KR20200069499A - 연료 전지 - Google Patents

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Abstract

실시 예의 연료 전지는 적층된 복수의 단위 셀을 포함하는 셀 스택과 셀 스택에 열을 가하는 가열부를 포함하고, 가열부는 발열부 및 셀 스택의 단부에 배치된 발열 지지부를 포함하고, 발열 지지부는 발열부의 인입 또는 인출을 허용하고, 인입된 발열부는 발열 지지부에 장착되고, 셀 스택의 단부와 대면한다.

Description

연료 전지{Fuel cell}
실시 예는 연료 전지에 관한 것이다.
일반적으로 연료 전지는 고분자 전해질막을 포함하고, 막을 기준으로 한 쪽 면으로 공기가 공급되고 다른 쪽 면으로 수소가 공급되어 전기를 생산한다. 이러한 연료 전지를 이용하여 차량에 전기를 공급할 수 있다. 이러한 연료 전지에서 복수 개의 단위 셀이 적층된 셀 스택을 가열하는 히터에 대한 연구가 진행되고 있다.
실시 예는 가열부를 적은 비용과 시간으로 교체할 수 있는 연료 전지를 제공한다.
일 실시 예에 의한 연료 전지는, 적층된 복수의 단위 셀을 포함하는 셀 스택; 및 상기 셀 스택에 열을 가하는 가열부를 포함하고, 상기 가열부는 발열부; 및 상기 셀 스택의 단부에 배치된 발열 지지부를 포함하고, 상기 발열 지지부는 상기 발열부의 인입 또는 인출을 허용하고, 인입된 상기 발열부는 상기 발열 지지부에 장착되고, 상기 셀 스택의 상기 단부와 대면할 수 있다.
예를 들어, 상기 연료 전지는 상기 셀 스택의 상기 단부에 배치된 엔드 플레이트; 및 상기 셀 스택의 상기 단부와 상기 엔드 플레이트 사이에 배치된 집전판을 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 발열 지지부는 상기 셀 스택의 상기 단부와 상기 엔드 플레이트 사이에 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 발열 지지부는 상기 셀 스택의 상기 단부와 상기 집전판 사이에 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 발열 지지부는 상기 엔드 플레이트와 상기 집전판 사이에 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 발열 지지부는 상기 엔드 플레이트와 일체일 수 있다.
예를 들어, 상기 발열 지지부는 상기 집전판과 일체일 수 있다.
예를 들어, 상기 가열부는 구동 전원과 연결되는 전원 연결부; 및 상기 전원 연결부가 배치된 커버부를 포함하고, 상기 발열부는 상기 전원 연결부와 연결되고, 상기 구동 전원에 응답하여 발열하며, 상기 셀 스택의 상기 단부와 대면하는 면상 발열체를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 연료 전지는 상기 셀 스택의 측부 중 적어도 일부를 감싸도록 배치된 인클로저를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 가열부는 상기 엔드 플레이트, 상기 집전판 또는 상기 인클로저 중 적어도 한 곳에 상기 커버부를 탈착 가능하게 고정시키는 고정부를 더 포함하고, 상기 커버부와 상기 면상 발열체와 상기 전원 연결부는 일체로 움직일 수 있다.
예를 들어, 상기 인클로저는 상기 발열부의 주변에 형성된 수용홈을 포함하고, 상기 고정부 및 상기 전원 연결부는 상기 커버부로부터 연장되어 상기 수용홈에 수용될 수 있다.
예를 들어, 상기 연료 전지는 상기 엔드 플레이트 함께 상기 복수의 단위 셀을 체결하는 복수의 체결 부재를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 가열부는 상기 커버부를 상기 발열 지지부에 탈착 가능하게 고정시키는 고정부를 더 포함하고, 상기 커버부와 상기 면상 발열체와 상기 전원 연결부는 일체로 움직일 수 있다.
예를 들어, 상기 커버부는 관통홀을 포함하고, 상기 고정부는 상기 커버부의 상기 관통홀을 통해 상기 발열 지지부에 체결되는 고정 나사를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 커버부는 상기 면상 발열체가 연결된 제1 면; 및 상기 제1 면의 반대측 제2 면을 포함하고, 상기 전원 연결부는 상기 제2 면에 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 가열부는 상기 발열부의 열을 상기 발열부 주변으로 전도하는 열전도부를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 발열 지지부는 상기 셀 스택의 상기 단부와 대면하며 상기 발열부가 장착되는 제1 영역; 및 매니폴드가 형성되며, 상기 제1 영역을 사이에 두고 서로 마주하는 제2 영역; 및 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이에 위치하며, 상기 열전도부가 배치된 제3 영역을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 열 전도부는 상기 면상 발열체와 상기 셀 스택의 상기 단부 사이에 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 면상 발열체는 히터; 및 상기 히터의 적어도 일부를 감싸도록 배치된 히터 지지부를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 히터는 필름 형태 또는 판상형을 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 히터 지지부는 금속, 세라믹 또는 절연 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 발열 지지부는 상기 복수의 체결 부재 중 일부와 대향하는 제1 측부; 및 상기 복수의 체결 부재 중 타부와 대향하며, 상기 제1 측부의 반대측 제2 측부를 포함하고, 상기 제1 및 제2 측부 중 적어도 하나는 상기 발열부의 인입 또는 인출을 허용하는 적어도 하나의 개구를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 발열 지지부는 상기 발열부가 배치되는 제1 영역; 상기 제1 영역의 주변에 위치하며, 매니폴드가 배치되는 제2 영역; 및 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이에 위치하며, 상기 복수의 체결 부재가 서로 대향하는 제4 영역을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 영역은 복수개일 수 있다.
실시 예에 따른 연료 전지는 가열부의 발열부를 교체할 필요성이 대두될 때, 고정된 발열 지지부로부터 발열부만을 인출시켜 교체하고, 교체된 발열부를 다시 발열 지지부로 인입시키면 되므로 발열부의 교체를 위해 인클로저나 체결 부재를 해체할 필요가 없거나 체결 부재의 일부만 해체하므로, 발열부의 교체에 소요되는 시간과 비용을 절감시킬 수 있고, 열 전도부를 배치하여 가열부의 가열 효율이 개선될 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 의한 연료 전지의 외관 사시도를 나타낸다.
