КОМПРЕССИОННЫЙ СБОРОЧНЫЙ УЗЕЛ ТОПЛИВНОГО ЭЛЕМЕНТА Российский патент 2007 года по МПК H01M8/24 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к электрохимическим топливным элементам и, в частности, к способам и устройству для сборки множества пластин топливных элементов в виде пакета топливных элементов.

Уровень техники

Обычные электрохимические топливные элементы преобразуют топливо и окислитель в электрическую энергию и продукты реакции. Типичный топливный элемент содержит множество слоев, включающих мембрану переноса ионов, зажатую между анодом и катодом, в результате чего формируется узел из мембраны и электродов или УМЭ (МЕА).

Слои электродов и мембрана расположены между пластиной поля потока текучей среды анода, предназначенной для подачи текучей среды топлива к аноду, и пластиной поля потока текучей среды катода, предназначенной для подачи окислителя к катоду и для удаления обычных продуктов реакции. Пластины поля потока текучей среды обычно изготовляют с проходами для потока текучей среды, сформированными на поверхности пластины, такими как канавки или каналы на поверхности, обращенной к пористым электродам.

Типичный одиночный элемент или топливный элемент с мембраной протонного обмена при нормальных рабочих условиях генерирует выходное напряжение в диапазоне от 0,5 до 1,0 В. Во многих вариантах применения и электрических устройствах требуются более высокие напряжения для их эффективной работы. Такие повышенные уровни напряжения обычно получают путем последовательного соединения отдельных ячеек с формированием пакета топливных элементов.

Для уменьшения общего объема и веса пакета используют компоновку биполярной пластины, которая образует пластину поля потока текучей среды анода для одной ячейки, и пластину поля потока текучей среды катода для соседней ячейки. Соответствующие поля потока формируют на каждой стороне пластины, передающей текучую среду (например, водород или газ, обогащенный водородом) на одной стороне и окислитель (например, воздух) на другой стороне. Биполярные пластины являются одновременно непроницаемыми для газа и электропроводными и, таким образом, обеспечивают эффективное разделение вступающих в реакцию газов и электропроводное соединение между элементами.

Текучие среды обычно подают к каждой из пластин поля потока текучей среды с использованием общих коллекторов, которые проходят по высоте пакета, и сформированных из совмещенных отверстий каждой последующей пластины.

Площадь одиночного элемента может изменяться от нескольких квадратных сантиметров до сотен квадратных сантиметров. Пакет может состоять из нескольких элементов и нескольких сотен элементов, соединенных последовательно, с использованием биполярных пластин.

Две пластины коллектора тока, по одной с каждого торца полного пакета топливных элементов, используют для подключения к внешней цепи.

Существует ряд важных моментов, которые следует учитывать при сборке пакета топливных элементов. Во-первых, отдельные слои пластин должны быть установлены правильно для обеспечения правильного совмещения каналов потока газа и коллекторов.

Во-вторых, контактное давление между соседними пластинами используют для образования уплотнений для газа между различными элементами в коллекторе и каналами потока газа. Обычно уплотнения для газа включают сжимаемые прокладки, которые устанавливают на поверхностях соответствующих сторон пластин. Поэтому для обеспечения требуемого уплотнения для газа необходимо прикладывать соответствующую силу сжатия ко всем пластинам в пакете, ортогонально к плоскостям поверхностей пластин в пакете, для обеспечения требуемого сжатия уплотняющих поверхностей всех прокладок.

В-третьих, определенная сила сжатия необходима для обеспечения хорошего электрического контакта между соседними слоями.

На внешних торцах пакета обычно устанавливают, по существу, жесткие торцевые пластины, предназначенные для приложения соответствующих сил сжатия, удерживающих пакет в собранном виде.

Для обеспечения возможности приложения и поддержания такой силы сжатия было предложено использовать множество различных устройств.

