота выравнивающего штыря в направлении по часовой стрелке, либо
(b) упругие лопатки являются криволинейными в направлении против часовой стрелки, а выравнивающий штырь выполнен с возможностью сворачивания посредством поворота выравнивающего штыря в направлении по часовой стрелке и с возможностью разворачивания посредством поворота выравнивающего штыря в направлении против часовой стрелки.
[0034] Часть в виде исполнительного механизма может иметь форму и размеры в соответствии с предполагаемым способом приведения в действие выравнивающего штыря. Например, часть в виде исполнительного механизма может иметь форму, обеспечивающую возможность вставки выравнивающего штыря, его удаление и/или поворот с использованием внешнего инструмента. В качестве альтернативы, это может быть захватная часть (например, рукоятка), форма и размеры которой позволяют удобно работать вручную.
[0035] Часть в виде исполнительного механизма может иметь меньший диаметр, чем внешний диаметр упругих лопаток. Таким образом, например, во время процесса ручной сборки выравнивающий штырь может быть вставлен в частично собранную стопу компонентов и повернут для выравнивания этих компонентов. После этого могут быть установлены дополнительные компоненты стопы без удаления выравнивающего штыря. Выравнивающий штырь затем может быть повернут в свою свернутую конфигурацию/ конфигурацию низкого трения, перемещен вверх и повернут в свою развернутую конфигурацию/ конфигурацию увеличенного трения для выравнивания недавно добавленных компонентов стопы. Поскольку дополнительные компоненты стопы вставляют поверх выравнивающего штыря, может быть желательно уменьшить вероятность их повреждения в случае контакта с выравнивающим штырем. Чтобы способствовать достижению этого, выравнивающий штырь дополнительно может содержать съемную закругленную или куполообразную крышку для части в виде исполнительного механизма в тех вариантах реализации, в которых исполнительный механизм находится наверху. Крышка предпочтительно имеет меньший диаметр, чем внешний диаметр упругих лопаток. При установленной крышке часть в виде исполнительного механизма не открыта, и таким образом сведен к минимуму риск какого-либо повреждения компонентов стопы вследствие случайного контакта с захватной частью во время сборки стопы. При необходимости крышка может быть удалена, с тем чтобы обеспечить доступ к захватной части, так что обеспечена возможность приведения в действие (например, поворота) выравнивающего штыря.
[0036] В других вариантах реализации часть в виде исполнительного механизма может иметь внешний диаметр, который больше внешнего диаметра лопаток или равен ему, и может быть вставлена, приведена в действие и удалена по желанию и при необходимости.
[0037] Когда выравнивающий штырь перемещается, и это перемещение может вызвать приложение к стопе компонентов направленной вверх силы, на верхней части стопы компонентов может быть размещен по меньшей мере один фиксатор, чтобы предотвратить перемещения компонентов вверх.
[0038] Третий аспект обеспечивает стопу элементов, содержащую множество элементов, размещенных возле друг друга с образованием конфигурации с укладкой в стопу, при этом элементы стопы имеют внутренние элементы для выравнивания, выполненные внутри компонентов каждого элемента стопы, которые обеспечивают возможность их выравнивания относительно друг друга, и дополнительно содержащую выравнивающий штырь, расположенный внутри элементов для выравнивания, причем каждый элемент для выравнивания включает в себя поверхность взаимодействия, с которой выравнивающий штырь выполнен с возможностью выборочного ввода во взаимодействие и вывода из взаимодействия при нахождении внутри элемента для выравнивания.
[0039] В частности, выравнивающий штырь может быть выполнен с возможностью выборочного ввода во взаимодействие с элементами для выравнивания и вывода из взаимодействия при вставке внутрь элемента для выравнивания.
[0040] В предпочтительном варианте внутренние элементы для выравнивания являются отверстиями, образованными в элементах стопы, например проходными отверстиями в элементах стопы. Указанные отверстия могут служить в качестве базовых отверстий.
[0041] Например, элементы для выравнивания могут задавать проходной канал, в котором расположен выравнивающий штырь. Проходной канал также может быть описан как "проходной канал для выравнивания".