도 2는 다른 실시 예에 의한 연료 전지의 외관 사시도를 나타낸다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 연료 전지에서 엔드 플레이트 및 셀 스택의 단면도를 나타낸다.
도 4a 내지 도 4c는 도 1에 도시된 연료 전지에 포함되는 가열부의 실시 예에 의한 사시도를 나타낸다.
도 5는 또 다른 실시 예에 의한 연료 전지의 국부적인 외관 사시도를 나타낸다.
도 6 (a) 내지 (c)는 실시 예에 의한 면상 발열체의 다양한 단면도를 나타낸다.
도 7은 도 1에 도시된 'A' 부분을 확대 도시한 사시도를 나타낸다.
도 8a 내지 도 8d는 또 다른 실시 예에 의한 연료 전지의 평면도를 나타낸다.
도 9a 및 도 9b는 또 다른 실시 예에 의한 연료 전지의 사시도를 나타낸다.
도 10은 또 다른 실시 예에 의한 연료 전지의 사시도를 나타낸다.
도 11은 비교 례에 의한 연료 전지의 사시도를 나타낸다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 실시 예의 설명에 있어서, 각 구성요소(element)의 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 구성요소(element)가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 구성요소(element)가 상기 두 구성요소(element) 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.
또한 "상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"로 표현되는 경우 하나의 구성요소(element)를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
또한, 이하에서 이용되는 "제1" 및 "제2," "상/상부/위" 및 "하/하부/아래" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서 이용될 수도 있다.
이하, 실시 예에 의한 연료 전지(100A 내지 100I)를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다. 편의상, 데카르트 좌표계(x축, y축, z축)를 이용하여 연료 전지(100A 내지 100I)를 설명하지만, 다른 좌표계에 의해서도 이를 설명할 수 있음은 물론이다. 또한, 데카르트 좌표계에 의하면, x축, y축 및 z축은 서로 직교하지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, x축, y축 및 z축은 서로 교차할 수도 있다. 이하, 설명의 편의상 x축 방향을 제1 방향이라 칭하고, y축 방향을 제2 방향이라 칭하고, z축 방향을 제3 방향이라 칭한다.
도 1은 일 실시 예에 의한 연료 전지(100A)의 외관 사시도를 나타내고, 도 2는 다른 실시 예에 의한 연료 전지(100B)의 외관 사시도를 나타낸다.
도 1 및 도 2에 도시된 연료 전지(100A, 100B)는 셀 스택(cell stack)(미도시) 및 엔드 플레이트(end plate)(또는, 가압 플레이트 또는 압축판)(110A, 110B)를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 연료 전지(100A)는 인클로저(encloser)(300)를 더 포함하고, 도 2에 도시된 연료 전지(100B)는 인클로저 대신에 체결 부재(400)를 더 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 인클로저(300)는 엔드 플레이트(110A, 110B) 사이에 배치된 셀 스택의 측부 중 적어도 일부를 감싸며 배치될 수 있다. 예를 들어, 인클로저(300)는 셀 스택의 모든 측부를 감쌀 수 있다. 또는, 인클로저(300)는 셀 스택의 측부 중 일부를 감싸고 셀 스택의 측부 중 타부는 다른 부재에 의해 감싸질 수도 있다. 인클로저(300)는 엔드 플레이트(110A, 110B)와 함께 복수의 단위 셀을 제1 방향으로 체결하는 역할을 수행할 수 있다. 즉, 셀 스택의 체결압은 강체 구조의 엔드 플레이트(110A, 110B)와 인클로저(300)에 의해 유지될 수 있다.
또한, 체결 부재(400)는 앤드 플레이트(110A, 110B)와 함께 복수의 단위 셀을 제1 방향으로 체결하는 역할을 한다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 체결 부재(400)는 바(bar) 형태일 수도 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 다른 실시 예에 의하면, 체결 부재(400)는 긴 볼트 형태, 벨트 형태 또는 강성 로프 형태로 복수의 단위 셀을 체결할 수 있다. 또한, 도 2의 경우, 체결 부재(400)의 개수가 6개인 것으로 도시되어 있으나, 실시 예는 체결 부재(400)의 특정한 개수에 국한되지 않는다. 즉, 체결 부재(400)는 6개보다 많거나 적을 수도 있다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 연료 전지(100A, 100B)에서 엔드 플레이트(110A, 110B) 및 셀 스택(122)의 단면도를 나타낸다. 설명의 편의상, 도 1에 도시된 인클로저(300) 및 도 2에 도시된 체결 부재(400)의 도시는 도 3에서 생략된다. 또한, 동일한 부재의 경우 동일한 참조부호를 사용하며, 중복되는 설명을 생략한다.
연료 전지(100A, 100B)는 예를 들어, 차량 구동을 위한 전력 공급원으로 가장 많이 연구되고 있는 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC:Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, Proton Exchange Membrane Fuel Cell)일 수 있으나, 실시 예는 연료 전지(100A, 100B)의 특정한 형태에 국한되지 않는다.
연료 전지(100A, 100B)는 엔드 플레이트(110A, 110B), 집전판(112A, 112B) 및 셀 스택(122)을 포함할 수 있다.
셀 스택(122)은 제1 방향으로 적층된 복수의 단위 셀(122-1 내지 122-N)을 포함할 수 있다. 여기서, N은 1 이상의 양의 정수로서, 수십 내지 수백일 수 있다. N은 예를 들어, 100 내지 300일 수 있으나, 실시 예는 N의 특정한 수에 국한되지 않는다.
각 단위 셀(122-n)은 0.6 볼트 내지 1.0 볼트, 평균적으로 0.7볼트의 전기를 생성할 수 있다. 여기서, 1≤n≤N이다. 따라서, 연료 전지(100A, 100B)로부터 부하로 공급하고자 하는 전력의 세기에 따라 N이 결정될 수 있다. 여기서, 부하란, 연료 전지(100A, 100B)가 차량에 이용될 경우, 차량에서 전력을 요구하는 부분을 의미할 수 있다.
각 단위 셀(122-n)은 막전극 접합체(MEA:Membrane Electrode Assembly)(210), 가스 확산층(GDL:Gas Diffusion Layer)(222, 224), 가스켓(Gasket)(232, 234, 236) 및 분리판(또는, 바이폴라 플레이트(bipolar plate) 또는 세퍼레이터(separator))(242, 244)을 포함할 수 있다.