В обычных пакетах топливных элементов, таких как описаны в US 3134697, устанавливают связующие стержни, которые проходят между двумя узлами торцевых пластин и проходят через отверстия, сформированные по внешнему контуру торцевых пластин. Такие связующие стержни обычно выполнены с резьбой и на них навинчивают зажимные гайки, предназначенные для приложения и поддержания силы сжатия.

В альтернативных конфигурациях, таких как описана в US 6057053, используют аналогичные механизмы, но связующие стержни проходят через центральные участки пакета и, следовательно, активные элементы, внутри коллекторов или трубопроводов текучей среды.

Также были предложены для использования гидравлические способы сжатия, один из которых описан в US 5419980, в которых текучую среду под давлением используют для приложения силы сжатия к топливным элементам через расширяющийся эластичный баллон или шар.

Также были предложены зажимы, такие как описаны в US 5686200, и обжимающие ленты, как описаны в US 5993987.

Недостаток существующих систем сжатия пластин состоит в том, что обычно требуется использовать множество элементов для приложения силы сжатия по всей площади поверхности пластин, в результате чего необходимо применять сложную технологию сборки для обеспечения точного совмещения пластин и равномерного сжатия по поверхности пластины и поддержания этого сжатия во время и после сборки.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение направлено на создание устройства и способ сборки пакета топливных элементов, которые являются простыми и эффективными при использовании. Кроме того, настоящее изобретение направлено на обеспечение равномерного сжатия с высокой надежностью пластин в пакете.

Настоящее изобретение направлено на создание способа приложения и удержания сжатия пакета топливных элементов путем использования неподвижной рамы или каркаса, в которую непосредственно устанавливают элементы.

В соответствии с одним аспектом настоящее изобретение направлено на создание узла сжатия топливных элементов, содержащего:

блок рамы, включающий, по меньшей мере, две расположенные друг напротив друга боковые стенки, удерживаемые на определенном расстоянии друг от друга с помощью элемента основания, проходящего между ними в нижней части сторон;

расположенные друг напротив друга боковые стенки и элемент основания, таким образом, образуют гнездо, предназначенное для установки в него пластин топливных элементов;

каждая из расположенных друг напротив друга боковых стенок включает, по меньшей мере, один соединительный элемент, расположенный на ее внутренней стороне, предназначенный для соединения с верхним элементом, формирующим верхнюю часть блока рамы.

В соответствии с дополнительным аспектом настоящее изобретение направлено на создание узла сжатия топливных элементов, содержащего:

гнездо блока рамы, предназначенное для установки в него пакета пластин топливных элементов и для удержания этих пластин в, по существу, наложенном друг на друга положении; и

элемент крышки, предназначенный для закрывания блока рамы и приложения давления к пластинам, установленным внутри него, с помощью автоматически фиксирующегося соединения с гнездом, когда элемент крышки установлен в гнезде в определенном положении в первом направлении, которое, по существу, ортогонально к плоскости пластин.

В соответствии с другим аспектом настоящее изобретение направлено на создание способа формирования пакета топливных элементов, содержащего следующие этапы:

формирование гнезда блока рамы, предназначенного для установки в него множества пластин топливных элементов в его ограниченном объеме;

установку указанных пластин топливных элементов в гнездо для формирования пакета;

установку элемента крышки блока рамы для сжатия пластин топливных элементов в первом направлении, которое, по существу, ортогонально плоскости пластин, и для соединения элемента крышки с гнездом;

причем блок рамы обеспечивает автоматически фиксирующееся соединение элемента крышки с гнездом, когда со стороны элемента крышки прикладывают соответствующую степень сжатия пластин.