[0042] Стопа элементов может содержать дополнительные компоненты, расположенные между соседними элементами, например компонентами, которые могут свободно перемещаться, но которые должны быть установлены, например, относительно элементов для выравнивания в элементе стопы, например отверстии, таком как проходное отверстие. Такие компоненты могут включать в себя (но не ограничиваться этим) прокладки и проставки. Такие дополнительные компоненты могут быть по меньшей мере частично расположены возле элементов для выравнивания соседних элементов таким образом, что они могут быть выровнены посредством выравнивающего штыря, когда он расположен внутри элементов для выравнивания. Например, каждая прокладка может задавать отверстие прокладки, и выравнивающий штырь таким образом может быть использован для позиционирования прокладок относительно внутренних элементов для выравнивания, таких как отверстия для выравнивания в соседних элементах. В других вариантах реализации выравнивающий штырь может быть использован для обеспечения того, чтобы дополнительные компоненты, расположенные между элементами стопы, выступали между элементами для выравнивания соседних элементов (или за пределы этих элементов для выравнивания). Например, выравнивающий штырь может быть использован для выталкивания дополнительных компонентов из проходного канала, образованного между элементами для выравнивания соседних элементов (или для обеспечения того, чтобы дополнительные компоненты не проходили или не выступали в них, т.е. предотвращения их прохождения или выступания в такой проходной канал).
[0043] Таким образом, стопа элементов может содержать элементы с соответствующими проходными отверстиями, выровненными в направлении укладки в стопу с образованием внутренних коллекторов, и прокладки, размещенные между соседними элементами для уплотнения коллекторов. В конкретных вариантах реализации выравнивающий штырь расположен в выравнивающих проходных отверстиях и выравнивает (т.е. непрерывно выравнивает) прокладки относительно выравнивающих проходных отверстий.
[0044] В конкретных вариантах реализации каждый элемент стопы имеет больше одного внутреннего элемента для выравнивания. В конкретных вариантах реализации каждый элемент стопы имеет множество отверстий для выравнивания. Таким образом могут быть заданы множество проходных каналов.
[0045] Таким образом, в конкретных вариантах реализации обеспечена стопа элементов, содержащая множество компонентов стопы, причем компоненты стопы включают в себя множество элементов, каждый из которых задает общее базовое отверстие, и соответствующую прокладку, расположенную между соседними элементами, при этом каждая прокладка задает отверстие прокладки, а указанное множество элементов и прокладок размещены возле друг друга с образованием конфигурации с укладкой в стопу (т.е. с выравниванием стопы) таким образом, что общие базовые отверстия и отверстия прокладок задают проходной канал, и дополнительно содержащая выравнивающий штырь, расположенный в проходном канале. В предпочтительном варианте выравнивающий штырь расположен в проходном канале с возможностью удаления.
[0046] В конкретных вариантах реализации каждый элемент стопы задает множество базовых отверстий. Например, в конкретных вариантах реализации каждый элемент стопы задает первые и вторые базовые отверстия. В других вариантах реализации каждый элемент стопы задает первые, вторые и третьи базовые отверстия. В других вариантах реализации каждый элемент стопы задает первые, вторые, третьи и четвертые базовые отверстия. В таких вариантах реализации соответствующие прокладки расположены между соседними элементами, так чтобы задавать дополнительный проходной канал или проходные каналы, если это необходимо. Таким образом, первые базовые отверстия (и соответствующие отверстия прокладок) могут задавать первый проходной канал; вторые базовые отверстия (и соответствующие отверстия прокладок) могут задавать второй проходной канал; третьи базовые отверстия (и соответствующие отверстия прокладок) могут задавать третий проходной канал и т.п.
[0047] Такие проходные каналы также могут быть упомянуты как "дымоходы" (chimneys).
[0048] В конкретных вариантах реализации указанные элементы представляют собой топливные элементы. В конкретных вариантах реализации они являются твердооксидными топливными элементами. Широко известны другие типы топливных элементов, и настоящие варианты реализации могут быть использованы с ними при необходимости.
[0049] В различных аспектах, где делается ссылка на твердооксидные топливные элементы, которые могут включать в себя твердооксидные электролизеры (также называемые твердооксидными элементами на основе электролиза), т.е. твердооксидные топливные элементы, выполненные с возможностью работы или работающие в регенеративном режиме для преобразования воды в водород и кислород.