막전극 접합체(210)는 수소 이온이 이동하는 전해질막을 중심으로 막의 양쪽에 전기화학반응이 일어나는 촉매 전극층이 부착된 구조를 갖는다. 구체적으로, 막전극 접합체(210)는 고분자 전해질막(또는, 프로톤(proton) 교환막)(212), 연료극(또는, 수소극 또는 산화 전극)(214) 및 공기극(또는, 산소극 또는 환원 전극)(216)을 포함할 수 있다. 또한, 막전극 접합체(210)는 서브 가스켓(238)을 더 포함할 수도 있다.
고분자 전해질막(212)은 연료극(214)과 공기극(216) 사이에 배치된다.
연료 전지(100A, 100B)에서 연료인 수소는 제1 분리판(242)을 통해 연료극(214)으로 공급되고, 산화제인 산소를 포함하는 공기는 제2 분리판(244)을 통해 공기극(216)으로 공급될 수 있다.
연료극(214)으로 공급된 수소는 촉매에 의해 수소 이온(proton, H+)과 전자(electron, e-)로 분해되며, 이 중 수소 이온만이 선택적으로 고분자 전해질막(212)을 통과하여 공기극(216)으로 전달되고, 동시에 전자는 도체인 분리판(242, 244)을 통해 공기극(216)으로 전달될 수 있다. 전술한 동작을 위해, 연료극(214)과 공기극(216) 각각에는 촉매층이 도포될 수 있다. 이와 같이, 전자의 이동에 기인하여 외부 도선을 통한 전자의 흐름이 발생하여 전류가 생성된다. 즉, 연료인 수소와 공기에 포함된 산소와의 전기 화학 반응에 의해, 연료 전지(100A, 100B)는 전력을 발생함을 알 수 있다.
공기극(216)에서는 고분자 전해질막(212)을 통해 공급된 수소 이온과 분리판(242, 244)을 통해 전달된 전자가 공기극(216)으로 공급된 공기 중 산소와 만나서 물(또는, ‘응축수’ 또는 ‘생성수’)을 생성하는 반응을 일으킨다.
경우에 따라, 연료극(214)을 양극(anode)이라 칭하고 공기극(216)을 음극(cathode)이라고 칭하거나 이와 반대로 연료극(214)을 음극이라 칭하고 공기극(216)을 양극이라고 칭할 수도 있다.
가스 확산층(222, 224)은 반응 기체인 수소와 산소를 고르게 분포시키고 발생된 전기에너지를 전달하는 역할을 수행한다. 이를 위해, 가스 확산층(222, 224)은 막전극 접합체(210)의 양측에 각각 배치될 수 있다. 즉, 제1 가스 확산층(222)은 연료극(214)의 좌측부에 배치되고, 제2 가스 확산층(224)은 공기극(216)의 우측부에 배치될 수 있다.
제1 가스 확산층(222)은 제1 분리판(242)을 통해 공급되는 반응 기체인 수소를 확산시켜 고르게 분포시키는 역할을 하며, 전기 전도성을 가질 수 있다. 제2 가스 확산층(224)은 제2 분리판(244)을 통해 공급되는 반응 기체인 공기를 확산시켜 고르게 분포시키는 역할을 하며, 전기 전도성을 가질 수 있다.
제1 및 제2 가스 확산층(222, 224) 각각은 미세한 카본 파이버(carbon fiber)들이 결합된 미세 기공층일 수 있으나, 실시 예는 제1 및 제2 가스층(222, 224)의 특정한 형태에 국한되지 않는다.
가스켓(232, 234, 236)은 반응기체들 및 냉각수의 기밀성과 적정 체결압을 유지하며, 분리판(242, 244)을 적층할 때 응력을 분산시키며, 유로를 독립적으로 밀폐시키는 역할을 수행한다. 이와 같이, 가스켓(232, 234, 236)에 의해 기밀/수밀이 유지됨으로써 전력을 생성하는 셀 스택(122)과 인접한 면의 평탄도가 관리되어, 셀 스택(122)의 반응면에 균일한 면압 분포가 이루어질 수 있다.
분리판(242, 244)은 반응기체들 및 냉각매체를 이동시키는 역할과 복수의 단위 셀 각각을 다른 단위 셀과 분리시키는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 분리판(242, 244)은 막전극 접합체(210)와 가스 확산층(222, 224)을 구조적으로 지지하며, 발생한 전류를 수집하여 집전판(112A, 112B)으로 전달하는 역할을 수행할 수도 있다.
분리판(242, 244)은 가스 확산층(222, 224)의 외측에 각각 배치될 수 있다. 즉, 제1 분리판(242)은 제1 가스 확산층(222)의 좌측에 배치되고, 제2 분리판(244)은 제2 가스 확산층(224)의 우측에 배치될 수 있다.
제1 분리판(242)은 반응 기체인 수소를 제1 가스 확산층(222)을 통해 연료극(214)으로 공급하는 역할을 한다. 제2 분리판(244)은 반응 기체인 공기를 제2 가스 확산층(224)을 통해 공기극(216)으로 공급하는 역할을 한다. 그 밖에, 제1 및 제2 분리판(242, 244) 각각은 냉각 매체(예를 들어, 냉각수)가 흐를 수 있는 채널을 형성할 수도 있다. 또한, 분리판(242, 244)은 흑연계, 복합 흑연계 또는 금속계의 물질로 구현될 수 있으나, 실시 예는 분리판(242, 244)의 특정한 재질에 국한되지 않는다.
한편, 도 1 및 도 2에 도시된 엔드 플레이트(110A, 110B)는 셀 스택(122)의 양 단부(122E1, 122E2) 각각에 배치되어, 복수의 단위 셀(122)을 지지하며 고정시킬 수 있다. 즉, 제1 엔드 플레이트(110A)는 셀 스택(122)의 양 단부(122E1, 122E2) 중 일 단부(122E1)에 배치되고, 제2 엔드 플레이트(110B)는 셀 스택(122)의 양 단부(122E1, 122E2) 중 타 단부(122E2)에 배치될 수 있다.