Краткое описание чертежей

Варианты выполнения настоящего изобретения будут описаны ниже на примере и со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

на фигуре 1 показан вид спереди в разрезе блока рамы топливного элемента в соответствии с одним вариантом выполнения настоящего изобретения;

на фигуре 2 показан вид спереди в перспективе блока рамы топливных элементов - по фигуре 1, с уменьшенной высотой;

на фигуре 3 показан вид спереди в перспективе и вид сбоку собранного топливного элемента с отверстиями вентиляции на боковых стенках;

на фигуре 4 показан вид спереди в перспективе собранного топливного элемента с вентиляцией от передней стенки до задней стенки;

на фигуре 5 показан вид спереди в разрезе собранного топливного элемента по фигуре 4;

на фигуре 6 представлен вид спереди альтернативной конфигурации топливного элемента в соответствии с другим аспектом настоящего изобретения;

на фигуре 7 показан вид поверхности примера боковой стенки блока рамы;

на фигуре 8 показан вид спереди в разрезе примера блока рамы; и

на фигуре 9 подробно представлен вид в разрезе фиксирующих элементов верхнего элемента и боковой стенки блока рамы по фигуре 8.

Подробное описание изобретения

В настоящем описании термины, относящиеся к взаимной ориентации и положению, такие как "верхний", "нижний", "горизонтальный", "вертикальный", "левый", "правый", "вверх", "вниз", "передний", "задний", а также прилагательные и наречия, производные от этих слов, используют для обозначения ориентации узлов топливных элементов в том виде, как они представлены на чертежах. Однако такие элементы описания не предназначены для какого-либо ограничения предполагаемого использования узлов топливных элементов, которые можно использовать в любой ориентации.

Как показано на фигурах 1 и 2, компрессионный сборочный узел 10 топливных элементов содержит гнездо 11 блока рамы, сформированное из двух расположенных друг напротив друга боковых стенок 12, 13, которые удерживаются параллельно на некотором расстоянии друг от друга с помощью жесткого основания 14. Каждая из боковых стенок 12, 13 содержит на внутренней поверхности 15 множество параллельных ребер или зубьев 16, проходящих вдоль боковых стенок, параллельно друг другу, и на множестве заранее определенных расстояний от основания 14. Каждое из ребер или зубьев 16 выполнено с возможностью соединения с соответствующими ребрами или зубьями 19, сформированными на сторонах жесткого верхнего элемента 18. Верхний элемент 18 действует как крышка для блока рамы.

В представленной конфигурации каждое из ребер 16 боковых стенок и соответствующих ребер 19 верхнего элемента имеет асимметричный профиль, как лучше всего видно на подробном представлении профиля, изображенном в разрезе на фигуре 9. Профиль, как показано на чертеже, каждого зуба или ребра включает (входящую) нависающую кромку 90 и кромку 91 с профилем с меньшей степенью наклона, которая обеспечивает надежное соединение и клиновую фиксацию верхнего элемента 18 с соответствующими боковыми стенками 12, 13.

Как можно видеть на фигуре 9, профиль ребер 19 верхнего элемента 18, предпочтительно, в значительной степени соответствует взаимодополняющему профилю ребер 16 на каждой из боковых стенок 12, 13.

Как показано на фигурах 1 и 2, ширину верхнего элемента 18 выбирают равной ширине элемента 14 основания так, что после соединения ребер 16 и 19 боковые стенки удерживаются в точно определенном взаимном положении на заданном расстоянии друг от друга и параллельно друг другу.

Боковые стенки 12, 13 блока 11 рамы изготовлены из соответствующего в некоторой степени упругого материала, что позволяет временно смещать боковые стенки 12 и 13 в поперечном направлении друг от друга при установке верхнего элемента 18 с прижимом его в вертикальном направлении вниз к элементу 14 основания, в полость 20, образующуюся в блоке рамы, что обеспечивает возможность прохода ребер 16 и 19 друг над другом, по мере того как верхний элемент перемещают в направлении вниз. Предпочтительно, упругость боковых стенок позволяет обеспечить смещение в поперечном направлении, по меньшей мере, на высоту ребер.