[0050] Выравнивание множества компонентов стопы элементов с использованием выравнивающего штыря может включать: размещение множества элементов возле друг друга с образованием конфигурации с укладкой в стопу, при этом элементы стопы имеют внутренние элементы для выравнивания, выполненные внутри компонентов каждого элемента стопы, которые обеспечивают возможность их выравнивания относительно друг друга, причем каждый элемент для выравнивания включает в себя поверхность взаимодействия, с которой выравнивающий штырь выполнен с возможностью выборочного ввода во взаимодействие и вывода из взаимодействия при нахождении внутри указанного элемента для выравнивания; и расположение выравнивающего штыря в элементах для выравнивания в свернутой конфигурации и управление работой исполнительного механизма для перемещения выравнивающего штыря в развернутую конфигурацию для выравнивания указанных элементов.
[0051] Выравнивание также может включать: размещение множества прокладок между соседними элементами, при этом каждая прокладка задает отверстие прокладки; и расположение выравнивающего штыря в элементах для выравнивания и отверстиях прокладок в свернутой конфигурации и управление работой исполнительного механизма для перемещения выравнивающего штыря в развернутую конфигурацию для выравнивания указанных элементов и прокладок.
[0052] Когда внутренние элементы для выравнивания элементов стопы задают общее базовое отверстие, выравнивание может включать: размещение элементов стопы и прокладок возле друг друга с образованием конфигурации с укладкой в стопу таким образом, что общие базовые отверстия и отверстия прокладок задают проходной канал; и расположение указанного выравнивающего штыря внутри проходного канала в свернутой конфигурации и управление работой исполнительного механизма для перемещения выравнивающего штыря в развернутую конфигурацию для выравнивания прокладок с элементами стопы.
[0053] В конкретных вариантах реализации либо:
(a) упругие лопатки являются криволинейными в направлении по часовой стрелке, а выравнивание также включает поворот выравнивающего штыря в направлении против часовой стрелки для вставки выравнивающего штыря в проходной канал, поворот выравнивающего штыря в направлении по часовой стрелке для выравнивания стопы компонентов и поворот выравнивающего штыря в направлении против часовой стрелки с удалением выравнивающего штыря из проходного канала; либо
(b) упругие лопатки являются криволинейными в направлении против часовой стрелки, а выравнивание также включает поворот выравнивающего штыря в направлении по часовой стрелке для вставки выравнивающего штыря в проходной канал, поворот выравнивающего штыря в направлении против часовой стрелки для выравнивания стопы компонентов и поворот выравнивающего штыря в направлении по часовой стрелке с удалением выравнивающего штыря из проходного канала.
[0054] В конкретных вариантах реализации компоненты стопы удерживаются для предотвращения их перемещения вверх. Указанное может быть выполнено для предотвращения перемещения компонентов стопы относительно друг друга, в частности, когда выравнивающий штырь удален. Например, если компоненты стопы включают в себя множество блоков топливных элементов с размещенными между ними прокладками, верхний блок топливных элементов может удерживаться для предотвращения его перемещения вверх. Например, на него может быть помещен груз, или на него или вокруг него может быть помещен жесткий каркас для предотвращения перемещения вверх его и других компонентов стопы.
[0055] Таким образом, выравнивание может включать этап удаления выравнивающего штыря. Кроме того, выравнивание может включать этап удерживания компонентов стопы для предотвращения их перемещения вверх, когда выравнивающий штырь удален.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0056] На ФИГ. 1 приведен поперечный разрез, выполненный через первый вариант реализации выравнивающего штыря.
[0057] На ФИГ. 2 приведен вид с конца выравнивающего штыря по ФИГ. 1.
[0058] На ФИГ. 3 приведен вид в перспективе выравнивающего штыря по ФИГ. 1.
[0059] На ФИГ. 4 приведен поперечный разрез, выполненный через выравнивающий штырь по ФИГ. 1, при его использовании.
[0060] На ФИГ. 5 показана частично собранная стопа топливных элементов со вставленными выравнивающими штырями по ФИГ. 1.
[0061] На ФИГ. 6 показан частичный вид сверху блока твердооксидных топливных элементов, закрепленных на металле, для частично собранной стопы топливных элементов по ФИГ. 5 без выравнивающего штыря, вставленного в проходной канал.