엔드 플레이트(110A, 110B)는 금속 인서트가 플라스틱 사출물에 의해 둘러싸인 형태를 가질 수 있다. 엔드 플레이트(110A, 110B)의 금속 인서트는 내부 면압에 견디기 위해 고강성 특성을 가질 수 있으며 금속 재질을 기계 가공하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 엔드 플레이트(110A, 110B)는 다수 개의 플레이트를 결합하여 형성될 수 있으나, 실시 예는 엔드 플레이트(110A, 110B)의 특정한 구성에 제한되지 않는다.
집전판(112A, 112B)은 셀 스택(122)과 대면하는 엔드 플레이트(110A, 110B)의 내측면(110AI, 110BI)과 셀 스택(122)의 양단부(122E1, 122E2) 사이에 각각 배치될 수 있다. 집전판(112A, 112B)은 셀 스택(122)에서 전자의 흐름으로 생성된 전기 에너지를 모아서 연료 전지(100A, 100B)가 사용되는 부하로 공급하는 역할을 한다.
또한, 제1 엔드 플레이트(110A)는 복수의 매니폴드(manifold)(또는 연통부)(M)를 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 제1 및 제2 분리판(242, 244) 각각은 도 1 및 도 2에 도시된 제1 엔드 플레이트(110A)의 매니폴드(M)와 각각 동일한 위치에 동일한 형태로 형성된 매니폴드를 포함할 수 있다. 여기서, 매니폴드(M)는 인렛(inlet) 매니폴드와 아웃렛(outlet) 매니폴드를 포함할 수 있다. 막전극 접합체(210)에서 필요한 반응 가스인 수소 및 산소가 외부로부터 인렛 매니폴드(M)를 통해 셀 스택(122)으로 유입될 수 있다. 가습되어 공급된 반응 기체와 셀 내부에서 생성된 응축수가 더해진 기체 또는 액체가 아웃렛 매니폴드(M)를 통해 연료 전지(100A, 100B)의 외부로 유출될 수 있다. 또한, 냉각매체는 인렛 매니폴드(M)를 통해 외부로부터 셀 스택(122)으로 유입되고 아웃렛 매니폴드(M)를 통해 외부로 유출될 수 있다. 이와 같이, 복수의 매니폴드(M)는 막전극 접합체(210)로 유체의 유입 및 유출을 허용할 수 있다.
또한, 실시 예에 의한 연료 전지(100A, 100B)는 가열부(500A, 500B)를 더 포함할 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 도 1에 도시된 연료 전지(100A)에 포함되는 가열부(500A)의 실시 예에 의한 사시도를 나타낸다.
도 5는 또 다른 실시 예에 의한 연료 전지(100C)의 국부적인 외관 사시도를 나타낸다. 발열 지지부(520B)의 배치된 위치가 도 2와 다름을 제외하면, 도 5에 도시된 연료 전지(100C)는 도 2에 도시된 연료 전지(100B)와 동일하다. 따라서, 도 5에서 도 2와 동일한 부재에 대해서는 동일한 참조부호를 사용한다.
가열부(500A, 500B, 500C)는 셀 스택(122)을 가열하는 역할을 하며, 발열부(510A, 510B) 및 발열 지지부(520A, 520B, 520C)를 포함할 수 있다.
발열 지지부(520A, 520B, 520C)는 셀 스택(122)의 양 단부(122E1, 122E2)에 각각 배치될 수 있다. 발열 지지부(520A, 520B, 520C)는 발열부(510A, 510B)의 인입 또는 인출을 허용하는 구성을 가질 수 있다. 이때, 발열 지지부(520A, 520B, 520C)에 인입된 발열부(510A, 510B)는 발열 지지부(520A, 520B, 520C)에 장착되어 셀 스택(122)의 단부(122E1, 122E2)와 대면할 수 있다. 실시 예에 의하며, 발열부(510A, 510B)가 발열 지지부(520A, 520B, 520C)에 자유롭게 들어가고 나갈 수 있는 반면, 발열 지지부(520A, 520B, 520C)는 고정된 위치를 갖는다.
발열 지지부(520A, 520B)는 셀 스택(122)의 양 단부(122E1, 122E2) 중 하나(122E1)와 제1 엔드 플레이트(110A) 사이의 공간 및 셀 스택(122)의 양 단부(122E1, 122E2) 중 다른 하나(122E2)와 제2 엔드 플레이트(110B) 사이의 공간에 각각 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 발열 지지부(520B)는 셀 스택(122)의 양 단부 중 하나와 제2 엔드 플레이트(110B) 사이의 공간에 배치될 수 있다.
도 3을 참조하여 부연하면 다음과 같다.
일 실시 예에 의하면, 발열 지지부(520A, 520B)는 제1 엔드 플레이트(110A)와 제1 집전판(112A) 사이의 공간(①) 및 제2 엔드 플레이트(110B)와 제2 집전판(112B) 사이의 공간(②)에 각각 배치될 수 있다.
다른 실시 예에 의하면, 발열 지지부(520A, 520B)는 셀 스택(122)의 양 단부(122E1, 122E2) 중 하나(122E1)와 제1 집전판(112A) 사이의 공간(③) 및 셀 스택(122)의 양 단부(122E1, 122E2) 중 다른 하나(122E2)와 제2 집전판(112B) 사이의 공간(④)에 각각 배치될 수 있다.
또 다른 실시 예에 의하면, 발열 지지부는 엔드 플레이트(110A, 110B)와 일체일 수 있다. 즉, 가열부는 엔드 플레이트(110A, 110B)의 역할을 수행하면서 셀 스택(122)을 가열하는 역할도 수행할 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 발열 지지부(520C)는 제2 엔드 플레이트(110B)의 역할도 수행하면서 셀 스택(122)을 가열할 수 있다. 이 경우, 발열 지지부(520C)는 도 2에 도시된 제2 엔드 플레이트(110B)의 위치에 배치될 수 있다.
또 다른 실시 예에 의하면, 발열 지지부는 집전판(112A, 112B)과 일체일 수 있다. 즉, 발열 지지부는 집전판(112A, 112B)의 역할을 수행하면서 셀 스택(122)을 가열하는 역할도 수행할 수 있다.
또한, 가열부(500A, 500B, 500C)는 전원 연결부(530A, 530B) 및 커버부(540A, 540B)를 더 포함할 수 있다.