Следует понимать, что предпочтительный профиль зубьев или ребер 16 и 19, показанный на чертежах, обеспечивает невозможность обратного перемещения верхнего элемента в направлении вверх. Предпочтительный профиль зубьев или ребер 16 и 19, то есть входящий профиль, также обеспечивает то, что приложение любого давления, направленного вверх к верхнему элементу, по сути, приводит к еще более плотному соединению верхнего элемента и боковых стенок вместе под действием клиновой фиксации.

Таким образом, можно видеть, что гнездо 11 и верхний элемент 18 крышки обеспечивают соединение между гнездом и элементом крышки с автоматической фиксацией, когда элемент крышки устанавливают в определенном положении в гнездо в первом направлении, по существу, ортогональном плоскости пластин.

Предпочтительно, верхний элемент и нижний элемент сформированы из подходящего жесткого материала, который, по существу, не изгибается или изгибается в недостаточной степени, что не мешает требуемой работе соединительного механизма, описанного выше. В предпочтительном варианте выполнения верхний элемент 18 и элемент 14 основания сформированы из алюминия, имеющего соответствующий профиль 21 коробчатого сечения с поперечными связями, как показано на фигурах 1 и 2, или более предпочтительно профили 80, 81, как, в частности, представлено на фигуре 8, для обеспечения соответствующей жесткости.

В отличие от этого в примере варианта выполнения боковые стенки 12, 13 изготовлены из листового алюминия, имеющего толщину 2 мм, что обеспечивает требуемую степень упругости.

В других вариантах выполнения профиль ребер может иметь любую соответствующую форму, обеспечивающую улучшенное удержание верхнего элемента 18 на боковых стенках 12, 13.

Элемент 14 основания блока 11 рамы может быть зафиксирован на боковых стенках с помощью любого соответствующего способа, такого как крепление винтами, болтами, сваркой или склеиванием, или может быть сформирован в виде цельно экструдированной секции.

Как показано на фигурах 4 и 5, внутренняя полость 20, сформированная блоком рамы, заполнена последовательно установленными слоями пластин топливных элементов, как описано выше, и поверх них установлен верхний элемент 18 с зажимным приспособлением (не показано). Зажимное приспособление создает соответствующую направленную вниз силу сжатия, предназначенную для сжатия упругих прокладок на поверхностях пластин, и для смещения вниз верхнего элемента 18 так, что он входит в полость и соединяется с боковыми стенками 12, 13.

В варианте выполнения, представленном на фигуре 1, параллельные ребра 16 расположены через правильные интервалы по высоте боковых стенок 12, 13. Это свойство обеспечивает возможность заполнения блока рамы стандартного размера до требуемой высоты (то есть необходимым количеством пластин для получения требуемого выходного напряжения) и при этом верхняя пластина может проходить через требуемое количество ребер 16, образуя, своего рода, храповое соединение, пока не будет достигнута требуемая степень смещения вниз с приложением необходимой силы сжатия к установленным пластинам. После этого узел 10 может быть снят с зажимного приспособления, и ребра 16, 19 будут удерживать верхний элемент 18 в правильном положении. Верхний элемент 18 жестко удерживается в требуемом положении под действием возвращающей силы со стороны топливных элементов (в частности, УМЭ и прокладок), воздействуя на взаимодействующие ребра 16, 19.

Глубина установки верхнего элемента 18 (11 мм, как показано в предпочтительном варианте выполнения на фигуре 8) предпочтительно не только достаточна для обеспечения требуемой жесткости, но также и для обеспечения соответствующего соединения достаточного количества ребер 19 с боковыми стенками, с получением достаточной силой удержания. Предпочтительно, глубина верхнего элемента 18 также достаточна для поддержания установки верхнего элемента ортогонально к боковым стенкам, в ходе процесса установки.