[0062] На ФИГ. 7 показан частичный вид сверху блока твердооксидных топливных элементов, закрепленных на металле, для частично собранной стопы топливных элементов по ФИГ. 5, с разрезом через выравнивающий штырь, вставленный в проходной канал.
[0063] На ФИГ. 8 приведен поперечный разрез, выполненный через второй вариант реализации выравнивающего штыря.
[0064] На ФИГ. 9 приведен поперечный разрез, выполненный через выравнивающий штырь по ФИГ. 8, при его использовании.
[0065] На ФИГ. 10 приведен вид в перспективе третьего варианта реализации выравнивающего штыря.
[0066] На ФИГ. 11 приведен вид с конца штыря по ФИГ. 10.
[0067] На ФИГ. 12 приведен вид в перспективе четвертого варианта реализации выравнивающего штыря.
[0068] На ФИГ. 13 приведен вид с конца штыря по ФИГ. 12.
[0069] На ФИГ. 14 приведен вид в перспективе пятого варианта реализации выравнивающего штыря с тремя лопатками.
[0070] На ФИГ. 15 приведен вид с конца штыря по ФИГ. 14.
[0071] На ФИГ. 16 приведен поперечный разрез, выполненный через шестой вариант реализации выравнивающего штыря.
[0072] На ФИГ. 17 приведен поперечный разрез, выполненный через седьмой вариант реализации выравнивающего штыря.
[0073] На ФИГ. 18 показан выравнивающий штырь согласно восьмому варианту реализации в свернутой конфигурации.
[0074] На ФИГ. 19 показана концевая часть выравнивающего штыря по ФИГ. 18.
[0075] На ФИГ. 20 показана трубка, несущая упругую лопатку.
[0076] На ФИГ. 21 показан выравнивающий штырь по ФИГ. 18 в развернутой конфигурации.
[0077] На ФИГ. 22 показана концевая часть выравнивающего штыря по ФИГ. 21.
[0078] На ФИГ. 23 показан верхний держатель для использования с выравнивающим штырем по ФИГ. 18.
[0079] На ФИГ. 24 показано сборочное приспособление для укладки в стопу.
[0080] На ФИГ. 25-28 показано сборочное приспособление для укладки в стопу по ФИГ. 24 на этапах сборки стопы элементов.
[0081] На ФИГ. 29 показана еще одна форма лопатки.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
[0082] Специалисту в данной области техники будет очевидно, что различные модификации и вариации могут быть выполнены без отступления от объема формулы полезной модели.
1-й вариант реализации
[0083] В первом варианте реализации (ФИГ. 1-6) выравнивающий штырь 10 содержит корпусную часть 20, содержащую центральный стержень 30, от которого проходит набор из семи упругих лопаток 40, которые являются криволинейными в направлении по часовой стрелке (т.е. упругие лопатки 40 прикреплены к цельному центральному стержню 30 вдоль своей длины). На одном конце выравнивающего штыря 10 расположен исполнительный механизм 50, который используется для вставки и удаления выравнивающего штыря 10 из проходных каналов в стопе компонентов и для поворота выравнивающего штыря 10.
[0084] Проходной канал 60 образован общими базовыми отверстиями множества топливных элементов (не показано) и отверстиями соответствующих прокладок 70, размещенных между соседними топливными элементами. Указанные элементы и прокладки размещены возле друг друга с образованием конфигурации с укладкой в стопу.
[0085] При использовании выравнивающий штырь 10 поворачивают с использованием исполнительного механизма 50 в направлении против часовой стрелки (если смотреть сверху) и вставляют в проходной канал 60, поворот против часовой стрелки уменьшает трение упругих лопаток 40 с топливными элементами и прокладками и облегчает вставку. Затем выравнивающий штырь 10 поворачивают в направлении по часовой стрелке для увеличения трения на упругих лопатках 40. Это приводит к тому, что упругие лопатки 40 вызывают нарушения выравнивания прокладок 70, которые необходимо переместить и выровнять. Исполнительный механизм 50 имеет диаметр, который меньше внешнего диаметра упругих лопаток 40.