전원 연결부(530A, 530B)는 구동 전원과 연결되어, 발열부(510A, 510B)로 구동 전원을 공급하는 역할을 한다. 즉, 발열부(510A, 510B)는 구동 전원에 응답하여 발열할 수 있다.
또한, 발열부(510A, 510B)는 전원 연결부(530A, 530B)와 연결되고, 구동 전원에 응답하여 발열하며, 셀 스택(122)의 단부(122E1, 122E2)와 대면하는 면상 발열체를 포함할 수 있다.
도 6 (a) 내지 (c)는 실시 예에 의한 면상 발열체의 다양한 단면도를 나타낸다.
실시 예에 의한 면상 발열체는 히터(512A, 512B, 512C), 및 히터(512A, 512B, 512C)의 적어도 일부를 감싸도록 배치된 히터 지지부(514A, 514B, 514C)를 포함할 수 있다.
또한, 도 6(b)에 도시된 바와 같이 히터(512B)는 판상형 발열체일 수도 있고, 도 6(c)에 도시된 바와 같이 히터(512C)는 필름 형태일 수도 있다.
또한, 히터 지지부(514A, 514B, 514C)는 금속, 세라믹 또는 절연 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 6(a)에 도시된 히터 지지부(514A)는 세라믹으로 구현될 수도 있고, 도 6(b)에 도시된 히터 지지부(514B)는 절연 물질로 코팅될 수도 있고 도 6(c)에 도시된 히터 지지부(514C)는 금속 물질로 구현될 수도 있다.
한편, 커버부(540A, 540B)에 전원 연결부(530A, 530B)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 2를 참조하면, 커버부(540B)는 제1 면(542) 및 제2 면(544)을 포함할 수 있다. 제1 면(542)은 발열부(510B)가 연결된 면에 해당하고, 제2 면(544)은 제1 면(542)의 반대측 면일 수 있다. 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이 전원 연결부(530B)는 커버 부재(540B)의 제2 면(544)에 배치될 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.
또한, 실시 예에 의한 가열부(500A, 500B, 500C)는 고정부(550A, 550B)를 더 포함할 수도 있다.
도 7은 도 1에 도시된 'A' 부분을 확대 도시한 사시도를 나타낸다. 도 7은 가열부(500A)가 제1 엔드 플레이트(110A)와 셀 스택(122) 사이에 삽입 배치된 모습을 나타낸다.
일 실시 예에 의하면, 도 4a 내지 도 4c에 도시된 가열부(500A)의 고정부(550A)는 엔드 플레이트(110A, 110B), 집전판(112A, 112B) 또는 인클로저(300) 중 적어도 한 곳에 커버부(540A)를 탈착 가능하게 고정시킬 수 있다. 이를 위해 고정부(550A)는 고정 플레이트(550A1) 및 제1 고정 나사(550A2)를 포함할 수 있다.
고정 플레이트(550A1)는 적어도 하나의 관통홀(H1, H2)을 포함하며, 커버부(540A)로부터 돌출된 형상을 가질 수 있다. 제1 고정 나사(550A2)는 관통홀(H1, H2)을 통해 나사 결합하여, 고정 플레이트(550A1)를 엔드 플레이트(110A, 110B), 집전판(112A, 112B) 또는 인클로저(300) 중 적어도 한 곳에 고정시킬 수 있다.
실시 예에 의하면, 커버부(540A)와 면상 발열체(510A)와 전원 연결부(530A)가 일체로 움직일 수 있다. 따라서, 고정부(550A)가 커버부(540A)를 고정시킬 때 면상 발열체(510A)와 전원 연결부(530A)도 함께 고정되고, 고정부(550A)가 커버부(540A)를 고정시키지 않을 때 면상 발열체(510A)와 전원 연결부(530A)는 발열 지지부(520A)로부터 인출될 수 있다.
예를 들어, 도 7을 참조하면, 고정 플레이트(550A1)는 커버부(540A)로부터 제1 방향으로 연장 돌출되고, 제1 고정 나사(550A2)는 도 4b에 도시된 관통홀(H1, H2)을 통해 집전판(112A)과 나사 결합함으로서, 고정 플레이트(550A1)와 연결된 커버부(540A)를 예를 들어 집전판(112A)에 고정시킬 수 있다. 이후, 제1 고정 나사(550A2)와 집전판(112A) 간의 고정을 해제할 때, 커버부(540A)의 고정도 함께 해제될 수 있다.
또한, 도 7에 예시된 바와 같이 인클로저(300)는 발열부(510A)의 주변에 형성된 수용홈(AH)을 포함할 수 있다. 고정부(550A) 및 전원 연결부(530A)는 커버부(540A)로부터 연장되어 인클로저(300)의 수용홈(AH)에 수용될 수도 있다.
다른 실시 예에 의하면, 도 2 및 도 5에 도시된 가열부(500B, 500C)의 고정부는 커버부(540B)를 발열 지지부(520B, 520C)에 탈착 가능하게 고정시킬 수 있다. 이를 위해 고정부는 제2 고정 나사(550B2)를 포함할 수 있다.
커버부(540B)는 적어도 하나의 관통홀(H3, H4)을 포함하며, 발열 지지부(520B, 520C)는 적어도 하나의 블라인드 홀(H5, H6)을 포함할 수 있다. 이 경우, 제2 고정 나사(550B)는 관통홀(H3 내지 H6)을 통해 발열 지지부(520B, 520C)와 나사 결합하여, 커버부(540B)를 발열 지지부(520B, 520C)에 고정시킬 수 있다.
실시 예에 의하면, 커버부(540B)와 면상 발열체(510B)와 전원 연결부(530B)가 일체로 움직일 수 있다. 따라서, 제2 고정 나사(550B)가 커버부(540B)를 발열 지지부(520B, 520C)에 고정시킬 때 면상 발열체(510B)와 전원 연결부(530B)도 함께 고정될 수 있다. 반면에, 제2 고정 나사(550B)가 커버부(540B)와 발열 지지부(520B, 520C) 간의 고정을 해제할 때 면상 발열체(510B)와 전원 연결부(530B)는 발열 지지부(520B, 520C)로부터 인출될 수 있다.