В варианте выполнения, показанном на фигурах 4 и 5, следует отметить, что ребра 16 проходят только на короткое расстояние по глубине боковых стенок 12, 13. Эта конфигурация адекватна в случаях, когда следует установить только заданное количество пластин. Требуемые силы сжатия, необходимые для обеспечения эффективного уплотнения и электропроводности, могут быть рассчитаны и непосредственно связаны с высотой пакета, что позволяет точно определить точки соединения ребер. Регулировку силы сжатия можно выполнять путем использования тонких несжимаемых шайб, которые действуют как прокладки, устанавливаемых рядом с торцевыми пластинами.

Следует понимать, что ребра 16, 19 могут быть расположены вдоль всей длины боковых стенок и на соответствующих кромках верхнего элемента для обеспечения максимальной площади контакта между боковыми стенками и верхним элементом или ребра могут быть выполнены с перерывами в нескольких положениях вдоль длины боковых стенок и на соответствующих кромках верхнего элемента. В качестве альтернативы некоторое количество зубьев или других точек соединения может быть сформировано в соответствующих местах вдоль длины боковых стен и верхнего элемента.

Предпочтительно, точки соединения расположены в достаточном количестве мест вдоль боковых стенок так, что к пластинам топливных элементов, устанавливаемых в гнездо, прикладывается сдерживающая сила, по существу, равномерная по всей площади поверхности пластин.

В предпочтительных вариантах выполнения ребра или зубья сформированы на внутренних боковых стенках. На фигуре 6 показана дополнительная конфигурация узла 60 сжатия. В этом варианте выполнения ребра 16 сформированы в выемках 65 на верхних краях боковых стенок 61, 62, и соответствующие выемки 66 сформированы на проходящих вниз стенках 67, 69 верхнего элемента 68. Таким образом, верхний элемент формирует продолжение верхних частей боковых стенок 61, 62, соединяясь с ними для образования полного закрытого узла сжатия.

Следует понимать, что ребра 16 боковых стенок не обязательно должны быть обращены внутрь, но могут быть обращены наружу, при этом соответствующие выемки 65, 66 на боковых стенках 61, 62 и верхнем элементе будут выполнены в противоположной конфигурации.

В альтернативной конфигурации, которая не показана на чертежах, проходящие вниз стенки 67, 69 могут содержать обращенные внутрь ребра 66, которые могут соединяться с соответствующими зубьями 16, сформированными на внешних поверхностях боковых стенок 61, 62.

Блок 11 рамы может быть сформирован с соответствующим профилем. Это, в частности, относится к случаю, когда следует учитывать трубопроводы и коллекторы подачи топлива, выходные коллекторы и каналы для пропускания охлаждающего воздуха.

На фигуре 3 представлен блок 30 рамы с кубическим профилем, позволяющий устанавливать в него относительно высокий пакет тонких пластин. В блоке 30 рамы передняя и задняя стороны блока обеспечивают свободный доступ для краев коллектора отдельных пластин топливных элементов, через которые подают топливо, и каждая из боковых стенок 32, 33 выполнена в форме "окна" с четырьмя отверстиями 37, которые позволяют продувать поток воздуха для подачи окислителя и/или охлаждения. На боковых стенках 32, 33 сформирована только короткая "лестница" зубьев 16, которая соответствует зубьям 19, проходящим по всей толщине верхнего элемента 38.

Отверстия в боковых стенках узла топливного элемента могут соответствовать любому требуемому стилю, соответствующему требуемому поперечному сечению потока воздуха и материала, из которого сформированы боковые стенки. На фигуре 7 показан другой пример варианта выполнения боковой стенки 71 с двумя отверстиями 72, 73.

На фигурах 4 и 5 представлен блок 40 рамы с кубическим профилем, который позволяет устанавливать относительно высокий пакет тонких пластин, имеющих относительно большие передние и задние стороны, так, что обеспечивается больший доступ для краев коллектора отдельных пластин топливных элементов, через которые подают как топливо, так и окислитель и текучие среды охлаждения, с помощью чего устраняется необходимость использования конструкции в виде "окна" боковой стенки.