[0086] В этом варианте реализации лопатки 40 имеют непрерывную поверхность. В других вариантах реализации (см., например, ФИГ. 12) лопатки могут иметь щелевые отверстия.
[0087] Как показано на ФИГ. 5-7, частично собранная стопа 100 топливных элементов содержит блоки 110 твердооксидных топливных элементов, закрепленных на металле, с размещенными между ними прокладками 70. Примеры блоков 110 твердооксидных топливных элементов, закрепленных на металле, описаны в WO 2019/034855.
[0088] Каждый блок 110 топливных элементов задает проходные каналы 60 (топливные каналы). В этом примере имеется по одному каналу в каждом углу. Выравнивающий штырь 10 вставляют в каждый проходной канал 60. Блоки 110 топливных элементов жестко выровнены относительно твердого внешнего базового элемента (не показано). Однако прокладки 70 могут свободно перемещаться относительно блоков 110 топливных элементов и удерживаются массой топливного элемента (топливных элементов) 110 на их верхней части. Выравнивающие штыри 10 действуют так, чтобы обеспечивать мягкий базовый элемент, относительно которого прокладки 70 выравниваются - когда заданное количество блоков 110 топливных элементов и размещенные между ними прокладки 70 уложены в стопу, выравнивающий штырь 10 вставляют в каждый проходной канал 60, и приводят его в действие для выравнивания прокладок 70 с блоками 110 топливных элементов. Затем выравнивающие штыри 10 удаляют из проходных каналов 60.
2- й вариант реализации
[0089] Второй вариант реализации (ФИГ. 8 и 9) в целом соответствует первому варианту реализации. Во втором варианте реализации упругие лопатки 42 не имеют предварительной криволинейности, т.е. расположены по существу радиально в развернутой/несжатой конфигурации.
3- й вариант реализации
[0090] Третий вариант реализации (ФИГ. 10 и 11) в целом соответствует первому варианту реализации. В третьем варианте реализации упругие лопатки 44 расположены под углом относительно радиального направления (в отличие, например, от криволинейного расположения, как в первом варианте реализации).
4- й вариант реализации
[0091] Четвертый вариант реализации (ФИГ. 12 и 13) в целом соответствует первому варианту реализации. В четвертом варианте реализации упругие лопатки 46 расположены прерывисто (они также могут быть описаны как расположенные с щелевыми отверстиями), а центральный стержень 32 является полым.
5- й вариант реализации
[0092] Пятый вариант реализации (ФИГ. 14 и 15) в целом соответствует первому варианту реализации. Четвертый вариант реализации содержит три упругие лопатки 47, которые изготовлены из пружинной стали и выступают по касательной от центрального стержня 30.
6- й вариант реализации
[0093] Шестой вариант реализации (ФИГ. 16) отличается от предыдущих вариантов реализации тем, что он не содержит центральный стержень. Вместо этого корпус содержит две криволинейные упругие лопатки 48, которые соединены непосредственно друг с другом вдоль продольных кромок.
7- й вариант реализации
[0094] Седьмой вариант реализации (ФИГ. 17) схож с шестым вариантом реализации в том, что он не содержит центральный стержень. В седьмом варианте реализации корпус содержит четыре криволинейные упругие лопатки 49, которые соединены непосредственно друг с другом вдоль продольных кромок.
8- й вариант реализации
[0095] На ФИГ. 18-23 показан восьмой вариант реализации выравнивающего штыря 200. Штырь содержит центральный стержень 210, установленный в основании 211 с рядом трубок 212, расположенных вокруг внешней части стержня 210. Стержень 210 и трубки 212 по существу параллельны. Стержень 210 и трубки показаны полыми, однако они также могут быть сплошными. На каждой трубке 212 расположена упругая лопатка 214, соединенная с ее внешней поверхностью. Каждая лопатка 214 проходит по касательной от своей трубки 212 и является криволинейной. Когда они расположены вокруг центрального стержня 210, все лопатки 214 выступают и являются криволинейными в одном и том же направлении, а соседние лопатки перекрываются.