전술한 바와 같이 고정부(550A, 550B)에 의해 면상 발열체(510A, 510B)가 발열 지지부(520A, 520B, 520C)에 수용된 후 고정되거나, 발열 지지부(520A, 520B, 520C)로부터 인출될 수 있다.
따라서, 발열부(510A, 510B)를 교체하고자 할 때, 인클로저(300)를 벗겨내거나 체결 부재(400)를 해체할 필요없이 고정부(550A, 550B)가 커버부(540A, 540B)를 고정시킨 상태를 해체하고, 발열부(510A, 510B)를 발열 지지부(520A, 520B, 520C)로부터 인출하기만 하면 된다.
또한, 가열부(500A, 500B, 500C)는 열 전도부(560A, 560B)를 더 포함할 수 있다. 도 5에 도시된 가열부(500C)에서 열 전도부(560B)의 도시는 생략되었다.
열 전도부(560A1, 560A2; 560B)는 발열부(510A, 510B)의 열을 발열부(510A, 510B) 주변으로 전도하는 역할을 한다. 열 전도부(560A1, 560A2; 560B)가 배치될 경우, 발열부(510A, 510B)로부터 발열부(510A, 510B)의 주변으로 열 전달이 촉진되어, 가열부(500A, 500B)의 가열 효율이 개선될 수 있다.
예를 들어, 도 4b를 참조하면, 발열부(510A)로부터 화살표 방향(AR1, AR2)으로 열 전달이 촉진되어, 열 사각 지대에 열을 공급할 수 있게 된다. 도 4c를 참조하면, 열 전도부(560A)에 의해 열이 전도되는 방향이 화살표(AR3)로 표시되어 있다.
일 실시 예에 의한 연료 전지(100A)의 발열 지지부(520A)는 도 4b에 도시된 바와 같이, 제1 영역(A1), 제2 영역(A21, A22) 및 제3 영역(A31, A32)을 포함할 수 있다.
이하, 제1 영역(A1)은 셀 스택(122)의 단부(122E1, 122E2)와 대면하며 발열부(예를 들어, 510A)가 장착되는 영역으로 정의된다. 제2 영역(A21, A22)은 매니폴드(M)가 형성되며, 제1 영역(A1)을 사이에 두고 서로 마주하는 영역으로 정의된다. 또한, 제3 영역(A31, A32)은 제1 영역(A1)과 제2 영역(A21, A22) 사이의 영역으로 정의된다. 일 실시 예에 의하면, 열전도부(560A1, 560A2)는 제3 영역(A31, A32)에 배치될 수 있다.
다른 실시 예에 의하면, 열 전도부(560B)는 도 2에 도시된 바와 같이 면상 발열체인 발열부(510B)와 셀 스택(122)의 단부(122E1, 122E2) 사이에 배치될 수 있다.
이하, 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이 연료 전지(100B)가 인클로저(300) 대신에 체결 부재(400)를 포함하는 다양한 실시 예(100D 내지 100G)를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.
도 8a 내지 도 8d는 또 다른 실시 예에 의한 연료 전지(100D 내지 100G)의 평면도를 나타낸다.
도 8a 내지 도 8d에 도시된 발열 지지부(520B)는 도 2에 도시된 발열 지지부(520B)와 동일한 역할을 수행하며, 제1 측부(520S1) 및 제2 측부(520S2)를 포함할 수 있다. 제1 측부(520S1)는 복수의 체결바(410 내지 460) 중 일부와 대향하고, 제2 측부(520S2)는 복수의 체결바(410 내지 460) 중 타부와 대향하며, 제1 측부(520S1)의 반대측일 수 있다.
예를 들어, 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이 발열 지지부(520B)는 복수의 체결바(410 내지 440) 중 일부(410, 420)와 대향하는 제1 측부(520S1) 및 복수의 체결바(410 내지 440) 중 타부(430, 440)와 대향하는 제2 측부(520S2)를 포함할 수 있다. 또한, 도 8c 및 도 8d에 도시된 바와 같이 발열 지지부(520B)는 복수의 체결바(410 내지 460) 중 일부(410, 420, 450)와 대향하는 제1 측부(520S1) 및 복수의 체결바(410 내지 460) 중 타부(430, 440, 460)와 대향하는 제2 측부(520S2)를 포함할 수 있다.
또한, 발열 지지부(520B)의 제1 및 제2 측부(520S1, 520S2) 중 적어도 하나는 발열부의 인입 또는 인출을 허용하는 적어도 하나의 개구(또는, 슬릿)를 포함할 수 있다.
도 8a에 도시된 바와 같이, 발열 지지부(520B)의 제1 측부(520S1)는 발열부(510B2)의 인입 또는 인출을 허용하는 개구(OP2)를 포함하고, 제2 측부(520S2)는 발열부(510B1)의 인입 또는 인출을 허용하는 개구(OP1)를 포함할 수 있다.
도 8b에 도시된 바와 같이, 발열 지지부(520B)의 제1 측부(520S1)는 발열부(510B3)의 인입 또는 인출을 허용하는 개구(OP3)를 포함하고, 제2 측부(520S2)는 발열부(510B4)의 인입 또는 인출을 허용하는 개구(OP4)를 포함할 수 있다.
도 8c에 도시된 바와 같이, 발열 지지부(520B)의 제1 측부(520S1)는 발열부(510B2)의 인입 또는 인출을 허용하는 개구(OP5)를 포함하고, 제2 측부(520S2)는 발열부(510B1)의 인입 또는 인출을 허용하는 개구(OP6)를 포함할 수 있다.
도 8d에 도시된 바와 같이, 발열 지지부(520B)의 제1 측부(520S1)는 발열부(510B5, 510B6)의 인입 또는 인출을 각각 허용하는 개구(OP7, OP8)를 포함하고, 제2 측부(520S2)는 발열부(510B7, 510B8)의 인입 또는 인출을 각각 허용하는 개구(OP9, OP10)를 포함할 수 있다.
또한, 발열 지지부(520B)는 제1 영역, 제2 영역 및 제4 영역을 포함할 수 있다. 전술한 제1 및 제2 영역에 대한 정의는 도 8a 내지 도 8d에 도시된 연료 전지(100D 내지 100G)에 적용될 수 있다. 제4 영역은 제1 영역과 제2 영역 사이에 위치하며, 복수의 체결 부재가 서로 대향하는 영역으로서 정의될 수 있다.