В узле сжатия топливного элемента по фигуре 6 блок 60 рамы включает элемент 63 установки резервуаров подачи водородного топлива. Блок рамы также может включать другие элементы установки для любых других аппаратных средств системы, таких как вентиляторы, фильтры, электронные узлы, соленоидные клапаны, батареи и т.д. В блоке рамы также может быть сформирован канал для потоков топлива или окислителя.

Предпочтительные варианты выполнения были описаны выше в виде деталей, сформированных из экструдированного алюминия, но обычно для формирования соответствующих компонентов можно использовать любые материалы, обеспечивающие требуемую степень упругости и жесткости. Другие примеры включают пластиковые материалы или композитные материалы на основе углерода. В случае, когда блок рамы сформирован из электропроводного материала, некоторые или все внутренние его поверхности могут быть покрыты электроизолирующим материалом для предотвращения короткого замыкания топливных элементов.

Другие варианты выполнения находятся в пределах объема прилагаемой формулы изобретения.

Изобретение относится к электрохимическим топливным элементам и, в частности, к способу и устройству для сборки множества пластин топливных элементов в виде пакета топливных элементов. Компрессионный сборочный узел топливного элемента обеспечивает приложение и удержание силы сжатия к пакету топливных элементов путем использования фиксированной рамы, в которую можно непосредственно встраивать топливный элемент. Узел содержит блок рамы, включающий, по меньшей мере, две расположенные друг напротив друга боковые стенки, удерживаемые на некотором расстоянии друг от друга с помощью элемента основания, проходящего между ними в нижнем положении по сторонам, при этом расположенные друг напротив друга боковые стенки и элемент основания образуют гнездо для установки пластин топливных элементов, причем каждая расположенная друг напротив друга боковая стенка снабжена, по меньшей мере, одним элементом зацепления на внутренней стенке, предназначенным для зацепления с верхним элементом крышки, формирующим верхнюю часть блока рамы. Элемент крышки предназначен для закрывания блока рамы и приложения давления к пластинам, установленным внутри него, путем автоматически фиксирующегося соединения с гнездом в определенном положении, в первом направлении, которое, по существу, ортогонально плоскости пластин. Узел обеспечивает простую технологию сборки для обеспечения точного совмещения пластин и равномерного сжатия по всей площади поверхности и поддержание этого сжатия во время и после сборки, что является техническим результатом предложенного технического решения. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Компрессионный сборочный узел топливного элемента, содержащий: блок рамы, включающий, по меньшей мере, две расположенные друг напротив друга боковые стенки, удерживаемые на определенном расстоянии друг от друга с помощью элемента основания, проходящего между ними в нижней части стенок, при этом расположенные друг напротив друга боковые стенки и элемент основания, таким образом, образуют гнездо, предназначенное для установки в него пластин топливных элементов, а каждая из расположенных друг напротив друга, по меньшей мере, двух боковых стенок включает, множество соответствующих элементов зацепления, расположенных на ее внутренней стороне, предназначенных для соединения с верхним элементом, формирующим верхнюю часть блока рамы, при этом множество соответствующих элементов зацепления расположены на боковых стенках через некоторые интервалы.2. Компрессионный сборочный узел топливного элемента по п.1, в котором каждый из элементов зацепления содержит зубья, проходящие внутрь в направлении к внутреннему объему блока рамы.3. Компрессионный сборочный узел топливного элемента по п.2, в котором каждый из зубьев имеет асимметричный профиль, позволяющий пропускать через него верхний элемент в первом направлении, но не во втором направлении, противоположном первому направлению.4. Компрессионный сборочный узел топливного элемента по любому из предыдущих пунктов, в котором боковые стенки сформированы из материала, имеющего достаточную упругость, что позволяет соединять верхний элемент с блоком рамы путем