[0096] Каждая трубка 212 выполнена с возможностью поворота вокруг своей продольной оси. Это позволяет регулировать величину, на которую каждая лопатка 214 выступает в радиальном направлении. В показанном варианте реализации, если смотреть сверху, поворот трубок 212 в направлении против часовой стрелки вызывает выступание лопаток 214 на большую величину так, что внешний диаметр штыря увеличивается. И наоборот, поворот в направлении по часовой стрелке вызывает меньшее выступание лопаток 214. На ФИГ. 18 и 19 показан штырь в свернутой конфигурации (меньший внешний диаметр), а на ФИГ. 20 и 21 показан тот же штырь в развернутой конфигурации (больший внешний диаметр).
[0097] Каждая трубка 212 имеет конструктивный элемент в виде радиально выступающего штифта 216 на нижнем конце, который проходит в наружном направлении от штыря. В нижней части штыря установлен исполнительный механизм в виде поворотной втулки 218. Втулка 218 имеет ряд конструктивных элементов 220 в виде вырезов вокруг указанного конца штыря. Штифт 216 взаимодействует с каждым вырезом 220. Поворот втулки 218 относительно центрального стержня 210 вызывает перемещение вырезов штифтов в одну или другую сторону. Это, в свою очередь, вызывает поворот трубок и разворачивание или сворачивание лопаток 212. Втулка может быть зафиксирована в развернутом или свернутом положении посредством установочного штифта 221. Также могут быть использованы схемы построения конструктивных элементов. Например, положения штифтов и вырезов могут быть обратными, или может быть использована зубчатая передача.
[0098] На верхней части штыря расположен держатель 222 (показан отдельно на ФИГ. 23). Держатель прикреплен к центральному стержню 210 и имеет выступающие конструктивные элементы 224, которые взаимодействую с концами трубок 212, чтобы удерживать их в положении относительно стержня 210, позволяя им совершать поворот вокруг своей продольной оси.
[0099] На ФИГ. 24-28 показано сборочное приспособление для укладки в стопу, содержащее штыри согласно восьмому варианту реализации. Сборочное приспособление 230 имеет рабочее основание 232 для поддержки стопы компонентов. Рабочее основание 232 имеет ряд направляющих отверстий 234, которые размещены в соответствии с расположением каналов 60 в блоках 110 топливных элементов. Ниже рабочего основания 232 расположена основная пластина 236. Основная пластина 236 имеет штыри 200, установленные на обращенной вверх поверхности и расположенные в соответствии с расположением направляющих отверстий 234 в рабочем основании 232.
[00100] В первоначальном положении штыри 200 находятся в свернутой конфигурации и выступают частично через направляющие отверстия 234 (ФИГ. 24). Блоки 110 топливных элементов и прокладки 70 размещены поверх штырей 200 с опиранием на рабочее основание 232 (ФИГ. 25). Каждый штырь 200 приводится в действие с переводом в развернутую конфигурацию посредством поворота втулок 218 так, что лопатки 214 перемещаются в наружном направлении для взаимодействия с внутренними поверхностями проходных каналов 60 в блоках 110 топливных элементов и прокладках 70 так, чтобы вызывать их выравнивание (ФИГ. 26). Затем приводятся в действие штыри 200 с переводом их в свернутую конфигурацию (ФИГ. 27). На этом этапе дополнительные блоки 110 топливных элементов и прокладки 70 могут быть размещены поверх штырей 200 для увеличения размера стопы. Дополнительно или в качестве альтернативы, основная пластина 236 выполнена с возможностью подъема так, что штыри 200 выступают дальше через направляющие отверстия 234 для обеспечения возможности размещения дополнительных блоков 110 топливных элементов и прокладок 70 поверх штырей 200 для увеличения размера стопы (ФИГ. 28). После завершения формирования стопы штыри 200 возвращают в свернутую конфигурацию, основную пластину 236 опускают, и стопу удаляют.
9-й вариант реализации
[00101] Девятый вариант реализации (ФИГ. 29) схож с восьмым вариантом реализации. Однако в этом случае лопатки 215 согнуты, а не являются криволинейными, т.е. каждая лопатка образована по существу плоской частью с одним или более изгибами так, что лопатка отклоняется от одной плоскости. Также могут быть использованы комбинации плоских частей, изгибов и крив о линейности для достижения такого же результата.
[00102] Различные модификации, адаптации и альтернативные варианты осуществления будут очевидны для специалистов в данной области техники без отхода от объема прилагаемой формулы полезной модели.