도 8a 및 도 8b에 도시된 발열 지지부(520B)는 하나의 제1 영역(A1), 2개의 제2 영역(A21, A22) 및 2개의 제4 영역(A41, A42)을 포함할 수 있다.
도 8c 및 도 8d에 도시된 발열 지지부(520B)는 2개의 제1 영역(A11, A12), 2개의 제2 영역(A21, A22) 및 3개의 제4 영역(A41, A42, A43)을 포함할 수 있다.
도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이 하나의 제1 영역(A1)에 서로 이격된 복수의 발열부[(510B1, 510B2) 또는 (510B3, 510B4)]가 배치될 수도 있다. 또는, 도 8c 및 도 8d에 도시된 바와 같이 복수의 제1 영역(A11, A12) 각각에 하나의 발열부(510B1, 510B2, 510B5, 510B6, 510B7, 510B8)가 배치될 수 있다.
도 8a 내지 도 8d에서와 같이 발열부의 위치와 크기를 다양하게 배치함으로서, 셀 스택(122)의 효율적인 가열을 도모할 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 또 다른 실시 예에 의한 연료 전지(100H)의 사시도이다.
도 9a는 발열부(510B9, 510B10)가 발열 지지부(520B)로 인입되기 이전의(또는, 인출된) 모습을 나타내고, 도 9b는 발열부(510B9, 510B10)가 발열 지지부(520B)로 인출된 이후의 모습을 나타낸다. 도 9a 및 도 9b에서, 도 2에 도시된 연료 전지(100B)와 동일한 부분에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하며 중복되는 설명을 생략한다.
일 실시 예에 의하면, 도 2에 도시된 바와 같이 커버부(540B)는 하나의 발열부(510B)와 연결되고, 발열 지지부(520B)로 하나의 발열부(510B)만이 인입되거나 인출될 수 있다. 또한, 도 8a 내지 도 8c에 도시된 바와 같이 커버부(540B1 내지 540B4)는 하나의 발열부(510B1 내지 510B4)와 연결되므로, 발열 지지부(520B)로/로부터 하나의 발열부(510B1 내지 510B4)만이 인입/인출될 수 있다.
다른 실시 예에 의하면, 도 8d, 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 커버부(540B)는 복수의 발열부와 연결될 수 있다. 즉, 도 8d에 도시된 바와 같이 커버부(540B5)는 복수의 발열부(510B5, 510B6)와 연결되고, 커버부(540B6)는 복수의 발열부(510B7, 510B8)와 연결될 수 있다. 또한, 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이 커버부(540B)는 복수의 발열부(510B9, 510B10)와 연결될 수 있다.
도 10은 또 다른 실시 예에 의한 연료 전지(100I)의 사시도를 나타낸다.
도 2, 도 5, 도 8a 내지 도 8d, 도 9a 및 도 9b에 도시된 연료 전지(100B 내지 100H)의 가열부(500B, 500C, 500I)에서 발열부(510B, 510B1 내지 510B10)가 발열 지지부(520B, 520C)로/로부터 인입/인출되는 개구(예를 들어, 도 8a 내지 도 8d에 도시된 OP1 내지 OP10)는 체결 부재(400)와 중첩되지 않는다. 즉, 발열부(510B, 510B1 내지 510B10)를 발열 지지부(520B, 520C)로/로부터 인입/인출하기 위해 체결 부재(400:410 내지 460)를 해체할 필요가 없다.
다른 실시 예에 의하면, 도 10에 도시된 바와 같이, 연료 전지(100I)의 가열부(500I)에서 발열부(510I)가 발열 지지부(520B)로/로부터 인입/인출되는 개구(OP11)는 체결 부재(400) 중 일부(예를 들어, 470)와 중첩될 수 있다. 이 경우, 발열부(510I)를 발열 지지부(520B)로/로부터 인입/인출하기 위해, 중첩되는 체결 부재(470)가 제거되어야 한다. 이를 제외하면, 도 10에 도시된 연료 전지(100I)는 도 2에 도시된 연료 전지(100B)와 동일하므로, 동일한 부분에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하였으며, 중복되는 설명을 생략한다.
이하, 비교 례 및 실시 예에 의한 연료 전지를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 살펴본다.
도 11은 비교 례에 의한 연료 전지의 사시도를 나타낸다.
도 11에 도시된 연료 전지는 엔드 플레이트(10), 셀 스택(22), 체결 바(40) 및 히터(50)를 포함한다. 엔드 플레이트(10), 셀 스택(22), 체결 바(40) 및 히터(50)는 실시 예에 의한 엔드 플레이트(110B), 셀 스택(122), 체결 부재(400) 및 가열부(500A 내지 500C, 500I)와 각각 동일한 역할을 수행한다.
비교 례에 의한 연료 전지는 히터(50)를 엔드 플레이트(10)와 셀 스택(22) 사이에 삽입한다.
이때, 히터(50)가 고장날 경우, 모든 체결 바(50)를 연료 전지로부터 해체하여 셀 스택(22)을 분해하고, 고장난 히터(50)를 교체한 후 셀 스택(22)을 재 조립해야 하는 번거로움 발생한다. 또한, 비교 례에서와 같이 히터(50)를 배치할 경우, 히터(50)가 고장나지 않더라도 히터(50)의 재질이 열화될 경우 셀 스택(22)의 체결력이 감소할 수 있으므로 히터(50)를 교체할 필요성이 대두될 수 있다. 이와 같이 히터(50)를 교체하기 위해, 셀 스택(22)을 재조립할 경우, 기밀 성능부터 출력성능까지 수 많은 검사 항목을 점검해야 한다. 따라서, 히터(50)의 교체를 위해 소요되는 시간과 인건비가 증가할 수 있다.