прохода поверх соответствующего соединительного элемента с временным его смещением.5. Компрессионный сборочный узел топливного элемента по п.1, в котором элементы зацепления содержат параллельные ребра, проходящие вдоль существенной поперечной протяженности боковых стенок.6. Компрессионный сборочный узел топливного элемента по п.5, в котором каждое из ребер имеет асимметричный профиль, позволяющий пропускать через них верхний элемент в первом направлении, но не во втором направлении, противоположном первому направлению.7. Компрессионный сборочный узел топливного элемента по п.6, в котором каждое из ребер имеет профиль, позволяющий выполнять отсоединение верхнего элемента при перемещении его в направлении параллельном осям ребер.8. Компрессионный сборочный узел топливного элемента по п.1, в котором каждая из боковых стенок содержит вентиляционные отверстия.9. Компрессионный сборочный узел топливного элемента по п.3 или 6, в котором направление соединения верхнего элемента с боковыми стенками перпендикулярно плоскости элемента основания.10. Компрессионный сборочный узел топливного элемента по п.1, в котором верхний элемент содержит, по меньшей мере, два соответствующих элемента зацепления, предназначенных для зацепления с каждым из элементов зацепления на соответствующих боковых стенках блока рамы.11. Компрессионный сборочный узел топливного элемента по п.1, в котором элементы зацепления расположены в выемках на соответствующих боковых стенках.12. Компрессионный сборочный узел топливного элемента по п.11, в котором верхний элемент выполнен с возможностью установки его в выемках на боковых стенках.13. Компрессионный сборочный узел топливного элемента по п.1, в котором блок рамы сформирован из алюминия.14. Компрессионный сборочный узел топливного элемента по п.1, в котором элемент основания и/или верхний элемент сформированы в виде детали с коробчатым сечением, экструдированной из алюминия.15. Компрессионный сборочный узел топливного элемента по п.1, дополнительно включающий установочные детали, расположенные на его внешних стенках, предназначенные для крепления резервуаров с топливом или других аппаратных средств системы.16. Компрессионный сборочный узел топливного элемента, содержащий блок рамы образующий гнездо, предназначенное для установки в него пакета пластин топливных элементов и для удержания этих пластин в, по существу, положении друг над другом, и верхний элемент, предназначенный для закрывания блока рамы и приложения давления к пластинам, установленным внутри него, с помощью автоматически фиксирующегося зацепления с гнездом, когда верхний элемент установлен в определенном положении в гнезде, в первом направлении, которое, по существу, ортогонально к плоскости пластин.17. Компрессионный сборочный узел топливного элемента по п.16, в котором возврат верхнего элемента во втором направлении, противоположном первому направлению, предотвращается, благодаря взаимному зацеплению зубьев, сформированных на гнезде и на верхнем элементе.18. Компрессионный сборочный узел топливного элемента по п.17, в котором взаимно зацепляющиеся зубья обеспечивают множество позиций автоматической фиксации, расположенных последовательно на различных расстояниях вдоль первого направления.19. Способ формирования пакета топливных элементов, содержащий следующие этапы: формирование блока рамы, образующего гнездо, предназначенное для установки в него множества пластин топливных элементов в его ограниченном объеме; установку указанных пластин топливных элементов в гнездо для формирования пакета; установку верхнего элемента блока рамы для сжатия пластин топливных элементов в первом направлении, которое, по существу, ортогонально плоскости пластин и для зацепления элемента крышки с гнездом; причем блок рамы обеспечивает автоматически фиксирующееся зацепление верхнего элемента с гнездом, когда со стороны верхнего элемента прикладывают соответствующую степень сжатия пластин.20. Способ по п.19, дополнительно включающий этап прохода автоматического фиксирующего зацепления между верхним элементом и гнездом через ряд последовательных положений между исходным положением и конечным положением, в котором верхний элемент обеспечивает соответствующую степень сжатия пластин.