반면에, 실시 예에 의한 연료 전지(100A 내지 100H)의 경우, 가열부(500A 내지 500C)의 발열부(510A 내지 510B10)를 교체할 필요성이 대두될 때, 고정된 발열 지지부(520A, 520B, 520C)로부터 발열부(510A 내지 510B10)만을 인출시켜 교체하고, 교체된 발열부를 다시 발열 지지부(520A, 520B, 520C)로 인입시킨다. 따라서, 발열부의 교체를 위해 인클로저(300)나 체결 부재(400)를 해체할 필요가 없다. 또는, 실시 예에 의한 연료 전지(100I)의 경우, 가열부(500I)의 발열부(510I)를 교체할 필요성이 대두될 때, 체결 부재(400)를 모두 제거하는 대신에 체결 부재(400)의 일부(예를 들어, 470)만을 제거한 후 발열 지지부(520B)로부터 발열부(510I)만을 인출시켜 교체하고, 교체된 발열부를 다시 발열 지지부(520B)에 인입시키고 해체한 일부 체결 부재(470)만을 체결하면 되므로, 비교 례에서와 같이 기밀 성능부터 출력성능까지 수 많은 검사 항목을 점검할 필요가 없다.
전술한 바와 같이, 실시 예에 의하면, 발열부(510A 내지 510B10, 510I)의 교체에 소요되는 시간과 비용이 비교 례 대비 절감됨을 알 수 있다. 또한, 셀 스택(22)을 해체한 후 히터(50)를 교체한 이후 기밀 항목을 점검한다고 하더라도 기밀의 불량이 초래될 수 있다. 그러나, 실시 예에 의한 연료 전지는 셀 스택(122)을 해체하지 않으므로 이러한 문제를 원천적으로 해소할 수 있다.
전술한 다양한 실시 예들은 본 발명의 목적을 벗어나지 않고, 서로 상반되지 않은 한 서로 조합될 수도 있다. 또한, 전술한 다양한 실시 예들 중에서 어느 실시 예의 구성 요소가 상세히 설명되지 않은 경우 다른 실시 예의 동일한 참조부호를 갖는 구성 요소에 대한 설명이 준용될 수 있다.
이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100A ~ 100I: 연료 전지 110A, 110B: 엔드 플레이트
112A, 112B: 집전판 122: 셀 스택
300: 인클로저 400: 체결 부재
500A ~ 500C, 500I: 가열부 510A ~ 510B10, 510I: 발열부
520A, 520B: 발열 지지부

Claims (19)

  1. 적층된 복수의 단위 셀을 포함하는 셀 스택; 및
    상기 셀 스택에 열을 가하는 가열부를 포함하고,
    상기 가열부는
    발열부; 및
    상기 셀 스택의 단부에 배치된 발열 지지부를 포함하고,
    상기 발열 지지부는 상기 발열부의 인입 또는 인출을 허용하고,
    인입된 상기 발열부는 상기 발열 지지부에 장착되고, 상기 셀 스택의 상기 단부와 대면하는 연료 전지.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 셀 스택의 상기 단부에 배치된 엔드 플레이트; 및
    상기 셀 스택의 상기 단부와 상기 엔드 플레이트 사이에 배치된 집전판을 더 포함하는 연료 전지.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 발열 지지부는
    상기 셀 스택의 상기 단부와 상기 엔드 플레이트 사이에 배치된 연료 전지.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 발열 지지부는
    상기 셀 스택의 상기 단부와 상기 집전판 사이에 배치된 연료 전지.
  5. 제3 항에 있어서, 상기 발열 지지부는
    상기 엔드 플레이트와 상기 집전판 사이에 배치된 연료 전지.
  6. 제2 항에 있어서, 상기 발열 지지부는 상기 엔드 플레이트와 일체인 연료 전지.
  7. 제2 항에 있어서, 상기 발열 지지부는 상기 집전판과 일체인 연료 전지.
  8. 제2 항에 있어서, 상기 가열부는
    구동 전원과 연결되는 전원 연결부; 및
    상기 전원 연결부가 배치된 커버부를 포함하고,
    상기 발열부는 상기 전원 연결부와 연결되고, 상기 구동 전원에 응답하여 발열하며, 상기 셀 스택의 상기 단부와 대면하는 면상 발열체를 포함하는 연료 전지.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 셀 스택의 측부 중 적어도 일부를 감싸도록 배치된 인클로저를 더 포함하는 연료 전지.
  10. 제9 항에 있어서, 상기 가열부는
    상기 엔드 플레이트, 상기 집전판 또는 상기 인클로저 중 적어도 한 곳에 상기 커버부를 탈착 가능하게 고정시키는 고정부를 더 포함하고,
    상기 커버부와 상기 면상 발열체와 상기 전원 연결부는 일체로 움직이는 연료 전지.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 인클로저는 상기 발열부의 주변에 형성된 수용홈을 포함하고,
    상기 고정부 및 상기 전원 연결부는 상기 커버부로부터 연장되어 상기 수용홈에 수용된 연료 전지.
  12. 제8 항에 있어서, 상기 가열부는
    상기 커버부를 상기 발열 지지부에 탈착 가능하게 고정시키는 고정부를 더 포함하고,
    상기 커버부와 상기 면상 발열체와 상기 전원 연결부는 일체로 움직이는 연료 전지.
  13. 제12 항에 있어서, 상기 커버부는 관통홀을 포함하고,
    상기 고정부는 상기 커버부의 상기 관통홀을 통해 상기 발열 지지부에 체결되는 고정 나사를 포함하는 연료 전지.
  14. 제9 항에 있어서, 상기 가열부는
    상기 발열부의 열을 상기 발열부 주변으로 전도하는 열전도부를 더 포함하는 연료 전지.
  15. 제14 항에 있어서, 상기 발열 지지부는
    상기 셀 스택의 상기 단부와 대면하며 상기 발열부가 장착되는 제1 영역; 및
    매니폴드가 형성되며, 상기 제1 영역을 사이에 두고 서로 마주하는 제2 영역; 및
    상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이에 위치하며, 상기 열전도부가 배치된 제3 영역을 포함하는 연료 전지.
  16. 제14 항에 있어서, 상기 열 전도부는 상기 면상 발열체와 상기 셀 스택의 상기 단부 사이에 배치된 연료 전지.
  17. 제8 항에 있어서, 상기 면상 발열체는
    히터; 및
    상기 히터의 적어도 일부를 감싸도록 배치된 히터 지지부를 포함하는 연료 전지.
  18. 제17 항에 있어서, 상기 히터는 필름 형태 또는 판상형을 갖는 연료 전지.
  19. 제17 항 또는 제18 항에 있어서, 상기 히터 지지부는 금속, 세라믹 또는 절연 물질 중 적어도 하나를 포함하는 연료 전지.
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